Átlagos felhasználás esetén az elektromotorokhoz erőátvitelként elegendő egyetlen, állandó áttétel, amit a motorral közös házba építenek be.
Az ideális tehát egy olyan erőgép lenne, amelyiknek kis fordulaton nagy a nyomatéka, majd, ahogy a fordulatszám nő, a nyomatéka egyre csak csökkenne. Ha találnánk ilyet, ehhez valóban csak egy állandó lassító áttétel kellene (vagy az sem), hiszen a gép nyomatékleadási módja éppen egybeesne az autó erőigényével. És igen, van ilyen gép, az elektromotor! Már a korai, egyenáramú motorok is ilyenek voltak, ezért nem volt sebességváltó a trolikban és a villamosokban, de ilyenek a modern, elektronikus vezérlésű aszinkron és szinkronmotorok is.
Járműhajtási szempontból kimondottan kedvező az elektromotorok nyomatékleadási módja. Ezért is használják őket régóta - sebességváltó nélkül - villanymozdonyoknál, trolikban, villamosoknál.
Már álló helyzetben, azaz nulla fordulatnál képesek a csúcsnyomatékukat szolgáltatni, amit egy bizonyos határfordulatszámig (ez körülbelül a maximális fordulatszámuk 12-18 százaléka) képesek fenntartani. A fordulatszám további növekedésével a nyomaték először gyorsabban, majd lassabban csökken. (Körülbelül olyan görbét ír le, mint egy pár méterrel magasabb és egy alacsonyabb pont között lazán felkötött szárítókötél.) Mivel azonban eközben a fordulatszám folyamatosan nő, és a teljesítmény a fordulatszám és a nyomaték szorzatával arányos, ezért a teljesítmény ebben a második fordulatszám-zónában végig azonos marad vagy enyhén ereszkedik. Ez is egy nagy különbség a belső égésű motorokhoz képest, amelyeknél egy adott fokozatban a teljesítmény a fordulatszámmal együtt nő. Az elektromotornál ellenben minden fordulatszámon a maximumon lehet (ha lenyomjuk a gázt), ezért is vág hátba az ülés, bármikor taposunk a gázba.
És ez még nem minden! Eltérően a belső égésű motoroktól az elektronmotorok túlterhelhetők. Jó, jó egyes gyártók a turbómotorjaiknál engedélyeznek overboostot, azaz fokozott túltöltést, de legfeljebb pár másodpercig, és a növekmény nem több 10-15 százaléknál. Az elektromotor azonban a tartós teljesítményéhez képest rövid távon akár teljesítménye, vagy nyomatéka megduplázására is képes! Ezen kívül még szokás megkülönböztetni egy egyperces túlterhelést is, ami körülbelül negyedével nagyobb a tartósan kivehető teljesítménynél. A túlterhelésre az elektromotor nem lefulladással, hanem melegedéssel válaszol, a motor hőmérséklete azonban nem érhet el olyan szintet, hogy sérüljenek a szigetelések, vagy meggyengüljenek az állandó mágnesek (az állandó mágneses szinkronmotorokban), vagy pláne megolvadjon valami, mert mindegyik a motor tönkremenetelével egyenlő.
A német ZF már évekkel ezelőtt készített elektromotorhoz társított kétfokozatú váltó tanulmányt. Kékkel a kuplung és a második fokozat.
Az elektromotorok további előnye, és korántsem utolsósorban, hogy széles fordulatszámhatárok között pörgethetők. Gyakori a percenkénti 12 000-15 000 közötti maximális fordulat, de akadnak megoldások, ahol 20 000/percig is elmennek. (A versenyautók és a motorkerékpárok belső égésű motorjai képesek hasonlóra, de az más terhelési forma, és persze azoknak is van sebességváltójuk.) A kedvező nyomatékleadási móddal karöltve ez azt jelenti, hogy egy elektromotor egyetlen fokozattal áttételezhető úgy, hogy nulla fordulattól mozdítsa meg az autót, majd az autó a motor legnagyobb fordulatszámánál, mondjuk 12 000/percnél érje el a legnagyobb sebességét.
A tengelyhajtás vágáttételét is beleszámítva ez az áttétel általában egy 10 körüli szám, a Tesla Model S-é például 9,73, de lehet akár 11, vagy kicsivel a fölötti is. (Persze differenciálmű azért van, de az nem módosítja a fordulatszámot. Ami azt teszi, az a végáttétel.) Ez azt jelenti, hogy a kerék fordulatszáma körülbelül tizedannyi, mint éppen akkor a motoré, a kerékre jutó nyomaték viszont tízszer akkora, mint amennyit éppen azon a fordulatszámon a motor lead.
A GKN tanulmányának erőátvitele kétfokozatú sebességváltót és differenciálmű nélküli, két kuplunggal megoldott féltengely-kihajtást tartalmaz. Utóbbi azonos a például a Ford Focus RS-ben alkalmazott megoldással.
