电主轴是实现超高速磨削的核心部件,永磁同步电主轴因其功率因数高、精度高、温升低、性能指标好等优点在高精密数控机床上的应用越来越广。电主轴内部定转子间存在复杂的电磁耦合作用,对电主轴加工性能的优劣起着至关重要的影响。然而,目前在电主轴电磁耦合研究方面还存在很多不足,尤其对于转子偏心下电磁特性、电磁力、磁热耦合等影响规律的研究还不够深入。本文以永磁同步电主轴的电磁耦合特性和转子偏心对电主轴工作性能的影响为目标,深入研究了定转子在同心、静偏心、动偏心、混合偏心等工况下的机电磁热耦合特性,主要研究内容包括:1、依据电磁场理论和永磁同步电主轴气隙磁场的磁电耦合原理,导出了混合偏心下气隙磁导、磁动势以及综合电磁力密度的函数关系。2、以额定转速7000RPM、功率41KW的永磁同步电主轴为研究对象,基于Ansoft Maxwell有限元软件建立了电主轴二维有限元模型。针对前处理中网格剖分难点,依靠MATLAB数值分析得到了气隙网格层数精密剖分的表达式和剖分奇数层网格的方法,打破了运动域下只能剖分偶数层的局限。3、通过调整电磁场有限元模型的偏心率和回转中心,分析研究了不同气隙偏心下电磁特性的变化本质,得到了静偏心和动偏心下磁力线、径向电磁力密度、综合电磁力波形及谐波占比等趋势变化规律。并对混合偏心下电磁力进行参数化分析,得到了电磁力密度、综合电磁力曲线以及刚度特性变化规律曲线,进一步探索了更加贴近实际工况的电磁特性。4、针对有限元软件计算缓慢、不利于多物理场耦合分析的弊端,建立了永磁同步电主轴三维倾斜偏心半解析模型,通过MATLAB编程计算给出了其关键电磁特性数值分析方法,并与Maxwell有限元对比验证了其方法和分析结果的准确性。求得不平衡电磁力和电磁刚度随倾斜角度的变化规律,结果表明倾斜状态使主轴波动加剧,运行平稳性下降。5、为了精确计算分析电主轴内部温度场分布特性,采用Ansoft Maxwell和ANSYS Workbench关联交互的方法对电机进行了磁热耦合仿真。得到了铜损、铁损以及永磁体涡流损耗的时域变化曲线和分布特性,并对电机内各部分温升规律进行了分析,研究了转子偏心对电主轴内部温度场的影响。