直流電動機是依靠直流電驅(qū)動的電動機，像交流電動機一樣，直流電動機也將電能轉(zhuǎn)換為機械能。它們的操作與產(chǎn)生電流的直流發(fā)電機相反。與交流電動機不同，直流電動機以直流電源（非正弦單向電源）運行。

直流電動機在小型電器上應(yīng)用較為廣泛，是電子設(shè)備中普遍使用的機器。通常，電動機部署在需要某種形式的旋轉(zhuǎn)或運動控制裝置的設(shè)備中，是許多電氣工程項目中必不可少的組件。

一、直流電動機的組成結(jié)構(gòu)

直流電動機的零件約可分為:托架/煞車片/外扇/軸承蓋/彈簧銷/彈簧墊圈/調(diào)整螺栓/皿型彈簧/軸承/軸承馬達軸心/整流器/內(nèi)六角螺絲/墊圈等零件。

可主要劃分為以下4部分：

轉(zhuǎn)子（機器的旋轉(zhuǎn)部件；也稱為“電樞”）

定子（勵磁繞組或電動機的“固定”部分）

換向器（有刷或無刷，取決于電機類型）

磁場磁鐵（提供使連接到轉(zhuǎn)子的軸旋轉(zhuǎn)的磁場）

實際上，DC電動機基于旋轉(zhuǎn)電樞產(chǎn)生的磁場與定子或固定組件的磁場之間的相互作用進行工作。

無傳感器直流無刷電機控制器

圖源KenziMudge

二、直流電動機的工作原理

直流電動機根據(jù)法拉第電磁原理運行，該原理指出，載流導(dǎo)體在磁場中時會受到作用力。根據(jù)弗萊明（Fleming）的“電動機的左手定則”，該導(dǎo)體的運動始終沿垂直于電流和磁場的方向。

從數(shù)學(xué)上講，我們可以將該力表示為F=BIL（其中F是力，B是磁場，I代表電流，L是導(dǎo)體的長度）。

三、直流電動機的接線方式

直流電機（發(fā)電機及電動機）的自激磁系統(tǒng)有三種接線方式，分別是并激式、串激式和復(fù)激式。

另外，有他勵式，勵磁系統(tǒng)由獨立電源供應(yīng)電力。特性與并激式相同。

并激式

激磁系統(tǒng)及電樞并聯(lián)接駁到直流電源。負載增加時，扭力增加，轉(zhuǎn)速不太受影響。

串激式

串激式電動機，負載增大時，扭力增大但轉(zhuǎn)速減慢。

串激式直流電動機即是通用電動機，可用于交流電。但受到電抗影響，扭力和轉(zhuǎn)速會較用直流電時低。

復(fù)激式

具有并激式和串激式的特性，大起動扭力及較穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。

四、直流電動機的特性

直流電動機的好處為在控速方面比較簡單，只需控制電壓大小即可控制轉(zhuǎn)速，但此類電動機不宜在高溫、易燃等環(huán)境下操作，而且由于電動機中需要以碳刷作為電流變換器的部件（有刷電動機），所以需要定期清理炭刷磨擦所產(chǎn)生的污物。

無碳刷之電動機稱為無刷電動機，相對于有刷，無刷電動機因為少了碳刷與軸的摩擦因此較省電也比較安靜。制作難度較高、價格也較高。

交流電動機則可以在高溫、易燃等環(huán)境下操作，而且不用定期清理碳刷的污物，但在控速上比較困難，因為控制交流電動機轉(zhuǎn)速需要控制交流電的頻率（或使用感應(yīng)電動機，用增加內(nèi)部阻力的方式，在相同交流電的頻率下降低電動機轉(zhuǎn)速），控制其電壓只會影響電動機的扭力。

一般工業(yè)用直流電動機之電壓有DC110V(125V)和DC220V兩種。

五、直流電動機的類型

直流電動機根據(jù)其結(jié)構(gòu)分為不同的類別。最常見的類型包括有刷或無刷，永磁，串聯(lián)和并聯(lián)。

①、有刷和無刷電機

有刷直流電動機使用一對石墨或碳刷，用于傳導(dǎo)或傳遞來自電樞的電流。這些電刷通常保持在換向器附近。直流電動機中電刷的其他有用功能包括確保無火花運行，在旋轉(zhuǎn)過程中控制電流方向以及保持換向器清潔。

無刷直流電動機不包含碳刷或石墨刷。它們通常包含一個或多個圍繞固定電樞旋轉(zhuǎn)的永磁體。無刷直流電動機代替電刷，利用電子電路控制旋轉(zhuǎn)方向和速度。

②、永磁電動機

永磁電動機由被兩個相對的永磁體包圍的轉(zhuǎn)子組成。直流電通過時，磁鐵會提供磁場通量，這會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子根據(jù)極性沿順時針或逆時針方向旋轉(zhuǎn)。這種電動機的主要優(yōu)點是，它可以以恒定的頻率以同步速度運行，從而實現(xiàn)最佳的速度調(diào)節(jié)。

③、繞線式直流電動機

串聯(lián)電動機的定子（通常由銅條制成）繞組和勵磁繞組（銅線圈）串聯(lián)連接。因此，電樞電流和勵磁電流相等。高電流直接從電源流入勵磁繞組，勵磁繞組比并聯(lián)電動機中的繞組厚且更少。勵磁繞組的厚度增加了電動機的負載能力，并且還產(chǎn)生了強大的磁場，為串聯(lián)直流電動機提供了非常高的扭矩。

④、并聯(lián)直流電動機

并聯(lián)直流電動機的電樞和勵磁繞組并聯(lián)連接。由于并聯(lián)，兩個繞組都接受相同的電源電壓，盡管它們分別被激勵。與串聯(lián)電動機相比，并聯(lián)電動機的繞組匝數(shù)通常更多，串聯(lián)電動機在運行過程中會產(chǎn)生強大的磁場。即使負載變化，并聯(lián)電動機也可以具有出色的速度調(diào)節(jié)。但是，它們通常缺少串聯(lián)電動機的高啟動轉(zhuǎn)矩。

微型鉆中安裝的電動機和速度控制電路

圖源：DilshanR.Jayakody

六、直流電動機如何速度控制？

在串聯(lián)直流電動機中，可通過三種主要方法來實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)：磁通控制，電壓控制和電樞電阻控制。

1.助焊劑控制方法

在磁通控制方法中，變阻器（一種可變電阻器）與勵磁繞組串聯(lián)連接。該組件的目的是增加繞組中的串聯(lián)電阻，這將減小磁通量，從而提高電動機的速度。

2.電壓調(diào)整方法

可變調(diào)節(jié)方法通常用于并聯(lián)直流電動機中。同樣，有兩種方法可以實現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)控制：

將并聯(lián)磁場連接到固定的勵磁電壓，同時為電樞提供不同的電壓（也稱為多電壓控制）

改變提供給電樞的電壓（又稱沃德·倫納德方法）

3.電樞電阻控制方法

電樞電阻控制基于以下原理：電動機的速度與反電動勢成正比。因此，如果電源電壓和電樞電阻保持恒定值，則電動機的速度將與電樞電流成正比。