• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Investigation of magnetization mechanism in the flake composite magnetic core materials for beyond MHz frequency

Research Project

Project/Area Number 19H02127
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 21010:Power engineering-related
Research InstitutionShinshu University

Principal Investigator

Sato Toshiro  信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (50283239)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥16,770,000 (Direct Cost: ¥12,900,000、Indirect Cost: ¥3,870,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2019: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Keywords高周波電力用磁性材料 / ナノ結晶合金磁性材料 / 扁平粉末コンポジット / インダクタ/トランス / Beyond MHz / パワーエレクトロニクス / 高周波電力用軟磁性材料 / 磁化機構 / 磁区構造 / 異方性
Outline of Research at the Start

Beyond MHz帯で高透磁率と低損失を両立し,熱暴走リスクの少ない候補材料として期待される扁平金属磁性粉末積層コンポジット磁心材料を対象に,扁平粉末の磁化特性や磁気構造,扁平粉末積層コンポジット磁心材料の透磁率やコアロスなどの磁気物性評価によってBeyond MHz帯磁化機構を解明する。これらの知見をもとに磁心材料の開発指針を整理し,材料試作/評価によって本研究の有用性を実証する。

Outline of Final Research Achievements

Beyond MHz switching scheme using GaN power device is very effective to realize compact and lightweight DC-DC converter because of utilization of smaller inductor and transformer. Although the possible magnetic core for beyond MHz frequency is Ni-Zn ferrite only, it has a serious issue on the thermal runaway risk. The flake powder composite magnetic core is one of the strong candidates for beyond MHz inductor and transformer. In this study, Fe-Si-B-Nb-Cu nanocrystalline flake powder composite magnetic core was fabricated and clarified high-frequency magnetization mechanism. The composite magnetic core fabricated through a novel fabrication procedure for obtaining lower coercive force and smaller iron loss exhibited an iron loss of 1/6 at beyond MHz compared with the Ni-Zn ferrite. In addition, the planar magnetic devices were fabricated using the composited magnetic core and demonstrated to be effective through applying them to GaN-FET switch beyond 10MHz switching DC-DC converter.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

GaNパワーデバイスの登場によってDC-DCコンバータのスイッチング周波数をMHz以上に高周波化して電源システムの超小型化を実現しようという取り組みが活発になっているが、MHz以上の周波数帯のインダクタ・トランス用磁心材料は熱暴走リスクを持つNi-Znフェライトしか選択肢がない。本研究ではFe系ナノ結晶扁平粉末積層コンポジット磁心を作製し、高周波磁化機構の解明と材料の試作・評価をとおしてNi-Znフェライトを凌駕する低鉄損特性を実現した。本研究の成果は超高周波電力用磁性材料という新たな学術分野を開拓するとともに超小型軽量高効率次世代電源システムの実現に貢献するものと期待される。

Report

(5 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (46 results)

All 2023 2022 2021 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (12 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (29 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 7 results) Book (1 results) Remarks (2 results)

  • [Int'l Joint Research] Naresuan University(タイ)

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] Naresuan University(タイ)

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Journal Article] Fabrication of Coupled Inductor for LLC Resonant Converter with a Current-Doubler Rectification Circuit2023

    • Author(s)
      川田奈波,大山秀樹,南澤俊孝,曽根原誠,佐藤敏郎
    • Journal Title

      Transaction of the Magnetics Society of Japan Special Issues

      Volume: 7 Issue: 1 Pages: 80-84

    • DOI

      10.20819/msjtmsj.23TR510

    • ISSN
      2432-0471
    • Year and Date
      2023-05-01
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Fe系メタルコンポジット磁心を用いたBeyond 10MHzプレーナパワーインダクタの試作2023

    • Author(s)
      宮田涼平,木村創一,川田奈波,南澤俊孝,曽根原誠,佐藤敏郎
    • Journal Title

      電気学会研究会資料

      Volume: MAG-23-009 Pages: 45-50

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Journal Article] トピックス MHz帯スイッチング電源用インダクタ,トランスの開発,特集;パワーエレクトロニクスの動向2022

    • Author(s)
      佐藤敏郎,水野勉
    • Journal Title

      まぐね(日本磁気学会会報)

