小型直流电机的基本结构如图5.4所示，从上节直流电机的基本原理可知，直流电机由两大部分组成：静止的定子和旋转的转子两大部分。定子和转子之间因为有相对运动所以需要有一定的间隙，称为气隙。定子的作用是用来产生磁场和作为电机的机械支撑，由主磁极、换向极、机座、端盖、电刷装置等部件组成。转子上用来感应电动势而实现能量转换的部分称为电枢，它是由电枢绕组和电枢铁芯组成，另外转子上还装有换向器、转轴、风扇等部件。在理论上，磁极和电枢这两部分，可任选其一放在定子上，而把另一个放在转子上。可是，如把电刷放在转子上，电刷装置就要和转子一起转动，给电刷的维护带来困难，并且容易出故障。所以直流电机的电枢绕组都装在转子上，而磁极装在静止不动的定子上。这样就便于对静止的电刷装置进行维护。图5.5为直流电机的横剖面示意图。现对直流电机各主要部件的基本结构、材料及其作用简要介绍如下。
1.定子
（1）主磁极。在一般的直流电机中，主磁极（简称主极）是一种电磁铁。其结构如图5.6所示，由铁芯和绕组两大部分组成。为减小涡流损耗，铁芯一般由1～1.5mm厚的低碳钢板冲片叠压而成，叠片用铆钉铆成整体。铁芯下部称为极靴或极掌，它比极身（套绕组的铁芯部分）宽，这样设计是为了让气隙磁场分布更合理，另外极靴还起固定绕组的作用。此绕组实际就是励磁绕组，套在极身上，常采用串联方式，通过电流后产生磁场，绕组与磁极之间用绝缘纸、蜡布或云母纸绝缘，层间亦用云母纸绝缘。磁极的极性呈N极和S极交替排列，这取决于励磁绕组的连接方式。整个磁极用螺钉固定在机座上，机座和磁极铁芯之间叠放一些铁垫片，用来调整定、转子间的气隙。
图5.4 小型直流电机的结构
图5.5 直流电机的横剖面示意图
主磁极的作用是用来产生气隙磁场并使电枢表面的气隙磁通密度按一定波形沿空间分布。
（2）换向极。安装换向极是为了改善直流电机的换向问题。如图5.7是换向极的结构图，它由换向极铁芯和套在铁芯上的换向极绕组构成：换向极铁芯用整块扁钢或硅钢片叠成，对于换向要求高的场合，也需用钢片经绝缘叠装而成。换向极绕组一般用几匝粗的扁铜线绕成，并与主磁极绕组电路相串联。换向极装在两相邻主极之间并用螺钉固定于机座上，如图5.5所示。
容量大于1kW的直流电机，一般都装有换向极。有几个主磁极就有几个换向极，个别的小电机，换向极的数目可少于主磁极的数目。
换向极的作用是改善电机的换向性能，减小电刷下的火花。
（3）机座。大型直流电机的机座通常用铸钢件或钢板卷焊而成，以保证良好的导磁性能和机械强度（钢比铁导磁性能好），而小型电机的机座通常是铸铝的。机座的作用有两个方面：一是用来固定主极、换向极和端盖等部件，并通过底脚将电机固定在基础上，起机械支撑的作用。二是电机主磁路的一部分，机座中有磁通经过的部分称为磁轭。为了使磁路中的磁通密度不会太高，要求磁轭有一定的截面积，这就使得直流电机在机械强度上富余一些。
（4）端盖。端盖一般用铸铁制成，在后端盖上设有观察窗，可观察火花的大小。端盖装在电机机座两端，其作用是：保护电机免受外部机械破坏，同时用来支撑轴承、固定刷架。
（5）电刷装置。图5.8为电刷与刷握装置。它由刷杆座、刷杆、刷握、电刷和汇流条等组成。刷杆座固定在端盖或轴承内盖上，小型直流电机的各刷杆支臂都装在一个可以转动的刷杆座上，松开螺钉，转动刷杆座，确定电刷的位置后，拧紧螺钉，固定刷杆座。大型和中型电机的每个刷杆座是可以单独调整的，调整位置以后将它固定；刷杆固定在刷杆座上，每根刷杆上装有一个或几个刷握；电刷是由石墨等材料制成的导电块，放在刷握中，其顶上有一弹簧压板或恒压弹簧（可使电刷在换向器上保持一定的接触压力），对于电流较大的电机，每个刷杆支臂上装有一组并联的电刷，同极性刷杆上的电流汇集到一起后，引向外部。刷握、刷杆、刷杆座之间彼此绝缘。电刷组的数目一般等于主磁极的数目，各电刷组在换向器表面的分布应是距离相等的，电刷的位置通过电刷座的调整进行确定。电刷的后面有一铜辫，是由细铜丝编织而成的，其作用是引出电流。
