磁性材料の徹底理解と活用 (全4コース)

2021年2月18日「これだけは押さえておきたい磁性応用のための入門講座」

　磁気記憶装置、モーター、センサー、ヨークなどには、鉄に代表されるような磁性材料が用いられています。本講義では、磁性材料の基本的な性質について説明します。

1. 磁性 (磁気) とは何か
   1. 磁性材料の用途
   2. 磁性材料の歴史
   3. 磁性に関する専門用語
      1. 磁極と磁荷
      2. 磁場と磁界
      3. 磁気モーメント
      4. 磁化
      5. 磁束密度
      6. 磁化率、比磁化率
      7. 透磁率、比透磁率
   4. 単位系
   5. 磁性の発現
2. 磁性の種類
   1. 強磁性 (フェロ磁性)
   2. 反磁性
   3. 常磁性
   4. 反強磁性
   5. フェリ磁性
   6. らせん磁性,人体の磁性
3. 強磁性
   1. 磁化曲線
      1. 初磁化曲線
      2. 磁化率
      3. B – H曲線
      4. 透磁率
      5. メジャーループとマイナーループ
      6. 交流消磁と熱消磁
   2. 熱磁気曲線
      1. Tcを実験から求める方法の例
      2. 飽和磁化とキュリー温度の例
   3. 反磁界
      1. 反磁界とは
      2. 磁性体の形状の違いによる反磁界の違い
         • 球
         • 無限に長い長さをもつ円柱
         • 無限に広い面をもつ薄膜
      3. 磁化曲線と反磁界の関係
   4. 磁気異方性
      1. 磁気異方性とは (磁気異方性の種類)
      2. 結晶磁気異方性
      3. Fe、Ni、Coの磁気異方性
      4. 磁気異方性エネルギー
      5. 立方晶と六方晶の磁気異方性エネルギー
      6. 異方性磁界
      7. 形状磁気異方性
   5. 磁区構造
      1. 磁区とは
      2. 還流磁区
      3. 磁壁
         • ブロッホ磁壁
         • ネール磁壁
      4. 磁界を印加した場合の磁区構造
   6. 交換相互作用
      1. 現象論的考え方
      2. 量子力学的考え方
4. 硬磁性材料の特徴
   1. 硬磁性材料とは
   2. 永久磁石の種類
   3. 減磁曲線
   4. 最大エネルギー積
   5. アルニコ磁石
   6. フェライト磁石
   7. 希土類磁石
      • サマリウムコバルト磁石
      • ネオジム磁石
   8. 永久磁石の特性まとめ
   9. 磁気ディスク、磁気テープに使われる材料
5. 軟磁性材料の特徴
   1. 軟磁性材料とは
   2. ヒステリシス損
   3. 渦電流損
   4. 透磁率の周波数特性
   5. 鉄
   6. 電磁鋼板
      1. 無方向性電磁鋼板と方向性電磁鋼板
      2. ケイ素4%以上の電磁鋼板
   7. パーマロイ (鉄 – ニッケル合金)
   8. センダスト (Fe – Si – Al合金)
   9. ソフトフェライト
   10. アモルファス磁性合金
   11. 軟磁性材料の特性まとめ
   12. 磁気ディスク装置の磁気ヘッドに使われる材料
6. 磁気ディスク装置の記録のしくみ
   1. 磁気ディスク, 磁気ヘッドに使われる材料
   2. 磁気ディスク装置の動くしくみ
   3. 記録のしくみ
• 質疑応答

2021年2月19日「磁石/永久磁石活用のための実用特性理解と最新技術動向」

　永久磁石は自動車用モータや家庭用電子機器用モータの高効率化の要となる材料として注目されています。特に電気自動車やハイブリッド自動車の駆動モータや自動車用補機モータおよびエアコン用小プレッサーモータには多くの磁石が使われており、今後、更にこれら磁石材料の重要性が増していくと考えられています。 　本講座では、これら多くの用途に使われている磁石材料の種類と特徴およびその磁石特性について詳しく説明します。また、これら磁石材料の使用する上での注意点およびトラブル対策について詳しく説明します。

