直流电机空载时磁场
电磁场数值分析与仿真-无刷直流电机空载磁场分析
电磁场数值分析与计算仿真大作业题目：无刷直流电机空载瞬态磁场分析姓名：学号：完成时间： 2019年11月01日目录1问题描述 (1)1.1仿真模型参数 (1)2仿真软件简介 (1)3模型建立 (2)3.1 创建项目 (2)3.2 绘制电机几何模型 (3)3.3 绘制电机定子槽几何模型 (4)3.4 创建电机定子冲片模型 (5)3.5 创建导线模型 (6)3.6 创建永磁体模型 (7)3.7 创建转子轭模型 (8)3.8 旋转部分设定 (9)4材料属性 (11)4.1 材料指定 (11)4.2 新材料添加 (14)5网格剖分 (16)6激励加载 (17)7边界条件处理 (22)8求解器选择 (24)9仿真结果 (27)10仿真结果讨论 (38)1问题描述无刷直流电机由电机主体和驱动器构成，是一种典型的机电一体化产品。
无刷直流电机是采用半导体开关器件来实现电子换向的，即用电子开关器件代替传统的接触式换向器和电刷。
它具有可靠性高、无换向火花机械噪声低等优点，广泛应用于高档录音座、录像机、电子仪器及自动化办公设备中。
本例使用Maxwell 16.0版本的电磁仿真软件来对无刷电机进行空载瞬态磁场分析。
1.1仿真模型参数表1 两相无刷直流电机参数表模型参数额定功率0.55kw额定直流工作电压220v极数 4定子槽数24额定转速3000rpm轴向长度100mm定子外径110mm定子内径70mm定子槽口宽度2mm定子槽底宽度15mm定子槽深35mm绕组导线直径8mm转子轭半径55mm2仿真软件简介Maxwell 16.0是一款由Ansys公司推出的电磁场仿真设计软件，主要适用于各类机电和电气设备的仿真操作，软件拥有直观化的用户界面和强大、高效的仿真功能，可以将各类复杂的设计和分析变得更加简单化，Maxwell 16.0可以广泛地应用于汽车、致动器、变压器、传感器和线圈等设计领域。
图1.1 Maxwell 16.03模型建立3.1 创建项目启动Maxwell 16.0并建立新的项目文件。
直流电机的磁场和电枢反应
PM EaIa UIL UI f Ia2ra 2UIa P2 p f pa pb
发电机输入的是机械功率，外施机械功率不能全 部转化为电磁功率，因此，输入功率为：
P1 PM pmec pFe pad
27
功率平衡式
感应电动势和电磁转矩的有效磁通。
另外，由于磁极产生的磁通不可能全部通过气隙， 总还有一小部分从磁极的侧面逸出，直接流向相邻 的磁极，它只是与励磁绕组交链，不与电枢绕组交 链，故称磁极漏磁通 。
设磁极产生的总磁通为 则K
K
K
1
式中：K—场漏磁通，一般可取1.15~1.25
3
（一）主磁通和漏磁通
28
功率平衡式
不变损耗： 图中机械损耗 pmec和铁芯损耗 pF空e 载时就存在，
总称空载损耗 p0 ，当负载变化时，它们的数值基 本不变，故称为不变损耗。 可变损耗： 电枢绕组的铜损耗 pa 和电刷接触压降损耗 pb 是 由负载电流所引起的，称负载损耗 ，受负载电流 大小而变化，故又称可变损耗。
60
CT 2 Ce 9.55Ce
电磁转矩也可由电磁功率求得。
绕组不是整距、电刷位置位移以及气隙磁 场变化等也会对电磁转矩产生影响。
35
转矩平衡方程式
1.直流发电机转矩平衡式
由直原流动发机 电供 机给 的的电外磁施转机矩械T是转电矩磁为作T用1 使 发P1电机转子
受到制动的阻力转矩，即反转距（制动转矩）
电刷在交轴且绕组为整距时，直流电机感应电动 势的计算公式
Ea
pz 60a
n
Cen
Ce
pz 60a
电刷间电动势为直流，但是电枢导体的感应电动 势是交变的，其频率为：
第05讲直流电机的磁场分析
8
1 ——主磁极
1
S
7
2 ——空气隙 3 ——电枢齿 4 5 6 7 8 ——电枢轭 ——电枢齿 ——空气隙 ——主磁极 ——定子轭
N 2
3
4
5
6
直流电机磁路的几点说明
主磁路的主体部分由导磁材料构成，同时与定子绕组（励磁 绕组）和转子绕组（电枢绕组）交链。
漏磁路经过相邻两极间的空间闭合，其主体部分为空气，只
