JP6425968B2

JP6425968B2 - ヘリコプター

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Publication number: JP6425968B2
Application number: JP2014220462A
Authority: JP
Inventors: 英一尾崎
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2014-10-29
Filing date: 2014-10-29
Publication date: 2018-11-21
Anticipated expiration: 2034-10-29
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Description

本発明は、ヘリコプターに関し、特に２以上のロータ（回転翼）を備えるヘリコプターに関する。

従来から、機体の上部に設けられたロータが高速回転することにより揚力を発生し、上昇ないし飛行するヘリコプターが知られている。２つ以上のロータを搭載したヘリコプターはマルチコプターと呼ばれている。特許文献１は、この種のヘリコプターを開示する。

特許文献１の多機能ヘリコプターは、２つのロータと、当該２つのロータを互いに反対方向に回転する同軸反転器と、エンジンの回転を同軸反転器及びロータに伝達するシャフトと、補助プロペラと、垂直尾翼と、水平尾翼と、電気モータで駆動する車輪と、緊急時のメイン・ロータ用モータ、補助プロペラ用モータ及び車輪用モータに電力を供給する発電機及び蓄電池と、メイン・ロータ及び発電機を駆動するエンジンと、ギアボックスと、を具備している。ロータのブレードのピッチ角は、それぞれ全方位角で一定とし、補助プロペラは前後、左右及び上下方向の推力を発生する。

特許文献１は、この構成により、ヘリコプターのヒンジ部を簡単化し、故障率が少なく、安全運行を可能とする。

特許文献２は、無人空中輸送手段（ＵＡＶ）として用いられ、ヘリコプターと同じように回転翼を利用して飛行する回転翼輸送手段を開示する。この回転翼輸送手段は、細長い管状の背骨又は芯を有する本体構造と、第１ローターシステムと、第２ローターシステムと、ブースターモジュールと、を備える。ローターシステムへの、及び２つのローターシステムの間の電力伝達は、機械的軸伝達ではなく、主に電気配線によって行われる。また、当該回転翼輸送手段は、ブースターモジュールを脱落させ、ＵＡＶの重量を軽減することができる。

特許文献２は、この構成により、製造をやり易くできるとともに、第一飛行フェーズの終わりにブースターモジュールを脱落させてＵＡＶの重量を軽減することにより、第二飛行フェーズで引続く飛行を可能とする。

非特許文献１は、上記のマルチコプターを開示する。非特許文献１のマルチコプターにおいては、エンジンがメイン動力として推力と発電を兼任し、エンジンとモータのハイブリッドで駆動される。非特許文献１は、この構成により、長時間の連続航行を可能とする。

特開平８−１５０８１８号公報特開２０１０−１２０６４１号公報

「マルチコプター進化論」、ラジコン技術、株式会社電波実験社、平成２６年４月１０日、ｐ．３５

しかしながら、上記特許文献１は、エンジンによりメインロータを駆動する構成になっているので、エンジンに異常があるとその時点で飛行が不可能になってしまう。また、エンジンに起因する騒音及び排気を抑制することが難しい。

また、上記特許文献２は、２段飛行ができる構成になっている。つまり、第１飛行が完了したとき、第１飛行の動力源が脱落し、ＵＡＶの重量を軽減して、第２飛行で引き続き飛行させる。しかしながら、動力源を飛行のたびに投棄する構成では、コストが大幅に増大してしまう。

また、非特許文献１においては、エンジンとモータのハイブリッドで駆動する構成になっているものの、推力を発生させるためにエンジンが用いられるため、エンジンを常時稼動し続ける必要がある。従って、特許文献１の構成と同様に、エンジンに異常があるとその時点で飛行が不可能になってしまう。

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、主動力源であるバッテリーによる長時間飛行を実現できるヘリコプターを提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

本発明の観点によれば、以下の構成のヘリコプターが提供される。即ち、このヘリコプターは、複数のロータを有し、電動モータと、複数のバッテリーと、発電機と、エンジンと、を備える。前記電動モータは、前記ロータを駆動する。前記バッテリーは、前記電動モータへ電力を供給する第１電力源である。前記エンジンは、前記発電機を駆動する。前記発電機は、前記電動モータへ電力を供給する第２電力源である。複数の前記バッテリーのうち１つの前記バッテリーで前記電動モータを駆動する。当該バッテリーの残量が閾値より少なくなると、他の前記バッテリーに切り替えて前記電動モータを駆動することで、当該バッテリーに予備残量を残す。異常時の安全着陸のために、前記バッテリーに残っている電力を供給可能に構成される。前記発電機は、前記エンジンからの動力を変換した電力で、残量が前記閾値より少なくなった前記バッテリーを充電する。

