本发明属于能量转换技术领域，具体涉及延中心线和垂直中心线磁场生成方法及磁枢电机，包括(直流电动势)电能转换成动能设备无时变场电动机，以及动能转换成(直流电动势)电能无时变场发电机。
背景技术：
现有的变压器只能用于交流电的电压升降，若要将直流电进行电压的变换，需先使用逆变器将直流电转换为交流电，然后再用变压器进行升降压，需要的设备成本高，并且经过多次转换，能量损失较多，效率很低。
在均匀磁场中，发生运动且运动方向与磁力线方向不平行的导线，其两端会产生一个电压，电压的大小与导线长度和运动速度成正比。通电导线在磁场中会受到磁场施加的力而运动，力的大小与导线长度、磁场强度成正比。因此从理论上来说，只要能生成无限大的均匀磁场，就能实现直流电的直接升降压转换：将输入导线和输出导线固定在一起，由于输入导线中有电流通过，输入导线受力运动并且带动输出导线运动，输出导线两端即产生感应电动势。
然而无限大均匀磁场环境不能实现，那我们换个角度看这个问题，基于本专利，就是让载流导线在相对无限大均匀磁场中不停运动的方法：把磁场材料做成同心圆，内外圆之间即形成沿垂直于中心线方向方向的磁场；将导线设置在内外圆之间，与内外圆的环绕中心线的方向平行，导线沿环绕中心线的方向做圆周运动。相对于导线，内外圆间的磁场环境是不变的，相对于导线的运动方向，是没有尽头的。此方法是能实现相对无限大磁场环境，人们寻找的磁单极也只是为了实现这一功能。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种延中心线和垂直中心线磁场生成方法，以及基于该方法制作的磁枢式纯直流电机。如图2所示直流升降压设备就是把直流电动机和直流发电机做在一起，比机械性的把电动机和发电机连在一起更有优越性。
为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：
延中心线和垂直中心线磁场生成方法，包括以下步骤：
使用磁场材料制作双层或多层内外嵌套并同心的桶型结构；
使用永磁体或线圈励磁的方法使磁场不通过轴心，延平行于中心线方向和垂直于中心线方向形成磁场回路；
在内筒或外筒延垂直于中心线方向切开，及内外桶之间，做工作磁间隙和磁场滑环磁间隙；
在工作磁间隙两侧分别做s极性或n极性，同极性磁极阵列；
有效载流导线在工作磁间隙中间，延平行于中心线方向或垂直于中心线方向穿过，均匀分布。
其中：
任何转子面向工作间隙的侧面都要做同极性磁极阵列，面向磁场滑环间隙的侧面不能做磁极阵列；工作间隙两侧的转子旋转方向相同，磁场滑环间隙两侧的转子旋转方向相反。
所述环形转子的数量为多个，沿所述中心轴的中心线方向排列，且各环形转子之间留有间隙。
所述载流导线的数量为多根，均匀分布在工作磁间隙中。
磁枢电机，该电机是一种直流升降压设备，包括中心轴、环形转子和载流导线；所述中心轴和环形转子均使用磁场材料制成；
所述环形转子套设在所述中心轴上，能够绕所述中心轴转动，二者之间留有间隙；
所述环形转子的数量为多个，各个所述环形转子之间均留有间隙，所述载流导线从间隙中穿过；
所述载流导线包括输入导线和输出导线，二者之间固定为一体。
实施例中环形转子的数量为六个，沿平行于中心线方向方向排列，且任意两个相邻的所述环形转子之间均留有间隙。
所述中心轴为圆柱形，其直径小于所述环形转子的内径；所述环形转子与所述中心轴之间留有间隙。
该设备还包括励磁线圈，所述励磁线圈设置在所述中心轴与所述环形转子之间的间隙中。
磁枢电机，该电机是一种磁枢式纯直流电机，包括定子和转子；所述定子为圆筒形，所述转子为带有中心轴的圆柱形；所述转子设置在所述定子内部，二者之间留有空隙，且二者的中心轴线重合；
还包括多组同极性磁极阵列，均设置在所述转子中，实施例为两组，n极性和n极性各一组。磁极阵列的组数量可以是单数。
还包括载流导线；所述载流导线穿过所述转子与所述定子之间的空隙；
