课题来源与背景：数控机床具有高效率、高精度、高自动化程度的特点，在航空航天、船舶汽车等众多工业领域得到了广泛的应用。基于数控机床的重要性，国家已经在"十一五"装备制造业发展纲要中将数控机床技术的发展作为装备制造业发展的重中之重。随着各种相关技术的发展，数控机床技术发展的好坏已经成为一个国家工业水平的衡量标准。电主轴永磁电机驱动系统是高档数控机床的关键部件，是近些年来数控机床领域所研究的热门技术分支，电主轴电机的设计及驱动技术的发展对数控机床的进步有着深远的影响。

    研究目的与意义：针对高速高精度加工的特点和要求，对电主轴内装式永磁电机及其驱动系统进行研究开发，解决电主轴机床主轴驱动部件一体化分析设计及高性能控制技术的难点，突破和掌握关键技术，实现主轴驱动的高速度、高精度、宽调速范围和优越的动态性能。对电主轴用内置式永磁电机驱动系统进行研究，攻克电主轴永磁电机驱动系统关键技术，促进行业发展，推动相关技术的产业化，促进电主轴产品的国产化。

    主要研究内容：研究内容包括内装式永磁电机与机床电主轴一体化结构设计、基于多场路结合的电主轴内装式高速永磁电机优化设计、驱动系统的矢量控制、永磁同步电机初始位置检测和宽范围弱磁调速等方面，以突破电主轴驱动的关键技术，实现主轴驱动的高速度、高精度和优越的动态性能，推动相关技术的产业化，摆脱电主轴依赖进口的局面。

    创见与创新：针对高速高精度数控机床电主轴永磁电机驱动系统进行了设计研究，具有以下创新点：1)内装式高速永磁电机与机床电主轴一体化设计，可以使系统结构简单，传动平稳，振动噪音小，使用和维修方便。将机床主轴和电机本身的特点相结合进行统筹设计，而非传统上的相互独立设计。2)基于多场路结合的电主轴内装式高速无刷电机优化设计，采用基于多场路结合的电主轴内装式高速无刷电机优化设计方法，对电机模型电磁场、温度场进行了仿真，对多个场路进行了复合优化设计，确保其高性能、高可靠性、动态性能及良好的冷却散热条件。3)改进电主轴内装式永磁电机矢量控制和弱磁控制策略，分析弱磁控制算法及电机参数对弱磁性能的影响。研究最大转矩电流控制（MTPA）、弱磁控制、功率因数等于1控制三种电流控制策略，提出电流最优控制策略。4)改进内置式永磁同步电机无位置传感器初始位置检测方法，针对内置式永磁同步电机起动存在的短暂"反转"问题，研究并提出了两种转子初始位置检测方法，能够准确、有效、快速的检测处转子初始位置信息，解决了PMSM起动时的初始定位问题。

    社会经济效益：突破了电主轴电机设计驱动过程中的多个关键技术，包括宽调速范围高精度电主轴电机设计技术和弱磁控制技术等一系列关键技术，显著的提高了驱动系统的性能。同时，培养了一批高素质专业人才，形成了一整套包括电主轴电机设计，电主轴电机驱动技术研究以及电主轴电机实验的完整的研发体系，初步形成了电主轴电机的研发基地和人才培养基地。电主轴电机研发基地的形成有助于掌握核心技术，打破国外对我国数控机床电主轴市场的垄断地位，促进我国数控机床产业的发展，加快产业的更新换代，有助于基础制造业的发展，对经济的发展具有促进作用。