軟磁性材料の低損失、高磁束密度化とパワーエレクトロニクスへの応用技術

アモルファス、ナノ結晶軟磁性合金の特性とその応用技術

(2015年6月30日 10:00〜11:20)

アモルファス軟磁性合金が発見されてから50年近くが経過、省エネ化と地球温暖化対策の観点から普及が進む配電用変圧器、高周波変圧器、インダクタなどのパワーエレクトロニクス機器で広く用いられており、量産化を念頭としたモーターの検討も行われている。ナノ結晶軟磁性合金についても発見から25年以上が経過し、高周波変圧器、EMIフィルタ、電流センサなどとしてパワーエレクトロニクス分野やパルスパワー分野を始めとする各種用途での地位を獲得している。
本講座では、この2種類の軟磁性合金について、製造方法、特徴と代表的な応用例について他の競合材料との比較で紹介する。また、現在開発中の次世代の高飽和磁束密度ナノ結晶軟磁性合金についても紹介する。

1. 各種軟磁性材料とその位置付け
2. アモルファス軟磁性合金
   1. アモルファス軟磁性合金の製造方法
   2. 配電用変圧器への応用
   3. 高周波リアクトルへの応用
   4. モーターへの応用
3. ナノ結晶軟磁性合金
   1. ナノ結晶軟磁性合金の製造方法
   2. EMCフィルタへの応用
   3. 高周波変圧器への応用
   4. 電流センサへの応用
   5. パルスパワーへの応用
4. 次世代ナノ結晶軟磁性合金
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高磁束密度、超低損失軟磁性材料“NANOMET”の開発とパワーエレクトロニクスへの応用

(2015年6月30日 11:30〜12:50)

高飽和磁束密度と超低損失特性を兼備するナノ結晶軟磁性合金“NANOMET”について、非平衡合金の中での位置付けや開発経緯を説明するとともに、他の軟磁性材料との比較を通じて本合金の特異なナノ構造・組織、軟磁気特性について概説する。さらに、急冷凝固・ナノ結晶化熱処理等のNANOMETに特有な製造プロセスを詳説し、現在、素材技術プロジェクト (文部科学省・復興庁) で応用研究が進展する変圧器・モータ等の例を挙げて、パワーエレクトロニクスでの実用化上の勘所と将来の見通しを述べる。

1. はじめに
   1. 非平衡合金開発の経緯
   2. 非平衡合金開発の分類
2. 非平衡軟磁性合金
   1. 商用軟磁性合金
   2. アモルファス系軟磁性合金
   3. ナノ結晶軟磁性合金
3. ナノ結晶軟磁性合金NANOMET
   1. ナノ構造と組織
   2. 高磁束密度と超低損失特性
   3. NANOMETの製造プロセス
4. NANOMETのパワーエレクトロニクスへの応用例
   1. 変圧器
   2. モータ
   3. その他
5. NANOMETの今後の進展
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軟磁性複合材料の高密度圧縮成形技術と磁気特性向上

(2015年6月30日 13:30〜14:50)

本講座では、電磁機器は、小型・軽量化、省エネ化、省資源化などが要求されている。その要求に対応する方法として、3次元形状化がある。特に、モータにおいて、電磁鋼板では困難となる3次元形状には軟磁性複合材料による圧粉磁心の適用が最適です。
モータ用電磁鋼板と同等の磁気特性を実現するためには軟磁性複合粉末の高密度圧縮成形工法が重要となる。従来の圧縮成形工法では、圧粉磁心の成形密度向上には限界があり、その阻害要因を明確にした。
本高密度圧縮成形工法では、阻害要因を低減する工法であり、成形密度の向上を図ることができ、種々の形状サンプルを試作した。形状サンプルを持参する。電磁機器に圧粉磁心の適用を検討するにあたり、開発の一助となれば幸いです。

1. 電磁機器を取巻く背景
2. 軟磁性複合材料 (SMC) と圧粉磁心の特徴
   1. SMCの構造
   2. 圧粉磁心の内部構造と特徴
3. 電磁鋼板とSMCの比較
   1. 直流磁化特性と鉄損特性の比較
   2. 積層電磁鋼板と圧粉磁心の比較
4. 高密度圧縮成形工法の目標
5. SMCの圧縮成形プロセス
6. 従来の圧縮成形工法の問題点
   1. 成形密度向上への阻害要因
7. 高密度圧縮成形工法
   1. 工法の概要と圧縮成形条件
   2. 摺動摩擦抵抗の低減法
   3. 磁気特性と機械的特性の評価
   4. 各種SMC粉末への本工法適用例
8. 圧縮成形システム
9. 成形事例 (実物)
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高効率モータに向けた軟磁性材料への要求特性と低ロス化

(2015年6月30日 15:00〜16:20)

モータの高効率化には、これまでの技術領域をブレークスルーして、新たに材料とその使い方まで遡って考える必要がある。特にインバータなどパワーエレクトロ二クス器で励磁されるモータでは、磁性材料の評価方法が従来とは異なり、新たな展開を要する。ここでは、こうした動向の元、磁性材料の評価方法および材料特性を活かしたモータの高効率化について解析、試作方法、実測データをもとに述べることにする。

1. パワーエレクトロニクス技術によるモータの可変速駆動の実現
   1. モータ駆動システムの適用範囲の拡大
   2. 新しい磁性材料研究の必要性の背景
   3. パワーエレクトロ二クス下の電気機器における磁気特性の要求仕様
2. モータの損失分析と高効率化
3. インバータ励磁下の磁気特性
   1. インバータ励磁による鉄損増加
   2. インバータの半導体特性による磁性材料の磁気特性
   3. 局所ループ磁気ヒステリシスの磁界解析
4. 磁気異方性の強い材料によるモータの低鉄損
   1. 電磁界解析特性
   2. 製造方法
   3. 実験結果
5. アモルファスによるモータの低鉄損
   1. 電磁界解析特性
   2. 製造方法
   3. 実験結果
6. 今後の磁性材料の研究開発と次世代モータ技術
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