リカロイ™

不思議な黒い粉「リカロイ™」

 

リカロイ™とは

独自の磁性素材 リカロイ™

独自の磁性素材 リカロイ™

 リカロイ™は、アルプス電気が開発するオリジナルの金属磁性材料の名称です。 特長は、「過冷却液体領域を持ったアモルファス素材」であること。過冷却液体領域とは、凝固点で結晶化を始めないこと。 通常よく目にする金属とは、凝固点で結晶化を始め、室温では結晶化しています。結晶化とは、原子が規則正しく並んでいることを指します。 では、過冷却液体領域を持つ金属は、どのような状態なのでしょうか? それは、凝固点で、結晶化を始めない、すなわち、原子が規則正しく並ぼうとしない物質です。 このように、室温下において、原子が規則正しく並んでいない物質の状態を「アモルファス」と呼び、リカロイ™は、アモルファス金属のひとつです。
リカロイ™の名前は、こうした物質特性が加味されています。アモルファス状の物質。 すなわち、原子が規則正しく並んでいない物質である液体のLiquid(リキッド)と合金のAlloy(アロイ)を合わせ、リカロイ™という名前が誕生しました。
では、アモルファス金属である「リカロイ™」はどんな特性があるのでしょうか? リカロイ™は、大きく4つの特性を持っています。それは、1)低鉄損であること 2)飽和磁束密度が高いこと 3)粉末化が容易であること 4)高温下でも特性が安定していること です。

図1 コアロス比較

図1: コアロス比較

1)低鉄損(コアロスが少ない)
 鉄損とは、磁性素材を鉄芯とし、コイルを巻きつけ電気を流し、その鉄芯を磁化させた時に失われる電気エネルギーのこと。低鉄損とは、磁化させた時に失われるエネルギーが少なく、効率的な磁化、すなわち電力の効率的な使用ができることを意味します。 図1は、リカロイ™をはじめとしたさまざまなコア材を50kHzと100kHzの二つの周波数帯でコアロスを比較したものです。 リカロイ™は、他の素材に比べ、コアロスが少ないことが分かります。

2)飽和磁束密度が高い
 リカロイ™の二つ目の特長として、飽和磁束密度が高いことがあります。 飽和磁束密度とは、磁性体に外部磁界を加え、磁化をほぼしなくなった時(飽和磁化)の磁束密度のことを指し、 この密度が高いほど強力な磁石であることを意味します。
そして、飽和磁束密度が高いコア材は、大電流領域(10A~20A程度)、すなわち強い磁界の発生する所で使用することが可能になります。 仮に、飽和磁束密度の低いコア材を大電流領域で使用すると、インダクタンス値が下がり、セット機器で設定された昇圧・降圧ができなくなります。
これまで、こうした課題は、コアを大型化することで対応してきました。 これに対して、リカロイ™は飽和磁束密度が高いため、大電流領域でも使用できる小型のコアをつくることができます。

下の表では、各種コア材の飽和磁束密度とコアロスの値を示しています。ここからも、リカロイ™が、コア材としてバランスの良い素材であることが見て取れます。


表 <コア材の飽和磁束密度とコアロス>


飽和磁束密度 BS(T) コアロス(kW/m3@100kHz-100mT)
リカロイ™ 1.3 300~400
ハイフラックス(Fe-Ni) 1.5 1300~1800
鉄粉(6.5%シリコン) 1.6 ~2000
MnZnフェライト 0.5 200~500

3)粉末化が容易
 また、リカロイ™は、粉末化がしやすい磁性素材です。 粉末化が容易であることは、さまざまな3次元形状への加工のしやすさを意味し、押し固めることで、様々な形状のコアをつくることが可能です。

4)高温下でも特性が安定
 更に、リカロイ™は、200度という高温下でもその特性が安定しています。 この特長により、車など厳しい環境での使用も期待されます。

上記のような特長を生かすことで、リカロイ™は、さまざまな用途のインダクタのコア材に変身します。

リカロイ™パワーインダクタ

図2リカロイ™と他の磁性材料とのコアロスの比較

図2:リカロイ™と他の磁性材料とのコアロスの比較

 アルプス・グリーンデバイスでは、リカロイ™を使用した初の製品として、パワーインダクタを世の中に送り出しました。リカロイ™パワーインダクタは、メタルコンポジット型のパワーインダクタです。パワーインダクタとは、DC/DCコンバータなどの電源回路で、エネルギー変換をするために使用される電子部品。スマートフォンをはじめ、ノートPCなどモバイル機器から、サーバなど大型IT機器まで幅広く利用されています。
 リカロイ™パワーインダクタは、図2に示すとおり、リカロイ™の鉄損(コアロス)が低いという特長を生かし、発熱量を小さく抑えることを可能とした製品です。例えば、ノートPCの電源回路(DC/DCコンバータ)に用いた場合、他社製品と比べ、熱として失う電力量を低く抑えることができ、効率的に電力を使用することができます(図3)。効率的に電力を使用することは、すなわち、少ない電力で機器を動かすことが可能になることを指し、機器の省電力化に貢献します。

図3 GLMCと他社製品を組み込んだときのDC/DCコンバータの電力変換効率の比較

図3:GLMCと他社製品を組み込んだときのDC/DCコンバータの電力変換効率の比較
 左)低電流領域 右)高電流流域 での比較

 

 CO2削減や省資源への取り組みが、世界的に重要な課題となっている現在、スマートフォン、タブレットPC、ノートPC、サーバなどIT機器は私たちの生活の中で欠かせないものとなっています。一方、こうしたIT機器の高性能化・多機能化はますます進み、それとともに、消費電力も増加しています。機器の処理能力の向上と低消費電力の両立のためには、電源効率の向上が必須です。こうした機器に使われる「部品」という観点で、低炭素化、省資源化をめざし、高効率のインダクタとして、リカロイ™パワーインダクタの開発を進めてきました。

更なるリカロイ™の応用をめざして
ハイブリッド、電気自動車へ

 各車メーカーから、さまざまなハイブリッド車、電気自動車が発表されています。こうした動きは、普通乗用車だけではなく、トラックなど商用車にも広がっています。こうした、ハイブリッド車、電気自動車にも、リカロイ™の応用が考えられます。
ハイブリッド、電気自動車には欠かせない部品としてリアクトルがあります。リアクトルとは、バッテリとインバータの間に位置する昇圧コンバータの中に搭載される部品で、エネルギーの蓄積と放出を交互に行うことで電圧を変換するものです。効率的なエネルギーの変換が可能になれば、ハイブリッドや電気自動車の性能向上にもつながります。
また、リアクトルは、自動車だけでなく、電圧の昇降圧が必要な機器、例えば産業機器などにもその可能性が広がっています。