Veicolo fornito di motore proprio, atto a trainare convogli ferroviari. Le l. vengono suddivise, in base al tipo di motore adottato, in l. a vapore (alternativa o a turbina), l. diesel (a trasmissione idraulica, elettrica o ad ingranaggi), l. elettriche nel qual caso vengono comunemente definite locomotori; possono essere ad aderenza totale, cioè con tutti gli assi accoppiati al motore, oppure ad aderenza parziale, nelle quali 1 o 2 assi sono solo portanti. Ulteriori distinzioni tra le l. sono date dal tipo di rodiggio (numero complessivo degli assi portanti e accoppiati) e dalla potenza dell'apparato motore, espressa in CV. ║ L. a vapore: ideata nel 1770 dal francese J. Cagnot, costruita nel 1802 e poi perfezionata in ambito anglosassone nel corso del XIX sec., la l. risulta costituita da tre parti principali: il veicolo, dove alloggiano il macchinista e il fuochista; la caldaia, in cui si produce vapore sotto pressione e la motrice che trasforma il vapore in energia meccanica. A queste parti, nei modelli più recenti si è aggiunto il tender, carro scorta che nei modelli classici è un vagoncino rimorchio, adibito al trasporto di carbone e d'acqua necessari al funzionamento della macchina. Ciascuna l. è completata da freni su tutte le ruote (a ceppi azionati a vapore e azionabili meccanicamente), fanali, fischi, strumenti di misura, dispositivi di protezione contro sovrapressioni e velocità eccessiva ecc. Ogni tipo di l. viene contraddistinta da un numero, le cui cifre indicano, a partire da sinistra e poi via via, il numero degli assi portanti anteriori, degli assi motori, degli assi portanti posteriori. La caldaia da l. in passato presentava tubi di fumo (a fiamma diretta), poi tubi d'acqua; entro il focolare annesso alla caldaia viene bruciato il carbon fossile (in certi casi sostituito da un sottile getto di nafta); a parità di volume di camera di combustione, la potenza termica ottenibile utilizzando il combustibile liquido è pari al 70% di quella ottenibile con il carbone, avendo la nafta un maggiore potere calorifico. I fumi caldi prodotti, attraversando i tubi, trasformano progressivamente l'acqua della caldaia in vapore e poi fuoriescono dal fumaiolo; invece il vapore si raccoglie in una cupola, sistemata sulla sommità della caldaia (duomo), dove diventa più secco. Dal duomo il vapore passa all'apparato di distribuzione, alla motrice: nelle l. a vapore moderne si usa il glifo Hansinger con cassetto equilibrato cilindrico (distribuzione Walschaerts); la distribuzione a valvole (Caprotti Lenz), nonostante i vantaggi, non ha trovato applicazione a causa della delicatezza, complessità e costo dei meccanismi. I meccanismi del cassetto di distribuzione attraverso rinvii meccanici, provvedono a convogliare in sequenza esatta ai cilindri il vapore che proviene dalla caldaia e a convogliare al fumaiolo il vapore che ha compiuto il suo lavoro, cioè dopo che si è espanso entro i cilindri. Nei cilindri avviene la trasformazione dell'energia contenuta nel vapore sotto forma di calore in energia meccanica. I cilindri sono due o quattro a doppio effetto, il vapore cioè viene fatto penetrare alternativamente a uno e all'altro estremo dei cilindri, in modo che i pistoni che si muovono entro di essi vengono sospinti dal vapore in entrambi i sensi, cosa che fornisce complessivamente una maggiore potenza. I cilindri sono collegati, mediante un cinematismo a glifo oscillante e bielle, alle ruote motrici, che sono quattro, sei, otto (raramente di più). Non sarebbe tecnicamente possibile ridurre a due o quattro le ruote motrici, data la potenza delle attuali l. (fino a 5.000 CV) e il loro peso, superiore alle 100 t. Le l. più pesanti, oltre alle ruote motrici, hanno anche ruote portanti, cioè non motrici, ma destinate a reggere parte del peso della macchina in testa e in coda, in quanto ogni asse (comprensivo delle ruote), non può gravare sulla rotaia con un peso superiore alle 15-25 t. Il complesso caldaia, ruote, meccanismi è montato su di una robusta struttura di acciaio (carro), nella quale si trova la cabina di guida, posta dietro il focolare e, nei tipi di l. più moderni, anche il tender. La cabina di guida, aperta a un estremo (salvo in un numero limitato di modelli più recenti), alloggia il macchinista, che guida il