本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种栅形弱磁调速永磁同步电机结构。
背景技术：
永磁电机的气隙指的是定转子之间的间隙。电机气隙的大小，影响着磁密的大小，进而也会影响电机的极限转速。我们可以通过减弱磁通这一方式来提升电机的极限转速。电机在不同的工作状态下，对磁场强度的要求也是不同的，当电机的转速在额定转速以下时，为了保证电机启动力矩稳定，则不需要降低电机的磁场强度；当电机的转速大于额定转速时，我们可以利用弱磁来增加电机的极限转速。由此可见，如何适时灵活的调节电机的磁场强度来调节电机的极限转速有着十分重要的意义。
目前，市场上的电机都是在设计前综合考虑各种因素得到的最优的气隙长度，成品出来后电机的气隙是固定不变的，那么电机的磁场强度也是固定不变的。针对目前市场上电机的这一缺陷，而本发明通过改变气隙大小来调节磁场强度最终达到改变极限转速的目的，可以有效的解决这一问题。
技术实现要素：
本发明为了解决现有技术中的问题，提供一种栅形弱磁调速永磁同步电机结构，可以通过调节永磁同步电机气隙大小来实现弱磁调速。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种栅形弱磁调速永磁同步电机结构，它包括设置在电机气隙内的栅形调磁机构，栅形调磁机构包括与电机转轴同轴设置的外层筒和内层筒，外层筒和内层筒通过导磁性的叶片连接；
外层筒或内层筒中的一个保持固定，另一个通过牵引架与电机转轴连接，且牵引架与电机转轴的连接处设有轴向调节结构；上述保持固定的外层筒或内层筒称之为固定筒，与牵引架连接的内层筒或外层筒称之为活动筒；
轴向调节结构可实现在电机转轴上的轴向位移，进而通过牵引架带动与之连接的活动筒移动，活动筒移动实现其与固定筒之间的径向间距调整，从而改变电机气隙内的空气高度，实现电机气隙的磁阻调整。
所述栅形调磁机构中外层筒和内层筒通过导磁性的叶片连接的设置方式如下：叶片沿轴向和周向排布设置多组，每个叶片的内外两端分别与对应外层筒和内层筒铰接连接。
所述栅形调磁机构中外层筒和内层筒通过导磁性的叶片连接的设置方式如下：叶片沿轴向排布设置多个，每个叶片均为环状，且叶片的内圈与内层筒铰接连接，叶片的外圈与外层筒铰接连接。
所述叶片将内层筒和外层筒之间的空腔分隔为多个相互独立的子腔，且相邻子腔通过设置在对应叶片上的气孔连通，位于栅形调磁机构的尾部设有橡皮囊，橡皮囊与栅形调磁机构尾部的子腔连通，且橡皮囊及子腔内注有可压缩的导磁性液体材料或导磁性粉末材料；
当活动筒移动实现其与固定筒之间的径向间距减小时，栅形调磁机构内的压强大于橡皮囊内的压强，此时将栅形调磁机构内子腔中多余的导磁性液体材料或导磁性粉末材料压缩到橡皮囊内；
当活动筒移动实现其与固定筒之间的径向间距增大时，栅形调磁机构内的压强小于橡皮囊内的压强，此时压缩在橡皮囊内的导磁性液体材料或导磁性粉末材料释放填充到栅形调磁机构内的子腔中。
所述轴向调节结构为自动调节结构，自动调节结构包括套设在电机转轴上的滚珠轴承，电机转轴上对应设有螺纹段，且螺纹段由外侧的密集螺纹段和内侧的稀疏螺纹段组成；滚珠轴承的内环与电机转轴的螺纹段螺纹连接，滚珠轴承的外环与对应的牵引架连接；
