大话电动拖拉机的心脏——电机！

农机行业似乎很少有人专门来讲电动机，那么电动拖拉机具体配置什么样的电动机呢？我们关注的一些品牌拖拉机匹配的是什么样的电机呢？

传统的化石燃料的拖拉机的心脏无疑是发动机，且几乎99.99是柴油发动机，使用了近两百年的发动机，大家最熟悉不过了。

新能源时代，电动拖拉机备受追捧，其核心部件——电机，无疑是电动拖拉机的心脏。无论是纯电拖拉机、增程式拖拉机，还是作为过渡方案的混动拖拉机，电机都扮演着至关重要的角色。尽管混动拖拉机中发动机仍发挥作用，但电机作为传动和调速的关键部件，其重要性不言而喻。

电动拖拉机的核心部件是“三电”——电池、电机、电控，其他两电都是为电机服务的，本文重点梳理一下电动拖拉机的“心脏”——电机。

一、电动拖拉机电机的类型

其实电动拖拉机的主要部件——电机，它是一个复杂的系统，主要包括电动机、功率转换器和控制器等。

目前，电动机主要技术类型有以下四种：直流电动机（DCM）、感应交流异步电动机（AXRM）、永磁无刷电动机（PMBLM）和开关碰阻电动机（SRM），但在电动拖拉机上装机量最多的是前两种，下面主要介绍一下四种电机的优劣势。

（一）永磁无刷电动机

永磁无刷电动机通常采用稀土永磁材料，具有效率高、功率密度大等优点。根据磁铁所处位置不同，永磁无刷电动机可分为：表面式、镶嵌式和深埋式。

用浅显易懂的话讲，永磁无刷电机就像是一个“神奇的小马达”，它没有刷子（所以叫“无刷”），而且里面有一个“永磁体”（就像小磁铁一样）来帮助它转动。这种电机很厉害，因为它跑得快、力气大，还不容易坏。

它是怎么工作的呢？

1、电机的“身体”

永磁无刷电机有两个主要部分：

定子：这是电机的“外套”，里面有好多圈电线（叫绕组），就像一个线圈。这些线圈可以通电。

转子：这是电机的“心脏”，它在定子里面，上面有很多小磁铁（永磁体）。转子是可以转动的。

2、让电机转起来

想象一下，你有一个小磁铁，它会被另一个磁铁吸引或者推开，对吧？永磁无刷电机也是这样工作的。

通电产生磁场：当我们给定子的线圈通电时，线圈就会变成一个“电磁铁”，产生磁场。

磁场相互作用：定子的磁场会和转子上的小磁铁（永磁体）相互作用。就像磁铁一样，同极相斥、异极相吸。所以，转子会被定子的磁场推着转起来。

3. 怎么让转子一直转呢？

如果定子的磁场一直不变，转子转一会儿就会停下来。所以，我们需要让定子的磁场“动起来”，这样转子才能一直转。

电子换向：电机里面有一个“聪明的大脑”（控制器），它会根据转子的位置，不断地改变定子线圈的通电顺序。这样，定子的磁场就会像跳舞一样，不停地旋转，带着转子一起转。

霍尔传感器的作用：电机里面还有一些“小眼睛”（霍尔传感器），它们可以“看到”转子的位置。然后把位置信息告诉控制器，控制器再决定什么时候改变线圈的通电顺序。

4. 总结一下

通电启动：向定子线圈供电，随即生成磁场。

相互作用：定子的磁场和转子的磁铁相互作用，让转子转起来。

电子换向机制：控制器依据转子位置，持续调整定子线圈通电次序，确保磁场持续旋转。

持续旋转：转子因此得以不停歇地旋转，宛如一台永动机般不知疲倦。

永磁无刷电动机之所以被认为厉害，是因为它具备高效率、稳定性强、维护简单、变频变压特性、宽电压适应、低噪音、高功率密度、良好的动态性能、环境友好等众多优势。

没有刷子：传统电机有刷子，刷子会磨损，需要经常换。永磁无刷电机没有刷子，所以寿命更长，也不容易坏。

效率高：因为它没有机械摩擦，所以能量损失少，跑得更快，也更省电，无电刷摩擦损耗，能量转换效率高达 85%～95%，远高于传统有刷电机（60%～70%）。

寿命长：无电刷磨损，寿命可达数万小时，远超有刷电机（几百至几千小时）。

免维护设计：适用于高可靠性要求的场景（如工业自动化、电动汽车），这是不是让你想起了皮尔的免维护轴承？

力大无穷：得益于永磁体强大的磁力，电机同样展现出惊人的力量。

用一个简单的比喻：想象一下，你和一个朋友在玩“推手”游戏。你（定子）用手（磁场）推小朋友（转子），朋友被你推得转起来。然后你不断地改变推的方向，朋友就会一直转下去。永磁无刷电机就是这样一个“推手”游戏，只是它是用电和磁场来推的。

希望这个解释能让你明白永磁无刷电机的工作原理！

（二）感应交流异步电机

感应交流异步电机（简称异步电机）是一种基于电磁感应原理工作的电动机，其核心特点是转子的转速始终低于定子旋转磁场的同步转速（即存在“转差率”）。下面我们也用通俗易懂的话来描述一下：