treno operando su leve, rubinetti, manopole di comando, e il fuochista, che ha lo specifico compito di caricare il carbone nel focolare e di controllare il livello dell'acqua nella caldaia. In Italia le l. a vapore più potenti (le 746) sono da 1600 CV, raggiungono un peso di 150 t a pieno carico di carbone e d'acqua ed hanno un consumo di 1 kg circa di carbone e 8 l d'acqua ogni cavallo vapore e ogni ora. ║ L. ad aria compressa: al posto del vapore viene utilizzata l'aria compressa, immagazzinata in serbatoi muniti di compressore. Questo genere di l. viene di norma impiegato nelle miniere in quanto emettono aria fresca anziché espellere vapore o gas. ║ L. diesel: rispetto alle motrici a vapore, il motore diesel ha un rendimento globale maggiore, è a parità di potenza più leggero e più flessibile (consente di realizzare macchine contemporaneamente adatte a trascinare convogli leggeri ad alta velocità e convogli pesanti a velocità basse). Ha inoltre una messa in moto pressoché immediata, mentre le l. a vapore richiedono un lungo tempo per entrare in pressione. Altri vantaggi del diesel sono rappresentati dal fatto che consente di disporre di cabine di guida chiuse e confortevoli, fornisce rendimenti più elevati, consente operazioni assai rapide di rifornimento di combustibile (gasolio) e si presta ad essere raffreddato con sistemi oleodinamici di ingombro ridotto e alta affidabilità. I motori diesel montati sulle l. non differiscono sostanzialmente da quelli per autotrazione, ma sviluppano potenza variabili da 200 a oltre 5.000 CV. La potenza del motore viene trasmessa alle ruote motrici in tre modi: con cambio a ingranaggi, possibile solo nelle macchine di potenza molto piccola (fino a 300 CV); per potenze maggiori tale organo non si può usare in quanto richiederebbe complessi e pesanti servomeccanismi per azionarlo (cioè cambiare marcia) che sarebbero più grandi del motore stesso. Si ricorre quindi a due soluzioni classiche: trasmissione idraulica e trasmissione elettrica. Nelle macchine con trasmissione idraulica, dette l. diesel idrauliche, al motore (o ai motori in quanto a bordo ve ne possono essere uno oppure due) viene collegato un convertitore di coppia (la trasmissione idraulica) ossia un gruppo pompa-turbine, realizzato in un unico corpo. La pompa, azionata dal motore, genera un flusso di olio a forte velocità e in pressione che aziona una turbina. A questa è unito un sistema di ingranaggi, alberi e giunti elastici e cardanici che trasmettono la potenza agli assi motori dei carrelli. È possibile, variando l'assetto della palettatura del convertitore, entro certi limiti, variare la velocità di rotazione e la coppia motrice degli alberi motori. Alcuni costruttori utilizzano due convertitori di coppia, uno per ciascuno dei due sensi di marcia. Una macchina del genere richiede assai poca manutenzione, è strutturalmente semplice ed è molto robusta. Queste l. servono soprattutto per le manovre. Il convertitore di coppia ha però un alto rendimento soltanto entro limiti ristretti di velocità di rotazione: in altre parole una l. diesel-idraulica, capace di marciare a 130 km/h procederà col massimo rendimento tra gli 80 e i 120 km/h. Alle velocità più basse e alle massime dissiperà in calore una rilevante percentuale (20-30%) dell'energia fornita dal motore diesel. Adottando invece una trasmissione elettrica, come nelle l. diesel elettriche, si ha una flessibilità maggiore, cioè il rendimento è ugualmente elevato dalle minime alle massime velocità di marcia. In questa l. al motore diesel è direttamente unito un motore elettrico (dinamo o alternatore) che genera appunto energia elettrica. Questo tipo di l. viene impiegata di preferenza per la trazione di treni rapidi e per le manovre che richiedono sforzi frequenti e di portata considerevole. I motori diesel più adottati sono quelli veloci accoppiati con un alternatore trifase autoeccitato che alimenta il motore a corrente continua il quale a sua volta aziona le ruote, di norma montate entro un carrello a due assi. Ogni l. ha generalmente due carrelli motore collegati mediante due grossi perni col fondo della cassa, a forma aerodinamica, nella quale sono posti i gruppi diesel-alternatore, i vari meccanismi ausiliari per il sistema frenante, per l'illuminazione