和励磁绕组本身交链。 主磁通穿越空气隙，被电枢绕组切割，是产生感应电动势和 电磁转矩的主角。 漏磁通不穿越空气隙，不被电枢绕组切割，不参与能量转换，
只会增加磁路的饱和度。
漏磁通大约是主磁通的20%。
二、空载气隙磁通密度的分布波形
2 Ff 2 Rmd + RmFe Ff Rmd Ff 1 d m0 lD
三、补偿绕组
电枢磁势会产生电枢反应，电枢反应会对电机的 性能产生不利影响。 装设补偿绕组是克服电枢反应的基本方案。 补偿绕组安装在磁极表面的槽中，它与电枢绕组 串联，但产生的磁势与电枢绕组磁势相反。 补偿绕组提高了电机的成本，只有在对电机要求 较高时，才加装补偿绕组。
N
S
n性线
几何中性线
几何中性线
Bd
t
3 负载磁场分析(电枢反应）
一、电枢磁动势及电枢磁场的分布
空载运行时，电枢绕组中的电流为0，气隙磁场是由励磁 绕组单独产生的，称为励磁磁场或者主磁场，其波形为帽形。 负载后，电枢绕组有会流过电枢电流,在主磁路上产生电 枢磁动势(磁通势),在气隙中形成电枢磁场。 电枢磁场的轴线与电刷连线重合，与主磁场相互垂直。
D
Ff = I f N f
F ¢=
永磁直流电机空载电流大的原因
永磁直流电机空载电流大的原因
永磁直流电机空载电流大的原因如下：
1.磁场饱和：在永磁同步电机的空载运行过程中，由于磁场未被负载完全吸收，磁场可能
会饱和，导致电机产生额外的磁通和电流消耗。
2.铁心损耗：永磁同步电机的铁心材料在交变磁场的作用下会产生涡流损耗和剩余磁化损
耗，造成空载电流的产生。
3.控制策略：某些控制策略可能会引起永磁同步电机的空载电流增加，例如使用较低的电
机电压或过高的励磁电流。
为了降低永磁直流电机的空载电流，可以采取以下措施：
1.优化磁路设计：合理设计电机的磁路结构和材料，以减少磁场饱和现象的发生。
通过增
加磁路断面积、改进磁路导磁材料等方式，提高电机的磁路饱和磁感应强度。
2.选择合适的铁心材料：选择具有低涡流损耗和剩余磁化损耗的铁心材料，减少铁心损耗
对空载电流的影响。
常用的铁心材料包括硅钢片和铁氧体材料。
3.优化控制策略：优化永磁同步电机的控制策略，例如采用合适的电压控制和励磁电流控
制方式，使得电机在空载运行时能够更加高效地工作，减少无效的电流消耗。
直流电机空载磁场数值计算
大学毕业设计（论文）题目：直流电机空载磁场数值计算学生姓名：学号：学部（系）：机械与电气工程学部专业年级：电气工程及其自动化4班指导教师：职称或学位：教授年05月18日目录摘要 (II)关键词 (II)ABSTRACT (III)KEY WORDS (III)1 绪论 (1)1.1课题研究背景与意义 (1)1.2 ANSYS软件简介 (1)1.3有限元数值计算原理与方法 (1)2 直流电机空载磁场理论分析 (4)2.1 磁通 (4)2.2主磁场分布 (4)2.3磁化曲线 (5)3 ANSYS软件的应用 (6)3.1问题描述 (6)3.2创建理环境 (6)3.3创建模型、划分网格、对模型的每个区域赋予特性 (7)3.3加载边界条件和载荷 (10)3.4求解 (11)3.5观察结果 (12)4 总结 (14)致谢 (15)参考文献 (16)摘要电机中的电磁场问题是复杂的，电机电磁场在不同媒质中的分布、变化情况，决定了电机的运行状态与性能因此，研究电机中的电磁场对分析和设计电机具有重要意义。
在电机学和电磁场的理论基础上，并了解有限元数值计算的原理和方法，利用现有的电磁场数值计算平台Ansys软件，建立直流电机磁场计算的模型，并进行计算，获得合理的磁场计算结果，图形显示磁力线和磁场分布等计算结果，为电机的工程设计计算积累经验，同时为电机学的教学提供直观的磁场分布图形。
直流电机具有良好的启动性能和宽广平滑的调速性能，在许多传动性能要求高的场合占据一定地位，研究很具有意义。