これにより、バッテリーで電動モータを駆動することで、騒音を低減することができるとともに、バッテリーの残量が閾値より少なくなった場合にエンジンの稼動により充電することができるので、ヘリコプターの長時間飛行を実現することができる。また、バッテリーの残量が閾値より少なくなった場合、自動的に他のバッテリーに切り替えて電動モータを駆動することができるとともに、エンジンの稼動により、残量が閾値より少なくなったバッテリーを充電することができる。即ち、１つのバッテリーが電動モータを駆動するのと並行して、エンジンを稼動して他のバッテリーを充電できるため、満充電に近い状態のバッテリーを常に１つ以上確保することができる。従って、複数のバッテリーを交替しながら電動モータを長時間にわたって確実に駆動できるので、飛行可能時間を効果的に延ばすことができる。そして、バッテリーに所定の予備残量を残した状態を保つことができるので、他のバッテリー、ロータ、電動モータ、エンジンなどが故障した異常な状況が発生しても、バッテリーに残っている電力を利用してヘリコプターの安全着陸を確保することができる。

本発明の第１実施形態に係るマルチコプターの全体的な構成を示す斜視図。マルチコプターの各プロペラの回転を示す概略平面図。マルチコプターの構成の概略を示すブロック図。２つのメインバッテリーを交替させながら電力を供給する制御の例を示すフローチャート。２つのメインバッテリーを交替させながら電力を供給する制御の他の例を示すフローチャート。マルチコプターの上昇時に発電機により電力を供給させる制御のフローチャート。第１実施形態の変形例に係るマルチコプターのブロック図。第２実施形態に係るマルチコプターのブロック図。第２実施形態のマルチコプターにおいて、メインバッテリーの充電に関して制御部で行われる制御のフローチャート。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１はマルチコプター１００の全体的な構成を示す斜視図である。

図１に示すマルチコプター（ヘリコプター）１００は、プロペラ（ロータ）１を複数個（本実施形態においては、６つ）搭載する無人マルチコプターとして構成されており、無線による遠隔操縦が可能になっている。当該マルチコプター１００は、図１に示すように、機体１０と、６つのプロペラ１と、電動モータ２と、メインバッテリー（バッテリー）３と、発電機４と、エンジン５と、を備えている。

機体１０は、マルチコプター１００の中心部に配置されている。当該機体１０には、電動モータ２と、メインバッテリー３と、発電機４と、エンジン５と、が設置されている。

プロペラ１は、図１に示すように、機体１０を中心とする円上に等間隔に配置されている。マルチコプター１００は、それぞれのプロペラ１を同時に回転させることにより飛行する。

電動モータ２は、それぞれのプロペラ１の下方に設置され、プロペラ１を駆動する。それぞれの電動モータ２がメインバッテリー３と電気的に繋がっている。メインバッテリー３は、それぞれの電動モータ２に電力を供給する。

発電機４は、当該マルチコプター１００の第２電力源であって、メインバッテリー３を充電できるように構成され、機体１０の下部に設置されている。

エンジン５は、発電機４の動力源であって、小型のディーゼルエンジンやレシプロエンジンなどを用いることができる。

本実施形態のマルチコプター１００は、以上の構成で、メインバッテリー３の電力を電動モータ２に供給し、６つのプロペラ１を回転させることにより飛行する。

マルチコプター１００の飛行原理は公知であるが、以下、マルチコプター１００の飛行について図２を参照して簡単に説明する。図２は、マルチコプター１００の各プロペラ１の回転を示す概略平面図である。

図２に示すように、マルチコプター１００が備える６つのプロペラ１の回転方向は、周方向に隣接するプロペラ１同士の回転方向が互いに逆になるように設定されている。これにより、プロペラ１を回転させることにより発生した回転トルクが互いに相殺されるので、マルチコプター１００自体がプロペラ１の回転により旋回することなく、上昇力を得て好適に上昇することができる。

