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曳引機傳動系統電動化實證開發
作者
林資峻、沈佳駿
刊登日期:2025/07/01
摘要
本研究針對傳統曳引機在碳排放與傳動效率方面的限制,提出一套以雙馬達為核心的電動化傳動系統,並應用於 Mitsubishi MT-460 曳引機平台進行實車改裝與驗證。系統設計採用兩具永磁同步馬達,分別驅動 PTO 與車輪,搭配自製 1:1 齒輪箱,可實現 PTO 與行走驅動的獨立運作或合流輸出控制。此配置可對應 0–37 km/h 行駛速度與 0–1290 rpm PTO 輸出範圍,滿足多樣化農耕作業需求。
為因應高負載作業情境,齒輪箱內整合一組手動操作之 Dog Clutch 機構,供操作人員切換至雙馬達合流模式,以提升整體牽引扭力表現。另設計一套獨立液壓驅動模組,採用 3 kW 電動馬達驅動原車雙液壓泵,持續供應舉升與轉向所需之液壓動力,補足內燃機移除後的液壓系統缺口。整體系統設計具備模組化、高整合與可擴充性,為未來電動農機商品化發展提供具體且可行的技術方向。
Abstract
This study presents a dual-motor electric powertrain system developed to improve energy efficiency and reduce emissions in traditional agricultural tractors. The system was retrofitted onto a Mitsubishi MT-460 tractor by replacing the original diesel engine and main transmission with two 15 kW permanent magnet synchronous motors (PMSMs). One motor is used to drive the PTO, while the other powers the wheels. A custom-built 1:1 gearbox was designed to allow either separate or combined operation of both motors. This setup enables driving speeds from 0 to 37 km/h and PTO speeds from 0 to 1290 rpm, supporting a wide range of farming tasks.
To handle heavier workloads, a manual dog clutch was added to the gearbox, allowing the two motors to be mechanically linked for higher traction torque. A separate hydraulic system was also installed, using a 3 kW electric motor to power the original pumps for lift and steering functions—solving the problem of losing engine-driven hydraulics. The overall system is modular and adaptable, offering a practical direction for future electric tractor development.
前言
隨著全球對永續農業與碳中和目標的重視,農業機械技術也正面對碳排放議題。傳統以內燃機為主的農機設備,雖能提供穩定動力,但仍面臨內燃機動力的油耗及碳排放等問題[1]。
近年來,電動化技術的進步為農業機械帶來新的可能性。電動馬達具有高扭力、即時反應與能源效率高等優勢,可望有效改善傳統農機的能效與環保問題。此外,智慧農業的發展亦促使農機設備朝向自動化、電動化與智慧整合方向演進。
本研究基於此背景,針對傳統曳引機的動力傳動系統進行電動化改造。透過雙馬達直接驅動,結合齒輪箱設計,期望簡化傳動路徑、提升作業效率,並驗證電動傳動系統於農業作業中的可行性與應用潛力。藉由本系統的開發,期盼為電動農機技術之推進與智慧農業之實現提供具體貢獻。
電動農機技術發展
近年來,隨著全球農業面臨節能減碳與智慧化轉型需求,農機技術朝向電動化、自駕與智慧整合快速發展。其中,電動化技術尤為關鍵,不僅能降低作業碳排放,也有助於簡化機構設計與提升能源使用效率。
在電動曳引機領域,Kubota針對溫室與果園作業,開發小型電動曳引機,強調輕量化與充電便利性,適合中小型農場密集作業環境[2]。新創公司Monarch Tractor則於2024年上市純電且具備自駕功能的曳引機,整合自主導航、感測與遠端管理系統,代表智慧農業的發展趨勢[3]。
除了純電動技術,能源多元化亦成為農機技術的發展方向。New Holland在2024年推出新的T4 Electric Power,結合自主功能例如跟隨模式及影像辨識等等功能。該機型主打低噪音、零排放與高作業效率,適用於田間作業與牧場管理[4]。此外,New Holland早於2011年即曾開發NH₂氫燃料電池曳引機原型,探索替代能源在農業機械領域的應用,但該技術目前仍處於示範階段,尚未商業化(New Holland, 2011)。
雖然電動農機技術已初步商品化,但市場仍面臨挑戰,包括電池續航時間不足、高成本與充電基礎設施不普及等問題。目前電動農機多集中於小型至中型作業領域,重型與高馬力機型仍主要依賴內燃機動力。
本研究基於上述發展趨勢,針對傳統曳引機進行電動化改造。透過雙馬達直接驅動與齒輪箱整合設計,期望實現高效能輸出、操作靈活性與能源利用最佳化,並驗證電動傳動系統於農業作業中之可行性。此設計方向不僅呼應全球電動農機技術發展脈動,也為未來智慧農業應用提供可行的技術基礎。
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2025年07月號
(單篇費用:參考材化所定價)