CN108216569A - 垂直升降太阳能无人机 - Google Patents
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Abstract
一种垂直升降太阳能无人机，机舱中下部安装长轴,长轴两端设置左前翼和右前翼,机舱内部设置左前翼电机和右前翼电机,左、右前翼均为全动操纵面，均能够进行水平方向或者垂直方向的正反转动,左前翼和右前翼的4个电机轴前端均设置前无铁芯无刷永磁电机和前螺旋桨,后翼的左、右电机轴前端均设置后无铁芯无刷永磁电机和后螺旋桨,尾杆后端内部设置尾翼电机驱动垂直操纵翼,进行水平方向或者垂直方向的正反转动,实现后翼全动操纵面的90°范围的整体偏转操纵,太阳能电池铺设于所述左、右前翼、所述后翼、所述机舱以及所述尾杆的上端表面,所述无铁芯无刷永磁电机省去了笨重的铁芯，不存在铁芯损耗，增强了电机的功率密度，为垂直升降太阳能无人机提供了重量轻、效率高的电机。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能无人机，确切地说是一种垂直升降太阳能无人机。
背景技术
目前，我国太阳能无人机领域的很多技术已经达到世界先进水平，各种太阳能无人机发展极其迅速，但是垂直升降太阳能无人机的发展受到一定制约。在现有技术方案中，一种名称为“非跑道场地起降和悬停的升推式大尺度太阳能无人机”，专利号为“201310178853X”的发明申请，公开一种垂直升降的太阳能无人机，它的不足在于：该无人机在起降和悬停状态下，存在气动效率低、消耗功率大的问题，因此，垂直升降的太阳能无人机在同等条件下要获得有效的升力，需要有重量轻、效率高的电机来解决。
发明内容
为了克服现有垂直升降的太阳能无人机技术的缺点，本发明公开一种垂直升降太阳能无人机，包括一种重量轻、效率高的无铁芯无刷永磁电机。
所述垂直升降太阳能无人机的技术方案是由垂直升降太阳能无人机和无铁芯无刷永磁电机组成，其结构特点在于：所述垂直升降太阳能无人机设置机身,所述机身的前段是机舱,机舱体型为流线型,机舱后端连接尾杆,机舱与尾杆的横截面均为矩形,机舱中下部设置左、右轴孔,左、右轴孔内紧固安装长轴,所述长轴的两端对称于机舱,长轴两端设置左前翼和右前翼,所述左、右前翼作为无人机的主升力面,采用大展弦比直机翼形式,其平面形状为矩形,横截面为流线型,为了加强左、右前翼对于长轴中部的抗弯强度和减轻长轴重量,所述长轴是中间粗、两端细的空心轴,所述左前翼前端内部设置左轴孔,左轴孔的左、右端设置左一轴承和左二轴承,左二轴承右端设置左齿轮盘,左齿轮盘连接在左前翼右端,所述右前翼前端内部设置右轴孔,右轴孔左、右端设置右一轴承和右二轴承,右一轴承左端设置右齿轮盘,右齿轮盘连接在右前翼左端,所述左、右齿轮盘中心均与长轴同心，所述左、右前翼大小相等,对称于机舱左、右端,所述机舱内部左、右端设置左前翼电机和右前翼电机,左前翼电机设置左驱动齿轮，右前翼电机设置右驱动齿轮,左驱动齿轮与左齿轮盘啮合,右驱动齿轮与右齿轮盘啮合,在左、右前翼电机的驱动下,所述左、右前翼以长轴为轴心在90°范围内各自能够正反转向,左、右前翼均为全动操纵面，均能够进行水平方向或者垂直方向的正反转动,所述左前翼前端内部设置左一电机轴和左二电机轴,所述右前翼前端内部设置右一电机轴和右二电机轴,左前翼的电机轴和右前翼的电机轴对称于机舱左、右端,4个电机轴前端均设置前无铁芯无刷永磁电机,所