涡流制动器(Eddy Current Brake,以下简称“ECB”)是一种基于法拉第电磁感应定律及涡流原理的电磁制动装置,常用于高速列车的涡流制动系统,与传统的机械制动方式相比,制动力大小不受轮轨间摩擦因数的限制、可靠性高、维护方便。本文提出了一种环形绕组结构交流励磁轨道ECB,通过采用解析法推导了其数学模型,并据此提出了交流励磁轨道ECB的设计方法,对其进行了结构参数的优化和制动特性的分析。首先,提出了环形绕组结构交流励磁轨道ECB系统的基本结构,并详细阐述了其工作原理。随后,建立了交流励磁轨道涡流制动器的分层模型,并用行波电流层等效载流初级绕组、气隙系数等效初级开槽。同时从麦克斯韦方程组出发,推导了各区域内的矢量磁位方程,并结合边界条件,求得了ECB涡流损耗及制动力、法向力的表达式,即建立了完整的环形绕组结构交流励磁轨道ECB的二维数学模型。接着,建立了ECB的二维有限元模型以验证二维数学模型的准确性。其次,为提高二维数学模型的精度,采用了一维场理论、许—克变换等方法针对ECB所具有的四种端部效应开展了研究,建立了完整的环形绕组结构交流励磁轨道ECB的三维数学模型。接着,建立了ECB的三维有限元模型以验证三维数学模型的准确性。再次,根据ECB的技术要求和实际安装环境,提出了交流励磁轨道涡流制动器的设计流程和设计方法,并结合所推导出来的数学模型和有限元分析结果,对ECB的结构参数进行设计优化,逐步确定了主要尺寸、极对数和极距、齿槽尺寸、初级铁心轭高和初级绕组参数等,完成了环形绕组结构交流励磁轨道ECB的设计。此外,还比较了不同绕组形式下ECB的制动特性以验证环形绕组结构的优势所在。最后,利用有限元模型获取了不同励磁条件、次级电导率、气隙长度和初次级耦合面积下的制动特性,揭示了制动力、法向力及钢轨降热率随初级电流密度、初级电流频率及滑差率的变化规律,并根据传统感应电机的恒磁通调速方式,提出了适用于环形绕组结构交流励磁轨道ECB的恒磁通制动方式,完成了ECB全部的特性研究。