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2022 年度 実績報告書

Beyond MHz帯電力用扁平磁性粉末積層コンポジット磁心材料の磁化機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 19H02127
研究機関信州大学

研究代表者

佐藤 敏郎  信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (50283239)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
キーワード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
研究実績の概要

(1)等方性Fe系ナノ結晶合金扁平粉末の複素透磁率を評価した結果、扁平粉末単体の比透磁率は60~80程度であり、扁平粉末積層構造によって個々の扁平粉末の反磁界がキャンセルされて高透磁率化する機構が明らかになった。また、10MHz以下の周波数で磁壁共鳴によると思われる複素透磁率の虚部ピークが観測され、異方性扁平粉末に対する180°磁区回転磁化励磁は磁壁共鳴をともなわずうず電流損の低減に有効であるという本研究の動機を裏付ける結果が得られた。
(2)等方性Fe系ナノ結晶合金扁平粉末積層コンポジットシート磁心を採用した10MHz動作Buckコンバータ用結合インダクタを試作し、10~20MHzにおいて40以上のQ値が得られることを実証した。扁平粉末の異方性化によりさらなるインダクタの高Qが可能になると考えられる。
(3)異方性扁平粉末の出発材料として20μm厚Co-Pd置換Fe系ナノ結晶合金(Fe73.5-x-y Cox Pdy Si16.5 B6 Nb3 Cu1 at.%)薄帯を作製し、異方性の誘導と磁気特性の評価を行った結果、Co置換量;x=3.63 at.%、Pd置換量;y=0.37 at.%の材料は既存のFe系ナノ結晶合金(Fe73.5 Si16.5 B6 Nb3 Cu1 at.%)に対して100kHz以上の透磁率の低下を大幅に改善できるとともに(1MHzにおける比透磁率を2000から4000に向上)、鉄損を60%低減できることを明らかにした。これまでに確立した扁平粉末積層コンポジットシート磁心作製プロセスに1μm~数μm厚のCo-Pd置換Fe系ナノ結晶合金扁平粉末を導入することで、Beyond MHz帯ベンチマーク磁心のNi-Znフェライトやセンダスト(Fe-Al-Si)扁平粉末積層コンポジットシート磁心を大幅に凌駕する高透磁率・低鉄損磁心に目途をつけた。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 倍電流整流回路を用いたLLC共振コンバータ用結合インダクタの作製2023

    • 著者名/発表者名
      川田奈波,大山秀樹,南澤俊孝,曽根原誠,佐藤敏郎
    • 雑誌名

      日本磁気学会論文特集号

      巻: 7巻 ページ: 80-84

    • DOI

      10.20819/msjtmsj.23TR510

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 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

    • 著者名/発表者名
      宮田涼平,木村創一,川田奈波,南澤俊孝,曽根原誠,佐藤敏郎
    • 雑誌名

      電気学会研究会資料

      巻: MAG-23-009 ページ: 45-50

  • [雑誌論文] 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

    • 著者名/発表者名
      佐藤敏郎,水野勉
    • 雑誌名

      まぐね(日本磁気学会会報)

      巻: 17巻 ページ: 142-148

  • [雑誌論文] 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

    • 著者名/発表者名
      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
    • 雑誌名

      電気学会研究会資料

      巻: MAG-22-047 ページ: 5-10

  • [学会発表] Fabrication and evaluation of anisotropic Fe-based nanocrystal alloy ribbons2022

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Tada, Makoto Sonehara, Toshiro Sato
    • 学会等名
      IEEE Shin-etsu Section Student Branch (SSB) Online Poster Session 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] 倍電流整流回路用結合インダクタの作製2022

    • 著者名/発表者名
      川田奈波,大山秀樹,南澤俊孝,曽根原誠,佐藤敏郎
    • 学会等名
      第46回 日本磁気学会(MSJ)学術講演会
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      宮田涼平,木村創一,川田奈波,南澤俊孝,曽根原誠,佐藤敏郎
    • 学会等名
      第46回 日本磁気学会(MSJ)学術講演会
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      佐藤敏郎
    • 学会等名
      岩崎コンファレンス,日本磁気学会
    • 招待講演
  • [学会発表] 高周波磁気工学研究の歩み,特別講演Ⅱ2022

    • 著者名/発表者名
      佐藤敏郎
    • 学会等名
      電気学会マグネティックス研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Beyond MHz帯電力用磁性材料とその応用,基調講演2022

    • 著者名/発表者名
      佐藤敏郎
    • 学会等名
      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
    • 招待講演
  • [備考] 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/

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公開日: 2023-12-25  

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