自動車の電動化で需要増加、「永久磁石」を解説　あらゆる電子機器に搭載される重要部品

（※本記事は「産総研マガジン」に2024年10月30日付で掲載された記事を、許可を得て掲載しています）

永久磁石とは？

磁石にはいくつかの種類があり、「永久磁石」は一旦外部からエネルギーをかけると（着磁）、それ以降、磁力を永続的に保っているので大変使いやすく、様々な機器で用いられています。永久磁石は天然には磁鉄鉱などの形で存在していますが、現在では工業的にも作られています。一方、電磁石は電流が流れている間だけ磁力を発生します。モーターは永久磁石と電磁石の組み合わせで作られており、自動車などの電動化が進む中で永久磁石の需要も高まっています。さらに、モーターの高出力化に伴い、現在最も高性能で普及しているネオジム磁石を超える、新しい永久磁石が求められています。

永久磁石は、さまざまな機器で重要な役割を果たす基本的な部品です。近年はCO2排出量の削減を目指し、自動車や航空機などでも電動化が進められるほか、風力発電などの再生可能エネルギー設備も増えたことに伴い、より高性能な磁石が求められています。現在使われているネオジム磁石の性能はほぼ限界に達しているため、これを超える磁石をめざした開発が進んでいます。永久磁石の現状や産総研で行われている研究内容について、極限機能材料研究部門 次世代磁石材料グループの平山悠介研究グループ長に聞きました。

永久磁石とは　その汎用性と高まる高性能磁石への需要

永久磁石は、家電、精密機械など、特にモーターやファンを搭載しているさまざまな機器にとって重要な部品です。さまざまな機器の電動化が進んだことにより、より性能の高い永久磁石が求められています。

例えば電気自動車やハイブリッド自動車には高性能なモーターが必要で、その実現には強力な磁石が不可欠です。最近では、航空機も電動化が試みられておりその部品には、小型で軽量かつ高性能な磁石が必要です。風力発電の発電機はモーターと同様の構造を持っており、再生エネルギー関連機器にも、高性能な磁石が求められています。

永久磁石の種類と最強の「ネオジム磁石」

永久磁石の歴史は古く、天然の磁石である磁鉄鉱などは紀元前から知られていました。

永久磁石が人間にとって便利だったのは、外部から何もしなくても「磁力」を出し続けること、そして磁力は非接触でも働くことです。この特徴を活かし、磁石はさまざまな機器や技術に使われるようになりました。

人工的な永久磁石の開発も進んでいます。その種類は多く、酸化物系磁石（フェライト磁石など）、金属系磁石（アルニコ磁石、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石など）があります。また、金属磁石を粉末化してゴムやプラスチックに練り込んだボンド磁石も開発されました。

人工的に作る永久磁石の中で現在、最も強力なのはネオジム磁石（Nd2Fe14B）です。これはネオジム（Nd）、鉄（Fe）、ホウ素（B）の原子の結晶から作られており、日本の佐川眞人博士とジョン・J・クロート博士が1980年代初期、ほぼ同時に開発したものです。ネオジム磁石は開発以来、世界中で利用されています。

磁石の性能を高めるには、素材をなるべく小さな粒子にしてから固める必要がありますが、ネオジム磁石の製造ではこれが他の永久磁石材料と比較して非常にスムーズにできます。金属結晶を超微細な粉末にし、焼結すると、高密度でありながら粒子間に適度な間隔のある緻密体が形成されます。こうした特性によってネオジム磁石は、理論上の性能の95%を実現できるほど完成度が高く、広範囲に用いられています。

（記事の続きはこちらから。産総研マガジン「永久磁石とは？」）

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