October 2023

JFEテクノリサーチ株式会社

No.77

磁性材料のソリューション特集号
磁気センサ
探針

Hコイル

鋼板表面をスクラッチ
圧力センサで位置制御

a 局所磁気センサ（B探針＆Hコイル）
写真1 局所磁気測定装置

b 三軸ホールプローブ

写真2 二軸モータベンチ

磁性材料のソリューション特集号

磁性材料の特性評価ソリューション
Evaluation and Analysis Technology for Magnetic Materials▶ なぜいまこれが？

影響を把握する技術や局所的な磁気特低温や高温、高湿度下での環境耐久性の可視化技術を開発して参りました

試験にも対応した一軸および二軸モー）。永久磁石に関しては、超ため電動化に向けた流れが加速してい （写真1-（a）タベンチ試験でお客様のニーズに応えます。電動車（EV，HEV，PHEV）の最電導VSMやBHトレーサ等による減磁ています（写真2）。更に、音・振動に関自動車分野では、地球温暖化対策の重要部品であるモータに対して高性能・曲線や履歴曲線の測定、高周波用途でわる電磁加振力の発生要因であるエア

高効率化への要求はますます強くなっ

特に重要となる渦電流損失測定をおこ

ギャップ磁束密度分布の測定が可能でてきています。モータ性能を左右するなっています。更に磁石単体や磁石埋す。モータに発生する熱の測定も実施

重要素材として、電磁鋼板・永久磁石込み型ロータ表面の三次元表面磁束測しており、CAEとの組み合わせにより、があげられます。これらの磁気特性は、定などの種々の解析評価を実施してきモータ開発に関わる情報を数多くご提使用環境により変化する事から、モーました（写真1-（b））
。また希土類磁石供してまいります。種々のソリューショタ設計においてはそれらを考慮するこの構造解析として極低加速電圧SEMやン提案を実施しておりますので、お気とが必要となります。

FE-EPMAを用いた結晶相の同定や磁区軽にご相談ください。

観察、着磁状態でのSEM観察なども実▶お問い合せ先▶これがポイント！
当社は電磁鋼板の高い分析・評価技施しております。

西日本ソリューション本部 倉敷材料評価センター

術を保有しており、実際のモータ製造モータ駆動性能であるトルクと回転髙宮 俊人

時の種々の加工による磁気特性変化の数などの評価では、実車を想定した

t-takamiya@jfe-tec.co.jp

磁性材料のソリューション特集号

永久磁石材料の磁気特性評価〜低損失磁石の評価〜▶なぜいまこれが？
地球環境の保護がますます重要視さ

Evaluation of the Low-Loss Permanent Magnetに向けて、粒界相の電気抵抗を増加さ評価を検討いたします。お気軽にご相せ、粒間渦電流損の低減化を試みまし談ください。

た。図1は、Al金 属を磁石表面に圧着▶お問い合せ先営業本部 プロジェクト営業部

し、650℃、750℃、850℃にて熱処理し中田 崇寛

た際の、断面Al元素分布（EPMAにて分析）を示します。650℃に対して、750℃、れる中、環境負荷の低いEV/HEV（電気

850 ℃では 粒 界にAlが 拡自動車/ハイブリッド電気自動車）の生産散しているのが明瞭に確台数は増加し続けています。モータは認できます。図2に、各温EV/HEVのエネルギー効率を決定づける度における磁石の交流損

650℃

深さ方向失測定結果（周波数5kHz、れる永久磁石は重要な機能性材料の一最大磁束密度0.05T）を示

つになります。EV/HEV用駆動モータにします。熱処理温度が高は、小型、高出力、高効率が求められるくなるとともに、磁石損ため、高い残留磁束密度と保磁力を持失が低くなる傾向を示し

つネオジム焼結磁石が主に用いられています。この結果は、粒界ます。一方で、近年モータの高出力密度相に高抵抗なAl化合物が化に伴い、モータの高回転化が進んで生成され、上記粒間渦電おり、モータ構造に起因するスロット高流損の低減により磁石損調波やインバータキャリア周波数の影響失が低くなったと推定さによる磁石内渦電流損が課題となっていれます。当社では、磁石ます。このような背景もあり、ネオジムの損失評価に加えて、超焼結磁石に比べて電気抵抗が高い、ボ電導コイル式VSM（最大ンド磁石やフェライト磁石に期待が高ま印加磁場±5T）による広る一方、焼結磁石において低損失な新範囲温度（液体窒素温度1050

