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，是能实现直流电能和机械能互相转换的电机：当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。
图 1 直流电机
一、直流无刷电机的控制原理
要让电机转动起来，首先控制部必须根据 hall-sensor 感应到的电机转子所在位置，然后依照定子绕线决定开启（或关闭）换流器（inverter）中功率晶体管的顺序——inverter 中的 AH、BH、CH（这些称为上臂功率晶体管）及 AL、BL、CL（这些称为下臂功率晶体管），使电流依序流经电机线圈产生顺向（或逆向）旋转磁场，并与转子的磁铁相互作用，如此就能使电机顺时针/逆时针转动。当电机转子转动到 hall-sensor 感应出另一组信号的位置时，控制部又再开启下一组功率晶体管，如此循环，电机就可以依同一方向继续转动，直到控制部决定要电机转子停止则关闭功率晶体管（或只开下臂功率晶体管）；要电机转子反向则功率晶体管开启顺序相反。
基本上功率晶体管的开法可举例如下：AH、BL 一组→AH、CL 一组→BH、CL 一组→BH、AL 一组→CH、AL 一组→CH、BL 一组，但绝不能开成 AH、AL 或 BH、BL 或 CH、CL。此外因为电子零件总有开关的响应时间，所以功率晶体管在关与开的交错时间要将零件的响应时间考虑进去，否则当上臂（或下臂）尚未完全关闭、下臂（或上臂）就已开启，结果就会造成上、下臂短路而使功率晶体管烧毁。
当电机转动起来，控制部会再根据驱动器设定的速度及加/减速率所组成的命令（Command）与 hall-sensor 信号变化的速度加以比对（或由软件运算），再来决定由下一组（AH、BL 或 AH、CL 或 BH、CL 或……）开关导通以及导通时间长短：速度不够则开长，速度过头则减短，此部分工作就由 PWM 来完成。PWM 是决定电机转速快或慢的方式，如何产生这样的 PWM 才是要达到较精准速度控制的核心。
高转速的速度控制必须考虑到系统的时钟分辨率是否足以掌握处理软件指令的时间，另外对于 hall-sensor 信号变化的资料存取方式也影响到处理器效能与判定正确性、实时性；至于低转速的速度控制尤其是低速起动，则因为回传的 hall-sensor 信号变化变得更慢，怎样撷取信号方式、处理时机以及根据电机特性适当配置控制参数值就显得非常重要，或者速度回传改变以 encoder 变化为参考、使信号分辨率增加，以期得到更佳的控制。电机能够运转顺畅而且响应良好，P.I.D. 控制的恰当与否也无法忽视。之前提到直流无刷电机是闭环控制，因此反馈信号就等于是告诉控制部电机转速距离目标速度还差多少，这就是误差（Error）；知道了误差自然就要补偿，方式有传统的工程控制如 P.I.D. 控制。但控制的状态及环境其实是复杂多变的，若要使控制坚固耐用，则要考虑的因素恐怕不是传统的工程控制能完全掌握，所以模糊控制、专家系统及神经网络也将被纳入成为智能型 P.I.D. 控制的重要理论。
二、直流电机的常见故障与维护
图 2 直流电机俯视图
关于直流电机做发电机使用的时候，有以下几点要注意：
（1）因为电枢导磁，故图中线圈内部（黑色）不存在电磁感应现象，磁场只存在于电枢外部和电枢铁芯中；
（2）电刷与正负极出线固定，换向器随转子做逆时针运动；
（3）一般来说一个换向器对一个电刷，也有 3 个左右换向器对一个电刷。
