振动与噪声是衡量永磁同步电主轴性能的关键指标,也是一直让人头疼的问题之一。本文利用有限元法研究永磁同步电主轴的振动与噪声特性,主要内容包括永磁同步电主轴的磁场计算、电主轴机械结构对齿槽转矩的影响、电主轴的正弦供电与变频器供电的磁场计算、电主轴整体的模态实验、电主轴空载与满载的振动噪声实验对比、电主轴开关频率与转速和噪声值之间的关系。本文分为以下三个部分内容:第一部分是通过对永磁同步电主轴的气隙磁场进行计算,提取出随时间与随位置变化的径向电磁力与切向电磁力,通过数值积分对切向电磁力进行积分,获得随时间变化的瞬时转矩,同时对径向电磁力进行频谱分析,为后续电主轴齿槽转矩和振动噪声分析奠定基础。第二部分是提出了三种有效削弱电主轴齿槽转矩的方法,第一种是针对表贴式4极48槽永磁同步电主轴进行研究,得出最佳的永磁体包角和永磁体分布角度;第二种是研究内置式4极6槽永磁同步电主轴的转子结构对齿槽转矩的影响,得出最佳的转子结构形状参数;第三种是研究表贴式4极6槽永磁同步电主轴的气隙形状对齿槽转矩的影响,主要是研究最长气隙长度与偏移位置角。研究结果表明:最长气隙长度与偏移位置角度的改变,对电主轴的额定转矩没有影响,但是却能很好的降低齿槽转矩对电主轴的影响,得出了最佳设计参数。总之,通过上述三种方法对三种不同的电主轴进行的研究,为低齿槽转矩的永磁同步电主轴的设计提供了依据。第三部分是对一台68kW的永磁同步电主轴在正弦波供电和变频控制供电时的气隙磁场进行分析,发现变频控制供电的电磁力中增加了一些谐波电流成分;同时,对其进行模态与振动噪声实验分析,将仿真数据与实验数据进行,进一步验证了仿真的可靠性;对空载、额定负载的振动噪声信号与径向电磁力频率成分进行对比,发现径向电磁力是引起振动噪声的主要根源。同时,也研究了电主轴噪声值与开关频率和转速之间的关系。