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国内外学者在定子绕组电磁力推导方面做了大量的工作，具有代表性的主要有3种：毕奥—萨伐尔法、麦克斯韦方程组法和气隙磁导法。
单继聪等将定子端部线圈等效为多个平均等分的直线段，利用镜像原理和毕奥—萨伐尔定律，得出了定子绕组的镜像电流及由此感应出的端部电磁场表达式，最后利用安培力公式得到了端部绕组电磁力的表达式。胡宇达等将某大型汽轮发电机定子绕组的电流展开为傅里叶级数，基于麦克斯韦方程组得到了定子端部区域磁感应强度的表达式及端部绕组电磁力的方程。鲍晓华等以大型异步电动机为对象，运用同样的方法推导了端部磁密和线圈的电磁力密度方程。ZHANG B J等根据麦克斯韦方程组，建立了大型汽轮发电机端部绕组复杂三维形状表面边界区域载流导体感应的磁场和电磁力的数学模型，并用积分方程法计算了对称、不对称、突然短路和不同功率因数下定子绕组端部的电磁力，此方法非常适合处理复杂几何形状。
上述两种方法均需要用到定子电流的公式，由于偏心和定转子绕组匝间短路时定子绕组电流的时间描述较为复杂，因此在此类机电故障下，端部绕组电磁力公式推导受到限制。部分学者通过对短路电流反向磁动势的计算和偏心气隙磁导的分析，利用气隙磁导法研究了汽轮发电机在气隙静偏心和定转子绕组匝间短路的单一故障和各种机电复合故障下定子和转子的表面磁拉力，推导了转子绕组匝间短路和静偏心下定子绕组直线段电磁力，这些文献采用的方法为故障时端部绕组电磁力的理论推导提供了借鉴。
由于有限元仿真结果更加直观和精细，因此有限元法得到了越来越多的青睐。学者们通过不同的有限元分析软件研究了正常运行时不同电机结构参数和运行参数下，以及相间短路故障下多种电机对象的端部绕组电磁力。
具有代表性地，LAZARNS V S等比较了毕奥—萨伐尔法、2D有限元和3D有限元方法在发电机端部漏磁场分析中的结果，对比分析表明，2D有限元法在结构优化方面性能更加优越，但2D有限元无法解决结构复杂的端部绕组受力问题。KIM K C等对比分析了毕奥—萨伐尔法与3D有限元方法在端部绕组电磁力计算方面的性能，发现3D有限元对于分析饱和磁场的端部绕组电磁力更加适用。目前，用于电磁分析的3D有限元软件种类繁多，Ansoft maxwell软件和COMSOL Multiphysics软件是比较常用的两种。借助有限元软件，学者们研究了不同电机对象的端部磁场及绕组电磁力。例如，LIN R R深入研究了3D模型下的某6极感应电机端部绕组电磁力分布；TATEVOSYAN A A基于三相感应电机分析了同步电机的端部磁场；LIANG Y计算了交流电机的定子绕组电磁力；LI Y P等分析了大型水轮发电机的阻尼绕组、核能发电机端部绕组、变压器绕组、汽轮发电机端部绕组的电磁力密度场。
此外，研究人员还提出和发掘了一些其他的电磁力仿真方法，例如，CHAN C C等提出了一种准三维有限元法，对100MW发电机端部绕组的磁密和径向电磁力分量沿轴向的分布情况进行了研究，此方法在存储空间和时间效率方面体现出比传统的3D有限元更优越的性能，适合计算大型汽轮发电机端部绕组电磁力，但计算结果的精确度较低；ZHANG J等提出了一种将三维有限元与电路方程组耦合的数值计算方法，得到了600MW汽轮发电机在三相短路后的端部电流场和电磁力，该方法在分析非正常运行状态下的电磁特性方面具有一定的便捷性。
