Zweimotor-EV-Logik: Warum ist vorne ein Permanentmagnetmotor und hinten ein Asynchronmotor verbaut?

Bei elektrischen Zweimotor-Fahrzeugen liegt der Grund für die Verwendung zweier unterschiedlicher Motortypen an Vorder- und Hinterachse in einer einfachen technischen Balance: Die permanenterregte Synchronmaschine arbeitet auf der dauerhaft belasteten Achse, da ihr Wirkungsgrad an der Spitze hoch ist; der Asynchronmotor läuft auf der Reserveachse, da er sich nahezu verlustfrei freidrehen kann, wenn er nicht gespeist wird. Ein AWD-EV bleibt so im Cruise-Modus effizient und hat zugleich die Flexibilität, bei Bedarf Kraft auf alle vier Räder zu verteilen.

Warum werden nicht zwei Motoren mit demselben Design gebaut?

Beide Achsen mit Permanentmagnet-Motoren auszustatten, erscheint auf dem Papier sinnvoll: schließlich ein effizienterer, leichterer und kompakterer Motor. Das Problem ist, dass sich das Magnetfeld des PM-Motors niemals abschalten lässt. Die Magnete im Rotor dieser Motoren erzeugen jederzeit ein Feld; selbst wenn das Fahrzeug im Segelmodus ist und der Motor keine Kraft bekommt, erzeugt der sich drehende magnetische Rotor unerwünschte Ströme und Kernverluste in den Statorwicklungen. Kurz gesagt: Ein PM-Motor lässt sich buchstäblich nicht "einschlafen".

Beim Asynchronmotor (Induktionsmotor) wird der Rotorstrom dagegen vom Stator induziert. Wird die Statorversorgung unterbrochen, bleibt der Rotor ohne Magnetfeld mechanisch frei und die Schleppverluste sinken auf nahezu null. Genau diese eine Eigenschaft erklärt die Grundlogik der Zweimotor-Architektur: Die ungenutzte Achse muss sich kostenlos mitdrehen lassen, und der Motor, der das ermöglicht, ist der Asynchronmotor.

Der Charakter der beiden Motortypen: Wirkungsgrad, Gewicht, Drehmomentdichte

Die Überlegenheit der permanentmagneterregten Synchronmaschine (PMSM) liegt nicht nur im Spitzenwirkungsgrad, sondern in der Verteilung des Wirkungsgrads. Da keine Rotorstromverluste anfallen, bleibt sie über einen breiten Drehzahl- und Drehmomentbereich effizient; das ist im Alltag oft wertvoller als der Spitzenwirkungsgrad an einem einzelnen Punkt. Bei einem Asynchronmotor sind ein Teil der Verluste rein strukturell bedingt: Je mehr der Rotor gegenüber dem Statorfeld im Rückstand ist (Schlupf), desto mehr Strom und damit Wärme entsteht im Rotor. Um denselben Fluss zu erzeugen, braucht ein Asynchronmotor mehr Eisen und Kupfer - ein Asynchronmotor mit 50 kW wiegt 45-60 kg, während ein gleichwertiger PMSM 22 kg wiegt. Auch die Drehmomentdichte des PM-Motors ist 2-3 Mal höher, d. h. dieselbe Leistung passt in ein kompakteres Paket.

Abgleichungslogik auf der Wirkungsgradkarte

Jeder Elektromotor hat eine Wirkungsgradkarte: ein Konturdiagramm, das zeigt, in welchem Bereich der Drehmoment-Drehzahl-Ebene wie viel Wirkungsgrad vorliegt. Die Verluste entstehen in drei Hauptgruppen - ohmsche Verluste durch den Wicklungswiderstand, Eisenverluste durch den wechselnden Fluss im Eisen und bei PM-Motoren zusätzliche Verluste, die durch die Magnete selbst entstehen. Ein guter Zweimotor-Antrieb bringt die effizientesten Bereiche dieser Karten mit den Punkten in Einklang, an denen sich das Fahrzeug im typischen Nutzungsprofil am häufigsten aufhält.

