電磁推進

電磁推進( EMP ) は、流れる電流と磁場を利用して物体を加速させる原理です。電流は、反対の磁場を作成するか、または反発できる磁場を充電するために使用されます。電流が磁場内の導体を流れると、ローレンツ力と呼ばれる電磁力が導体を導体と磁場に垂直な方向に押します。この反発力が、この現象を利用するように設計されたシステムで推進力を引き起こします。電磁推進 (EMP) という用語は、個々の要素、つまり「電磁」  - 電気を使用して磁場を作成すること、「推進」 - 何かを推進するプロセスによって説明できます。流体 (液体または気体) が移動する導体として使用される場合、その推進は「磁気流体力学的駆動」と呼ばれることがあります。EMP と電気モーターによる推進の主な違いの 1 つは、EMP に使用される電気エネルギーが運動のための回転エネルギーの生成には使用されないことです。ただし、どちらも磁場と流れる電流を使用します。

電磁推進の科学は、特定の個人に端を発するものではなく、さまざまな分野に応用されています。磁石を推進力として利用するという考えは今日まで続いており、少なくともジョン・マンローが架空の小説「金星への旅」を出版した1897年以来、夢見られてきました。^[1]磁気浮上式鉄道や軍用レールガンにその考えが見られます。広く使用されていない、または開発中の他の用途としては、低軌道衛星用のイオンスラスタや、船舶や潜水艦用の磁気流体力学駆動などがあります。

電磁推進に関する最初の記録された発見の一つは、1889年にエリヒュー・トムソン教授が電磁波と交流に関する研究を発表したときでした。 ^{[2] [3]}数年後、エミール・バシュレは現代の鉄道のレールの上に金属製の車両を空中に浮かせるというアイデアを提案し、1890年代初頭にそれを披露しました。^{[2] [3]} 1960年代にエリック・ロバーツ・レイスウェイトはリニア誘導モーターを開発しました。これはこれらの原理に基づいており、電磁推進の最初の実用化をもたらしました。^[4] 1966年にジェームズ・R・パウエルとゴードン・ダンビーは超伝導磁気浮上輸送システムの特許を取得し、その後世界中のエンジニアが最初の高速鉄道の開発に競い合いました。^{[4] [5]} 1984年から1995年にかけて、最初の商用自動磁気浮上システムがバーミンガムで運行されました。^[要出典]これは、バーミンガム国際空港からバーミンガム国際鉄道システムまでを走っていた低速の磁気浮上シャトルでした。^[要出典] 1960 年代初頭、ソ連のノボシビルスクにある流体力学研究所で、VF ミニン教授が物体を極超音速まで電磁的に加速する実験的基礎を築きました。^{[6] [矛盾する情報源]}

電磁推進は、摩擦を最小限に抑え、長距離での速度を最大化するために輸送システムで利用されています。これは主に、リニア誘導モーターを使用して磁流で列車に動力を与える高速鉄道システムに実装されています。また、テーマパークで高速ジェットコースターやウォーターライドを作成するためにも使用されています。

リニアモーターカー

磁気浮上式鉄道 では、一次コイルアセンブリは反応プレートの下にあります。^[7]間には1～10cm（0.39～3.93インチ）の空隙があり、摩擦がなくなり、最高時速500km（310mph）の速度が可能になります。^[7]コイルに交流電流が供給され、磁場の極性が変化します。^[8]これにより、列車は前方から前方に引っ張られ、後方から前方に押し出されます。^[9]