还包括磁场滑环，所述磁场滑环就是两侧存在相对运动，允许磁场通过形成回路的间隙。定转子间存在有效载流导线时，这个间隙的转子侧是工作间隙，定子侧则是磁场滑环间隙。
所述定子上还设置有过线孔，所述过线孔为沿垂直于中心线方向方向的通孔；所述载流导线穿过过线孔，并经过所述转子与所述定子之间的空隙延伸到定子外部。
磁枢电机，该电机为滑环式有刷纯直流电机，利用同极性磁极阵列的特性，其载流导线延环绕中心线的方向360度旋转，磁场环境不变；与碳刷接触用于导电的是滑环而不是换向器。
同极性磁极阵列的作用：由于用顺磁材料制成的环形磁极在环绕中心线的方向上对磁场的约束力非常小，为防止在环绕中心线的方向上磁场和转子出现相对运动；增强转子在环绕中心线的方向上对磁场的约束力。
本发明采用以上技术方案，利用内圈磁极和外圈磁极的分布结构，在两个磁极之间的间隙形成沿平行于中心线方向和垂直于中心线形成回路的磁场；该磁场能够用于制作磁枢式纯直流电机，以及直流升降压设备，该设备具有体积小、功率大、损耗少的优点。
本方法的最大特点是：1、不需要时变场；2、磁场回路和磁力线走向，与其他的电机和变压器(往下简称其他设备)有本质的区别。其他设备的磁力线延垂直于中心线方向不同极性对称分布，经环绕中心线的方向形成磁场回路。本方法的电机和直流升降压设备的磁力线是延垂直于中心线方向同极性对称分布，经平行于中心线方向形成磁场回路。以前的电机(不论交流还是直流供电的)，和变压器都必须依赖时变场才能工作。本方法则依赖于载流导线和磁场的相对位置变化，不必制造时变场。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明延中心线和垂直中心线磁场生成方法的流程图；
图2(a)是本发明实施例一提供的直流升降压设备的结构示意图；
图2(b)是本发明实施例一提供的直流升降压设备的外圈磁极的外侧结构示意图；
图2(c)是本发明实施例一提供的直流升降压设备的外圈磁极的内侧结构示意图；
图2(d)是本发明实施例一提供的直流升降压设备的第一环形转子的结构示意图；
图2(e)是本发明实施例一提供的直流升降压设备的第四环形转子的结构示意图；
图2(f)是本发明实施例一提供的直流升降压设备的磁通回路示意图；
图2(g)是本发明实施例一提供的载流导线示意图；
图3是本发明中所定义的方向说明图；
图4是本发明实施例二提供的双转子电机的剖面结构示意图；
图5是本发明提供的图4图6图8的侧视图；
图6是本发明实施例三提供的单转子永磁励磁或磁极阵列磁极分别励磁(线圈)电机的剖面结构示意图；
图7是本发明实提供的图6图8的定子的俯视图；
图8是本发明实施例四提供的单转子独立线圈励磁电机的剖面结构示意图；
图9(a)是本发明实施实例五滑环电机同极性磁极阵列的结构示意图；
图9(b)是本发明实施实例五滑环电机同极性磁极阵列的s极同极性励磁式磁极阵列的结构示意图；
图9(c)是本发明实施实例五滑环电机同极性磁极阵列的n极同极性励磁式磁极阵列的结构示意图；
图9(d)是本发明实施实例五滑环电机同极性磁极阵列中导电滑环的结构示意图。
图中：2-环形转子；21-第一环形转子；22-第二环形转子；23-第三环形转子；24-第四环形转子；25-第五环形转子；26-第六环形转子；3-载流导线；4-中心轴；5-励磁线圈；6-定子；61-过线孔；62-磁短路环；7-转子；8-s极同极性永磁磁极阵列；9-n极同极性永磁磁极阵列；10-磁场滑环；11-独立励磁线圈；12-导电滑环；121-第一滑环；122-第二滑环；123-第三滑环；124-第四滑环；125-第五滑环；126-第六滑环；13-s极同极性励磁式磁极阵列；14-n极同极性励磁式磁极阵列。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
如图1所示，本发明提供了延中心线和垂直中心线磁场生成方法，包括以下步骤：
使用磁场材料制作双层或多层内外嵌套并同心的桶型结构；
