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采用內裝式同軸電動機驅動的機床主軸，電動機是專制的內裝式，電動機軸就是機床主軸。電動機的轉子直接裝在機床主軸上，電動機的定子裝在主軸箱內，電動機自己沒有軸承，而是依靠機床的高精度空氣軸承支撐轉子的轉動。電動機現在都采用無刷直流電動機，可以很方便地進行主軸轉速的無級變速，同時由于電動機沒有電刷，不僅可以消除電刷引起的摩擦振動，而且免除了電刷磨損對電機的影響。為主軸能獲得盡量搞的回轉精度，電動機轉子裝在主軸上后應要求轉子和主軸運轉的影響。
同時內裝式同軸電動機驅動機床主軸存在一個的問題是：電動機工作時定子將發熱產生溫升，使主軸部件產生熱變形。為減小熱變形，電動機定子應采取強制通氣冷卻或釘子外殼做成夾層，通過恒溫（或水）冷卻，可以基本解決內裝式電動機發熱問題。
盡管將主電機內置于機床主軸箱中會帶來很多問題，但在高速機床上這幾乎是唯一的選擇。這是因為：
（1）如果電機不內置，則在高速下由皮帶和或齒輪等中間傳動件產生的振動與噪音等問題很難解決，會大大降低高速加工的精度和表面質量，并對車間環境產生嚴重的噪聲污染。
（2）高速加工對主軸運轉的角加速度有極高的要求，實現這一嚴酷要求最經濟的方法，就是盡可能把傳動系統的轉動慣量減至最小。而為了達到這個目的，只有將電機內置，取消齒輪、皮帶等一系列中間傳動環節。
（3）和皮帶、齒輪的末端傳動方式相比，主軸電機內置于主軸前后軸承之間，可大大提高主軸系統的剛度和固有頻率，即提高機床的臨界轉速。這就使電主軸運轉在最高轉速時，仍可遠離機床的臨界轉速，確保不發生共振，這點對高速加工的安全尤為重要。
（4）結構簡單緊湊，容易做成獨立的功能部件，可由專業廠進行標準化、系列化生產。機床主機廠只需根據用戶的不同要求進行選用，可方便的組成各種類型、各種性能的機床，包括多軸聯動機床，多面加工中心和并聯機床等。
（5）主軸電動機做成內裝式，電動機和機床主軸采用同軸，不僅可以提高主軸的回軸精度，而且主軸箱的軸向長度縮短，主軸成為一個獨立的，很方便移動的部件。
高速電主軸由靜止升速至每分鐘數萬轉乃至數十萬轉是相當困難的.電主軸為保證正常工作,必須施加一定量的預負荷,這又增加了電主軸的阻力矩.為使電主軸能順利地完成啟動過程,應選取較大的啟動轉矩,故高速電主軸的啟動電流要超出普通電機的額定電流5～7倍.
現有的高速電主軸的驅動電源可分為兩類:(1)三相中頻發電機組是由一臺電動機和一臺中頻發電機組合而成.就其勵磁方式可分為整流子勵磁中頻發電機和異步繞籠勵磁中頻發電機.這種電源自身機械損耗和在機電轉換中的電磁能量損耗很大.并且噪音大、振動大,需建專用發電機房.又面臨輸電線路損耗大等難題,已很少使用.(2)靜止變頻電源是利用交流變頻調速技術.變頻器將工頻交流電轉換為所需頻率交流電.變頻器工作原理是建立在磁場矢量控制理論基礎上的.早期的靜止變頻電源多數以硅控元器件為主體,故體積大、可靠性差.已被大功率晶體管靜止變頻電源所替代.
現今廣泛使用的晶體管變頻器是脈沖調幅式變頻調速電源.可將三相50Hz380V交流電源轉換成三相中頻電源,其輸出電壓、頻率連續可調.最新的變頻器采用先進的IGBT晶體管技術,可以實現異步電動機的無級變速,其適應性、實用性、經濟性均優于中頻發電機組.目前已成為高速電主軸主要驅動電源.
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