Логика двухмоторных электромобилей: почему спереди используется двигатель с постоянными магнитами, а сзади

Технологии электромобилей
Автор: Deniz Erkan
Создание: 13 Октябрь 2026

В двухмоторных электромобилях установленный спереди мотор на постоянных магнитах обеспечивает высокую эффективность, а расположенный сзади асинхронный мотор, когда в нём нет необходимости, сохраняет запас хода практически без потерь благодаря свободному вращению.

Поделиться этой страницей

В двухмоторных электромобилях причина использования двух разных типов двигателей на передней и задней оси - простая инженерная балансировка: синхронный двигатель с постоянными магнитами работает на постоянно нагруженной оси, поскольку имеет высокий пиковый КПД, а асинхронный двигатель - на резервной оси, так как при отключении питания он может свободно вращаться почти без потерь. Таким образом, полноприводный EV остаётся эффективным в режиме крейсерской езды и при этом обладает гибкостью расходовать мощность всех четырёх колёс, когда требуется крутящий момент.

Основные моменты

Двигатели с постоянными магнитами достигают пикового КПД %95–97; асинхронные двигатели обычно остаются в диапазоне %90–93 .
Когда питание статора асинхронного двигателя отключено, ротор вращается свободно; это делает его идеальным резервной осью в двухмоторной схеме.
Асинхронный двигатель эквивалентной мощности весит 45–60 кг, тогда как PMSM - около 22 кг; плотность крутящего момента в 2–3 раза выше.
Tesla Model 3 Dual Motor использует индукционный двигатель на передней оси и двигатель с внутренними постоянными магнитами (IPM) на задней; модели Mercedes-Benz EQ предпочитают обратную схему.

Почему оба двигателя не делают по одной конструкции?

Оснастить обе оси двигателями с постоянными магнитами выглядит логично на бумаге: в конечном итоге это более эффективный, более лёгкий и более компактный двигатель. Проблема в том, что магнитное поле PM-двигателя никогда не отключается. Магниты в роторе этих двигателей создают поле постоянно; даже когда автомобиль движется накатом, то есть питание двигателя отключено, вращающийся магнитный ротор создаёт нежелательные токи и потери в сердечнике в обмотках статора. Короче говоря, PM-двигатель буквально нельзя «усыпить».

В асинхронном (индукционном) двигателе ток в роторе индуцируется статором косвенно. Когда питание статора отключено, ротор остаётся без магнитного поля, механически свободным, а потери на трение снижаются почти до нуля. Именно эта особенность объясняет основную логику двухмоторной архитектуры: неиспользуемая ось должна вращаться бесплатно, а двигатель, способный это обеспечить, - асинхронный.

Характеристики двух типов двигателей: КПД, вес, плотность крутящего момента

Kalıcı mıknatıslı motor geniş hız aralığında verimini korurken, asenkron motorun kayıplarının bir kısmı yapısaldır ve ısıya dönüşür.

Преимущество синхронного двигателя с постоянными магнитами (PMSM) заключается не только в пиковом КПД, но и в распределении эффективности. Поскольку нет потерь на ток ротора, он остаётся эффективным в широком диапазоне скоростей и крутящих моментов; в повседневной эксплуатации это зачастую ценнее пикового КПД в одной фиксированной точке. В асинхронном двигателе часть потерь полностью конструктивна: чем больше ротор отстаёт от поля статора по скорости (скольжение), тем больше в роторе возникает тока, а значит, и тепла. Для создания того же магнитного потока асинхронному двигателю требуется больше железа и меди - асинхронный двигатель мощностью 50 кВт весит 45–60 кг, тогда как эквивалентный PMSM - 22 кг. Плотность крутящего момента PM-двигателя также в 2–3 раза выше, то есть та же производительность умещается в более компактном корпусе.

Характеристика	Синхронный с постоянными магнитами (PMSM)	Асинхронный (индукционный)
Пиковый КПД	%95–97	%90–93
Потери при свободном вращении	Низкие, но не нулевые (постоянное магнитное поле)	Очень низкие, практически свободно вращается
Масса двигателя 50 кВт	Около 22 кг	45–60 кг
Плотность крутящего момента	Высокая (в 2–3 раза)	Ниже
КПД в диапазоне нагрузки	Высокая эффективность в широком диапазоне	Быстрее падает при переменной нагрузке
Потребность в магнитах	Требуются редкоземельные элементы	Не требуются
Типичная роль	Ось с постоянной нагрузкой	Вспомогательная ось / дополнительная мощность

Логика согласования на карте эффективности

У каждого электродвигателя есть карта эффективности: контурная диаграмма, показывающая, насколько он эффективен в разных областях плоскости скорость-момент. Потери делятся на три основные группы - омические потери, вызванные сопротивлением обмотки, потери в железе, возникающие из-за переменного магнитного потока в сердечнике, и дополнительные потери от самих магнитов в двигателях с постоянными магнитами (PM). Хорошая двухмоторная схема совмещает самые эффективные зоны этих карт с точками типичного эксплуатационного профиля автомобиля, где он проводит больше всего времени.

Стратегия работает так: при движении с постоянной скоростью (круиз) работает только PM-двигатель, причём его размеры подобраны именно так, чтобы в этом сценарии с низкой нагрузкой он попадал на самый эффективный «остров» карты эффективности. Асинхронный двигатель отключается командой инвертора; ротор свободно вращается, сопротивление практически нулевое. При ускорении, подъёме или потере сцепления второй двигатель начинает создавать крутящий момент. Программное обеспечение автомобиля постоянно настраивает распределение крутящего момента между передней и задней осями для оптимизации расхода; эти алгоритмы распределения момента одновременно создают основу базового векторирования момента и стараются сбалансировать боковую силу каждой оси.

