2.1 直流電動機的結構

國產Z2及Z4系列直流電動機的外形如圖2.1所示，其中Z4系列直流電動機上部為給電動機進行冷卻用的騎式鼓風機。直流電動機的內部結構如圖2.2所示，四極直流電動機的徑向截面如圖2.3所示。

直流電動機主要由定子和轉子兩大部分組成，在定子和轉子之間還有一定大小的間隙（稱氣隙）。下面介紹直流電動機各主要零部件的結構及作用。

1.定子

直流電動機定子的作用是產生磁場和作為電動機的機械支撐。主要由主磁極、機座、換向磁極、電刷裝置、端蓋和軸承構成，如圖2.4所示。

（1）主磁極。主磁極的作用是產生主磁場，永磁式直流電動機的主磁極直接由不同極性的永久磁體組成。勵磁式直流電動機的主磁極則由主磁極鐵芯和主磁極繞組兩部分組成，如圖2.5所示。

① 主磁極鐵芯。主磁極鐵芯作為電動機磁路的一部分，由于電樞在旋轉時，電樞鐵芯上的槽與齒相對于主磁極鐵芯在不斷地變化，即磁路的磁阻在不斷變化，從而在主磁極鐵芯中將引起渦流損耗，為減小此損耗，主磁極鐵芯一般用1～1.5mm薄鋼板沖制成型后，再用鉚釘鉚緊成一個整體，最后用螺釘固定在機座上。主磁極鐵芯柱體部分稱為極身，靠近氣隙一端較寬的部分稱為極靴，極靴沿氣隙表面處做成弧形，使氣隙磁通密度分布更為合理。極靴與極身交界處形成一個突出的肩部，用于支撐主磁極繞組。

② 主磁極繞組。小型電動機的主磁極繞組通常用絕緣銅線制成一個集中的線圈，經過絕緣處理，套在磁極鐵芯外面。當主磁極繞組通入直流電流后，鐵芯中即產生勵磁磁動勢及其磁通，并在氣隙中建立勵磁磁場。

主磁極總是N、S兩極成對出現。各主磁極的勵磁繞組通常相互串聯，連接時要能保證相鄰磁極的極性N、S交替排列。

（2）換向磁極。換向磁極又稱附加極，它裝在兩個主磁極之間，起到改善直流電動機換向的作用，一般電動機容量超過1kW時應安裝換向磁極。換向磁極由換向磁極鐵芯和換向磁極繞組構成。換向磁極的鐵芯比主磁極的鐵芯簡單，大多用整塊鋼加工而成，其上放置換向磁極繞組，換向磁極繞組一般也用圓銅線或扁銅線繞制而成，經絕緣處理后套在換向磁極鐵芯上，最后用螺釘將換向磁極固定在機座內壁。其結構如圖2.6所示。

（3）機座。因為機座起導磁作用，所以機座是主磁路的一部分，被稱為定子鐵軛；另外，主磁極、換向磁極及端蓋均固定在機座上，機座也起支撐作用。機座一般為鑄鋼件，小功率的直流電動機機座也可用無縫鋼管加工而成。

（4）電刷裝置。電刷裝置的作用是通過電刷與換向器表面之間的滑動接觸，把電樞繞組中的電流引入或引出。電刷裝置一般由電刷、刷握、刷桿、刷桿座等部分組成，如圖2.7所示。對電刷的要求是既要有良好的導電性能，又要有好的耐磨性，因此電刷一般用石墨粉壓制而成。電刷放置在電刷盒內，并用彈簧把電刷壓緊在換向器上。電刷盒是刷握的主要部分，刷握固定在刷桿上，刷桿則固定于刷桿座上，成為一個整體部件。

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（5）前、后端蓋。前、后端蓋用來安裝軸承和支撐整個轉子重量，一般為鑄鋼件。前、后端蓋利用螺釘固定在機座兩側。

2.轉子

直流電動機的轉子又稱電樞，它是電動機的旋轉部分。由電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、轉軸和風扇等部分組成，如圖2.8所示。

（1）電樞鐵芯。電樞鐵芯是電動機主磁路的一部分，同時對放置在鐵芯槽內的電樞繞組起支撐作用。由于電樞鐵芯不斷地在磁極下旋轉，使通過電樞鐵芯中的磁通大小及方向也都在不斷地變化，因此電樞鐵芯將產生磁滯及渦流損耗。為了減小磁滯及渦流損耗，電樞鐵芯一般用0.35～0.5mm厚、表面具有絕緣層的硅鋼片疊壓而成，在硅鋼片的外圓沖有均勻分布的鐵芯槽，用于嵌放電樞繞組，如圖2.9所示。

（2）電樞繞組。電樞繞組的作用是產生感應電動勢和通過電流，實現機電能量的相互轉換。電樞繞組通常都用圓形（用于小容量的電動機）或矩形（用于大、中容量的電動機）截面的導線繞制而成，再按一定的規律嵌放在電樞鐵芯槽內，如圖2.10所示，并利用絕緣材料進行線匝之間及整個電樞繞組與電樞鐵芯之間的絕緣處理。為了防止電樞旋轉時由于離心力而使繞組飛散出來，槽口處需用絕緣材料做成槽楔將繞組壓緊。伸出槽外的繞組端接部分，用無緯玻璃絲帶綁緊。繞組端頭則按一定規則嵌放在換向器銅片的升高片槽內，并焊牢成為一個完整的電樞。

（3）換向器。換向器又稱為“銅頭”，其作用是機械整流。在直流電動機中，它將外加的直流電流轉變為繞組中的交變電流以使電動機旋轉。換向器的結構如圖2.11所示。換向器由許多換向片組成，換向片采用導電性能好、硬度大、耐磨性能好的紫銅或銅合金制成，靠近電樞繞組一端的換向片與繞組引出線相焊接。換向片凸起的一端稱為升高片，用于與電樞繞組端頭相連，換向片下部做成燕尾形，利用絕緣套筒、V形鋼環及螺旋壓圈將換向片、云母片緊固成一個整體，相鄰換向片間以0.6～1.2mm厚的云母片作為絕緣，最后用螺旋壓圈壓緊。

（4）轉軸。轉軸的作用是用來傳遞轉矩。為了使直流電動機能安全、可靠地運行，轉軸一般用合金鋼鍛壓加工而成。

（5）風扇。風扇用來降低電動機在運行中的溫升。