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  在我们的日常生活中，我们会遇到各种将电能转化为机械能的电池供电的小电器，例如吹风机、玩具车、微型风扇、修剪器等。负责此操作的电气组件是这些小工具内的直流 (DC) 电机。直流电动机是一种利用直流电工作并将其转换为机械功的装置。发明直流电机的官方功劳归功于美国铁匠 Thomas Davenport；然而，包括威廉·斯特金和弗兰克·朱利安·斯普拉格在内的其他几位科学家也为直流电机的开发做出了贡献。如今，直流电机已成为工业部门不可或缺的一部分，并用在所有应用，例如电动汽车推进、电梯、起重机和轧钢机驱动。

  直流电机通常看起来像一个圆柱形装置，轴伸出它外，在施加直流电时旋转。此操作是通过以特定方式排列以下组件来执行的。

  定子或钢轭是一个圆柱形金属外壳，直流电机的所有其他元件都放置在其中。定子的一个面包含一个从中伸出的垂直轴，而另一个面则有两个端子，直流电源连接到该端子。

  直流电机的定子内部安装有两个固定的永磁体。它们通过在它们之间建立水平磁场来充当磁铁的北极和南极。

  在电气工程中，电枢一词是指在电磁力作用下旋转线圈的结构。在直流电机中，电枢由放置在两个磁铁之间的转子组成。转子是由导电场线圈缠绕的叠片盘结构。伸出电机的轴沿着电枢的轴线穿过并随之旋转。

  直流电机中的励磁线圈或励磁绕组是一个铜线线圈，它取代了固定在定子内壁上的永磁体。当来自电池的直流电通过该线圈时，它会形成一个能控制极性的电磁体，从而建立所需的磁场。

  换向器是一个空心圆柱体，在许多点上分段，以反转直流电机内部电磁电枢线圈的极性。在直流电源上工作是电机的关键部分。它位于围绕轴的电枢末端。电枢线圈的末端连接到换向器，而除电刷外的所有其他部件与其电隔离。

  直流电机中的电刷是将静态端子连接到电机旋转部件的组件。它们通常由碳石墨制成，因为它是一种很好的电导体并且具有非常出色的润滑性能。换向器位于两个电刷之间，这两个电刷进一步连接到电机的端子，与直流电源完成电路。

  直流电机的工作原理是，每当将载流导体放置在磁场中时，它都会受到磁场力，其方向由弗莱明左手定则给出。换句话说，直流电机由于永磁体的磁场与载流电磁体的磁场相互作用而旋转。

  弗莱明的左手定则是一种助记工具，用于理解电流、外加磁场和电动机中的感应力之间相互垂直的关系。如果我们将左手的食指、中指和拇指向相互垂直的方向伸出，将中指对准电流内的常规电流方向，食指对准外加磁场，则拇指给出导体所受力的方向。要了解这如何在直流电机内部起作用，让我们更详细地讨论直流电机的工作原理。

  要了解直流电机的工作原理，让我们先举一个简单的案例，即在永磁体的北极和南极内放置一个矩形线环。当电流流过线圈时，它会在线圈周围产生一个磁场，该磁场与永久磁铁的预先存在的磁场相互作用，由此产生排斥力，其方向能够正常的使用弗莱明的左手定则确定。永磁体北极附近的线段的电流方向是正向的（远离电池的正极），这导致力向下。类似地，对于靠近永磁体南极的导线部分，电流向后流动（流向电池的负极），导致力向上。

  尽管如此，单个线圈的磁力不足以克服永磁体的磁通量，最终会停止，形成平衡。电磁铁的磁场强度通过将其缠绕在转子的四肢上而得到增强。在直流电机中，电流通过换向器进入线圈，该换向器与连接到直流电源的电刷之一发生摩擦。当电流通过线圈时，转子由于作用在其上的扭矩而开始旋转。换向器的分段使电枢通过断电的一些线圈并确保单向扭矩来避免平衡位置。这个循环周期性地重复，导致连接到电枢的轴旋转。

  直流 (DC) 电机在当今的工业领域无处不在，服务于各种中小型电机应用，从机器人技术到交通运输。由于其多功能的功能，市场上有多种类型的直流电机，可根据它们的连接方式来进行分类如下：

