虚拟轴式飞轮电池由于兼具高集成度、优越的储能性的及较强的抗干扰能力,因此尤其适合用于对空间限制要求较高且其稳定性受车辆工况影响较为严重的车载场合。值得注意的是,由于该类飞轮电池拓扑的特殊性,即在设计时需考虑集成度、储能特性和抗干扰特性三个性能指标之间的相互制约关系,因此如何协调三个性能指标的相互关系是设计好该类飞轮电池系统的关键。飞轮电池系统的电机、磁悬浮支承、飞轮转子三大关键部件的设计好坏与否直接决定飞轮电池系统是否满足性能要求。因此,本文以一种虚拟轴式飞轮电池为研究对象,主要对其所用的永磁同步电机及磁悬浮支承系统进行多目标优化设计,旨在满足车载飞轮电池系统在集成度、稳定悬浮及储能特性的要求。论文的主要工作及创新如下:1.阐述电动汽车用飞轮电池的研究背景、工作原理以及关键技术。并通过分析飞轮电池拓扑结构的发展现状,分析出飞轮电池多目标优化设计的意义和必要性,并介绍了目前多目标优化方法的研究现状。2.对虚拟轴式车载飞轮电池系统进行初始设计。电机方面:考虑到金属飞轮底部嵌入电机,因此电机采用了较多的转子极对数旨在提高转矩密度。且采用了联合仿真分析方法对电机的转矩性能进行了细致分析。磁悬浮支承-飞轮转子系统:考虑到集成度、抗扰动的悬浮性能,对该飞轮电池系统的组合式磁轴承进行磁路分析,采用有限元法分析了该磁轴承的悬浮性能,完成磁轴承的初始参数设计。并考虑到储能特性,对该虚拟轴式飞轮转子进行了应力分析,计算了飞轮转子的关键储能性能参数。3.对虚拟轴式车载飞轮电池系统电机进行多目标优化设计。由于永磁同步电机采用了较多的极对数,降低了反电势的平顶宽度,增加了无刷直流驱动下的转矩脉动。为了改善电机的转矩性能,采用多目标分层优化设计,因此本文创新性的提出将优化目标分为两个优先级并划分设计变量。在优先级1,以平均转矩和转矩脉动为优化目标,采用有限元代理模型和多目标遗传算法-第二代非支配遗传算法（MOGA-NSGA-II）相结合,改善了电机的转矩性能。在优先级2,除了考虑平均转矩和转矩脉动,还将永磁体用量作为优化目标,进一步改善了电机的转矩性能。在整个优化过程中,多目标分层设计不仅能有效划分优化目标之间的等级,还有利于减小设计空间的维度,提高了优化效率。4.对虚拟轴式车载飞轮电池系统的磁悬浮支承-飞轮转子进行多目标优化设计。磁悬浮支承-飞轮转子系统采用了嵌入式结构,在飞轮转子外径不变的条件下,限制了磁轴承最大悬浮力,减小了飞轮转子的储能性能。为了提高悬浮性能和储能性能,因此本文创新性的提出多目标和多物理场的优化方法并考虑了多物理场下的约束条件,以悬浮力密度和形状系数作为优化目标,分别建立其电磁有限元代理模型和应力有限元代理模型。进一步,结合多目标遗传算法-第二代非支配遗传算法（MOGA-NSGA-II）,改善了磁悬浮支承-飞轮转子系统的悬浮性能和储能性能。