高速大功率飞轮电池是新能源飞轮电池领域中重要的研究方向之一。前期该领域的研究重心主要集中在复合材料高速飞轮上，旨在通过不断提高飞轮的转速来提高飞轮电池储能量，但复合材料飞轮的加工难度大，导致采用复合材料的飞轮电池实际应用受到限制。基于上述现状，本文重点研究高强度金属材料飞轮电池，通过一体化转子研究实现其储能和功率输出的目的。　　本文主要做了如下研究：　　拟定了一种便于加工制造和外形紧凑的飞轮和电机转子一体化的飞轮电池新型结构方案，并进行详细的全套部件和整机三维建模，而且阐述了一体化方案设计中所用到的复合电机（永磁无刷直流电机）和永磁体材料（铷铁硼）。　　对本设计方案中的飞轮转子进行了强度、刚度、可靠性及稳态分析。主要通过建立飞轮转子的力学模型，利用Solidworks Simulation进行三维模型加载和有限元分析来进行以上三方面的研究。　　对本方案中的轴进行了力学建模及转矩分析；利用Solidworks Simulation软件验证在两种不同工况下轴的强度、刚度以及轴连接的花键强度的可靠性，结果是强度和刚度均满足要求；对轴进行了模态分析，结果表明即使在极限转速18233转每分的工况下轴也不会出现共振的不利情况；最后，对于轴不动进行了理论的可行性分析。　　通过对飞轮-轴转子系统的力学建模，利用Solidworks Simulation分别对飞轮-轴转子系统的静力情况、模态情况进行了分析研究，并对飞轮-轴转子系统的共振应对方法进行了研究。　　运用电磁理论和Ansoft Maxwell有限元软件，对一体化方案中的电机进行了分析，给出了纵向磁体阵列电机部分反向电动势的有限元计算方法和转矩的计算方法；给出了横向磁体阵列电机部分反向电动势的数学计算，并模拟了横向磁体阵列电机部分反向电动势的波形，为复合磁场的研究提供了参考。