一种垂直轴风力发电机多层组合式风轮的制作方法

1.本实用新型涉及垂直轴风力发电机技术领域，尤其是涉及一种垂直轴风力发电机多层组合式风轮。

背景技术：

2.风力发电是一种环保的能源获得方式，目前应用越来越广泛，风力发电机根据主轴安装方位分为水平轴和垂直轴，目前风力发电机结构普遍是水平轴风力发电机，水平轴风力发电机受风向变化影响较大，一般要加装风轮转向装置才能适应风向变化，使其机械结构复杂，不适合在都市和社区中使用，而且还会危害鸟类的生存环境。
3.垂直轴风力发电机结构相对简单，无风向性要求能接受来自任何方向的来流风，不需要繁杂的偏航装置和变桨系统。垂直轴风力发电机由若干叶片通过支持翼与垂直轴连接，构成风轮。风力机的风轮或叶片，是将风的动能转换为机械能并带动发电机发电的装置，垂直轴风力发电机的叶片设计，以前也是按照水平轴的设计方法，依靠叶素理论来设计。由于垂直轴风轮的流动比水平轴更加复杂，是典型的大分离非定常流动，不适合用叶素理论进行分析、设计，这也是垂直轴风力发电机长期得不到发展的一个重要原因。
4.目前，垂直轴风力发电机风轮部分是由升力叶片或阻力叶片组成，即风轮主要分为升力型风轮和阻力型风轮两种。升力型风轮启动力矩较小，在低风速时，需要借助其他动力来启动，目前在市场上相对于水平轴风力机来说应用较少，仍没有实现大型化。阻力型风轮主要依靠空气阻力来转动，一般在中心有一个偏心距，使风力机能够更有效地利用风能，相对于升力型风力机其输出功率较小，但启动力矩较大，由于其输出功率较小，在市场上应用也较少。这两种风轮对于风能的利用效率都不高，需要进行改进。

技术实现要素：

5.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提供一种垂直轴风力发电机多层组合式风轮。
6.本实用新型的技术方案如下：一种垂直轴风力发电机多层组合式风轮，其特征在于，包括风轮支架、主风轮、副风轮和螺旋叶轮；
7.所述风轮支架上转动设有上轮轴、中轮轴和下轮轴，所述上轮轴、中轮轴和下轮轴依次沿上下方向间隔排布且同轴心设置；
8.所述螺旋叶轮与所述上轮轴固定相连；
9.所述主风轮设置在所述上轮轴与所述中轮轴之间，所述主风轮包括升力型叶片、上阻力型叶片和主轴臂，所述上轮轴和所述中轮轴上分别设有三组绕自身轴线呈120度均匀周向分布的所述主轴臂，每组所述主轴臂上均安装有所述升力型叶片和所述上阻力型叶片，所述升力型叶片位于所述上阻力型叶片的外侧；
10.所述副风轮设置在所述中轮轴与所述下轮轴之间，所述副风轮包括下阻力型叶片和副轴臂，所述中轮轴与所述下轮轴上分别设有三组绕自身轴线呈120度均匀周向分布的
所述副轴臂，每组所述副轴臂上均安装有所述下阻力型叶片；
11.其中，所述上阻力型叶片和所述下阻力型叶片均为横截面翼型具有流线形状的海豚型风叶，在从后到前的方向上，所述风叶的前缘收缩变细形成海豚尾部，所述风叶的后缘逐步增厚形成海豚头部，所述风叶的厚度方向的一侧表面为吸力面，另一侧表面为压力面，所述吸力面向外凸出形成海豚腹部，所述压力面向内凹陷形成海豚背部；
12.沿所述风叶的周向，所述吸力面与所述后缘接合，所述后缘与所述压力面接合，所述压力面与所述前缘接合，所述前缘与所述吸力面接合；
13.以前缘点到后缘点的连线为翼弦，以吸力面垂直于所述翼弦的方向为竖直方向，所述风叶在竖直方向上的厚度最大处在所述后缘。
14.优选地，在从外到内的方向上，所述风叶具有外层、中间层和内层，所述外层为高强纤维增强的树脂基复合材料，所述中间层为梯度复合材料，所述内层为低密度泡沫夹芯材料。
15.优选地，所述升力型叶片在上下方向上朝向所述主轴臂延伸，且中间向外侧凸出形成弓形。