Die Strategie funktioniert so: fährt das Fahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit (Cruise), arbeitet nur der PM-Motor, und seine Größe ist genau so gewählt, dass er in diesem Niedriglast-Szenario auf der effizientesten Insel der Wirkungsgradkarte sitzt. Der Asynchronmotor wird per Wechselrichterbefehl abgeschaltet; der Rotor dreht sich frei, der Schleppwiderstand ist nahezu null. Bei Beschleunigung, Steigung oder Traktionsschalten springt der zweite Motor ein und beginnt, Drehmoment zu erzeugen. Die Fahrzeugsoftware stellt die Drehmomentverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse jederzeit so ein, dass der Verbrauch optimiert wird; diese Drehmomentzuweisungsalgorithmen legen zugleich die Grundlage für das grundlegende Drehmomentvektoring und versuchen, die seitliche Kraftkapazität jeder Achse auszugleichen.

Auch bei der rekuperativen Bremsung herrscht Asymmetrie: Der PM-Motor geht natürlich in den Generatormodus über, weil sein Feld immer bereit ist. Den Asynchronmotor als Generator zu nutzen ist etwas komplexer; da das Rotorfeld durch indirekte Erregung entsteht, muss die Steuerschicht dieses Feld erst aufbauen. Dennoch können in modernen Zweimotor-Fahrzeugen beide Achsen an der Energierückgewinnung teilnehmen.

Warum entscheiden sich die Hersteller für welche Kombination?

Tesla: vorne Induktion, hinten IPM

Der Tesla Model 3 Dual Motor ist das am meisten diskutierte Beispiel dieser Architektur: an der Vorderachse ein dreiphasiger, vierpoliger Induktionsmotor; an der Hinterachse ein dreiphasiger, sechspoliger innenliegender permanentmagnetischer Motor (IPM). Auch die historische Kurve des Unternehmens ist lehrreich - der erste Roadster und das Model S waren vollständig auf Induktion ausgelegt; mit dem Model 3 und Y wechselte die Haupteinheit auf PMSM-Basis. Der Grund ist klar: die höheren Kosten des PM-Motors sind den Wirkungsgradgewinn wert. Tesla geht zudem einen Schritt weiter, indem es die Permanentmagnete mit einem Reluktanzdesign (Magnetsperrdrehmoment) kombiniert. Bei diesen als PMSR bezeichneten Motorengenerationen sind die Spuren der IPM-SynRM-Hybridarchitektur erkennbar.

Mercedes-Benz: Spiegelbild

Die Mercedes-Benz EQ-Modelle wenden dieselbe Logik umgekehrt an: an der Hinterachse ein permanent erregter Synchronmotor, an der Vorderachse ein Induktionsmotor. Dies zeigt, dass es keine einzige richtige Antwort auf die Frage gibt, auf welcher Achse der PM-Motor sitzen sollte; die Entscheidung wird anhand der Gewichtsverteilung des Fahrzeugs, der typischen Fahrlast und der Wärmemanagementarchitektur getroffen. Da die Hinterachse in den meisten EVs die höhere Dauerleistung trägt, sorgt ein PM-Motor hinten dafür, dass die cruise-Last auf den effizientesten Motor fällt - im Grunde funktioniert bei Tesla dieselbe Logik.

Branchenweit

Marken wie BYD, Toyota, Hyundai und Volkswagen setzen aufgrund hoher Drehmomentdichte und Effizienz über einen breiten Drehzahlbereich überwiegend auf PMSM-Systeme. Die allermeisten BEVs verwenden permanenterregte Motoren; Renault Zoe und der alte Tesla Model S sind die bekannten Ausnahmen von dieser Regel. Branchenstudien sagen voraus, dass PM-Motoren auch in absehbarer Zukunft der dominierende Motortyp bleiben werden; auch der Komponentenriese Bosch hat eine neue Generation von permanentmagnetischen Synchron-E-Motoren für die Serienfertigung vorgestellt.

