开关磁阻电机是工业领域里“务实派”选手，凭借结构简单、能适应恶劣环境、容错性强且制造成本低的优势，在诸多场景中都有应用，但它也有个明显短板——输出转矩相对较低。

　　为了弥补这个不足，同时进一步提升它的绕组故障冗余能力，中国矿业大学等单位的王国平、陈昊等研究者，提出了一种新型轴向磁通模块化混合励磁开关磁阻电机。

　　图1 新型电机拓扑结构示意

　　这种新型电机最突出的特点，就是左右双定子和中间转子都采用了模块化结构。左右两个定子各由6个U型定子模块环形排列而成，每个定子模块上都缠绕着独立的集中式绕组，而且在相邻定子模块的极端处嵌入了永磁体，构成混合励磁磁路。这样的设计，既能提升电机的转矩输出能力，又能保证绕组发生故障时的冗余性能，相当于给电机加了一层“双重保障”。

　　研究者们通过一套完整的流程，验证了这种新型电机的有效性。

　　首先，他们详细介绍了电机的拓扑结构和工作原理，并用磁等效电路法，分析了电机转矩和磁链之间的耦合关系。

　　接着，利用有限元方法，对比分析了电机在正常和故障两种状态下的电磁性能，建立了故障条件下绕组的数学模型，通过仿真预测了不同故障场景下电机的特性和容错能力。

　　最后，他们加工制造出一台样机，搭建了实验平台，通过实验给出了绕组正常励磁和故障状态下的具体数据，印证了新型电机结构的可行性，以及故障性能分析的准确性。

　　图2 新型电机样机台架和实验平台

　　其实，行业内一直有研究者在想办法提升轴向磁通开关磁阻电机的性能。定转子模块化是公认的有效途径之一，不少文献都提到，采用C型模块化定子能提高电机效率，调整模块化定子的安装方向，还能明显降低铜损和铁损，提升转矩输出。

　　而在定转子中嵌入永磁体的混合励磁方法，也被证明能增强转矩性能，但这种方法在轴向磁通开关磁阻电机上的应用还比较少，且混合励磁磁路复杂度高，通常需要和模块化结合使用，才能减少磁路耦合。

　　模块化结构还有一个关键优势，就是能提升电机的容错性和可靠性。因为每个定子模块的绕组都是独立的，即便部分绕组发生故障，其他绕组依然能正常工作，从而保证电机的基本转矩输出和故障冗余能力。相比增加相数来提升容错性的方法，模块化定子电机所用的功率变换器，桥臂更少，绕组连接也更灵活。

　　基于这些现有研究，研究者们结合模块化和混合励磁的优点，设计出了这款新型轴向磁通双定子模块化混合励磁开关磁阻电机。

　　实验和仿真结果显示，与传统轴向磁通模块化双定子开关磁阻电机相比，这款新型电机的转矩输出能力最高能提升45.99%，转矩脉动最低可降低12.69%；即便在单相四个绕组中三个发生故障的极端情况下，它依然能输出正常运行时69.89%的转矩，容错性能表现出色。

　　虽然这款新型电机目前还处于样机验证阶段，但它在提升转矩输出和容错能力上的突破，有望为开关磁阻电机的应用拓展提供新的思路，尤其适用于对电机可靠性和转矩性能要求较高的场景。

　　本工作成果发表在2025年第4期《电工技术学报》，论文标题为“轴向磁通模块化混合励磁开关磁阻电机及其绕组故障特性”。本课题得到深圳市协同创新专项计划国际合作研究项目、江苏省现代农机装备与技术示范推广项目和深圳市基础研究专项（自然科学基金）重点项目的支持。