关键词：直流电机；空载磁场； ansys ；有限元法AbstractThe motor is a complex problem, electromagnetic field in different medium motors, decide the distribution and variation of the motor running state and performance. Therefore, the study of electromagnetic motors for the analysis and design of motor is of great significance. In motor learning and electromagnetic field theory based on the finite element numerical calculation, and the principle and method of use of existing numerical calculation, establish the platform of Ansys software of dc motor magnetic field calculation model and calculation, reasonable calculation results, the magnetic field and magnetic field distribution graphics display, such as motor calculation results of engineering experience for motor, meanwhile teaching of the magnetic field distribution provided intuitionistic graphics. Motor for a four extremely dc motor, analyses its non-load magnetic field.Key words: dc motor, No-load magnetic field, Ansys, Finite element Analysis1 绪论1.1 课题研究背景与意义电机是当现代社会所有行业和部门中广泛使用的设备，在自然界的各种能源中，电能具有大规模集中生产、远距离经济传输、自动化控制的突出特点，他不但成为人类生产和生活的主要能源，而且对近代人类文明的产生和发展起到了重要的推动作用。
直流电机磁场
电机的主磁场一般由套在主极铁心上的励磁绕组通过电流产生。
励磁绕组与电枢回路之间的连接方式有：他励、并励、串励、复励。
不同的励磁方式对电机的性能将产生较大的影响。
直流电机空载时的磁场由励磁绕组单独激励，其分布取决于磁路的情况。
一般情况下，直流电机的空载磁通密度分布呈平顶波。
当直流电机负载时，电枢绕组绕组中的电枢电流将产生电枢磁势，电枢磁势对主磁场的分布和主磁通的大小将产生一定的影响，这种影响称为电枢反应。
交轴电枢反应将使主磁场发生畸变，当磁路饱和时会对主磁场产生去磁作用。
当电刷偏离几何中性线时，还将产生去磁或者增磁的直轴电枢反应。
发电机和电动机是直流电机的两种运行状态。
在两种状态下，电枢绕组中均产生感应电势。
感应电势的公式Ea=CeΦn表明感应电势的大小正比于转速及每极磁通。
在发电机中Ea>U，在电动机中U>Ea。
同样，直流发电机和电动机中均存在电磁转矩。
其公式T=CTΦIa表明电磁转矩的大小正比于电枢电流和每极磁通。
在发电机中，电磁转矩是阻力转矩，在电动机中电磁转矩是拖动转矩。
直流电机的电势平衡方程反映了电机电路中各种量之间的关系。
功率平衡方程表明了输入功率、输出功率和各种损耗之间的关系。
电磁功率PM=TΩ=EaIa显示了机械功率和电磁功率之间的转换关系。
1.4直流电机的磁场（返回顶部）直流电机中除主极磁场外，当电枢绕组中有电流流过时，还将会产生电枢磁场。
电枢磁场与主磁场的合成形成了电机中的气隙磁场，它是直接影响电枢电动势和电磁转矩大小的。
要了解气隙磁场的情况，就要先分析清楚主磁场和电枢磁场的特性。
1.4.1 直流电机的空载磁场（返回顶部）直流电机的空载是指电枢电流等于零或者很小，且可以不计其影响的一种运行状态，此时电机无负载，即无功率输出。
所以直流电机空载时的气隙磁场可以看作就是主磁场，即由励磁磁通势单独建立的磁场。
