直流电机直流电机（direct current machine）是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机） 或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机它是能实现直流电能和机械能互相 转换的电机当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是 直流发电机，将机械能转换为电能1基本结构1.1定子1.2转子2励磁方式2.1他励直流电机2.2并励直流电机2.3串励直流电机 2.4复励直流电机3型号命名 4工作原理5控制原理6主要分类］基本结构由直流电动机和发电机工作原理示意图可以看到，直流电机的结构应由定子和转子两 大部分组成直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机 座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成运行时转动的部分称为转子，其主要 作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢 由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成定子1、主磁极主磁极的作用是产生气隙磁场主磁极由主磁极铁心和励磁绕组两部分组成直流电机（图1）铁心一般用0.5mm〜1.5mm厚的硅钢板冲片叠压铆紧而成，分为极身和极靴两部分, 上面套励磁绕组的部分称为极身，下面扩宽的部分称为极靴，极靴宽于极身，既可以调整气 隙中磁场的分布，又便于固定励磁绕组。
励磁绕组用绝缘铜线绕制而成，套在主磁极铁心上 整个主磁极用螺钉固定在机座上，2、 换向极换向极的作用是改善换向，减小电机运行时电刷与换向器之间可能产生的换向火花， 一般装在两个相邻主磁极之间，由换向极铁心和换向极绕组组成换向极绕组用绝缘导线绕 制而成，套在换向极铁心上，换向极的数目与主磁极相等3、 机座电机定子的外壳称为机座机座的作用有两个：一是用来固定主磁极、换向极和端盖，并起整个电机的支撑和固定作用；二是机座本身也是磁路的一部分，借以构成磁极之间磁的通路，磁通通过的部分称为 磁轭为保证机座具有足够的机械强度和良好的导磁性能,一般为铸钢件或由钢板焊接而成4、电刷装置电刷装置是用来引入或引出直流电压和直流电流的电刷装置由电刷、刷握、刷杆和 刷杆座等组成电刷放在刷握内，用弹簧压紧，使电刷与换向器之间有良好的滑动接触，刷 握固定在刷杆上，刷杆装在圆环形的刷杆座上，相互之间必须绝缘刷杆座装在端盖或轴承 内盖上，圆周位置可以调整，调好以后加以固定转子1、电枢铁心电枢铁心是主磁路的主要部分，同时用以嵌放电枢绕组直流电机（图2）一般电枢铁心采用由0.5mm厚的硅钢片冲制而成的冲片叠压而成，以降低电机运行时 电枢铁心中产生的涡流损耗和磁滞损耗。
叠成的铁心固定在转轴或转子支架上铁心的外圆 开有电枢槽，槽内嵌放电枢绕组2、电枢绕组电枢绕组的作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量变换的关键部件 所以叫电枢它是由许多线圈（以下称元件）按一定规律连接而成，线圈采用高强度漆包线 或玻璃丝包扁铜线绕成，不同线圈的线圈边分上下两层嵌放在电枢槽中，线圈与铁心之间以 及上、下两层线圈边之间都必须妥善绝缘为防止离心力将线圈边甩出槽外，槽口用槽楔固 定线圈伸出槽外的端接部分用热固性无纬玻璃带进行绑扎3、换向器在直流电动机中，换向器配以电刷，能将外加直流电源转换为电枢线圈中的交变电流,直流电机（图3）使电磁转矩的方向恒定不变；在直流发电机中，换向器配以电刷，能将电枢线圈中感 应产生的交变电动势转换为正、负电刷上引出的直流电动势换向器是由许多换向片组成的 圆柱体，换向片之间用云母片绝缘4、转轴转轴起转子旋转的支撑作用，需有一定的机械强度和刚度，一般用圆钢加工而成2励磁方式他励直流电机励磁绕组与电枢绕组无联接关系，而由其他直流电源对励磁绕组供电的直流电机称为 他励直流电机 永磁直流电机也可看作他励或自激直流电机，一般直接称作励磁方式为永磁并励直流电机并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组相并联，作为并励发电机来说，是电机本身发出 来的端电压为励磁绕组供电；作为并励电动机来说，励磁绕组与电枢共用同一电源，从性能 上讲与他励直流电动机相同。
串励直流电机串励直流电机的励磁绕组与电枢绕组串联后，再接于直流电源这种直流电机的励磁 电流就是电枢电流复励直流电机复励直流电机有并励和串励两个励磁绕组若串励绕组产生的磁通势与并励绕组产生 的磁通势方向相同称为积复励若两个磁通势方向相反，则称为差复励不同励磁方式的直流电机有着不同的特性一般情况直流电动机的主要励磁方式是他 励和串励，其它励磁方式，在电子工业的不断完善下将逐渐被淘汰，直流发电机的主要励磁 方式有他励、并励和复励方式型号命名国产电机型号一般采用大写的英文的汉语拼音字母的阿拉伯数字表示,直流电机（图4）其格式为：第一部分用大写的拼音字母表示产品代号，第二部分用阿拉伯数字表示设 计序号，第三部分用阿拉伯数字表示机座代号，第四部分用阿拉伯数字表示电枢铁心长度代 号工作原理直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生安培力，当转子上的线 圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替 接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向 转动直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势，直流电机（图5）靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理[1]感应电动势的方向按右手定则确定（磁感线指向手心，大拇指指向导体运动方向，其 他四指的指向就是导体中感应电动势的方向）。