Ist PM in jedem Fall überlegen? Bereiche, in denen die Asynchronmaschine weiterhin gewinnt

Der Vergleich ist nicht einseitig. Der Asynchronmotor bringt drei konkrete Vorteile mit: da er keinen Permanentmagneten besitzt, besteht keine Abhängigkeit von Seltenen Erden, die Motorkosten sind typischerweise 20-30% niedriger, und er ist unempfindlich gegen Entmagnetisierung - selbst bei Umgebungstemperaturen über 120°C gibt es kein Problem mit Feldverlust. Bei PM-Motoren hingegen muss die hohe Temperatur als lebensdauerbegrenzendes Risiko für die Magneten einkalkuliert werden. Außerdem erzeugt die Rotation des PM-Rotors eine Spannung entgegen der angelegten Spannung (Back-EMF); das sorgt dafür, dass der Motor genau den Strom zieht, den seine Last erfordert, aber bei hohen Drehzahlen werden Spannungs- und Verlustmanagement zum kritischen Thema beim Design.

Die Groesse des Wirkungsgradvorteils ist ebenfalls nicht absolut: Zwar gilt ein Band von 5-7% als grobe Regel, doch der Unterschied verengt und weitet sich je nach Lastpunkt. Der Vorteil von PM zeigt sich insbesondere bei wechselnden Lasten; bei konstanter Dauerlast schrumpft der Unterschied deutlich. Als Kandidat steht auch der elektrisch erregte Synchronmotor (EESM) zur Debatte: er ist magnetfrei und seine Erregbarkeit bietet Regelungsflexibilität, doch der Teillast-Wirkungsgrad bleibt typischerweise unter dem des PMSM, weil er einen Erregerstrom benötigt, der das Rotorfeld ständig speist.

Häufig gestellte Fragen: Erhöht ein Zweimotorantrieb die Reichweite?

Die Antwort auf diese Frage hängt vom Motor ab. Vergleicht man ein Fahrzeug mit einem einzelnen PM-Motor mit einem AWD-Fahrzeug mit der Kombination PM + Asynchronmaschine, kostet die Zweimotor-Konfiguration keine Reichweite - denn die ungenutzte Asynchronachse dreht frei mit und schmälert die Effizienz kaum. Der Gewinn entsteht dadurch, dass das Drehmoment auf die benötigte Achse verteilt wird und jeder Motor in der effizientesten Zone seiner eigenen Effizienzkarte betrieben wird. Wären beide Achsen permanentmagnetisch, würden die konstant fließenden Kernverluste die Reichweite tatsächlich auffressen; genau um diesen Verlust zu beseitigen, existiert die Kombination.

Warum verwenden also nicht alle Hersteller dieselbe Anordnung? Die Position der PM-Achse variiert je nach Modell und Hersteller; während manche Bewertungen den vorderen Motor als den effizienteren PM-Typ bezeichnen, bestätigen Teardown-Analysen, dass beim Model 3/Y der hintere Motor bei typischen Fahrlasten der effizientere PM-Typ ist. Konstant ist nicht die Regel, sondern das Prinzip: Die cruise-Last sollte vom effizientesten Motor getragen werden, der andere soll ruhen, solange er nicht gebraucht wird.

Fazit: eine bewusste Asymmetrie

Vorne ein Permanentmagnetmotor, hinten ein Asynchronmotor (oder umgekehrt); keine Erklärung der Überlegenheit einer Motorentechnologie über die andere, sondern eine Arbeitsteilung zweier unterschiedlicher Charaktere. Der PM-Motor trägt die Dauerlast mit seinem Wirkungsgrad von 95–97 % über einen weiten Lastbereich, während der Asynchronmotor dank seiner Fähigkeit zum freien Lauf die Reserverachle verlustfrei hält. Faktoren wie Magnetkosten, thermische Belastbarkeit und Unabhängigkeit von Seltenen Erden festigen diese Kombination auch wirtschaftlich. Für einen Ingenieur, der Allradantrieb ohne Reichweitenverlust möchte, bleibt diese Asymmetrie die ausgewogenste Antwort der aktuellen Technologie.

Quellen

• PMSM vs Induction Motor: 3 Decisions That Save Your EV Build
• Comparison, Induction Vs. PM Motors for EVs
• Induction vs. Permanent Magnet Motors | Efficiency & Torque
• In a AWD Tesla Model 3, why is the front and back motor different
• Tesla Model Y vs Model 3: Electric Motor Tech Comparison
• Losses in Efficiency Maps of Electric Vehicles: An Overview
• Regenerative braking: A closer look at the methods and limits of regen
• Induction Motors in EV Powertrains
• Electric Motors for Electric Vehicles 2026-2036
• Bosch next-generation permanent-magnet e-motors