图解直流电机，直流电机电机结构模型与纵向剖视图图解

　　直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机。因其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。直流电动机按励磁方式分为永磁、他励和自励3类，其中自励又分为并励、串励和复励3种。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。

　　

　　直流电机的励磁方式是指对励磁绕组如何供电、产生励磁磁通势而建立主磁场的问题。根据励磁方式的不同，直流电机可分为下列几种类型。

　　他励

　　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，接线如图1.23（a）所示。图中M表示电动机，若为发电机，则用G表示。永磁直流电机也可看作他励直流电机。

　　并励

　　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

　　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

　　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并励式、串励式和复励式，直流发电机的主要励磁方式是他励式、并励式和和复励式。

　　

　　直流电机的物理模型图

　　

　　这是分析直流电机的物理模型图。

　　其中，固定部分有磁铁，这里称作主磁极；固定部分还有电刷。转动部分有环形铁心和绕在环形铁心上的绕组。（其中2个小圆圈是为了方便表示该位置上的导体电势或电流的方向而设置的）

　　上图表示一台最简单的两极直流电机模型，它的固定部分（定子）上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和S，在旋转部分（转子）上装设电枢铁心。定子与转子之间有一气隙。在电枢铁心上放置了由A和X两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。在换向片上放置着一对固定不动的电刷B1和B2，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。

　　直流电机结构图解

　　直流电机的结构可分为静止和转动两部分，静止部分称为定子，旋转部分称为转子（也称电枢）。图1 与图2分别为直流电机的纵剖面示意图和横剖面示意图。

　　

　　

　　直流电机定子部分包括机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等；转子部分包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器、风扇和转轴等。

　　直流电机的部件功能

　　1、主磁极

　　主磁极用来产生气隙磁场，并使电枢表面的气隙磁通密度按一定波形沿空间分布。主磁极包括主磁极铁芯和励磁绕组。主磁极铁芯由１mm～1.5mm 厚的低碳钢薄板冲片叠压而成。励磁绕组用圆形或矩形纯铜绝缘电磁线制成。各磁极的励磁绕组串联连接成一路，以保证各主极励磁绕组的电流相等。

　　大的直流电机在极靴上开槽， 槽内嵌放补偿绕组，与电枢绕组串联，用以抵消极靴范围内的电枢反应磁动势，从而减少气隙磁场的畸变，改善换向，提高电机运行可靠性。

　　2、换向极

　　也称附加极，用于改善直流电机的换向性能。换向极由换向极铁芯和换向极绕组组成。其铁心一般也用１mm～1.5mm厚的低碳钢薄板冲片叠压而成。换向极绕组必须和电枢绕组相串联，由于要通过的电枢电流较大，通常采用较粗的矩形截面导体绕制而成。换向极安装在两相邻主极之间，其数目一般与主极数相等。小功率直流电机可不装换向极。

　　3、机座

　　直流电机的机座用来固定主极、换向极、端盖等，并借助底脚将电机固定在基础上。

　　同时，直流电机的机座是磁极间的磁通路径（称为磁轭），所以用导磁性好、机械强度较高的铸钢或厚钢板制成，不能采用铸铁。

　　4、电枢铁芯

　　电枢铁心用来通过磁通并嵌放电枢绕组，是主磁路的一部分。由于转子在定子主磁极产生的恒定磁场内旋转，因此电枢铁芯内的磁通是交变的，为减少涡流和磁滞损耗，通常用两面涂绝缘漆的 0.5mm 硅钢片叠压而成。冲片上有均匀分布的嵌放电枢绕组的槽和轴向通风孔。

　　5、电枢绕组

　　电枢绕组是产生感应电动势和电磁转矩，实现机电能量转换的关键部件。容量较小的直流电机的电枢绕组用圆形电磁线绕制而成，而大多数直流电机的电枢绕组均用矩形绝缘导线绕制成定形线圈，然后嵌入电枢铁心的槽中，线圈与铁心之间以及上、下层线圈之间都必须妥善绝缘。为了防止电枢旋转时离心力的作用，绕组在槽内部分用绝缘槽楔固定，而伸到槽外的端接部分则用非磁性钢丝扎紧在线圈支架上。

　　6、换向器

　　换向器是直流电机特有的关键部件，将电枢绕组内部的交流电势转换成电刷间的直流电势。换向器的质量好坏将直接影响直流电机的运行可靠性。换向器由许多称为换向片的、彼此互相绝缘的铜片组合而成，有多种结构形式，换12 向器由 V 型套筒、换向片、云母片（换向片间的绝缘）和压紧圈等组成紧密整体。小型换向器用热固性环氧树脂热压成整体。电枢绕组端部嵌放在换向片端部槽内，并焊接在一起。

　　7、电刷装置

　　电刷装置由电刷、刷握、刷杆和刷杆座等组成。电刷放在刷握上的刷盒内，用弹簧将电刷压紧与换向器表面紧密接触，保证电枢转动时电刷与换向器表面有良好的接触。电刷装置与换向器配合将转动的电枢绕组和静止的外电路联通。

　　8、气隙

　　定、转子之间的气隙是主磁路一部分，其大小直接影响运行性能。由于气隙磁场由直流励磁产生，因此直流电机的气隙可比异步电动机大得多，小型直流电机为 1～3 mm，大型直流电机可达 12mm。

　　直流电机纵向剖视图图解

　　

　　（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，如所示。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，见图中的3。机座的作用有两个：一是用来固定主磁极。换图第五节　主磁极的结构

　　向极和端盖，并起整个电机的支撑和固定作用；　1—主磁极　2—励磁绕组　3—机座

　　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，如图2所示。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。

　　

　　1—换向极铁心1—刷握2—电刷

　　2—换向极绕组3—压紧弹簧　4—刷辫

　　2.转子（电枢）

　　（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。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（冲片的形状如图4（a）所示），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，如图5所示。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，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，换向

　　图5　电枢槽的结构　1—槽楔2—线圈绝缘3—电枢导体4—层间绝缘5—槽绝缘6—槽底绝缘

　　片的紧固通常如图3.10所示，换向片的下部做成鸽尾形，两端用钢制V形套筒和V形云母环固定，再用螺母锁紧。

　　（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。