第7节 直流电动机是怎样工作的

相对而言，直流电动机的构造与原理要比交流电动机简单得多。它的定子结构与交流电动机的定子有很大不同，它的定子磁场是一个固定磁场，并不会像交流电动机的定子磁场那样旋转。它的转子绕组接通直流电源后，也产生一个转子磁场。

当定子磁场与转子磁场相互作用时，根据同性相斥、异性相吸的原理，转子绕组的一侧就会受到排斥，另一侧则会受到吸引，这样转子就会在两个磁场的相互作用下开始转动。

但是，由于定子的电磁场是固定不变的，转子绕组只能转半圈就会停止不动（如下图1、图2）。但是，如果此时采用换向器，将转子绕组中的电流方向改变，也就等同于改变了转子电磁场的方向，从而在同性相斥、异性相吸的电磁原理作用下，转子绕组又会继续转半圈（如下图3、图4）。然后，转子绕组电流再改变方向，转子又会转半圈。就这样周而复始，转子绕组中的电流方向总在改变，那么转子就会不停地连续旋转起来。

直流电动机工作原理示意图

永磁直流电动机原理示意图

定子磁场的产生

定子磁场也称主磁场，是由磁极产生的。主磁场的产生方式有两种：一是由永久磁铁产生的永磁场（左图）；二是由缠绕在定子铁心上的励磁绕组通上直流电后建立的（下图）。绝大多数直流电动机的定子磁场都是通过第二种方式来建立的。

励磁直流电动机原理示意图

为什么电动汽车 极少用直流电动机

直流电动机效率低，其换向器和电刷需要定期维护，运行成本高，运用场合有限，可靠性差，因此应用较少。

更为重要的是，配备直流电动机的电动汽车往往无法实现制动能量回收，因为直流电动机在作为发电机发电时，它发出的是交流电，但在直流电动汽车上不会配逆变器（因为电池都是直流电，在向直流电动机供电时不需要转换成交流电），无法将汽车制动时回收的交流电转换成直流电储存于动力电池中，这对以节能为最大宗旨的电动汽车来说，显然不太适合。

基于以上两个原因，尤其是第二个原因，现在直流电动机主要用在电控玩具、两轮或三轮电动车以及工业设备中，而在四轮电动汽车上基本不采用直流电动机。

无刷直流电动机

有刷直流电动机由于电刷的换向，使得电枢绕组通电后产生一个不断变化磁极方向的旋转磁场，从而使电动机运转。但电刷使得电动机有很多弊端，尤其是不太安全，因此人们就研究出利用转子位置传感器检测出转子的位置，通过与电枢绕组连接的各功率开关管的导通与关断，控制电枢绕组的电流方向不断改变，从而在主磁场的相互作用下拖动转子旋转。随着转子的转动，位置传感器不断地送出信号，以改变电枢绕组的通电方向，起到电刷与换向器的作用，从而使无刷直流电动机顺利地运转起来。