直流電機(jī)是將直流電功率轉(zhuǎn)換為機(jī)械功率的任何一類(lèi)電機(jī)。最常見(jiàn)的類(lèi)型取決于磁場(chǎng)產(chǎn)生的力。幾乎所有類(lèi)型的DC電機(jī)都具有某種機(jī)電或電子內(nèi)部機(jī)制，以定期更改部分電機(jī)的電流方向。大多數(shù)類(lèi)型會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。線性電機(jī)直接產(chǎn)生直線上的力和運(yùn)動(dòng)。

直流電機(jī)是被 廣泛使用的第一種類(lèi)型，因?yàn)樗鼈兛梢杂涩F(xiàn)有的直流照明配電系統(tǒng)供電。直流電機(jī)的速度可以通過(guò)使用可變的電源電壓或通過(guò)改變其勵(lì)磁繞組中的電流強(qiáng)度來(lái)在很寬的范圍內(nèi)進(jìn)行控制。小型直流電機(jī)用于工具，玩具和家用電器。通用電機(jī)可以在直流電下運(yùn)行，但它是用于便攜式電動(dòng)工具和設(shè)備的輕型電機(jī)。較大的直流電機(jī)用于電動(dòng)汽車(chē)，電梯和提升機(jī)的推進(jìn)，或用于軋鋼機(jī)的驅(qū)動(dòng)器。電力電子技術(shù)的出現(xiàn)使得在許多應(yīng)用中可以用交流電機(jī)代替直流電機(jī)。

電磁電機(jī)

電流流過(guò)的線圈會(huì)產(chǎn)生與線圈中心對(duì)齊的電磁場(chǎng)。線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向和大小可以隨流過(guò)線圈的電流的方向和大小而變化。

一個(gè)簡(jiǎn)單的直流電機(jī)在定子中有一組固定的磁鐵，在電樞中有一根或多根絕緣電線的繞組，包裹著一根軟鐵心，該鐵心集中了磁場(chǎng)。繞組通常在鐵心周?chē)卸鄠€(gè)匝數(shù)，在大型電機(jī)中，可能會(huì)有多個(gè)并聯(lián)的電流路徑。導(dǎo)線繞組的末端連接到換向器。換向器允許每個(gè)電樞線圈依次通電，并通過(guò)電刷將旋轉(zhuǎn)線圈與外部電源連接。(無(wú)刷直流電機(jī)的電子器件可接通和斷開(kāi)流向每個(gè)線圈的直流電流，并且沒(méi)有電刷。)

發(fā)送到線圈的電流總量，線圈的大小及其包裹的內(nèi)容決定了所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的強(qiáng)度。

打開(kāi)或關(guān)閉特定線圈的順序決定了指向有效電磁場(chǎng)的方向。通過(guò)依次打開(kāi)和關(guān)閉線圈，可以創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。這些旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與電機(jī)(定子)固定部分中的磁體(永磁體或電磁體)的磁場(chǎng)相互作用，在電樞上產(chǎn)生使電樞旋轉(zhuǎn)的力。在某些直流電機(jī)設(shè)計(jì)中，定子磁場(chǎng)使用電磁體產(chǎn)生其磁場(chǎng)，從而可以更好地控制電機(jī)。

在高功率水平下，直流電機(jī)幾乎總是使用強(qiáng)制空氣進(jìn)行冷卻。

不同數(shù)量的定子和電樞磁場(chǎng)以及它們的連接方式提供了不同的固有速度/轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)特性。直流電機(jī)的速度可以通過(guò)改變施加到電樞的電壓來(lái)控制。在電樞電路或勵(lì)磁電路中引入可變電阻可以實(shí)現(xiàn)速度控制。現(xiàn)代的直流電機(jī)通常由電力電子系統(tǒng)控制，該電力電子系統(tǒng)通過(guò)將直流電流“斬波”為具有有效較低電壓的開(kāi)和關(guān)周期來(lái)調(diào)節(jié)電壓。

由于串聯(lián)繞組直流電機(jī)在低速時(shí)會(huì)產(chǎn)生最大的扭矩，因此通常用于電力機(jī)車(chē)和電車(chē)等牽引應(yīng)用中。多年來(lái)，直流電機(jī)一直是電力和柴油電力機(jī)車(chē)，有軌電車(chē)/電車(chē)以及柴油電動(dòng)鉆機(jī)上的電力牽引驅(qū)動(dòng)器的支柱。從1870年代開(kāi)始引入直流電機(jī)和用于運(yùn)行機(jī)械的電網(wǎng)系統(tǒng)，引發(fā)了新的第二次工業(yè)革命。直流電機(jī)可以直接通過(guò)可充電電池運(yùn)行，從而為第一批電動(dòng)汽車(chē)，當(dāng)今的混合動(dòng)力汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)提供動(dòng)力，并驅(qū)動(dòng)許多無(wú)繩工具。時(shí)至今日，直流電機(jī)仍被應(yīng)用在諸如玩具和磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器之類(lèi)的小型應(yīng)用中，或者用于操作鋼軋機(jī)和造紙機(jī)的大型應(yīng)用中。帶有單獨(dú)勵(lì)磁場(chǎng)的大型直流電機(jī)通常與礦井提升機(jī)的繞線機(jī)驅(qū)動(dòng)器配合使用，以實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)矩以及使用晶閘管驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行平穩(wěn)速度控制。現(xiàn)在，這些已被帶有變頻驅(qū)動(dòng)器的大型交流電機(jī)所取代。

