1. 直流电动机模型
最简单的直流电动机模型如图2-4所示，在一对静止的磁极N和S之间，装设一个可以绕中心横轴而转动的圆柱形铁芯，在它上面装有矩形的线圈abcd。这个转动的部分通常叫做电枢。线圈的末端a和d分别接到叫做换向片的两个半圆形铜环上。换向片之间彼此绝缘，它们和电枢装在同一根轴上，可随电枢一起转动。A和B是两个固定不动的碳质电刷，它们和换向片之间滑动接触，来自直流电源的电流就是通过电刷和换向片流到电枢的线圈。
2. 工作原理分析
当电刷A和B分别连接直流电源的正负极时，电流从电刷A流入，从电刷B流出，通过线圈abcd形成回路；相应的，导线ab和cd在磁场的作用下会产生磁场力，其方向由左手定则来决定。当电枢在图2-5（a）所示的位置时，线圈的电流方向是a→b→c→d，ab边的电流从a流向b，用
表示，cd边的电流从c流向d，用
表示。根据左手定则可以判断，ab受力的方向是从右向左，cd受力的方向是从左向右，在电枢上就产生了逆时针方向的转矩，因此电枢将沿着逆时针方向转动。
图2-4 直流电动机模型
图2-5 换向器在直流电机中的作用
当电枢在如图2-5（b）所示位置时，a从N极下面进入S极，而cd边从S极下面进入N极时，与末端a连接的换向片1跟电刷B接触，与d端连接的换向片2跟电刷A接触，这时线圈的电流方向是d→c→b→a，保证了在同一位置上的导线电流方向不变，因此转矩的方向也不会改变，电枢将按照逆时针方向继续旋转。由此可以看出，换向片和电刷在直流电动机中起着改变电流方向的作用，使得N极和S极下的导体电流不变，产生单方向的电磁力与电磁转矩。
当电流流过电枢线圈时，载流导体在励磁场的作用下产生的电磁力f的表达式为
f BIl= （2-1）
式中，B——磁感应强度，T；
l——ab、cd有效长度，m。
整个线圈的电磁转矩为
T=DBIl （2-2）
式中，D——电枢直径，m。
上述直流电动机模型只有一匝线圈，所受到的电磁力很小，转矩脉动较大。如果通过电枢线圈的电流大小不变，磁极磁密在垂直于导体运动方向的空间按正弦规律分布，电枢为匀速转动时，由电流和磁场相互作用产生的电磁转矩随时间变化，除了平均转矩外，还包含着交变转矩。为了克服这些缺点，实际的电动机都是由很多匝线圈组成，并且按照一定的连接方法分布在整个电枢表面上，通常称为电枢绕组。随着线圈数目的增加，换向片的数目也相应的增多，由多个换向片组合起来的整体即为换向器，电枢与换向器电刷装置组合结构如图2-6所示。
图2-6 电枢与换向器电刷装置组合结构图
1—转子绕组；2—转子铁芯；3，4—换向器
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