本发明涉及电动机技术领域，具体涉及一种超高速永磁同步电机转子结构。
背景技术：
超高速永磁同步电机考虑到转子的机械强度要求，一般使用内埋式转子结构，该结构会产生磁阻转矩，转子的漏磁系数较大，使得超高速永磁同步电机整体的功率密度较低，调速特性也较差。为了提高永磁同步电机的功率密度，现有技术一般通过提升永磁体材料的性能来实现；由于永磁体是不可再生资源，且仅依靠提升永磁体材料的性能来提升电机功率密度是有限的。因此，如何提供一种功率密度高、可调速范围广的高速/超高速永磁同步电机转子，成为本领域急需攻克的技术难题。
技术实现要素：
本发明提出一种超高速永磁同步电机转子结构，增加了转子外周部平均磁通密，进而提升了超高速永磁同步电机的功率密度，并改善了电机调速范围。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种超高速永磁同步电机转子结构，包括转子铁芯、转子轴、设置在转子铁芯体内的永磁体模组以及设置在转子铁芯圆周边缘附近的转子槽；永磁体模组包括主永磁体和辅助永磁体；其中，主永磁体成对设置，且主永磁体对中的主永磁体均沿转子铁芯径向设置、外侧端部延伸至转子铁芯圆周表面；辅助永磁体沿垂直于转子铁芯径向方向设置，且辅助永磁体的两端与主永磁体对中的两个主永磁体距离相等；对于主永磁体对中的两个主永磁体，其相同的磁极相对设置。
进一步，永磁体模组包括两对主永磁体和一个辅助永磁体，第二主永磁体对位于第一主永磁体对的两个主永磁体之间；相邻的第二主永磁体对中的主永磁体和第一主永磁体对中的主永磁体，其不同的磁极相对设置；转子槽位于第二对主永磁体之间；辅助永磁体位于第二主永磁体对之间，且靠近转子槽。
进一步，永磁体模组包括两对主永磁体和两个辅助永磁体，第二主永磁体对位于第一主永磁体对的两个永磁体之间，第二主永磁体中的主永磁体的长度短于第一主永磁体对中的主永磁体的长度；相邻的第二主永磁体对中的永磁体和第一主永磁体对中的永磁体，其不同的磁极相对设置；转子槽位于第二主永磁体对之间；第一辅助永磁体位于第一主永磁体对的两个永磁体靠近圆心的端部之间，第二辅助永磁体位于第二主永磁体对的两个永磁体靠近圆心的端部之间。
进一步，永磁体模组包括一对主永磁体和两个辅助永磁体，转子槽位于第二主永磁体对之间；第一辅助永磁体位于主永磁体对的两个永磁体靠近圆心的端部之间，第二辅助永磁体位于主永磁体对之间并靠近转子槽。
进一步，永磁体模组包括两对主永磁体和三个辅助永磁体，第二主永磁体对位于第一主永磁体对的两个主永磁体之间，第二主永磁体中的主永磁体的长度短于第一主永磁体中的主永磁体的长度；相邻的第二主永磁体对中的主永磁体和第一主永磁体对中的主永磁体，其不同的磁极相对设置；转子槽位于第二主永磁体对之间；第一辅助永磁体位于第一主永磁体对的两个主永磁体靠近圆心的端部之间，第二辅助永磁体位于第二主永磁体对的两个主永磁体靠近圆心的端部之间，第三辅助永磁体位于第二辅助永磁体与转子槽之间并靠近转子槽。
进一步，设置在主永磁体对中的两个主永磁体端部之间的辅助永磁体，其端部与主永磁体对中的两个主永磁体的端部之间，设置有隔磁材料。
进一步，设置在主永磁体对中的两个主永磁体端部之间的辅助永磁体为弧形结构，靠近转子槽设置的辅助永磁体为板型结构。
进一步，辅助永磁体为弧形结构，设置在主永磁体对中的两个主永磁体端部之间的辅助永磁体的弧线与靠近转子槽的辅助永磁体的弧线相对设置。
进一步，主永磁体对之间的转子槽包括中心转子槽和位于中心转子槽两侧的侧转子槽，中心转子槽中放置铜条组成笼型绕组。
进一步，转子铁芯设置有四个永磁体模组，沿转子铁芯圆周均匀分布，永磁体模组之间的同样设置有转子槽。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于，本发明在转子上设置多组永磁体，改变了转子铁芯的磁阻排布，从而增大了内埋式转子结构的磁通密度，减少了转子漏磁通，提高电机功率密度，进而改善了电机调速特性。
附图说明
图1是本发明高速永磁同步电机转子第一个实施例的结构示意图；
图2是本发明高速永磁同步电机转子第二个实施例中永磁体模组的结构示意图；
图3是本发明高速永磁同步电机转子第三个实施例中永磁体模组的结构示意图；
图4是本发明高速永磁同步电机转子第四个实施例中永磁体模组的结构示意图；
图5是本发明高速永磁同步电机转子第一个实施例中永磁体模组的结构示意图；
图6是本发明高速永磁同步电机转子第五个实施例中永磁体模组的结构示意图。
具体实施方式
容易理解，依据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本发明超高速永磁同步电机转子结构的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限制或限定。