当电机的转速达到额定转速前，电机加速时，滚珠轴承在转动惯量的作用下使得电机转轴的速度和滚珠轴承的速度有偏差，会引起滚珠轴承由外侧向内侧运动，随着速度的增加，滚珠轴承内环的速度和电机转轴的速度逐渐保持一致；在电机没有达到额定转速之前，滚珠轴承位于密集螺纹段处，滚珠轴承位向内移动的范围很小，对应栅形调磁机构的变化很小，调磁作用不明显，磁通量基本保持不变；
当电机的转速达到额定转速之后，再进行电机加速时，同样由于转动惯量的作用，滚珠轴承还会继续向内侧运动，此时滚珠轴承位于稀疏螺纹段处，滚珠轴承向内侧移动的范围比较大，进而通过牵引架带动与之连接的活动筒移动，活动筒移动实现其与固定筒之间的径向间距缩短，从而将电机气隙内的空气高度变大，即增加了气隙的磁阻，进一步降低电机的磁通，达到加速的目的；
当电机再需要加速时，滚珠轴承继续向侧运动，继续缩短活动筒与固定筒之间的径向间距，进一步降低电机的磁通，实现电机的弱磁扩速来提升电机的极限速度；最终栅形调磁机构达到一字形，电机磁通量最低，电机的极限速度最大；
当电机由转速高降低到转速低的时候，电机减速，滚珠轴承在转动惯量的作用下使得电机转轴的速度和滚珠轴承的速度有偏差，此时滚珠轴承向外侧运动，随着速度的降低，滚珠轴承内环的速度和电机转轴的速度逐渐保持一致；当电机减速时，由于转动惯量的作用使得滚珠轴承向外侧运动，进而通过牵引架带动与之连接的活动筒移动，活动筒移动实现其与固定筒之间的径向间距加大，从而将电机气隙内的空气高度变小，即减小了气隙的磁阻，进一步增加了电机的磁通量，达到减速的目的；
当电机再减速时，滚珠轴承继续向外侧运动，继续增大活动筒与固定筒之间的径向间距，进一步增加电机的磁通量，实现电机的降速，直到电机停止，整个栅形调磁机构复位。
所述滚珠轴承的外环还连接有用于增加或减小整个滚珠轴承转动惯量的调磁比例阀，以调节滚珠轴承向左或向右运动范围的大小。
所述调磁比例阀包括沿径向固定安装在滚珠轴承外环的调节杆，调节杆上设有可沿调节杆移动并锁定的调节块。
所述电机转轴位于螺纹段的轴向两端均设有限位装置，以限定滚珠轴承的运动范围。
所述轴向调节结构为手动调节结构，手动调节结构包括套设在电机转轴上的滚珠轴承，滚珠轴承的内环与电机转轴在轴向上滑动配合，滚珠轴承的外环与对应的牵引架连接；且滚珠轴承上还设有手动调节阀，手动调节阀包括沿轴向穿过对应的端盖并与其螺纹连接的螺杆，螺杆的内端与滚珠轴承连接，轴向螺杆外端设有调节手柄；滚珠轴承与对应端盖之间设有复位装置。
所述复位装置为连接滚珠轴承与对应端盖的复位弹簧。
本发明的有益效果是：
1.本发明通过在电机气隙内设置栅形调磁机构，并通过轴向调节结构可实现在电机转轴上的轴向位移，实现牵引架带动栅形调磁机构中外层筒和内层筒之间的径向间距调整（加大或缩短），从而改变电机气隙内的空气高度（变小或变大），实现电机气隙的磁阻调整，从而改变电机的磁通量，达到减速或加速的目的。
2.所述轴向调节结构可以为自动调节结构，自动调节结构能够根据加速或减速需求自动实现轴向调节结构在电机转轴上的轴向位移。
自动调节结构包括套设在电机转轴上的滚珠轴承，电机转轴上对应设有螺纹段，且螺纹段由外侧的密集螺纹段和内侧的稀疏螺纹段组成；滚珠轴承的内环与电机转轴的螺纹段螺纹连接，滚珠轴承的外环与对应的牵引架连接；
