Comment concevoir un frein à courant de Foucault? | Cinq applications importantes

Frein à courant de Foucault

Un frein à courants de Foucault est l'une des alternatives du frein hydraulique traditionnel également connu sous le nom de frein électrique. Il s'agit d'un dispositif utilisé pour ralentir ou arrêter un corps roulant en dissipant son KE car la chaleur et la force de freinage sont fournies par une force électromagnétique entre un électro-aimant et un matériau conducteur environnant, comme un courant de Foucault induit dans celui de l'induction électromagnétique.

Dans d'autres mains, les freins à friction fonctionnent en exploitant le frottement entre 2 faces matérielles fixées ensemble. 

  • Le frein à courant de Foucault sert à remplacer le frein hydraulique. 
  • Les applications de terrain créées par courant alternatif ont été mises à jour.

Note : Habituellement, une modélisation par éléments finis précise est utilisée pour valider l'analyse par courants de Foucault en raison de sa forme mathématique complexe.

Comment fonctionne un frein à courant de Foucault?

Conception des freins à courant de Foucault

Dans ces freins, le champ magnétique généralement produit par des aimants permanents ou par un électro-aimant en raison de la force de freinage de l'électro-aimant peut être désactivé ou varier selon les besoins en modifiant le courant électrique des enroulements électro-aimants. 

L'avantage de ces freins n'est pas actionné par friction, il n'y a pas de surface de freinage à utiliser, pour cette raison, cela peut remplacer le frein à friction. Son inconvénient est que le freinage est proportionnel à la vitesse relative du frein et doit transmettre une force lorsque l'objet en mouvement est immobile, par conséquent dans les automobiles, il doit être complété au moyen d'un frottement.

Des courants de Foucault sont produits, comme expliqué précédemment lorsqu'un conducteur passant à travers un champ électromagnétique, des forces opposées se génèrent et circuleront à l'intérieur du conducteur métallique.

La conception des freins à courants de Foucault suivra:

  • Ce type sera capable de ralentir un objet en créant des courants de Foucault en créant résistance via emf
  • L'action de freinage est assurée par un champ magnétique variable.
  • Une force de freinage est appliquée par des électro-aimants.

Les électroaimants sont largement utilisés pour ce type de freins, à la place des aimants permanents, car l'énergie du champ magnétique peut être modifiée, et donc l'effet de freinage également. Un problème clé avec les freins à remous est parfois de ne pas avoir un couple de «maintien» suffisant. Par conséquent, ces freins sont fréquemment utilisés avec des freins mécaniques standard.

Résistance au freinage par courants de Foucault

La force de freinage dans un frein à courant de Foucault est une force électromagnétique entre un aimant et des conducteurs via une induction électromagnétique.

Frein à courant de Foucault
Frein à courant de Foucault
Crédit d'image:ChetvornoDiagramme de freinage à courants de FoucaultCC0 1.0

Avantage des freins à courants de Foucault

  • Il est idéal pour de nombreux types de machines en raison d'un manque de contact physique entre les pièces, ce qui rend ce frein vraiment nécessitant peu d'entretien par rapport au frein à friction traditionnel.
  • La conception rentable est également un avantage lié à ces freins qui en ont fait un choix favori des ingénieurs.
  • Les courants de Foucault sont de conception mécaniquement robuste, moins de pièces d'usure sont présentes. 

Calcul des freins à courants de Foucault

La la densité actuelle de frein est comme suit:

Où,

 σ est la conductivité, ω est la vitesse angulaire, μ est la perméabilité,

 Rtambour est le rayon du tambour, delta est profondeur de la peau mesuré par

La perte par courants de Foucault des freins est entièrement utilisée comme forces de freinage. Le perte par courants de Foucault (Pe) est en termes habituels,

Où les freins à courants de Foucault sont-ils utilisés?

Ceux-ci sont utilisés pour ralentir les rails à grande vitesse et les montagnes russes, même en tant que concurrent des freins à friction des camions semi-remorques pour aider à arrêter la surchauffe et l'usure des freins, pour empêcher les outils électriques assez rapidement si l'alimentation est coupée, et aussi dans les compteurs d'énergie électrique utilisés pour la production de factures d'électricité.

L'application des freins à courant de Foucault

Cela vient avec de nombreuses applications; quelques cas sont les suivants:

Trains à grande vitesse

C'est une technologie éprouvée pour ralentir un train à grande vitesse tout en tenant compte du confort du passager, en minimisant l'effet de secousse. Grâce à l'utilisation de la technologie, les navetteurs, ainsi que les trains, peuvent atteindre des vitesses plus rapides en toute sécurité et tout en respectant des règles de sécurité plus strictes.

Frein à courant de Foucault pour train à grande vitesse
Frein à courant de Foucault pour train à grande vitesse
Take-y sur Wikipédia en japonais
 / CC BY-SA

Outils électriques et équipement industriel

L'une des principales applications de celui-ci est de désactiver ou de ralentir les opérations d'urgence dans les équipements industriels lourds et les outils électriques. Lorsqu'ils sont déclenchés, ces freins peuvent livrer en toute sécurité une machine lourde à un arrêt rapide sans décalage.