  永磁直流电机是直流电机的典型例子，其中永磁体在定子内部提供横截面磁场。一对（或多对）径向磁化的永磁体固定在定子的内壁上，北极和南极交替面对，并在它们之间产生均匀的磁场。除了固定永磁体之外，钢质定子的圆柱形形状还用作磁通量的低磁阻返回通道。这些类型的直流电机的缺点是永磁体会跟着时间的推移而失去磁性；然而，在一些先进的永磁直流电机中，磁铁与额外的励磁线圈一起工作以补偿失去的磁化。

  永磁直流电机通常用于那些不消耗太多功率并且不需要很有效地控制电机速度的电气设备中。玩具车、雨刷器、热风机、光盘驱动器等此类电气设备的例子很少。

  励磁直流电机包含一个电磁场线圈而不是永磁体，以在定子内部建立磁场。这些电机具有安装在电机内部的励磁装置，该装置使用电流产生磁场。在他励直流电机中，为励磁装置提供电流的电路与为电枢线圈提供电流的电路具有不一样的电压源。换句话说，流过电枢线圈的电流不会流过励磁装置的线圈。励磁装置以恒定电压工作，而电枢线圈可具有可变电压以调节电机的速度。此外，通过切换励磁线圈的极性，可瞬间翻转电机轴的旋转方向。尽管如此，存在激励励磁线圈所需的额外电压源成本的缺点。

  他励直流电机常见于需要双向旋转和精确速度控制的电器中。它们被用在所有电器，包括卷纸机、电力推进船，甚至是电动火车的牵引控制器。

  顾名思义，自励直流电机是那些具有用于励磁线圈和电枢线圈的公共电压源的电机。两个线圈都可以串联或并联连接，或者串联-并联配置的某种组合。根据它们的连接配置，自激直流电机进一步分为以下三类：

  在串绕自励直流电机中，励磁线圈在内部与电枢线圈串联。尽管串绕自激直流电机的结构与其他励磁直流电机类似，但自激直流电机的励磁线圈匝数相对较少，并且导线比电枢线圈粗，从而确保了低电阻。因此，这样的一种情况下产生的电磁转矩远高于平时，因此导致电机速度更快。尽管如此，串绕自激电机的速度控制并不像其他励磁电机那样令人印象深刻。

  由于速度快，串励自激电机通常用作起重机和升降机等重型工业设备的启动电机。此外，串联电动机通常只使用很短的时间，例如几秒钟，因为高串联电流会烧毁串联励磁线圈，使电动机无用。

  在并联自励直流电机中，励磁线圈与电机的电枢线圈并联，由此产生相似的电压，但两个线圈的电流量和流量不同。与直流电机的电枢绕组相比，励磁绕组的匝数要高得多，以增加净磁通连通性，而导体直径更小，以增加电阻（较低的电流）。当负载施加到转子端子的轴上时，这使并联自激直流电机具有独特的自我调节速度的能力。换句话说，当电机从空载切换到负载时，电机的速度不会有明显波动。

  并联自励直流电机常见于以恒定速度运行的电器中。在需要精确速度控制的地方，例如磨床、印刷机、车床等，它们的自调节速度能力派上用场。但是，必须限制电机启动期间的负载，因为它不能产生高启动扭矩。

  复绕自励直流电动机又称直流复合电动机，是串联和并励电动机的组合。在直流复合电机中，励磁线圈以串联和并联配置连接到电枢线圈。这种结构组合的目标是获得两种类型的最佳品质。并联电机有很有效的速度调节，而串联电机有很高的启动扭矩。因此，就这些特性而言，复合直流电机是一种极好的折衷方案。两个励磁线圈协同工作以提供所需的磁通量和所需的旋转速度。根据励磁线圈与电枢线圈的连接方式，复合绕线直流电机可进一步分为两种基本类型：

  在累积复合直流电机中，并联励磁线圈产生的并联励磁通量增强了串联励磁线圈产生的主励磁通量的效果。换句话说，并联线圈绕组产生的磁通与串联线圈绕组产生的磁通相加得到总磁通。

  如果并联励磁磁通减少了主串联绕组的影响，则电机被称为差动复合。发生这种情况是因为并绕励磁线圈和串联励磁线圈的极性相反。因为在这种情况下产生的净通量低于原始通量，这种配置不太可能有任何实际用途。

  与并励自励直流电机一样，复合直流电机也常常会出现在需要快速恒速运行的设备中。它们效用的主要不同之处在于直流复合电机可以运行，而与轴上的负载无关。换句话说，在直流复合电机的情况下，负载不是很重要。复合绕线直流电机的常见应用可以在自动扶梯、电梯、冲压机、轧机、往复机等机器中看到。