电动机（Electric motor）是把电能转换成机械能的一种设备，它利用通电线圈（也就是定子绕组）产生旋转 磁场 并作用于转子（如鼠笼式闭合铝框）形成磁电动力旋转扭矩。 电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机， 电力系统 中的电动机大部分是交流电动机，可以是同步电机或者是异步电机（电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速）。 电动机主要由定子、转子和其它附件组成， 通电导线在磁场中受力运动的方向与电流方向和磁感线（磁场方向）有关，其基本工作原理遵循 电磁感应定律 ，电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。 电动机广泛应用于各类场合，如电车、 电力机车 、风机、水泵和机床等设备的动力源。
历史沿革
在现代电磁电机出现之前，人们研究了通过静电力工作的实验电机。最初的电机原型是在1740年代由 苏格兰 僧侣安德鲁·戈登（Andrew Gordon）进行的研究工作中被制造的。 美国实验家 本杰明·富兰克林 （Benjamin Franklin）在实验中研究电的性质，提出 电荷守恒定律 。 电机背后的原理由 亨利·卡文迪许 （Henry Cavendish）发现，他认为电荷之间的作用力可能呈现与距离的平方成反比的关系，后来该定律由查尔斯-奥古斯丁·德·库仑 （Charles-Augustin de Coulomb）通过实验证明，成为 库仑定律 。
意大利 科学家 亚历山德罗·伏特 （Alessandro Volta）于 1799 年发明 化学电池 ，建立了一个能够产生明显电流的电池组，使持续电流的产生成为可能。 丹麦 物理学家 汉斯·奥斯特 （Hans Christian Oersted，1777—1851）于 1820 年发现电流会产生 磁场 ， 磁场可以对 磁铁 施加力，这是电动机的原理雏形。1801～1803年去德、法等国访问，结识了许多物理学家及化学家。1806年起任哥本哈根大学物理学教授，1815年起任丹麦皇家学会常务秘书。1820年因电流磁效应这一杰出发现获英国皇家学会科普利奖章。奥斯特1829年起任哥本哈根工学院院长。1851年3月9日在哥本哈根逝世。他曾对物理学、化学和哲学进行过多方面的研究。
受电流磁效应的启发， 安德烈·安培 （André-Marie Ampère）认为两个通电 导体 之间也一定存在着力的作用，提出安培定则。此后，安培研究了电流对电流的作用，即电流产生磁效应，提出了两个电流元之间的作用力与距离平方成反比的公式，即著名的安培定律。 汉斯·奥斯特 曾发现如果电路中有电流通过，那么它附近的普通罗盘的磁针就会发生偏移，1821年，英国物理学家迈克尔·法拉第（Michael Faraday）从中得到灵感，认为假如磁铁固定，线圈就可能会运动，在此思路引导下，观察到载流导体在磁场中受力的现象，并迅速地研制出了一种早期电机，能够将直流电能转化为机械能。 经过多次试验，法拉第于1831年提出了 电磁感应定律 ，并成功发明了世界上第一台真正意义上的电动机，尽管这些类似的单极电机直到世纪末仍不适合实际应用。
1831年，美国科学家亨利（Joseph Henry）发明了第一台往复式电动机。 1832年， 英国 物理学家威廉·斯特金（William Sturgeon）采用 电磁感应 原理，发明了第一台能够转动机械的换向器直流电动机。 继斯特金的工作之后，美国发明家夫妻托马斯·达文波特（Thomas Davenport）和艾米丽·达文波特（Emily Davenport）制造出首台实用的电池供电直流电动机。这些电机被用于运行机床和印刷机，但由于电池电源成本高昂，电机并未取得商业上的成功。 1833年， 德国 发明家里奇（Wilhelm Reich）设计出第一台旋转式电动机。然而电动机离实际应用还需要进一步研究。德国工程师雅柯比（Jacobi）在1835年使用电磁铁代替永磁铁制造了一台电动机，在此基础上，他在三年后又创造出了能够驱动14人坐的小艇的直流电动机，从而推动电动机实用化的发展。
