双凸极混合励磁发电机(DSHEG)具有转子结构简单、可靠性高、能量密度大、高效运行区域较宽等优点,越来越多地受到国内外学者和专家的关注。本文将针对定子混合励磁双凸极发电机的特点,结合辅助发电单元的具体应用背景,以高电压品质、低振动为研究目标,从双凸极电机通用数学模型、混合励磁发电机的快速优化方法、电压谐波抑制和振动抑制的角度进行全面、深入的分析。首先,介绍方波形双凸极发电机的基本结构及原理,推导其通用数学模型,描述开关磁阻发电机与双凸极混合励磁发电机之间的相似性,在此基础上分析了双凸极电机电感的理论模型以及磁链轨迹的统一性原理,提出超前角优化选择策略。总结了双凸极电机电感参数辨识方法,并采用基于冻结磁导率的磁链解耦分析方法,对含有隔磁桥的DSHEG不同运行状态下的单相磁链和电感特性进行研究。搭建了计及三相非对称和饱和的双凸极混合励磁发电机Simulink仿真模型,分析其稳态、动态运行特性和工作特性。其次,提出了一种基于改进田口法的快速优化方法。针对辅助发电单元应用技术要求,结合双凸极混合励磁发电机的稳态性能和工作特性,针对双凸极混合励磁电机叠长、电枢绕组匝数、定子内径、定子极弧角度、励磁绕组匝数、永磁体宽度和厚度等因素,采用田口方法探讨了其对电压调节系数、电压均值和电压波动系数品质因素的影响以及电励磁和永磁励磁的交互作用。构造多目标归一化的含权系数统一评估函数,提出一种可以简化决策过程的改进田口法,并应用于一台“III”型双凸极混合励磁发电机设计,对后续章节进一步快速优化具有借鉴意义。通过实验对DSHEG的理论分析和性能进行初步验证。再次,提出和建立了双凸极混合励磁发电机的电压谐波模型和电感非对称模型,分析了“III”型DSHEG不控整流方式下的电压波动主要原因,通过双凸极混合励磁发电机的谐波分析,针对三相电感不对称系数的补偿,提出一种“LTL”型定子优化模型,并通过单目标田口法对母线电压波动系数进行优化。通过“III”与“LTL”两台样机的实验对比,验证了该齿形优化对电压品质及效率的影响,这种基于电感非对称分析模型的优化也同样适用于其他“C”型和“E”型双凸极电机。最后,建立了双凸极混合励磁发电机电磁振动模型,分析了引起电磁振动的主要原因。分析径向磁拉力的分布和谐波组成,同时建立该电机的振动模态和周向振动模型,并提出一种基于修正系数的薄壁模型,可以计及定子齿形对固有频率影响;探究“LTL”定子参数对二阶固有频率的影响,由此建立周向振动的线性叠加模型,估算电机周向振动幅度。结果表明,径向磁拉力的二次谐波分量与定子二阶固有频率对该电机定子周向振动的影响较大。通过仿真和实验对比分析,验证“LTL”齿形对电机周向振动具有抑制作用。本文工作所研究的双凸极电机通用数学模型、改进田口优化设计方法以及“LTL”型定子齿形优化和振动特性分析模型,都是辅助发电单元双凸极混合励磁发电机的关键技术问题,这些问题的解决对其在辅助发电单元中的应用和推广具有重要意义。