述4个前无铁芯无刷永磁电机为同一型号，4个前无铁芯无刷永磁电机前端均设置同一型号的前螺旋桨,相邻的螺旋桨转向互为相反,所述后翼作为无人机的副升力面,采用大展弦比直机翼形式,平面形状为矩形,横截面为流线型,后翼中线位于所述尾杆上端,后翼中部前端设置垂直操纵翼,所述垂直操纵翼平面形状为矩形,横截面为流线型,所述后翼内部设置连接板,所述垂直操纵翼内部设置三角板,所述连接板下端焊接在所述三角板的上端,将后翼与垂直操纵翼连接为整体,垂直操纵翼设置轴套,轴套左端连接后齿轮盘,轴套内圆设置螺丝轴,螺丝轴拧在所述尾杆右后端的螺母孔内,所述尾杆后端内部设置尾翼电机,尾翼电机设置后驱动齿轮,后驱动齿轮与后齿轮盘啮合,尾翼电机驱动垂直操纵翼,进行水平方向或者垂直方向的正反转动,实现后翼全动操纵面的90°范围的整体偏转操纵,所述后翼的左前端内部设置左电机轴、右前端内部设置右电机轴,左、右电机轴对称于所述尾杆,左、右电机轴前端均设置后无铁芯无刷永磁电机,所述前、后无铁芯无刷永磁电机均为同一型号，所述左、右后无铁芯无刷永磁电机前端均设置后螺旋桨,所述左、右后螺旋桨的转向互为相反,所述前、后螺旋桨均为同一型号，所述前、后螺旋桨在水平或者垂直状态同步旋转时,整机左、右端处于平衡状态,所述任务载荷和蓄电池设置在机舱内,所述太阳能电池铺设于所述左、右前翼、所述后翼、所述机舱以及所述尾杆的上端表面,使垂直升降太阳能无人机所有上端表面能够铺贴太阳能电池的面积最大化。
所述无铁芯无刷永磁电机设置螺旋桨架，所述螺旋桨由4个螺丝钉固定在螺旋桨架前端，螺旋桨架后端设有内导磁圈，内导磁圈外圆设有4块弧型永磁体，所述弧型永磁体是用钕铁硼材料制造的强磁体，每块弧型永磁体的磁极方向是径向的，4块弧型永磁体的N极、S极相互交替排列在内导磁圈外圆，弧型永磁体的后端与内导磁圈的后端对齐，4块弧型永磁体用A、B胶粘接在内导磁圈外圆形成外永磁圈；所述螺旋桨架圆周紧配合安装外导磁圈，外导磁圈外圆设有4块弧型永磁体，所述弧型永磁体是用钕铁硼材料制造的强磁体，每块弧型永磁体的磁极方向是径向的，4块弧型永磁体的N极、S极相互交替排列在外导磁圈内圆，弧型永磁体的后端与外导磁圈的后端对齐，4块弧型永磁体用A、B胶粘接在外导磁圈内圆形成内永磁圈，内永磁圈与外永磁圈的长度相等，内永磁圈的4块弧型永磁体与外永磁圈的4块弧型永磁体整齐对应，相对应的内、外弧型永磁体的极性互为相反，内、外永磁圈之间设有均匀气隙，所述内导磁圈的内圆设有卡簧槽，卡簧槽内安装内卡簧，内导磁圈的内圆设有前轴承和后轴承，前轴承紧靠内卡簧前端，后轴承紧靠内圆后端台阶，前、后轴承内圆设置电机轴，所述电机轴是一个前细后粗的台阶轴，前轴承安装在电机轴的细轴紧靠台阶，后轴承安装在电机轴中部紧靠台阶，细轴前端设有紧固螺帽，电机轴的粗轴上紧配合安装电枢支架，所述电枢支架是圆环型的高强度塑料制品，电枢支架前端设置圆环形的定子线圈槽，定子线圈槽内安装齿槽型电枢线圈，定子线圈槽与齿槽型电枢线圈之间的空隙用A、B胶粘接，所述齿槽型电枢线圈设置齿槽型线圈骨架，所述齿槽型线圈骨架设置筒架，筒架圆周设置6个等分的线圈芯架，所述线圈芯架的长度小于筒架的高度、位于筒架高度的中部，所述6个线圈芯架均设有弧圈架，线圈芯架位于弧圈架中间，6个等分的弧圈架相邻之间设置6个等分的槽口，所述筒架、线圈芯架和弧圈架的厚度相等，所述筒架、线圈芯架和弧圈架是用高强度塑料一体化注塑成齿槽型线圈骨架，齿槽型线圈骨架圆周形成6个等分的T型齿牙， 