規磁石の開発も検討されています。

～ 900℃）での磁気特性評

1000▶これがポイント！

価も可能ですので、お客〜モータコアのティース部を含んだ磁気測定〜▶なぜいまこれが？
モータの高効率化ニーズが高まって

850℃

1/4

2/4

図1 Al圧着処理ネオジム焼結磁石の熱処理後断面Al元素分布像（EPMA分析）
1300

Bm＝0.05T
f＝5kHz

鉄損（W/kg）

1250

磁石A

1200
1150
1100

650℃

750℃

850℃

図2 Al粒界拡散磁石の交流磁気損失測定結果

様の目的に合わせた磁石

Motor Core Evaluation Using Additional Yoke

磁性材料のソリューション特集号

補助ヨークを用いた
モータコア特性評価

750℃

表層

基幹モジュールであり、ロータに用いら

今回、ネオジム焼結磁石の低損失化

t-nakada@jfe-tec.co.jp

価はできません。これに対し、図2の補助的なヨーク（磁気経路）を用いた磁気測▶お問い合せ先
西日本ソリューション本部 倉敷材料評価センター

千田 邦浩

定により、ティース部を含んだ鉄心磁気

k-senda@jfe-tec.co.jp

特性の評価を可能としています。種々の工夫で各種形式の鉄心に対応が可能ですので、お気軽にお声かけください。

いますが、コア特性改善の取り組みにも関わらず、モータ性能が向上しないという事例が多数報告されています。鉄心

1 次巻線
2 次巻線
（励磁巻線）（検出巻線）

磁束の流れ

材料からモータ鉄心（ステータ、ロータ）が作られ、モータに組み上げられますが、クランプ治具

いくら鉄心材料の特性が良好でも、モータ鉄心の段階で性能が確保されていな
ければ、モータ性能の改善に繋がりません。
▶これがポイント！

補助ヨーク

当社では、各種の方法でモータ鉄心を評価する手法を取り揃えています。従来

磁束の流れからコアバックを用いた磁気測定（図1）が一般的ですが、この方法ではモータ

図1 コアバック部に対する磁気測定特性への影響が強いティース部分の評2ステータコア（試験対象）

図2 補助ヨークを用いた磁気測定

Mechanical Property Evaluation of Materials Used to Improve Motor Efficiency

磁性材料の最近の評価〜モータの高効率化に向けて使用される材料の機械的特性評価〜

ら破断しやすいため試験片加工や把持▶お問い合せ先方法に工夫を要した機械的特性の評価

機能材料ソリューション本部 マルチマテリアル評価センター

a-yanagida@jfe-tec.co.jp

ボンド磁石の技術課題は、強度と磁▶なぜいまこれが？

気特性の両立になります。

昨今EVの航続距離延長のためモータ磁気特性を高めるためには、の小型、高出力、高効率化が求められ、磁粉と樹脂で成形する際に材料とモータ設計の両面から検討が進磁粉の向きを揃えて異方性められています。注目されている材料とを持たせるが、高強度な樹して、ナノ結晶軟磁性材料とボンド磁脂を使うほど磁粉の向きは石が挙げられます。

揃え難いという相反性があ

ナノ結晶軟磁性材料はFe基のアモルります。積層ローターコア

ファス相中に、ランダム配向した強磁性には様々な形状のボンド磁相であるナノ結晶粒（10 〜 20nm）が分散石が埋め込まれますが、磁した材料でこれまで以上に小さな磁界で石形状に合わせた押抜き治高い磁束密度を確保する特徴を有してい具を設計・製作することによます。一方、ボンド磁石は樹脂と磁粉をり押抜き荷重を評価するこ組み合わせた磁石で、粉末状の磁性材とが可能です。さらに接着を焼き固めた磁石焼結よりも軽量で、電剤やボンド磁石の劣化状況