当电机的转速达到额定转速前，电机加速时，滚珠轴承在转动惯量的作用下使得电机转轴的速度和滚珠轴承的速度有偏差，会引起滚珠轴承由外侧向内侧运动，随着速度的增加，滚珠轴承内环的速度和电机转轴的速度逐渐保持一致；在电机没有达到额定转速之前，滚珠轴承位于密集螺纹段处，滚珠轴承位向内移动的范围很小，对应栅形调磁机构的变化很小，调磁作用不明显，磁通量基本保持不变；
当电机的转速达到额定转速之后，再进行电机加速时，同样由于转动惯量的作用，滚珠轴承还会继续向内侧运动，此时滚珠轴承位于稀疏螺纹段处，滚珠轴承向内侧移动的范围比较大，进而通过牵引架带动与之连接的活动筒移动，活动筒移动实现其与固定筒之间的径向间距缩短，从而将电机气隙内的空气高度变大，即增加了气隙的磁阻，进一步降低电机的磁通，达到加速的目的；
当电机再需要加速时，滚珠轴承继续向侧运动，继续缩短活动筒与固定筒之间的径向间距，进一步降低电机的磁通，实现电机的弱磁扩速来提升电机的极限速度；最终栅形调磁机构达到一字形，电机磁通量最低，电机的极限速度最大；
当电机由转速高降低到转速低的时候，电机减速，滚珠轴承在转动惯量的作用下使得电机转轴的速度和滚珠轴承的速度有偏差，此时滚珠轴承向外侧运动，随着速度的降低，滚珠轴承内环的速度和电机转轴的速度逐渐保持一致；当电机减速时，由于转动惯量的作用使得滚珠轴承向外侧运动，进而通过牵引架带动与之连接的活动筒移动，活动筒移动实现其与固定筒之间的径向间距加大，从而将电机气隙内的空气高度变小，即减小了气隙的磁阻，进一步增加了电机的磁通量，达到减速的目的；
当电机再减速时，滚珠轴承继续向外侧运动，继续增大活动筒与固定筒之间的径向间距，进一步增加电机的磁通量，实现电机的降速，直到电机停止，整个栅形调磁机构复位。
3.自动调节结构中所述滚珠轴承的外环还连接有用于增加或减小整个滚珠轴承转动惯量的调磁比例阀，可以通过调磁比例阀增加或减小整个轴承的转动惯量，来调节每一次调速滚珠轴承向左或向右运动的大小，该调磁比例阀可以根据实际弱磁的程度进行调整。
4.自动调节结构中所述电机转轴位于螺纹段的轴向两端均设有限位装置，两个限位装置限定滚珠轴承的运动范围，目的是为了让气隙在合理的范围内调节。本设计可以用弱磁方法实现电机极限转速的提升。
5.所述轴向调节结构也可为手动调节结构，手动调节结构包括套设在电机转轴上的滚珠轴承，滚珠轴承的内环与电机转轴在轴向上滑动配合，滚珠轴承的外环与对应的牵引架连接；且滚珠轴承上还设有手动调节阀，手动调节阀包括沿轴向穿过对应的端盖并与其螺纹连接的螺杆，螺杆的内端与滚珠轴承连接，轴向螺杆外端设有调节手柄；滚珠轴承与对应端盖之间设有复位装置。其主要由手动调节阀来左右推动滚珠轴承运动，所以电机转轴上不需要螺纹，通过外部装置手动调节阀来调节磁通的变化，其工作过程参照自动调节结构。
6.手动调节结构中滚珠轴承与对应端盖之间设有复位装置，复位装置为连接滚珠轴承与对应端盖的复位弹簧，其主要作用如下：手动调节阀推动滚珠轴承向左侧运动时，滚珠轴承带动复位弹簧向左拉伸，此时手动调节阀向左的推力和复位弹簧向右的拉力相平衡，当手动调节阀继续推动滚珠轴承继续向左运动，新的平衡状态继续产生；当拧动手动调节阀向右侧运动时，手动调节阀向左侧的推力消失，为了达到平衡状态，复位弹簧收缩拉动滚珠轴承向右侧移动，直到拉动滚珠轴承复位。
附图说明
图1是实施例一的结构示意图；
图2是实施例二的结构示意图；
图3是本发明中电机转轴上螺纹段的结构示意图；
图4是实施例三的结构示意图；