ecc. e, alle due estremità, le cabine di guida con i quadri di comando e le strumentazioni necessarie duplicate. ║ L. a turbine a gas: l. nella gruppo motore è rappresentato da un turbocompressore e da una turbina montati sullo stesso albero, divisi da una camera di combustione dove brucia il carburante a contatto dell'aria in uscita dal compressore. L'espansione dei gas combusti, attraverso una serie di passaggi meccanici, aziona il rotore di un generatore elettrico, che alimenta i motori accoppiati agli assi. Il rendimento assicurato in questo caso è molto superiore a quello di una l. a vapore, ma nettamente inferiore a quello di una l. diesel. Queste macchine funzionano con una vasta scelta di combustibili. ║ L. elettrica: strutturalmente non differisce molto da quella diesel in quanto la cassa poggia, attraverso due perni di grande diametro e una serie di pattini striscianti o altri elementi di sostegno, su due carrelli. Questi risultano formati, come nelle l. diesel, da un robusto telaio, sospensioni a balestre, a elica, ammortizzatori e due o tre assi, tutti motori. Il carrello porta anche i motori di trazione (elettrici) che trasmettono agli assi mediante ingranaggi la potenza generata. Si può avere un motore per ogni asse o uno ogni due assi, ma collegato ad ambedue mediante ingranaggi. Si ottiene così l'aderenza totale, cioè tutti gli assi sono motori, consentendo il miglior utilizzo della potenza sviluppata dai motori stessi. Nelle unità di grande potenza, si può avere una cassa formata da due segmenti articolati al centro che poggiano su tre carrelli anziché su due. Sulle l. più veloci è allo studio un particolare tipo di cassa autoinclinabile in curva (cassa oscillante). Nelle piccole unità destinate alla manovra si ha una sola cabina. La cassa porta le prese di corrente nella parte superiore (pantografo), i ganci di trazione, i respingenti, i collegamenti elettrici e dell'aria compressa per azionare i freni del treno. Contiene inoltre apparati ausiliari diversi: motocompressori per l'aria compressa, motogeneratori per ottenere corrente elettrica a bassa e media tensione necessaria per il riscaldamento delle cabine, per il funzionamento di varie apparecchiature, per le luci ecc.; gruppi motoventilatori per raffreddare i motori di trazione e le apparecchiature e, in primo luogo, i sistemi di alimentazione controllata dei motori di trazione. Mentre cassa, carrelli e motori (seppure con qualche limitazione) sono assai simili nelle l. alimentate a corrente alternata, i sistemi per l'alimentazione dei motori sono molto differenti. Nelle macchine alimentate in corrente continua a 3.000 o 15.000 V si hanno un interruttore di protezione, un reostato (per limitare la corrente ai motori in fase di avviamento) e una serie di apparecchi (contatori) per escludere progressivamente tale reostato e connettere i motori in serie-parallelo o parallelo, permettendo alla macchina di marciare a diverse velocità. Questi sono comandati da un dispositivo (master controller) che agisce mediante correnti a bassa tensione, quindi non pericolose per il macchinista. Nelle macchine alimentate a corrente alternata (a tensioni di 11.000-25.000 V) si hanno un interruttore di protezione, un trasformatore (in quanto la tensione di linea è troppo elevata per avviarla direttamente ai motori) e un sistema elettronico a tiristori che raddrizza la corrente alternata derivata dal trasformatore e l'avvia ai motori a corrente continua; anche questi dispositivi sono azionati da un master. Tali macchine sono apprezzate per la loro flessibilità, in quanto sono capaci di marciare ad alta o bassa velocità, trascinando treni leggeri o pesanti. Tutte le l. elettriche possono marciare indifferentemente nei due sensi. La velocità dei tipi più recenti supera i 240 km/h, mentre la potenza raggiunge valori oltre i 6.000 CV. Nelle macchine più veloci i motori vengono utilizzati inserendoli elettricamente come generatori elettrici, per sviluppare uno sforzo frenante, nel qual caso si parla di frenatura elettrica, che consente notevoli risparmi sui forti consumi dei freni a ceppi azionati in modo pneumatico.
Modello tridimensionale della motrice modello GG1 del 1934 delle ferrovie della Pennsylvania

Modello tridimensionale di locomotiva elettrica giapponese