16.优选地，所述上轮轴和所述中轮轴上分别连接有陀螺，所述陀螺由两个上下倒置组合锥体构成，所述两个倒置锥体底面轴心凸起固定连接形成整体由轴心向外伸出所述主轴臂，所述上轮轴上的陀螺为上部陀螺，所述中轮轴上的陀螺为下部陀螺，所述上部陀螺的主轴臂连接在所述升力型叶片和所述上阻力型叶片的上部，所述下部陀螺的主轴臂连接在所述升力型叶片和所述上阻力型叶片的下部，所述上部陀螺与下部陀螺设置于风轮轴心位置，所述上部陀螺的上锥体设有所述上轮轴，所述下部陀螺的下锥体设有所述中轮轴。
17.优选地，还包括补风机构，所述补风机构为三个均匀设置在所述风轮支架上，三个所述补风机构与三个所述升力型叶片和所述上阻力型叶片一一对应以并将不同方向的气流导向所述主风轮。
18.优选地，所述风轮支架包括底板、底板拉结件、顶板、顶板支撑件、第一立管、第二立管、立柱和固定板；所述底板设置在风轮支架腰部外展部位的第一立管上，为等边三角形中心开设有通孔用于安装风轮底部轴承，通过底板拉结件与第一立管连接；所述顶板设置在风轮支架的顶部，在底板正上方，为等边三角形中心开设有通孔用于安装风轮顶部轴承，所述顶板通过顶板支撑件与第二立管连接；第一立管及第二立管为三个空心管状物呈三角形均连接在底板与顶板之间，各所述立管延伸方向两端朝向风轮支架，各所述立管上一一对应的设置补风机构；所述第一立管的下方设有所述立柱，所述立柱为三个呈等边三角形设置，所述固定板为等边三角形板，三个所述立柱一一对应的与固定板相连接；所述顶板上设有所述螺旋叶轮，所述顶板和底板之间设有所述主风轮，所述底板与所述固定板之间设有所述副风轮。
19.优选地，所述补风机构包括主体，所述主体设置在立管上，所述主体的外轮廓为弧形，所述主体内开设有腔室，所述主体朝向主风轮的端面上开设排风口，所述主体远离主风轮的端面开设有进风通孔，所述排风口及进风通孔均与腔室相连通，所述主体腰部两侧对称开设有两个进风涵道口，两个所述进风涵道口一端朝向主风轮的方向延伸并同时与腔室相连通，两个所述进风涵道口另一端分别朝向远离主风轮的方向延伸并贯穿主体连通外部环境，各所述进风涵道口的延伸方向与排风口的朝向交叉设置。
20.优选地，所述补风机构还包括增压组件和梭形风嘴舌；所述增压组件包括两个上下对置的导流管，所述导流管出口端为弯头连通至腔室且进口端为直通管端连通至外部环境，所述导流管弯头管径小于直通管管径，弯头与直通管连接部位为变径结构；所述导流管设置在主体内与第一立管、第二立管固接，在所述导流管的出口端还设有梭形风嘴舌，所述梭形风嘴舌设置于第一立管、第二立管之间；所述增压组件还包括无刷电机、涡扇；所述无刷电机安装在导流管的进口处，所述无刷电机由蓄电池供电；所述涡扇安装在无刷电机上。
21.优选地，所述梭形风嘴舌设置在排风口与进风涵道口连通腔室的出口之间，所述梭形风嘴舌沿主体延伸方向的径向断面形状为流线形。
22.和现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
23.1、风轮为三层结构，上层为螺旋叶轮，螺旋叶轮接受向上气流做功对风轮的运转起到辅助作用，中间的主风轮是一个升阻型风轮，其内风轮采用阻力型叶片，外风轮采用升力型叶片，因此，主风轮在低风速的情况下也能轻易启动同时又具有较高的输出功率；下层的副风轮是一个阻力型风轮，容易在低风速下启动，与主风轮一起，可以让本风力发电机整体更容易在低风速下启动，以及具有更高的输出功率；
24.2、主风轮和副风轮上的阻力型叶片均为海豚型风叶，这种风叶能够在垂直轴风力机运行的非定常流场中具有优良的风能利用性能，而且采用上述结构可有效缩短对应轮轴的长度，从而有效降低风轮重心，减少风轮的整体重量，可以使风轮或叶片在运转的过程中降低其自身的颤动或震动，减少能量损失，提高设备的使用寿命。
25.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
27.图1是本实用新型的立体图；
28.图2是本实用新型的主视图；
29.图3是本实用新型的海豚型风叶的立体图；
30.图4是本实用新型的海豚型风叶的主视图；
