第1讲 直流电机的结构

知识点：直流电动机的结构主讲教师：韩振花直流电动机概述1

目录2直流电动机的结构23直流电动机概述

直流电机是实现直流电能与机械能之间相互转换的电力机械，按用途可分为直流电动机和直流发电机两类。将机械能转变成直流电能的电机称为直流发电机，将直流电能转变成机械能的电机称为直流电动机。图3-1直流发电机图3-2直流电动机直流电动机的特点1

直流电动机与交流电动机相比，它具有优良的调速性能和起动性能。

直流电动机的优点：

①有宽广的调速范围，平滑的无级调速特性；

②过载能力大，能承受频繁的冲击负载；

③可实现频繁的无级快速起动、制动和反转；

④能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求。而直流发电机则能提供无脉动的大功率直流电源，且输出电压可以精确地调节和控制。直流电动机的特点1

但直流电机也有它显著的缺点：

一是制造工艺复杂，消耗有色金属较多，生产成本高；

二是直流电机在运行时由于电刷与换向器之间容易产生火花，因而可靠性较差，维护比较困难。

所以在一些对调速性能要求不高的领域中已被交流变频调速系统所取代。但是在某些要求调速范围大，快速性高，精密度好，控制性能优异的场合，直流电动机的应用目前仍占有较大的比重。直流电动机的用途2

由于直流电动机具有良好的起动和调速性能，常应用于对起动和调速有较高要求的场合，如大型可逆式轧钢机、矿井卷扬机、宾馆高速电梯、龙门刨床、电力机车、内燃机车、城市电车、地铁列车、电动自行车、造纸和印刷机械、船舶机械、大型精密机床和大型起重机等生产机械中。图3-3直流电动机的用途直流电动机的结构

直流电动机和直流发电机的结构基本是相同的，即都有可旋转部分和静止部分。可旋转部分称为转子，静止部分称为定子，在定子和转子之间存在着空气隙。小型直流电动机结构如图3-4所示，其剖面结构如图3-5所示。图3-4小型直流电动机的结构图3-5小型直流电动机的剖面结构定子部分1

定子的作用，在电磁方面是产生磁场和构成磁路，在机械方面是整个电机的支撑，定子由磁极、机座、换向极、电刷装置、端盖和轴承组成。定子部分1（1）机座

机座也就是外壳部分，直流电机的机座外形如图3-4所示，直流电机的机座有两种形式，一种为整体机座，另一种为叠片机座。整体机座是用导磁率效果较好的铸钢材料制成的，该种机座能同时起到导磁和机械支撑作用。由于机座起导磁作用，因此机座是主磁路的一部分，成为定子铁轭。主磁极、换向极及端盖均固定在机座上，机座起支撑作用。一般直流电机均采用整体机座。叠片机座是用薄钢板冲片叠压成定子铁轭，再把定子铁轭固定在一个专起支撑作用的机座里，这样定子铁轭和机座是分开的，机座只起支撑作用，可用普通钢板制成。叠片机座主要用于主磁通变化快，调速范围较高的场合。定子部分1（2）主磁极主磁极的作用是产生恒定、有一定的空间分布形状的气隙磁通密度。主磁极由主磁极铁心和放置在铁心上的励磁绕组构成。主磁极铁心分成极身和极靴，极靴的作用是使气隙磁通密度的空间分布均匀并减小气隙磁阻，同时极靴对励磁绕组也起支撑作用。为减小涡流损耗，主磁极铁心是用1.0~1.5mm厚的低碳钢板冲成一定形状，用铆钉把冲片铆紧，然后再固定在机座上。主磁极上的线圈是用来产生主磁通的，称为励磁绕组。1（2）主磁极主磁极的结构如图3-6所示。当给励磁绕组通入直流电时，各主磁极均产生一定极性，相邻两主磁极的极性是N、S交替出现的。图3-6直流电机的主磁极结构定子部分定子部分1（3）换向极换向极又称为附加极，其结构如图3-7所示，换向极安装在相邻的两主磁极之间，用螺钉固定在机座上，用来改善直流电机的换向，一般电机容量超过1kW时均应安装换向极。

