直流电动机的工作原理基于安培力定律（载流导体在磁场中受力）和电磁感应原理，其核心是将直流电能转换为机械能。以下是详细的工作步骤：

一、核心结构

1. 定子（Stator）：

   • 产生固定磁场，可由永磁体或励磁绕组（通电线圈）实现。
   • 磁场方向：从N极指向S极。

2. 转子（电枢，Armature）：

   • 由硅钢片叠成的铁芯和绕组线圈构成，绕组通过换向器与外部电路连接。
   • 绕组导体通电后成为载流导体。

3. 换向器（Commutator）：

   • 由互相绝缘的铜片组成，随转子旋转。
   • 通过与电刷滑动接触，实现电流方向自动切换。

4. 电刷（Brushes）：

   • 静止部件，将外部直流电导入换向器。

二、工作原理解析

1. 载流导体在磁场中受力（安培力）：

   • 当直流电源通过电刷和换向器向转子绕组供电时，导体中产生电流。
   • 载流导体处于定子磁场中，受到洛伦兹力（( F = B \cdot I \cdot L )）作用，方向由左手定则确定（磁场穿手心，四指指电流方向，拇指指受力方向）。

2. 转矩生成与旋转：

   • 所有转子导体受到的力形成合力矩（电磁转矩），驱动转子绕轴旋转。
   • 示例：若导体在N极下电流向内，受向左的力；在S极下电流向外，受向右的力 → 形成逆时针转矩。

3. 换向器的关键作用：

   • 问题：导体旋转半圈后，若电流方向不变，受力方向反转会阻碍转动。
   • 解决方案：换向器在导体转过中性面时，自动切换其电流方向。
   • 结果：
     • N极下的导体电流始终向内 → 受力向左；
     • S极下的导体电流始终向外 → 受力向右；
       → 转矩方向恒定，转子持续旋转。

三、能量转换过程

graph LR
A[直流电源] -->|电流输入| B(转子绕组)
B -->|载流导体| C[安培力]
C --> D[电磁转矩]
D --> E[机械旋转]
F[定子磁场] --> C

四、重要特性

• 转矩方向控制：反转定子磁场极性或电枢电流方向，即可改变转向。
• 转速调节：通过调节电枢电压或磁场强度（弱磁调速）实现。
• 换向火花问题：电刷与换向器切换电流时可能产生火花→ 现代直流电机采用电子换向（如无刷直流电机）。

五、与发电机的区别

• 电动机：输入电能 → 导体受力运动（左手定则）。
• 发电机：外力驱动导体切割磁感线 → 产生感应电动势（右手定则）。

总结：
直流电动机的核心是通过换向器动态切换转子电流方向，使载流导体在定子磁场中持续产生单向转矩，从而将直流电转化为连续的机械旋转。换向器的巧妙设计解决了转矩方向延续性问题，成为直流电机的标志性特征。