如果將外部電源施加到直流電機(jī)，它將充當(dāng)直流發(fā)電機(jī)，即發(fā)電機(jī)。此功能用于減慢混合動(dòng)力汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)上的電池并為其充電，或者在速度減慢時(shí)將電力返回到街車(chē)或電動(dòng)火車(chē)線路上使用的電網(wǎng)。此過(guò)程稱(chēng)為混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車(chē)的再生制動(dòng)。在柴油機(jī)車(chē)中，他們還使用直流電機(jī)作為發(fā)電機(jī)，以減慢速度，但耗散電阻器組中的能量。較新的設(shè)計(jì)正在添加大型電池組，以回收部分能量。

有刷直流電機(jī)

有刷直流電機(jī)通過(guò)使用內(nèi)部換向，固定磁體(永磁體或電磁體)和旋轉(zhuǎn)電磁體，直接從供應(yīng)給電機(jī)的直流電中產(chǎn)生扭矩。

有刷直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)包括低初始成本，高可靠性和簡(jiǎn)單的電機(jī)速度控制。缺點(diǎn)是高強(qiáng)度用途的維護(hù)成本高且使用壽命短。維護(hù)包括定期更換承載電流的碳刷和彈簧，以及清潔或更換換向器。這些組件是將電能從電機(jī)外部傳遞到電機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)繞組所必需的。電刷由導(dǎo)體組成。

無(wú)刷直流電機(jī)

典型的無(wú)刷直流電機(jī)在轉(zhuǎn)子中使用一個(gè)或多個(gè)永磁體，在電機(jī)殼體上使用電磁體作為定子。電機(jī)控制器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。這種設(shè)計(jì)在機(jī)械上比有刷電機(jī)簡(jiǎn)單，因?yàn)樗藢⒐β蕪碾姍C(jī)外部傳遞到旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的麻煩。電機(jī)控制器可以通過(guò)霍爾效應(yīng)傳感器或類(lèi)似設(shè)備感測(cè)轉(zhuǎn)子的位置，并可以精確控制轉(zhuǎn)子線圈中電流的時(shí)間，相位等，以優(yōu)化扭矩，節(jié)省功率，調(diào)節(jié)速度，甚至進(jìn)行制動(dòng)。無(wú)刷電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)包括壽命長(zhǎng)，幾乎不需要維護(hù)或效率高。缺點(diǎn)包括高昂的初始成本和更復(fù)雜的電機(jī)速度控制器。

不換向

其他類(lèi)型的直流電機(jī)不需要換向。

同極性電機(jī)—同極性電機(jī)具有沿旋轉(zhuǎn)軸的磁場(chǎng)，并且在某些點(diǎn)上具有不平行于磁場(chǎng)的電流。同極性的名稱(chēng)是指不存在極性變化。

同極性電機(jī)必須具有單匝線圈，這將它們限制在非常低的電壓下。這限制了這種電機(jī)的實(shí)際應(yīng)用。

滾珠軸承電機(jī)—滾珠軸承電機(jī)是一種不尋常的電機(jī)，由兩個(gè)滾珠軸承式軸承組成，其內(nèi)座圈安裝在同一根導(dǎo)電軸上，而外座圈則連接到高電流，低壓電源上。另一種結(jié)構(gòu)是將外圈安裝在金屬管內(nèi)，而將內(nèi)圈安裝在帶有不導(dǎo)電部分的軸上(例如，絕緣桿上的兩個(gè)套筒)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是管將充當(dāng)飛輪。旋轉(zhuǎn)方向由初始旋轉(zhuǎn)確定，通常需要旋轉(zhuǎn)才能使其旋轉(zhuǎn)。

永磁定子電機(jī)

永磁電機(jī)在定子框架上沒(méi)有勵(lì)磁繞組，而是依靠永磁電機(jī)提供磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與該磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。與電樞串聯(lián)的補(bǔ)償繞組可用于大型電機(jī)，以改善負(fù)載下的換向。由于此字段是固定的，因此無(wú)法對(duì)其進(jìn)行速度控制調(diào)整。PM磁場(chǎng)(定子)在微型電機(jī)中很方便，可以消除磁場(chǎng)繞組的功耗。大多數(shù)較大的直流電機(jī)為“發(fā)電機(jī)”型，具有定子繞組。從歷史上看，如果將PM拆卸下來(lái)，就不能使其保持高通量。勵(lì)磁繞組更實(shí)用，以獲得所需的磁通量。但是，大型PM不僅價(jià)格昂貴，而且危險(xiǎn)且難以組裝。這有利于大型機(jī)器的傷口領(lǐng)域。

為了使總重量和尺寸最小化，微型永磁電機(jī)可能會(huì)使用由釹或其他重要元素制成的高能磁體。大多數(shù)是釹鐵硼合金。具有較高的磁通密度，具有高能量PM的電機(jī)至少可以與所有最佳設(shè)計(jì)的單饋同步和感應(yīng)電機(jī)競(jìng)爭(zhēng)。微型電機(jī)類(lèi)似于圖中的結(jié)構(gòu)，不同之處在于微型電機(jī)至少具有三個(gè)轉(zhuǎn)子磁極(無(wú)論轉(zhuǎn)子處于什么位置，以確保啟動(dòng))，并且它們的外殼是鋼管，該鋼管磁連接彎曲磁場(chǎng)磁體的外部。