1、什么是感应交流异步电机？

感应交流异步电机是一种常见的电机，它的名字听起来有点复杂，但其实原理很简单。它主要由两部分组成：

定子：这是电机的外壳部分，里面有很多线圈，通电后会产生磁场。

转子：这是电机里面可以转动的部分，它没有电源直接供电，而是通过感应产生电流。

2、工作原理

试想，一个磁铁在定子内部快速穿梭，宛如舞者轻盈跃动，编织出一个旋转的磁场画卷。转子置身于这个旋转的磁场之中。

旋转磁场：当定子的线圈通上交流电时，会产生一个旋转的磁场。这个磁场如同一个不断旋转的“风车”，在定子内部持续转动。

感应电流：转子在旋转磁场的作用下，会感应出电流。就像你在磁场中快速移动一根导线，导线里就会产生电流一样。

转子转动：转子内的电流激发出自己的磁场，与定子的旋转磁场相互作用，从而产生一个推力，驱动转子旋转。

3、为什么叫“异步”？

因为转子的转速永远追不上定子的旋转磁场的转速。就像你在跑步机上跑步，跑步机的速度总是比你跑得快一点，所以你永远追不上它。这种电机的转速和磁场转速之间有一个“差距”，所以叫“异步”电机。

感应交流异步电机的优势分析

结构简单：它没有复杂的电刷和换向器，所以结构比较简单，不容易坏，维护起来也很方便，不需要经常更换零件。

成本低：因为结构简单，所以制造成本比较低，价格也相对便宜，这使得它在很多场合都能用得起。

运行可靠：这种电机很耐用，可以在各种环境下工作，它的故障率比较低，所以用起来很放心，比如潮湿、灰尘多的地方，而农机的很多使用场景恰恰是灰尘大或下雨、潮湿。

过载能力强：它可以在短时间内承受比正常大得多的负载，就像一个力气很大的“大力士”。

这种过载能力在一些需要迅速增加负载的场合特别有用，例如起重机吊起重物时就能轻松应对。

4、总结一下

感应交流异步电机就像是一个“老实可靠的老黄牛”，虽然效率不是最高，但它结构简单、成本低、耐用，特别适合一些不需要频繁调速、负载比较稳定的场合，比如农业生产上的播种、植保、养殖场内部的运输等。

（三）直流电动机

直流电动机（DC Motor）是一种将直流电能转换为机械能的装置，其工作原理主要依赖于电磁感应定律和洛伦兹力的作用。在电机中，电流通过电枢绕组产生磁场，与定子磁场相互作用产生转动力矩。同时，换向器和电刷的机械换向机制确保电流方向的改变，维持电机的持续旋转。这种描述过于专业化，还是用通俗易懂的语言来说明。

1、什么是直流电动机？

直流电动机是一种使用直流电源（比如电池）的电机。它的名字听起来很简单，原理也很直观。它主要由两部分组成，即定子和转子。

2、工作原理

想象一下，你有一个小磁铁，它会被另一个磁铁吸引或者推开，对吧？直流电动机也是这样工作的。

通电产生磁场：当给转子的线圈通上直流电时，线圈就会变成一个“小电磁铁”，产生磁场。

磁场相互作用：转子的磁场和定子的磁场（永磁体）相互作用。根据“同极相斥、异极相吸”的原理，转子会被推着转起来。

3、直流电动机的优势

调速性能好：直流电动机的转速可以通过改变电压或者电流很容易地调节。如同调节水龙头的流量，电压或电流的增加直接促使电机转速加快，如同水流般顺畅。这使得它在需要频繁调速的场合（比如拖拉机、旋耕机）非常有用。

启动转矩大：当你刚打开电源时，直流电动机可以瞬间产生很大的力气（转矩），展现出如同“大力士”般的强劲转矩。这在需要快速启动或者负载很重的场合（比如拖拉机深翻深松作业）非常有优势。

控制简单：直流电动机的控制相对简单，只需要改变电压或者电流的方向和大小，就可以控制电机的转速和方向，因此，其控制系统的设计与实现均显得相对直观简便。

性能稳定：直流电动机的运行比较稳定，尤其是在低速运行时，不会像交流电机那样容易出现抖动或者转速不稳的情况。

4、总结一下

直流电动机就像是一个“大力士”，力气大、调速灵活，特别适合需要频繁调速或者负载很重的场合。但是，它的结构复杂，需要经常维护，而且效率相对较低。如果你需要一个简单、耐用、不需要频繁调速的电机，那么交流电机可能更适合。

（四）开关碰阻电动机

开关磁阻电动机（Switched Reluctance Motor，简称SRM）是一种相对特殊的电机类型，虽然名字听起来有点复杂，但它的原理和结构却颇具特色。接下来我们用简单易懂的语言来解释它的原理和优劣势。