使用永磁体或线圈励磁的方法使磁场不通过轴心，延平行于中心线方向和垂直于中心线方向形成磁场回路；
在内筒或外筒延垂直于中心线方向切开，及内外桶之间，做工作磁间隙和磁场滑环磁间隙；
在工作磁间隙两侧分别做s极性或n极性，同极性磁极阵列；
有效载流导线在工作磁间隙中间，延平行于中心线方向或垂直于中心线方向穿过，均匀分布。
其中：
任何转子面向工作间隙的侧面都要做同极性磁极阵列，面向磁场滑环间隙的侧面不能做磁极阵列；工作间隙两侧的转子旋转方向相同，磁场滑环间隙两侧的转子旋转方向相反。
所述环形转子的数量为多个，沿所述中心轴的中心线方向排列，且各环形转子之间留有间隙。
所述载流导线的数量为多根，均匀分布在工作磁间隙中。
其中，所述的磁场材料为磁感应强度大的物质。
磁枢式纯直流电机简称磁枢电机，包括：无刷和滑环式纯直流电机，以及直流升降压设备。
如图2(a)所示，本发明还提供了磁枢电机，该电机是一种直流升降压设备，该设备包括中心轴4、环形转子2和载流导线3；中心轴4和环形转子2均使用磁场材料制成；
环形转子2套设在中心轴4上，能够绕中心轴4转动，二者之间留有间隙；
所述环形转子的数量为多个，多个所述环形转子之间均留有间隙，所述载流导线从间隙中穿过；
所述载流导线包括输入导线和输出导线，二者之间固定为一体。
所述环形转子的数量为六个，沿平行于中心线方向方向排列，且任意两个相邻的所述环形转子之间均留有间隙。环形转子2包括第一环形转子21、第二环形转子22、第三环形转子23、第四环形转子24、第五环形转子25和第六环形转子26。第五环形转子25和第六环形转子26的转向相同；第五环形转子25、第一环形转子21和第二环形转子22的转向相同，第三环形转子23和第四环形转子24转向相同且与第五环形转子25的转向相反。
有导线穿过的是工作间隙(磁隙)两侧分别做同极性磁极阵列。没有导线的是磁场滑环间隙。各个环形转子与中心轴4之间的间隙是用来做轴承的。环形转子25，26与中心轴4之间的间隙纪要做轴承也是磁场滑环。环形转子21、23、24、22与中心轴4之间的间隙没有磁场通过。励磁线圈5和回路导线是固定在中心轴4上的外边才是分别和21、23、24、22做轴承的空间。
中心轴4为圆柱形，其直径小于第五环形转子25的内径；第五环形转子25的内径小于第二环形转子22的内径；第二环形转子22与中心轴4之间留有间隙。该设备还包括励磁线圈5，励磁线圈5设置在中心轴4与内圈磁极2之间的间隙中。
如图2(b)和图2(c)所示，第五环形转子25的内侧设置有s极同极性永磁磁极阵列8。如图2(d)所示，第一环形转子21上设置有n极同极性永磁磁极阵列9；且第二环形转子22、第三环形转子23的结构与第一环形转子21相同。如图2(e)所示，第四环形转子24上设置有n极同极性永磁磁极阵列9。
所有磁极阵列的磁极都是凸起的，高度一致并都在同一平面内。
如图2(f)所示，本发明提供的直流升降压设备形成了沿平行于中心线方向方向的磁通回路，载流导线3垂直于磁感线。并且本发明的环形转子2均能够绕轴线转动，而载流导线3固定不动；当载流导线3中的输入导线通过电流时，输入导线驱动环形转子2转动，此时相当于载流导线3相对于环形转子2运动，也即输出导线做切割磁感线的运动，因而输出导线上产生感应电动势，如此就完成了直流电的升降压转换。由于载流导线3不转动，所以载流导线3的输入端和输出端不需要使用滑环、碳刷等部件。
图2(e)和图2(f)只能是直流升降压设备，有效导线两侧也要做同极磁极阵列。第一环形转子21、第三环形转子23之间，第二环形转子22、第四环形转子24之间和第五环形转子25、中心轴4之间都是磁场滑环，不能做磁极阵列。
图2(e)和图2(f)中，第五环形转子25、中心轴4之间，第一环形转子21、第三环形转子23之间，第二环形转子22、第四环形转子24之间，间隙都是磁场滑环，只作为磁通回路的通路，并不影响彼此间相对旋转，因为磁场滑环是非接触的不会摩擦，用它来代替接触性电场滑环。
