因为要求主轴电动机要有大的输出功率，所以在主轴驱动系统中不采用永磁直流伺服电动机，采用的直流电动机与普通直流电动机相同，为他励式。在结构上主轴直流电动机也由定子和转子两个部分构成，转子由电枢绕组和换向器组成，定子由主磁极和换向极组成。有的主轴直流电动机在主磁极上不但有主磁极绕组，还带有补偿绕组。为缩小体积，改善冷却效果，采用了轴向强迫通风或热管冷却。电动机的尾部一般都同轴安装有测速发电机作为反馈元件。

直流主轴电动机的速度控制单元如图1所示，框图的下半部是由速度环和电流环构成的双闭环调速系统。它和前面中所讲述的进给驱动中的直流速度控制单元是完全一样的，用调整主轴电动机的电枢端电压的方法进行的是恒转矩调速。控制系统的主回路采用反并联可逆整流电路，因为主轴的电动机功率比较大，所以功率开关元件大多采用晶闸管元件。这一部分的系统工作原理参阅，在这里不再讲述。

图1 直流主轴电动机的速度控制单元

框图的上半部分是一个励磁控制回路，因为主轴直流电动机的调速还包括一部分恒功率调速，这部分恒功率调速是由控制励磁回路的励磁电流的大小来实现的。

在直流电动机的机械特性公式中

那么改变励磁电流的大小，即是改变磁通量ø的大小。在额定转速以下，是靠减小电枢端电压Ua，获得了一组平行、线性的机械特性，即恒转矩调速特性。但在额定转速以上，不能让电枢端电压超过额定电压，那样会烧毁电枢绕组。我们要把转速继续向上调，只能让φ减小，即弱磁调速。在弱磁调速中随着φ的减小，转速的上升，电磁转矩M是减小的，所以称为恒功率调速。

因为主轴直流电动机为他励式，励磁绕组与电枢绕组无直接关系，需要由另一直流电源供电。框图上半部分的励磁控制回路由励磁电流设定、电枢电压反馈回路和励磁电流反馈回路三者的信号经比较后，输入给PI（比例积分）调节器，根据调节器输出电压的大小，经电压/相位变换器（可控硅触发电路）来决定晶闸管控制极的触发脉冲相位，控制加到励磁绕组端的电压大小，从而控制励磁电流的大小，完成恒功率控制的调速。