プロペラ１の回転数を制御し、プロペラ１の回転によって得られる揚力をマルチコプター１００自体の重力とバランスさせることで、マルチコプター１００のホバリングや水平飛行を実現することができる。また、プロペラ１により発生させる揚力を小さくすることで、マルチコプター１００を下降させることができる。

そして、それぞれのプロペラ１の回転数を制御して、６つのプロペラ１の回転によって発生する回転トルクに不均衡を生じさせることにより、マルチコプター１００の旋回を実現することができる。

このような構成のマルチコプターは、複数のプロペラを同時に回転させる必要があるため、大きな電力を消費する。このため、従来は、単一の電力源（バッテリー、又はエンジンと発電機）を有するマルチコプターにおいて長時間飛行を実現するために、電力源であるバッテリーの搭載個数を増やしたり、発電機の動力源であるエンジンの燃料を増やしたりすることが行われてきた。しかし、バッテリーの搭載個数や燃料を増やすことにより、コストが増加するとともに、マルチコプターの機体の小型化及び軽量化が困難になり、飛行するために消費する電力が更に大きくなる。このため、マルチコプターにおいて長時間の飛行を実現することが難しかった。また、エンジンを稼動してマルチコプターを飛行させる場合、エンジンに起因する騒音や排気が環境に及ぼす影響も大きい。

この点、本実施形態のマルチコプター１００は、バッテリーを主電力源として構成されており、少なくとも２つのメインバッテリー３と、発電機４と、エンジン５と、を備えている。これにより、一方のメインバッテリー３でマルチコプター１００を飛行させて、当該メインバッテリー３の残量が少なくなると、他方のメインバッテリー３に切り替えてプロペラ１を回転させることができる。そして、残量が少なくなったメインバッテリー３を、エンジン５で発電機４を駆動することで充電することができる。

以下、図３を参照して本実施形態のマルチコプター１００の電気的な構成を説明する。図３は、マルチコプター１００の構成の概略を示すブロック図である。

マルチコプター１００は、図３に示すように、第１メインバッテリー３ａと、第２メインバッテリー３ｂと、制御部６と、残量検出装置７と、電力供給切替スイッチ８と、充電切替スイッチ９と、給電スイッチ１４と、記憶部１１と、を備えている。

第１メインバッテリー３ａと第２メインバッテリー３ｂのそれぞれは、電動モータ２に電力を供給できるように、電力供給切替スイッチ８を介して電動モータ２と電気的に接続されている。そして、当該２つのメインバッテリー３ａ，３ｂは、充電切替スイッチ９を介して発電機４と電気的に接続されており、発電機４により充電することができる。

制御部６は小型のコンピュータとして構成されており、残量検出装置７により検出されたメインバッテリー３の残量に基づいて、電力供給切替スイッチ８に指令を送信して、電動モータ２へ電力を供給するメインバッテリー３を切り替えることができる。そして、制御部６は、エンジン５を稼動して、発電機４で発電した電力でメインバッテリー３を充電することができる。

充電切替スイッチ９は、制御部６の指令に応じて、発電機４からの電力を第１メインバッテリー３ａ又は第２メインバッテリー３ｂに供給することができる。

給電スイッチ１４は、制御部６の指令に応じて、発電機４からの電力を充電切替スイッチ９に供給するか、電動モータ２に直接供給するかを切り替えることができる。

記憶部１１は、メインバッテリー３の残量に関して予め設定された各種の設定値（閾値）などを記憶している。

本実施形態のマルチコプター１００は、先に第１メインバッテリー３ａを用いて、プロペラ１の駆動源である電動モータ２に電力を供給する。そして、当該第１メインバッテリー３ａの残量が少なくなったことを残量検出装置７によって検出すると、制御部６は、電動モータ２に電力を供給する供給元を、第１メインバッテリー３ａから第２メインバッテリー３ｂに切り替える。そして、制御部６は、エンジン５を稼動して発電機４を駆動し、発電機４が発電した電力によって第１メインバッテリー３ａを充電する。この充電は、第１メインバッテリー３ａが満充電になるまで継続される。第１メインバッテリー３ａが満充電になると、エンジン５は停止される。

