1.3 有刷直流电动机结构原理

1.3.1 有刷直流电动机结构

有刷直流电动机具有良好的起动、调速和制动性能，且其控制电路相对简单，因此被广泛应用于小家电、电动车、城市电车、地铁列车、精密机床中。图1—21所示为典型有刷直流电动机的应用。

图1—22为典型有刷直流电动机的拆解图。有刷直流电动机的定子是由永磁体组成的，转子是由绕组和换向器构成的，电刷安装在定子机座上，电源通过电刷及换向器实现电动机绕组（线圈）中电流方向的变化。

图1—23所示为典型有刷直流电动机的结构。

1.定子

有刷直流电动机的定子部分主要由主磁极（定子永磁体或绕组）、衔铁、端盖和电刷等部分组成。图1—24所示为典型有刷直流电动机定子部分的结构。

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在有些有刷直流电动机中，主磁极部分是由主磁极铁心和套装在铁心上的励磁绕组构成，其结构如图1—25所示。

2.转子

直流电动机的转子部分主要由转子铁心、转子绕组、轴承、电动机轴、换向器等部分组成的。

图1—26所示为典型有刷直流电动机转子部分的结构。

1.3.2 有刷直流电动机原理

有刷直流电动机工作时，绕组和换向器旋转，主磁极（定子）及电刷不旋转，直流电源经电刷加到转子绕组上，绕组电流方向的交替变化是随电动机转动的换向器以及与其相关的电刷的位置变化而变化的。图1—27所示为有刷直流电动机的工作原理结构图。

有刷直流电动机在接通电源一瞬间时，直流电源的正、负极通过电刷A和B与直流电动机的转子绕组接通，直流电流经电刷A、换向器1、绕组ab和cd、换向器2、电刷B返回到电源的负极。

图1—28所示为有刷直流电动机接通电源一瞬间时的工作过程。

当有刷直流电动机转子转过90°时，两个绕组边缘处于磁场的物理中性面，且电刷不与换向片接触，绕组中没有电流流过， F =0，转矩消失。

图1—29所示为有刷直流电动机转子转过90°时的工作过程。

由于机械惯性的作用，有刷直流电动机的转子将冲过一个角度（90°），这时绕组中又有电流流过，此时直流电流经电刷A、换向器2，绕组dc和ba、换向器1、电刷B返回到电源的负极。绕组转动180°后其中的电流方向发生了变化，转动方向不变。

图1—30所示为有刷直流电动机转子再经90°旋转的工作过程。

由此可见，一个绕组从一个磁极范围经过中性面到了相对的异性磁极范围时，通过绕组的电流方向已改变一次，因此转子的转动方向保持不变。改变绕组中电流方向是靠换向器和电刷来完成的。

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图1—31所示为有刷直流电动机转动一周的工作过程。