在接下来的几十年里，许多发明家改进了电动机，开发出更高效、更强大的设计。1834年至1870年间，电机研究领域出现了三项关键技术创新。首先，用电磁线圈代替了永磁体。其次， 德国 科学家 西门子股份公司 兄弟（W.Siemens & C.W.Siemens）在1866年用 蓄电池 研制出了自励发电机。最后， 法国 物理学家 格拉姆 （Gramme）在1870年引入了用于电枢的环形线圈。
一个重要的转折点出现在1864年，当时安东尼奥·帕西诺蒂（Antonio Pacinotti）首次描述了环形电枢，这种对称分布的线圈自身封闭并连接到换向器上，通过换向器的电刷提供非脉动的电流。1871 年，泽诺贝·格拉姆（Zénobe Gramme）重新设计了帕西诺蒂提出的环形绕组，并实现了第一台商业应用的环形绕组直流电机。 1873年，德国工程师海夫纳·阿尔泰涅克（Hefner Alteneck）发明了鼓形线圈，这大大提高了电线的利用率。 同年，比利时人格拉姆发明了大功率电动机，电动机从此开始大规模用于工业生产。1880年，美国发明家 托马斯·爱迪生 （Edison）发明了一种叠层铁芯，以进一步减少磁芯损耗和降低线圈温度，这种设计一直沿用至今。1886年， 英国 物理学家霍普金森兄弟（J.Hopkinson & E.Hopkinson）建立了欧姆定律。1891年，直流电枢绕组理论的提出，使电动机的研究和设计更加科学。
交流发电机的发展导致了交流电动机的发明。1825 年， 法国 物理学家 弗朗索瓦·阿拉戈 （François Arago）提出了旋转 磁场 的存在，利用金属圆环的旋转，使悬挂其中的磁针产生了偏转，这一现象展示的就是多相感应电机的工作原理。1832年， 俄罗斯 物理学家楞茨（H.F.E.Lenz）建立了楞茨定律，弄清了电动机和 发电机 的可逆性。 1879 年，英国人拜依莱（Walter Baily）采用依次变动4个磁极上的励磁电流的方法，首次用电的方式获得了旋转磁场。 1882年， 南斯拉夫社会主义联邦共和国 裔美国物理学家 尼古拉·特斯拉 （Nikola Tesla）开始研究交流电动机，提出了旋转 磁场 的原理，并制造了异步交流电动机模型。1883年，霍普金森发明了同步电动机。1885年， 意大利 物理学家费拉里斯（Lilio Ferraris）提出两相交流感应电动机的模型。1886年，特斯拉制成了曲相绕线式交流异步电动机模型。1888年，特斯拉发明了交流电动机，又称感应电动机。
1891年，在法兰克福展览会上， 德国 工程师多利沃（Dolivo）演示了使用他发明的带有大旋转磁场的三相感应电动机进行长距离电力传输，这种类型的电机随后在欧洲和美国大量生产和广泛使用。 通用电气 和 西屋电气公司 积极参与三相感应电动机的研制，两家公司于 1896 年签署了感应电动机专利的交叉许可协议,进一步加快了三相感应电动机的商业应用进程。三相电动机因结构简单，工作可靠而得到了大量应用。到 20 世纪初交流三相制在电力工业中已占据绝对的统治地位。
我国电动机生产开始于1917年，该行业在国内已经形成比较完整的产业体系。
常用分类方式
按工作电源种类
按结构和工作原理
其他分类方式
组成结构
定子
定子 是电动机的静止部分，作用是给 绕组 转动的区域提供一个稳定 磁场 并作为电机的机械支撑。 直流电动机 的定子由主磁极、机座、换向极、端盖、轴承及 电刷 装置 等组成。 交流电动机 的定子由机壳、定子铁芯、定子绕组三部分组成。