1. はじめに
   1. 世界の電力事情と磁石の役割
   2. 永久磁石の市場動向
      • Eco-Car (HEV,PHEV,EV)
      • 電動パワーステアリング (EPS)
      • コンプレッサーモーター
   3. 磁石基本特性
   4. 磁石特性の見方と動作点について
   5. 永久磁石に使われる元素 (希土類と遷移金属) の物性
      • 希土類、遷移金属の磁化および異方性磁界
   6. 良い磁石とは
2. 各種永久磁石の磁気特性とその特徴について
   1. Nd-Fe-B焼結磁石
      1. Nd-Fe-B焼結磁石の製造プロセス
      2. Nd-Fe-B磁石の磁石特性
      3. 希土類資源の現状と今後の展望
      4. Nd-Fe-B焼結磁石の保磁力について
         • Nd-Fe-B焼結磁石の微細組織と磁石特性
         • 結晶配向度と残留磁束密度および配向度と保磁力の関係について
         • Nd-Fe-B磁石の高保磁力化の方法 (従来と最近の方法)
         • Nd-Fe-B焼結磁石のBr、HcJ、異方性磁界のDy量依存性
         • R2Fe14B 化合物の飽和磁化と異方性
         • Nd-Fe-B磁石の保磁力メカニズム
         • 重希土類拡散材の概念と方法
      5. 重希土類 (Dy, Tb) 拡散技術と保磁力傾斜磁石
         • Nd-Fe-B焼結磁石の製造プロセスについて
         • 重希土類拡散工程の概要
         • 重希土類拡散による高保磁力化
         • 重希土類拡散材の磁石特性
         • 重希土類拡散による傾斜保磁力磁石
         • 重希土類拡散磁石の保磁力分布
         • 重希土類拡散による傾斜磁石の減磁特性
         • 重希土類拡散磁石を使ったモータ減磁解析
      6. Nd-Fe-B焼結磁石の各種表面処理と寿命推定方法
         • 表面処理とその特徴
         • 表面処理の特性
   2. フェライト磁石
      1. フェライト磁石の結晶構造と磁気モーメント
      2. フェライト磁石の特長
      3. フェライト磁石の製造プロセスについて
         • フェライトの磁気特性
         • フェライト磁石高性能化のポイント
         • フェライト磁石の従来材料および新規材料の磁気特性
         • 従来フェライト磁石のミクロ構造の改質による磁気特性改良
         • 新規組成によるフェライト磁気特性の向上
         • フェライトの残留磁束密度およびの磁力の温度特性
         • フェライト磁石を用いたDCモータ設計比較
   3. 鋳造磁石 (アルニコ磁石、Fe-Cr-Co磁石)
      1. 鋳造磁石製造プロセス
      2. アルニコ磁石の特徴 (長所・短所・用途)
      3. アルニコ磁石の微細組織 (スピノーダル分解) 、組織写真
      4. Fe-Cr-Co磁石の特徴 (長所・短所・用途)
      5. Fe-Cr-Co系磁石の組織 (状態図と熱処理条件)
   4. 新規磁石材料研究開発の動向
      • ポストNd-Fe-B焼結磁石の開発の動向
   5. Nd-Fe-B焼結磁石,フェライト磁石の保磁力のメカニズム
      1. これまでの保磁力のメカニズム (磁化の一斉回転と磁壁移動)
      2. Nd-Fe-B焼結磁石、ファライト磁石の保磁力の配向依存性
      3. 保磁力の配向度依存性から考えられる保磁力メカニズム
      4. Nd-Fe-B焼結磁石の保磁力の配向度依存性と保磁力の角度依存性
   6. その他の磁石
      1. 各種軟磁性材料の特性概要
3. 永久磁石の物理特性および磁気的性質を利用する上での注意点
   1. Nd-Fe-B焼結磁石の熱膨張と応力について
      1. 接着材使用上の注意
      2. Nd-Fe-B焼結磁石とフェライト磁石の熱膨張の違いと応力
         • ラジアルリングについて
   2. 設計する上での着目すべき磁気的性質と注意点
      1. ヒステリシス曲線と減磁曲線の見方
      2. 磁石単体の動作点 (パーミアンス) の考え方
      3. 磁気回路の動作点 (パーミアンス) の考え方
      4. アンペールの法則、ガウスの法則から得られる情報
      5. 磁石動作点 (パーミアンス係数) 決定因子は何か
      6. 最大エネルギー積はなぜ重要か
      7. 永久磁石の安定性について
      8. 磁気回路設計上の注意点
   3. 減磁への対応方法・注意点
      1. 自己減磁界と外部 (コイル) からの減磁界 (電機子反作用)
      2. フェライト磁石、Nd-Fe-B焼結磁石使用上の注意点 フェライト磁石の低温減磁とNd-Fe-B磁石の高温減磁について
      3. 経時変化 (可逆減磁、不可逆減磁) について
      4. 錆による減磁
   4. 各種磁石の磁石特性測定方法および着磁方法に関する注意点
      1. 磁石特性想定方法と着磁の具体的方法
      2. 着磁に必要な磁界の目安
      3. 各種磁石の着磁特性
      4. 着磁パターンと着磁ヨークについて
• 質疑応答

