与海上风电相比,陆上风电技术成熟、发展迅速,在近十年来成为世界上增长最迅速能源。但是陆地空间有限,风电项目前期开发竞争日益激烈,因此陆上风电的开发潜力日趋枯竭。海上风电潜力巨大,我国海上风资源丰富,具有较高的开发价值。相较于水平轴风力发电机,垂直轴风力发电机机的研究相对滞后,而垂直轴风力发电机由于其制造、安装成本低,维护、保养方便,无需偏航装置等优点,越来越受到国内外专家的青睐和关注。为了响应当今风电行业的发展趋势,本文将研究一种适合于海上风力发电的垂直轴风力机——倒锥型海上垂直轴风力机,该机型来源于课题组已申请的专利。由于风轮是风力发电机组最重要的部分,风轮设计的好坏将直接决定风机的发电效率和使用寿命。为了解决叶片实时变桨距的要求,全面细致的分析比较了液压变桨距系统和电伺服变桨距系统,通过对比分析,决定采用更适合本文的电伺服作为变桨距机构,但是传统的电伺服变桨距系统难以满足本文快速响应、实时变桨距的要求,故在此基础上设计了适合本文的直驱式电动变桨距机构。建立了变桨距机构模型,并对变桨距机构载荷进行了分析计算,在此基础上,完成对直驱式变桨距机构的设计。轮毂作为连接叶片与主传动系统的主要承力构件,是风力发电机组关键部件之一。轮毂的设计缺少相关的规范和标准,为了满足强度要求往往做的特别笨重。本文首先完成了轮毂的构型设计在此基础上,对轮毂进行了初步设计,建立了轮毂的实体模型,并以叶片气动载荷为基础,对极端风速条件下轮毂进行静力仿真分析,完成了轮毂强度校核。本文分别采用两种方法对轮毂进行优化设计,第一种方法是采用拓扑优化的方法进行优化设计,第二种方法是分组减少轮毂壁厚,对减少壁厚的轮毂进行建模、仿真分析,找到减小壁厚最优的方案。最后将两种优化方法得到的结果对比分析,结果表明:减少轮毂壁厚的方法更适合应用于本机型轮毂的优化设计。