44、移动磁体发电机：原理、设计与应用

移动磁体发电机：原理、设计与应用

1. 移动磁体发电机概述

移动磁体发电机（MMGs）是一种脉冲功率装置，它能将铁磁射弹的磁能和机械能转化为电能。利用永磁体直线运动发电的想法早在1888年就获得了专利，其原理基于法拉第定律。

在1998 - 2003年期间，Shkuratov等人在德州理工大学对各类MMG的研发取得了重大进展。他们设计、构建并从实验和理论上研究了不同类型的MMG。1999年，Shkuratov等人首次将基于铁磁射弹直线运动的脉冲功率系统命名为移动磁体发电机。实验证明，紧凑型MMG能够产生幅值高达52 kV的电压脉冲和幅值高达7 kA的电流脉冲，这表明移动磁体发电机是一种新型的脉冲功率系统。

2. 工作原理

MMG的电气运行基于铁磁射弹直线穿过脉冲产生线圈时产生的脉冲电动势（EMF）。其工作过程如下：
- 射弹接近线圈 ：此时脉冲产生线圈内的磁通量接近零。
- 射弹进入线圈 ：线圈内的磁通量从零变为最大值，根据法拉第定律，MMG产生第一个EMF脉冲。
- 射弹离开线圈 ：线圈内的磁通量从最大值变为几乎零，在线圈的输出端感应出与第一个脉冲极性相反的第二个EMF脉冲。

假设一个圆柱形铁磁体，直径为$D_{ferro}$，沿其轴磁化，以速度$v$匀速穿过一个内径为$D_{c}$、匝数为$N$的线圈，且线圈长度等于铁磁体长度$h$，在铁磁体进入线圈前线圈内总磁通量$\varPhi_{0}$为零。当铁磁体进入线圈时，线圈内的总磁通量为：
$\varPhi_{0} = \pi B_{0}\fra