图5是实施例四的结构示意图；
图6是实施例五的结构示意图；
图7是本发明的气隙变化过程图。
具体实施方式
实施例一：
以下结合附图1、图3和图7对本实施例的具体实施方式作详细说明，图中各部件的附图标记如下：1-机壳，2-定子，3-栅形调磁机构，31-外层圆筒，32-内层圆筒，33-叶片，4-牵引架，5-电机转轴，6-永磁体，7-滚珠轴承，8-转子，9-限位装置，12-磁场比例调节装置。
本发明的一种栅形弱磁调速永磁同步电机结构，包括设置在电机气隙内的栅形调磁机构3，栅形调磁机构3包括与电机转轴同轴设置的外层筒31和内层筒32（外层筒31和内层筒32由非铁磁性材料制成），外层筒31和内层筒32通过导磁性的叶片33连接。叶片33沿轴向和周向排布设置多组，每个叶片33的内外两端分别与对应外层筒31和内层筒32铰接连接。
本实施例中，栅形调磁机构的外层筒31固定于定子2齿部，内层筒32通过牵引架4与电机转轴5连接，且牵引架与电机转轴的连接处设有轴向调节结构；轴向调节结构可实现在电机转轴5上的轴向位移，进而通过牵引架4带动与之连接的内层筒32移动，内层筒32移动实现其与外层筒31之间的径向间距调整，从而改变电机气隙内的空气高度，实现电机气隙的磁阻调整。
本实施例中，所述轴向调节结构为自动调节结构，自动调节结构包括套设在电机转轴右端部处的滚珠轴承7（轴承内的螺纹只有一圈），电机转轴5上对应设有螺纹段，且螺纹段由外侧的密集螺纹段和内侧的稀疏螺纹段组成；滚珠轴承7的内环与电机转轴5的螺纹段螺纹连接，滚珠轴承7的外环与对应的牵引架4连接。
如图3所示，螺纹段由外侧的密集螺纹段和内侧的稀疏螺纹段组成，电机在启动未达到额定转速时，为了保证此时电机更好的启动性能，在此期间不能弱磁，所以在此期间滚珠轴承在螺纹间距很小的区域旋转，这样电机在一个旋转单位内，位移变动很小，磁场强度变动也很小，栅形调磁机构的动作幅度也很小，可以忽略；电机在达到额定转速之后，此时可以通过弱磁来实现电机极限速度的提升，这个时候滚珠轴承在螺纹间距较大的区域运行，在一个旋转单位内，位移变动很大，可以推动栅形调磁机构有效的调节磁场。由于滚珠轴承内螺纹只有一圈，转轴上的螺纹间距大小不影响滚珠轴承的运转。
所述滚珠轴承7的外环下侧部还连接有用于增加或减小整个滚珠轴承转动惯量的调磁比例阀12，所述调磁比例阀12包括沿径向固定安装在滚珠轴承外环的调节杆，调节杆上设有可沿调节杆移动并锁定的调节块。
所述电机转轴5位于螺纹段的轴向两端均设有限位装置9，以限定滚珠轴承7的运动范围。
本发明的工作原理如下：当电机的转速达到额定转速前，电机在加速时，滚珠轴承7在转动惯量的作用下使得电机转轴5的速度和滚珠轴承的速度有了偏差，会引起滚珠轴承7向左侧运动，随着速度的增加，滚珠轴承7内环的速度和电机转轴5的速度逐渐保持一致。在额定转速之前将电机转轴5上的螺纹的间距设置的较密，也就说，在电机没有达到额定转速之前，轴承向左移动的范围很小，这样的话，对于栅形调磁机构3的变化很小，调磁作用不明显，磁通量基本保持不变。