当励磁绕组通入励磁电流，各主磁极极性依次呈现为极和极，由于电机磁路结构对称，不论极数多少，每对极的磁路是相同的，因此只要分析一对极的磁路情况就可以了。
直流电机的磁场要点
场越强，电枢反应的影响就越大，正是电枢磁场与主极 磁场的相互作用而产生电磁转矩，从而实现了机电能量 的转换。
1.2.3 电枢反应
所谓电枢反应是指电枢磁场对主磁场的影响，电 枢反应对电机的运行性能有很大的影响。如图1.18（c） 所示为主极磁场和电枢磁场合在一起而产生的合成磁 场。与图1.18（a）比较可见由于带负载后出现的电枢 磁场，对主极磁场的分布有明显的影响，这种影响称 为电枢反应，对磁场的影响如下；
一点，励磁电流If 增加的 很快，如图所示。未饱和 和饱和的转折点称为膝点。
o直流电动机的磁化曲线F0 (If)
同时交链励磁绕组和电枢绕组的这部分磁通，是
直流电机进行电磁感应和能量转换所必须的，称为主
磁通。另一小部分磁通从N极出来后并不进入电枢
绕组，而是经过气隙直接进入相邻的磁极或磁轭，它 对电机的能量转换工作不起作用，相反，使电机的损 耗加大，效率降低，增大了磁路的饱和程度，这部分
磁通称为漏磁通，一般=（15～20）％。
图1.18（a）为主磁场在电机中的分布情况。按照 图中所示的励磁电流方向，应用右手螺旋定则，便可 确定主极磁场的方向。在电枢表面上磁感应强度为零 的地方是物理中性线m-m，它与磁极的几何中性线n-n 重合。几何中性线与极磁轴线互差90电角度,即正交.
1.2 直流电机的磁场
直流电机的磁场是由主磁极产生的励磁磁场和电 枢绕组电流产生的电枢磁场合成的一个合成磁场，它 对直流电机产生的电动势和电磁转矩都有直接的影响， 而且直流电机的运行特性在很大程度上也取决于磁场 特性。因此，研究直流电机的磁场是十分必要的。
1.2.1 直流电机的空载磁场 直流电机空载（发电机与外电路断开，没有电流
直流电机中的励磁绕组跟电枢绕组的作用分别是什么
direct current motor，DC motor中文名称：直流电动机英文名称：direct current motor，DC motor定义：将直流电能转换为机械能的转动装置。
电动机定子提供磁场，直流电源向转子的绕组提供电流，换向器使转子电流与磁场产生的转矩保持方向不变。
直流电机中的励磁绕组跟电枢绕组的作用分别是什么？电动机的作用是将电能转换为机械能。
电动机分为交流电动机和直流电动机两大类。
(一) 交流电动机及其控制交流电动机分为异步电动机和同步电动机两类。
异步电动机按照定子相数的不同分为单项异步电动机、两相异步电动机和三相异步电动机。
三相异步电动机结构简单，运行可靠，成本低廉等优点，广泛应用于工农业生产中。
1. 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的构造也分为两部分：定子与转子。
（1）定子：定子是电动机固定部分，作用是用来产生旋转磁场。
它主要由定子铁心、定子绕组和机座组成。
（2）转子：转子是重点掌握的部分，转子有两种，鼠笼式与绕线式。
掌握他们各自的特点与区别。
鼠笼式用于中小功率（100k以下）的电动机，他的结构简单，工作可靠，使用维护方便。
绕线式可以改善启动性能和调节转速，定子与转子之间的气隙大小，会影响电动机的性能，一般气隙厚度为0.2-1.5mm之间。
掌握定子绕组的接线方法。
2. 三相异步电动机的工作原理掌握公式n1=60f/P、S=(n1-n)/n1、n=(1-S)60f/P，同时明白它们的意义（很重要），要能够灵活运用这些公式，进行计算。
同时记住：通常电动机在额定负载下的转差率SN约为0.01-0.06。
书上的例题要重点掌握。
3. 三相异步电动机铭牌上的数据（1）型号：掌握书上的例子。
（2）额定值：一般了解，掌握额定频率和额定转速，我国的频率为50赫兹。
（3）连接方法：有Y型和角型。
（4）绝缘等级和温升：掌握允许温升的定义。
（5）工作方式：一般了解。
4. 三相异步电动机的机械特性掌握额定转矩、最大转矩与启动转矩的关系。
电机学第五版课件汤蕴璆编著 第3章2直流电机的磁场.
