表皮効果(SkinEffect)とは?

1本の導線に交流電流を流したときに、周波数が高くなるほど導線の中心部分には電流が流れにくくなり、電流が表面を流れる様になります。この現象は交流電流の電磁作用により生じるもので、導線の電気抵抗率が低い程顕著になってきます。この様な、交流電流を流したときに表面にのみ電流が流れる様になる現象の事を表皮作用または表皮効果(SkinEffect)と呼びます。
下記の図のイメージで説明すると灰色の部分は電流が流れている部分ですが、白い部分は電流が流れなくなっている部分です。

表皮効果の発生理論

表皮効果は電磁誘導によって発生する磁界と起電力により渦電流が発生します。この渦電流の向きが、導体の中心部分では電流を阻止する方向に、導体の表面付近では電流を煽動する方向となるため表皮効果が発生します。

表皮深さの計算

表皮深さとは一番電流が流れる表面の電流に対して、1/e(約0.37倍)に減衰する、表面からの深さのことを言います。これは同時にある材質に対して入射した磁界が1/e(約0.37倍)まで減衰する深さでもあります。このことより表皮効果は高周波電力の表皮効果の計算の他、ノイズを防ぐ為のシールドの材質や厚さの検討を行う場合にも有効な計算です。


変数 内容 単位
d 表皮深さ [m]
f 周波数 [Hz]
μ 透磁率(導体≒1) [H/m]
σ 導電率 [S/m]
ρ 電気抵抗率 [Ω・m]