典型的な磁気浮上式鉄道のコストは、1人1マイルあたり3セント、1トン1マイルあたり7セントです（建設費は含みません）。^[10]これに対し、飛行機の場合は1人1マイルあたり15セント、都市間トラックの場合は1トン1マイルあたり30セントです。^[10]磁気浮上式の線路は、摩擦が最小限で重量が均等に分散されるため、長寿命です。^[8]ほとんどの線路は少なくとも50年間は持ち、その間メンテナンスはほとんど必要ありません。^[11]磁気浮上式の鉄道は、石油を必要とせず、石炭、原子力、水力、核融合、風力、太陽光発電で発電できる電気で動くため、エネルギー効率が良いとされています。 ^[4]平均して、ほとんどの列車は時速483 km（時速300マイル）で走行し、1人1マイルあたり0.4メガジュールの電力を使用します。^[10]比較として、1.8人を乗せた20マイル/ガロンの車を使用すると、車での移動は通常時速97キロ（時速60マイル）で、乗客1マイルあたり4メガジュールを消費します。^[10]二酸化炭素排出量は、発電方法と燃料使用に基づいています。多くの再生可能な発電方法では、生産中に二酸化炭素がほとんどまたはまったく発生しません（ただし、風力タービンに使用される鋼鉄などの部品の製造中に二酸化炭素が放出される場合があります）。列車の走行音は、他の列車、トラック、飛行機に比べて大幅に静かです。^[5]

アセンブリ: リニア誘導モーター

リニア誘導モーターは、一次コイルアセンブリと反応プレートの 2 つの部分で構成されています。^{[8] [11]}一次コイルアセンブリは、鋼板で囲まれた相巻線で構成され、熱エポキシ内に熱センサーが含まれています。^[10]反応プレートは、6.4 mm (0.25 インチ) 厚の冷間圧延鋼板に接着された 3.2 mm (0.125 インチ) 厚のアルミニウムまたは銅板で構成されています。^[11]これら 2 つの部分の間には空気ギャップがあり、電磁推進システムが備える摩擦のない特性を生み出します。^{[7] [11]}リニア誘導モーターの機能は、一次コイルアセンブリ内のコイル巻線に供給される交流力から始まります。^[4]これにより、移動磁場が生成され、反応プレートに電流が誘導され、反応プレート自体に磁場が生成されます。^[9]一次コイルアセンブリと反応プレートの磁場が交互になり、力が生成されて直線運動が誘導されます。^[11]

航空宇宙分野では、EMP 技術のさまざまな用途がある。これらの用途の多くは現時点では概念的なものであるが、近い将来から来世紀までの範囲にわたる用途もいくつかある。^[12]そのような用途の 1 つは、軌道を周回する衛星の微調整を制御するために EMP を使用することである。これらの特定のシステムの 1 つは、車両自体の電磁場と地球の磁場との直接的な相互作用に基づいている。推力は、導体内の電流と地球の適用された自然磁場との相互作用による電気力学的力と考えることができる。^[13]相互作用の力を大きくするには、磁場を航空機からさらに遠くまで伝播させる必要がある。このようなシステムの利点は、推力を非常に正確かつ瞬時に制御できることである。さらに、予想される電気効率は、熱を中間的に使用して推進力を得る現在の化学ロケットよりもはるかに高い。このため、効率が低く、ガス状汚染物質が大量に発生する。^[14] EMPシステムのコイル内の電気エネルギーは、直接エネルギー変換によって位置エネルギーと運動エネルギーに変換されます。これにより、システムは他の電気機械と同じ高い効率を持ちながら、環境への物質の排出を排除します。^[14]

これらのシステムの現在の推力対質量比は比較的低い。しかし、反動質量を必要としないため、車両の質量は一定である。また、推力は比較的低い電力消費で連続的に得られる。^[13]最大の制限は、推進システムに必要な電流値を生成するための材料の電気伝導性である。

EMP とその航洋船および潜水艦への応用は、少なくとも 1958 年にウォーレン ライスがこの技術を説明した特許を出願して以来、研究されてきました。^[15]ライスが説明した技術では、船体自体に充電することが検討されていました。この設計は、後にジェームズ メンが特許を取得した際に説明されているように、スラスタに水が流れるように改良されました。^[16]この配置は、両端が開いた水路 (船体に沿って縦方向に伸びている、または船体に取り付けられている)、水路全体に磁場を生成する手段、水路の両側にある電極、およびローレンツ力に従って磁束に直角に直流電流を流す電源で構成されています。 ^[17]

ドイツのエンジニアリング会社ティッセンクルップは、高層高密度ビルでの使用を目的に、垂直方向と水平方向の両方に動くことができるEMPを使用したケーブルフリーエレベーターを開発しました。 ^{[18] [19]}

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