d
q
7
电机学
线负荷 Line Load
设：电刷位于几何中性线， 电枢绕组流过电流ia， 则：电枢磁动势只有交轴分量。 线负荷：电枢圆周表面单位长 度上的安培导体数。
Z a ia A （A / m） Ia＝2a=ia D Z a：电枢绕组总导体数 ia：导体电流， D：电枢直径
电机学 3.3
直流电机的磁场
Magnetic Fields of D.C. Machine
电机学
本节内容
空载时直流电机的气隙磁场 负载时的电枢磁动势和电枢反应
–
– –
–
– –
分析思路 基本概念 交轴电枢磁动势 交轴电枢反应（重点＋难点） 直轴电枢时直流电机的气隙磁场
发电机
电动机
去磁效应
助磁效应
助磁效应
去磁效应
13
δ
δ
0
δ
0
b0
ba(x)
O
bδ(x)
α
11
电机学
直轴电枢磁动势
· ··· · · · · + · F β + a · + · + · + ++ + + + ++
Faq A b （安 / 极） 2 Fad Ab （安/ 极）
· ··· · · ·
＝
++
bβ
Faq
+ + ++ +
＋
bβ
· · · · ·
Fad
+ bβ + + + b β +
第四节 直流电机的励磁方式及磁场
S
N
励磁绕组通直流电产生的磁场； 空载时电机中的磁场分布是对称的; 主磁通；漏磁通。
主磁通Φ0 同时交链励磁绕组和电枢绕组，在电枢绕组中感 应电动势，实现机电能量转换，称为主磁通； 漏磁通Φ σ
不通过气隙，仅交链励磁绕组本身，不进入电枢铁 心，不和电枢绕组相交链，不参与机电能量转换， 称为漏磁通
气隙中主磁通的分布应
当电机带上负载以后，电 枢绕组内流过电流，在电 机磁路中，又形成一个磁 动势，这个磁动势称为电 枢磁动势。 S
负载时，电机中的气隙磁 场是由励磁磁动势和电枢 磁动势共同建立的。
电枢反应 电枢磁场对励磁磁场的作 用称为电枢反应 N
直轴和交轴 主磁极的中心线称为直 轴，相邻N极和S极的分 界线称为交轴。 交轴电枢反应 一般情况下，直流电机 电枢磁场方向总是对准 交轴，称为交轴电枢反 应。
S
N
电枢磁动势
Faxy
2
0
2
1 ia N y 2
每极下有4个元件边，其 磁动势为4个矩形波叠加 起来，可得一个每级高 度为iaNy安培，阶梯数为 2的阶梯形波。
第四节 直流电机的励磁方式及磁场
一、直流电机的励磁方式
磁场是电机实现机电能量转换的媒介。 主极磁场由永久磁铁或励磁绕组通入直流电流产生。
•励磁方式是指励磁绕组的供电方式。
•直流电机按供电方式可分为四类，
•1 ．他励直流电机
•2．并励直流电机
•3．串励直流电机 •4 ．复励直流电机
2
二、直流电机的空载磁场
若每极下有S/p个元件边， 则阶梯数为S/（2p） 当元件边数很多时阶梯 波变为三角波其幅值为
S Fax i a N y 2p Nia τ Aτ (单位为A） πDa 2 2
电机与拖动基础电子教案——第五篇第十八章 直流电机的磁场、电枢反应和电枢绕组
2）直轴电枢反映：当电刷不在几何中性 线上，出现了直轴电枢反应，从图上可 以看出：
A:若为发电机，电刷顺着旋转的方向移动 一个夹角，对主极磁场而言，直轴起去 磁反应，若电刷逆着旋转方向移动一个 夹角，则直轴电枢反应将是增磁的，
其中， 为气 隙计算长度，可见，磁密的
分布和气息的大小是成反比关系的，这就刚 好验证了上一节的磁密分布的曲线形式。
二、电刷不在几何中性线上的电枢磁动势：
看图：引出了直轴电枢磁动势，
直轴电枢磁动势：电枢磁动势的轴线与主磁极 轴线重合，称为直轴电枢磁动势。