当电机的转速达到额定转速之后，再进行调速时，同样，由于转动惯量的作用，滚珠轴承7还会继续向左运动，此时我们在设计电机转轴上的螺纹时，加大螺纹间距，轴承向左移动的范围比较大，这个时候栅形调磁机构3的动作将会缩短上下两个套筒的间距，实际上就是将气隙内空气的高度变大，即增加了气隙的磁阻，进一步降低电机的磁通，达到了弱磁的目的。当电机再需要加速时，用同样的原理继续降低电机磁通，可以实现电机的弱磁扩速来提升电机的极限速度。最终栅形调磁机构3达到一字形，电机磁通量最低，电机的极限速度最大（气隙变化过程如图7所示）。
当电机由转速高降低到转速低的时候，此时需要增加电机的磁通量。电机一旦减速，滚珠轴承7的内环和电机转轴5同样有速度差，这个时候作用相反，滚珠轴承7向右运动，随着速度的降低，滚珠轴承7内环的速度和电机转轴5的速度逐渐保持一致。当电机减速时，由于转动惯量的作用使得滚珠轴承7向右运动，这个时候栅形调磁机构3的动作将会加大上下两个套筒的间距，实际上就是将气隙内空气的高度变小，即减小了气隙的磁阻，进一步增加了电机的磁通量，达到减速的目的。
当电机再减速时，用同样的原理滚珠轴承7继续向右运动，继续降低磁通量，实现电机的降速，直到电机停止，整个调磁系统复位。在此过程中，还可以通过调磁比例阀12增加或减小整个轴承的转动惯量，来调节每一次调速时滚珠轴承7向左或向右运动范围的大小，该调磁比例阀12可以根据实际弱磁的程度进行调整。
牵引架4一端连接到滚珠轴承7的外环，一端连接在栅形调磁机构3的外层筒上，滚珠轴承8的移动可以通过牵引架7来推动栅形调磁机构3的变化。两个限位装置9限定滚珠轴承7的运动范围，目的是为了让气隙在合理的范围内调节。
实施例二：
以下结合附图2对本实施例的具体实施方式作详细说明，图中各部件的附图标记如下：2-定子，3-栅形调磁机构，31-外层圆筒，32-内层圆筒，33-叶片，4-牵引架，7-滚珠轴承，9-限位装置，10-手动调节阀，13-复位弹簧。
本实施例与实施例一的不同之处在于，所述轴向调节结构为手动调节结构，手动调节结构包括套设在电机转轴左端部上的滚珠轴承7，滚珠轴承7的内环与电机转轴在轴向上滑动配合，滚珠轴承7的外环与对应的牵引架4连接；且滚珠轴承7上还设有手动调节阀10，手动调节阀10包括沿轴向穿过对应的端盖并与其螺纹连接的螺杆，螺杆的内端与滚珠轴承7连接，轴向螺杆外端设有调节手柄。
相对于实施例一的自动调节结构及其实现的自动调节，手动调节结构在进行手动调节时主要由手动调节阀10来左右推动滚珠轴承7在电机转轴上的轴向运动，进而通过牵引架4带动与之连接的内层筒32移动，内层筒32移动实现其与外层筒31之间的径向间距调整，从而改变电机气隙内的空气高度，实现电机气隙的磁阻调整。由于使用手动调节阀10进行调整，所以电机转轴8上不需要螺纹，通过外部装置手动调节阀10来调节磁通的变化，其具体调节过程参照实施例一。
滚珠轴承7与对应端盖之间还设有复位装置，复位装置为连接滚珠轴承7与对应端盖的复位弹簧13，复位弹簧13作用如下：手动调节阀10推动滚珠轴承7向左侧运动时，滚珠轴承7带动复位弹簧13向左拉伸，此时手动调节阀10向左的推力和复位弹簧13向右的拉力相平衡，当手动调节阀10继续推动滚珠轴承7继续向左运动，新的平衡状态继续产生；当拧动手动调节阀10向右侧运动时，手动调节阀10向左侧的推力消失，为了达到平衡状态，复位弹簧13收缩拉动滚珠轴承7向右侧移动，直到拉动滚珠轴承7复位。本设计可以手动精确调节磁场强度实现电机极限转速的提升。
所述电机转轴5位于滚珠轴承的左端还设有限位装置9。
实施例三：
