飞轮储能系统作为一种新型的能量转换与储存装置，其原理就是通过电网提供的电能驱动电机带动飞轮高速旋转，以动能的形式把能量储存起来，当能量紧急缺乏时，再把能量释放出来。飞轮电机设计是飞轮储能技术的关键部分。本文首先对高速永磁电机的结构类型进行了分析，描述了设计特点及研究现状，阐述了高速定子的结构设计，转子的电磁与结构设计，永磁体的保护方法等。在高速永磁电机本体设计方面，采用Matlab编写了电机设计程序。根据具体设计目标给出了130kw，31500rpm高速永磁电机设计方案。并采用电磁场有限元分析软件ANSOFT对电机性能影响比较大的几个重要参数(计算极弧系数，空载漏磁系数等)进行了计算。确定了2极高速永磁同步电机适合作为飞轮储能电机。其次根据电磁场理论，利用场路耦合有限元法，对电机进行二维场分析，得出电机的电磁场分布，并对3种不同充磁方式的电机电磁场进行了分析比较。结果表明Halbach充磁方式最适合本文所设计的高速永磁同步电机。最后，对采用Halbach充磁方式的高速永磁电机的定、转子损耗以及风摩损耗等进行了细致的研究与计算，提出了轴流风扇冷却方案，并对轴流风扇进行了设计。进一步把计算所得的损耗作为发热源，利用有限元软件ANSYS对高速永磁电机的定转子温度场分别进行了分析，验证了冷却方案的有效性。