【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.09】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24UT0059
利用課題名 / Title
可変界磁モータ用磁歪材料の開発
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学 / Tokyo Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
軟磁性材料, 遷移金属系合金,X線回折/ X-ray diffraction
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
福﨑 智数
所属名 / Affiliation
ニデック株式会社
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
府川和弘,飯盛桂子
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
電気自動車用主機モータは街乗りから高速道路運転まで幅広い動作領域で使用されるため、全動作領域の平均高効率を高めることが難しい。これを解決する方法として、モータ回転子から発生する磁束を動作点に応じて変化させる可変界磁技術が注目されている。Nidecでは、磁性体が持つ磁歪特性を利用して回転子からの磁束量を可変する新しい可変界磁モータの研究に取り組んでおり、本モータ実現のためには大きな磁歪を有する鋼板材料の開発が必要となる。本研究では様々な鉄系合金の磁歪と格子定数の関係を調査し、磁歪が大きくなる材料の設計指針を得ることを目的とする。
実験 / Experimental
作製した鉄系合金の組成はFe100-xMx (x=0-20 at.%)とし、添加元素MはSi, Ge, Al, Ga, Ni, Mn, Vとした。アーク溶解炉を用いて各合金を作製したのち、試料寸法が10mm x 10 mm x 1.2 mm以下の板状となるように切断および研磨を行った。成形された試料は組織の均質化および研磨による内部ひずみ除去の目的で高真空環境下で700 ℃で10時間の熱処理を行った。評価は粉末X線回折装置 (SmartLab 3kW, Rigaku)を用い、2θ=30-90°の回折ピークから格子定数を算出した。また、ひずみゲージ法をもちいて磁歪定数を算出した。
結果と考察 / Results and Discussion
各合金のX線回折測定を行った結果、本組成範囲ではいずれの添加元素においてもすべて鉄の固溶体であった。各合金の組成に対する格子定数の変化をFig . 1に示す。Ga, Al, Ge, Vは添加量の増加にしたがい格子定数が増加し、Ni, Si, Mnは添加量の増加にしたがい格子定数がほとんど変わらない、もしくは減少した。磁歪の傾向をFig. 2に示す。磁歪は格子定数が増加する元素を添加した場合に増加(Fig. 2 (a))し、格子定数がほとんど変わらないもしくは減少する元素を添加した場合は大きく変化しない、もしくは低下する(Fig. 2 (b)傾向を示し、格子定数の増加と共に磁歪が増加する結果が得られた。このことから磁歪は、磁界が印可されたときに伸びようとする鉄の結晶磁気異方性エネルギー(Emag)に起因する斥力と、結晶構造を維持しようするポテンシャルエネルギー(Eatom)に起因する引力の差(Emag-Eatom)に比例することが予想される。ただし半金属系(Si, Ge)は特殊で、例えばGeは格子定数を増加させるが磁歪が低下する。鉄合金の第一原理計算による解析[1]によると、半金属系元素は格子間位置によって鉄の結晶磁気異方性エネルギーを低下させることが報告されている。したがって鉄の結晶磁気異方性エネルギーを低下させずに格子定数を増加することができる元素Al, Ga, V等で大きな磁歪が得られることが明らかになった。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 Element concentration dependence of lattice constant on various iron alloys Fe-M (M=Ga, Ge, Al, V, Ni, Mn, Si).
Fig. 2 Dependence of magnetostriction on element concentration (a) elements Ga, Al, Ge and V that increased lattice constant and (b) elements Ni, Si and Mn that decreased lattice constant.
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
参考文献
[1]Dorj Odkhuu, Won Seok Yun and Soon Cheol Hong, Electronic orign of the negligible magnetostriction of an electric steel Fe1-xSix alloy:A density-functional study, J. Appl. Phys., 111, 063911, (2012)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件