При рекуперативном торможении тоже есть асимметрия: PM-двигатель естественным образом переходит в генераторный режим, потому что его магнитное поле всегда готово. Использовать асинхронный двигатель в качестве генератора несколько сложнее: поскольку поле ротора создаётся косвенным возбуждением, слой управления должен сначала это поле сформировать. Тем не менее в современных двухмоторных автомобилях обе оси могут участвовать в рекуперации энергии.

Почему производители выбирают ту или иную комбинацию?

Tesla: индукционный спереди, IPM сзади

Tesla Model 3 Dual Motor - самый обсуждаемый пример этой архитектуры: на передней оси трёхфазный четырёхполюсный асинхронный двигатель; на задней оси трёхфазный шестиполюсный синхронный двигатель с встроенными постоянными магнитами (IPM). Историческая траектория компании также показательна - первый Roadster и Model S были полностью на асинхронных двигателях; с Model 3 и Y основной силовой агрегат перешёл на базу PMSM. Причина ясна: более высокая стоимость PM-двигателя оправдывает получаемый выигрыш в эффективности. Tesla также сочетает постоянные магниты с реактивным дизайном (реактивный момент от сопротивления магнитному потоку), поднимая эффективность ещё на ступень. В двигателях этого поколения, называемых PMSR, видны черты гибридной архитектуры IPM-SynRM.

Mercedes-Benz: зеркальное отражение

Модели Mercedes-Benz EQ применяют ту же логику наоборот: на задней оси синхронный двигатель с постоянным возбуждением, на передней оси асинхронный двигатель. Это показывает, что на вопрос «на какой оси должен стоять PM-двигатель» нет единственно правильного ответа; решение принимается в зависимости от распределения массы автомобиля, типичной нагрузки при движении и архитектуры управления температурой. Поскольку на задней оси большинства EV приходится более высокая постоянная мощность, размещение PM-двигателя сзади обеспечивает работу в круизе на самом эффективном двигателе - у Tesla работает, по сути, та же логика.

Общепромышленный подход

Такие бренды, как BYD, Toyota, Hyundai и Volkswagen, делают ставку в основном на системы PMSM из-за высокой плотности крутящего момента и эффективности в широком диапазоне оборотов. Подавляющее большинство BEV используют двигатели с постоянными магнитами; Renault Zoe и старая Tesla Model S - известные исключения из этого правила. Отраслевые исследования говорят, что в обозримом будущем двигатели с постоянными магнитами останутся доминирующим типом; гигант компонентов Bosch также представил новое семейство серийных синхронных электродвигателей с постоянными магнитами.

Всегда ли PM превосходит? Области, где асинхронный двигатель всё ещё выигрывает

Сравнение не одностороннее. Асинхронный двигатель имеет три конкретных преимущества: поскольку у него нет постоянных магнитов, он не зависит от редкоземельных элементов, стоимость двигателя обычно на 20-30% ниже и он устойчив к размагничиванию магнитов - даже при температуре выше 120°C нет проблемы потери поля. В двигателях PM высокая температура должна учитываться как риск для магнитов на весь срок службы. Кроме того, вращение ротора PM создаёт напряжение, противоположное приложенному (back-EMF); это позволяет двигателю потреблять ток, необходимый для его нагрузки, но на высоких оборотах управление напряжением и потерями становится критическим вопросом конструкции.

Величина разницы в эффективности тоже не абсолютна: хотя диапазон в 5-7% считается общепринятым, разница сужается и расширяется в зависимости от точки нагрузки. Преимущество PM особенно заметно при переменных нагрузках; при постоянной и фиксированной нагрузке разница существенно сокращается. В качестве кандидата на столе также синхронный двигатель с электрическим возбуждением (EESM): он без магнитов и возможность возбуждения даёт гибкость управления, но эффективность при частичной нагрузке обычно ниже, чем у PMSM, поскольку требует тока возбуждения, постоянно питающего поле ротора.

Часто задаваемые вопросы: увеличивает ли два двигателя запас хода?

Ответ на вопрос зависит от двигателя. При сравнении автомобиля с одним двигателем PM и полноприводного (AWD) автомобиля с комбинацией PM + асинхронный, двухмоторная схема не теряет запас хода - потому что неиспользуемая асинхронная ось вращается свободно и почти не затрагивает эффективность. Выигрыш же достигается за счёт распределения крутящего момента к нужной оси и работы каждого двигателя в самой эффективной зоне его карты эффективности. Если бы обе оси были с постоянными магнитами, постоянно текущие потери в сердечнике действительно съедали бы запас хода; комбинация существует именно для устранения этих потерь.

Так почему не все производители используют одинаковую схему? Расположение оси PM меняется в зависимости от модели и производителя; некоторые оценки описывают передний двигатель как более эффективный PM, тогда как анализы разборки кузова подтверждают, что у Model 3/Y задний двигатель при типичных нагрузках движения - более эффективный тип PM. Неизменна не догма, а принцип: нагрузку круиза должен нести самый эффективный двигатель, а другой должен спать, пока не понадобится.

Заключение: осознанная асимметрия

Спереди - двигатель на постоянных магнитах, сзади - асинхронный (или наоборот); это не объявление превосходства одной технологии двигателя над другой, а разделение труда между двумя разными характерами. PM-двигатель с КПД 95–97% в широком диапазоне нагрузок несёт постоянную нагрузку, а асинхронный двигатель благодаря способности свободно вращаться без потерь держит свободную ось. Такие факторы, как стоимость магнитов, термическая стойкость и независимость от редкоземельных металлов, делают эту комбинацию устойчивой и с экономической точки зрения. Для инженера, желающего получить полный привод без потери запаса хода, эта асимметрия остаётся самым сбалансированным решением среди существующих технологий.