结论：① 关于直流电机做发电机时候正负极的判断——蓝色铁芯导磁，故图中黑色部分不存在磁场，所以只在蓝色铁芯外做切割磁感线运动，故电动势只产生于蓝色铁芯外部；图中逆时针方向运动，电动势如图所示，以图中正极为例的话，电动势流向电刷，再由电刷流向外部电路，这和电源正极的特点一样，故为正极，同理可知右边部分为负极。② 输出电动势为关联各换向片的电动势之和，此处关联是指感应电动势方向与正负极关联。③ 关于正负极为什么位于图中位置时所得电动势最大——是因为如果不是图中的位置，会有正负电动势在同一极的关联方向相互抵消。
图 3 发电状态下的电动势方向
1. 使用
（1）电机的起动准备
电机在安装后投入运行前或长期搁置而重新投入运行前，需做下列起动准备工作：
① 用压缩空气吹净附着于电机内部的灰尘，对于新电机应去掉风窗处的包装纸；检查轴承润滑油脂是否洁净、适量，润滑脂占轴承室的三分之二为宜；
② 用柔软、干燥而无绒毛的布块擦拭换向器表面，并检视其是否光洁，如有油污则可蘸汽油少许拭净；
③ 检查电刷压力是否正常均匀、刷握的固定是否可靠、电刷在刷握内是否太紧或太松、电刷与换向器的接触是否良好；
④ 检查在刷杆座上是否标有电刷位置的记号；
⑤ 用手转动电枢，检查是否阻塞或在转动时是否有撞击或摩擦之声；
⑥ 检查接地装置是否良好；
⑦ 用 500 V 兆欧表测量绕组对机壳的绝缘电阻，如小于 1 MΩ 则必须进行干燥处理；
⑧ 检查电机出线与磁场变阻器、起动器等连接是否正确、接触是否良好。
（2）电动机的起动
① 检查线路情况（包括电源、控制器、接线及测量仪表的连接等），检查起动器的弹簧是否灵活、接触是否良好；
② 在恒压电源供电时需用起动器起动——闭合电源开关，在电动机负载下转动起动器，在每个触点上停留约 2 s，直至最后一点、转动臂被电磁铁吸住为止；
③ 电动机在单独的可调电源供电时，先将励磁绕组通电，并将电源电压降至最小，然后闭合电枢回路接触器、逐渐升高电压，达额定值或所需转速；
④ 电机与生产机械的联轴器先不连接，输入小于 10% 的额定电枢电压，确定电机与生产机械转速方向是否一致，一致时表示接线正确；
⑤ 电动机换向器端带测速发电机时，电机起动后应检查测速发电机输出特性，其极性与控制屏极性应一致；
⑥ 电机起动完毕后，应观察换向器上有无火花、火花等级是否超标。
（3）电动机的调速
恒功率弱磁向上调速，可调节磁场调速器，直至转速达所需之值，但不得超过技术条件所允许的最高转速；恒转矩负载可以采用降压或电枢串电阻向下调速。
（4）电动机的停机
① 如为变速电动机，先将转速降到最低值；② 去掉电动机负载（除串励电动机外）后切断电源开关；③ 切断励磁回路，励磁绕组不允许在停车后长期通额定电流。
2. 维护
电动机在使用过程中定期进行检查时应特别注意以下事项：
（1）电动机周围应保持干燥，其内外部均不应放置其他物件。电动机的清洁工作每月不得少于一次，清洁时应以压缩空气吹净内部的灰尘，特别是换向器、线圈连接线和引线部分。
（2）换向器的保养。① 换向器应是呈正圆柱形的表面，不应有机械损伤和烧焦的痕迹；② 换向器在负载下长期无火花运转后，在表面产生一层褐色有光泽的坚硬薄膜，这是正常现象，它能保护换向器、减轻磨损，这层薄膜必须加以保护，不能用砂布摩擦；③ 若换向器表面出现粗糙、烧焦等现象时，可用“0”号砂布在旋转着的换向器表面进行细致研磨，若换向器表面出现过于粗糙不平、不圆或有部分凹进现象时，应将换向器进行车削——车削速度不大于 1.5 m/s，车削深度及每转进刀量均不大于 0.1 mm，车削时换向器不应有轴向移动；④ 换向器表面磨损很多时，或经车削后，发现云母片有凸出现象，应以铣刀将云母片铣成 1～1.5 mm 的凹槽；⑤ 换向器车削或云母片下刻时，须防止铜屑、灰尘侵入电枢内部，因此要将电枢线圈端部及接头片覆盖，加工完毕后用压缩空气做清洁处理。
