本文以城市轨道交通用大功率直线感应电机(LIM)为研究对象，建立了LIM的改进T型等效电路模型、二维瞬态电磁场有限元模型和场路耦合分析模型，从理论分析、仿真计算和实验验证三个方面深入研究LIM的动静态特性和结构优化设计方法。　　 首先从直线感应电机电磁场基本方程出发推导了LIM六个边缘效应修正系数的计算公式，建立了LIM的改进单相T型等效电路和dq轴等效电路，分析了修正系数的变化规律和LIM的稳态特性。采用该改进T型等效电路完成了城市轨道交通用大功率LIM的电磁优化设计，并进行了实验测试，实验结果表明，该等效电路可基本满足工程需要。　　 提出了一种插值直线运动边界法，并将其用于直线运动区域的有限元计算，建立了LIM的二维瞬态电磁场有限元模型。深入分析了电机运行过程中动态纵向边缘效应对电机动态特性的影响，研究了LIM电磁力、次级涡流、初级端部漏磁、气隙磁通密度及其谐波的分布与变化规律。计算结果表明，电机起动时和接近同步速时次级涡流在X轴和Y轴方向上的分布状态都产生相反变化趋势，对已有结论进行了修正，为此类LIM的结构优化及控制提供了依据。　　 建立了直线感应电机的场路耦合分析模型，分别分析了短初级扁平型和弧形两种结构LIM的动态特性，对闭环控制工况下的电机内磁场、力特性和三相不平衡性进行了定量计算，仿真与实验结果表明，场路耦合法能够更准确和全面的分析LIM动态特性。　　 利用所建立的场路耦合分析模型，校验和修正了T型等效电路法得到的LIM电磁优化参数，得到了新的优化设计方案。依据直线感应电机瞬态电磁场和特性分析结果，提出改善LIM性能的两种结构优化策略。对一种新型初级结构LIM和一种经过次级结构优化的栅格型次级LIM分别进行了场路联合仿真分析，优化后的电机在电磁力、效率和抑制高次谐波等性能上都有了比较明显的改善。