      Volume: 17巻 Pages: 142-148

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Journal Article] Fe系ナノ結晶扁平粉末とFe系アモルファス球形粉末を用いた10MHz帯絶縁プレーナトランスの検討2022

    • Author(s)
      川崎淳,志村和大,川田奈波,佐藤敏郎,佐藤光秀,水野勉,宮地幸祐
    • Journal Title

      電気学会研究会資料

      Volume: MAG-22-047 Pages: 5-10

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Journal Article] Performance Comparison of Ferrite and Nanocrystalline Cores for Medium-Frequency Transformer of Dual Active Bridge DC-DC Converter2021

    • Author(s)
      Sakda Somkun, Toshiro Sato, Viboon Chunkag, Akekachai Pannawan, Pornnipa Nunocha, Tawat Suriwong
    • Journal Title

      energies

      Volume: 14巻 Issue: 9 Pages: 1-21

    • DOI

      10.3390/en14092407

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 倍電流整流回路を用いた LLC 共振形コンバータ用結合インダクタの作製2021

    • Author(s)
      川田 奈波,木村 創一,南澤 俊孝,曽根原 誠,佐藤 敏郎,大山 秀樹
    • Journal Title

      電気学会マグネティックス研究会資料

      Volume: MAG-21-123 Pages: 7-12

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Journal Article] Fe系ナノ結晶合金扁平粉末積層シート磁心の磁気特性とナノ結晶化熱処理温度依存性2021

    • Author(s)
      小池 航太,金谷 孝紀,多田 智哉,曽根原 誠,南澤 俊孝,佐藤 敏郎
    • Journal Title

      電気学会マグネティックス研究会資料

      Volume: MAG-21-129 Pages: 39-44

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Journal Article] Fabrication of Fe-based soft magnetic flake powders for flake-composite magnetic sheet core2021

    • Author(s)
      Yuan Ying, Yutaro Inagaki, Ryu Nomata, Makoto Sonehara, and Toshiro Sato
    • Journal Title

      電気学会マグネティックス研究会資料

      Volume: MAG-21 Pages: 17-22

    • NAID

      40022637691

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Journal Article] Beyond MHzハードスイッチングDC-DCコンバータ用伝導ノイズフィルタの試作2021

    • Author(s)
      梶原あさみ,南澤俊孝,曽根原 誠,佐藤敏郎
    • Journal Title

      電気学会マグネティックス研究会資料

      Volume: MAG-21 Pages: 59-64

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Journal Article] 磁気デバイスと集積回路のヘテロジニアス三次元実装システム2020

    • Author(s)
      宮地幸佑,曽根原誠,佐藤敏郎
    • Journal Title

      日本磁気学会報“まぐね”

      Volume: 15 Pages: 158-166

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Journal Article] 高周波電力用軟磁性磁心材料の損失発生機構2020

    • Author(s)
      佐藤敏郎
    • Journal Title

      日本磁気学会報“まぐね”

      Volume: 15巻 Pages: 223-231

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Journal Article] A Core Loss Measurement of the Magnetic Composite Material Utilized the Inductive Cancellation Method2019

    • Author(s)
      川原翔太,稲本恭兵,山本達也,金野泰之,卜 穎剛,佐藤敏郎,水野 勉
    • Journal Title

      Journal of the Japan Society of Applied Electromagnetics and Mechanics

      Volume: 27 Issue: 2 Pages: 239-244

    • DOI

      10.14243/jsaem.27.239

    • NAID

      130007682197

    • ISSN
      0919-4452, 2187-9257
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Fabrication and evaluation of anisotropic Fe-based nanocrystal alloy ribbons2022

    • Author(s)
      Tomoya Tada, Makoto Sonehara, Toshiro Sato
    • Organizer
      IEEE Shin-etsu Section Student Branch (SSB) Online Poster Session 2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 倍電流整流回路用結合インダクタの作製2022

    • Author(s)
      川田奈波,大山秀樹,南澤俊孝,曽根原誠,佐藤敏郎
    • Organizer
      第46回 日本磁気学会(MSJ)学術講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Beyond 10MHz スイッチングDC-DCコンバータ用 プレーナパワーインダクタの開発2022

