2020 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of magnetization mechanism in the flake composite magnetic core materials for beyond MHz frequency
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19H02127
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
佐藤 敏郎 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (50283239)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 高周波電力用軟磁性材料 / 磁化機構 / 磁区構造 / 異方性 / インダクタ／トランス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度の研究実績は以下のとおりである。
(1)アモルファスFe-Si-B-Cu-Nb系合金を出発にしてFeの一部を1 at.％のPdで置換した場合、磁界中ナノ結晶化熱処理によって約1000A/mの一軸磁気異方性磁界が発現することが前年度の研究によって明らかになっている。100μmサイズの1μm厚異方性扁平粉末に対する磁区構造観察によれば、観察視野範囲で磁壁が観測されず、単磁区に近い状態にあることを明らかにした。誘導異方性エネルギーが扁平粉末端部の磁極による静磁エネルギーを大きく上回っていることが単磁区に近い磁区構造を取る理由であると推察され、大きな異方性を誘導することで高周波損失の主因となる磁壁移動による異常うず電流を抑制でき、粉末全体にわたって低損失である回転磁化を利用できると期待される。異方性扁平粉末単体の複素透磁率を評価する計画であったが、新型コロナ感染症の影響のため連携機関の協力を得ることが難しく、2021年度に延期となった。
(2)ナノ結晶化前のアモルファス状態の扁平粉末をシリコーンをバインダとして等方性扁平粉末積層コンポジットシートを作製し、その後、高温ナノ結晶化する新規のシート磁心作製法を検討した。高温熱処理でシリコーンがシリカに変性して高耐熱無機バインダとなる。シート成形後の熱処理によって扁平粉末の残留歪みが開放されると同時に、ナノ結晶化による低磁歪化があいまって、扁平粉末積層シート磁心としては世界最小の保磁力78 A/mを達成した。
(3) 等方性Fe系ナノ結晶扁平粉末を用いた高周波高損失性シート磁心を採用したインダクタとチップキャパシタを用いてL-C-L型のノイズフィルタを試作し、10MHzハードスイッチングBuckコンバータの出力ノイズフィルタに適用した結果、数百MHzの周波数成分を持つスパイクノイズを劇的に低減できることを示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
新型コロナ感染症の影響で異方性扁平粉末単体の複素透磁率の評価が1年延期となったが、扁平粉末積層コンポジットシート磁心の低保磁力化に有効なシート磁心作製技術を確立した。2021年度以降はシート磁心の磁化機構の解明と併せて、インダクタやノイズフィルタなど磁気デバイスの試作と実装評価を進めていく。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究経過を鑑み、今後は以下に示す内容で研究開発を推進する。
①扁平磁性粉末単体の磁気物性評価、高周波磁化機構の解明；2020年度に予定していたFe-Si-B-Cu-Nb系ナノ結晶合金扁平粉末単体の複素透磁率の評価がコロナ禍によって実施できなかった。2021年度は産総研の協力を得て扁平粉末単体の複素透磁率を1MHz～1GHzの範囲で評価するとともに、2020年度に実施した磁区構造観察の結果と照らし合わせて扁平粉末単体における高周波磁化機構を考察する。
②扁平粉末積層体の磁気特性評価と高周波磁化機構の解明；シリコーンをバインダに用いてアモルファス扁平粉末積層シートを作製した後、ナノ結晶化熱処理することで低保磁力のFe系ナノ結晶合金扁平粉末積層体を実現できることを2020年度に明らかにした。2021年度は本方法を用いて等方性、ならびに異方性扁平粉末積層コンポジット磁心を試作して扁平面内複素透磁率を評価するとともにBeyond MHz帯鉄損を測定し、扁平粉末積層体における高周波磁化機構を考察する。併せて、インダクタなどの磁気デバイスへの適用を図って行く。
③研究実施体制；信州大学大学院修士／博士課程学生の支援を得るとともに、信州大学工学部スピンデバイステクノロジーセンター教員の協力を仰ぎ、実験装置の借用などの協力を得る。コロナ禍によって実施できなかった扁平粉末単体の複素透磁率評価を産総研の協力を得て実施する。電子線ホログラフィによるミクロ磁気構造観察を行うため、装置を保有する関係企業の協力を得る。
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Research Products
(15 results)
