直流电机的工作原理基于电磁感应和电磁力的相互作用，通过电流与磁场的动态交互实现能量转换。其核心原理可分为以下要点：

一、基本工作原理

电磁力相互作用

直流电机通过电流在转子绕组中产生磁场，该磁场与定子提供的恒定磁场相互作用。根据右手定则，两磁场方向相反时产生旋转力矩，使转子转动。

换向器的作用

转子旋转时，换向器自动改变电流方向，确保磁场持续对转子施加转矩，避免因磁力中断而停止。

能量转换过程

- 电动机模式：

直流电 → 磁场 → 机械能（旋转运动）

- 发电机模式：机械能 → 磁场 → 直流电（感应电动势）

二、电磁感应基础

法拉第电磁感应定律：导体在磁场中运动时会产生感应电动势，公式为 $e = Blv$（其中 $B$ 为磁通密度，$l$ 为导体长度，$v$ 为相对速度）。

感应电动势方向：由右手定则确定，若感应电动势方向与电压方向相同，则 $e = -U$。

三、结构组成

定子：固定部分，产生磁场，包含机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置。

转子：旋转部分，包含转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等，负责能量转换。

四、工作过程示例（以电动机为例）

通电启动：

直流电源为转子绕组供电，产生旋转磁场。

力矩产生：

转子磁场与定子磁场相互作用，产生旋转力矩。

持续旋转：

换向器不断改变电流方向，维持力矩输出。

五、应用与分类

直流电机因控制灵活、转速可调，广泛应用于电动汽车、工业设备、家用电器等领域。根据功能不同，可分为直流电动机和直流发电机两类。

以上原理综合了电磁学基本定律与机械运动转换机制，是现代电气工程中的核心设备之一。