涡流制动

涡流制动器，也称为感应制动器、电动制动器或电动缓速器，是一种通过产生涡流并将其动能以热量形式耗散来使运动物体减速或停止的装置。 与摩擦制动器不同，阻止移动物体的阻力是由两个压在一起的表面之间的摩擦力提供的，涡流制动器中的阻力是磁铁和附近相对运动的导电物体之间的电磁力，由于涡流 通过电磁感应在导体中感应出的电流。

如法拉第感应定律所述，经过静止磁铁的导电表面会产生圆形电流，称为磁场在其中感应的涡流。 根据楞次定律，循环电流会产生与磁铁磁场相反的磁场。 因此，移动的导体会受到来自磁铁的阻力，该阻力与其运动相反，阻力与其速度成正比。 运动物体的动能以流过导体电阻的电流产生的热量形式耗散。

在涡流制动器中，磁场可以由永磁体或电磁铁产生。 使用电磁铁系统，可以通过改变电磁铁绕组中的电流来打开和关闭（或改变）制动力。 另一个优点是，由于制动器不靠摩擦工作，因此没有制动蹄表面磨损，无需像摩擦制动器那样进行更换。 一个缺点是，由于制动力与制动器的相对速度成正比，当运动物体静止时，制动器没有保持力，而摩擦制动器由静摩擦力提供，因此在车辆中必须由一个补充 摩擦制动器。

涡流制动器用于使高速火车和过山车减速，作为半挂卡车摩擦制动器的补充，有助于防止制动器磨损和过热，在电源关闭时快速停止动力工具，以及用于电表 电力公司使用。

涡流制动器由一块导电金属（直条或圆盘）组成，它在磁铁（永磁体或电磁铁）的磁场中移动。 当它移过静止的磁铁时，由于磁场在金属中感应出称为涡流的圆形电流，磁铁会在金属上施加阻力以阻止其运动。 请注意，导电片不是由铁或钢等铁磁性金属制成的； 通常使用铜或铝，它们不会被磁铁吸引。 制动器不会通过铁磁金属对磁铁的简单吸引而工作。

见右图。 它显示了一块金属板 (C) 在磁铁下方向右移动。 磁铁北极 N 的磁场（B，绿色箭头）向下穿过薄片。 由于金属在移动，因此通过金属板的磁通量也在变化。 在磁铁前缘下方的薄片部分（左侧），随着薄片靠近磁铁，穿过薄片的磁场会增加。 根据法拉第感应定律，该场在薄片中感应出逆时针方向的电流（I，红色）。 这就是涡流。 相反，在磁铁的后缘（右侧），穿过薄片的磁场正在减弱，从而在薄片中感应出顺时针方向的涡流。

理解该作用的另一种方法是观察金属片中的自由载流子（电子）向右移动，因此磁场由于洛伦兹力而对它们施加横向力。

由于电荷的速度 v 向右，磁场 B 向下，根据右手定则，正电荷的洛伦兹力 qv×B 向图中的后方（面对方向时向左） 片的运动）这会导致电流 I 朝向磁铁下方的后部，它以两个电流绕过磁场外的片的部分，顺时针向右和逆时针向左，到磁铁的前面 再次。 金属中的移动电荷载体，即电子，实际上带有负电荷，因此它们的运动方向与所示的常规电流相反。

正如安培环路定律所描述的，这些环流中的每一个都会产生一个反磁场（蓝色箭头），根据楞次定律，反磁场与磁场的变化相反，从而在薄片上产生拖曳力，即 制动器施加的制动力。 根据右手定则，在磁铁的前缘（左侧），逆时针方向的电流会产生一个向上的磁场，与磁铁的磁场相反，从而在薄片和磁铁的前缘之间产生排斥力。