電気的中性軸とは？わかりやすく解説
家電を知りたい
電気的中性軸について教えてください。
家電製品マニア
電気的中性軸とは、界磁を有する回転機で、磁束密度がゼロの軸断面上の軸のことです。
家電を知りたい
無負荷時の電気的中性軸と幾何学的中性軸の違いは何ですか？
家電製品マニア
無負荷時は界磁束のみが存在するため、電気的中性軸は幾何学的中性軸に対して直角になります。
電気的中性軸とは
電気的中性軸とは、回転機が持っている磁気（界磁）の中心に引かれる軸で、回転機の軸断面上で磁気がゼロになる位置を指します。
電気的中性軸は、回転機が空運転状態（負荷がかかっていない状態）のとき、エアギャップ（回転機の回転子と固定子間の隙間）に界磁のみが存在するため、界磁に対して直角になります（幾何学的電気的中性軸）。
しかし、負荷がかかると、回転子の電磁力によってエアギャップの磁場に偏りが生じ、電気的中性軸は界磁の中心からわずかにずれます。
電気的中性軸の定義
電気的中性軸とは、物質中の電位がゼロとなる仮想的な軸のことです。つまり、この軸上では物質に正電荷も負電荷も存在せず、電気的には中性であることを意味します。通常、電気的中性軸は、物質が等方性で均質であり、外部電場が存在しないときに存在します。
無負荷時の電気的中性軸
電気的中性軸とは、ある構造物において電気の中心が位置する軸のことを指します。無負荷時とは、構造物に外部からの電圧や電流が加わっていない状態です。無負荷時は、構造物のすべての内部電荷が釣り合っているため、電位が均等に分布します。このときの中性軸が無負荷時の電気的中性軸と呼ばれます。
無負荷時の電気的中性軸は、通常、構造物の幾何学的中心線に一致します。これは、電荷の分布が均等であれば、その中心線が電気的にも中心となるためです。無負荷時の電気的中性軸は、構造物の電気的な特性を理解し、設計する上で重要な概念となります。
負荷時の電気的中性軸
負荷時の電気的中性軸は、負荷が印加された導体の中において、正の電荷と負の電荷の合計がゼロとなる点です。これは、導体の内部に正負の電荷が蓄積し、その結果、電位勾配が生じるためです。この電位勾配によって、荷電粒子が導体の表面に移動し、中性軸が形成されます。負荷が取り除かれると、電位勾配は消失し、中性軸の位置も変化します。
電気的中性軸の意義
電気的中性軸とは、物質内の電荷の中心が位置する軸線です。物質全体の電荷はゼロになるため、中性軸内外では電位が等しくなります。
電気的中性軸は、静電気の解析において重要な役割を果たします。電荷が中性軸から離れると、電位勾配が生じ、電場が発生します。この電場は、物質に力学的・電気的な影響を及ぼします。
また、電気的中性軸は半導体の挙動を理解する上でも重要です。半導体では、電気的中性軸が平衡状態でのキャリア分布を決定します。中性軸から離れると、過剰のキャリアが蓄積し、局所的な電場を発生させます。この電場が半導体の性質に影響を与え、整流作用や発光現象などの特性が現れます。
さらに、電気的中性軸は絶縁体の耐電圧特性を評価する際にも用いられます。絶縁体の耐電圧は、中性軸からの電荷のずれによって決まります。中性軸からのずれが大きいほど、絶縁体の耐電圧は低下します。
電気的中性軸の応用例
電気的中性軸の応用例において、この軸は幅広い分野で活用されています。
たとえば、エレクトロニクス分野では、プリント基板（PCB）設計において重要な役割を果たします。PCBでは、電気的なノイズや干渉を抑えるために、電気的中性軸を基準にして配線パターンが配置されます。
また、静電気対策にも活用できます。静電気は物体間の電位差によって発生しますが、物体間に電気的中性軸を設けることで、電位差を低減し、静電気の発生を抑えることができます。
さらに、医療分野でも電気的中性軸が利用されています。例えば、心臓ペースメーカーのリード線を配置する際に、ペースメーカーと患者の心臓の電気的中性軸を一致させることで、電流が心臓に効率よく伝わるようにしています。
＼ 最新情報をチェック ／