31.图5是本实用新型的海豚型风叶的坐标示意图；
32.图6为本实用新型的补风机构的侧剖补风机构的侧剖图；
33.图7为本实用新型的补风机构的俯剖图；
34.图8为本实用新型的补风机构的立体图；
35.图9为本实用新型的补风机构的立体剖视图；
36.图10为本实用新型的风轮支架的俯视图。
37.附图标记如下：
38.1、风轮支架；11、底板；12、底板拉结件；13、顶板；14、顶板支撑件；15、第一立管；16、第二立管；17、立柱；18、固定板；
39.2、主风轮；21、升力型叶片；22、上阻力型叶片；23、主轴臂；
40.3、补风机构；31、主体；32、增压组件；321、无刷电机；322、涡扇；323、导流管；33、梭形风嘴舌；301、腔室；302、排风口；303、进风通孔；304、进风涵道口；
41.4、副风轮；41、下阻力型叶片；42、副轴臂；
42.5、海豚型风叶；51、前缘；52、后缘；53、吸力面；54、压力面；
43.61、上轮轴；62、中轮轴；63、下轮轴；7、螺旋叶轮；81、上部陀螺；82、下部陀螺。
具体实施方式
44.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将接合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
45.下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“竖向”、“周向”、“径向”、“轴向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
46.在本实用新型的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
47.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
48.如图1-图10所示的一种垂直轴风力发电机多层组合式风轮，包括风轮支架1、主风轮2、副风轮4和螺旋叶轮7。
49.风轮支架1上转动设有上轮轴61、中轮轴62和下轮轴63，上轮轴61、中轮轴62和下轮轴63依次沿上下方向间隔排布且同轴心设置。
50.螺旋叶轮7与上轮轴61固定相连；螺旋叶轮7接受向上气流做功对风轮的运转起到辅助作用。
51.主风轮2设置在上轮轴61与中轮轴62之间，主风轮2包括升力型叶片21、上阻力型叶片22和主轴臂23，上轮轴61和中轮轴62上分别设有三组绕自身轴线呈120度均匀周向分布的主轴臂23，每组主轴臂23上均安装有升力型叶片21和上阻力型叶片22，升力型叶片21位于上阻力型叶片22的外侧。
52.也就是说，主风轮2实际上是一个升阻型风轮，其内风轮采用阻力型叶片，外风轮
采用升力型叶片21，且外风轮相对内风轮是固定的，启动时内外风轮一起绕垂直的主轮轴转动。当风速较低时，主风轮2由阻力型叶片产生的转矩启动；当主风轮2启动后，输出功率则主要由升力型叶片21产生。
53.因此，和单纯的升力型风轮相比，主风轮2在低风速的情况下也能轻易启动；和单纯的阻力型风轮相比，主风轮2又具有较高的输出功率，因此，这里的主风轮2可以兼顾两种风轮的优点。
54.此外，还设置了一个副风轮4，副风轮4设置在中轮轴62与下轮轴63之间，副风轮4包括下阻力型叶片41和副轴臂42，中轮轴62与下轮轴63上分别设有三组绕自身轴线呈120度均匀周向分布的副轴臂42，每组副轴臂42上均安装有下阻力型叶片41，也就是说，副风轮4是一个阻力型风轮，容易在低风速下启动，与主风轮2一起，可以让本风力发电机整体更容易在低风速下启动，以及具有更高的输出功率。