图5.6 直流电机的主磁极结构
图5.7 换向极的结构
图5.8 电刷装置的结构(www.xing528.com)
电刷装置的作用是和其他部件配合把直流电压、电流引出（或引入）旋转电枢。电刷装置的质量对直流电机的工作有直接影响。
2.转子
（1）电枢铁芯。如图5.9所示，电枢铁芯一般用厚0.5mm的低硅硅钢片或冷轧硅钢片叠压而成，两面涂有绝缘漆，如有氧化膜可不用涂漆，这样是为了减少磁滞和涡流损耗，提高效率。每张冲片冲有槽和轴向通风孔。叠成的铁芯两端用夹件和螺杆紧固成圆柱形，在铁芯的外圆周上有均匀分布的槽，内嵌电枢绕组。对于容量较大的电机，为了加强冷却，把电枢铁芯沿轴向分成数段，段与段之间留有宽10mm的径向通风道，它和轴向通风孔都形成风路，降低了电机绕组和铁芯的温升。整个铁芯固定在转子支架或转轴上。小容量的电机，电枢铁芯上装有风翼，大容量的电机装有风扇。
图5.9 电枢冲片和电枢铁芯
电枢铁芯的作用是作为磁通的通路和嵌放电枢绕组。
（2）电枢绕组。直流电机的电枢绕组是由许多线圈组成的，这些线圈叫做绕组元件，每个绕组元件的两端分别接在两个换向片上，通过换向片把这些独立的线圈互相连接在一起，形成闭合回路。绕组导线的截面积取决于元件内通过的电流的大小，几个千瓦以下小容量电机的电枢绕组的线圈用绝缘圆形截面导线绕制，大容量的用矩形截面导线绕制。绕组嵌放在电枢铁芯的槽内，线圈与铁芯之间以及上下层之间均要妥善绝缘，槽口用槽楔固定，如图5.10所示。铁芯槽两端伸出的绕组端部用镀锌钢丝或玻璃丝带绑扎，以防止离心力将线圈从槽中甩出。电枢绕组的作用是感应电动势和通过电流，是电机实现机电能量转换的关键部分。
（3）换向器。换向器的结构形式，是由电机的电压、功率和转速决定的。以拱形换向器和塑料换向器较为常见。
图5.10 电枢槽内绝缘
图5.11为拱形换向器的结构图，它是由许多换向片组成的一个圆筒（工作表面光滑便于和电刷滑动接触），套入钢套筒上。换向片是带有燕尾的铜片，片间用云母隔开，换向片的燕尾嵌在两端的V形钢环内。V形钢环与换向片之间用V形云母环进行绝缘。换向器应采用具有良好的导电性、导热性、耐磨性、耐电弧性和良好机械强度的材料，常用电解铜经冷拉而成的梯形铜排，也有银铜、镉铜、稀土铜合金等。为节省铜材，换向片上装有升高片，常用韧性好的紫铜板和紫铜带制成，线圈出线端焊在升高片上的小槽中。由于拱形换向器结构复杂，目前小型直流电机已广泛采用塑料换向器。常用的是下列两种：酚醛树脂玻璃纤维热压塑料（这是B级绝缘材料）和聚酰亚胺玻璃纤维压塑料（适用于H级换向器）。图5.12（a）所示为不加套筒的结构，换向片和云母片都热压在塑料中，塑料有孔可安装于轴上，此种结构用在D＜80mm的小换向器中。图5.12（b）所示为有钢套的塑料换向器，塑料内部加钢套，套筒套在轴上，换向片槽部有加强环，用来增加塑料的强度，这种结构用于D＜300mm的塑料换向器。
换向器是直流电机的重要部件之一，作用是将电枢线圈中的交流变换为电刷间的直流或反之。换向器质量的好坏，直接影响电机的运行性能。
图5.11 拱形换向器的结构
图5.12 塑料换向器
1—换向片；2—加强环；3—塑料；4—套筒
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