電力ロスを大幅に低減!革新的な鉄系磁性材料を開発〜新たな組織と磁化制御技術で実現 次世代トランス・EV部品への応用に期待〜

2025-09-03 物質・材料研究機構,東北大学,産業技術総合研究所

NIMS、東北大学、産総研の共同研究チームは、鉄系軟磁性アモルファスリボンに新たなナノ組織・磁区構造の制御技術を導入し、電力損失を従来比で50%以上低減することに成功しました。本材料は数十キロヘルツの高周波領域で優れた性能を発揮し、特に次世代高周波トランスや電気自動車の電源回路での応用が期待されます。従来、パワーエレクトロニクス技術の高周波化に伴い、軟磁性材料の電力ロスが大きな課題でしたが、今回の成果はナノレベルでの組織・磁区制御により解決策を提示したものです。今後はプロトタイプ素子の作製や実装化が進められ、電動機器の省エネ化やカーボンニュートラルの実現に寄与することが期待されます。本成果はNature Communications誌に掲載されました。

電力ロスを大幅に低減!革新的な鉄系磁性材料を開発〜新たな組織と磁化制御技術で実現 次世代トランス・EV部品への応用に期待〜
図: 従来のアモルファスリボンのナノ組織と磁区構造(左)と、本開発材料のナノ組織制御および磁区構造制御(右)の模式図。
中央のグラフは、これらの制御によって軟磁性材料の電力損失を50%以上低減できたことを示している。

<関連情報>

ナノ構造と高周波領域設計による鉄増強軟磁性リボンにおける超低コア損失の実現 Ultra-low core loss in Fe-enriched soft magnetic ribbons enabled by nanostructure and high-frequency domain engineering

Ravi Gautam,Shozo Hiramoto,Nikita Kulesh,Hiroaki Mamiya,Satoshi Okamoto,Nobuhisa Ono,Takeshi Ogasawara,Tadakatsu Ohkubo & Hossein Sepehri-Amin
Nature Communications  Published:03 September 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-63139-1

Abstract

The next generation of power electronics necessitates materials capable of rapid response at tens of kilohertz frequencies while ensuring minimal core losses. Accelerating the advancement of power electronics hinges on addressing the current shortage of ultra-low core loss soft magnets, thereby enabling sustainable energy utilization and paving the way toward achieving zero carbon footprints. Here we demonstrate an approach that integrates nanostructure engineering with high-frequency domain structure control, significantly enhancing the performance of Fe-enriched amorphous ribbons. Our strategy reduces core loss by 55%, achieving an ultra-low loss of ~ 75 ± 1.3 W/kg at 10 kHz, 1 T. We attribute this improvement to optimized perpendicular magnetic anisotropy, which is induced by positive magnetostriction and compressive stress generated from partial nanocrystallization of α-Fe in a residual amorphous matrix. These configurations lead to the formation of a narrow stripe-shaped magnetic domain (~ 4.8 ± 0.6 μm wide), resulting in minimal excess loss. These findings highlight a pivotal advancement in soft magnet design, facilitating energy-efficient, miniaturized power electronics for modern applications.

0403電子応用
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