55.其中，所述升力型叶片21为现有升力叶片中任意一种，在上下方向上朝向所述主轴臂23延伸，且中间向外侧凸出形成弓形，如图3-图5所示，上阻力型叶片22和下阻力型叶片41均为横截面翼型具有流线形状的海豚型风叶5，在从后到前的方向(靠近轮轴的方向为后，远离轮轴的方向为前)上，风叶的前缘51收缩变细形成海豚尾部，风叶的后缘52逐步增厚形成海豚头部，风叶的厚度方向的一侧表面为吸力面53，另一侧表面为压力面54，吸力面53向外凸出形成海豚腹部，压力面54向内凹陷形成海豚背部。
56.风叶的前缘51指风叶前方最先遇到气流的迎风部分，后缘52则是指风叶后方的那一部分。风叶的吸力面53，指流体由于压力减少而冲击叶片的那个表面，压力面54是指压力增大，风叶施压于流体的那个表面。
57.沿风叶的周向，吸力面53与后缘52接合，后缘52与压力面54接合，压力面54与前缘51接合，前缘51与吸力面53接合；以前缘51点到后缘52点的连线为翼弦，以吸力面53垂直于翼弦的方向为竖直方向，风叶在竖直方向上的厚度最大处在后缘52。
58.也就是说，该叶片由凹陷的压力面54和凸出的后缘52面构成“s”形特征的翼型，对风能流场的敏感性会比较高，兼具钝尾前缘51翼型和薄尾缘翼型的升力系数对粗糙度的敏感性比要好些，在影响叶片前缘51分离泡行为的诸多因素中，前缘51几何形状是升力系数的重要参数，前缘51形状对前缘51流动、分离和转捩及以后的边界层发展有很大的影响；由于风力机叶片前缘51半径比较大，后缘52半径比较小，翼弦方向与风速的方向平行并且翼型前缘51迎风，该翼型是获得良好性能的符合空气动力学规律的翼型。
59.本风叶将横截面翼型设计成海豚型后，能够在垂直轴风力机运行的非定常流场中具有优良的风能利用性能，而且采用上述结构可有效缩短对应轮轴的长度，从而有效降低风轮重心，减少风轮的整体重量。
60.具体而言，如图4和图5所示，以翼弦长度为标度建立以下相对坐标系：
61.以前缘51钝尾圆心为原点，翼弦所处直线为x轴，垂直于翼弦且过吸力面53的直线为y轴，x轴朝向后缘52点的方向为x轴正向，y轴朝上为y轴正向，以翼型横截面缩放标准，沿顺时针方向、叶片翼型横截面由圆弧曲线e-p、p-s、s-t、t-f、f-e顺滑连接组成，该翼型以圆弧曲线f-e的圆心为坐标原点，则各圆弧曲线的圆心坐标、半径、以及端点坐标如下：
62.在圆弧曲线e-p中，圆心l的坐标为(-163.79，-153.81)，r为226.01，e点坐标为(-0.96，0.9)，p点坐标为(317.12，12.62)；
63.在圆弧曲线p-s中，圆心g的坐标为(-308.51，0)，r为15.43，p点坐标为(-0.96，0.9)，s点坐标为(317.12，-12.62)；
64.在圆弧曲线s-t中，圆心n的坐标为(268.58，62.26)，r为89.31，s点坐标为(317.12，-12.62)，t点坐标为(204.52，0)；
65.在圆弧曲线t-f中，圆心m的坐标为(-103.19，-103.13)，r为144.6，t点坐标为(204.52，0)，f点坐标为(0.96，-0.9)；
66.在圆弧曲线f-e中，圆心0的坐标为(0，0)，r为1.32，f点坐标为(0.96，-0.9)，e点坐标为(-0.96，0.9)。
67.根据上述数据制得的风叶能具有最佳的风能利用性能。需要说明的是，具体应用中，根据设计需求，风叶的实际尺寸大小可根据上述相对坐标系按比例进行放大或缩小，即如果风叶的实际尺寸比较大，则按一定比例缩小后，其翼型横截面形状会与上述坐标系中的风叶翼型横截面形状吻合，如果风叶的实际尺寸比较小，则按一定比例放大后，其翼型横截面形状也会与上述坐标系中的风叶翼型横截面形状吻合。
68.实际应用中，在从外到内的方向上，风叶具有外层、中间层和内层，外层为碳纤维、玻璃纤维等高强纤维增强的树脂基复合材料，中间层为梯度复合材料，内层为低密度泡沫夹芯材料，在增加风叶强度的同时，降低风叶的结构重量，有利于提高风能利用效率。