在6个等分的槽口内形成6个等分的齿槽，6个齿槽内绕制6个单线圈，每个单线圈用多股漆包线绕制，6个单线圈按照Y形电路连接成三相线圈，每一相线圈是齿槽型线圈骨架直径线上相对的两个单线圈的串联，相对的两个单线圈绕制方向互为相反，两个单线圈中的一个线圈的尾端与另一个线圈的首端连接，每相线圈的首端为三相线圈输出线，每相线圈的尾端连接一起为三相线圈中性线，所述三相线圈在齿槽型线圈骨架内灌注A、B胶整形后固化，所述电枢支架设置下线孔，三相线圈输出线经过下线孔引出电枢支架，所述齿槽型电枢线圈位于所述均匀气隙中间，所述线圈芯架的长度等于所述内、外永磁圈的长度，并且与内、外永磁圈前、后端一致，齿槽型电枢线圈后上端设置3个霍尔位置传感器，3个霍尔位置传感器相邻之间的电角度为120度，3个霍尔位置传感器分别位于齿槽型线圈骨架3个相邻的槽口处，用A、B胶粘接方式安装，所述电枢支架上方设置3个上线孔，3个霍尔位置传感器的输出线经过3个相邻的槽口和3个上线孔引出电枢支架，所述3个霍尔位置传感器的输出线和所述三相线圈的输出线合并一股电线，经过所述长轴的中心孔引到机舱内。
所述垂直升降太阳能无人机有两种工作模式,工作在垂直升降模式时,所述前螺旋桨和后螺旋桨同步偏转为与地面平行,通过前翼的螺旋桨和后翼的螺旋桨产生不等的升力实现整机平衡,工作在快速飞行模式时,所述前螺旋桨和后螺旋桨同步偏转为与地面垂直,快速飞行模式的滚转操纵通过左前翼和右前翼的差动偏转实现,偏航操纵通过左前翼的螺旋桨和右前翼的螺旋桨产生不对称拉力实现,并通过左前翼和右前翼的差动偏转来平衡耦合产生的滚转力矩,后翼用于所述垂直升降太阳能无人机的纵向配平以及俯仰操纵,俯仰操纵通过后翼全动操纵面的整体偏转实现；
所述垂直升降太阳能无人机使用时,在无跑道场地控制站的遥控下,在垂直升降模式下垂直起飞,本无人机升到设定的飞行高度后转换为快速飞行模式,本无人机到达任务区域后,打开任务载荷开始执行任务,本无人机通过无线电数据链路与地面控制站保持通信联络,当携带相应的任务载荷时,本无人机可用于执行通信中继、侦察、监视、大气探测等任务；
所述垂直升降太阳能无人机起落不需要机场跑道,能垂直升降,能在空中悬停或者执行慢飞任务,工作在快速飞行模式时,所述前、后翼的气动效率高,升阻比大,飞行速度快,节约电能,采用单机身布局,所述左、右前翼为大面积长条形全动操纵的主升力面,所述后翼为全动操纵面的副升力面,前、后翼的偏转操纵机构简单有效,有利于简化结构、减轻重量,并且容易操纵,所有升力面以及机身上能够铺贴太阳能电池的面积最大化,以获得更多的能量转化,提高太阳能无人机的续航能力。
所述垂直升降太阳能无人机的有益效果在于：垂直升降太阳能无人机在起降和悬停状态下，存在气动效率低、消耗功率大的问题，因此，垂直升降的太阳能无人机在同等条件下要获得有效的升力，需要有重量轻、效率高的电机来解决，所述无铁芯无刷永磁电机因为省去了笨重的铁芯，所以电机不存在铁芯损耗，提高了电机的效率，减轻了电机的重量，增强了电机的功率密度，为垂直升降太阳能无人机提供了重量轻、效率高的电机。
附图说明
图1为垂直升降太阳能无人机俯视结构示意图。
图2为垂直升降太阳能无人机水平飞行状态左视结构示意图。
图3为垂直升降太阳能无人机垂直升降状态左视结构示意图。
图4为无铁芯无刷永磁电机左视剖面结构示意图。
图5为无铁芯无刷永磁电机俯视剖面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
