浸透深さ — CAE用語解説

実際には電磁波は金属の表面からわずかに浸透して、指数関数的に減衰する。その振幅が表面の1/e（約37%）になる深さを「スキン深さ（表皮深さ）」または浸透深さと呼ぶ。δ = √(2ρ/ωμ) という式で表せて、周波数が高いほど浸透深さは小さくなる。

銅の場合、50 Hzで約9mm、1 MHzで約66μm、1 GHzで約2μmだ。高周波では電流が表面の薄い層にしか流れない「表皮効果」が顕著になる。これがモーターやトランスで鉄損が周波数で増加する原因で、電磁界解析では無視できない重要な現象だよ。

有限要素法で表皮効果を解像するには、メッシュサイズを浸透深さより小さくする必要がある。高周波になるほど浸透深さが小さくなるから、メッシュが膨大になる。これを避けるため、「表皮効果境界条件（Impedance BC）」を使って表面インピーダンスで近似する方法がよく使われる。

電動モーターのコア（珪素鋼板）や銅コイルの渦電流損失は浸透深さと直接関係する。インバータ駆動で高周波成分が増えると表皮効果で損失が増加するため、電磁界シミュレーションで渦電流分布を正確に解析することが重要になる。コイルの撚り線（リッツ線）もこれが理由だよ。

• 表皮効果
• 渦電流
• Maxwell方程式
• インピーダンス境界条件
• 電磁界解析