Tehát ha például 10-es áttétel mellett a motorunk épp 6000/perces fordulattal forog, akkor a kerék fordulatszáma 600/perc lesz. Ebből egyébként a sebesség is könnyen kikalkulálható. Átlagos, két méter kerületű kerékkel (például 195/65 R 16) a sebesség ennél a fordulatszámnál 72 km/h. Ha a motor maximális fordulatszáma pedig például 12 000/perc, akkor az autó végsebessége 144 km/h. Másrészt, ha a példaként felhozott 6000/perces fordulatszámnál a motor nyomatéka 100 Nm, akkor a hajtott kerekekre éppen akkor ennek tízszerese, azaz 1000 Nm jut.
Majdnem akkora a kétfokozatú sebességváltó, mint maga az elektromotor az Audi RS e-tron GT hátsó hajtásában.
Ha ehhez még hozzávesszük, hogy a hétköznapi használatra szánt elektromos autók legnagyobb sebessége a túlzott fogyasztás elkerülése érdekében általában nem nagyobb 150-160 km/óránál, máris láthatjuk, miért nem szüksége sebességváltót szerelni az elektromos autókba. Az elektromotor a 0-tól a maximálisig terjedő használható fordulatszám-tartományával, valamint az ideálist követő nyomatékleadási módjával minden helyzetet képes megoldani. És ez valóban könnyebbség, hiszen a bármilyen kuplung és sebességváltó beépítése csak bonyolultabbá tenné a felépítést, növelné a költségeket és a karbantartási igényt, és csökkenthetné a megbízhatóságot.
Csakhogy esetenként nem elégszünk meg azzal, amit állandó áttétellel egy villanymotor nyújtani tud. Ilyen eset például, ha ki akarunk lépni ebből a komfortzónából, például emelni szeretnénk a végsebességet. Tulajdonképpen ez is megoldható állandó áttétellel, például úgy, ha nagyobb fordulatszámra képes motort építünk be. (Ezért lenne mindig nagyon fontos tudni, hogy az adott autóba épített elektromotornak mekkora a maximális fordulatszáma.) Ha 15 000/perces maximális fordulatú motor helyett 20 000/percest építünk be, máris harmadával növelhetjük a végsebességet (persze a motornak teljesítménnyel is bírnia kell), példánkat folytatva 180 km/óráról 240 km/órára. Egy másik lehetőség nagyobb nyomatékú motor és kisebb áttétel választása lehet.
Az Audi RS e-tron GT kétfokozatú sebességváltója és kuplungja.
Van azonban egy harmadik út is. Igen, egy sebességváltó beépítése. (Természetesen automatikus kapcsolással.) Ebben az esetben akár ugyanazzal a motorral elérhető nagyobb végsebesség, de még az is megtörténhet, hogy kisebb nyomatékú és méretű motorral tudjuk lefedni a teljes sebességtartományt. És ehhez elég csupán két fokozat. Az első, nagyobb áttételű fokozat a kerékre jutó nyomatékot növeli, ami jó indítási és gyorsítási képességeket tesz lehetővé, míg a második, kisebb áttételű fokozat a végsebesség elérését teszi lehetővé.
Sebességváltó alkalmazásával ha kismértékben is, de a fogyasztás is csökkenthető. A villanymotorok hatásfoka általában jó (legalábbis a belső égésű motorokéval összehasonlítva), de azért így is akadnak különbségek. A legtöbb motor közepes fordulatszámnál és közepes nyomatékigénynél nyújtja hatásfoka maximumát, ami bőven meghaladhatja a 90 százalékot. Ebből kilépve azonban a hatásfok csökken, egyes elektromotor típusoknál szélsőséges viszonyok között akár 70 százalék alá is eshet. Sebességváltóval megoldható, hogy a motor többet tartózkodjon az jó hatásfokú mezőben, és így csökkenjen a fogyasztás, egyúttal növekedjen az elérhető hatótávolság.
A Formula-E versenyautókban általános a sebességváltó alkalmazása. Négy, sőt öt fokozatra is akadt példa.
A sebességváltók használatának egy további előnyére a Formula E elektromos versenyautók mutatnak példát, amelyeknél általánosan elterjedt a sebességváltók alkalmazása. Ráadásul ezeknél a váltóknál nem is állnak meg két fokozatnál, három, négy, sőt, öt fokozatra is akad példa. A Formula E autóknál is egyrészt a motor fordulatszám tartományát és az autótól elvárt sebességtartományt hozzák fedésbe a sebességváltóval, másrészt viszont a visszatáplálás hatékonyságát növelik alkalmazásával. Lassításkor és elektromos fékezéskor általában visszaváltanak egy, vagy akár két fokozatot azért, hogy a generátor üzemre kapcsolt elektromotor felpörgetésével minél több áram termelődjön vissza az akkumulátorba. Nagyobb fordulatszámon ugyanis jobb a töltés hatásfoka. (Utcai használatra szánt, állandó áttételű elektromos autóknál ezért építenek be ritkán 100 kW alatti teljesítményű villanymotort, mert azok kevés áramot termelnének vissza. A visszatáplálás hatékonyságának növelésére ez a másik út: nagyobb elektromotort beépíteni.)
