基于永磁同步直线电机(PMSLM)定位精度高、加速度大、响应速度快、运行可靠的性能特点,近年来,PMSLM正越来越多的应用于高档数控机床。论文以PMSLM在高档数控机床上的应用为研究背景,就影响其定位精度及可靠运行的温升特点为研究目标,基于一台高电流密度PMSLM展开了相关的研究。在高电流密度PMSLM的设计方面,从电机电磁设计的角度出发,对电机的基本拓扑结构进行了选择,并且建立了电机的三维有限元电磁场模型。从PMSLM的定位力的产生机理入手,从齿槽定位力与边端定位力两个方面对电机进行了定位力的优化。并且提出了两种不同性能的永磁体材料组合使用优化电机的气隙磁密,从而降低电机定位力以及造价的方法。对电机不同电流密度下的反电势的畸变率进行了计算,从而评估了该PMSLM的最高电流密度。从电机温度场计算的角度出发,研究了电机中的热源,组成电机各部件材料的导热系数等热参数的计算。针对电机槽部建模和计算困难,且实际导热系数计算误差较大的问题提出了基于Gasar多孔金属材料模型计算电机槽部等效导热系数的计算模型与方法。并且把该模型及方法的计算结果同现有的双层平壁结构模型,并联模型,经典估算方法所得的结果进行了对比。为了能够更直观的验证所提出方法的正确性,基于电机槽部模型与利兹线结构的相似性,把提出的模型及方法应用于利兹线导热系数的计算中,计算了利兹线的等效导热系数。并且在实验验证方面,用高精密的ASTM D5470标准测试方法直接测量了所计算的利兹线的等效导热系数。实验结果对其理论分析进行了较好的验证。从而也对电机槽部等效导热系数的计算模型与方法直接进行了验证。为了缩短电机的电磁场、温度场及流体场的多物理场耦合计算的时间,从而增强电机多物理场耦合计算的实用性,提出了基于平板PMSLM的简化流体场计算模型。基于所提出的模型进行了该电机的流体场计算。根据计算结果,利用多项式插分和拟合的方法求解了电机外表面流体的平均流速,从而求解了电机外表面同环境之间的对流系数。除此之外,对电机水冷管道设计、水冷管道内的流体的流动速度、压力及温度分布也分别做了研究。通过分析电机的电磁特性与温度特性的相互影响,以及对电机的电磁场,温度场及流体场的数学模型的研究,提出了PMSLM的电磁场与温度场强耦合,温度场与简化流体场弱耦合的多物理场耦合计算的方法。基于多物理场耦合计算的结果,研究了自然冷却状况下,电机电流密度较低时的PMSLM中各部分的温度变化规律,以及稳态时的温度分布特点。计算并且分析了电流密度较高时电机中最高温度点的变化规律,电机中各部分温度随时间的变化等。对电机电流密度,电机中的最高温度,电机的热持续时间及冷却时间之间的规律进行了分析。基于以上所研究的PMSLM的电磁结构,设计的水冷结构制作了样机。采用功率分析仪,多路温度测试仪,滚珠丝杠平台等搭建了样机的实验测试平台。首先,对电机的基本电磁性能,如电机的定位力,空载反向电动势,电机推力等进行了测试。其次,对正常工作状况下的电机在不同电流密度下的温升进行了动态测试,并且与仿真进行了对比验证。最后,使电机运行在故障状态,通过给电机三相不同的电流值,电机各部分的温升及热量的流动也会发生一定的变化,本文对这种现象进行了实验并且做了具体分析。