電主軸由無外殼電機(jī)、主軸、軸承、主軸單元?dú)んw、驅(qū)動(dòng)模塊和冷卻裝置等組成。電機(jī)的轉(zhuǎn)子采用壓配方法與主軸做成一體，主軸則由前后軸承支承。電機(jī)的定子通過冷卻套安裝于主軸單元的殼體中。主軸的變速由主軸驅(qū)動(dòng)模塊控制，而主軸單元內(nèi)的溫升由冷卻裝置限制。在主軸的后端裝有測速、測角位移傳感器，前端的內(nèi)錐孔和端面用于安裝刀具。

由于電主軸將電機(jī)集成于主軸單元中，且轉(zhuǎn)速很高，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量熱量，引起電主軸溫升，使電主軸的熱態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性變差，從而影響電主軸的正常工作。因此，采取一定措施控制電主軸的溫度，使其恒定在一定值內(nèi)。機(jī)床一般采取強(qiáng)制循環(huán)油冷卻的方式對電主軸的定子及主軸軸承進(jìn)行冷卻，即將經(jīng)過油冷卻裝置的冷卻油強(qiáng)制性地在主軸定子外和主軸軸承外循環(huán)，帶走主軸高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量。機(jī)床另外，為了減少主軸軸承的發(fā)熱，還對主軸軸承進(jìn)行合理的潤滑。

電主軸的電動(dòng)機(jī)均采用交流異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，由于是用在高速加工機(jī)床上，啟動(dòng)時(shí)要從靜止迅速升速至每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)乃至數(shù)十萬轉(zhuǎn)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，因而啟動(dòng)電流要超出普通電機(jī)額定電流5~7倍。其驅(qū)動(dòng)方式有變頻器驅(qū)動(dòng)和矢量控制驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)兩種。變頻器的驅(qū)動(dòng)控制特性為恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)，輸出功率與轉(zhuǎn)矩成正比。機(jī)床新的變頻器采用的晶體管技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)主軸的無級變速。機(jī)床矢量控制驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)控制為在低速端為恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)，在中、高速端為恒功率驅(qū)動(dòng)。
復(fù)合陶瓷軸承在電主軸單元中應(yīng)用較多，這種軸承滾動(dòng)體使用熱壓Si3N4陶瓷球，軸承套圈仍為鋼圈，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，對機(jī)床結(jié)構(gòu)改動(dòng)小，易于維護(hù)。
為了盡快給高速運(yùn)行的電主軸散熱，通常對電主軸的外壁通以循環(huán)冷卻劑，冷卻裝置的作用是保持冷卻劑的溫度。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀以及剛性攻螺紋，電主軸內(nèi)置一脈沖編碼器，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的相角控制以及與進(jìn)給的配合。
在數(shù)控機(jī)床中，電主軸通常采用變頻調(diào)速方法。主要有普通變頻驅(qū)動(dòng)和控制、矢量控制驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)和控制以及直接轉(zhuǎn)矩控制三種控制方式。