主磁极
主磁极的作用是产生恒定的主磁场，由主磁极铁芯和套在铁芯上的 励磁 绕组 组成。铁芯的上部称为极身，下部称为 极靴 。极靴的作用是减小气隙 磁阻 ，使气隙 磁通量 沿气隙 均匀分布 。铁芯通常用低碳钢片 冲压 叠成，其目的是减小 励磁 涡流 损耗。
机座（机壳）与端盖
机座由铸钢或厚钢板制成，作用是为电动机提供机械支撑和承载 磁场 绕组产生的磁通量，同时作为各磁极间的磁路，并起散热作用。 直流电动机的机座（磁轭）是磁路的一部分，机座内安装主磁极和换向磁极。交流电动机的机壳内圆中固定着铁芯，机壳的两头端盖内 固定轴承 ，用以支承转子。 机座的两端各有一个端盖，用于保护电机和防止触电。 端盖固定在机座上，主要起支撑作用，其上放置轴承支撑直流电机的转轴，使直流电机能够旋转，一般为铸钢件。
换向极
换向极又称为附加极或间极，其作用是产生附加 磁场 ，改善直流电机的换向，减少 电刷 与 换向器 之间的火花。它装在相邻两个主磁极之间，由换向极铁芯和换向极 绕组 构成。换向极铁芯比主磁极的简单，一般由整块钢或钢板加工而成；换向极绕组与 电枢 绕组串联。
电刷装置
电刷装置主要由电刷、刷握、刷杆及刷杆座等部件组成， 其作用有两个，一是使 转子绕组 与电动机外部电路接通；二是与换向器配合，完成 直流电 动机外部直流电与内部 交流电 的互换。
定子铁芯和定子绕组
定子铁芯是电机磁路的一部分，一般由0.35~0.5 mm厚、表面具有绝缘层的圆环形 硅钢片 冲制、叠压制成，以提供 磁通量 的通路。铁芯内圆中有均匀分布的槽，槽中安放定子绕组。定子绕组是电动机的电流通道，一般由高强度聚 漆包铜线绕成。三相异步电动机的定子绕组有3个，每个绕组由若干个线圈组成，线圈与铁芯间垫有青壳纸和聚酯薄膜以绝缘。
转子
转子是电动机的旋转部分。直流电动机的转子又称为 电枢 ，其作用是产生 电磁转矩 和感应 电动势 ，以实现能量转换，包括转子（电枢）铁芯、转子（电枢）绕组、 换向器 、转轴和风扇等。 交流电动机 的转子结构可分为笼形（以前称鼠笼形）和绕线形两类。笼形转子较为多见，主要由转轴转子铁芯、 转子绕组 等组成。
转子铁芯
电枢铁芯是电机主 磁路 的一部分，电枢铁芯 圆周 上有均分布的槽里面可嵌入电枢 绕组 。为了减少电机旋转时由于铁芯中的 磁通量 方向发生变化引起的 涡流 损耗和磁滞损耗，电枢铁芯通常用0.35~0.5mm 厚的表面涂有绝缘层的 硅钢片 冲压 叠成，固定在转子支架或转轴上。 交流电动机的转子铁芯通常在硅钢片外圆上冲有若干个 线槽 ，用以浇制转子笼条。
转子绕组
直流电动机中电枢绕组的作用是产生感应电动势和电磁转矩，从而实现电能和机械能的相互转换，它是由许多形状相同的线圈按一定的排列规律连接而成。每个线圈的两个边分别嵌在电枢铁芯的槽里，在槽内的这两个边称为有效边。
交流电动机中转子绕组是按一定规律绕制和连接起来的线圈组，转子绕组可分为笼型和绕线型两种，笼型异步电动机的转子绕组由插入转子槽中的多根导条和两个环形端环组成，若去掉转子铁心，整个绕组外形像一个鼠笼，故称笼型绕组；该绕组有铜条和铝铸两种形式，将转子铁芯的线槽内浇铸铝质笼条，再在铁芯两端浇铸两个圆环，与各笼条连为一体，就成为铸铝转子。
换向器
换向器又称为整流子，由换向片组合而成，是 直流电机 的关键部件， 它与 电刷 配合，在 直流电动机 中能将 电枢 绕组 中的交流 电动势 或交流电流转变成电刷两端的直流电动势或直流电流。
转轴和风扇
转轴一般用中碳钢制成，两端用轴承支承，转子铁芯和绕组都固定在转轴上，在端盖的轴上装有由电动机本身驱动的风扇，通过供给冷却空气帮助外壳及电动机内部散热。
工作原理