结合附图，本发明一个实施例的高速永磁同步电机转子100包括：包括转子铁芯110、转子轴140、设置在转子铁芯110体内的永磁体模组120以及设置在转子铁芯110圆周边缘附近的转子槽；永磁体模组包括主永磁体和辅助永磁体；其中，主永磁体成对设置，且主永磁体对中的主永磁体均沿转子铁芯110径向设置、外侧端部延伸至转子铁芯110圆周表面；辅助永磁体沿垂直于转子铁芯径向方向设置，且辅助永磁体的两端与主永磁体对中的两个主永磁体距离相等；对于主永磁体对中的两个主永磁体，其相同的磁极相对设置。如图1所示，第一成对主永磁体121为n极相对，第二成对永磁体122也是n极相对。同时也可设置为s极相对。
如图2所示，该实施例的高速永磁同步电机转子100包括转子铁芯110和永磁体模组120，永磁体模组120包括两对主永磁体和一个辅助永磁体，第二主永磁体对122位于第一主永磁体对121的两个主永磁体之间；相邻的第二主永磁体对中的主永磁体和第一主永磁体对中的主永磁体，其不同的磁极相对设置；转子槽位于第二对主永磁体122之间；辅助永磁体125位于第二主永磁体对122之间，且靠近转子槽。永磁体对之间的转子槽包括中心转子槽127和位于中心转子槽两侧的侧转子槽126。
如图3所示，该实施例的高速永磁同步电机转子中，永磁体模组包括两对主永磁体和两个辅助永磁体，第二主永磁体对122位于第一主永磁体对121的两个永磁体之间，第二主永磁体中的主永磁体的长度短于第一主永磁体对中的主永磁体的长度；相邻的第二主永磁体对中的永磁体和第一主永磁体对中的永磁体，其不同的磁极相对设置；转子槽位于第二主永磁体对之间；第一辅助永磁体123位于第一主永磁体对的两个永磁体靠近圆心的端部之间，第二辅助永磁体124位于第二主永磁体对的两个永磁体靠近圆心的端部之间。
如图4所示，该实施例的高速永磁同步电机转子中，永磁体模组120包括一对主永磁体和两个辅助永磁体，转子槽位于第二主永磁体对之间；第一辅助永磁体位于主永磁体对的两个永磁体靠近圆心的端部之间，第二辅助永磁体位于主永磁体对之间并靠近转子槽。
如图5所示，该实施例的高速永磁同步电机转子中，永磁体模组120包括两对主永磁体和三个辅助永磁体，第二主永磁体对122位于第一主永磁体对121的两个主永磁体之间，第二主永磁体121中的永磁体的长度短于第一主永磁体中的永磁体的长度；相邻的第二主永磁体对中的永磁体和第一主永磁体对中的永磁体，其不同的磁极相对设置；转子槽位于第二主永磁体对之间；
第一辅助永磁体位123于第一主永磁体对的两个永磁体靠近圆心的端部之间，第二辅助永磁体124位于第二主永磁体对的两个永磁体靠近圆心的端部之间，第三辅助永磁体125位于第二辅助永磁体与转子槽之间并靠近转子槽。
在上述各实施例中，设置在主永磁体对中的两个主永磁体端部之间的辅助永磁体，其端部与主永磁体对中的两个主永磁体的端部之间，可以设置有隔磁材料，以增大端部之间的磁阻，从而减小漏磁。所述隔磁材料可以为非磁性材料或者空气。所述的辅助永磁体123和124的磁性材料可以与成对的永磁体121和122的磁性材料不同。
在上述各实施例中，设置在主永磁体对中的两个主永磁体端部之间的辅助永磁体可以为弧形结构，靠近转子槽设置的辅助永磁体可以为板型结构。辅助永磁体能够加大成对主永磁体在磁极方向的总磁通量。直板永磁体加工难度小，机械强度高；弧形永磁体提升了磁极的表磁面积，从而增加了在定子上产生的感应磁通，产生较好的聚磁作用，减小电机铁损，提高效率。
如图6所示，辅助永磁体为弧形结构，设置在主永磁体对中的两个主永磁体端部之间的辅助永磁体的弧线与靠近转子槽的辅助永磁体的弧线相对设置。
在上述各实施例中，主永磁体对之间的转子槽包括中心转子槽127和位于中心转子槽两侧的侧转子槽126。中心转子槽127中可以放置铜条组成笼型绕组，在电机启动瞬间产生感应电流，提升电机的启动性能。附图中，侧转子槽组126分布在中心转子槽127两侧，位于第二成对永磁体122中间，沿着转子铁芯边缘布置，共放置4个。形状为半长圆形。特别地，可以按照转子直径调整侧转子槽126的数目。在侧转子槽126中放置铜条组成笼型绕组，在电机启动瞬间产生感应电流，可以进一步提升电机的启动性能。
在上述各实施例中，转子铁芯110设置有四个永磁体模组，沿转子铁芯圆周均匀分布，永磁体模组之间的同样设置有转子槽。成对出现的第一成对永磁体121和第二成对永磁体122可以根据不同的形式来布置。图1所示实施例中，第一成对永磁体121中的两个主永磁体之间为40度夹角，第二成对永磁体122中的两个永磁体之间为40度夹角。第三辅助永磁体125设计在第二成对永磁体122中间，位于中心转子槽127内侧，宽度与第一辅助永磁体和第二辅助永磁体一致。这样设置可以在磁极方向增加成对永磁体模组和其范围内的转子槽模块的总磁通量，从而提高磁密。
侧转子槽126、中心转子槽127、磁体包围范围外的转子槽130的截面可以设计成例如圆锥形，v形，u形或矩形。实施例中，中心转子槽127的截面形状为长圆形。
为防止永磁体磁通通过转子轴短路，转轴与转子铁芯间装有隔磁材料。