方玲利，肖龙飞，毕 超

(上海理工大学 机械工程学院,上海 200093)

混合式步进电机(Hybrid Stepping Motor，HSM)诞生于20世纪70年代，其具有高分辨率和高转矩密度，可实现开环控制，且无累计步距误差，被广泛应用于众多领域，例如各种办公自动化设备及数控机床系统等[1]。市场上现有的混合式步进电机按其定子绕组数目可分为两相、三相和五相。其中两相混合式步进电机(2P-HSM)占据了大部分的市场份额[2-3]。究其原因，主要有两点：(1)历史因素。自第一台2P-HSM问世以来，为抢占市场份额，研究人员把精力集中在2P-HSM的设计和控制上。相较于其它HSM，2P-HSM的电机本体优化及驱动控制技术最为成熟；(2)相对2P-HSM，其他混合式步进电机的电磁结构更为复杂，涉及的电磁分析及优化设计难度更高，耗时也更长。

理论上，相对于2P-HSM，三相混合式步进电机(3P-HSM)整体性能更为优越，主要表现在：(1)定位精度更高；(2)振动和噪音更小；(3)控制成本更低等[4]。因此，从长期应用及效益来看，3P-HSM有更好的发展空间，对3P-HSM的电磁结构进行优化设计具有重要意义。

3P-HSM最重要的组成部分是齿层结构，HSM产生和机电能量转换均基于定转子的齿槽效应[1,5]。因此，选择最佳的齿层几何形状是设计优化过程中的首要任务。在过去的几十年中，众多学者对于HSM的齿部形状提出了各种不同的观点，例如矩形、三角、梯形和圆形等[6-8]。本文基于3P-HSM内部电磁现象，对齿形进行重新分析，发现梯形齿对气隙磁密的影响程度更大，且包含更多的形状参数，更适用于电机电磁结构优化。

对齿形形状优化的困难之处在于，HSM为双凸极磁层结构，转子表面多齿，初始模型的小齿数达50个，且需考虑到转子双向(轴向和径向)励磁原理，因此电磁结构非常复杂。……