储能飞轮主要由定子系统、转子系统、电动／发电机组、支撑转子的轴承系统、姿态控制及能量转换系统几大部分构成，如图1所示。定子又称陀螺房，固连在飞行器上，起支撑、定位作用；转子则是相对定子高速旋转的惯量轮。当转子速度变化时，飞轮角动量相应发生变化，从而输出反作用力矩。FES正是通过控制转子转速，以角动量变化时的反作用力矩作为控制力矩，实现对空间飞行器姿态的控制；能量的存储与释放也是通过控制转速的变化来实现的。定子和转子之间为磁轴承、电机和保护轴承。磁轴承包括径向磁轴承和轴向磁轴承，分别起径向和轴向的支撑作用。电机为永磁无刷直流电机，永磁体和飞轮转子固定在同一根轴上，绕组则和定子相连，向永磁体提供切向力，带动飞轮转子一起旋转。保护轴承则在未悬浮时提供对飞轮转子的支撑作用。
图1 磁悬浮储能飞轮典型结构图
图2所示为北京航空航天大学研制的国内台25N·ms磁悬浮外转子储能飞轮原理样机。该样机的驱动电机为Halbach外转子永磁无刷直流电动／发电机，额定转速为30000r／min，角动量为25N·ms，转子支承为混合磁轴承。
图2 25N·ms磁悬浮储能飞轮
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