永磁同步電主軸由無外殼電機(jī)、主軸、軸承、主軸單元?dú)んw、驅(qū)動模塊和冷卻裝置等組成。電機(jī)的轉(zhuǎn)子采用壓配方法與主軸做成一體，主軸則由前后軸承支承。電機(jī)的定子通過冷卻套安裝于主軸單元的殼體中。主軸的變速由主軸驅(qū)動模塊控制，而主軸單元內(nèi)的溫升由冷卻裝置限制。在主軸的后端裝有測速、測角位移傳感器，前端的內(nèi)錐孔和端面用于安裝刀具。

    一套完整的永磁同步電主軸系統(tǒng)除了包括主軸本身外，還應(yīng)包括高頻變頻裝置、油霧潤滑器、冷卻裝置、內(nèi)置脈沖編碼器、換刀裝置等主要的相關(guān)附件。

    高頻變頻裝置：要提升加工速度，必須保證電主軸的高速旋轉(zhuǎn)，從而帶動切削工具高速運(yùn)轉(zhuǎn)。

    需要有一臺設(shè)備來作為電主軸內(nèi)置高速電動機(jī)的驅(qū)動裝置，使其轉(zhuǎn)速達(dá)到每分鐘幾萬甚至是十幾萬次，高頻變頻裝置的作用即在于此。為完成目標(biāo)，高頻變頻器的輸出頻率必須要達(dá)到幾千赫茲以上。

    油霧潤滑器：良好的潤滑度可以降低設(shè)備運(yùn)行的阻力、磨損和發(fā)熱等情況。電主軸的潤滑需要嚴(yán)格遵循定時定量的原則，即每隔固定的一段時間，就向軸承內(nèi)注油一次。

    注油時，潤滑油在壓縮空氣的攜帶之下，以油霧的形態(tài)被吹入軸承內(nèi)，注油量的多少則是由定量閥進(jìn)行精確地控制，過多或是過少都會造成不利的影響。

    冷卻裝置：如果工作時電主軸溫度過高，會對設(shè)備造成傷害，為了給高速運(yùn)行的電主軸散熱，盡快降低工作溫度，通常須要使用循環(huán)冷卻劑。

    循環(huán)冷卻劑作用于電主軸外壁，并帶走電主軸的部分熱量。但如果冷卻劑吸熱后溫度升高，就起不到冷卻作用了。而冷卻裝置的存在意義就在于保持冷卻劑的原始溫度，強(qiáng)化冷卻效果。

    內(nèi)置脈沖編碼器：這是一種采用光學(xué)傳感器原理的位置檢測元件，可以實(shí)現(xiàn)非接觸式的檢測。編碼盤安裝在電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上，在旋轉(zhuǎn)中將會自動測定軸旋轉(zhuǎn)的角度、位置及速度變化，并將檢測結(jié)果以電脈沖形式輸出。

    這種檢測方式的優(yōu)點(diǎn)是沒有摩擦和磨損，只需要較小的驅(qū)動力，卻可以得到精確的檢測結(jié)果和最快的響應(yīng)速度，從而實(shí)現(xiàn)電主軸準(zhǔn)確的旋轉(zhuǎn)相角控制以及與進(jìn)給的配合。

    自動換刀裝置：為實(shí)現(xiàn)對各種加工材料和工藝的靈活適應(yīng)及快速響應(yīng)，電主軸配備了自動換刀裝置，可依據(jù)不同情況自動選擇最高效、最合理的切削設(shè)備。自動換刀裝置是由碟形簧、拉刀油缸等部件組成的。經(jīng)實(shí)踐證明，HSK、SKI等高速刀具更適用于高速加工工藝。

    由于永磁同步電主軸將電機(jī)集成于主軸單元中，且轉(zhuǎn)速很高，運(yùn)轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生大量熱量，引起電主軸溫升，使電主軸的熱態(tài)特性和動態(tài)特性變差，從而影響永磁同步電主軸的正常工作。因此，必須采取一定措施控制永磁同步電主軸的溫度，使其恒定在一定值內(nèi)。

    機(jī)床目前一般采取強(qiáng)制循環(huán)油冷卻的方式對電主軸的定子及主軸軸承進(jìn)行冷卻，即將經(jīng)過油冷卻裝置的冷卻油強(qiáng)制性地在主軸定子外和主軸軸承外循環(huán)，帶走主軸高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量。機(jī)床另外，為了減少主軸軸承的發(fā)熱，還必須對主軸軸承進(jìn)行合理的潤滑。

    永磁同步電主軸的電動機(jī)均采用交流異步感應(yīng)電動機(jī)，由于是用在高速加工機(jī)床上，啟動時要從靜止迅速升速至每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)乃至數(shù)十萬轉(zhuǎn)，啟動轉(zhuǎn)矩大，因而啟動電流要超出普通電機(jī)額定電流5~7倍。

    永磁同步電主軸的驅(qū)動方式有變頻器驅(qū)動和矢量控制驅(qū)動器驅(qū)動兩種。變頻器的驅(qū)動控制特性為恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動，輸出功率與轉(zhuǎn)矩成正比。機(jī)床最新的變頻器采用先進(jìn)的晶體管技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)主軸的無級變速。機(jī)床矢量控制驅(qū)動器的驅(qū)動控制為在低速端為恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動，在中、高速端為恒功率驅(qū)動。

    電主軸是在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域出現(xiàn)的將機(jī)床主軸與主軸電機(jī)融為一體的新技術(shù)，它與直線電機(jī)技術(shù)、高速刀具技術(shù)一起，把高速加工推向一個新時代。

    永磁同步電主軸是一套組件，它包括電主軸本身及其附件:電主軸、高頻變頻裝置、油霧潤滑器、冷卻裝置、內(nèi)置編碼器、換刀裝置等。電動機(jī)的轉(zhuǎn)子直接作為機(jī)床的主軸，主軸單元的殼體就是電動機(jī)機(jī)座，并且配合其他零部件，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)與機(jī)床主軸的一體化。