直流电机的主要结构

现代的直流电机的结构较为复杂而且形式多种多样。图2.1.4和图2.1.5分别为直流电机的纵、横剖面结构图，它主要由定子（固定部分）和转子（转动部分）构成，两者之间是气隙，定子主要用来产生磁通和作电机的机械支撑，它包括主磁极、换向极、机座、端盖、轴承和电刷装置等部件；转子（电枢）用来产生感应电动势和电磁转矩，它包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等部件。现就几个主要部件的作用简述如下。

1.定子

（1）主磁极

主磁极（简称主极）的作用是在定子与转子之间的气隙中建立磁场，使电枢绕组在该磁场的作用下产生感应电动势和电磁转矩。主磁极包括主极铁心（包括极身和极掌）和套在主极铁心上的励磁绕组两部分，如图2.1.5所示。主磁极总是偶数，且N、S极相间出现。为了降低电枢旋转时极靴表面引起的涡流损耗，主极铁心一般用1.0～1.5mm厚的低碳钢板冲片叠压而成。在小型直流电机中，主磁极也可采用永久磁铁，它不需要励磁绕组，这种电机称作永磁直流电机。

图2.1.4　直流电机纵剖面图

图2.1.5　直流电机横剖面图

（2）换向极

换向极又称附加极，装在两相邻主磁极之间的几何中心线上，其作用是为了改善直流电机的换向，消除或减小电刷与换向器之间的火花。换向极的结构与主磁极相似，由换向极铁心和套在其上的换向极绕组两部分组成，换向绕组与电枢串联，如图2.1.5所示。换向极铁心一般用整块钢制成，当换向要求较高时用1.0～1.5mm厚的钢片叠压而成。

在1kW以下的小容量直流电机中，有时换向极的数目只有主磁极的一半，或不装换向极。

（3）机座

机座（也称机壳）既是磁极间磁的通路，又要用来固定主磁极、换向极及端盖，并借助底脚而把电机固定在基座上。机座通常用既要导磁性好与足够的导磁面积，又要有足够的机械强度和刚度的铸钢或钢板焊接制成。

对于换向要求较高的电机，机座也可用薄钢片冲片叠压而成。

（4）电刷装置

如图2.1.6所示，电刷装置的作用是把转动的电枢电路与静止的外电路接通，并与换向器配合，起到整流或逆变的作用，即引入或引出直流电压和直流电流。电刷装置是固定不动的，它由电刷、刷握、刷杆、座圈及弹簧压板等零部件组成。电刷放在刷握中由弹簧把电刷压在换向器表面上。刷握固定在刷杆上，刷杆装在座圈上，彼此之间相互绝缘。整个电刷座装在端盖或轴承内盖上，可以在一定范围内移动，用来调整电刷位置。电刷数量一般与主磁极的数量相同。

图2.1.6　直流电机的电刷装置

（5）接线盒

直流电机的电枢绕组和励磁绕组由接线盒与外部电源相连。接线盒上的电枢绕组一般标记为A或S，励磁绕组一般标记为F或L。

2.转子

（1）电枢铁心

电枢铁心是电机主磁路的一部分，它通过主磁通，而且用来嵌置电枢绕组。当电枢在磁场中旋转时，磁通方向变化引起涡流和磁滞损耗，为了减少损耗，提高电机的效率，常由涂有绝缘漆的0.5mm厚硅钢片叠压而成。

（2）电枢绕组

电枢绕组在磁场旋转时绕组中产生感应电动势，而电枢绕组中流过电流时绕组在磁场受力产生电磁转矩，它是实现机电能量转换的关键部件。如果电枢绕组只有一个单匝的绕圈，则其感应电动势及电磁转矩不仅数值太小，而且具有很大的脉动分量，不能满足现代生产对直流电机的要求。为此，现代直流电机的电枢，在其圆周上均匀地分布着许多线圈，每个可以单匝也可以多匝，称为元件。每个元件的两个有效边分别嵌放在相隔一定槽数的电枢铁心的两个槽中，所有元件按一定规律连接成一个闭合回路。

（3）换向器

在直流电动机中，换向器的作用是把电刷间的直流电流转换为绕组内的交流电流；在直流发电机中，它将绕组内的交流电动势转换为电刷间得到直流电动势。由于电枢绕组是由许多元件组成，而每个元件的两个引出端需分别连接两片换向片，所以换向器是由许多彼此互相绝缘的铜换向片所组成。图2.1.7是电枢铁心装配图。

图2.1.7　电枢铁心装配图

3.气隙

气隙并非结构部件，它是定子的磁极和转子的电枢之间自然形成的缝隙。但是，气隙是主磁路的一部分，气隙中的磁场是电机进行机电能量转换的媒介。因此，气隙的大小对电机的运行性能有很大的影响。小容量直流电机的气隙约为1～3mm，大容量电机的气隙可达几毫米。

以上介绍了直流电机的主要部件，一些次要部件不再一一叙述。