开关磁阻电动机的工作原理

1、什么是开关磁阻电动机？

开关磁阻电动机通过磁阻变化产生转矩，虽然名字复杂，但原理并不深奥。它主要由两部分组成：

定子：这是电机的外壳部分，上面有多个线圈绕组。

转子：这是电机里面可以转动的部分，转子上没有绕组，而是由多个磁极组成。

2、工作原理

想象一下，磁铁会吸引铁块，对吧？开关磁阻电动机就是利用这个原理工作的。

磁阻最小原理：磁通总是倾向于沿着磁阻最小的路径通过。在开关磁阻电机中，当定子线圈通电时，会产生磁场，磁场会吸引转子的磁极，使转子转动。

开关控制：通过电子控制器（就像一个“指挥官”），按照一定的顺序给定子线圈通电或断电。当某个定子线圈通电时，它会吸引转子的磁极，使转子向这个方向转动。当转子的磁极接近定子磁极时，控制器会切换到下一个线圈，继续吸引转子，这样转子就会一直转下去。

用一个简单的比喻：想象你在玩一个“磁铁迷宫”游戏，你有一个小铁球（转子），迷宫的墙壁（定子）上有一些磁铁（线圈）。一旦你启动某个磁铁的开关，小铁球即刻被吸引；接着，当你激活下一个磁铁的开关，小铁球便持续受到牵引，一路前行。开关磁阻电动机的工作原理就是这样，通过不断切换磁铁的开关，让转子一直转下去。

3、为什么叫“开关磁阻”？

因为这种电机是通过“开关”（控制器）来控制定子线圈的通电和断电，利用磁阻的变化来产生转矩。它的名字就是这么来的。

4、开关磁阻电动机的优势

结构简单：转子上没有绕组，只有磁极，所以结构相对简单，制造成本低；没有电刷和换向器，减少了机械磨损，提高了可靠性。

调速范围宽：通过电子控制器可以很容易地调节电机的转速，从低速到高速都能很好地工作。

因此，在需要广泛调速的应用场景（诸如无级变速拖拉机、农业机器人）中，它显得尤为重要。

启动转矩大：开关磁阻电机在启动时可以产生很大的转矩，就像一个“大力士”一样。这在需要快速启动或者负载很重的场合（比如拖拉机深松、深翻、深耕作业）非常有优势。

适合高转速运行：转子无绕组设计，避免了离心力的损害，使其能够轻松应对高转速运行，尤其适用于高速离心机等需高速运转的设备。

高功率密度：开关磁阻电机以其在单位体积内输出较大功率的能力而著称，其功率密度范围在1-2之间，远高于直流电机和异步电机，特别适合对体积和重量有严格要求的应用场合。

4、总结一下

开关磁阻电动机犹如一位‘智慧的大力士’，不仅结构简单、调速自如，还具备强大的启动能力，尤其擅长应对高转速、宽调速范围的需求，如电动汽车、工业机器人等领域。但是，它的噪声较大，控制复杂，效率相对较低，所以在一些对噪音和效率要求很高的场合可能不太适用。

在这里笔者尝试进行概括性总结：

永磁无刷电动机：适合需要高效率、高功率密度和低维护的场合，如电动拖拉机、联合收获机。

感应交流异步电机：适合成本敏感、运行平稳且不需要频繁调速的场合，如农业机器人、设施农业类设备。

直流电动机：适合需要高启动转矩和灵活调速的场合。

开关磁阻电动机：适合高转速、宽调速范围且对体积要求较高的场合，如电动汽车和工业机器人。

二、国内外电动拖拉机电机适配情况

近几年，欧美国家约翰迪尔、凯斯纽荷兰、芬特、帝王等老牌农机企业、高科技企业不断推出各种各样的电动拖拉机，国内的拖拉机企业显得更加激进，从2024年全国会可看出来有近30家拖拉机企业推出了混合动力电动拖拉机，中科原动力推出了260马力纯电拖拉机，迪玛驰推出了400马力纯电拖拉机，山东临工推出了600马力混合动力拖拉机，可见国内拖拉机企业在电动化方向上更加积极主动。

那么，国内外已经推出的电动拖拉机都匹配哪些类型的电机呢？通过实际匹配情况，我们就可以推断出哪种类型的电机将是电动拖拉机的主流配置。

虽然无法穷举，但是从以上这些在全球和国内具有一定代表性的厂家和品牌已经推向市场的机型或公开的信息，可以看出来电动拖拉机，无论是纯电，抑或混动，搭载的主要是永磁同步电机，其次是感应电机。尽管无法一一列举，但从这些具有代表性的厂家和品牌所推出的市场机型及相关公开信息中，我们不难发现，电动拖拉机，不论是纯电动还是混合动力，主要搭载的是永磁同步电机，感应电机则次之。

在纯电动拖拉机上永磁同步电机具有高效率、高功率密度和良好的调速性能，适合电动拖拉机的应用场景。

在混合动力拖拉机上，永磁同步电动机结合内燃机或燃料电池，实现高效的动力输出和灵活的作业能力。

在增程式拖拉机上，广西玉柴采用的是感应电机，这可能有从成本上考虑的因素。

通过以上的文章分析，如果你自己要开发电动拖拉机，你能决定用什么样的电动机吗？