三、交轴、直轴电枢反应：
1）交轴电枢反应：交轴电枢磁动势对主极磁场 的影响。
在这里，我们为了分析问题的简单，
假定（1）磁场是不饱和的，（2）发电机电 枢转向是逆时针，电动机为顺时针。这样， 我们就可以对上图进行叠加，可知
A:交轴电枢磁场在半个极内对主极磁场起去磁 作用，在另半个极内则起增磁作用，引起气 隙磁场畸变，使电枢表面磁通密度等于零的 位置偏移几何中性线，新的等于零的我们称 之为物理中性线。
2.单叠绕组电路图：
为了进一步说明单叠绕组各个元件的联接
次序及其电动势分布情况，按图18-7各元
件的联接顺序，可得到如图18-8所示的绕
组电路图。从图18-8可以看出，每个极下
的元件组成 一条支路，这就是说，单叠绕
组的并联支路数正好等于电机的极数，即
（ 为并联
支路2a对数2 p）。a这是单叠
绕组的重要特点之一。
是一个常数，称为电动势常数。
二、电磁转矩：
如果电动势和发电机相关，那么，电磁 转矩和电动机可以联系在一起，求解电 磁转矩的过程和求解电动势是一样的：
电机学作业答案
同步电机章节作业：1. 有一台TS854-210-40的水轮发电机，P N =100兆瓦，U N =13。
8千伏，9.0cos =N ϕ，f N =50赫兹，求（1）发电机的额定电流；（2）额定运行时能发多少有功和无功功率？（3）转速是多少？（1）额定电流4648.6A（2）有功功率MW P N 100=无功功率48.4MVar（3）转速 150rpm2 同步发电机的电枢反应性质主要决定于什么？在下列情况下（忽略电机自身电阻），电枢反应各起什么作用？1） 三相对称电阻负载；2） 电容负载8.0*=c x ，发电机同步电抗0.1*=t x ；3） 电感负载7.0*=L x答：电枢反应的性质取决于内功率因数角ψ，而ψ角既与负载性质有关，又与发电机本身的参数有关。
①电枢反应既有交轴又有直轴去磁电枢反应；②电枢反应为直轴去磁电枢反应；③电枢反应为直轴去磁电枢反应。
3. 试述直轴和交轴同步电抗的意义。
X d 和X q 的大小与哪些因素有关？答：直轴（交轴）同步电抗是表征对称稳态运行时直轴（交轴）电枢反应基波磁场和漏磁场综合效应的电磁参数。
与气隙大小、电源频率、绕组匝数、铁心几何尺寸、材质及磁路的饱和程度有关。
4. 有一台70000kV A 、60000kW 、13.8kV(Y 接)的三相水轮发电机，交、直轴同步电抗的标幺值分别为0.1*=Xd ,7.0*=Xq ，试求额定负载时发电机的激磁电动势*0E （不计磁饱和与定子电阻）(1.732)%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%5.同步发电机短路特性曲线为什么是直线？当N k I I =时，这时的激磁电流已处于空载特性曲线的饱和段，为什么此时求得的d x却是不饱和值，而在正常负载下却是饱和值？ 答：因x σ很小，故气隙电动势很小，用来感应气隙电动势的气隙磁通很小，所以短路时，电机磁路不饱和，E 0∝I f ，而E 0∝I k ，因此I k ∝I f ，所以短路特性是一条过原点的直线。
第5章 直流电机的运行分析
第5章直流电机的运行分析本章主要介绍直流电机的空载和负载磁场分布、直流电机的电枢绕组、电枢绕组的感应电动势和电磁转矩、直流电机的换向问题和电机稳态运行时的基本方程。
5.1直流电机的磁场磁场是电机感应电动势和产生电磁转矩，从而实现机电能量转换的重要因素之一。
电机的运行性能很大程度决定于电机的磁场特性。
