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直流電機（direct current machine）是指能將直流電能轉換成
機械能（直流電動機）或將機械能轉換成直流電能（直流發電機）的旋轉電機。它是能實現直流電能和機械能互相轉換的電機。當它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉換為機械能；作發電機運行時是直流發電機，將機械能轉換為電能。
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組成結構
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直流電機的結構應由定子和轉子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉動的部分稱為轉子，其主要作用是產生電磁轉矩和感應電動勢，是直流電機進行能量轉換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等組成。
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定子
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（1）主磁極
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主磁極的作用是產生氣隙磁場。主磁極由主磁極鐵心和勵磁繞組兩部分組成。
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鐵心一般用0.5mm～1.5mm厚的硅鋼板沖片疊壓鉚緊而成，分為極身和極靴兩部分，上面套勵磁繞組的部分稱為極身，下面擴寬的部分稱為極靴，極靴寬于極身，既可以調整氣隙中磁場的分布，又便于固定勵磁繞組。勵磁繞組用絕緣銅線繞制而成，套在主磁極鐵心上。整個主磁極用螺釘固定在機座上，
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（2）換向極
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換向極的作用是改善換向，減小電機運行時電刷與換向器之間可能產生的換向火花，一般裝在兩個相鄰主磁極之間，由換向極鐵心和換向極繞組組成。換向極繞組用絕緣導線繞制而成，套在換向極鐵心上，換向極的數目與主磁極相等。
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（3）機座
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電機定子的外殼稱為機座。機座的作用有兩個：
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一是用來固定主磁極、換向極和端蓋，并起整個電機的支撐和固定作用；
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二是機座本身也是磁路的一部分，借以構成磁極之間磁的通路，磁通通過的部分稱為磁軛。為保證機座具有足夠的機械強度和良好的導磁性能，一般為鑄鋼件或由鋼板焊接而成。
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（4）電刷裝置
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電刷裝置是用來引入或引出直流電壓和直流
電流的。電刷裝置由電刷、刷握、刷桿和刷桿座等組成。電刷放在刷握內，用彈簧壓緊，使電刷與換向器之間有良好的滑動接觸，刷握固定在刷桿上，刷桿裝在圓
環形的刷桿座上，相互之間必須絕緣。刷桿座裝在端蓋或軸承內蓋上，圓周位置可以調整，調好以后加以固定。
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轉子
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（1）電樞鐵心
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電樞鐵心是主磁路的主要部分，同時用以嵌放電樞繞組。
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一般電樞鐵心采用由0.5mm厚的硅鋼片沖制而成的沖片疊壓而成，以降低電機運行時電樞鐵心中產生的渦流損耗和磁滯損耗。疊成的鐵心固定在轉軸或轉子支架上。鐵心的外圓開有電樞槽，槽內嵌放電樞繞組。
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（2）電樞繞組
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電樞繞組的作用是產生電磁轉矩和感應電動勢，是直流電機進行能量變換的關鍵部件，所以叫電樞。它是由許多線圈（以下稱元件）按一定規律連接而成，線圈采用高強度漆包線或玻璃絲包扁銅線繞成，不同線圈的線圈邊分上下兩層嵌放在電樞槽中，線圈與鐵心之間以及上、下兩層線圈邊之間都必須妥善絕緣。為防止離心力將線圈邊甩出槽外，槽口用槽楔固定。線圈伸出槽外的端接部分用熱固性無緯玻璃帶進行綁扎。
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（3）換向器
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在直流電動機中，換向器配以電刷，能將外加直流
電源轉換為電樞線圈中的交變電流，
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使電磁轉矩的方向恒定不變；在直流發電機中，換向器配以電刷，能將電樞線圈中感應產生的交變電動勢轉換為正、負電刷上引出的直流電動勢。換向器是由許多換向片組成的圓柱體，換向片之間用云母片絕緣。
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（4）轉軸
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轉軸起轉子旋轉的支撐作用，需有一定的機械強度和剛度，一般用圓鋼加工而成。
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直流電機里邊固定有環狀永磁體，電流通過轉子上的線圈產生安培力，當轉子上的線圈與磁場平行時，再繼續轉受到的磁場方向將改變，因此此時轉子末端的電刷跟轉換片交替接觸，從而線圈上的電流方向也改變，產生的洛倫茲力方向不變，所以電機能保持一個方向轉動。
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直流發電機的工作原理就是把電樞線圈中感應的交變電動勢，
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靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時變為直流電動勢的原理。
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感應電動勢的方向按右手定則確定（磁感線指向手心，大拇指指向導體運動方向，其他四指的指向就是導體中感應電動勢的方向）。
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導體受力的方向用左手定則確定。這一對電磁力形成了作用于電樞一個力矩，這個力矩在旋轉電機里稱為電磁轉矩，轉矩的方向是逆時針方向，企圖使電樞逆時針方向轉動。如果此電磁轉矩能夠克服電樞上的阻轉矩（例如由摩擦引起的阻轉矩以及其它負載轉矩），電樞就能按逆時針方向旋轉起來。
無刷直流電機的工作原理本質上與有刷電機類似，有刷直流電機采用機械的電刷和換向器對繞組中的電流進行換向。而無刷電機采用電子方式對繞組電流換向。
直流電機中轉矩是通過永磁體磁場和繞組中的電流相互作用產生的，在有刷電機中，換向器通過切換電樞繞組實現電樞電流的換向與合適的磁場。而無刷直流電機中，霍爾位置傳感器探測轉子旋轉磁場的位置，通過邏輯與驅動電路，給相應的繞組激勵。總的說來，繞組根據電機永磁體的磁場作出反應，從而產生需要的轉矩。如圖1是一種三相8極（四對磁極）無刷直流電機基本組成：
旋轉的永磁體轉過雙極型數字霍爾傳感器時，會使雙極型數字霍爾傳感器狀態發生改變。如上圖中8極磁體無刷直流電機中，每兩個南極之間相隔90度，霍爾傳感器相隔120度放置，此時霍爾傳感器之間電角度相隔30度。南極靠近時，雙極型數字霍爾傳感器轉換工作狀態，當第一個數字霍爾傳感器在0度電角度轉為工作狀態時，第二個數字霍爾傳感器在30度電角度時工作，第三個數字霍爾傳感器在60度電解時工作。
當北極經過雙極數字型霍爾傳感器時，數字霍爾傳感器會轉為釋放狀態，旋轉的8極磁體的每個北極與相鄰的南極之間為45度，因此，數字霍爾傳感器在磁體轉過45度后，會由工作狀態轉為釋放狀態。如圖2為數字霍爾傳感器控制的輸出電平狀態。
上述三個雙極型數字霍爾傳感器的輸出作為轉子位置的編碼器使用，將磁體的位置和極性信息作為信號發送給邏輯電路，用于開斷H形橋式功率管，如圖3，三相無刷直流電機典型驅動電路。
圖中R1，S1，T1可以由上述信號驅動，而R2，S2，T2由上述信號反相后驅動。這樣，根據旋轉磁體的位置，每對功率管會相應地開通或判斷，從而以正確的順序、在正確的時間為電機繞組提供電流。
數字霍爾元件的選型，需根據安裝要求（即轉子磁場方向）與霍爾元件的感應方向，進行合理選擇。
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