Egy belső égésű motorhoz képest a villanymotor maga a megtestesült célszerűség, de ez nem jelenti azt, hogy minden elektromos gép egyforma volna – vagy, hogy ne lennének még jelentős távlatok a fejlesztésükben.
Ha megpróbáljuk összegezni az elektromos és a belső égésű motorral szerelt járművek közötti alapvető eltéréseket, az előbbiek egyszerűbb szerkezeti felépítése feltétlenül a legfontosabb különbségek között fog szerepelni. Ha a teljes hajtáslánc minden elemét figyelembe vesszük, az üzemanyag-ellátó rendszertől az erőátvitelig, akár százszor annyi mozgó alkatrészt is azonosíthatunk a benzin- és dízelmotoros autókban, mint egy elektromosban. Ha az összehasonlítást leszűkítjük az erőforrásokra, akkor is tízszeres szorzóval számolhatunk, vagy akár többel, ha különösen komplex szerkezetű a belső égésű motorunk.
A villanymotor ugyanis alapvetően egy rettentő egyszerű szerkezet. Van egy állórész, a stator, és van egy forgórész, a rotor – lényegében ennyi. Kellenek persze csapágyak, tengelyek, vezetékek és egyéb alkatrészek – mindenekelőtt a vezérlő elektronika –, amelyek lehetővé teszik, hogy a villanymotor működjön, és tovább tudja adni a mozgási energiát. Mindez azonban semmi egy belső égésű motorban dolgozó dugattyúk, hajtókarok, szelepek, himbák, tengelyek, injektorok, szivattyúk mellett – a sort hosszan folytathatnánk.
Bármilyen egyszerű ugyanakkor, a villanymotor is sokféle lehet, attól függően, hogy milyen árammal táplálják, és hogy hogyan alakítja át ennek az áramnak az elektromos energiáját mozgási energiává. A ’milyen’ kétféle lehet – egyenáram vagy váltakozó (váltó-) áram –, a ’hogyan’ alatt pedig azt értjük, hogy a különböző motorok különböző módokon hozzák létre a forgórész mágneses terét.
Az első kérdésre viszonylag gyors és határozott választ adhatunk. Bár az egyenáramú motorok egyszerűek, olcsók és takarékosak, teljesítményük jellemzően nem teszi őket alkalmassá arra, hogy önállóan mozgassanak egy járművet. Ezzel együtt kiválóan működhetnek például mild hibrid rendszerekben, ahol csak besegíteni kell a belső égésű motornak. Ahol viszont felmerül, hogy a villanymotor önmagában is hajtsa a járművet (akár átmenetileg, akár kizárólagosan), ott a váltóáramú motorok a favoritok. Robusztusak, hosszú élettartamúak, teljesítményleadásuk pontosan és kiszámíthatóan szabályozható.
Ahogy a nevük is mutatja, a váltóáramú (AC) motorokban az állórészre tekercselt vörösréz huzalban folyó, háromfázisú váltakozó áram indukálja a forgó mágneses mezőt. A réz kiváló vezető, ellenállása minimális, ezért csekélyek rajta a veszteségek. Nem melegszik, jól vezeti a hőt, ugyanakkor nagy a hőtűrése, mivel magas az olvadási pontja. Sem a korrózióra, sem az oxidációra nem hajlamos, és remekül formálható. Mindezen tulajdonságai annak ellenére ideális villanymotor-komponenssé teszik, hogy alapvetően nem olcsó nyersanyag, ráadásul nagy mennyiségben van rá szükség (egyetlen állórész gyártásához akár több kilométernyi vékony rézhuzalt is felhasználnak), a költségek és az előnyök fajlagos aránya azonban igen kedvező.
Habár a tekercselés többféle módon kivitelezhető, az állórész alapvetően minden váltóáramú villanymotorban megegyezik. Arra azonban, hogy a forgórész hogyan kövesse az állórészben változó mágneses mezőt (azaz hogyan jöjjön létre a járművet mozgató forgó mozgás), markánsan eltérő megoldások léteznek.
Az indukciós vagy aszinkron motorok forgórészét szintén vezető anyaggal tekercselik, így az állórészben létrejött, forgó mágneses mező elektromos áramot indukál a forgórészben. Ez a gerjesztett áram megpróbálja kiküszöbölni az őt létrehozó indukciót, ami elforgatja a forgórészt. A két áramkör, a két mágneses mező mozgása soha nem kerül szinkronba; innen ered ennek a motortípusnak a másik közkeletű elnevezése. Az indukciós motorok olcsón gyárthatók, egyszerű felépítésűek és könnyűek. Tartós nagy terhelésen viszont problémát jelent a hűtésük, kis fordulatszámon pedig működési elvükből adódóan rossz hatásfokkal dolgoznak, hiszen energiát igényel a forgórész mágneses mezejének a fenntartása.
A másik lehetőség, hogy a forgórészben nem indukcióval hozzuk létre a mágneses mezőt, hanem állandó mágneseket ágyazunk be a rotorba. Az ilyen motorokban a forgórész késlekedés nélkül követi az állórész forgó mágneses mezejét (szinkronmotor), és mivel a forgórész mágneses mezejének előállítása nem igényel elektromos energiát, kis fordulatszámon jobb hatásfokkal üzemelnek. A megoldásnak vannak persze hátrányai is. Az egyik a forgórész nagyobb tömege, a másik pedig, hogy az állandó mágnesek nagy fordulatszámon maguk is elektromágneses mezőt gerjesztenek, ami korlátozza a teljesítményt és fokozott felmelegedést okoz. Ennek kiküszöbölése érdekében a ritkaföld-fém mágneseket nem a rotor felszínén, hanem annak belsejében, meghatározott szögben elforgatva helyezik el. A precíz pozicionálásból adódóan az egyik irányban jobb a mágneses vezetőképességük, mint a másikban, ami reluktancia-nyomatékot állít elő. A belső mágneses (IPM) motorokban tehát valójában nem közvetlenül a mágnesek, hanem ez a reluktancia-nyomaték reagál az állórész mágneses mezejére.
Ez a megoldás kevesebb állandó mágnes beépítését teszi szükségessé, és ezáltal a szinkronmotorok másik nagy problémájára is (részleges) megoldást kínál: nevezetesen, hogy a mágnesek előállításához szükséges ritkaföld-fémek készletei végesek, ezért idővel nyersanyaghiány akadályozhatja, illetve teheti drágává a gyártást.
Hogy egy autógyártó szinkron- vagy aszinkronmotort alkalmaz, az a kívánt felhasználás paramétereitől – az elfogadható költségektől, az elvárt teljesítménytől, a hűtési lehetőségektől és így tovább – függ. Az alternatívák száma ma véges, ám a kutatók folyamatosan dolgoznak a lehetőségek bővítésén. Így az utóbbi időben feltűnt a váltóáramú motoroknak egy harmadik típusa is, amely a két fent ismertetett megoldás előnyeit ötvözi: egy olyan szinkronmotorról van szó, amelynek forgórészébe nem építenek be állandó mágneseket, hanem elektromos áram segítségével gerjesztik abban a mágneses mezőt. Ehhez csúszógyűrűk és kefék segítségével adják át a rotornak az áramot. Ez hagyományos anyagokkal nem volt megvalósítható, mivel a kefék kopása gyors elhasználódást és szennyező anyag (por) keletkezését hozza magával, a fejlett anyagtudomány azonban kiküszöbölte ezt a hátrányt. Ezt a típusú villanymotort ma még csak elvétve alkalmazzák, ám megszületése jól példázza, hogy bőven vannak még fejlesztési távlatok a villanymotor-technológiában.
