现代机床装备业推动了高速加工技术的快速发展,但作为机床核心部件的高速电主轴仍存在许多问题有待深入研究。工程实践表明,已不能通过单从电主轴单元或变频器单元的设计与优化来实现系统整体性能指标的最优化,而需要从机电全局角度来设计与优化变频调速系统。因此从机电全局设计角度来开展电主轴设计方法研究对提高系统工作性能,促进高速加工技术发展具有重要的理论意义。本文课题来源于国家自然基金资助项目(No.50475054),以提高电主轴系统动态特性为目标,从机电系统全局设计角度来研究高速异步型电主轴设计方法,从机电耦合动力学研究电主轴的设计性能,并对电主轴系统谐波进行了实验研究。文章探讨了基于正弦脉宽调制技术的电压型逆变器输出谐波的时频域分布情况,分析了谐波引起附加损耗和导致脉动转矩的机理,总结得出了抑制谐波是设计面临的主要问题。传统设计方法存在着局限性:没有考虑与逆变器相匹配;定子外径不能直接确定;转子深槽出于起动性能考虑。本文提出的设计方法通过增大定、转子槽漏抗来限制谐波电流,实现与逆变器性能相匹配;以电流密度代替电负荷推导得到的尺寸关系式直接确定了定子外径尺寸及其余槽形尺寸,消除了经验参数的影响;定、转子槽形采用半闭口梯形槽或梨形槽设计可以提高槽面积利用率和效率,而无需考虑起动性能指标的约束。根据以上改进和系统宽调速范围内的动态特性要求,本文编制了电机程序设计流程,给出了电主轴设计算例。随后本文以基于机电耦合动力学的超高速磨床电主轴系统模型动态仿真研究了电机的设计性能,从而验证设计方法的可行性。本文从机电全局设计角度提出了一种行之有效的高速异步型电主轴设计方法,该方法对提高电主轴系统的整体性能具有重要的参考价值。