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直流電機(jī)（direct current machine）是指能將直流電能轉(zhuǎn)換成
機(jī)械能（直流電動(dòng)機(jī)）或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能（直流發(fā)電機(jī)）的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。它是能實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。當(dāng)它作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流電動(dòng)機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。
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組成結(jié)構(gòu)
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直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)靜止不動(dòng)的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場(chǎng)，由機(jī)座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，是直流電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風(fēng)扇等組成。
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定子
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（1）主磁極
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主磁極的作用是產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)。主磁極由主磁極鐵心和勵(lì)磁繞組兩部分組成。
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鐵心一般用0.5mm～1.5mm厚的硅鋼板沖片疊壓鉚緊而成，分為極身和極靴兩部分，上面套勵(lì)磁繞組的部分稱為極身，下面擴(kuò)寬的部分稱為極靴，極靴寬于極身，既可以調(diào)整氣隙中磁場(chǎng)的分布，又便于固定勵(lì)磁繞組。勵(lì)磁繞組用絕緣銅線繞制而成，套在主磁極鐵心上。整個(gè)主磁極用螺釘固定在機(jī)座上，
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（2）換向極
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換向極的作用是改善換向，減小電機(jī)運(yùn)行時(shí)電刷與換向器之間可能產(chǎn)生的換向火花，一般裝在兩個(gè)相鄰主磁極之間，由換向極鐵心和換向極繞組組成。換向極繞組用絕緣導(dǎo)線繞制而成，套在換向極鐵心上，換向極的數(shù)目與主磁極相等。
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（3）機(jī)座
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電機(jī)定子的外殼稱為機(jī)座。機(jī)座的作用有兩個(gè)：
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一是用來(lái)固定主磁極、換向極和端蓋，并起整個(gè)電機(jī)的支撐和固定作用；
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二是機(jī)座本身也是磁路的一部分，借以構(gòu)成磁極之間磁的通路，磁通通過(guò)的部分稱為磁軛。為保證機(jī)座具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和良好的導(dǎo)磁性能，一般為鑄鋼件或由鋼板焊接而成。
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（4）電刷裝置
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電刷裝置是用來(lái)引入或引出直流電壓和直流
電流的。電刷裝置由電刷、刷握、刷桿和刷桿座等組成。電刷放在刷握內(nèi)，用彈簧壓緊，使電刷與換向器之間有良好的滑動(dòng)接觸，刷握固定在刷桿上，刷桿裝在圓
環(huán)形的刷桿座上，相互之間必須絕緣。刷桿座裝在端蓋或軸承內(nèi)蓋上，圓周位置可以調(diào)整，調(diào)好以后加以固定。
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轉(zhuǎn)子
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（1）電樞鐵心
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電樞鐵心是主磁路的主要部分，同時(shí)用以嵌放電樞繞組。
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一般電樞鐵心采用由0.5mm厚的硅鋼片沖制而成的沖片疊壓而成，以降低電機(jī)運(yùn)行時(shí)電樞鐵心中產(chǎn)生的渦流損耗和磁滯損耗。疊成的鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上。鐵心的外圓開(kāi)有電樞槽，槽內(nèi)嵌放電樞繞組。
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（2）電樞繞組
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電樞繞組的作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，是直流電機(jī)進(jìn)行能量變換的關(guān)鍵部件，所以叫電樞。它是由許多線圈（以下稱元件）按一定規(guī)律連接而成，線圈采用高強(qiáng)度漆包線或玻璃絲包扁銅線繞成，不同線圈的線圈邊分上下兩層嵌放在電樞槽中，線圈與鐵心之間以及上、下兩層線圈邊之間都必須妥善絕緣。為防止離心力將線圈邊甩出槽外，槽口用槽楔固定。線圈伸出槽外的端接部分用熱固性無(wú)緯玻璃帶進(jìn)行綁扎。
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（3）換向器
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在直流電動(dòng)機(jī)中，換向器配以電刷，能將外加直流
電源轉(zhuǎn)換為電樞線圈中的交變電流，