    • Author(s)
      宮田涼平,木村創一,川田奈波,南澤俊孝,曽根原誠,佐藤敏郎
    • Organizer
      第46回 日本磁気学会(MSJ)学術講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Beyond MHz磁心材料の開発とインダクタ/トランスへの適用,ならびにDC-DCコンバータへの実装2022

    • Author(s)
      佐藤敏郎
    • Organizer
      岩崎コンファレンス,日本磁気学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 高周波磁気工学研究の歩み,特別講演Ⅱ2022

    • Author(s)
      佐藤敏郎
    • Organizer
      電気学会マグネティックス研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Beyond MHz帯電力用磁性材料とその応用,基調講演2022

    • Author(s)
      佐藤敏郎
    • Organizer
      MaSC技術交流会〝Real Exchange″,東北大学 産学連携先端材料研究開発センター
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 15MHzスイッチングDC-DCコンバータ用プレーナパワーインダクタの試作と評価2022

    • Author(s)
      木村 創一,川田 奈波,宮田 涼平,佐藤 敏郎,曽根原 誠
    • Organizer
      電気学会東海支部学生発表会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Beyond MHzスイッチング電源用EMIフィルタの基礎検討2022

    • Author(s)
      吉田 詠一,古市 航,南澤 俊孝,曽根原 誠,佐藤 敏郎
    • Organizer
      電気学会東海支部学生発表会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ナノ結晶合金扁平粉末積層シート磁心の低保磁力化にむけた作製工程の検討2021

    • Author(s)
      小池 航太,金谷 孝紀,多田 智哉,佐藤 敏郎,曽根原 誠
    • Organizer
      電気学会基礎・材料・共通(A)部門大会(オンライン)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Basic investigation of planar power inductor for 15MHz switching DC-DC converter2021

    • Author(s)
      Soichi Kimura, Makoto Sonehara, Toshiro Sato
    • Organizer
      IEEE Shin-etsu Section Student Branch (SSB) Online Poster Session 2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Basic investigation of coupled-line EMI filter for beyond-MHz switching power supplies using high permeability and high loss magnetic material2021

    • Author(s)
      Eiichi Yoshida, Makoto Sonehara, Toshiro Sato
    • Organizer
      IEEE Shin-etsu Section Student Branch (SSB) Online Poster Session 2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 高速スイッチング電源用磁心材料に用いる鉄系ナノ結晶扁平粉末の作製と特性評価2021

    • Author(s)
      野間田竜,小池航太,金谷孝紀,佐藤敏郎,曽根原 誠
    • Organizer
      令和2年度電気学会東海支部主催学生発表会(第2回)(オンライン)
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 高周波電力用磁心材料の開発2021

    • Author(s)
      佐藤敏郎
    • Organizer
      磁気エレクトロニクス研究会(主催;長野県テクノ財団,共催;IEEE MAG-33 Shin-etsu Chapter)
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 高透磁率・高損失磁性材料を用いたBeyond 10MHz伝導ノイズ抑制フィルタの基礎検討2021

    • Author(s)
      梶原あさみ,南澤俊孝,曽根原 誠,佐藤敏郎
    • Organizer
      令和3年電気学会全国大会(オンライン)
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Basic investigation of LLC-LC resonant DC-DC converter using Fe-based metal composite bulk core transformer2020

    • Author(s)
      Kozen Sato, Tositaka Minamisawa, Makoto Sonehara, Toshiro Sato
    • Organizer
      IEEE International Magnetics Conference (INTERMAG2020)(新型コロナウィルス感染症の拡大により中止、ただし、発表扱い)
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fabrication of Fe-based soft magnetic flake powders for flake-composite magnetic sheet core2020

    • Author(s)
      Yuan Ying, Yutaro Inagaki, Ryu Nomata, Makoto Sonehara, Toshiro Sato
    • Organizer
      IEEE International Magnetics Conference (INTERMAG2020)(新型コロナウィルス感染症の拡大により中止、ただし、発表扱い)
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Beyond MHzスイッチング電源における諸課題~電力用磁性材料の視点から~2020

    • Author(s)
      佐藤敏郎
    • Organizer
      日本磁気学会第13回エネルギーマグネティックス専門研究会(オンライン)
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 鉄系メタルコンポジット鉄心リーケージトランスを用いたLLC-LC共振型DC-DCコンバータの試作2020