69.本实施例中，如图2所示，上轮轴61和中轮轴62上分别连接有陀螺，陀螺由两个上下倒置组合锥体构成，锥体构成的陀螺由大质量金属制成，两个倒置锥体底面轴心凸起固定连接形成整体由轴心向外伸出主轴臂23，上轮轴61上的陀螺为上部陀螺81，中轮轴62上的陀螺为下部陀螺82，上部陀螺81的主轴臂23连接在升力型叶片21和上阻力型叶片22的上部，下部陀螺82的主轴臂23连接在升力型叶片21和上阻力型叶片22的下部，上部陀螺81与下部陀螺82设置于风轮轴心位置，上部陀螺81的上锥体设有上轮轴61，下部陀螺82的下锥体设有中轮轴62。，陀螺的定轴性和角动量可以使风轮运行更加平稳更加高效。
70.如图1所示，为了引导不同方向的气流能够吹向风轮，以避免风轮在弱风或无风环境下停转的问题，本实用新型在风轮支架1上环绕设置补风机构3，补风机构3为三个均匀设置在风轮支架1上，三个补风机构3与三个升力型叶片21和上阻力型叶片22一一对应以并将不同方向的气流导向主风轮2。
71.具体来说，为了解决为风轮尺寸的增大提供了稳固的支撑基础的问题，风轮支架1包括底板11、底板拉结件12、顶板13、顶板支撑件14、第一立管15、第二立管16、立柱17和固定板18。
72.其中，底板11设置在风轮支架1腰部外展部位的第一立管15上，为等边三角形中心开设有通孔用于安装风轮底部轴承，通过底板拉结件12与第一立管15连接；
73.顶板13设置在风轮支架1的顶部，底板11正上方，为等边三角形中心开设有通孔用于安装风轮顶部轴承，顶板13通过顶板支撑件14与第二立管16连接；
74.第一立管15及第二立管16为三个空心管状物呈三角形均连接在底板11与顶板13之间，风轮设置在底板11与顶板13之间，各立管延伸方向两端朝向风轮支架1，各立管上一一对应的设置补风机构3。
75.第一立管15的下方设有立柱17，立柱17为三个呈等边三角形设置，固定板18为等边三角形板，三个立柱17一一对应的与固定板18相连接；顶板13上设有螺旋叶轮7，顶板13
和底板11之间设有主风轮2，底板11与固定板18之间设有副风轮4。
76.如图6-图10所示，补风机构3外轮廓为弧形，当气流流过弧形面时速度会加快对提高风速和风能密度十分有益，此外补风机构3包括主体31，主体31内开设有腔室301，主体31腰部两侧对称开设有两个进风涵道口304，的不同方向的气流进入腔室301内再从排风口302吹向风轮，大幅提高进入腔室301的风速及风能密度，引导气流吹向风轮从而避免风力机构在无风或者弱风环境中发生停转的情况。
77.其中，主体31设置在第一立管15和第二立管16上，主体31的外轮廓为弧形，主体31朝向风轮的端面上开设排风口302，排风口302一般为缩径扁口，能够增大喷出气流的压力，主体31远离风轮的端面开设有进风通孔303；排风口302及进风通孔303均与腔室301相连通。进风通孔303能够增加进入腔室301的风量。
78.主体31腰部两侧对称开设有两个进风涵道口304，两个进风涵道口304一端朝向风轮的方向延伸并同时与腔室301相连通，两个进风涵道口304另一端分别朝向远离风轮的方向延伸并贯穿主体31连通外部环境，各进风涵道口304的延伸方向与排风口302的朝向交叉设置，引导外界气流进入进风涵道口304内。
79.为了进一步的增大进入腔室301内的气流压力，如图1和图9所示，补风机构3还包括增压组件32。
80.具体来说，增压组件32包括两个上下对置的导流管323，导流管323出口端为弯头连通至腔室301，且进口端为直通管连通至外部环境，导流管323弯头管径小于直通管管径，弯头与直通管连接部位为变径结构；
81.导流管323设置在主体31内与第一立管15、第二立管16固接，在导流管323的出口端还设有梭形风嘴舌33，梭形风嘴舌33设置于第一立管15、第二立管16之间；
82.增压组件32还包括无刷电机321和涡扇322；
83.无刷电机321安装在导流管323的进口处；涡扇322安装在无刷电机321上，从而引导外界气流以较快的速度进入导流管323内。
