电机的工作性能直接影响着工业生产的质量和效率。现代机械向着大型化、高转速发展,对电机的工作状况提出了更高的要求。双定子圆筒型直线电机结构紧凑,空间利用率高,适用于波浪发电、精密机床以及机器人直驱场合,但缺点也十分明显。首先,机械结构复杂,法向力大,电机中动子一端难以固定,易因加工和安装误差原因导致气隙分布不均匀,引起偏心故障;其次,由于内定子包括在动子中间,易因散热问题造成内定子高温,影响电机运行可靠性。为此,本文针对内定子高温及动子偏心故障问题,开展双定子圆筒型直线电机极限运行条件及偏心故障检测方法的研究。本文主要研究内容如下:基于三维有限元计算方法,结合人工反向迭代法,建立了双定子圆筒型直线电机的电磁场-流体场-温度场的多物理场双向耦合模型,实现了电磁场、流体场、温度场之间变量的双向传递;基于流固耦合方法摆脱了传统温度场计算中需基于经验设定散热条件的局限,并基于该模型系统地分析了不同运行工况下电机电磁场、流体场和温度场的特性变化规律,得到了电机极限运行条件。为分析偏心故障对电机性能的影响,将偏心故障分为静偏心和斜偏心,基于多物理场双向耦合模型,分别分析了两种偏心故障下电机的电磁场、流体场和温度场特性变化情况;采用傅里叶分解的方法,重点分析了偏心故障对感应电动势和电磁力谐波的影响,总结得到了偏心状态下电机性能变化规律。为实现偏心故障检测,提出了一种三层多相检测线圈式电机偏心故障状况检测方法。利用中层检测线圈的感应电动势基波之差实现静偏心故障检测,利用上下层的检测线圈的感应电动势基波之差实现斜偏心故障检测。仿真结果表明,该方法在判断故障类型、偏心方向和偏心距离诊断中具有良好的可行性。最后,搭建了双定子圆筒型直线电机样机及实验平台,对样机的电磁特性和温升特性进行了实验分析。在电磁实验中,齿槽力的实验与仿真计算的偏差很小,主要是由于制造误差和摩擦造成的,样机的电压实验结果低于仿真结果约1 V,规律大致相同,吻合较好;在温升实验中,电机温度幅值和变化趋势与分析大致相似,电机温升误差约为5℃,在10%的误差范围内,符合工程技术要求,验证了用多物理场迭代耦合模型得到的温升模拟结果的准确性和合理性。