飞轮储能技术是将风能、太阳能等可再生能量转成飞轮的动能并加以存储的技术,具有储能密度高、充电时间短、使用周期长、无污染等优点,在新能源汽车、微网和UPS供电系统等领域都有广泛应用。飞轮的高速旋转带来的摩擦损耗是限制飞轮储能技术发展因素之一,磁轴承能够实现定转子之间无摩擦,且转速高、控制方便,可以提高飞轮系统的储能效率和使用寿命。本文提出采用无轴承电机与三自由度磁轴承集成的新型结构作为飞轮储能系统的支承结构方案,大大优化的轴向空间,系统结构简单。本文主要围绕飞轮储能系统中磁轴承支承系统的结构方案、数学模型、控制策略及实验设计展开了一系列研究,主要研究内容如下:首先,详细介绍飞轮储能系统的研究背景,分析飞轮储能系统的关键技术及应用前景,全面论述近几年磁轴承支承装置及其控制策略的国内外研究现状,明确本课题的研究目的和意义其次,介绍并分析飞轮储能系统的硬件结构和运行原理,列举几种常用飞轮储能系统支承结构,对其优缺点进行对比分析,研究各类磁轴承使用及内外转子结构之间的差异性,确定本文磁轴承支承飞轮储能系统采用外转子结构,并采用三自由度的磁轴承支承,轴向空间的利用率较高,结构较为紧凑,成本相对较低。对三自由度磁轴承的磁路及结构及其工作原理进行分析。再次,对三自由度磁轴承的磁路用等效磁路法进行推导,得径向-轴向的悬浮力数学模型。并对磁轴承参数进行设计包含磁极面积及控制线圈安匝数设计、永磁材料参数设计等,给出了设计的流程框图。三自由度磁轴承具有非线性特性,本文提出并设计模糊滑模变结构控制策略,对滑模变结构及模糊滑模变结构算法进行设计,再利用MATLAB软件对三自由度磁轴承的起浮和受干扰下进行仿真研究,并与采用传统的滑模变结构控制策略实验结果作详细的对比分析。最后,构建了三自由度磁轴承数字试验平台,介绍了试验平台的软件系统、硬件组成及详细的实验调试方案,为今后各项参数调试奠定基础;完成对三自由度的磁轴承的起浮和受扰动下的试验,并对试验结果作详细分析。