导体受力的方向用左手定则确定这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力 矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动如 果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电 枢就能按逆时针方向旋转起来5控制原理直流无刷电机的控制原理，要让电机转动起来，首先控制部就必须根据hall-se nsor 感应到的电机转子目前所在位置，然后依照定子绕线决定开启（或关闭）换流器（in verter）中功 率晶体管的顺序，inverter中之AH、BH、CH（这些称为上臂功率晶体管）及AL、BL、CL（这 些称为下臂功率晶体管），使电流依序流经电机线圈产生顺向（或逆向）旋转磁场，并与转子的 磁铁相互作用，如此就能使电机顺时/逆时转动当电机转子转动到hall-se nsor感应出另一 组信号的位置时，控制部又再开启下一组功率晶体管，如此循环电机就可以依同一方向继续 转动直到控制部决定要电机转子停止则关闭功率晶体管（或只开下臂功率晶体管）；要电机转 子反向则功率晶体管开启顺序相反基本上功率晶体管的开法可举例如下:AH、BL —组一AH、CL 一组一BH、CL 一组一BH、 AL 一组一CH、AL 一组一CH、BL 一组，但绝不能开成 AH、AL 或 BH、BL 或 CH、CL。
此外因为电子零件总有开关的响应时间，所以功率晶体管在关与开的交错时间要将零件的响 应时间考虑进去，否则当上臂（或下臂）尚未完全关闭，下臂（或上臂）就已开启，结果就造成 上、下臂短路而使功率晶体管烧毁当电机转动起来，控制部会再根据驱动器设定的速度及加 /减速率所组成的命令（Command）与hall-sensor信号变化的速度加以比对（或由软件运算）再来决定由下一组（AH、 BL或AH、CL或BH、CL或……）开关导通，以及导通时间长短速度不够则开长，速度 过头则减短，此部份工作就由PWM来完成PWM是决定电机转速快或慢的方式，如何产 生这样的PWM才是要达到较精准速度控制的核心高转速的速度控制必须考虑到系统的CLOCK分辨率是否足以掌握处理软件指令的时 间，另外对于hall-sensor信号变化的资料存取方式也影响到处理器效能与判定正确性、实 时性至于低转速的速度控制尤其是低速起动则因为回传的hall-se nsor信号变化变得更慢， 怎样撷取信号方式、处理时机以及根据电机特性适当配置控制参数值就显得非常重要或者 速度回传改变以encoder变化为参考，使信号分辨率增加以期得到更佳的控制。
电机能够 运转顺畅而且响应良好，P.I.D•控制的恰当与否也无法忽视之前提到直流无刷电机是闭回 路控制，因此回授信号就等于是告诉控制部现在电机转速距离目标速度还差多少，这就是误 差（Error）知道了误差自然就要补偿，方式有传统的工程控制如P.I.D.控制但控制的状态 及环境其实是复杂多变的，若要控制的坚固耐用则要考虑的因素恐怕不是传统的工程控制能 完全掌握，所以模糊控制、专家系统及神经网络也将被纳入成为智能型P.I.D.控制的重要理 论[1]6主要分类直流发电机直流发电机是把机械能转化为直流电能的机器它主要作为直流电动机、电解、直流电机（图6）电镀、电冶炼、充电及交流发电机的励磁电源等所需的直流电机虽然在需要直流电 的地方，也用电力整流元件，把交流电转换成直流电，但从某些工作性能方面来看，交流整 流电源还不能完全取代直流发电机直流电动机将直流电能转换为机械能的转动装置电动机定子提供磁场，直流电源向转子的绕组 提供电流，换向器使转子电流与磁场产生的转矩保持方向不变无刷直流电机无刷直流电机是近几年来随着微处理器技术的发展和高开关频率、直流电机（图7）低功耗新型电力电子器件的应用，以及控制方法的优化和低成本、高磁能级的永磁材 料的出现而发展起来的一种新型直流电动机。
无刷直流电机既保持了传统直流电机良好的调速性能又具有无滑动接触和换向火花、 可靠性高、使用寿命长及噪声低等优点，因而在航空航天、数控机床、机器人、电动汽车、 计算机外围设备和家用电器等方面都获得了广泛应用按照供电方式的不同，无刷直流电机又可以分为两类：方波无刷直流电动机，其反电 势波形和供电电流波形都是矩形波，又称为矩形波永磁同步电动机;正弦波无刷直流电动机, 其反电势波形和供电电流波形均为正弦波[2]7常见故障排除直流电动机的常见故障及排除直流电动机的常见故障及排除见表4.1表4.1故障现象可能原因排除方法不能起动①电源无电压①检查电源及熔断器②励磁回路断卉②检查励磁绕组及起动器③ 电刷回路断开④ 有电源但电动机不能转动③ 检查电枢绕组及电刷换向器接触情况④ 负载过重或电枢被卡死或起动设备不合要求，应分别进行检查转速不正常① 转速过高② 转速过低① 检查电源电压是否过高！主磁场是否过弱， 电动机负载是否过轻② 检查电枢绕组是否有断路、短路、接地等故 障；检查电刷压力及电刷位置；检查电源电压 是否过低及负载是否过重；检查励磁绕组回路 是否正常电刷火花过大①电刷不在中性线上①调整刷杆位置②电刷压力不当或与换向器接触不良或电刷磨损或电刷牌号不对②调整电刷压力、研磨电刷与换向器接触面、 淘换电刷③换向器表面不光滑或云母片凸出③研磨换向器表面、下刻云母槽④电动机过载或电源电压过高④降低电动机负载及电源电压⑤ 电枢绕组或磁极绕组或换向极绕组故障⑥ 转子动平衡未校正好⑤ 分别检查原因⑥ 重新校正转子动平衡过热或冒烟①电动机长期过载①更换功率较大的电动机②电源电压过高或过低②检查电源电压③ 电枢、磁极、换向极绕组故障④ 起动或正、反转过于频繁③ 分别检查原因④ 避免不必要的正、反转机座带电①各绕组绝缘电阻太低。