（3）电刷的使用。① 电刷与换向器的工作表面应有良好的接触、电刷压力正常，电刷在刷握内应能滑动自如；电刷磨损或损坏时，应以牌号及尺寸与原来相同的电刷更替之，并且用“0”号砂布进行研磨，砂布面向电刷、背面紧贴换向器，研磨时随换向器作来回移动；② 电刷研磨后用压缩空气作清洁处理，再使电动机作空载运转，然后以轻负荷（为额定负载的 1/4～1/3）运转 1 小时，使电刷在换向器上得到良好的接触面（每块电刷的接触面积不小于 57%）。
（4）轴承的保养。① 轴承在运转时温度太高或发出有害杂音时，说明可能损坏或有外物侵入，应拆下轴承清洗检查；当发现钢珠或滑圈有裂纹损坏，或轴承经清洗后使用情况仍未改变时，必须更换新轴承；轴承工作 2000～2500 小时后应更换新的润滑脂，但每年不得少于一次；② 轴承在运转时须防止灰尘及潮气侵入，并严禁对轴承内圈或外圈的任何冲击。
（5）绝缘电阻。① 应当经常检查电动机的绝缘电阻，如果绝缘电阻小于 1 MΩ 时，应仔细清除绝缘上的污物和灰尘，并用汽油、甲苯或四氯化碳清除之，待其干燥后再涂绝缘漆；② 必要时可采用热空气干燥法，用通风机将热空气（80 ℃）送入电动机进行干燥，开始绝缘电阻降低，然后升高，最后趋于稳定。
（6）通风系统。应经常检查定子温升、判断通风系统是否正常、风量是否足够，如果温升超过允许值，应立即停车检查通风系统。
三、直流电动机的常见故障及处理
图 4 直流电动机常见故障（一）
图 5 直流电动机常见故障（二）
四、直流电机定子检修要求
直流电机定子检修应有以下要求：
1. 清扫吹灰：用汽油将各部分油泥擦拭清洁。
2. 检查定子外壳：① 外壳油漆应无脱落；② 接地线应完好无断折松动现象；③ 引线绝缘和瓷瓶应完好，引线绝缘无老化鼓泡现象，接线螺丝齐全，端盖应完好无损；④ 定子磁极与外壳连接螺丝应紧固。
3. 检查磁极线圈：① 线圈绝缘应良好，无发胖、鼓泡、枯裂及过热现象；② 磁极间连线绝缘及接头良好，连接螺丝紧固；③ 用 500 V 摇表测量磁极线圈绝缘电阻，其值应不低于 0.5 MΩ；④ 测量线圈直流电阻与厂家数据或历史测量值比较，其差别应不大于 2%（换算至同一温度下）。
4. 检查磁极铁芯：① 磁极铁芯应清洁、无松动现象；② 磁极铁芯无锈斑、无毛刺和过温现象，如有锈斑可用 #00 砂布打磨、用布擦净，毛刺可用锉刀修平，将铁芯表面残留铁屑清除后用绝缘漆刷处理铁芯表面。
5. 定子转子喷漆：若定子或转子表面绝缘漆损坏脱落严重时，应按下列步骤进行——铁芯应清洁无灰尘油污及电刷粉尘；铁芯应紧固无松动、无变形；通风沟应清洁畅通。
图 6 定子检修
五、直流电机转子的检修
直流电机转子检修时应做以下检查：
1. 检查电枢铁芯：① 铁芯应清洁无灰尘油污及电刷粉尘；② 铁芯应紧固无松动、变形；③ 通风沟应清洁畅通。
2. 检查电枢线圈：① 槽楔良好无松动；② 线圈表面应光滑，无破裂、磨损及烧伤等现象；③ 用 1 kV 摇表测量电枢线圈对铁芯的绝缘电阻不低于 0.5 MΩ。
3. 检查电枢绑线：① 绑线应清洁无松动；② 焊锡无熔化开焊现象；③ 绑线下所垫的绝缘应完好。
4. 检查风扇：① 风扇应清洁，无灰尘油污；② 叶片无破裂变形，铆钉应牢固（检查时可用小锤子敲打风叶，根据声音判断风扇有无损坏）；③ 平衡块无松动、移动现象。