在图1、图2和图3中，所述垂直升降太阳能无人机设置机身,所述机身的前段是机舱1,机舱体型为流线型,机舱后端连接尾杆2,机舱与尾杆的横截面均为矩形,机舱中下部设置左、右轴孔,左、右轴孔内紧固安装长轴3,所述长轴的两端对称于机舱,长轴两端设置左前翼4和右前翼5,所述左、右前翼作为无人机的主升力面,采用大展弦比直机翼形式,其平面形状为矩形,横截面为流线型,为了加强左、右前翼对于长轴中部的抗弯强度和减轻长轴重量,所述长轴是中间粗、两端细的空心轴,所述左前翼前端内部设置左轴孔,左轴孔的左、右端设置左一轴承6和左二轴承7,左二轴承右端设置左齿轮盘8,左齿轮盘连接在左前翼右端,所述右前翼前端内部设置右轴孔,右轴孔左、右端设置右一轴承9和右二轴承10,右一轴承左端设置右齿轮盘11,右齿轮盘连接在右前翼左端,所述左、右齿轮盘中心均与长轴同心，所述左、右前翼大小相等,对称于机舱左、右端,所述机舱内部左、右端设置左前翼电机12和右前翼电机13,左前翼电机设置左驱动齿轮14，右前翼电机设置右驱动齿轮15,左驱动齿轮与左齿轮盘啮合,右驱动齿轮与右齿轮盘啮合,在左、右前翼电机的驱动下,所述左、右前翼以长轴为轴心在90°范围内各自能够正反转向,左、右前翼均为全动操纵面，均能够进行水平方向或者垂直方向的正反转动,所述左前翼前端内部设置左一电机轴16和左二电机轴17,所述右前翼前端内部设置右一电机轴18和右二电机轴19,左前翼的电机轴和右前翼的电机轴对称于机舱左、右端,4个电机轴前端均设置前无铁芯无刷永磁电机20,所述4个前无铁芯无刷永磁电机为同一型号，4个前无铁芯无刷永磁电机前端均设置同一型号的前螺旋桨21,相邻的螺旋桨转向互为相反,所述后翼22作为无人机的副升力面,采用大展弦比直机翼形式,平面形状为矩形,横截面为流线型,后翼中线位于所述尾杆上端,后翼中部前端设置垂直操纵翼23,所述垂直操纵翼平面形状为矩形,横截面为流线型,所述后翼内部设置连接板24,所述垂直操纵翼内部设置三角板25,所述连接板下端焊接在所述三角板的上端,将后翼与垂直操纵翼连接为整体,垂直操纵翼设置轴套26,轴套左端连接后齿轮盘27,轴套内圆设置螺丝轴28,螺丝轴拧在所述尾杆右后端的螺母孔内,所述尾杆后端内部设置尾翼电机29,尾翼电机设置后驱动齿轮30,后驱动齿轮与后齿轮盘啮合,尾翼电机驱动垂直操纵翼,进行水平方向或者垂直方向的正反转动,实现后翼全动操纵面的90°范围的整体偏转操纵,所述后翼的左前端内部设置左电机轴31、右前端内部设置右电机轴32,左、右电机轴对称于所述尾杆,左、右电机轴前端均设置后无铁芯无刷永磁电机33,所述前、后无铁芯无刷永磁电机均为同一型号，所述左、右后无铁芯无刷永磁电机前端均设置后螺旋桨34,所述左、右后螺旋桨的转向互为相反,所述前、后螺旋桨均为同一型号，所述前、后螺旋桨在水平或者垂直状态同步旋转时,整机左、右端处于平衡状态,所述任务载荷35和蓄电池36设置在机舱内,所述太阳能电池铺设于所述左、右前翼、所述后翼、所述机舱以及所述尾杆的上端表面,使垂直升降太阳能无人机所有上端表面能够铺贴太阳能电池的面积最大化。