84.其中，梭形风嘴舌33沿主体31的延伸方向设置在腔室301内，梭形风嘴舌33设置在排风口302与进风涵道口304连通腔室301的出口之间，梭形风嘴舌33沿主体31延伸方向的径向断面形状为流线形；外轮廓为流线形的梭形风嘴舌33能够加速引导气流顺畅的并向排风口302流动，排风口302设置的扁长结构起到增压的效果。
85.综上所述，本装置具有以下特点：
86.1、风轮为三层结构，上层为螺旋叶轮7，螺旋叶轮7接受向上气流做功对风轮的运转起到辅助作用，中间的主风轮2是一个升阻型风轮，其内风轮采用阻力型叶片，外风轮采用升力型叶片21，因此，主风轮2在低风速的情况下也能轻易启动同时又具有较高的输出功率；下层的副风轮4是一个阻力型风轮，容易在低风速下启动，与主风轮2一起，可以让本风力发电机整体更容易在低风速下启动，以及具有更高的输出功率；
87.2、主风轮2和副风轮4上的阻力型叶片均为海豚型风叶5，这种风叶能够在垂直轴风力机运行的非定常流场中具有优良的风能利用性能，而且采用上述结构可有效缩短对应轮轴的长度，从而有效降低风轮重心，减少风轮的整体重量，可以使风轮或叶片在运转的过程中降低其自身的颤动或震动，减少能量损失，提高设备的使用寿命。
88.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：
在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

技术特征：

1.一种垂直轴风力发电机多层组合式风轮，其特征在于，包括风轮支架、主风轮、副风轮和螺旋叶轮；所述风轮支架上转动设有上轮轴、中轮轴和下轮轴，所述上轮轴、中轮轴和下轮轴依次沿上下方向间隔排布且同轴心设置；所述螺旋叶轮与所述上轮轴固定相连；所述主风轮设置在所述上轮轴与所述中轮轴之间，所述主风轮包括升力型叶片、上阻力型叶片和主轴臂，所述上轮轴和所述中轮轴上分别设有三组绕自身轴线呈120度均匀周向分布的所述主轴臂，每组所述主轴臂上均安装有所述升力型叶片和所述上阻力型叶片，所述升力型叶片位于所述上阻力型叶片的外侧；所述副风轮设置在所述中轮轴与所述下轮轴之间，所述副风轮包括下阻力型叶片和副轴臂，所述中轮轴与所述下轮轴上分别设有三组绕自身轴线呈120度均匀周向分布的所述副轴臂，每组所述副轴臂上均安装有所述下阻力型叶片；其中，所述上阻力型叶片和所述下阻力型叶片均为横截面翼型具有流线形状的海豚型风叶，在从后到前的方向上，所述风叶的前缘收缩变细形成海豚尾部，所述风叶的后缘逐步增厚形成海豚头部，所述风叶的厚度方向的一侧表面为吸力面，另一侧表面为压力面，所述吸力面向外凸出形成海豚腹部，所述压力面向内凹陷形成海豚背部；沿所述风叶的周向，所述吸力面与所述后缘接合，所述后缘与所述压力面接合，所述压力面与所述前缘接合，所述前缘与所述吸力面接合；以前缘点到后缘点的连线为翼弦，以吸力面垂直于所述翼弦的方向为竖直方向，所述风叶在竖直方向上的厚度最大处在所述后缘。2.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机多层组合式风轮，其特征在于，在从外到内的方向上，所述风叶具有外层、中间层和内层，所述外层为高强纤维增强的树脂基复合材料，所述中间层为梯度复合材料，所述内层为低密度泡沫夹芯材料。3.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机多层组合式风轮，其特征在于，所述升力型叶片在上下方向上朝向所述主轴臂延伸，且中间向外侧凸出形成弓形。4.