直流電動(dòng)機(jī)具有良好的啟動(dòng)、調(diào)速性能和過載能力，主要用于交通、起重、軋鋼和自動(dòng)控制領(lǐng)域。直流電機(jī)由于有換向器，與交流電機(jī)相比有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高、運(yùn)行維護(hù)工作量大等缺點(diǎn)，使直流電機(jī)的使用受到了一定的限制。

一、從簡(jiǎn)單模型入手討論直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理

上圖為簡(jiǎn)單的兩極直流電動(dòng)機(jī)模型，由主磁極（勵(lì)磁線圈）、電樞（電樞線圈）、電刷和換向器等組成。定子上裝設(shè)了一對(duì)直流勵(lì)磁的靜止的主磁極N、S，主磁極由勵(lì)磁線圈的磁場(chǎng)產(chǎn)生；轉(zhuǎn)子上裝有電樞鐵芯與電樞繞組。電樞電流由外供直流電源所產(chǎn)生，定子和轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。電樞線圈的首、末端分別連接于兩個(gè)圓弧型的換向器片上，換向器片之間互相絕緣，由換向器片構(gòu)成的整體稱為換向器。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上，與轉(zhuǎn)軸也是絕緣的。在換向器片上放置著一對(duì)固定不動(dòng)的電刷，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞線圈通過換向器片和電刷與外電路接觸，引入外供直流電源。

直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，將直流電源接在兩刷之間，電流方向?yàn)椋篘級(jí)下有效邊電流總是一個(gè)方向，而S級(jí)上有效邊中電流總是另一個(gè)方向，兩邊上受到的電磁力方向一致，電樞因而轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)線圈有效邊從N級(jí)下（S級(jí)上）轉(zhuǎn)到S級(jí)上（N極下）時(shí)，其中電流方向由于換向器片同時(shí)改變，而電磁力方向不變，使電樞受到一個(gè)方向不變的電磁轉(zhuǎn)矩，直流電動(dòng)機(jī)的電樞由多個(gè)線圈組成，這樣線圈產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩比較均勻，不會(huì)有太大的脈動(dòng)，因此電動(dòng)機(jī)能夠連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行。

二、直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

1、定子

定子的主要作用是產(chǎn)生磁場(chǎng)和作為電機(jī)的機(jī)械支撐，由主磁極、換向磁極、機(jī)座和端蓋以及電刷裝置等組成。

1）主磁極

主磁極用來產(chǎn)生主磁場(chǎng)，大部分直流電機(jī)的主磁極不用永久磁鐵，而是由勵(lì)磁繞組通入直流電流來建立磁場(chǎng)。主磁極由鐵芯和繞組組成，鐵芯用厚0.5～1.5 mm的低碳鋼板沖成，疊裝后用鉚釘鉚緊，緊靠氣隙的擴(kuò)大部分稱為極靴，極靴對(duì)勵(lì)磁繞組起支撐作用，使氣隙磁通有較好的波形分布，勵(lì)磁繞組用絕緣銅線繞制而成，經(jīng)絕緣漆浸漬處理，然后套在磁極鐵芯上。主磁極N、S交替布置，均勻分布并用螺釘固定在機(jī)座的內(nèi)圈上。

2）換向極

換向極用來改善直流電機(jī)的換向，又稱附加極，由鐵芯和套在鐵芯上的換向極繞組組成，鐵芯常用整塊鋼或厚鋼板制成，匝數(shù)不多的換向極繞組與電樞繞組串聯(lián)，換向極的極數(shù)一般與主磁極的極數(shù)相同或減半，換向極與電樞之間的氣隙可以調(diào)整。功率很小的直流電機(jī)中，可以不裝設(shè)換向極。

3）機(jī)座

機(jī)座既是電機(jī)的外殼又是電機(jī)磁路的一部分，一般用低碳鋼鑄成或用鋼板焊接而成，機(jī)座的兩端有端蓋。中小型電機(jī)前后端蓋都裝有軸承，用于支撐轉(zhuǎn)軸。大型電機(jī)則采用座式滑動(dòng)軸承。

4）電刷裝置

電刷裝置的作用是使轉(zhuǎn)動(dòng)部分的電樞繞組與外電路接通，將電樞繞組的電動(dòng)勢(shì)和電流引接到外電路的負(fù)載或電源上。電刷裝置由電刷、刷窩、刷桿座和匯流條等零件組成，電刷一般采用石墨和銅粉壓制焙燒而成，電刷放置在刷握中，由彈簧將其壓在換向器的表面上，電刷桿數(shù)一般等于主磁極的數(shù)目。

2、轉(zhuǎn)子

直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子又稱電樞，由鐵芯、繞組、換向器和冷卻風(fēng)扇等部件組成。

1）鐵芯

電樞鐵芯用來構(gòu)成電機(jī)的磁路以及嵌放電樞繞組。為了減少鐵心損耗，通常用0.35mm或0.5mm厚、涂有絕緣漆的硅鋼片疊裝而成。為加強(qiáng)冷卻，小容量電機(jī)的電樞鐵芯上有軸向通風(fēng)孔，大容量電機(jī)還有徑向通風(fēng)溝。

2）繞組

電樞繞組的作用是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩，從而把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。電樞繞組是用絕緣銅線制成，然后嵌放在電樞鐵芯槽內(nèi)，繞組的引線端頭按一定的規(guī)律與換向片連接，繞組的槽部用絕緣的槽楔壓緊，端部用玻璃絲帶綁扎。

3）換向器

換向器是直流電機(jī)的關(guān)鍵部件，它將電樞繞組內(nèi)部的交流電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為電刷間的直流電動(dòng)勢(shì)，換向器由彼此絕緣的換向片構(gòu)成，外表呈圓形。換向片用硬質(zhì)電解銅制成，換相片間墊以0.4～1.0 mm厚的云母絕緣，整個(gè)圓筒的端部用V形壓環(huán)夾緊，換相片與Ⅴ形壓環(huán)之間也用云母絕緣，每片換向片的端部都有凸出的升高片，用來與繞組引線端頭連接。

三、直流電動(dòng)機(jī)的基本原理

直流電動(dòng)機(jī)是根據(jù)通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中會(huì)受到電磁力作用的原理來工作的。定子繞組通入直流勵(lì)磁電流，產(chǎn)生勵(lì)磁磁場(chǎng)；主電路引入直流電源，經(jīng)電刷傳給換向器，再經(jīng)換向器將此直流電轉(zhuǎn)化為交變電流通入電樞繞組，產(chǎn)生電樞磁場(chǎng)，電樞磁場(chǎng)與勵(lì)磁磁場(chǎng)合成氣隙磁場(chǎng)，電樞繞組切割合成的氣隙磁場(chǎng)，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩促使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理。