在图4和图5中，所述无铁芯无刷永磁电机设置螺旋桨架37，所述螺旋桨由4个螺丝钉38固定在螺旋桨架前端，螺旋桨架后端设有内导磁圈3，内导磁圈外圆设有4块弧型永磁体40，所述弧型永磁体是用钕铁硼材料制造的强磁体，每块弧型永磁体的磁极方向是径向的，4块弧型永磁体的N极、S极相互交替排列在内导磁圈外圆，弧型永磁体的后端与内导磁圈的后端对齐，4块弧型永磁体用A、B胶粘接在内导磁圈外圆形成外永磁圈41，所述螺旋桨架圆周紧配合安装外导磁圈42，外导磁圈外圆设有4块弧型永磁体43，所述弧型永磁体是用钕铁硼材料制造的强磁体，每块弧型永磁体的磁极方向是径向的，4块弧型永磁体的N极、S极相互交替排列在外导磁圈内圆，弧型永磁体的后端与外导磁圈的后端对齐，4块弧型永磁体用A、B胶粘接在外导磁圈内圆形成内永磁圈44，内永磁圈与外永磁圈的长度相等，内永磁圈的4块弧型永磁体与外永磁圈的4块弧型永磁体整齐对应，相对应的内、外弧型永磁体的极性互为相反，内、外永磁圈之间设有均匀气隙45，所述内导磁圈的内圆设有卡簧槽，卡簧槽内安装内卡簧46，内导磁圈的内圆设有前轴承47和后轴承48，前轴承紧靠内卡簧前端，后轴承紧靠内圆后端台阶，前、后轴承内圆设置电机轴49，所述电机轴是一个前细后粗的台阶轴，前轴承安装在电机轴的细轴紧靠台阶，后轴承安装在电机轴中部紧靠台阶，细轴前端设有紧固螺帽50，电机轴的粗轴上紧配合安装电枢支架51，所述电枢支架是圆环型的高强度塑料制品，电枢支架前端设置圆环形的定子线圈槽，定子线圈槽内安装齿槽型电枢线圈52，定子线圈槽与齿槽型电枢线圈之间的空隙用A、B胶粘接，所述齿槽型电枢线圈设置齿槽型线圈骨架，所述齿槽型线圈骨架设置筒架53，筒架圆周设置6个等分的线圈芯架54，所述线圈芯架的长度小于筒架的高度、位于筒架高度的中部，所述6个线圈芯架均设有弧圈架55，线圈芯架位于弧圈架中间，6个等分的弧圈架相邻之间设置6个等分的槽口56，所述筒架、线圈芯架和弧圈架的厚度相等，所述筒架、线圈芯架和弧圈架是用高强度塑料一体化注塑成齿槽型线圈骨架，齿槽型线圈骨架圆周形成6个等分的T型齿牙， 在6个等分的槽口内形成6个等分的齿槽57，6个齿槽内绕制6个单线圈58，每个单线圈用多股漆包线绕制，6个单线圈按照Y形电路连接成三相线圈，每一相线圈是齿槽型线圈骨架直径线上相对的两个单线圈的串联，相对的两个单线圈绕制方向互为相反，两个单线圈中的一个线圈的尾端与另一个线圈的首端连接，每相线圈的首端为三相线圈输出线，每相线圈的尾端连接一起为三相线圈中性线，所述三相线圈在齿槽型线圈骨架内灌注A、B胶整形后固化，所述电枢支架设置下线孔59，三相线圈输出线经过下线孔引出电枢支架，所述齿槽型电枢线圈位于所述均匀气隙中间，所述线圈芯架的长度等于所述内、外永磁圈的长度，并且与内、外永磁圈前、后端一致，齿槽型电枢线圈后上端设置3个霍尔位置传感器60，3个霍尔位置传感器相邻之间的电角度为120度，3个霍尔位置传感器分别位于齿槽型线圈骨架3个相邻的槽口处，用A、B胶粘接方式安装，所述电枢支架上方设置3个上线孔61，3个霍尔位置传感器的输出线经过3个相邻的槽口和3个上线孔引出电枢支架，所述3个霍尔位置传感器的输出线62和所述三相线圈的输出线63合并一股电线，经过所述长轴的中心孔引到机舱内。
所述垂直升降太阳能无人机有两种工作模式,工作在垂直升降模式时,所述前螺旋桨和后螺旋桨同步偏转为与地面平行,通过前翼的螺旋桨和后翼的螺旋桨产生不等的升力实现整机平衡,工作在快速飞行模式时,所述前螺旋桨和后螺旋桨同步偏转为与地面垂直,快速飞行模式的滚转操纵通过左前翼和右前翼的差动偏转实现,偏航操纵通过左前翼的螺旋桨和右前翼的螺旋桨产生不对称拉力实现,并通过左前翼和右前翼的差动偏转来平衡耦合产生的滚转力矩,后翼用于所述垂直升降太阳能无人机的纵向配平以及俯仰操纵,俯仰操纵通过后翼全动操纵面的整体偏转实现，所述垂直升降太阳能无人机使用时,在无跑道场地控制站的遥控下,在垂直升降模式下垂直起飞,本无人机升到设定的飞行高度后转换为快速飞行模式,本无人机到达任务区域后,打开任务载荷开始执行任务,本无人机通过无线电数据链路与地面控制站保持通信联络,当携带相应的任务载荷时,本无人机可用于执行通信中继、侦察、监视、大气探测等任务。
