磁悬浮飞轮储能系统是采用电磁轴承支撑,利用飞轮旋转进行储能的机械装置。有着使用周期长、无接触支撑、能量损耗低等特点,有着广泛的应用前景。本文以磁悬浮飞轮储能系统的径向振动为研究对象,分析非线性电磁力对飞轮转子系统径向振动的影响。首先根据差动电磁轴承基本原理,建立了带有控制参数的非线性电磁力模型,探讨了控制参数对电磁力的影响。而后根据飞轮转子动力学特性,将牛顿力学与陀螺力学基本原理相结合,建立考虑陀螺效应的四自由度转子非线性动力学方程。其次在所建立的动力学模型的基础之上,依据四阶龙科库塔数值积分法分析了四自由度飞轮转子在非线性电磁力支撑下的径向振动特性,并采用庞加莱映射、相图、时域图等方式,探讨系统参数对飞轮转子径向振动的影响。通过多尺度法求解单自由度下飞轮转子系统非线性动力学模型近似解析解,讨论了其非线性振动机理。利用有限元法分析了电磁力支承刚度对系统临界转速的影响,并探讨了角加速度对系统临界转速的影响。此外,还进行四自由度运动方程下的陀螺力矩推导,讨论了陀螺效应对转子临界转速的影响。最后对600Wh磁悬浮飞轮储能样机进行调试与动态实验,并将采集到的数据进行处理,通过时域图、频域图分别分析了一定转速下上、下电磁轴承处径向振动特性,发现转子在临界转速区间振动较为剧烈。实验数据与理论分析和仿真结果相吻合。