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机多层组合式风轮，其特征在于，所述上轮轴和所述中轮轴上分别连接有陀螺，所述陀螺由两个上下倒置组合锥体构成，所述两个倒置锥体底面轴心凸起固定连接形成整体由轴心向外伸出所述主轴臂，所述上轮轴上的陀螺为上部陀螺，所述中轮轴上的陀螺为下部陀螺，所述上部陀螺的主轴臂连接在所述升力型叶片和所述上阻力型叶片的上部，所述下部陀螺的主轴臂连接在所述升力型叶片和所述上阻力型叶片的下部，所述上部陀螺与下部陀螺设置于风轮轴心位置，所述上部陀螺的上锥体设有所述上轮轴，所述下部陀螺的下锥体设有所述中轮轴。5.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机多层组合式风轮，其特征在于，还包括补风机构，所述补风机构为三个均匀设置在所述风轮支架上，三个所述补风机构与三个所述升力型叶片和所述上阻力型叶片一一对应以并将不同方向的气流导向所述主风轮。6.根据权利要求5所述的垂直轴风力发电机多层组合式风轮，其特征在于，所述风轮支架包括底板、底板拉结件、顶板、顶板支撑件、第一立管、第二立管、立柱和固定板；所述底板设置在风轮支架腰部外展部位的第一立管上，为等边三角形中心开设有通孔用于安装风轮底部轴承，通过底板拉结件与第一立管连接；
所述顶板设置在风轮支架的顶部，在底板正上方，为等边三角形中心开设有通孔用于安装风轮顶部轴承，所述顶板通过顶板支撑件与第二立管连接；第一立管及第二立管为三个空心管状物呈三角形均连接在底板与顶板之间，各所述立管延伸方向两端朝向风轮支架，各所述立管上一一对应的设置补风机构；所述第一立管的下方设有所述立柱，所述立柱为三个呈等边三角形设置，所述固定板为等边三角形板，三个所述立柱一一对应的与固定板相连接；所述顶板上设有所述螺旋叶轮，所述顶板和底板之间设有所述主风轮，所述底板与所述固定板之间设有所述副风轮。7.根据权利要求6所述的垂直轴风力发电机多层组合式风轮，其特征在于，所述补风机构包括主体，所述主体设置在立管上，所述主体的外轮廓为弧形，所述主体内开设有腔室，所述主体朝向主风轮的端面上开设排风口，所述主体远离主风轮的端面开设有进风通孔，所述排风口及进风通孔均与腔室相连通，所述主体腰部两侧对称开设有两个进风涵道口，两个所述进风涵道口一端朝向主风轮的方向延伸并同时与腔室相连通，两个所述进风涵道口另一端分别朝向远离主风轮的方向延伸并贯穿主体连通外部环境，各所述进风涵道口的延伸方向与排风口的朝向交叉设置。8.根据权利要求7所述的垂直轴风力发电机多层组合式风轮，其特征在于，所述补风机构还包括增压组件和梭形风嘴舌；所述增压组件包括两个上下对置的导流管，所述导流管出口端为弯头连通至腔室且进口端为直通管端连通至外部环境，所述导流管弯头管径小于直通管管径，弯头与直通管连接部位为变径结构；所述导流管设置在主体内与第一立管、第二立管固接，在所述导流管的出口端还设有梭形风嘴舌，所述梭形风嘴舌设置于第一立管、第二立管之间；所述增压组件还包括无刷电机、涡扇；所述无刷电机安装在导流管的进口处，所述无刷电机由蓄电池供电；所述涡扇安装在无刷电机上。9.根据权利要求8所述的垂直轴风力发电机多层组合式风轮，其特征在于，所述梭形风嘴舌设置在排风口与进风涵道口连通腔室的出口之间，所述梭形风嘴舌沿主体延伸方向的径向断面形状为流线形。

技术总结

本实用新型公开了一种垂直轴风力发电机多层组合式风轮，包括风轮支架、主风轮、副风轮和螺旋叶轮；螺旋叶轮位于风轮支架顶部，主风轮位于风轮支架中间，副风轮位于风轮支架底部，主风轮包括升力型叶片、上阻力型叶片，副风轮包括下阻力型叶片，上阻力型叶片和下阻力型叶片均为横截面翼型具有流线形状的海豚型风叶。本装置中的主风轮是一个升阻型风轮，副风轮是一个阻力型风轮，可以让本风力发电机整体更容易在低风速下启动，以及具有更高的输出功率；主风轮和副风轮上的阻力型叶片均为海豚型风叶，具有优良的风能利用性能，而且可以使风轮或叶片在运转的过程中降低其自身的颤动或震动，减少能量损失，提高设备的使用寿命。提高设备的使用寿命。提高设备的使用寿命。