直流电动机工作原理
直流电动机具有把 电能 转化为 机械能 的能力，它的基本原理是根据 电磁感应定律 ，在特定的情况下，被电磁力驱动的通电 导体 会在 磁场 环境下移动。N、S是一对固定的 磁极 ，也就是 定子 ，它把外部 DC电源 的正极附于 电刷 A上，而把 负极 附于电刷B上，这样， 线圈 就会产生电流。从左手 螺旋 定律中可以看出：由于电磁力的作用， 导线 ab和cd产生的 扭矩 是相同的。这个 力矩 是逆时针的，所以 电枢 就会沿着该方向转动。
直流电动机 通过 换向器 和电刷来使得电枢绕组中的电流在交变的方向上流动，但是由电枢所引起的 电磁场 的转动是不会改变的，这保证了电机在一定的角度上持续地转动。直流电动机的工作机理是通过外部施加的电压使其在导线内产生电流，而在 磁场 中，负载导线会受到电磁力的影响，但因换向器的干预，确保了电机的转矩保持恒定，从而实现了 直流电机 的持续转动，将直流电力转化为机械能量输出。
交流电动机工作原理
交流电动机也具有能量转换的能力，它的基本原理也是根据 电磁感应定律 ，通过产生旋转磁场和感应 电动势 等相互作用过程，将 电能 转化为 机械能 ，以同步交流电动机和 感应电动机 为例介绍其工作原理。
感应电动机原理
如 三相异步电动机 在正常运转时，其转速总是低于同步转速，因而成为异步电动机，又因为产生 电磁转矩 的电流是 电磁感应 所产生的，所以称为感应电动机。 其 定子 绕组 是一个 空间位置 对称的三相绕组，当通电于 交流电动机 的定子绕组时，会在定子内部产生一个恒速旋转的 磁场 ，称为旋转磁场，它是异步电动机工作的基本条件。产生在空间旋转合成磁场，其方向与电流相序一致，磁场转速（同步转速）与电流频率有关。静止的 转子绕组 与 定子 旋转磁场之间相对运动，在转子绕组中产生感应 电动势 ，并在形成闭合回路的转子绕组中产生感应电流，转子电流在旋转磁场中受到磁场力的作用在转轴上形成 电磁转矩 ，从而驱动电机转子转动。 电磁转矩 的方向与旋转 电动势 同方向， 转子 便在该方向上旋转起来。
同步电动机原理
同步电动机 的工作原理是通过 定子 旋转 磁场 的转速和转子的磁场转速 相等 来实现恒速运转。气隙的旋转磁场与转子 励磁 磁场之间存在一空间角度，两者相互吸引，拉着转子同方向、等速地旋转。只要转子轴上的负载转矩小于定子、转子 磁极 间的吸力产生的转矩，电机就能以恒定转速稳定运转。由于旋转磁场与转子的恒定磁场在空间相对静止，故在两磁极的气隙间形成的磁场实际上是旋转磁场与转子的恒定磁场两 磁通 综合而成的合成磁场。
由于旋转磁场与 转子 的恒定磁场在空间相对静止，故在两个磁场之间形成的磁场实际上是旋转磁场与转子磁场两 磁通量 综合而成的合成磁场。电机中定子旋转 磁场 的 磁通势 称为 电枢 磁动势，由直流 励磁 电流所产生的转子磁动势称为 励磁 磁动势，两种磁动势以同步转速旋转，在空间相对静止，但也存在一个如上所述的空间角度。 当转子轴上的负载或励磁发生变化时，可造成空间角度的变化，但是电机的转速始终与定子旋转磁场的转速保持同步不变，这也是 同步电动机 名称的由来。
相关公式定理
磁感应强度
电动机的工作原理公式基于法拉第 电磁感应定律 。 反映磁场强弱的 物理量 为磁感应强度（Magnetic Induction），用 向量 B 来表示，定义为：B= F m /qv，磁场中某点的磁感应强度，在数值上等于单位正电荷以单位速度通过该点时所受到的最大磁场力，其方向根据右手螺旋定则，由正电荷q在该点所受的最大磁力F和速度的方向来确定。
洛伦兹力
这样，以实验为基础定义该描述 磁场 的物理量，即磁感应强度。按照这种定义，有关系式 F m =qv × B ，此即运动电荷的 洛伦兹力 公式 。在 国际单位制 中，按上述定义，磁感应强度的单位定为N /A·m，用 特斯拉 （T）表示。