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使電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變；在直流發(fā)電機(jī)中，換向器配以電刷，能將電樞線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的交變電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為正、負(fù)電刷上引出的直流電動(dòng)勢(shì)。換向器是由許多換向片組成的圓柱體，換向片之間用云母片絕緣。
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（4）轉(zhuǎn)軸
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轉(zhuǎn)軸起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的支撐作用，需有一定的機(jī)械強(qiáng)度和剛度，一般用圓鋼加工而成。
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直流電機(jī)里邊固定有環(huán)狀永磁體，電流通過(guò)轉(zhuǎn)子上的線圈產(chǎn)生安培力，當(dāng)轉(zhuǎn)子上的線圈與磁場(chǎng)平行時(shí)，再繼續(xù)轉(zhuǎn)受到的磁場(chǎng)方向?qū)⒏淖儯虼舜藭r(shí)轉(zhuǎn)子末端的電刷跟轉(zhuǎn)換片交替接觸，從而線圈上的電流方向也改變，產(chǎn)生的洛倫茲力方向不變，所以電機(jī)能保持一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
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直流發(fā)電機(jī)的工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)的交變電動(dòng)勢(shì)，
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靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時(shí)變?yōu)橹绷麟妱?dòng)勢(shì)的原理。
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感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向按右手定則確定（磁感線指向手心，大拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)方向，其他四指的指向就是導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向）。
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導(dǎo)體受力的方向用左手定則確定。這一對(duì)電磁力形成了作用于電樞一個(gè)力矩，這個(gè)力矩在旋轉(zhuǎn)電機(jī)里稱為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時(shí)針?lè)较颍髨D使電樞逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。如果此電磁轉(zhuǎn)矩能夠克服電樞上的阻轉(zhuǎn)矩（例如由摩擦引起的阻轉(zhuǎn)矩以及其它負(fù)載轉(zhuǎn)矩），電樞就能按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)起來(lái)。
無(wú)刷直流電機(jī)的工作原理本質(zhì)上與有刷電機(jī)類(lèi)似，有刷直流電機(jī)采用機(jī)械的電刷和換向器對(duì)繞組中的電流進(jìn)行換向。而無(wú)刷電機(jī)采用電子方式對(duì)繞組電流換向。
直流電機(jī)中轉(zhuǎn)矩是通過(guò)永磁體磁場(chǎng)和繞組中的電流相互作用產(chǎn)生的，在有刷電機(jī)中，換向器通過(guò)切換電樞繞組實(shí)現(xiàn)電樞電流的換向與合適的磁場(chǎng)。而無(wú)刷直流電機(jī)中，霍爾位置傳感器探測(cè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的位置，通過(guò)邏輯與驅(qū)動(dòng)電路，給相應(yīng)的繞組激勵(lì)。總的說(shuō)來(lái)，繞組根據(jù)電機(jī)永磁體的磁場(chǎng)作出反應(yīng)，從而產(chǎn)生需要的轉(zhuǎn)矩。如圖1是一種三相8極（四對(duì)磁極）無(wú)刷直流電機(jī)基本組成：
旋轉(zhuǎn)的永磁體轉(zhuǎn)過(guò)雙極型數(shù)字霍爾傳感器時(shí)，會(huì)使雙極型數(shù)字霍爾傳感器狀態(tài)發(fā)生改變。如上圖中8極磁體無(wú)刷直流電機(jī)中，每?jī)蓚€(gè)南極之間相隔90度，霍爾傳感器相隔120度放置，此時(shí)霍爾傳感器之間電角度相隔30度。南極靠近時(shí)，雙極型數(shù)字霍爾傳感器轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)數(shù)字霍爾傳感器在0度電角度轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)時(shí)，第二個(gè)數(shù)字霍爾傳感器在30度電角度時(shí)工作，第三個(gè)數(shù)字霍爾傳感器在60度電解時(shí)工作。
當(dāng)北極經(jīng)過(guò)雙極數(shù)字型霍爾傳感器時(shí)，數(shù)字霍爾傳感器會(huì)轉(zhuǎn)為釋放狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)的8極磁體的每個(gè)北極與相鄰的南極之間為45度，因此，數(shù)字霍爾傳感器在磁體轉(zhuǎn)過(guò)45度后，會(huì)由工作狀態(tài)轉(zhuǎn)為釋放狀態(tài)。如圖2為數(shù)字霍爾傳感器控制的輸出電平狀態(tài)。
上述三個(gè)雙極型數(shù)字霍爾傳感器的輸出作為轉(zhuǎn)子位置的編碼器使用，將磁體的位置和極性信息作為信號(hào)發(fā)送給邏輯電路，用于開(kāi)斷H形橋式功率管，如圖3，三相無(wú)刷直流電機(jī)典型驅(qū)動(dòng)電路。
圖中R1，S1，T1可以由上述信號(hào)驅(qū)動(dòng)，而R2，S2，T2由上述信號(hào)反相后驅(qū)動(dòng)。這樣，根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁體的位置，每對(duì)功率管會(huì)相應(yīng)地開(kāi)通或判斷，從而以正確的順序、在正確的時(shí)間為電機(jī)繞組提供電流。
數(shù)字霍爾元件的選型，需根據(jù)安裝要求（即轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向）與霍爾元件的感應(yīng)方向，進(jìn)行合理選擇。
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