    • Author(s)
      佐藤鴻全,南澤俊孝,曽根原誠,佐藤敏郎
    • Organizer
      第44回 日本磁気学会学術講演会(オンライン)
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 扁平及び球形磁性粉末コンポジット磁心からなる有機インターポーザ内蔵リーケージトランスの構造検討2020

    • Author(s)
      馬場海帆,木村創一,佐藤敏郎,曽根原誠
    • Organizer
      令和2年度電気学会東海支部主催学生発表会(第1回)(オンライン)
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 電源モジュールにおける伝導ノイズ抑制法の基礎検討2020

    • Author(s)
      梶原あさみ,南澤俊孝,曽根原誠,佐藤敏郎
    • Organizer
      令和2年度電気学会東海支部主催学生発表会(第1回)(オンライン)
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] MHz帯磁心材料用低磁歪ナノ結晶扁平粉末の作製と特性評価2020

    • Author(s)
      稲垣悠太郎,石田嵩,白澤智寛,佐藤敏郎,曽根原誠
    • Organizer
      電気学会東海支部学生発表会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 熱測定による鉄損評価法の基礎検討2020

    • Author(s)
      植田大輝,佐藤敏郎,曽根原誠,南澤俊孝
    • Organizer
      電気学会東海支部学生発表会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 扁平状磁性粉末コンポジットシートを用いた有機インターポーザ内蔵パワーインダクタの基礎検討2020

    • Author(s)
      石田嵩,白澤智寛,梶原あさみ,馬場海帆,佐藤敏郎,曽根原誠,宮地幸祐
    • Organizer
      電気学会東海支部学生発表会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 扁平状磁性粉末コンポジットシートを用いた有機インターポーザ内蔵トランスの基礎検討2020

    • Author(s)
      白澤智寛,石田嵩,馬場海帆,梶原あさみ,佐藤敏郎,曽根原誠,宮地幸祐
    • Organizer
      電気学会東海支部学生発表会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 温度測定による鉄損測定法の基礎検討2020

    • Author(s)
      植田大輝,佐藤敏郎,曽根原誠,南澤俊孝
    • Organizer
      令和2年電気学会全国大会 (新型コロナウィルス感染症拡大のため大会中止、ただし、発表扱い)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 扁平および球形磁性粉末コンポジット磁心からなるハイブリッド磁気回路プレーナパワーインダクタ2020

    • Author(s)
      石田嵩,梶原あさみ,白澤智寛,佐藤敏郎,曽根原誠,宮地幸祐
    • Organizer
      令和2年電気学会全国大会(新型コロナウィルス感染症拡大のため大会中止、ただし、発表扱い)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 金属磁性扁平粉末を使用した基板埋込型トランスの結合係数の調整方法2020

    • Author(s)
      白澤智寛,馬場海帆,石田嵩,佐藤敏郎,曽根原誠,南澤俊孝
    • Organizer
      令和2年電気学会全国大会(新型コロナウィルス感染症拡大のため大会中止、ただし、発表扱い)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Fe-based Composite Magnetic Core for GaN Power Device Switching Converter2019

    • Author(s)
      Toshiro Sato
    • Organizer
      International Symposium on Advanced Power Packaging 2019 (ISAPP2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Beyond MHz帯電力用磁心材料の開発2019

    • Author(s)
      佐藤敏郎,水野勉,曽根原誠,宮地幸祐,舟木剛
    • Organizer
      電気学会マグネティックス研究会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Book] 電気学会技術報告1510号、オンチップRFマグネティックスの研究開発動向2021

    • Author(s)
      山口正洋,佐藤敏郎,他(分担執筆)
    • Total Pages
      76
    • Publisher
      電気学会、ISSN 919-9195
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Remarks] 信州大学工学部先端磁気デバイス研究室

    • URL

      https://www.shinshu-u.ac.jp/faculty/engineering/eict/laboratory/cat/post_28/

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Remarks] 信州大学工学部先端磁気デバイス研究室

    • URL

      http://amdl.shinshu-u.ac.jp/

    • Related Report
      2020 Annual Research Report 2019 Annual Research Report

URL: 

Published: 2019-04-18   Modified: 2024-01-30  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi