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

NIMS（国立研究開発法人物質・材料研究機構）
国立大学法人東北大学
国立研究開発法人産業技術総合研究所

NIMSは、東北大学および産業技術総合研究所と共同で、鉄系の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％以上削減することに成功しました。特に、次世代高周波トランスや電気自動車の駆動用電源回路などで求められる数十キロヘルツの高周波領域で高性能を発揮し、電動機器の省エネ化やカーボンニュートラル実現への貢献が期待されます。本成果は、9月3日にNature Communications誌に掲載されました。

概要

従来の課題

AI向けデータセンターや電気自動車などの電力利用が急速に拡大する中、電力の高効率利用が重要な課題となっています。その要となるパワーエレクトロニクス技術では、電力を変換・供給するトランスやインダクタなどに使われる軟磁性材料の性能が効率化の鍵を握ります。軟磁性材料は、外部磁界に対してすばやく反応する磁化応答性に優れ、電力ロスを抑えられる金属材料ですが、パワーエレクトロニクス技術の高周波化に伴い、軟磁性材料で発生するエネルギーロスの増大が深刻な問題となっていました。

成果のポイント

今回、NIMS、東北大学、および産業技術総合研究所(産総研)の研究チームは、鉄を主成分とした軟磁性アモルファスリボン内部の「ナノ組織」および「磁区構造」を精密に制御する手法を新たに開発しました。これにより、特にトランスや電気自動車のパワー回路など、応用が期待されている数十キロヘルツまでの高周波域で、軟磁性材料の電力損失を従来比で50%以上削減することに世界で初めて成功しました(図)。

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。

将来展望

今後、この新たに開発した材料を用いて、トランスなどのプロトタイプ素子の作製や、実際の電力変換回路への実装を目指します。

その他

本研究は、NIMS 磁性・スピントロニクス材料研究センターのRavi Gautam ポスドク研究員、間宮広明主席研究員、大久保忠勝副センター長、世伯理那仁グループリーダー、NIMS ICYSのNikita Kulesh リサーチフェロー、東北大学多元物質科学研究所の平本尚三研究員、岡本聡教授、小野暢久博士課程学生、および産総研エレクトロニクス基盤技術研究部門の小笠原剛主任研究員からなるチームによって、文部科学省の「革新的パワーエレクトロニクス創出基盤技術研究開発事業(JPJ009777)」の一環として実施されました。
本研究成果は、2025年9月3日にNature Communicationsのオンライン版に掲載されました。

掲載論文

題目 : Ultra-Low Core Loss in Fe-enriched Soft Magnetic Ribbons Enabled by Nanostructure and High-Frequency Domain Engineering
著者 : Ravi Gautam, Shozo Hiramoto, Nikita Kulesh, Hiroaki Mamiya, Satoshi Okamoto, Nobuhisa Ono, Takeshi Ogasawara, Tadakatsu Ohkubo, Hossein Sepehri-Amin
雑誌 : Nature Communications
掲載日時 : 2025年9月3日
DOI : 10.1038/s41467-025-63139-1

お問い合わせ先

研究内容について

NIMS　磁性･スピントロニクス材料研究センター
グリーン磁性材料グループ
グループリーダー
世伯理那仁（せぺりなびど）（Hossein Sepehri-Amin）

E-Mail: H.SEPEHRIAMIN=nims.go.jp ([ = ] を [ @ ] にしてください)
TEL: 029-859-2739

NIMS　磁性・スピントロニクス材料研究センター
副センター長
大久保忠勝（おおくぼただかつ）

E-Mail: OHKUBO.Tadakatsu=nims.go.jp ([ = ] を [ @ ] にしてください)
TEL: 029-859-2716

東北大学　多元物質科学研究所　教授
岡本聡

E-Mail: satoshi.okamoto.c1=tohoku.ac.jp ([ = ] を [ @ ] にしてください)
TEL: 022-217-5357
URL: https://www2.tagen.tohoku.ac.jp/lab/okamoto/ (岡本研究室 | 多元物質科学研究所)

産業技術総合研究所　エレクトロニクス基盤技術研究部門
強相関デバイス技術研究グループ　主任研究員
小笠原剛

E-Mail: t-ogasawara=aist.go.jp ([ = ] を [ @ ] にしてください)
TEL: 050-3521-3045

報道・広報について

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