第1章 认识直流电动机

1.1 永磁式直流电动机结构原理

1.1.1 永磁式直流电动机结构

永磁式直流电动机的定子部分由永磁体构成，转子部分由转子铁心和绕组（线圈）组成。

这种直流电动机具有体积小、功率小、转速稳定等特点。一般用于录像机、电动剃须刀等家用电子电器产品中。图1-1所示为典型永磁式直流电动机的应用。

图1-2所示为典型永磁式直流电动机的结构。永磁式直流电动机的定子磁体与圆柱形外壳制成一体，转子绕组绕制在铁心上与转轴制成一体，绕组的引线焊接在换向器上，通过电刷为其供电，电刷安装在定子机座上与外部电源相连。

1.转子

永磁式直流电动机的转子是由绝缘轴套、换向器、转子铁心、绕组和转轴（电动机轴）等部分构成的。绕组绕制在转子铁心上，分成三组对称均匀地绕在三极翼片上，三组绕组的引线分别焊接在三片换向器上，为了防止换向器电焊片之间短路，将换向器安装在绝缘套外圆，同时也防止换向器电焊片与转轴短路。

图1-3所示为典型永磁式直流电动机转子的结构。

2.换向器与电刷

换向器是将三扇形金属片（铜或银材料）嵌在绝缘轴套上制成的，它是转子绕组的供电端。由于转子工作时是旋转的，供电电源的引线不能与绕组引线焊接在一起，电源通过靠在换向器上的导体进行供电，借助于弹性压力为转动的绕组供电，三片集电环在转动过程中与两个电刷的电刷片接触，从而获得电能。可见每组绕组转动到不同的位置，其绕组中电流的方向就会发生变化。图1-4所示为典型永磁式直流电动机换向器与电刷的结构。

3.定子

图1-5所示为典型永磁式直流电动机定子的结构。我们知道一个永磁体不论大小，都具有N极和S极。如果将两个小磁体粘合成为一个磁体，则中间的部分就会变成中性磁极，两侧分别为N极、S极；如果将两个永磁体安装到一个由铁磁性材料制成的圆筒内，则圆筒外壳就称为中性磁极部分，内部两个磁体分别为N极和S极，这样就构成了产生定子磁场的磁极，转子安装于其中就会受到磁场的作用而产生转动力矩。

1.1.2 永磁式直流电动机原理

由于导体在磁场中有电流流过就会受到磁场的作用而产生转矩，这是电动机转子能够旋转的机理。转子绕组的导体中有电流时，受到定子磁场的作用所产生力的方向，遵循左手定则，这就是电动机的起动转矩产生的原理。

由此可见，增加转子的直径，加长转子轴向的长度，增强转子绕组的电流以及增强定子磁极的磁场，都会增加电动机的转矩。

图1-6所示为永磁式直流电动机转矩的产生原理。

永磁式直流电动机外加直流电源后，转子会受到磁场的作用力而旋转，但是当转子绕组旋转时又会切割磁力线而产生电动势，该电动势的方向与外加电源的方向相反，因而被称为反电动势，所以当电动机旋转起来后，电动机绕组所加电压等于外加电源电压与反电动势之差，其电压小于起动电压。

图1-7所示为永磁式直流电动机的反电动势。

1.两极式转子的工作原理

两极式转子是将转子铁心制成两翼形，每个翼片上缠绕一组绕组，共有两组绕组和两个换向器接线片。两个电刷分别接电源的正、负极。

图1-8所示为两极转子永磁式直流电动机的结构原理示意图。

图1-9所示为两极转子永磁式直流电动机的转动过程。

2.三极式转子的工作原理

三极式转子是将转子铁心制成三翼形，每个翼片上缠绕一组绕组，共有三组绕组和三个换向器接线片，但电刷仍为两个，分别接电源的正、负极。电源供电时，转子磁极是根据转角与电刷的接触状态变化。

如图1-10所示，这是三极转子永磁式直流电动机的结构原理示意图。

图1-11所示为三极转子永磁式直流电动机的转动过程。