近年来,能源问题已成为世界各国关注的共同话题,其中对于储能技术的开发与利用已成为研究的热点。由于飞轮储能装置具有充放电速度快、环境友好性强、循环使用寿命长等优点而成为各国学者争先研究的对象。磁悬浮轴承(简称磁轴承)作为飞轮储能装置支承系统的关键部件,其性能的好坏将直接影响飞轮储能装置诸多关键性能。磁悬浮轴承类型可以分为电励磁磁轴承和永磁偏置混合磁轴承,鉴于飞轮储能装置的工作环境为真空状态,其散热条件较差,由损耗导致的发热将严重影响飞轮装置运行的可靠性,故项目将损耗较低的永磁偏置混合磁轴承(HMB)作为研究对象,围绕其运行原理及数学模型、损耗及温升、关键参数优化设计等方面开展相关研究。本文首先对几种典型的混合磁轴承进行了分析,并以飞轮储能用同极性混合磁轴承(HOHMB)为重点研究对象,对其结构及工作原理进行了介绍。考虑到以往对磁悬浮轴承悬浮力进行建模时均忽略其漏磁现象,导致其悬浮力模型精度较低。针对这一问题,本文将边缘效应考虑在内推导了同极性混合磁轴承的悬浮力数学模型。同时对其结构参数进行了初步设计,并且通过有限元软件对其电磁性能进行了验证。其次,给出了磁悬浮轴承铁损及铜损的计算方法,并且基于同极性混合磁轴承的初始结构参数建立了三维有限元损耗分析模型。利用有限元分析软件对其不同转速下的铁损进行了分析,得到了不同转速磁悬浮轴承的铁损分布。通过对磁悬浮轴承损耗的分析为后续的温度场研究奠定基础。然后,介绍了温度场分析的有限元理论,阐述了热传导的三种基本方式。根据传热学的基本理论,建立了磁轴承的三维有限元温度场分析模型,给出了同极性混合磁轴承材料的热参数及散热系数的计算方法。在损耗分析的基础上对磁轴承自然工况及真空工况下的温度场进行了分析,分析结果表明真空工况下的温升大于自然工况下的温升。最后,在初始设计的基础上,结合损耗及温度场分析,提出了基于遗传粒子群算法的多目标优化设计方法。在多目标优化过程中,建立了磁轴承的参数化模型,构建了以悬浮力、损耗和体积为目标的优化函数,确定了相应的优化变量及约束条件,获得了磁轴承的最优结构参数。对优化后磁轴承的电磁和温升进行了分析,分析结果验证了该优化方法的合理性与有效性。