因此，要掌握电机的运行原理必须了解电机的磁场，了解电机空载和负载运行时磁场的建立过程和磁场波形特点。
5.1.1空载时直流电机的磁场在直流电机空载运行时，电枢电流为零，直流电机的气隙磁场由主磁极绕组的励磁磁动势F f建立，由于励磁电流是直流，所以气隙磁场是一个不随时间变化的恒定磁场。
这一磁场在一个极面下的空间分布如图5-1（a）所示，磁极面下气隙小且较均匀，故磁通密度较高，幅值为Bδ，而两极之间的气隙增加，磁通密度显著降低，从磁极边缘至几何中心线处，磁通密度沿曲线快速下降。
电机主磁极产生的磁通分成两部分，主磁通Φ通过气隙，同时交链电枢绕组和励磁绕组，是电机中产生感应电动势和电磁转矩的有效磁通。
另外，由于磁极产生的磁通不可能全部通过气隙，总还有一小部分从磁极的侧面逸出，直接流向相邻的磁极，它只与励磁绕组交链，不与电枢绕组交链，故称磁极漏磁通Φσ。
（a）（b）图5-1直流电机的磁路（a）空载时极面下的磁通密度；（b）四极直流电机两极下的磁路直流电机的主磁路包括以下部分：气隙、电枢齿、电枢磁轭、主磁极和定子磁轭。
除气隙外，其它部分均由铁磁材料组成。
主磁路和漏磁路如图5-1（b）所示。
5.1.2负载时电枢电流的磁场当直流电机带有负载时，电枢绕组中有电流流过，电枢电流也将产生磁场，称作电枢磁场。
为了分析方便，认为电枢表面光滑（无齿槽），磁场分析略去换向器只画主磁极、电枢绕组和电刷。
电机空载磁场、电枢反应磁场和两者的合成磁场分布图如图5-2（a）、（b）、（c）所示，图5-2（c）的扭曲磁通清楚地表明了电枢反应磁场对磁通分布的影响。
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直流电机空载时磁场
如图为一台四极直流电机空载时的磁场分布图。
电机空载时的气隙磁场是由主极绕组通以直流电流建立的。
电枢电流很小或等于零，电机无负载，即没有功率输出。
1、磁场分布情况：
主磁通：绝大部分磁通经主极、气隙、电枢铁芯、同时与励磁绕组和电枢绕组相交链。
漏磁通：励磁绕组电流还产生一部分不经过电枢而只通过主极之间的空气隙而闭合的磁通，它在电枢绕组中不感应电势。
2、磁场特点：
a、主磁通回路中气隙小，磁导较大；漏磁通回路中气隙较大，磁导较小。
这样，漏磁通数量比主磁通数量小很多。
主磁通远大于漏磁通。
b、主极极靴宽度比一个极距小，且极靴下的气隙不均匀，所以，主磁通的每条磁力线所经过的磁回路都不尽一样，在磁极轴线附近的气隙较小，接近极尖处的磁回路中气隙较大。
若不计铁磁材料中的磁压降，则在气隙中各处所消耗的磁势均为励磁磁势，这样，气隙小处，磁密B大；气隙大处，磁密B小；在两极间的几何中心线处，磁密B＝0，于是，
当不计齿槽影响，直流电机空载时的气隙磁场的磁密波分布波形为：一个空间位置固定不变的平顶波。
3、电机磁化曲线：
电机运行需要一定量的，即要有一定大小的励磁磁势，而F＝WI，当W一定时，就需要有一定大小的励磁电流。
电机磁化曲线是指主磁通与励磁磁势或励磁电流的关系曲线。
即或
它可以通过电机磁路计算求得。
电机磁化曲线形状与磁通所经材料的B－H曲线形状类似，而铁磁材料的B－H曲线是非线性的，所以，电机磁化曲线或是非线性的。
如图：曲线分析：
a、起始部分几乎是一直线。
因电机未饱和，磁动势主要降落
在气隙中，而气隙的磁导率为常数。
延长这一直线部分得到气隙磁化曲线，即气隙线。
b、当增大，铁心所需磁动势增大很快，而铁磁材料的磁导率是非线性变化的，所以磁化曲线将偏离气隙线而弯曲，与铁磁材料的B－H曲线相似。
c、电机饱和时，曲线进入饱和区。