直流电机

概念定义

直流电机（direct current machine）是以直流电能作为输入或输出形式，并在电能与机械能之间进行转换的旋转电机。按能量转换方向，可分为直流电动机和直流发电机：直流电动机把直流电能转换为机械能，直流发电机则把机械能转换为直流电能。两者都属于电机，即具有可作相对运动部件、用于转换电能与机械能的装置。

工作原理

直流电动机依靠磁场产生的力推动转动部分旋转。电机传递或转换能量的基本条件是存在耦合磁场，建立磁场的电流称为励磁电流。磁场与载流部分相互作用后形成转动力，使电能能够从绕组输入，并通过转轴输出为机械能。

电机持续旋转时，需要周期性改变内部电流的方向，使产生的转动力能够配合转子位置变化。这个过程可以通过机电方式或电子方式完成。采用机械换向结构时，换向器与电刷配合工作；在直流发电过程中，换向器可将电枢绕组内部产生的交流电转换为电刷之间输出的直流电。采用电子换向时，电流方向则由电子方式周期性改变。

技术构成

电动机主体由静止部分和运动部分构成，通常分别称为定子与转子。定子承担固定结构及建立工作磁场等作用，转子在磁场作用下转动，并通过转轴传递机械能。直流电机的具体结构还可包括绕组、磁路、换向机构及电刷；是否使用机械换向机构，取决于其改变电流方向的方式。

磁路是电机形成耦合磁场的基础。电机铁芯可采用磁导率较高的硅钢片，以增强磁场，并使较小的励磁电流能够产生较大的磁通。按主磁场相对于转轴的方向，电机还可区分为径向磁场结构和轴向磁场结构；前者的主磁场沿转轴的径向分布，后者又称圆盘电机，其主磁场沿转轴方向分布。

应用场景

直流电机用于需要在直流电能与机械能之间进行转换的设备和工业系统。作为电动机运行时，它从电源取得直流电并输出旋转机械能，可承担驱动功能；作为发电机运行时，它由外部机械力带动，将机械能转换成可从电刷端取得的直流电能。其机电换向或电子换向方式，使直流电机能够按照具体装置的结构完成内部电流方向切换。

技术特点

直流电机兼具电动与发电两种能量转换方向，其核心关系是直流电、耦合磁场与机械转动之间的转换。机械换向结构以换向器和电刷完成电流转换，电子方式则以电子控制完成周期性换向。两种方式解决的是相同的基本问题，即让内部电流方向与转动位置相配合。