À mesure que les équipements agricoles évoluent vers l’électrification et l’intelligence, les moteurs synchrones à aimant permanent (PMSM) sont devenus l'idéal solution d'entraînement pour tracteurs électriques en raison de leur rendement élevé, densité de puissance élevée et contrôle précis. Vous trouverez ci-dessous les principales considérations de conception pour le PMSM dans les tracteurs.
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Caractéristique |
PMSM |
Moteur à induction (IM) |
Moteur à courant continu |
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Efficacité |
92 % à 96 % |
85 % à 90 % |
75 % à 85 % |
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Densité de puissance |
Haut (compact et léger) |
Moyen |
Faible (nécessite un collecteur) |
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Contrôle de vitesse |
Excellent (contrôle vectoriel) |
Mauvais (dépend du VFD) |
Bien (mais nécessite des pinceaux) |
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Entretien |
Sans entretien |
Faible entretien |
Élevé (usure des brosses) |
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Coût |
Plus haut (aimants de terres rares) |
Faible |
Modéré |
Applications :
• Entraînement principal pour tracteurs électriques (en remplacement des moteurs diesel).
• Électrification de la prise de force (prise de force).
• Entraînements de pompe hydraulique/système auxiliaire.
Les tracteurs fonctionnent dans des conditions complexes, exigeant à la fois couple élevé à basse vitesse (labour) et un transport à grande vitesse efficace :
• Petits tracteurs (25-50 CV) : Moteur PMSM de 20 à 40 kW, couple nominal 150-300 Nm.
• Tracteurs moyens (50-100 CV) : moteur pmsm de 40 à 75 kW, couple nominal de 300 à 600 Nm.
• Gros tracteurs (plus de 100 CV) : moteur pmsm de 75 à 200 kW, couple nominal de 600 à 1 500 Nm.
Demande de couple de pointe (Surcharge à court terme) :
• Nécessite un couple nominal de 2 à 3 fois pendant le labour ou l'escalade.
• Un contrôle d'affaiblissement du champ est nécessaire pour étendre le fonctionnement à grande vitesse.
• Mode labour: 500–1 500 tr/min (sortie à couple élevé).
• Mode de transport: 1 500 à 3 000 tr/min (optimisé pour l'efficacité).
• Vitesses standard de prise de force: 540/1000 RPM (doit être précisément adapté).
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Solution de refroidissement |
Demande |
Avantages et inconvénients |
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Refroidissement naturel |
Faible puissance ( |
Dissipation thermique simple, peu coûteuse mais limitée. |
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Refroidissement par air forcé |
Tracteurs moyens (20 à 50 kW) |
Nécessite un ventilateur, augmente la consommation d'énergie. |
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Refroidissement liquide |
Haute puissance (>50 kW) |
Refroidissement efficace, adapté aux charges lourdes continues. |
Recommandation :
• Double refroidissement liquide + huile (pour tracteurs de grande puissance, par exemple 200+ kW).
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Tapez |
Caractéristiques |
Demande |
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Montage en surface (SPM) |
Ondulation de couple simple et faible, mais sujette à la démagnétisation à grande vitesse. |
Tracteurs petits/moyens. |
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Intérieur (IPM) |
Haute résistance à la démagnétisation, large plage de vitesse, robuste. |
Tracteurs grands/à grande vitesse. |
Recommandation :
• PM intérieur (IPM) (équilibre les exigences de vitesse élevée et de surcharge).
• Paires de pôles: Généralement 4 à 8 pôles (équilibre la vitesse et le couple).
♦ Exemple : 1000 RPM → 4 pôles (33 Hz), 8 pôles (66 Hz).
• Fentes du stator: 36 ou 48 emplacements (réduit le couple d'encoche et le bruit).
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Matériel |
Rémanence (Br) |
Coercivité (Hc) |
Coût |
Adéquation |
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NdFeB |
1,0 à 1,4 T |
800 à 2 000 kA/m |
Élevé |
Tracteurs performants. |
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Ferrite |
0,4 à 0,5 T |
200 à 400 kA/m |
Faible |
Tracteurs légers à bas prix. |
Recommandation :
• Aimants NdFeB (haute densité énergétique, idéal pour les tracteurs performants).
Contrôle orienté champ (FOC):
• Découple le contrôle couple/vitesse pour une réponse dynamique rapide.
• Idéal pour les demandes instantanées de couple élevé pendant le labour.
Contrôle direct du couple (DTC):
• Fonctionnement sans capteur, robuste mais avec une ondulation de couple plus élevée.
Encodeurs (haute précision, par exemple codeurs absolus 17 bits).
Contrôle sans capteur (réduit les coûts mais dégrade les performances à basse vitesse).
Niveau de tension: 400V (petit/moyen), 600V (gros tracteurs électriques).
MOSFET SiC: Commutation haute fréquence pour réduire les pertes.
• Entraînement direct: Le moteur se connecte directement à la transmission (élimine la boîte de vitesses mais nécessite moteurs à couple élevé).
• Parallèle hybride: PMSM + moteur diesel (solution de transition).
• Capacité de la batterie:
♦ Électrique pur : 100 à 300 kWh (4 à 8 heures de fonctionnement).
♦ Hybride : 20 à 50 kWh (puissance auxiliaire).
• Freinage régénératif: Récupère de l'énergie lors de la décélération.
• Indice de protection: IP67 (poussière/étanche pour les conditions agricoles difficiles).
• Résistance aux vibrations: Roulements et structure renforcés (pour terrain accidenté).
John Deere SESAM (tracteur purement électrique) :
• Double variateur PMSM (300 kW au total), refroidi par liquide.
Tracteur électrique YTO (Chine) :
• Moteur IPM 120 kW, contrôle FOC, autonomie 5 heures.
► Plateformes haute tension (800V+): Réduit le poids du câble et améliore l’efficacité.
► Moteurs PM sans terres rares: Réduit la dépendance au NdFeB (par exemple, conceptions optimisées en ferrite).
► Répartition intelligente du couple: Entraînement multimoteur + différentiel électronique (améliore la mobilité sur le terrain).
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Aspect clé |
Solution recommandée |
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Type de moteur |
PMSM intérieur (IPM) |
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Méthode de refroidissement |
Refroidissement liquide (>50 kW) |
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Stratégie de contrôle |
FOC + encodeur haute précision |
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Matériau de l'aimant |
NdFeB |
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Tension du système |
400 V à 600 V |
Le PMSM dans les tracteurs doit être équilibré couple élevé, large plage de vitesse et durabilité dans les environnements difficiles. L’optimisation des algorithmes de conception électromagnétique, de refroidissement et de contrôle peut améliorer considérablement l’efficacité et la fiabilité des tracteurs électriques.
