1.基本组成
有刷直流电动机是由产生励磁磁场的定子绕组和产生电枢磁场的转子绕组，定子铁芯、转子铁芯，电刷和换向器，转轴、轴承、外壳等器件作为其基本组成内容。
以内转子有刷直流电动机为例
定子：定子绕组+定子铁芯。定子绕组又称“励磁绕组”，通电产生励磁磁场。常见的小电动机往往直接用瓦片状永磁体替代定子绕组和铁芯，由永磁体提供励磁磁场。
转子：转子绕组+转子铁芯+转轴。转子绕组又称“电枢绕组”，通电产生电枢磁场。
换向器：每组转子绕组的端部会布置为换向器的一个触片，所有触片绕转轴排列并且相互之间绝缘，共同组成换向器。
电刷：向外分别与电机外部的输入电极相连，向内与换向器的触片接触，与转子绕组中的部分线圈构成电流回路。
外壳与轴承：支撑转子的转轴。
2.工作原理
以内转子有刷直流电动机为例
取转子绕组中的一组单匝线圈及其在换向器中对应的触片，置于定子永磁体提供的励磁磁场中，并假设励磁磁场的磁感应强度均匀分布。
现在通过“电刷-换向器触片-线圈”的路径对线圈通入电枢电流，电流的流向为A→abcd→B。
根据上图中线圈所处的位置，我们可以借助左手定则，判断出通电导体在磁场中所受安培力的方向，ab段的电流方向流入纸面，受到向左的安培力Fab ，cd段则是受到向右的安培力Fcd 。
在将线圈abcd绕轴线旋转一周的过程中，仅在线圈abcd构成的平面恰好与永磁体的磁感应强度方向相垂直的两处位置（即上图中的两处水平位置），安培力Fab 与安培力Fcd 作为矢量，两者处于同一平面，故不对转轴产生转矩；其余位置下，安培力Fab 与安培力Fcd 都不处于同一平面内，将对转轴产生转矩。
现在我们来讨论一下电磁转矩的计算公式：
假设ab段和cd段的长度为L ，ab段和cd段到转轴的距离为R 。
由于线圈的ab段和cd段串联，电流大小相等，又处于永磁体产生的均匀磁场中，则Fab = Fcd = F = BIL 。
将线圈abcd平面与水平面之间的夹角定义为线圈abcd的位置角θ ，则电磁转矩计算公式为：
T = 2F·R·sinθ = 2BIL ·R·sinθ = 2BIS·sinθ
公式表明，在磁感应强度B ，电流I ，回路面积S 恒定的情况下，电磁转矩T 是一个关于位置角θ 的函数，即 T = T（θ） = 2BIS·sinθ
我们可以直观地了解到，电磁转矩T 在位置角θ = 90° 和 θ = 270°时，达到最大值。
但是，从做功的角度考虑，正值的电磁转矩表明电动机将电磁能转化为机械能对外界输出转矩，即电动机向外界做功；而负值的电磁转矩则是将外界输入的机械能转化为电磁能，是一种发电机。
如果我们需要连续不断地对外界输出转矩，则只能有正值的转矩图像，即在位置角θ =180° 和 θ =360° 处需要通过改变电枢电流I 的方向，换向器和电刷的作用就在此处发挥出来了。
在位置角θ =180° 处改变电枢电流的方向，就能持续产生正值的电磁转矩（仅在位置角θ =180° 和 θ =360° 处，电磁转矩为0）。
在转动一周的过程中，单匝线圈产生的电磁转矩与位置角呈现正弦函数图像，通过电刷和换向器的作用，使电磁转矩与位置角呈现两个正值的正弦波峰图像。虽然初步实现了转动过程中，持续以电动机的形式工作，持续向外界输出转矩。但仍然存在这样两个问题：
在位置角θ =180° 和 θ =360° 处，电磁转矩为0，意味着无法以这两处作为初始位置启动电动机。
电磁转矩-位置角图像是以两个完整的正弦峰形状呈现，转动过程中输出转矩的波动比较大，是0→最大值→0的波动，非常不平稳。
究其缘由，只是因为我们当前讨论的转子绕组中仅有这一组线圈。只要增加转子绕组的线圈组数，并且相互间隔一定的相角布置这些线圈即可解决这两个问题。
每组线圈的换向器触片也均分360°排布成一个圆形，换向器触片与电刷接触时，该组线圈接通，例如下图中，我们使用三组线圈相互间隔60°布置，组成转子绕组，不论位置角θ 为何值，总是能产生电磁转矩来启动电机。
电磁转矩-位置角图像如下，由于每组线圈的换向器触片都只在其所占有的角度内与电刷接触而使对应的线圈接通，同一时刻可以认为只有一组线圈接通。
总的电磁转矩即是以60°相位依次排列的三组线圈的电磁转的叠加形式，即实线部分。从图像可以看出，多组线圈的转子绕组能使转矩的波动显著减小。
这一切看似很有道理，但是很多描述似乎与最开始就出现的结构图有着明显出入。
现今，电机设计经验的丰富和制造工艺的日渐成熟，早已探索出不需要多组线圈的转子绕组结构，毕竟更多组数的线圈往往意味着更多的铜材消耗。
而是通过优化电机转子铁芯的结构，达到优化电磁效果的目的。
电机设计不仅包含机械结构设计，还包含电磁设计，热设计等，是多学科任务。
要从电磁的角度理解电机的工作原理，过程中涉及的理论知识和相关物理参数更为丰富而复杂，且一些讨论过程中的基础物理量在实际铁磁材料中就具有明显的非线性，本人学识实在有限，目前难以描述。
原作者：工创-缪永杰 你好三维