2021年3月8日「モータ駆動システムにおける磁性材料の要求特性と活用技術」

　電気自動車などにおけるモータ駆動システムおよびその関連技術に従事している技術者、研究者、特に大学でモータ、パワーエレクトロニクスや磁気について講義を受けていない方を対象に、それらの基礎から応用まで、最新の技術、研究状況を講義する。モータ駆動システムの高効率化小型化は、電気自動車の普及に伴い、僅々の課題となるが、これまであまり配慮されていない磁性材料、磁気特性を中心に、講義を行う。

1. モータ駆動システムと磁性材料
   1. モータとパワーエレクトロニクスと磁性材料
2. モータ駆動システムにおける磁性材料への技術要請
   Part I 総論 (パワーエレクトロニクスによる磁性材料への改革要求の背景)
   1. これまでのモータとこれからのパワーエレクトロニクス励磁モータ
   2. 移動とは
   3. 電気エネルギーとパワーエレクトロニクス技術
   4. パワーエレクトロニクスにおける高周波化要求と磁性材料
   5. 電気エネルギー応用における磁性材料
   6. モータ研究の今後
3. 磁性材料
   1. 磁性体マルチスケール
   2. 磁化過程
   3. 鉄損
   4. 高周波磁化
   5. 応力の影響
   6. 磁気異方性
   7. 磁気計測
   8. 情報系磁気と電力系磁気
4. 電気モータ
   1. 電気モータの原理と基本構造
   2. 三相交流と移動磁界
   3. 交流モータ
   4. 永久磁石型同期モータ
5. パワーエレクトロニクス
   1. パワーエレクトロニクス技術の概要
   2. 電力用半導体のスイッチング動作
   3. インバータ回路とその動作
   4. パワーエレクトロニクスの意義
6. PWMインバータ励磁による磁気特性と計測技術
   Part II 活用技術 (パワーエレクトロニクス励磁と磁性材料の活用)
   1. インバータ励磁による磁気特性の計測装置
   2. インバータ励磁によるマイナーループの発生
   3. インバータ励磁によるキャリヤ周波数特性
   4. 電力用半導体のオン抵抗によるマイナーループの発生
   5. 電力用半導体特性と鉄損
   6. インバータ励磁現象の計測技術
   7. 磁性材料に要求される磁気特性
7. インバータ励磁時のモータコアの鉄損特性
   1. 埋込み式永久磁石型同期モータ
   2. 測定方法
   3. 解析モデルおよび解析方法
   4. IPM – SMのコア損評価結果
8. 材料特性を活かしたモータ
   1. 方向性電磁鋼板を用いた異方性モータ
   2. アモルファスモータ
   3. ナノ結晶モータ
• 質疑応答・名刺交換

2021年3月15日「デバイス応用に向けた軟磁性材料の磁気特性評価法」

　微粒子・薄帯形状および薄膜形状からなる軟磁性材料に関する研究開発は、既存の磁気デバイス開発や新規デバイス創製を目指して行われている。これらのデバイスの開発・創製のためには、軟磁性材料の基本特性である磁化過程および磁気特性を詳細に理解することが重要である。そのためには,どのような特性計測法を利用すればよいかあらかじめ把握しておくことが鍵となる。 　本講演では、軟磁性材料における磁気特性とその評価法を紐づけしながら、デバイス応用に向けた軟磁性材料の基礎知識を習得する。

1. はじめに
2. 軟磁性材料の静的磁気特性と計測法
   1. 磁化過程および静的磁気特性
   2. 静的磁気特性計測法
      • 磁化曲線計測法
      • 磁気異方性計測法
      • 磁気ひずみ計測法 他
3. 軟磁性材料の高周波磁気特性と計測法
   1. MHz帯域での磁気特性 (損失など)
   2. MHz帯域での磁気特性計測法
   3. GHz帯域での磁気特性 (磁気共鳴)
   4. GHz帯域での磁気特性計測法
   5. 高周波磁気観察技術
   6. 高周波磁気特性計測法の開発状況
4. 軟磁性材料の種類とデイバス応用例
   1. 軟磁性材料の種類
   2. 軟磁性材料の磁気デバイス応用例
      1. 微粒子材料・薄帯材料のデバイス応用
      2. 薄膜材料のデバイス応用
   3. 最近の開発状況
5. 総括
• 質疑応答