如图2(g)所示，载流导线3只有穿过工作间隙的部分才与磁场有作用力，才是有效导线31，其余部分只是与电源形成回路，在此定义为回路导线32。101、102、103、104是磁场滑环，s、n是各同极性磁极阵列的磁极，极性。若改变励磁线圈的电流方向，极性与图中标注相反。
如图3，本发明中定义的“平行于中心线方向”、“垂直于中心线方向”和“环绕中心线方向”如图所示。
本直流升降压设备是把无时变场电动机和无时变场发电机做在一起的。这样比电动机和发电机做成机组更有优越性。既然直流升降压设备包括无时变场电动机和无时变场发电机，统称无时变场电机。也就是这种机械结构即能做无时变场的电动机和发电机，也能做直流升降压设备。
此种设备可以提供低电压强电流的直流供电电源。不需要附加任何电子电路元件。
本发明的特点：纯直流供电不换向。唯一特征磁场回路，磁极分布不是沿环绕中心线的方向排列。所列垂直于中心线方向分布，严格讲也属于平行于中心线方向分布。与环绕中心线的方向分布的区别：环绕中心线的方向分布的是以旋转磁线场为基础，平行于中心线方向分布是以磁场对载流导的作用为基础。环绕中心线的方向的电动机和发电机都是时变场(交流)，平行于中心线方向的本身就是恒定场(直流)。
交流升降压可以用变压器，直流只能用升降压机。感应直流电只能用载流导线3与磁场的相对运动来产生，也只能是依据本发明的方法来实现。
电抗以前指的是线圈对交流电的阻抗，电感只对变化的电流起作用，本专利提到的直流电抗的概念是指：给载流导线3施加直流电流，导线在均匀磁场中相对运动，产生与外加电压相对应的感应电动势(直流)
假设导线运动的阻力为零，那感应电动势于外加电压相等，此时通过导线的电流为零。这只能是假设的理想状态，就算运动阻力为零，导线内阻为零的理想环境下，通过导线的电流也不会为零，此时外加电压与感应电动势相当接近而且平衡，此时通过导线的电流即为维持电流。
如图4所示，该设备既可以做直流升降压设备也可以是双转子电机，包括定子6和转子7；定子6为圆筒形，转子7为带有中心轴的圆柱形；转子7设置在定子6内部，二者之间留有空隙，且二者的中心轴线重合；还包括两组同极性永磁磁极阵列，均设置在转子7中。还包括载流导线，做直流升降压设备时载流导线至少是两组；载流导线穿过转子7与定子6之间的空隙；还包括磁场滑环10，磁场滑环10指的是定子和转子间靠近定子侧不包含有效载流导线的间隙，和两个转子间的间隙。转子7的数量为两个。
s极同极性永磁磁极阵列8和n极同极性永磁磁极阵列9是分别嵌在两个转子7上的，由于这两个转子7转向相反，导线电流方向一致，两个转子7与定子间磁场方向相反，载流导线对两个转子7的作用力相反。如果做成一个转子7，则作用力抵消，转子7就不会转动了。
这的永磁指的是用永磁材料。当然永磁材料在本图可以不做阵列，做两个内外磁极性相反的永磁磁环，分别嵌套在两个转子上。因为永磁体在这种结构中对磁场的约束力，环绕中心线的方向的也很强。下面用顺磁材料线圈励磁的对环绕中心线的方向磁场的约束力很小，所以必须做磁极阵列。
如图5所示，中间的圆环是转子7，外层的圆环是定子6。
如图6所示，本发明提供了一种直流升降压设备，该设备既可以做直流升降压设备也可以是电机，包括定子6和转子7；定子6为圆筒形，转子7为带有中心轴的圆柱形；转子7设置在定子6内部，二者之间留有空隙，且二者的中心轴线重合；还包括两组同极性永磁磁极阵列，均设置在转子7中。还包括载流导线，做直流升降压设备时载流导线至少是两组；载流导线穿过转子7与定子6之间的空隙；还包括磁场滑环10，磁场滑环10指的是定子6和转子7间靠近定子6侧不包含有效载流导线的间隙。
如图7所示，定子6上还设置过线孔61，过线孔61为沿垂直于中心线方向方向的通孔；载流导线穿过过线孔61，并经过转子7与定子6之间的空隙延伸到定子6外部。载流导线从过线孔61穿过，其周围产生的磁场多数集中在磁短路环62上，进一步减少与定子6平行于中心线方向磁场间的作用力。只有定子6和转子7之间的载流导线才是有效载流导线。磁短路环62为导磁材料制成的圆环，与定子6固定连接。