仿真结果显示，电机运行状态和参数均会影响端部绕组的电磁力特性。FANG Y分析了大型潜水电机在稳态和瞬态运行时的电磁力密度分布特性；SALON S J等分析了汽轮发电机端部绕组的稳态和瞬态电磁力随负载和功率因数的变化；ZENG C研究了一台1550MW核能发电机端部绕组渐开线部分在额定工作阶段和进相工作阶段的电磁力。除了运行状态，其他参数，比如转子转速、功率因数、定子饱和度、磁场分布、绕组联结方式和形状等也会影响端部绕组电磁力的数值。通过分析不同时刻不同线棒的电磁力，合肥工业大学鲍晓华等发现电磁力常在渐开线的根部出现突变。为了减小电磁力的突变，LIANG Y基于电磁力的特性，设计了一种新型的定子绕组形状。此外，GHAEMPANAH A等通过数值仿真的方法得出了端部渐开线锥度及阶梯结构对电磁力的分布影响；BAO X H等提出，合理选择超导特性、绕组层数、节距系数对于降低绕组电磁力有着重要的作用，HUANG X L分析了端部磁场分布在冲击载荷作用下的变化情况；孔维星等分析发现相电流达到峰值时，汽轮发电机定子端部绕组电磁力根部最大。
与正常运行相比，故障状态下的电磁力特性将产生变化，目前此方面的研究集中于对相间短路时定子绕组的电磁力特性分析。例如，ALBANESE R进行了电磁—结构耦合的三维有限元模型数值仿真分析，计算了三相突然短路时定子绕组最大电流，通过积分公式获得了端部绕组的电磁力密度分布；吴疆等以ANASYS为平台，以600MW汽轮发电机为仿真对象，分析了在三相短路电流激励下，端部绕组电磁力随绕组位置的变化；郑志勇等得出了三种相间短路状态下，不同位置的端部电磁场和绕组电磁力随时间的变化特点。除此之外，LI W等人发现，异相同步会引起端部磁场的巨大改变，此时定子中会产生脉冲电流，从而影响端部绕组的受力。
在电磁力激发下，绕组会产生相应的机械响应。研究人员重点关注了正常运行及相间短路故障时，端部绕组的应力、应变、位移和振动。
具有代表性地，BAO X H和FANG Y分别以汽轮发电机和潜水电动机为对象，分析了A相电流最大时刻端部绕组的静态电磁力密度、等效应力及位移，得出了端部绕组中出现最大应力和最大位移的位置及数值；RICHARD N等以600MW汽轮发电机为对象，分析了其端部绕组在几个不同时刻的电磁力密度及位移；STERMECKI A等分析了感应电机的端部绕组周期内的最大Mises应力及位移。作为补充，OHTAGURO M研究了端部绕组的应变，并用应变塞尺进行了验证。
除了应力和位移，绕组的振动也是一个关键的响应参数。LU Y利用多体耦合方法，分析了轴流式永磁同步电机3种不同类型端部绕组的电磁力和振动；江旭等对某大型汽轮发电机实例进行了端部振动的对比分析，发现汽机端振动大于励磁端，径向振动大于切向。PATEL M R等人利用光学位移传感器测量了一个两极电机的端部绕组振动，发现径向振动幅值约为76～102μm，而在进相功率因数下运行时，振动将会增加到185μm。事实上很多大型电机已经安装了类似的光电传感器，例如光纤加速度传感器来检测端部绕组的径向振动。对于大型电机来说，行业标准要求在设计中使定子绕组的固有频率尽量避开电磁力激励的主频率，相应地，许多学者采用不同方法对发电机端部绕组的固有频率进行了计算和分析。