モーター、リアクトル等の鉄心損失を低減できる …...C. Suryanarayana, Prog. Mater. Sci. 46 , 1-184, 2001 塑性変形脆性破壊工業用ボールミル粉砕に伴う

岐阜工業高等専門学校機械工学科材料学研究室

モーター、リアクトル等の鉄心損失を低減できる{001}集合組織を有する鉄粒⼦

岐阜工業高等専門学校機械工学科

准教授本塚智

2015/12/3 新技術説明会(14:00～14:25, 20-5)

岐阜工業高等専門学校機械工学科材料学研究室 2

モーターの構造

モーターの構造

鉄心

画像：日本電産様ホームページよりhttp://www.nidec.com/ja-

JP/technology/motor/basic/00014/


鉄心に関わるモーターの損失

損失の種類損失のメカニズム解決方法解決手段

（従来技術）

銅損巻線のジュール発熱

鉄⼼の透磁率μの向上によるトルクに対する電流⽐の減

少電磁鋼板

ヒステリシス損磁区同士の摩擦による発熱

鉄⼼の透磁率μの向上によるヒステリシス曲線面積の減少

渦電流損鉄⼼中の渦電流に

よる発熱鉄⼼の渦電流発⽣領域の

減少圧粉鉄心


銅損・ヒステリシス損の電磁鋼板による低減メカニズム

電磁鋼板

通り易い⽅向を鋼板に垂直に揃える

打抜いて積層鉄心を作る

通り易い<001> 通り難い

<111>

中間<110>

鉄の結晶中の磁気の通り易さ

鉄の結晶

電磁鋼板

結晶の向きを制御して銅損とヒステリシス損を低減

渦電流損は高


渦電流損の圧粉鉄心による低減メカニズム

積層鉄心の断面図

絶縁膜

渦電流損

導体の⼤きさに⽐例

粒⼦を圧縮し三次元

的に導体を区切る

画像：ホッカイエムアイシー様ホームページより http://www.hokkaimic.co.jp/

圧粉鉄心の開発

圧粉鉄心

導体を絶縁膜で区切って渦電流損を低減

銅損とヒステリシス損は高

鋼板鉄粒⼦


結晶方位制御技術

結晶方位の制御方法圧延・引張による塑性変形

画像：産総研ホームページよりhttps://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2008/pr20080916/pr20080916.html

板状・線状材料しか結晶の向きを制御できなかった


粉砕プロセス

C. Suryanarayana, Prog. Mater. Sci. 46, 1-184, 2001

塑性変形脆性破壊

工業用ボールミル粉砕に伴う⾦属粒⼦サイズの変化

粉砕初期：塑性変形が⽀配的。しかし、加⼯⼒の向き・⼤きさがランダム粉砕で⾦属粒⼦の結晶⽅位を制御した報告無し


粉砕時間 / h

平均

粒⼦

サイズ

/ µm

粉砕に伴う鉄粒⼦形態の変化

0 h 0.1 h 1.0 h 8.0 h

粉砕に伴う粒⼦サイズの変化

粉砕によって鉄粒⼦は偏平化↓

粒⼦の配向制御に好都合


粉砕に伴う結晶構造の変化

2θ (CuKα) / degree

信号

強度

/ cps

0 h

0.10 h

0.25 h

0.50 h

1.00 h

2.00 h

4.00 h

8.00 h

106

cp

s

2θ (CuKα) / degree

0 h

0.10 h

0.25 h

0.50 h

1.00 h

2.00 h

4.00 h

8.00 h

α-鉄(110)(002) (211) (220)

106

cp

s信

号強

度/ c

ps

XRDパターン

本技術粉砕のみ

(002)ピークが上昇


板状結晶(層状化合物)のXRDパターンの特徴

Bragg-Brentano光学系の欠点板状結晶は、サンプルが特定方向を向くことにより、特定面のピークが強調されるリガク, X線回折ハンドブック, p.42, 2010

充填量：多い

充填量：中間

充填量：少ない

XRDサンプルホルダ

カオリナイトのXRDパターン


扁平鉄粒⼦の結晶構造

2θ (CuKα) / degree2θ (CuKα) / degree

0.0905 g

(110) (002)

(211)(220)

0.1244 g

0.1885 g

0.1569 g

0.2148 g

0.2643 g

30

,00

0 c

ps

30

,00

0 c

ps

1h 粉砕本技術で1h 粉砕

信号

強度

/ cps

信号

強度

/ cps

扁平粒⼦の扁平⾯に対して<001>が垂直に配向

XRDパターン


扁平鉄粒⼦の集合組織極点図

(002)

本技術

粉砕のみ

400 µm

400 µm(002) (110)

(110)

<001>

<001>

本技術で得られる鉄粒⼦

扁平粒⼦の扁平⾯に対して<001>が垂直に制御された集合組織


粒⼦の製造方法

ボールミルで粉砕するだけ！低コスト！画像：アズワン様ホームページより http://www.justis.as-1.co.jp/jus-tis/web/SearchResultList.aspx?sid=justis&pid=UcSearchCatalog&stype=Catalog&catalog=GJ&keyword=5-5013-01&op_from=jus-tis


新技術の特徴・従来技術との比較

• 電磁鋼板– 結晶の向きを制御

• ヒステリシス損、銅損を低減

新技術｛001｝集合組織を有する鉄粒⼦

結晶の向きを制御された鉄粒⼦↓

ヒステリシス損・銅損・渦電流損全てが低い鉄心開発に繋がる

• 圧粉鉄心– 導体の大きさの低減

• 渦電流損を低減

従来技術


想定される用途

・電動機/発電機の鉄心・昇圧コンバータ用リアクトル

回転による遠⼼⼒が作⽤しないため、圧粉体と相性良

・電磁シールド用のフィラー樹脂中で本鉄粒⼦を配向させて利⽤


想定される用途

(銅：処理後)

{002}{111}

(銅：処理前)

{022}

⾦属⼀般に応⽤可能であり、⾦属の特性の異⽅性（耐食性、加工性、音の伝播等)を利⽤した、様々な応用先が考えられる。


実用化に向けた課題

粉末を得ることはできたが、後工程に着手していない。具体的には、

・スケールアップ・圧粉成形・熱処理

・磁気特性の測定

現在、外部研究機関と共同で圧粉成形・熱処理・磁気特性の測定に取り組んでいる。


企業への期待

・現在、集合組織の形成機構の解明に取り組んでいる。

・スケールアップについては、企業の協⼒が不可⽋と考えている。

・粉末製造技術をもつ企業との共同研究を希望。

・鉄だけ、モーターだけでなく、他の⾦属、他の⽤途で本技術を

展開できる企業を希望。


本技術に関する知的財産権

特許出願済み（未公開特許）


お問い合わせ先

岐阜工業高等専門学校産学連携コーディネータ竹腰久仁雄

Tel. 058-320-1245Fax 058-320-1240E-mail [email protected]


ご清聴ありがとうございました

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モーター、リアクトル等の鉄心損失を低減できる …...C. Suryanarayana, Prog. Mater. Sci. 46 , 1-184, 2001 塑性変形 脆性破壊 工業用ボールミル 粉砕に伴う

モーター、リアクトル等の鉄心損失を低減できる …...C. Suryanarayana, Prog. Mater. Sci. 46 , 1-184, 2001 塑性変形脆性破壊工業用ボールミル粉砕に伴う