そして、第２メインバッテリー３ｂの残量が少なくなったことを残量検出装置７によって検出すると、制御部６は、電動モータ２に電力を供給する供給元を、第２メインバッテリー３ｂから、満充電になった第１メインバッテリー３ａに切り替える。そして、制御部６は、エンジン５を稼動して発電機４を駆動し、発電機４が発電した電力によって第２メインバッテリー３ｂを充電する。この充電は、第２メインバッテリー３ｂが満充電になるまで継続される。第２メインバッテリー３ｂが満充電になると、エンジン５は停止される。

このように、本実施形態のマルチコプター１００は、２つのメインバッテリー３ａ，３ｂを交互に交替させながら電動モータ２に電力を供給することができるので、長時間飛行を実現することができる。

続いて、制御部６で実行される、２つのメインバッテリー３を交替しながら電動モータ２へ電力を供給する制御について、図４を参照して説明する。図４は、２つのメインバッテリー３を交替させながら電力を供給する制御の例を示すフローチャートである。

図４に示すフローがスタートすると、制御部６は先ず、現在電動モータ２へ電力を供給しているメインバッテリー３が第１メインバッテリー３ａであるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。第１メインバッテリー３ａで電動モータ２へ電力を供給している場合、制御部６は、残量検出装置７から入力された第１メインバッテリー３ａの残量検出値Ｒａを取得するとともに（ステップＳ１０２）、メインバッテリー３の残量に関して予め設定された所定値である閾値（切替残量）β_Lを記憶部１１から読み取る（ステップＳ１０３）。制御部６は、得られた２つの値を比較する（ステップＳ１０４）。第１メインバッテリー３ａの残量検出値Ｒａが切替残量β_L以上である場合、ステップＳ１０２に戻る。

ステップＳ１０４の判断で、第１メインバッテリー３ａの残量検出値Ｒａが切替残量β_Lより小さい場合、制御部６は、電動モータ２への電力の供給元を第１メインバッテリー３ａから第２メインバッテリー３ｂに切り替える（ステップＳ１０５）。また、制御部６は、エンジン５を稼動させることにより発電機４を発電させ、第１メインバッテリー３ａを充電する（ステップＳ１０６）。これにより、第２メインバッテリー３ｂが電動モータ２へ電力を供給するとともに、第１メインバッテリー３ａを充電して次に電動モータ２の電力源として交替できるように準備することができる。

そして、制御部６は、残量検出装置７から第１メインバッテリー３ａの残量検出値Ｒａを取得するとともに（ステップＳ１０７）、メインバッテリー３の残量に関して予め設定された所定値（充電完了残量）β_Hを記憶部１１から読み取って（ステップＳ１０８）、得られた２つの値を比較する。なお、充電完了残量β_Hは、メインバッテリー３のほぼ満充電状態に相当する残量に設定されている。第１メインバッテリー３ａの残量Ｒａが充電完了残量β_Hより小さい場合、ステップＳ１０６に戻る。当該第１メインバッテリー３ａの残量Ｒａが充電完了残量β_H以上である場合、エンジン５の稼動を停止して充電を終了させ（ステップＳ１１０）、再びステップＳ１０１に戻る。これにより、エンジン５の稼動をメインバッテリー３の充電時だけに限定することができるので、エンジン５の稼動による騒音や排気などを効果的に抑えることができる。

そして、図４のステップＳ１０１で、第１メインバッテリー３ａが電動モータ２へ電力を供給していないと判定した場合、制御部６は、残量検出装置７から入力された第２メインバッテリー３ｂの残量検出値Ｒｂを取得するとともに（ステップＳ１１１）、上記の切替残量β_Lを読み取る（ステップＳ１１２）。制御部６は、得られた２つの値を比較する（ステップＳ１１３）。第２メインバッテリー３ｂの残量検出値Ｒｂが切替残量β_L以上である場合、ステップＳ１１１に戻る。

ステップＳ１１３の判断で、第２メインバッテリー３ｂの残量検出値Ｒｂが切替残量β_Lより小さい場合、制御部６は、電動モータ２への電力の供給元を第２メインバッテリー３ｂから第１メインバッテリー３ａに切り替える（ステップＳ１１４）。また、制御部６は、エンジン５を稼動させることにより発電機４を発電させ、第２メインバッテリー３ｂを充電する（ステップＳ１１５）。