気抵抗値が高いため熱損失が少なく、小を評価することも可能です。

型・薄型・複雑な形状への加工等の特徴

表1に当社で実施可能な特を有するため注目されています。

性評価内容をまとめました。

▶ これがポイント！

表1 モータの高効率化に向け適用検討される材料の特性評価
対象材料
ナノ結晶
軟磁性材料
・圧延まま・磁性焼鈍後試験項目
ナノ結晶軟磁性材料の試験片加工
ナノ結晶軟磁性材料の機械的強度特性評価（0.2% 耐力、引張強さ、ヤング率、伸び、ビッカース硬さ）
ナノ結晶軟磁性材料の疲労強度特性評価
ナノ結晶軟磁性材料の断面観察（レーザー加工後の入熱範囲確認）

ボンド磁石の引張、曲げ等の強度試験
ボンド磁石
・入手まま
ボンド磁石の疲労特性評価
・冷熱衝撃など
積層ローターコアに充填された磁石の押抜き荷重測定
環境処理（複雑形状の磁石に対応可能）
試験後
ボンド磁石や接着剤の劣化解析
600500試験条件

400300静的破断荷重200

応力比0.1100

周波数20Hz01.E+0.4

1.E+0.5

繰返し数（cycles）

1.E+0.6180N

板厚22µm

並行部幅12.5mm

図1 ナノ結晶軟磁性材料の疲労強度特性例

一例として図1、図2にナノナノ結晶軟磁性材料は、非常に硬く高強度であり、脆性が強いため機械的結晶軟磁性材料の疲労強度試験結果を示しました。

特性を評価する際に必要とされる試験

今後、新たな評価法につ片加工が難しい材料です。さらに、引いても検討いたしますので張試験や疲労試験の際に把持部近傍かお気軽にご相談下さい。

磁性材料のソリューション特集号

栁田 絢子が求められます。

最大応力（MPa）

磁性材料のソリューション特集号

図2 ナノ結晶軟磁性材料の疲労強度試験後外観

Evaluation and Analysis Technology for Motors of Electric Vehicle

電動車用モータの解析技術▶ これがポイント！

ンチ（写真1）、二軸のモータベンチでおEV主機モータの性能調査において、客様のご要望に応えます。またモータのモータベンチ試験に要求されるニーズ

軸電圧評価や絶縁評価など信頼性、振は多種多様であることから、当社では動・騒音などの快適性にかかる評価サー

近年、地球温暖化対策として、カー社内設備のみならず外部の協力機関とビスの拡充に努めておりますので、お気ボンニュートラル（炭素中立）および自動提携することでサービスの強化を図り、軽にご相談ください。

〜ＥＶモータの駆動試験〜▶なぜいまこれが？

車ビジネスに関するCASE（Connected， 質的にも量的にもニーズにお応えしてい▶お問い合せ先A u t o n o m o u s ，S h a r e d & S e r v i c e ， ます。

西日本ソリューション本部 倉敷材料評価センターElectric）の機運が高まっています。これを受けて、自動 車 業 界 各 社 で2030

最近ではE－アクスルと呼ばれるモー
タ、インバータ、減速 機が永井 大資

d-nagai@jfe-tec.co.jp

年度に向け電動車（EV，HEV，PHEV， 一 体となったEV用 起 動 モFCV）の比率を高める目標が設定されてジュールが開発されており、おり、電動車にとっての最重要部品で従来のモータ単位の試験にあるモータに対する高性能・高効率化の加えてモジュールとしての要求がますます強くなっています。自社評価が重要となってきてお開発モータまたは市場モータの性能調ります。さらに実車に対応査需要が増えており、基本となるモーした低温、高温、高湿度下タの駆動性能であるトルクと回転数なでの環境耐久試験は重要で、どの評価ができるモータベンチ試験は

EV主機モータ評価用の大型モータにかかる評価の中で最も重要とモータベンチについて、これいえます。

らに対応した一軸モータベ3

写真１ 一軸モータベンチ（環境試験装置付）

磁性材料のソリューション特集号

磁性材料のCAE

Thermal Design Support Service for Electric Motors Using Thermal Measurements and CAE〜熱測定技術とCAEによるモータの熱設計支援サービス〜

