サマリウム鉄系等方性ボンド磁石を開発――少ないレアアース量でネオジムボンド磁石と同等の磁力を発揮 東北大と東芝

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東北大学は2022年3月1日、同大学大学院工学研究科と東芝の研究チームが、サマリウム鉄系等方性ボンド磁石を開発したと発表した。少ないレアアース量で、ネオジムボンド磁石と同等の磁力を有する。車載用の小型モーターなどでの用途が見込まれる。

モーターの効率向上を目的として、レアアースのネオジムを用いた高い磁力の磁石が広く用いられている。一方でレアアースは、特定国からの輸入に大きく依存していることがリスクとなっており、使用量の削減やネオジムの使用に偏重している状況の改善が求められている。

同研究チームは今回、添加元素の最適化や独自の熱処理技術により、サマリウム鉄を用いた等方性ボンド磁石を開発した。サマリウムは、ネオジムを採掘する際に副産物として得られるもので、余剰資源となっている。

等方性ボンド磁石は、全方位に対して磁力が均一であり、着磁方向を自由に選択できる。また、形状の自由度や寸法精度が高く、簡略な工程で製造できるなど実用面での利点が多い。今回開発した等方性ボンド磁石は、これらの利点を保ちながら、ネオジムボンド磁石と同レベルの磁力を実現した。

同研究チームは、サマリウムおよび鉄にコバルトやニオブ、ホウ素を加えた合金を溶かし、急冷凝固させた後に熱処理を加えることで、鉄濃度が高い化合物結晶の境目にニオブやホウ素を濃縮させる技術を開発した。

レアアースのサマリウムの含有割合は6原子%となっている。従来のネオジム合金はネオジムを13原子%含んでいるため、約半分のレアアース使用量となった。

磁石が有するエネルギーを示す最大エネルギー積は、室温20℃で98kJ/m3。ネオジムボンド磁石と同等の値となっている。また、残留磁束密度も室温20℃で0.82T(テスラ)となっており、こちらもネオジムボンド磁石と同等となった。

さらに、1℃あたりの残留磁束密度の低下率は0.06%となった。ネオジム磁石の約半分の値となっており、ネオジムボンド磁石と比較して高い耐熱性を有することを示している。

東北大学および東芝は今後、量産化に向けて磁石メーカーと連携し、低コストで安定した生産が可能な製造技術の開発を進める。また、残留磁束密度や保磁力といった磁石性能のさらなる向上を図るべく、研究開発を継続する。さらに、各種モーター製品への適用に向けて、モーター設計の最適化も検討する。

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