そして、制御部６は、残量検出装置７から第２メインバッテリー３ｂの残量検出値Ｒｂを取得するとともに（ステップＳ１１６）、上記の充電完了残量β_Hを読み取って（ステップＳ１１７）、得られた２つの値を比較する（ステップＳ１１８）。第２メインバッテリー３ｂの残量Ｒｂが充電完了残量β_Hより小さい場合、ステップＳ１１６に戻る。第２メインバッテリー３ｂの残量Ｒｂが充電完了残量β_H以上である場合、エンジン５の稼動を停止して充電を終了させ（ステップＳ１１９）、再びステップＳ１０１に戻る。

ただし、制御部６は、図５に示すような制御を行うように構成することもできる。以下、図５に示す他の例の制御について説明する。

図５のフローがスタートすると、制御部６は、残量検出装置７から第１メインバッテリー３ａの残量検出値Ｒａと第２メインバッテリー３ｂの残量検出値Ｒｂを取得するとともに（ステップＳ２０１）、上記の切替残量β_Lを読み取る（ステップＳ２０２）。そして、制御部６は、得られた第１メインバッテリー３ａの残量Ｒａと切替残量β_Lとを比較する（ステップＳ２０３）。

ステップＳ２０３の判断で、第１メインバッテリー３ａの残量検出値Ｒａが切替残量β_Lより小さい場合、制御部６は、電動モータ２への電力の供給元を第１メインバッテリー３ａから第２メインバッテリー３ｂに切り替える（ステップＳ２０４）。その後の制御（Ｓ２０５〜Ｓ２０９）は、図４のＳ１０６〜Ｓ１１０と同様であるため説明を省略する。

ステップＳ２０３の判断で、第１メインバッテリー３ａの残量Ｒａが切替残量β_L以上である場合、制御部６は、第２メインバッテリー３ｂの残量Ｒｂを切替残量β_Lと比較する（ステップＳ２１０）。

ステップＳ２１０の判断で、第２メインバッテリー３ｂの残量検出値Ｒｂが切替残量β_Lより小さい場合、制御部６は、電動モータ２への電力の供給元を第２メインバッテリー３ｂから第１メインバッテリー３ａに切り替える（ステップＳ２１１）。その後の制御（Ｓ２１２〜Ｓ２１６）は、図４のＳ１１５〜１１９と同様であるため説明を省略する。

ステップＳ２１０の判断で、第２メインバッテリー３ｂの残量Ｒｂが切替残量β_L以上である場合、ステップＳ２０１に戻る。

図５に示す制御は、図４で行われていた電力の供給元を判定する処理（ステップＳ１０１）を省略しているが、図４と実質的に同様の制御を実現することができる。ただし、上記で例として挙げた２つの制御フローに限定せず、他の制御を採用しても良い。

次に、給電スイッチ１４の制御について説明する。この給電スイッチ１４は、必要に応じて発電機４と電動モータ２とを電気的に直接接続するものである。即ち、マルチコプターは離陸時又は上昇時に大きな動力を必要とするため、本実施形態のマルチコプター１００においては、メインバッテリー３が主電力源として用いられる一方で、離陸時及び上昇時には力強くプロペラ１を回転させるように、エンジン５を稼動させることによって発電機４で発電した電力を電動モータ２へ直接供給することができるようになっている。

具体的には、制御部６は、図６に示すように、マルチコプター１００の上昇指示を受信すると（ステップＳ３０１）、エンジン５の稼動信号を送信してエンジン５を稼動させる（ステップＳ３０２）。そして、制御部６は給電スイッチ１４に切替信号を送信し、メインバッテリー３からの電力の代わりに、発電機４によりエンジン５からの動力を変換した電力を電動モータ２へ供給する（ステップＳ３０３）。

これにより、本実施形態のマルチコプター１００は、離陸又は上昇するとき、エンジン５が発電機４を駆動して電動モータ２の電力を直接に供給することができるので、電動モータ２を力強く駆動してプロペラ１を高速回転させることにより強い上昇力を得ることができ、好適に上昇することができる。また、メインバッテリー３の電力も節約することができるので、一層長時間の飛行を実現することができる。

