现代飞轮储能是利用高速旋转飞轮储存能量。它是以外界风力带动电机运转实现升速储能、降速发电释放能量的新兴储能技术。飞轮储能单元模块是一个典型的机电高技术集成系统,涉及材料、机械、电子、控制等多门学科或不同的专业领域。本文应用牛顿经典力学原理结合动量矩定理,建立转子系统四自由度运动微分方程,分析电机定转子间的不平衡磁拉力对转子系统临界转速的影响;应用传递矩阵法分析不平衡磁拉力对临界转速下的振型的影响;应用有限元方法对转子系统临界转速进行求解,仿真模拟不平衡磁拉力对转子系统临界转速以及振型的影响。首先,根据麦克斯韦应力张量法建立磁悬浮储能飞轮电机定转子间不平衡磁拉力模型,得到不平衡磁拉力表达式。进而将不平衡磁拉力对气隙长度求导,得出不平衡磁拉力沿最小气隙方向上的刚度以及不平衡磁拉力刚度在不同坐标轴的分量。其次,应用牛顿经典力学原理结合动量矩定理,建立了转子系统升速过程中的四自由度运动微分方程。应用龙格-库塔方法求解转子系统运动微分方程,通过时域图、频域图、轴心轨迹图以及坎贝尔图分析了升速过程中转子系统的振动特性以及不平衡磁拉力对转子系统临界转速的影响。再次,应用传递矩阵法建立磁悬浮飞轮转子系统的传递矩阵模型。分析电机定转子之间不平衡磁拉力对临界转速以及临界转速下振幅的影响;应用有限元原理借助ANSYS软件,得到转子系统振型图以及坎贝尔图。通过对振型图以及坎贝尔图的分析,讨论了不平衡磁拉力对转子系统振型以及临界转速影响。最后,实验室安装了储能实验设备。并进行设备的调试和实验数据的采集,滤波处理采集到的试验数据,得到转子系统的振动时域图、振动频域图以及轴心轨迹图,分析实际转子运动过程中电机定转子间不平衡磁拉力对转子系统临界转速下振动特性的影响,验证计算及仿真结果的正确性。