先进涡流制动理论及试验

涡流制动研究一般分为直线运动和旋转运动两类。

1.直线运动式涡流制动模型的研究

直线运动式涡流制动模型一般采用电磁线圈作为磁源，应用于轨道车辆的辅助制动装置。1972年麻省理工学院D.Schieber博士将W.R.Smythe教授的模型扩展应用到直线运动的涡流制动模型中，并引入磁场雷诺数R_m来衡量涡流所感应的磁通密度，磁场雷诺数R_m很小时可忽略涡流感应磁通的影响，但该模型仍然没有解决高速时制动力矩的计算问题。法国的Y.Marechal等人应用电磁场有限元分析法对涡流场进行了可视化研究。1996年德国的D.Albertz等人采用A法、ϕ-A法和库伦规范建立并求解了高速列车中涡流分析模型，即把三维涡流场的场域分成涡流区和非涡流区两部分，在涡流区采用矢量磁位A和标量电位ϕ作为未知函数，在非涡流区只用A作未知函数。随后日本的Masafumi Fujita和韩国的Hec-quet M.等人应用三维有限元分析法对轨道辅助制动装置做了深入的研究，获得了很好的计算效果。

2.旋转运动式涡流制动模型的研究(www.xing528.com)

旋转运动式涡流制动模型大多集中在旋转小型铜质或铁质的薄盘或圆柱内，薄盘或圆柱置于静止的电磁场或永磁场中。1942年加州理工学院W.R.Smythe教授研究了旋转铜质薄盘内的涡流分布，由于铜的磁导率很小因而可以忽略集肤效应的影响；他所提出的模型在低速时与试验结果吻合较好，但模型在高速时计算出的制动力矩与试验结果不符。1991年荷兰爱因霍芬科技大学J.H.Wouterse教授认为，涡流制动装置在达到临界速度时都存在一个最大制动力矩，它是气隙和磁极直径的函数，并且在高速时旋转薄盘所受的制动力矩与速度的倒数成正比，当速度无穷大时制动功率会趋于常数；他还给出了不同转速时气隙磁场中磁通密度的分布情况，使人们更清楚地认识了旋转运动的涡流制动模型中气隙磁场的变化。2002年韩国光州科技学院的Kapjin Lee博士在前人研究的基础上，建立涡流制动装置的麦克斯韦电磁场方程，并试验了一种铜质旋转薄盘的制动特性，解析式的计算结果与试验结果吻合较好。2009年伊朗Azad大学的Sharifaddin Sharif在旋转圆柱模型中考虑了集肤效应的影响，以理论和经验公式分析了铜质圆柱和铁质圆柱的制动特性。印度Banaras Hindu大学的R.K.Srivastava基于傅里叶变换法和有限元分析法分析了3mm厚的旋转铝质薄盘在磁场作用下的制动特性，并与试验结果进行了对比。

前人分析的直线运动式涡流制动模型的热能产生在列车正在行驶的轨道上，已经行驶过的高温轨道不会影响正在行驶中的列车的制动效果；而旋转运动式涡流制动模型的研究都是在很小的制动功率（300W以下）的模型基础上进行的，所以能忽略温度的影响，这在永磁缓速器模型中是非常重要的因素。而且大多数涡流制动模型的运动导体为非导磁性材料，如铜或铝，因此只需要考虑感应涡流场及其感应磁场的影响，而忽略集肤效应。然而，集肤效应在汽车永磁缓速器的制动特性中起着重要的作用。