定します。測定の困難な主要伝熱経路による熱設計支援サービスをご希望でしの熱伝達係数は簡易的なCFD（熱流体たら、お気軽にご相談ください。

解析）から算出し、モータの熱解析モデ▶お問い合せ先ルを補完します。
▶なぜいまこれが？

計測・プロセスソリューション本部 CAEセンター

当社では、評価用モータの自社開発

EV駆動用モータを中心にモータの高出力密度化が進み、モータ性能を低下

田中 進也のため、これらの技術を適用した評価用

shi-tanaka@jfe-tec.co.jp

モータの熱解析モデルを構築させる発熱の影響が顕在化しています。 し、測定とCAEの両面から温度推移を比較しました。その上に、発熱や冷却の制御も含めたモー結果、図1に示す磁石、図2にタの熱設計がますます重要になってき示すステータヨーク及びモータています。当社ではCAEによるモータケースにおいて駆動開始から熱解析技術を適用することにより、熱の温度推移が概ね一致しまし設計を支援いたします。

た。これは、紹介した熱に関▶これがポイント！

する測定技術の適用とともに、発熱を制御したモータを開発するた実態に即した熱解析モデル（伝めには、モータ実機の温度推移や伝熱熱経路の表現、熱物性値、伝状況を知ることが重要であり、CAEに熱境界条件など）を構築できた60く評価するため、当社独自開発の薄フィ技術を適用することにより、熱ルム型センサを磁石の隙間に挿入して分析を詳細に行い、熱性能を磁石温度を測定することができます。

高い精度で予測・評価すること

また、CAEによるモータ熱解析に適用で熱設計にフィードバックし、するため、各部材の熱物性値の測定に高性能なモータ開発に役立て

加え、異なる部材間の接触熱抵抗を測ることができます。測定とCAE

磁性材料のソリューション特集号

薄フィルム型センサ

ΔT=2℃

4030

測定

20CAE時間［s］

ロータ
コア

磁石

ステータコア

測定

70
温度［℃］

実際のモータ開発の場で上記

50

図1 評価用モータの温度推移（磁石）よる予測・評価が必要です。当社では、 からだと言えます。このように、
例えば磁石渦電流による発熱を精度よ

磁石

70

温度［℃］

モータ開発において、低損失・高効率な

60

CAE

ヨーク温度測定点

50

ΔT=2〜3℃

40

モータケース30

ケース温度測定点

20

時間［s］
コイル

図2 評価用モータの温度推移（ステータヨーク＆モータケース）

Electron Microscope Observation Without Surface Change Due to Thermal Demagnetization

着磁状態における永久磁石の電子顕微鏡観察〜脱磁処理による表面変化のないSEM観察〜▶なぜいまこれが？

▶お問い合せ先磁石の観察例を図1に示します。
この手法を用いることで、長時間使

西日本ソリューション本部 福山材料評価センター阪口 友唯

用後の磁石表面や化合物相変化や、各y-sakaguchi@jfe-tec.co.jp

種コーティング（めっき、樹脂皮膜）の変化を正しく観察することが可能となりまモータに使われる永久磁石の電子顕す。是非、お気軽にご相談ください。

微鏡観察では、一般的に熱消磁が行われています。これは、加熱により表面被x500 倍Ni（防錆めっき成分）

膜の破壊や材質変化が生じないことを前提としており、使用されている磁石の状態を正しく観察している保証がありませんでした。
▶これがポイント！
当社では新たに熱消磁なしで永久磁石の表面観察および元素分析を行う手法を開発しました。これで、使用状態のまま表面観察が可能です。表面にNi/Cu/Niコーティングが施されたネオジム

図1 新技術によるネオジム磁石表面の二次電子像とEDＸ元素マッピング（加速電圧：5kV、装置表示倍率：500倍）◆このパンフレットの送付中止、宛名変更は jfetecsalesmarketing@jfe-tec.co.jp へご連絡ください

発行人／蛭田 敏樹
JFE-TEC News 〈 2 0 2 3 〉 発行所／JFEテクノリサーチ株式会社
営業企画部

No.77

2023年10月発行〒100-0004 東京都千代田区大手町一丁目6番1号
0120-643-777

大手町ビル4階

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erved.
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