微电网能够有效缓解传统电力工业在能源和环境危机中面临的巨大压力。但是发电、用电错时中造成的能量损失以及分布式电源的不稳定性对微网的应用效果影响巨大。因此微网中的储能装置需具备大容量及良好的快速充放电特性。磁悬浮飞轮电池具有储能密度高、无污染、充放电快速以及无充放电次数限制等其它储能装置所不能比拟的优点而非常适用于微网储能。但相比在其它领域应用,微网中的磁悬浮飞轮电池需具备更稳定的动态特性、更高的能量密度以及更低的系统功耗。为了实现这一目标,本文在磁悬浮飞轮电池的结构方面展开了研究并对其进行了优化设计。首先,研究了磁悬浮飞轮电池的支承系统。在研究的基础上,建立了磁悬浮轴承的数学模型来研究分析其磁力、刚度和阻尼特性。通过对这些特性的参数分析,为之后的磁悬浮飞轮转子的研究以及今后控制器的设计奠定理论基础。其次,通过建立典型磁悬浮飞轮转子的运动方程来研究转子的动力学特性。并在此基础上运用有限元软件SAMCEF ROTOR对飞轮转子进行动力学仿真分析。首先分析得到的自由状态下转子的模态频率和模态振型,然后根据其模态分析了磁悬浮轴承的支撑刚度、支撑跨度、支撑轴承个数、转子轴伸长度以及转子本身的结构参数对飞轮转子的临界转速和模态的影响,为之后设计适用于微网储能飞轮的转子提供参考。此外,本文还分析了典型飞轮转子在不同的加速过程中,受到不平衡载荷时的位移瞬态响应,重点分析了不同加速度对转子位移瞬态响应的影响,为电机的控制和加速方案设计提供参考,使飞轮具有更稳定的动态特性。接着,按照微网对磁悬浮储能飞轮电池的要求,结合之前支承系统及转子动力学特性的研究结论,提出以单个飞轮电池最大储能量3.75㈣为设计基础,以飞轮的质量体积综合能量密度为优化目标,以飞轮的极限转速低于弯曲临界转速,使飞轮始终工作在刚性状态为设计目标,优化设计了飞轮结构、轴向混合磁悬浮轴承以及一种新型径向Halbach混合磁悬浮轴承。并将飞轮和轴承结合,设计了一种新型支承结构,实现整个飞轮电池仅靠一个径向混合磁悬浮轴承和一个轴向混合磁悬浮磁轴承支撑,使支撑结构非常紧凑,达到减小系统体积和重量、缩短飞轮转子轴向长度、减小系统功耗、大幅度提高飞轮弯曲临界转速的目的。最后,通过ANSOFT Maxwell软件对设计的磁轴承进行磁路仿真和运动耦合性分析,验证磁轴承设计的合理性。通过SAMCEF ROTOR软件分析转子的临界转速及相应的模态来验证整个支承系统设计的合理性。