以下结合附图4对本实施例的具体实施方式作详细说明，图中各部件的附图标记如下：31-外层圆筒，32-内层圆筒，33-叶片，34-气孔，35-橡皮囊。
本实施例与实施例一的不同之处在于，所述栅形调磁机构3中外层筒31和内层筒32通过导磁性的叶片连接的设置方式如下：叶片33沿轴向排布设置多个，每个叶片33均为环状，且叶片33的内圈与内层筒32铰接连接，叶片33的外圈与外层筒31铰接连接。
所述叶片33将内层筒32和外层筒31之间的空腔分隔为多个相互独立的子腔，且相邻子腔通过设置在对应叶片33上的气孔34连通，位于栅形调磁机构3的尾部设有橡皮囊35，橡皮囊35与栅形调磁机构尾部的子腔连通，且橡皮囊35及子腔内注有可压缩的导磁性液体材料或导磁性粉末材料；
当内层筒32移动实现其与外层筒31之间的径向间距减小时，栅形调磁机构3内的压强大于橡皮囊35内的压强，此时将栅形调磁机构3内子腔中多余的导磁性液体材料或导磁性粉末材料压缩到橡皮囊35内；
当内层筒32移动实现其与外层筒31之间的径向间距增大时，栅形调磁机构3内的压强小于橡皮囊35内的压强，此时压缩在橡皮囊内35的导磁性液体材料或导磁性粉末材料释放填充到栅形调磁机构3内的子腔中。
在设计时两叶片之间的空隙虽然做到最小，但也会导致导磁能力的下降，本方案可以有效解决因两叶片之间的空隙而导致导磁能力下降的问题。在整个栅形调磁机构内是密闭的，在每个叶片上开一个细小的气孔，使两个叶片之间的空隙（子腔）相互连通，在内注入具有可压缩的导磁性能的液体材料（也可以是导磁性粉末材料），在栅形调磁机构尾部放置一个可伸缩的橡皮囊35。
在过程b状态下，两叶片33之间的空隙形状从矩形变成平行四边形，面积减小，栅形调磁机构3内的压强大于橡皮囊35内的压强，此时将栅形调磁机构内多余的导磁液体压缩到橡皮囊35内。
在过程a状态下，两叶片33之间的空隙形状从平行四边形变成矩形，空隙面积增大，栅形调磁机构内的压强小于橡皮囊内的压强，此时压缩在橡皮囊35内的导磁液体释放填充到栅形调磁机构内多余的空隙中，有效的改善栅形调磁机构的导磁能力。本设计可以使栅形调磁机构具有更好的导磁能力。
实施例四：
以下结合附图5对本实施例的具体实施方式作详细说明，图中各部件的附图标记如下：2-定子，31-外层圆筒，32-内层圆筒，4-牵引架，7-翼形螺母，9-限位装置。
本实施例与实施例一的不同之处在于，栅形调磁机构中的内圆筒32固定在永磁体6上，将滚珠轴承换成翼形螺母7（螺母内的螺纹只有一圈），牵引架4牵引着翼形螺母7和栅形调磁机构3的外层圆筒31。此时栅形调磁机构3和转子8同步运行，翼形螺母7会带动牵引架4和栅形调磁机构3和转子8同步运行，其工作过程参照实施例一。
实施例五：
以下结合附图6对本实施例的具体实施方式作详细说明，图中各部件的附图标记如下：2-定子，31-外层圆筒，32-内层圆筒，4-牵引架，5-转轴，7-滚珠轴承，11-自限位螺纹，12-磁场比例调节装置。
本实施例与实施例一的不同之处在于，滚珠轴承7或翼形螺母与电机转轴5上的螺纹段相互配合设计成为具有自限位功能，这样可以不用安装外部限位装置来限制滚珠轴承或翼形螺母的运动范围，以简化设计，其工作过程参照实施例一。
上述实施例均可以用弱磁方法实现电机极限转速的提升。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。