冗余电机是一类采用了冗余设计的高可靠性电机，其工作单元或者部分工作单元有冗余配置，使电机具备在一个或数个工作单元故障的情况下继续工作的能力。

冗余电机是一个比较宽泛的定义，凡是采用了冗余技术的电机都可以被称为冗余电机。按照采用冗余的级别，将冗余电机的类型分为模块冗余电机、组件冗余电机和复合冗余电机，如图1所示。

图1 冗余电机分类

模块冗余包括电机冗余和通道冗余。电机冗余的特征是通常会备用一个或多个完整的电机，是目前最简单、技术成熟且应用最广泛的冗余方法。通道冗余是将电机定子分为多个具备独立工作能力的通道，每个通道都包含一套完整的三相绕组，能够在发生故障时自动切除，从而不影响其他通道的正常工作。模块冗余是一种冗余级别较高的冗余技术，模块具有一定的独立产生转矩的能力，主要应用于传统三相电机。

组件冗余包括绕组冗余、相冗余、励磁冗余和桥臂冗余。绕组冗余将定子绕组重新分组为多套绕组，即使一套绕组故障，另外一套绕组仍然能够产生转矩。相冗余将传统的三相绕组拓展为四相及以上，当某相发生故障时，切断故障相，然后通过重构剩余的健康相的电流，继续输出稳定的转矩。

励磁冗余增加了磁源来源，如混合励磁或多磁源励磁，能够有效应对潜在的退磁风险。桥臂冗余是驱动器应用冗余技术的范例，通过为中性点配置冗余桥臂获得桥臂或相故障容错能力，有效提升传统三相电机驱动器的可靠性。相比于模块冗余，组件冗余的冗余级别较低，更关注实现转矩输出所需要的组件，在不同组件上采用冗余设计，可以应对不同的故障风险。

表 各类冗余电机的应用与特点

复合冗余需通过合理设计具备两种及以上冗余配置，应对更多类型的故障，从而提升电机系统的可靠性。

随着多个领域加入深度电气化的浪潮，电机系统被越来越多地研究和应用。冗余电机由于具有高可靠性的优点，在各类高端装备上展示了其应用潜力。表1整理了各类冗余电机拓扑的实际或潜在应用。整体来看，冗余电机的应用覆盖了航空航天、舰艇船舶、电动汽车等领域。

（1）航空航天应用往往缺乏维护和维修能力，因此一旦电机发生故障，如果其自身没有冗余和容错能力，该工作单元即彻底失效，可能导致灾难性的后果。因此，对可靠性要求最高的航空航天领域应用了最多的冗余电机。

（2）安全性和可靠性是海洋推进的重中之重，特别是对军舰、潜艇和远洋船舶而言。由于多相电机功率密度高、转矩脉动小，可以实现低压大功率驱动，因此在舰船推进电机中大量应用。虽然电机冗余具有体积大的缺点，但是由于冗余级别更高，在破冰船和天然气运输船等大型船舶中仍然有应用。兼顾相冗余和电机冗余的复合冗余电机或许是舰船推进中更高可靠性需求的解决方案。

（3）电动汽车希望驱动电机转矩密度更大、最高转速更高和高效率区间面积更大，这与励磁冗余的特点非常契合，诸多混合励磁电机被研究和应用。除了主驱电机，电动汽车中的刹车电机往往被要求具有冗余功能来实现极高的可靠性。此外，电动战车这类特殊军用装备对主驱电机还有额外的高可靠性需求，因此也必须采用冗余设计。

实际应用中，实现模块冗余比组件更容易，在生产、安装和维护方面需要更少的时间和工作经验，但是组件冗余在功率密度方面表现更好。单一的冗余设计能应对的电机故障类型较少，而复合冗余能够应对更多电机故障，进一步提升系统的可靠性。但是，复合冗余电机在系统复杂度、控制难度和成本上都有显著的上升，给其应用带来了一些挑战。因此，设计人员必须根据具体应用场景的需求进而确定合适的复合冗余电机方案。

本文摘编自2025年第6期《电工技术学报》，原文标题为“冗余电机拓扑与应用综述及发展展望”。