Équipement d'exercice

Peut-être que les freins à courants de Foucault les plus normaux pourraient également être exploités au centre de remise en forme.

Vélo de frein à courant de Foucault

Frein à courant de Foucault en vélo
Crédit image: Glory Cycles de Greenville, SC, USA, Eddy Merckx Mourenx 69 Disque 105 (29756618873)CC BY 2.0

Manèges de parc d'attractions

Les manèges des parcs d'attractions sont équipés de freins à courants de Foucault pour générer de la puissance de freinage dans les équipements sportifs audacieux. Ceci fournit un degré élevé de sécurité; En utilisant ces freins, une commutation rapide et une accélération rapide sont possibles, ce sont de bonnes fonctionnalités pour le parc d'attractions.

Ce système de freinage est généralement utilisé après un saut de montagnes russes ou après la survitesse. En utilisant le frein à courant de Foucault, plus les montagnes russes sont rapides, plus le frein pourra ralentir rapidement.

freins à courants de Foucault pour les montagnes russes image source: pixabay

Compteurs d'énergie électrique:

Frein compteur d'énergie électrique KWh
Frein compteur d'énergie électrique KWh source de l'image: Wikiwand

Pourquoi les voitures n'ont-elles pas de freins à courants de Foucault?

  • Un inconvénient majeur des freins à courants de Foucault est un couple de «maintien» moindre. Par conséquent, les freins à courants de Foucault sont fréquemment utilisés avec un frein mécanique standard.
  • Cela dissipe également la chaleur pendant l'opération de coupure. Par rapport au freinage par récupération, la charge de la batterie du véhicule n'est pas possible. La vitesse et le poids élevés de ces trains épuiseraient les freins conventionnels en un rien de temps.

Types de freins à courants de Foucault

  1. Freins linéaires à courants de Foucault. (les conducteurs sont placés dans un rail droit)
  2. Freins à disques à courant de Foucault. (le conducteur est dans un rotor à disque plat qui tourne)

Frein à courant de Foucault linéaire

Ici, l'aimant ne touche pas le rail mais est maintenu à une petite distance constante du rail. (Environ quelques mm seulement). 

Un avantage de ce frein linéaire est que, parce que chaque partie du rail ne passe que par le champ magnétique du frein, par rapport au frein à disque où chaque segment du disque touche physiquement le frein, donc moins de production de chaleur, moins de bruit, pas d'usure -déchirure mais ont une puissance de freinage plus élevée que les freins à disque conventionnels. Le frein à courant de Foucault est la meilleure option à utiliser pour le freinage d'urgence.

Les montagnes russes modernes utilisent ce type de freinage. Pour éviter les problèmes posés par les coupures d'électricité, ils utilisent des aimants permanents plutôt que des électroaimants, n'ayant donc pas besoin d'une source d'alimentation. Cette utilisation ne permet pas de régler la puissance de freinage aussi facilement qu'avec des électroaimants.

Freins à courant de Foucault à disque

disque courant de Foucault Le frein est composé d'un disque métallique non ferromagnétique conducteur (rotor) fixé à l'axe de la roue.

Ce type de frein chauffe facilement que le frein linéaire standard. Ceux-ci sont utilisés dans les véhicules, c'est-à-dire les trains, et les appareils électriques comme la scie circulaire, pour arrêter la lame instantanément chaque fois que l'électricité est coupée.

Fabricants de freins à courants de Foucault

Certains des bons fabricants de freins à courants de Foucault sont

  • Intamine
  • Pièce d'auto de Guangzhou Kingan
  • Dynamomètre Taylor
  • Telma
  • Dynamique etc.

Pour en savoir plus sur les courants de Foucault, cliquez sur Essais par courants de Foucault et Capteur de courant de Foucault.

À propos du Dr Subrata Jana

Je suis Subrata, Ph.D. en génie, plus particulièrement intéressé par les domaines liés aux sciences nucléaires et énergétiques. J'ai une expérience multi-domaines allant de l'ingénieur de service pour les variateurs électroniques et les microcontrôleurs à des travaux de R&D spécialisés. J'ai travaillé sur divers projets, y compris la fission nucléaire, la fusion au solaire photovoltaïque, la conception de réchauffeurs et d'autres projets. J'ai un vif intérêt pour le domaine scientifique, l'énergie, l'électronique et l'instrumentation, et l'automatisation industrielle, principalement en raison du large éventail de problèmes stimulants hérités de ce domaine, et chaque jour il évolue avec la demande industrielle. Notre objectif ici est d'illustrer ces sujets scientifiques complexes et non conventionnels d'une manière simple et compréhensible.
Je suis passionné par l'apprentissage de nouvelles techniques et guide les jeunes esprits pour qu'ils se comportent comme un professionnel, aient une vision et améliorent leurs performances en enrichissant leurs connaissances et leur expérience.
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