所述垂直升降太阳能无人机起落不需要机场跑道,能垂直升降,能在空中悬停或者执行慢飞任务,工作在快速飞行模式时,所述前、后翼的气动效率高,升阻比大,飞行速度快,节约电能,采用单机身布局,所述左、右前翼为大面积长条形全动操纵的主升力面,所述后翼为全动操纵面的副升力面,前、后翼的偏转操纵机构简单有效,有利于简化结构、减轻重量,并且容易操纵,所有升力面以及机身上能够铺贴太阳能电池的面积最大化,以获得更多的能量转化,提高太阳能无人机的续航能力，垂直升降太阳能无人机在起降和悬停状态下，存在气动效率低、消耗功率大的问题，因此，垂直升降的太阳能无人机在同等条件下要获得有效的升力，需要有重量轻、效率高的电机来解决，所述无铁芯无刷永磁电机因为省去了笨重的铁芯，所以电机不存在铁芯损耗，提高了电机的效率，减轻了电机的重量，增强了电机的功率密度，为垂直升降太阳能无人机提供了重量轻、效率高的电机。
Claims (3)
1.一种垂直升降太阳能无人机，由垂直升降太阳能无人机和无铁芯无刷永磁电机组成，其特征在于：所述垂直升降太阳能无人机设置机身,所述机身的前段是机舱(1),机舱体型为流线型,机舱后端连接尾杆(2),机舱与尾杆的横截面均为矩形,机舱中下部设置左、右轴孔,左、右轴孔内紧固安装长轴(3),所述长轴的两端对称于机舱,长轴两端设置左前翼(4)和右前翼(5),所述左、右前翼作为无人机的主升力面,采用大展弦比直机翼形式,其平面形状为矩形,横截面为流线型,为了加强左、右前翼对于长轴中部的抗弯强度和减轻长轴重量,所述长轴是中间粗、两端细的空心轴,所述左前翼前端内部设置左轴孔,左轴孔的左、右端设置左一轴承(6)和左二轴承(7),左二轴承右端设置左齿轮盘(8),左齿轮盘连接在左前翼右端,所述右前翼前端内部设置右轴孔,右轴孔左、右端设置右一轴承(9)和右二轴承(10),右一轴承左端设置右齿轮盘(11),右齿轮盘连接在右前翼左端,所述左、右齿轮盘中心均与长轴同心，所述左、右前翼大小相等,对称于机舱左、右端,所述机舱内部左、右端设置左前翼电机(12)和右前翼电机(13),左前翼电机设置左驱动齿轮(14)，右前翼电机设置右驱动齿轮(15),左驱动齿轮与左齿轮盘啮合,右驱动齿轮与右齿轮盘啮合,在左、右前翼电机的驱动下,所述左、右前翼以长轴为轴心在90°范围内各自能够正反转向,左、右前翼均为全动操纵面，均能够进行水平方向或者垂直方向的正反转动,所述左前翼前端内部设置左一电机轴(16)和左二电机轴(17),所述右前翼前端内部设置右一电机轴(18)和右二电机轴(19),左前翼的电机轴和右前翼的电机轴对称于机舱左、右端,4个电机轴前端均设置前无铁芯无刷永磁电机(20),所述4个前无铁芯无刷永磁电机为同一型号，4个前无铁芯无刷永磁电机前端均设置同一型号的前螺旋桨(21),相邻的螺旋桨转向互为相反,所述后翼(22)作为无人机的副升力面,采用大展弦比直机翼形式,平面形状为矩形,横截面为流线型,后翼中线位于所述尾杆上端,后翼中部前端设置垂直操纵翼(23),所述垂直操纵翼平面形状为