现代社会的不断发展是以能源为支撑的,一次能源的不断消耗促使人们不断发展新能源；然而以风能和太阳能为主的新能源具有间断性和波动性问题,为了能平稳的并网,这需要高效率的储能装置。在众多储能技术中,具备高效率、长寿命、零污染等优势的飞轮储能技术得到人们的极大关注,这些优势使得其在卫星系统、分布式发电、调频调峰及轨道交通等领域展现出强大的应用价值。飞轮储能系统是一种结构复杂的机电一体化装置,主要包括飞轮、磁悬浮轴承、电动／发电机、电力变换器、真空设备、散热装置及保护壳等。本课题对容量为1kWh的飞轮储能装置进行结构分析和设计。根据设计要求,确定飞轮转子外形、材料,并对其尺寸进行计算。对于飞轮储能系统用电机,先对其特点进行理论分析,然后根据实际应用情况确定电机的类型。其次通过专业的电机设计软件进行电机初步设计,并利用有限元软件对电机性能进行分析评价,并针对性地进行参数修正、优化,直到满足性能要求。然后针对设计的电机制定控制策略,电动状态控制只需要转速反馈控制即可,发电状态时输出电压是随时间而降低的,所以需要一个电压反馈来稳定输出电压；由此设计出电机在不同状态时的控制电路,并完成了电路板的制作与测试。为了降低静态损耗,本设计采用磁悬浮轴承技术来实现转子无摩擦悬浮。分别对其径向和轴向的基本结构进行介绍,并给出各自承载力的计算公式。飞轮在旋转过程中需要轮毂来作为载体,为此将轴向磁悬浮轴承中的推力盘设计成飞轮轮毂,兼具两个功能。磁悬浮轴承技术采用差动法来控制转子稳定悬浮位置,为此先分析了磁悬浮轴承单一自由度的控制原理,然后在单自由度的基础上扩展便可实现多自由度的悬浮控制。根据飞轮转子的尺寸、电机尺寸及磁悬浮轴承的尺寸给出本设计飞轮储能系统简易三维模型。由于复合材料飞轮转子的加工制造较为复杂,为此本文用合金钢材料、等厚度实心圆盘形状、储能量100Wh的飞轮转子进行系统悬浮实验与充放电实验。最后,本设计搭建了100Wh飞轮储能系统的实验平台并进行各项实验测试,根据位置传感器测得系统的静态悬浮值、静态悬浮曲线和动态悬浮曲线。在系统实现悬浮之后通过电机加速飞轮旋转,实现飞轮转子能量存储,并计算飞轮转子实际转速及能量。通过测量电机驱动电路驱动芯片的输出管脚得到电机三相驱动信号波形,并测得电机的三相感应电动势波形。这些测试数据、悬浮曲线以及实验波形验证了本设计的合理性及可行性,同时也为下一步大容量飞轮储能系统的设计提供一定的技术基础、设计经验以及调试经验。