面对加剧的世界能源危机，全球加速了对新能源研究与应用的步伐。在可再生能源中，具有无污染、范围广、效率高等优势的风能发展较快，成为目前主要的新能源之一。因此，研发性能优越、结构简单及成本低廉的垂直轴风力发电机具有十分重要的意义。本文在查阅大量国内外科技文献的基础上，应用动量-叶素等理论，分析了垂直轴风力发电机的性能及其结构，并通过优化设计的方法对垂直轴风力发电机机械部分的主轴支架、支承臂以及风叶自动控制系统进行了设计，为开发垂直轴风力发电机提供了一些经验和依据。本课题研究的主要内容如下:　　首先，分析了国内外垂直轴风力发电机在结构分析与优化设计方面的研究现状，系统研究了垂直轴风力发电机机械结构设计的贝茨理论、动量理论、叶素理论及多流管模型理论与相关设计方法，提出了一种适合垂直轴风力发电机机械装置设计的方案。　　其次，针对垂直轴风力发电机结构的特点，讨论影响垂直轴风力发电机风力的翼型性能、叶片安装角及叶片个数等因素，选择了扫掠面积、高径比、尖速比、风能利用系数及实度等决定风机性能的主要设计参数。　　再次，对风力发电机的几何参数及尺寸进行设计，通过垂直轴风力发电机的整体结构分析，对叶片、套筒、支承臂及连接部件、刹车系统及风叶自动控制等结构进行了设计，还对垂直轴风力发电机结构外形进行创新设计，从而成功设计了性能良好的垂直轴风力发电机的机械结构。　　最后，进行了风机主轴支架、支承臂以及风叶自动控制系统两个方面的优化设计。一是运用优化设计方法对相关参数及结构进行了分析研究，确立以满足发电效率的最小质量为目标函数，对风机主轴支架、支承臂实现了优化;二是利用PLC控制系统对风叶角度进行实时检测与调控，以保证风叶能够实时处于最佳位置，同时，在极端天气状况下，还能够自动进行风叶及发电机转速的调控，较好的优化了垂直轴风力发电机的性能，进一步提高了发电效率和安全可靠性。　　研究结果:本课题设计了一台5KW的垂直轴风力发电机的机械装置，以及相关的基于PLC的风叶自动检测与控制系统，支撑了垂直轴风力发电机样机的生产，并且样机试用运行可靠，验证了本研究方法的可行有效。同时，本研究也为其它机械装置的设计提供了一些应用方法。