直流电机是直流发电机和直流电动机的总称。直流电机具有可逆性，既可以作直流发电机使用，也可作直流电动机使用。作为发电机使用时，将机械能转换成直流电能输出；作为电动机使用时，则将电能转换成机械能输出。
N、S 为定子上固定不动的两个主磁极，主磁极可以采用永久磁铁，也可以采用电磁铁，在电磁铁的励磁线圈上通以方向不变的直流电流便形成一定极性的磁极，如图1-2-9 所示。
在两个主磁极N、S 之间装有一个可以转动的线圈，线圈首末两端分别连接到换向器上。线圈与换向器固定在一起随主轴转动，换向器中间分成了两部分，分别与电刷A 和电刷B 滑动接触。
图1-2-9 电机工作原理
1—磁力线；2—换向器；3—电刷B；4—电刷A
电刷A 与电源正极连接，电刷B 与电源负极连接。线圈位于图示中的位置时，线圈瞬时电流的流向为电源正极→电刷A →换向器→a →b →c →d →换向器→电刷B →电源负极。
根据电磁力定律，载流导体ab、cd 都受到电磁力的作用，其方向如图1-2-9 中箭头方向。导体所受电磁力的方向用左手定则确定，在此瞬时，ab 位于N 极下，受力方向向下，cd 位于S 极下，受力方向向上，电磁力对主轴和线圈形成了电磁转矩，线圈与主轴将进行逆时针旋转。
当线圈转到90°时，电刷不与换向器接触，而与换向器之间的绝缘缝隙接触，此时线圈中没有电流流过，但由于机械惯性的作用，线圈仍能转过一个角度，电刷A、B 又将分别与换向器对向的部分接触，线圈中又有电流流过，此时导体ab、cd 中的电流改变了方向，线圈仍然受到逆时针方向电磁转矩的作用，线圈适中保持同一方向旋转。
电机能量转换对应两个电机基本定律：一个是电磁感应定律，导体切割磁感线，导体两端产生感应电动势，电动势的大小与线圈匝数、磁通量的变化率成正比；另一个是安培力定律，通电导体在磁场中受力，受力的大小与导体长度、电流大小、磁场强度成正比，力的方向可用左手定则判断。(www.xing528.com)
直流电机、交流异步电机和永磁同步电机转矩的产生都基于该原理；开关磁阻电机基于磁阻最小原理工作。
以直流电机为例，在直流电机中导体形成一个线圈，如图1-2-10 所示，A 端连接正电极，B 端连接负电极，定子磁极N 级位于线圈上部，S 级位于线圈下部，磁场方向从上向下，由于线圈通电，根据左手定则，a-b 段线圈受到向左的电磁力，c-d 段的线圈受到向右的电磁力，整个转子线圈在电磁力作用下随之旋转产生机械能。直流电机中，换向器随着线圈共同转动，电刷可持续为线圈供电，线圈能持续产生转矩旋转。
电机进行能量转换时存在能量损耗，主要有铜损、机械损耗、铁芯损耗、杂散损耗四种。电枢绕组铜导线存在电阻，电流流过时产生的损耗为I2R（简称铜损），铜损的大小与电流和绕组损耗有关。
机械损耗主要是电机运行过程中的摩擦和通风导致的损耗。
铁芯损耗是铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗之和，铁磁材料置于交变磁场中时，磁畴互相间不停地摩擦造成的损耗成为磁滞损耗，铁芯中感应产生涡流带来的损耗成为涡流损耗，为减小涡流损耗，电机和变压器的铁芯都用含硅量较高的薄硅钢片叠成，铁芯损耗随着交变磁场频率的增加而增加。
杂散损耗包括由于趋肤效应等因素引起的损耗。电机损耗的准确计算非常复杂，可基于经验公式进行。趋肤效应指导体中有交流电时，导体内部电流分布不均匀，电流集中在导体的“皮肤”部分，也就是说电流集中在导体外表，越靠近导体表面，电流密度越大。
图1-2-10 直流电机产生转矩原理
1—换向器；2—电刷
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