例如，胡宇达等将复杂的端部渐开线绕组整体简化为圆锥壳模型，建立了简化模型的基本运动方程和振动控制方程，得到了不同支架数目对椭圆、三瓣、四瓣和五瓣模态固有频率的影响；赵洋等在ABAQUS/CAE中建立了某600MW大型汽轮发电机模型，利用试验测得的各构件材料的相关力学性能参数，得到了端部整体结构的椭圆模态和三瓣模态的固有频率，分析了线棒截面尺寸、径向支架刚度及连接件的绑定约束等对固有频率的影响；为了挖掘更加全面的结论，MORI D等人对两个感应电机进行了电磁力计算，用锤击法测得了固有频率，发现固有频率与径向电磁力的4阶模态相关；YANG H等人则以一个3对极双层叠绕组的永磁同步电机为研究对象，提出了频率和相应的径向电磁力谐波的模态之间的关系；MERKHOUF A等计算了铁心和绕组的自然频率，发现随着压簧结构的复杂程度的增加，自然频率的数量增加，但幅值会下降。
关于故障下的机械响应研究，主要集中于相间短路状态下的绕组应力、变形和振动。例如，陈伟梁等利用电机绕组结构、电流、磁场等的对称特性和矩阵摄动法，分析了定子绕组端部在各种相间短路时的平动、转动位移和模态；ZHAO Y将三相短路情况下随时间和空间变化的电磁力应用于ABAQUS/CAE中建立的端部绕组三维有限元模型，分析了绕组的结构和材料参数对其应力、位移和模态的影响；ALBANESE R等研究了发电机三相短路时定子端部绕组振动变形、静态应力及主要振型。
目前，大部分文献侧重于此类故障下的发电机的电磁特性及定转子铁心振动特性研究，对于气隙偏心及定转子绕组匝间短路时端部绕组的电磁力及机械响应研究则相对较少。轻微的绕组匝间短路和气隙偏心现象出现时，电机仍然可以运行较长的一段时间，因此此类机电故障经常被忽略。但随着短路和偏心程度的加剧，电机的机电特性会产生可观的变化。
气隙偏心故障导致了气隙磁密不同，这为使用磁场检测线圈来诊断气隙偏心故障提供了理论依据。WANG H F等针对感应电机，分析并验证了使用磁场检测线圈区分偏心故障的可行性；阚超豪等针对无刷双馈电机，利用解析法分析了其在正常情况与故障情况下的气隙磁场，得到了谐波特征，并且通过在有限元软件中建立的电机以及检测线圈的模型，验证了磁场检测线圈监测磁场谐波特征的有效性；武盾针对永磁同步电机进行分析，利用磁场检测线圈的感应电动势作为故障特征量，同时还对故障时检测线圈上感应电势的谐波情况进行了研究，从而实现对永磁同步电动机气隙偏心故障的诊断。
更进一步，不均匀的气隙磁密会导致铁心表面不平衡的磁拉力并产生振动。ZHANG G Y等发现，转子偏心时会造成磁场畸形，导致转子不平衡磁拉力增大，且其方向会随着偏心角度的改变而发生偏移；武玉才等通过有限元软件对水轮发电机和汽轮发电机的转子动、静偏心情况进行了计算，分析了偏心程度对不平衡磁拉力大小和方向的影响，并在一定的偏心程度下分析了发电机有功、无功功率变化对不平衡磁拉力的影响；MICHON M等基于气隙磁场2D分析技术的简单修改，提出了一种预测永磁无刷电机不平衡磁拉力的方法；何玉灵等分析了气隙偏心故障下汽轮发电机的不平衡磁拉力，讨论了振动幅度与气隙偏心故障程度的关系，提出了一种应用汽轮发电机定子通频振动烈度与特定频率成分振动幅值比对来鉴定气隙偏心故障程度的方法，能较为客观地鉴定出发电机偏心故障程度；GUO D等推导了三相同步发电机静偏心引起的不平衡磁拉力解析式，并分析了转子的振动响应；HAWWOOI C等对双馈发电机气隙偏心情况下的不平衡磁拉力进行了推导并提出了抑制的方法。另外，气隙静偏心故障下电磁转矩也会发生变化，径向偏心会造成电磁转矩频率成分的增加及各次谐波幅值的增大，而轴向偏心与此相反。同时，偏心后定转子绕组直线段的电磁力在气隙变小处增大，在气隙增大处变小。XU M X等对不同种类偏心故障，尤其是动偏心以及复合偏心故障对于双馈发电机端部绕组的振动特性进行了定性的分析；HE Y L等还对定、转子整体受偏心故障影响的振动特征进行了分析。
