飞轮储能系统是一种机械储能方式的储能装置，具有体积小、质量轻，能量密度高，能量转换效率高，寿命长，可靠性好，“零”污染等诸多优点，其已在军事、航空航天等领域得到应用，拥有巨大的应用前景。学位论文在课题组现有研究成果的基础上，基于减小飞轮储能系统体积，减轻飞轮储能系统质量的目的，主要做了如下几个方面的研究：　　针对现有的飞轮储能系统结构，提出了一体化飞轮储能系统结构方案。一体化飞轮储能系统是指将飞轮储能系统的电机和飞轮转子集成在一起所形成的新的储能装置。该结构方案拥有更小的体积、质量，可提高系统的能量密度、效率、散热能力、使用寿命，减小损耗等优点。　　介绍Halbach阵列的形成原理、特点、制造方法。分析曲面Halbach阵列——矩形圆柱Halbach阵列和扇形圆柱Halbach阵列磁场分布特点，扇形圆柱Halbach阵列更适用于旋转电机。分析相同条件下Halbach阵列电机和永磁同步电机的性能，对比分析可知，Halbach阵列电机的气隙磁密是永磁同步电机气隙磁密的3.6倍，而且气隙磁密的正弦性也更好；高阶谐波对基波的影响Halbach阵列电机要小于永磁同步电机；Halbach阵列电机转子的转矩是永磁同步电机电机转子转矩的5.35倍。Halbach阵列电机的性能要优于永磁同步电机。　　对一体化飞轮储能系统的永磁轴承拓扑结构进行了分析，列举所有可能的轴承拓扑结构情况，并对各种情况分类为径向、轴向、向心轴承三类中一种。根据任意形状永磁体空间磁场分布解析式，推导轴承外圈永磁体在轴向磁场分布解析式，在Z=5mm处磁感应强度最大。以径向永磁轴承为列，根据分子电流学说，建立轴承空间模型，推导径向力的解析式。定义径向力密度作为衡量轴承性能的评价量。分析轴承结构参数对轴承性能的影响，为提高轴承承载能力，应增加轴承高度、轴承外圈永磁体外径、轴承内圈永磁体内径，减小轴承外圈永磁体内径、轴承内圈外径。　　针对一体化飞轮储能系统复杂的耦合磁场，分析了系统磁场优化前后磁场分布、耦合磁场对轴承承载能力影响、飞轮受力情况。对比分析可知，优化后系统的磁场主要集中在永磁体内部或者磁路中，而优化前是分散的；系统内部给部件的相互影响减小了；优化前径向轴承的承载能力变化了13.31％，轴向轴承变化了27.73%，优化后径向轴承变化了0.62%，轴向轴承变化了0.89%；优化前飞轮的受力大小和转矩是优化后的十倍以上。故对系统的优化是有效的、合理的，可提升系统的性能。