直流电机工作原理是什么？

直流电机（direct current machine）是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。

好的，直流电机的工作原理可以概括为：利用通电导体在磁场中会受到力的作用（即安培力/洛伦兹力），并通过换向器自动切换转子线圈中的电流方向，使转子产生持续的单方向旋转运动，从而将电能转换为机械能。

具体工作步骤和关键部件作用如下：

核心结构：
- 定子： 通常由永久磁铁或电磁铁（励磁绕组）构成，产生固定不变的主磁场（N极和S极）。
- 转子： 俗称电枢，由铁芯和缠绕在铁芯上的导体线圈（绕组）组成。它安装在中轴上，可以在定子磁场中转动。
- 换向器： 安装在转子轴上，与转子线圈连接。它是由相互绝缘的弧形铜片（换向片）组成的环形结构。
- 电刷： 通常由石墨或金属碳化物制成。它们固定不动，并利用弹簧力压在旋转的换向器表面。电刷连接外部直流电源。
工作过程：
- 步骤1：通电建立磁场 - 当外部直流电源接通，电流通过正极电刷流入。
- 步骤2：电流引入转子线圈 - 电流通过电刷、与电刷接触的换向片，流入连接到该换向片上的转子线圈（一个或多个）。
- 步骤3：电磁力产生（安培力） - 通电的转子线圈处于定子产生的恒定磁场中。根据左手定则，线圈的两边有效导体（垂直于磁场方向的部分）会受到力的作用。
- 步骤4：力矩驱动旋转 - 作用在线圈两边导体上的电磁力方向相反，形成一个电磁力矩，驱使转子和线圈一起开始旋转。
- 步骤5：关键步骤 - 换向 - 当转子旋转到接近一半角度时，原本与一个电刷接触的换向片开始脱离，而原本分离的另一对换向片开始接触另一只电刷。
  - 这个切换过程瞬间改变了流经当前通电线圈的电流方向。
- 步骤6：维持单向旋转 - 电流方向改变后，虽然线圈在空间上旋转到了不同的位置，但是根据左手定则，作用在该线圈两边导体上的电磁力方向仍然保持与之前旋转方向相同。这样，力矩方向就保持不变。
- 步骤7：持续旋转 - 随着转子继续旋转，换向器周期性地（通常是每转过180°电角度）自动切换不同线圈的通电状态和电流方向，确保在任何时刻，受到电磁力的线圈产生的力矩方向总是使转子向同一个方向旋转。
- 步骤8：能量传输 - 电流最终通过另一只电刷（负极电刷）流回电源负极。电枢就这样持续旋转，输出机械能（带动负载）。

简单地说：

电+磁 -> 力： 电刷把直流电通过换向器导入转子线圈，通电线圏在定子磁铁的固定磁场里产生电磁力。
换向器调方向： 转子旋转到某个点，换向器自动切换线圈电流的方向。
力变方向不变： 虽然电流方向变了，但线圈位置也变了，保证电磁力总推着转子往同一个方向转。

核心关键点：

电磁感应定律（安培力/洛伦兹力） 是产生旋转的根本物理原理。
换向器 是实现直流电机持续单向旋转的关键部件。它解决了普通通电线圈在磁场中只能来回摆动的问题，通过按需自动反转线圈电流方向，将来回摆动变成了连续的旋转运动。
电刷则是实现旋转部件（转子/换向器）与静止电源之间电流传输的“桥梁”。

这就是直流电机将输入的直流电能转换成输出轴上的旋转机械能的基本原理。