矩形,横截面为流线型,所述后翼内部设置连接板(24),所述垂直操纵翼内部设置三角板(25),所述连接板下端焊接在所述三角板的上端,将后翼与垂直操纵翼连接为整体,垂直操纵翼设置轴套(26),轴套左端连接后齿轮盘(27),轴套内圆设置螺丝轴(28),螺丝轴拧在所述尾杆右后端的螺母孔内,所述尾杆后端内部设置尾翼电机(29),尾翼电机设置后驱动齿轮(30),后驱动齿轮与后齿轮盘啮合,尾翼电机驱动垂直操纵翼,进行水平方向或者垂直方向的正反转动,实现后翼全动操纵面的90°范围的整体偏转操纵,所述后翼的左前端内部设置左电机轴(31)、右前端内部设置右电机轴(32),左、右电机轴对称于所述尾杆,左、右电机轴前端均设置后无铁芯无刷永磁电机(33),所述前、后无铁芯无刷永磁电机均为同一型号，所述左、右后无铁芯无刷永磁电机前端均设置后螺旋桨(34),所述左、右后螺旋桨的转向互为相反,所述前、后螺旋桨均为同一型号，所述前、后螺旋桨在水平或者垂直状态同步旋转时,整机左、右端处于平衡状态,所述任务载荷(35)和蓄电池(36)设置在机舱内,所述太阳能电池铺设于所述左、右前翼、所述后翼、所述机舱以及所述尾杆的上端表面,使垂直升降太阳能无人机所有上端表面能够铺贴太阳能电池的面积最大化；所述无铁芯无刷永磁电机设置螺旋桨架(37)，螺旋桨(38)由4个螺丝钉固定在螺旋桨架前端，螺旋桨架后端设有内导磁圈(39)，内导磁圈外圆设有4块弧型永磁体(40)，所述弧型永磁体是用钕铁硼材料制造的强磁体，每块弧型永磁体的磁极方向是径向的，4块弧型永磁体的N极、S极相互交替排列在内导磁圈外圆，弧型永磁体的后端与内导磁圈的后端对齐，4块弧型永磁体用A、B胶粘接在内导磁圈外圆形成外永磁圈(41)；所述螺旋桨架圆周紧配合安装外导磁圈(42)，外导磁圈外圆设有4块弧型永磁体(43)，所述弧型永磁体是用钕铁硼材料制造的强磁体，每块弧型永磁体的磁极方向是径向的，4块弧型永磁体的N极、S极相互交替排列在外导磁圈内圆，弧型永磁体的后端与外导磁圈的后端对齐，4块弧型永磁体用A、B胶粘接在外导磁圈内圆形成内永磁圈(44)，内永磁圈与外永磁圈的长度相等，内永磁圈的4块弧型永磁体与外永磁圈的4块弧型永磁体整齐对应，相对应的内、外弧型永磁体的极性互为相反，内、外永磁圈之间设有均匀气隙(45)，所述内导磁圈的内圆设有卡簧槽，卡簧槽内安装内卡簧(46)，内导磁圈的内圆设有前轴承(47)和后轴承(48)，前轴承紧靠内卡簧前端，后轴承紧靠内圆后端台阶，前、后轴承内圆设置电机轴(49)，所述电机轴是一个前细后粗的台阶轴，前轴承安装在电机轴的细轴紧靠台阶，后轴承安装在电机轴中部紧靠台阶，细轴前端设有紧固螺帽(50)，电机轴的粗轴上紧配合安装电枢支架(51)，所述电枢支架是圆环型的高强度塑料制品，电枢支架前端设置圆环形的定子线圈槽，定子线圈槽内安装齿槽型电枢线圈(52)，定子线圈槽与齿槽型电枢线圈之间的空隙用A、B胶粘接，所述齿槽型电枢线圈设置齿槽型线圈骨架，所述齿槽型线圈骨架设置筒架(53)，筒架圆周设置6个等分的线圈芯架(54)，所述线圈芯架的长度小于筒架的高度、位于筒架高度的中部，所述6个线圈芯架均设有弧圈架(55)，线圈芯架位于弧圈架中间，6个等分的弧圈架相邻之间设置6个等分的槽口(56)，所述筒架、线圈芯架和弧圈架的厚度相等，所述筒架、线圈芯架和弧圈架是用高强度塑料一体化注塑成齿槽型线圈骨架，齿槽型线圈骨架圆周形成6个等分的T型齿牙， 