直流電動(dòng)機(jī)是依靠直流電驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，像交流電動(dòng)機(jī)一樣，直流電動(dòng)機(jī)也將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。它們的操作與產(chǎn)生電流的直流發(fā)電機(jī)相反。與交流電動(dòng)機(jī)不同，直流電動(dòng)機(jī)以直流電源（非正弦單向電源）運(yùn)行。

直流電動(dòng)機(jī)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(jī)器。通常，電動(dòng)機(jī)部署在需要某種形式的旋轉(zhuǎn)或運(yùn)動(dòng)控制裝置的設(shè)備中，是許多電氣工程項(xiàng)目中必不可少的組件。

一、直流電動(dòng)機(jī)的組成結(jié)構(gòu)

直流電動(dòng)機(jī)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(dá)軸心/整流器/內(nèi)六角螺絲/墊圈等零件。

可主要?jiǎng)澐譃橐韵?部分：

轉(zhuǎn)子（機(jī)器的旋轉(zhuǎn)部件；也稱為“電樞”）

定子（勵(lì)磁繞組或電動(dòng)機(jī)的“固定”部分）

換向器（有刷或無刷，取決于電機(jī)類型）

磁場(chǎng)磁鐵（提供使連接到轉(zhuǎn)子的軸旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)）

實(shí)際上，DC電動(dòng)機(jī)基于旋轉(zhuǎn)電樞產(chǎn)生的磁場(chǎng)與定子或固定組件的磁場(chǎng)之間的相互作用進(jìn)行工作。

無傳感器直流無刷電機(jī)控制器

圖源KenziMudge

二、直流電動(dòng)機(jī)的工作原理

直流電動(dòng)機(jī)根據(jù)法拉第電磁原理運(yùn)行，該原理指出，載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中時(shí)會(huì)受到作用力。根據(jù)弗萊明（Fleming）的“電動(dòng)機(jī)的左手定則”，該導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)始終沿垂直于電流和磁場(chǎng)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(chǎng)，I代表電流，L是導(dǎo)體的長(zhǎng)度）。

三、直流電動(dòng)機(jī)的接線方式

直流電機(jī)（發(fā)電機(jī)及電動(dòng)機(jī)）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(lì)式，勵(lì)磁系統(tǒng)由獨(dú)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(fù)載增加時(shí)，扭力增加，轉(zhuǎn)速不太受影響。

串激式

串激式電動(dòng)機(jī)，負(fù)載增大時(shí)，扭力增大但轉(zhuǎn)速減慢。

串激式直流電動(dòng)機(jī)即是通用電動(dòng)機(jī)，可用于交流電。但受到電抗影響，扭力和轉(zhuǎn)速會(huì)較用直流電時(shí)低。

復(fù)激式

具有并激式和串激式的特性，大起動(dòng)扭力及較穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。

四、直流電動(dòng)機(jī)的特性

直流電動(dòng)機(jī)的好處為在控速方面比較簡(jiǎn)單，只需控制電壓大小即可控制轉(zhuǎn)速，但此類電動(dòng)機(jī)不宜在高溫、易燃等環(huán)境下操作，而且由于電動(dòng)機(jī)中需要以碳刷作為電流變換器的部件（有刷電動(dòng)機(jī)），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(dòng)機(jī)稱為無刷電動(dòng)機(jī)，相對(duì)于有刷，無刷電動(dòng)機(jī)因?yàn)樯倭颂妓⑴c軸的摩擦因此較省電也比較安靜。制作難度較高、價(jià)格也較高。

交流電動(dòng)機(jī)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?yàn)榭刂平涣麟妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速需要控制交流電的頻率（或使用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速），控制其電壓只會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的扭力。

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

五、直流電動(dòng)機(jī)的類型

直流電動(dòng)機(jī)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(jī)

有刷直流電動(dòng)機(jī)使用一對(duì)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(dòng)機(jī)中電刷的其他有用功能包括確保無火花運(yùn)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(dòng)機(jī)不包含碳刷或石墨刷。它們通常包含一個(gè)或多個(gè)圍繞固定電樞旋轉(zhuǎn)的永磁體。無刷直流電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)

永磁電動(dòng)機(jī)由被兩個(gè)相對(duì)的永磁體包圍的轉(zhuǎn)子組成。直流電通過時(shí)，磁鐵會(huì)提供磁場(chǎng)通量，這會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子根據(jù)極性沿順時(shí)針或逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。這種電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是，它可以以恒定的頻率以同步速度運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)最佳的速度調(diào)節(jié)。

③、繞線式直流電動(dòng)機(jī)

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

④、并聯(lián)直流電動(dòng)機(jī)

并聯(lián)直流電動(dòng)機(jī)的電樞和勵(lì)磁繞組并聯(lián)連接。由于并聯(lián)，兩個(gè)繞組都接受相同的電源電壓，盡管它們分別被激勵(lì)。與串聯(lián)電動(dòng)機(jī)相比，并聯(lián)電動(dòng)機(jī)的繞組匝數(shù)通常更多，串聯(lián)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng)。即使負(fù)載變化，并聯(lián)電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

微型鉆中安裝的電動(dòng)機(jī)和速度控制電路

圖源：DilshanR.Jayakody

六、直流電動(dòng)機(jī)如何速度控制？

在串聯(lián)直流電動(dòng)機(jī)中，可通過三種主要方法來實(shí)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(lì)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)中。同樣，有兩種方法可以實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)控制：

將并聯(lián)磁場(chǎng)連接到固定的勵(lì)磁電壓，同時(shí)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(dòng)機(jī)的速度與反電動(dòng)勢(shì)成正比。因此，如果電源電壓和電樞電阻保持恒定值，則電動(dòng)機(jī)的速度將與電樞電流成正比。