此外，气隙偏心故障还会表现在电气量中，定子绕组上会产生感应谐波和并联支路环流，转子上会产生轴电压，也为气隙偏心故障诊断提供了依据。如MERABET H等建立了正常以及混合偏心故障下双馈发电机的数学模型，并在MATLAB/Simulink平台中进行了仿真，结果表明气隙混合偏心故障会体现在定子电流中；武瑞兵考虑到电机低频运行时发生故障的特征频率与电源频率之间的差值较小，采用传统的3层小波包分解法不能满足频率细化的要求，因此对电机在正常和故障两种运行状态下的定子电流信号进行了8层小波包分解，细化了电机电流低频段序列，提取出能够较为准确反映电机故障的特征向量；左志文等提出了一种针对感应电动机定子电流包络线的Morlet小波分析新方法，有效消除了频谱泄漏和噪声干扰的影响；何玉灵等采用解析法进行了理论推导和实验验证，得到了气隙偏心故障对定子绕组并联支路环流的影响；李永刚等通过使用Ansoft有限元分析软件对调相机建模分析，也指出了气隙偏心对于并联支路环流特性的影响；此外，ZHOU Y等还分析了不同种类的偏心故障对于不同并联支路数电机的影响。同时，刘飞等发现偏心会导致定子电流特征频率幅值的增大，并提出了一种基于电流信号的偏心检测方法；EHYA H从电压电流的谐波成分、效率、温度、电磁转矩波动4方面对偏心检测方法进行了汇总。
同样，转子绕组匝间短路也会造成磁场的畸形，并进一步引发铁心的不平衡磁拉力及振动。
电磁特性方面，武玉才等通过端部漏磁通在线检测的方法，发现发电机发生内部匝间短路故障时，气隙磁动势会出现新的频率成分。基于此原理，孙宇光等发明了一种新型探测线圈，用于匝间短路故障的识别，当转子绕组匝间短路时，探测线圈端口电压出现偶数次或分数次谐波，而定子绕组匝间短路时，端口电压只包含奇次谐波。转子绕组匝间短路后气隙磁动势的变化又会引起转子表面磁拉力的频率变化，这种变化与短路后的定子电流频率及转子的极对数有关。
另外，在机械特性方面，电机的实际电磁功率与虚功计算值之间的差会随着转子匝间短路的发生而增大。而当定子绕组匝间短路时，转子的平均电磁转矩会减小。为避免转子绕组匝间短路可能带来的恶性故障和严重经济损失，LI Y G等提出了BP神经网络和在线监测的方法来识别转子绕组匝间短路；万书亭等提出一种基于定转子振动特性的复合诊断方法来确定转子绕组匝间短路的位置和程度。
在复合故障方面，何玉灵等针对汽轮发电机和双馈式风力发电机分析了气隙动静偏心与定转子绕组匝间短路组成的各种机电复合故障下并联支路内部环流的电势差、电磁转矩特性和不平衡电磁力。除此之外，学者们还研究了气隙偏心和定转子绕组匝间短路时励磁电流、磁密、定子电流、电压等。
可见，现有文献对气隙偏心和匝间短路故障下定子端部绕组电磁力和振动特性的研究较少。有文献发现绕组电磁力的偶数倍频成分的增幅会随着定子绕组匝间短路程度的增加而变大；当气隙静偏心和定子绕组匝间短路同时出现时，短路匝中心与最小气隙位置越近，线圈的电磁力幅值越大；转子匝间短路会造成定子绕组电磁力奇数倍频成分幅值的增加。以上结论忽略了极对数对短路匝反向磁动势的影响，因此应用受到限制。