1.直流电机的工作原理

通电导线在磁场中会受到磁场力的作用，由左手定则，把左手放入磁场中，让磁力线垂直穿入手心，磁力线从N极出发进入S极，四指指向电流所指方向，则大拇指的方向就是导体受力的方向。

电源的直流电加于电刷A（正极）和B（负极）上，则线圈abcd中流过电流：在导体ab中，电流由a指向b；在导体cd中，电流由c指向d。用左手定则可知导体ab所受到的磁场力从右向左，导体cd所受到的磁场力从左向右，这样形成的转矩M为逆时针方向。在该转矩作用下电枢将逆时针方向旋转，如图2-6a所示。

当电枢转过了180°，直流电仍由电刷A流入、从电刷B流出，电流在电枢内的流向改变为d到c、b到a，由左手定则可知导体cd所受到的磁场力从右向左，ab所受磁场力从左向右，转矩M方向仍为逆时针，则可保持电枢持续逆时针转动，如图2-6b所示。

图2-6 直流电机工作原理

2.直流电机的基本构造

直流电机主要由定子（固定部分）和电枢（旋转部分）两大部分组成，定子和转子之间的间隙称为空气隙。图2-7所示为直流电机的结构图。直流电机是基于载流导体与磁场之间的相互作用而制成的。电机的磁极和电枢之间必须有相对运动。下面就一些主要的部件分别予以介绍。

图2-7 直流电机的基本结构图与剖面图

a）基本结构图 b）剖面图

（1）定子 定子的作用是产生磁场和作为电机机械支承部件。它由主磁极、换向磁极、电刷装置、机座、端盖等组成。

1）主磁极。主磁极的作用是产生主磁场，主磁极的结构如图2-8所示。绝大多数直流电机的主磁极不是用永久磁铁，而是由励磁绕组通以直流电流来建立磁场的。主磁极装在机座的内壁，它由主磁极铁心和励磁绕组组成。主磁极铁心包括极芯和极掌两部分。极芯上套有励磁绕组，各主磁极上的绕组一般都是串联的。极掌的作用是使空气隙中磁感应强度分布最为合适。改变励磁电流的方向，就可改变主磁极极性，也就改变了磁场方向。

主磁极的个数一定是偶数，励磁绕组的连接必须使得相邻主磁极的极性按N、S极交替出现的规律进行。汽车起动机一般采用4个磁极，功率较大的也有采用6个磁极的。

2）换向磁极。在两个相邻的主磁极之间中性面内有一个小磁极，这就是换向磁极，它的构造与主磁极相似，由换向极铁心和套在铁心上的换向极绕组构成，并用螺杆固定在机座上。换向磁极的励磁绕组与电枢串联。

图2-8 主磁极结构图

主磁极中性面内的磁感应强度本应为零值，但是，由于电枢电流通过电枢绕组时所产生的电枢磁场，使主磁极中性面的磁感应强度不能为零值，于是使转到中性面内进行电流换向的绕组产生感应电动势，使得电刷与换向器之间产生较大的火花。(www.daowen.com)

用换向磁极的附加磁场来抵消电枢磁场，使主磁极中性面内的磁感应强度接近于零，这样就改善了电枢绕组的电流换向条件，减小了电刷与换向器之间的火花。

换向磁极的个数一般与主磁极的极数相等，在功率很小的直流电机中，也有不装换向磁极的。

3）电刷装置。电刷装置是把外电路的电动势、电流引入电枢绕组或把电枢绕组中的电动势、电流引到外电路。电刷装置主要由用石墨和铜混合制成导电块的电刷、压力弹簧和刷盒、电刷架等组成。

固定在机座上（小容量电动机装在端盖上）不动的电刷架上电刷盒中的电刷，借助于压力弹簧的压力和旋转的换向器保持滑动接触，使电枢绕组与外电路接通。

各同极性的电刷经软线汇集在一起，再引到接线盒内的接线板上，作为电枢绕组的引出端。

4）机座。机座用铸钢或铸铁制成，用来固定主磁极、换向磁极和端盖等，它是电机磁路的一部分。机座上的接线盒有励磁绕组和电枢绕组的接线端，用来对外接线。

5）端盖。端盖装在机座两端并通过端盖中的轴承支撑转子，将定、转子连为一体，同时端盖对电机内部还起防护作用。

（2）转子 直流电机的转动部分称为转子，也称为电枢。它主要由电枢铁心、换向器及电枢绕组等组成，如图2-9所示。

图2-9 直流电机的电枢

1—风扇 2—绕组 3—电枢铁心 4—绑带 5—换向器 6—轴

1）电枢铁心。电枢铁心由硅钢片冲制叠压而成，在外圆上有分布均匀的槽用来嵌放绕组。铁心也作为电机磁路的一部分。

2）换向器。换向器装在电枢转轴的一端，它是由许多互相绝缘的铜质换向片叠成的圆环。电枢绕组每个线圈的两端分别接至两个换向片上。在直流电动机中，换向器将电源的直流电转换为线圈中的交流电，以获得方向不变的电磁转矩。如图2-10所示，换向器由许多梯形铜片组成，片间用云母片绝缘，外表呈圆柱形。换向片和云母片组成的圆筒两端用V形云母套筒和V形金属压圈压紧，以使其成为一个整体并保证其绝缘性能，这样就构成了一个换向器。

3）电枢绕组。电枢绕组是产生感应电动势或电磁转矩，实现能量转换的主要部件。它由许多绕组元件构成，按一定规则嵌放在铁心槽内和换向片相连，使各组线圈的电动势相加。绕组端部用玻璃钢无纬带或镀锌钢丝箍住，防止绕组因离心力而发生径向位移。

图2-10 直流电机的换向器