在6个等分的槽口内形成6个等分的齿槽(57)，6个齿槽内绕制6个单线圈(58)，每个单线圈用多股漆包线绕制，6个单线圈按照Y形电路连接成三相线圈，每一相线圈是齿槽型线圈骨架直径线上相对的两个单线圈的串联，相对的两个单线圈绕制方向互为相反，两个单线圈中的一个线圈的尾端与另一个线圈的首端连接，每相线圈的首端为三相线圈输出线，每相线圈的尾端连接一起为三相线圈中性线，所述三相线圈在齿槽型线圈骨架内灌注A、B胶整形后固化，所述电枢支架设置下线孔(59)，三相线圈输出线经过下线孔引出电枢支架，所述齿槽型电枢线圈位于所述均匀气隙中间，所述线圈芯架的长度等于所述内、外永磁圈的长度，并且与内、外永磁圈前、后端一致，齿槽型电枢线圈后上端设置3个霍尔位置传感器(60)，3个霍尔位置传感器相邻之间的电角度为120度，3个霍尔位置传感器分别位于齿槽型线圈骨架3个相邻的槽口处，用A、B胶粘接方式安装，所述电枢支架上方设置3个上线孔(61)，3个霍尔位置传感器的输出线经过3个相邻的槽口和3个上线孔引出电枢支架，所述3个霍尔位置传感器的输出线(62)和所述三相线圈的输出线(63)合并一股电线，经过所述长轴的中心孔引到机舱内。
2.根据权利要求1所述的垂直升降太阳能无人机，其特征在于：所述垂直升降太阳能无人机有两种工作模式,工作在垂直升降模式时,所述前螺旋桨和后螺旋桨同步偏转为与地面平行,通过前翼的螺旋桨和后翼的螺旋桨产生不等的升力实现整机平衡,工作在快速飞行模式时,所述前螺旋桨和后螺旋桨同步偏转为与地面垂直,快速飞行模式的滚转操纵通过左前翼和右前翼的差动偏转实现,偏航操纵通过左前翼的螺旋桨和右前翼的螺旋桨产生不对称拉力实现,并通过左前翼和右前翼的差动偏转来平衡耦合产生的滚转力矩,后翼用于所述垂直升降太阳能无人机的纵向配平以及俯仰操纵,俯仰操纵通过后翼全动操纵面的整体偏转实现，所述垂直升降太阳能无人机使用时,在无跑道场地控制站的遥控下,在垂直升降模式下垂直起飞,本无人机升到设定的飞行高度后转换为快速飞行模式,本无人机到达任务区域后,打开任务载荷开始执行任务,本无人机通过无线电数据链路与地面控制站保持通信联络,当携带相应的任务载荷时,本无人机可用于执行通信中继、侦察、监视、大气探测等任务。
3.根据权利要求1所述的垂直升降太阳能无人机，其特征在于：所述垂直升降太阳能无人机起落不需要机场跑道,能垂直升降,能在空中悬停或者执行慢飞任务,工作在快速飞行模式时,所述前、后翼的气动效率高,升阻比大,飞行速度快,节约电能,采用单机身布局,所述左、右前翼为大面积长条形全动操纵的主升力面,所述后翼为全动操纵面的副升力面,前、后翼的偏转操纵机构简单有效,有利于简化结构、减轻重量,并且容易操纵,所有升力面以及机身上能够铺贴太阳能电池的面积最大化,以获得更多的能量转化,提高太阳能无人机的续航能力，垂直升降太阳能无人机在起降和悬停状态下，存在气动效率低、消耗功率大的问题，因此，垂直升降的太阳能无人机在同等条件下要获得有效的升力，需要有重量轻、效率高的电机来解决，所述无铁芯无刷永磁电机因为省去了笨重的铁芯，所以电机不存在铁芯损耗，提高了电机的效率，减轻了电机的重量，增强了电机的功率密度，为垂直升降太阳能无人机提供了重量轻、效率高的电机。
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2018
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