载流导线分成两组，流过导线的电流方向相反，对转子的作用力一致，转子旋转方向一致，转子做成一体。从载流导线靠近定子一侧为励磁滑环，定子为顺磁介质，对磁没多大环绕中心线的方向约束力。
如图8所示，本发明提供了一种电机，该设备既可以作为发电机使用，也可以作为电动机使用，包括定子6和转子7；定子6为圆筒形，转子7为带有中心轴的圆柱形；转子7设置在定子6内部，二者之间留有空隙，且二者的中心轴线重合；还包括两组同极性永磁磁极阵列，均设置在转子7中。还包括载流导线，做直流升降压设备时载流导线至少是两组；载流导线穿过转子7与定子6之间的空隙；还包括磁场滑环10，磁场滑环10指的是定子和转子间靠近定子侧不包含有效载流导线的间隙。
定子6上还设置过线孔61，过线孔61为沿垂直于中心线方向方向的通孔；载流导线穿过过线孔61，并经过转子7与定子6之间的空隙延伸到定子外部。定子6内侧还设置有独立励磁线圈11。
如果用磁极阵列线圈励磁，线圈绕在单个磁极四周。顺磁材料做的转子没有磁极阵列，延环绕中心线的方向对对磁场没多大约束力，会出现转子和载流导线相对旋转。磁场和导线并没出现相对运动的现象。图中顺磁介质同极性磁极阵列9，这里的顺磁介质指的就是顺磁材料，同极性磁极阵列在转子上必须有相当的垂直于中心线方向高度，两个磁极间必须有一定的间隙，没有足够的高度和间隙就没有环绕中心线的方向上对磁场的约束力，相对于以前的电枢，这种转子也可以称作：磁枢。
励磁线圈就是给转子、同极性磁极阵列励磁用的。独立是指不是缠绕在磁极阵列中单个磁极上的，不跟随转子或叫磁枢旋转的。
该方法需要同极性磁极阵列方法的辅助，才能发挥其真正效用。
如图9(a)所示，本发明提供一种磁枢电机，该电机为滑环式有刷纯直流电机，利用同极性磁极阵列的特性，其载流导线延环绕中心线的方向360度旋转，磁场环境不变；与碳刷接触用于导电的是滑环而不是换向器。其中：
s极性同极性磁极阵列13与n极同极性磁极阵列14相对应，其中设置有导电滑环12；载流导线3固定在转子7上，且与导电滑环12电连接；导电滑环12数量越多导线回路圈数越多。
如图9(b)所示，s极性同极性磁极阵列13上设置有多个磁极131。
如图9(c)所示，n极性同极性磁极阵列14上设置有多个磁极141。
如图9(d)所示，导电滑环12的数量为多个，本实施例采用六个，包括第一滑环121、第二滑环122、第三滑环123、第四滑环124、第五滑环125和第六滑环126。第一滑环121接电源正极；第一滑环121与第四滑环124通过载流导线3电连接，第四滑环124与第二滑环122电连接；第二滑环122与第五滑环125通过载流导线3电连接，第五滑环125与第三滑环123电连接；第三滑环123与第六滑环126通过载流导线3电连接，第六滑环126接电源负极。
如果没有磁极阵列，此图环绕中心线的方向上定会出现磁场空白区，则不能用导电滑环12，只能用换向器，流过导线的电流也是脉冲电流，这是和本磁极阵列滑环直流电机的根本区别。
图中所列举的磁极阵列导电滑环直流电机的缺点是必须用导电滑环。
其优点是体积小重量轻，尤其是转子质量相当小，运行惯性非常小。
该方法为了达到对电场不换相，经过载流导线的电流不产生脉动现象，必须用到磁场滑环原理和磁短路环62屏蔽方法或如图9所示的导电滑环。
利用该方法制作的电机(包括电动机和发电机)与直流升降压设备，按其转子励磁方式可以分为三大类：
一，永磁式。(由于永磁体本身的磁场顽固力，磁场约束力。原理上可以不用同极性磁极阵列方法辅助。)
二，独立励磁线圈励磁式。(励磁线圈不随转子旋转)
三，磁极阵列线圈励磁。(其对磁场约束力强，不用考虑退磁现象。由于励磁线圈随转子旋转，线圈供电要用旋转变压器和整流桥整流，或者用滑环供电。)
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。