图3-7直流电机的主磁极结构定子部分1（3）换向极换向极是由换向极铁心和换向极线圈组成。换向极铁心可根据换向要求用整块钢制成，也可用厚1~1.5mm厚钢板或硅钢片叠成，所有的换向极线圈串联后称换向绕组，换向绕组与电枢绕组串联。换向极数目一般与主极数目相同，但在功率很小的直流电机中，只装主极数一半的换向极或不装换向极。换向极极性根据换向要求确定。定子部分1（4）电刷

电刷装置的作用是通过电刷和旋转的换向器表面的滑动接触，把转动的电枢绕组与外电路连接起来。电刷装置一般由电刷、刷握、刷杆、刷杆座和汇流条组成。电刷是用石墨制成的导电块，放在刷握内，用弹簧以一定的压力将它压在换向器的表面上。刷握用螺钉夹紧在刷杆上，刷杆装在一个可以转动的刷杆座上，成为一个整体部件。刷杆与刷杆座之间是绝缘的，以免正、负电刷短路。定子部分1（5）端盖

电机中的端盖主要起支撑作用。端盖固定在机座上，其上放置轴承支撑直流电机的转轴，使直流电机能够旋转。转子部分2

转子又称电枢，是电机的转动部分，其作用是感应电势和产生电磁转矩，从而实现能量的转换，转子由电枢铁心、换向器、电机转轴、电枢绕组、轴承和风扇组成。转子部分2（1）电枢铁心电枢铁心的作用是通过磁通（电机磁路的一部分）和嵌放电枢绕组。为减小当电机旋转时铁心中的磁通方向发生变化引起的磁滞损耗和涡流损耗，电枢铁心用0.35mm或0.5mm厚的硅钢片叠成，叠片两面涂有绝缘漆。转子部分2（1）电枢铁心铁心叠片沿轴向叠装，中小型电机的电枢铁心通常直接压装在轴上；在大型电机中，由于转子直径较大，电枢铁心压装在于轴上的转子支架上。电枢铁心冲片上冲有放置电枢绕组的电枢槽、轴孔和通风孔。图3-9所示为小型直流电机的电枢冲片形状和电枢铁心装配图。图3-9直流电机的电枢铁心和电枢冲片结构转子部分2（2）电枢绕组

电枢绕组安放在电枢铁心槽内，随着电枢旋转，在电枢绕组中产生感应电势；当电枢绕组中通过电流时，能与磁场作用产生电磁转矩，使电枢向一定的方向旋转。在电机中每一个线圈称为一个元件，多个元件有规律地连接起来形成电枢绕组。绕制好的绕组放置在电枢铁心上的槽内，放置在铁心槽内的直线部分在电机运转时将产生感应电动势，称为元件的有效部分；在电枢槽两端把有效部分连接起来的部分称为端接部分，端接部分仅起连接作用，在电机运行过程中不产生感应电动势。

转子部分2（2）电枢绕组

电枢绕组用圆铜线或矩形截面铜导线制成，铜线的截面积决定于线圈中通过电流的大小。在直流电机电枢槽的剖面图中，除导线本身包有绝缘外，上下层线圈间及线圈和铁心之间都必须妥善绝缘。为了防止线圈在离心力作用下甩出，在槽口处用槽楔将线圈边封在槽内，线圈伸出槽外的端接部分，用热固性无纬玻璃丝带或非磁性钢丝扎紧。槽楔可用竹片或酚醛玻璃布板制成。2（3）换向器换向器又称为整流子，对于发电机，换向器的作用是把电枢绕组中的交变电动势转变为直流电动势向外部输出直流电压，对于电动机，它是把外界供给的直流电流转变为绕组中的交变电流以使电机旋转。换向器结构如图3-10所示。转子部分

图3-10直流电动机换向器结构转子部分2（3）换向器换向器是由换向片组合而成，是直流电机的关键部件，也是最薄弱的部分。换向器采用导电性能好、硬度大、耐磨性能好的紫铜或铜合金制成。换向片的底部做成燕尾形状，换向片的燕尾部分嵌在含有云母绝缘的V型钢环内，拼成圆筒形套入钢套筒上，相邻的两换向片间以0.6~1.2mm的云母片作为绝缘，最后用螺旋压圈压紧。换向器固定在转轴的一端。换向片靠近电枢绕组一段的部分与绕组引出线相焊接。转子部分