次に、本実施形態のマルチコプター１００において、異常が発生した場合の緊急着陸について説明する。

本実施形態のマルチコプター１００は、図３に示すように、緊急着陸装置１３を備えている。当該緊急着陸装置１３は、図略のパラシュートなどから構成されている。この構成で、プロペラ１の故障、電動モータ２の故障、又はメインバッテリー３の給電異常などの異常が発生した場合、緊急着陸装置１３は、パラシュートを展開させ、マルチコプター１００の安全な着陸を確保する。

本実施形態のマルチコプター１００においては、緊急着陸装置１３に対してメインバッテリー３が電力を供給するように構成されている。具体的に説明すると、図３に示すように緊急着陸装置１３が電力供給切替スイッチ８と接続されており、この電力供給切替スイッチ８は、制御部６からの指令により、メインバッテリー３の電力を緊急着陸装置１３に供給するように切り替えることができる。

ところで、本実施形態のマルチコプター１００においては、上記で説明した切替残量β_Lが、緊急着陸装置１３による緊急着陸に必要な残量以上となるように設定されている。従って、第１メインバッテリー３ａ及び第２メインバッテリー３ｂの何れにも、緊急時に緊急着陸装置１３を駆動させるための予備残量を常に確保しておくことができる。

ただし、図７の変形例に示すように、緊急着陸装置１３を駆動するための補助バッテリー１２を、２つのメインバッテリー３とは別に設けることもできる。図７に示すように、補助バッテリー１２は緊急着陸装置１３に電力を供給するように緊急着陸装置１３と接続され、異常が発生すると、制御部６からの指令により、緊急着陸装置１３へ電力を直接に供給するように構成されている。この補助バッテリー１２は発電機４と接続されており、発電機４によって充電することもできる。この構成によっても、緊急時において緊急着陸装置１３を確実に駆動することができる。

以上に説明したように、本実施形態のマルチコプター１００は、複数のプロペラ１を有し、電動モータ２と、少なくとも１つのメインバッテリー３と、発電機４と、エンジン５と、を備える。電動モータ２は、プロペラ１を駆動する。メインバッテリー３は、電動モータ２へ電力を供給する第１電力源である。発電機４は、電動モータ２へ電力を供給する第２電力源である。エンジン５は、発電機４を駆動する。発電機４は、メインバッテリー３の残量が切替残量β_Lより少なくなると、エンジン５からの動力を変換した電力でメインバッテリー３を充電する。

これにより、メインバッテリー３で電動モータ２を駆動することで、騒音を低減することができるとともに、メインバッテリー３の残量が少なくなった場合にエンジン５の稼動により充電することができるので、マルチコプター１００の長時間飛行を実現することができる。

また、本実施形態のマルチコプター１００は、メインバッテリー３を複数備える。複数のメインバッテリー３のうち１つのメインバッテリー３で電動モータ２を駆動し、当該メインバッテリー３の残量が少なくなると、他のメインバッテリー３に切り替えて電動モータ２を駆動する。発電機４は、エンジン５からの動力を変換した電力で、残量が切替残量β_Lより少なくなったメインバッテリー３を充電する。

これにより、メインバッテリー３の残量が少なくなった場合、自動的に他のメインバッテリー３に切り替えて電動モータ２を駆動することができるとともに、エンジン５の稼動により、残量が少なくなったメインバッテリー３を充電することができる。即ち、１つのメインバッテリー３が電動モータ２を駆動するのと並行して、エンジン５を稼動して他のメインバッテリー３を充電できるため、満充電に近い状態のメインバッテリー３を常に１つ以上確保することができる。従って、複数のメインバッテリー３を交替しながら電動モータ２を長時間にわたって確実に駆動できるので、飛行可能時間を効果的に延ばすことができる。

また、本実施形態のマルチコプター１００において、エンジン５は、残量が少なくなったメインバッテリー３の充電完了後に、稼動を停止する。

これにより、エンジン５を必要なときのみ稼動することで、燃料を節約できるとともに、エンジン５の稼動による騒音及び排気の発生も良好に抑えることができる。

また、本実施形態のマルチコプター１００において、発電機４は、当該マルチコプター１００の上昇時に、エンジン５からの動力を変換した電力を電動モータ２へ直接に供給可能に構成されている。

これにより、マルチコプター１００が上昇するとき、エンジン５が発電機４を駆動して電動モータ２の電力を直接に供給することにより、電動モータ２を力強く駆動してプロペラ１を高速回転させることができ、マルチコプター１００を好適に上昇させることができる。