Kívülről tölthető hibrideknél gyakori, hogy a hagyományos, sebességváltót tartalmazó hajtásláncba, a motor és a váltó közé illesztik bele az elektromotort (narancssárga). Az elektromotor nyomatéka így a váltó közvetítésével jut a kerekekhez.
Több út áll tehát a konstruktőrök előtt, hogy melyiket választják, azt az elvárások (hétköznapi használat, vagy sport, vagy más), a lehetőségek (milyen elektromotor áll rendelkezésre), és természetesen a költségek határozzák meg. A sebességváltó alkalmazásában rejlenek lehetőségek, de következményekkel is jár, amit minden gyártónak mérlegelnie kell. Korábban több beszállító cég is készített ilyen tanulmányt, de utcai használatba kevés került, az is leginkább sportautókon. A legismertebb példa a Porsche Taycan és a vele azonos technikát használó Audi e-tron GT quattro.
Ilyen, tárcsaszerű motorokat szerelnek a kívülről tölthető hibridekbe a belső égésű motor és a váltó közé.
Érdekes módon, elterjedtebb a sebességváltó és elektromotor együttműködése a különböző hibrid autókban. Emögött persze gyakran konstrukciós meggondolások állnak, mint például a BMW, a Mercedes, vagy a VW konszern kívülről tölthető hibridjeinél. Ezek többségénél ugyanis az elektromotor a belső égésű motor és a sebességváltó között helyezkedik el, egy kuplunggal leválaszthatóan a belső égésű motortól és szilárd kapcsolattal a sebességváltó felé. A megoldás előnye, hogy viszonylag kis méretű, kis nyomatékú és szűk fordulatszám tartományú elektromotort lehet beépíteni, hiszen az utána lévő, akár tízfokozatú automata sebességváltó az áttételezése révén mindig beállíthatja a hajtási helyzet által megkívánt nyomatékértéket.
A Toyota Multi Stage Hybrid rendszerében a márkától megszokott két elektromotor-generátoros, bolygóműves rendszert négyfokozatú automataváltó egészíti ki.
A Toyota konszern a hibridjeibe fokozatmentes elektromos erőátvitelt szerel, de nem teljesen azonos megoldással. A Toyotákban (Prius, Yaris, Corolla, CH-R) nincs sebességváltó, aminek az a következménye, hogy autópályatempónál és azt meghaladó sebességnél nagy fordulatszámon pörög a benzinmotor, ami korábban kellemetlen hanghatást okozott. A Lexusok többségében azonban van váltó, amivel egyrészt nagy sebességnél ejteni tudják a benzinmotor fordulatszámát, másrészt a hajtó elektromotor is jobban illeszthető a pillanatnyi hajtási igényekhez. Az LC hibridváltozatával bevezetett Multi Stage Hybrid System rendszer esetében odáig mentek, hogy az ismert alapkonstrukciójú hibrid rendszert négyfokozatú automataváltó egészíti ki.
A Renault E-Tech hibrid rendszerében kétfokozatú váltót kapott a kis teljesítményű és fordulatú elektromotor.
Szintén találunk váltót a Renault E-Tech hibrid rendszerében az elektromotor mellett. A Clióban a villanymotor-generátor teljesítménye csupán 36 kW, de a konnektorról tölthető Capturben és Mégane-ban sem több 49 kW-nál, azaz mindkettő viszonylag kicsi. Mindkét megoldásnál kétfokozatú – de kuplung nélküli – sebességváltót építenek be azért, hogy a fordulatszám-lefedettség, a nyomaték és a hatásfok is a lehető legjobb legyen.
Nem elképzelhetetlen, hogy a Kia is kétfokozatú váltót alkalmaz a nemrég bemutatott EV6 elektromos típusának GT kivitelében. 0-260 km/órás sebességtartomány lefedéséhez mindenképp szükséges valami trükk.
Hétköznapi használatra szánt elektromos autókban jelenleg sincs és várhatóan a jövőben sem alkalmaznak majd sebességváltót, elsősorban valószínűleg költségek és a vételár csökkentése miatt. Ne felejtsük el azonban a többi hátrányt sem: mert bonyolultabbá teszi a szerkezetet, növelheti a karbantartásigényt, és csökkentheti a megbízhatóságot. Nagy teljesítményű, sportos autóknál azonban megérheti beépíteni őket, mint ahogy erre már most is akad példa. Teljesen elképzelhető például, hogy a Kia nemrég bemutatott EV6 nevű elektromos autójának 260 km/órás végsebességre képes GT változatának hajtásában is találunk sebességváltót. Csak ezt még titkolja a gyár.