且磁链闭环控制可进一步降低对参数变化的敏感性

,提高磁场定向准确度。

    直接转矩控制技术是继矢量控制技术之后发展起来的又一种新型的高性能交流调速技术，
直接转矩控制系统如图

3 所示。它避免了繁琐的坐标变换，充分利用电压型逆变器的开关特

点，通过不断切换电压状态使定子磁链轨迹为六边形或近似圆形，控制定子磁链，也即调
整定于磁链与转子磁链的夹角，从而对电动机转矩进行直接控制，使异步电动机的磁链和
转矩同时按要求快速变化。在维持定子磁链幅值不变的情况下，通过改变定子磁链的旋转速
度以控制电机的转速。
　　以上二种控制方法均能达到较好的控制效果，且目前已有许多成熟的应用。如德国

keb

公司的带编码器反馈的闭环异步伺服系统，采用闭环矢量控制，并且同时支持增量型，正
余弦及

ssi 编码器反馈，给系统的组成带来了极大的灵活性。

永磁同步电机
　　永磁同步电机是另外一种主轴电机，其优点明显

:转子温升低，在低限速度下，可以作

恒转矩运行。转矩密度高，转动惯量小，动态响应特性更好。对比现有的交流异步电动机，
它有以下优点

:

　　工作过程中转子不发热

;

　　功率密度更高，有利于缩小电主轴的径向尺寸

;

　　转子的转速严格与电源频率同步

;

　　也可采用矢量控制。
　　但是一般情况下，永磁同步电机的同步转速不会超过

3000r/min，这就要求永磁同步

电机具有较高的弱磁调速功能。在弱磁控制的区间内，电压通常会非常接近电压极限值，一
旦超出电压极限椭圆，

d 轴和 q 轴电流调节器就将达到饱和，并相互影响，这样通常会导

致电流、转矩输出结果变差。人们在弱磁控制方面也提出过不少方法，如改变转子结构，加
上特殊铁心构成磁阻，以加大

ld 与 lq 的比值等[3]。但是实际效果并不十分理想，并且主轴

电机功率要求较高，用永磁同步电机的稀土材料成本过高。
其他形式电机
　　其他形式电机如开关磁阻电机、同步磁阻电机作为机床主轴的应用，现在也开始慢慢被
关注。
　　开关磁阻电机做主轴有如下优点

:

　　系统效率高，输出功率大。开关磁阻调速式主轴在宽广的调速范围内，整体效率比其它
系统高出

10％以上。在低转速下高效率更加明显。普通交流电机驱动的主轴空载时功率因数

为

0.2～0.4,满载时为 0.86～0.8。而开关磁阻调速式主轴的功率因数空载时可达 0.995，

满载时可达

0.98。

　　主轴电机温升低。因转子无绕组，热耗大部分在定子，易于冷却，开关磁阻调速电机及
控制器系统的温升低于其它系统的温升。但其缺点也是很明显，转矩脉动较大，电机和控制
器的成本和复杂度高。
　　同步磁阻电机是轴向叠片各向异性

(axially laminated anisotropic, 简称 ala)转子磁

阻同步电机的简称，上世纪

90 年代以来得到较快发展。它是其定子与普通交流电机定子相

似

, 而转子由高导磁材料和非导磁绝缘材料叠片沿轴向交替高密叠压而成。其独特的转子结

构使之可获得很高的凸极比

(即 ld/lq), 同步磁阻电机的出现对于机床的主轴驱动又有了性

价比更好的选择。从本身上看它具有造价低，易于控制，低速性能好，调速范围宽等优势。
从控制方面看，他能很好的适应

dq 轴矢量控制方法，而且算法比感应电动机简单，在高

速部分有着比

pmsm 好的弱磁性能。

结语
　　电主轴的出现，很好的适应了超高速加工的要求，并将逐步取代传统的机床主轴系统。