安培定律
安培定律 是电动机的基本原理，磁场对载流 导线 的作用力即磁力，通常称为 安培力 ，其基本规律是安培由大量实验结果总结出来的，故称为 安培定律 ，内容如下：将一载有电流I的小段导线dL，即电流元IdL置于磁场B中，将受到磁场的作用力dF，dF的大小与电流I、电流元的长度dL、磁感应强度B的大小以及与IdL和B间夹角的 正弦 成正比，即dF=kdLIBsinθ。dF的方向垂直于IdL与B所组成的平面，指向按右手 螺旋 法则确定，即dF的方向为IdL × B的方向。式中θ为电流元IdL与 磁场 B的夹角，在 国际单位制 中k=1，把上式写成 向量 式d F =ld L × B ，计算一给定载流 导线 在磁场中所受的 安培力 时，必须对各个电流元所受的力dF求矢量和，即F=BLI。
力矩计算
边长分别为L 1、 L 2 刚性矩形 线圈 置于磁感应强度为B的均匀磁场中，电流为I。当线圈 磁矩 的方向e n 与磁场B的方向成角度φ（线圈平面与磁场的方向成θ角，φ+θ=π/2）时，由安培定律知导线BC和DA所受的安培力的大小分别为F 1 =BIL 1 sin(π-θ)和F 2 =BIL 1 sinθ。这两个力在同一直线上，大小 相等 ，方向相反，其合力为零。而 导线 AB和CD都与 磁场 垂直，它们所受的安培力分别为F 3 和F 4 ，其大小为F 3 =F 4 =BIL 2 ，F 3 和F 4 大小相等，方向相反，但不在同一直线上，形成 力偶 ，会产生旋转。因此，载流 线圈 所受的磁 力矩 M为：M=BISsinφ，其中，S=L 1 L 2 ，表示线圈所围面积。
性能
常用性能指标
运行情况
当电动机在额定运行情况下输出额定功率时，称为满载运行，这时电动机的运行性能、经济性及可靠性等均处于优良状态。当电机卡住或输出功率超过额定功率（即过载运行）时，电动机的负载电流会大于额定电流，会造成绕组电流增加，绕组和铁心温度上升，将会引起电动机过热，从而缩短电动机使用寿命，严重时甚至烧毁电动机并引发火灾。电动机的输出功率小于额定功率时称为 轻载 运行，轻载运行时电动机的效率、相功率因数等运行性能均较差，电动机应尽量避免轻载运行。
性能比较
相关应用
电动机是一种将电能转换成机械能，并输出机械转矩的动力设备。一般电动机可分为直流电动机和交流电动机两大类。 直流电动机其有良好的起动和调速性能且过载能力大等特点，适用于需要在宽广范围内平滑调速的场所，如电车、 电力机车 、轧钢机、起吊设备及有特殊运行要求的自动控制系统中。
同步电动机和异步电动机有不同的优点和应用场景。同步电动机适用于要求长期连续工作、转速保持不变的大功率负载场合（如活塞式和离心式水泵、离心式通风机等），但制造工艺复杂且不能自行起动。一般用于驱动不需要调速的大型机械设备，如大型空压机、球磨机、 风机 、 水泵 等，小功率同步电动机也常应用于控制领域。同步电动机着采用变频电源供电，也可以调速运行。
异步电动机中，单相电动机主要应用于功率需求较小的设备，常见应用场景包括日常生活设备、医疗器械、小型机床及部分工业设备的动力供应。三相异步电动机，特别是鼠笼式异步电动机，则具有结构简单、坚固耐用、维护方便、起动容易以及成本较低等优点，广泛用于工业系统做电力驱动设备，例如各类机床、水泵、风机、起重设备、加工设备等的动力源。它也存在一些缺点，如转速不易调节，起动性能较差，所以对起动和调速要求较高的场合，异步电动机不如直流电动机。另外，异步电动机必须由电网供给激磁电流，增加了 电力系统 的无功负担，造成系统的功率因数下降，为了改善功率因数常采用同步电动机。 虽然调速特性和功率因数方面略逊于直流电动机和同步电动机。因此在一般应用场合下仍是应用最广泛的电动机。