また、本実施形態のマルチコプター１００においては、電動モータ２を駆動しているメインバッテリー３の残量が切替残量β_Lより少なくなった場合に、他のメインバッテリー３に切り替えて電動モータ２を駆動することで、当該メインバッテリー３に予備残量を残す。そして、異常時の安全着陸のために、メインバッテリー３に残っている電力を供給可能に構成されている。

これにより、メインバッテリー３に所定の予備残量を残した状態を保つことができるので、他のメインバッテリー３、プロペラ１、電動モータ２、エンジン５などが故障した異常な状況が発生しても、メインバッテリー３に残っている電力を利用してマルチコプター１００の安全着陸を確保することができる。

また、図７に示す変形例のマルチコプターにおいては、電動モータ２を駆動するメインバッテリー３とは別に補助バッテリー１２を備える。補助バッテリー１２は、異常時の安全着陸に使用される。

これにより、マルチコプター１００に異常な状況が発生した場合の安全着陸専用の電力源が設けられているため、メインバッテリー３が全部故障しても異常時にマルチコプター１００の安全着陸を確保することができる。

また、図７に示す変形例のマルチコプターにおいては、補助バッテリー１２が発電機４により充電可能に構成されている。

これにより、他の充電装置を要せずに、補助バッテリー１２を簡単に充電することができる。

続いて、メインバッテリー３を１つのみ備える第２実施形態のマルチコプター１００ｘについて、図８及び図９を参照して説明する。図８は、第２実施形態に係るマルチコプター１００ｘのブロック図である。なお、本実施形態の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。

図８に示すように、本実施形態のマルチコプター１００ｘにおいて搭載されるメインバッテリー３の数は１つになっている。この場合、メインバッテリー３は、電動モータ２へ電力を供給する主電源として構成される。当該メインバッテリー３の残量が少なくなったことを残量検出装置７によって検出すると、制御部６は、エンジン５を稼動して発電機４を駆動させ、発電機４が発電した電力によってメインバッテリー３を充電する。即ち、メインバッテリー３の残量が所定量以下である場合、当該メインバッテリー３は、発電機４によってエンジン５からの動力を変換した電力で充電しながら、電動モータ２へ電力を供給する。メインバッテリー３の充電が完了すると、制御部６は、エンジン５及び発電機４を停止させる。

図９には、本実施形態のマルチコプター１００におけるメインバッテリー３の充電に関する制御の例が示されている。図９のフローがスタートすると、制御部６は先ず、残量検出装置７からメインバッテリー３の残量検出値Ｒを取得するとともに（ステップ４０１）、メインバッテリー３の残量に関して予め設定された所定値（充電開始残量）β_L1を読み取る（ステップ４０２）。そして、制御部６は、得られたメインバッテリー３の残量Ｒと充電開始残量β_L1とを比較する（ステップＳ４０３）。メインバッテリー３の残量検出値Ｒが充電開始残量β_L1以上である場合、ステップＳ４０１に戻る。

ステップＳ４０３の判断で、メインバッテリー３の残量Ｒが充電開始残量β_L1より小さい場合、制御部６は、エンジン５を稼動させることにより発電機４を駆動させ、メインバッテリー３を充電する（ステップ４０４）。

その後、制御部６は、残量検出装置７からメインバッテリー３の残量検出値Ｒを取得するとともに（ステップＳ４０５）、上記の充電完了残量β_Hを記憶部１１から読み取って（ステップ４０６）、得られた当該２つの値を比較する。メインバッテリー３の残量Ｒが充電完了残量β_Hより小さい場合、ステップＳ４０５に戻る。メインバッテリー３の残量Ｒが充電完了残量β_H以上である場合、制御部６は、エンジン５の稼動を停止して充電を完了させ、再びステップＳ４０１に戻る。

このように、本実施形態のマルチコプター１００は、エンジン５及び発電機４を用いて、電動モータ２の電力源であるメインバッテリー３を充電することができるので、１つのメインバッテリー３のみを備える構成でも、長時間飛行を実現することができる。また、１つのメインバッテリー３のみを備えているので、マルチコプター１００の構成を簡素化することができる。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

メインバッテリー３の数は、上記の実施形態のように１つ又は２つとすることに限定せず、３つ以上であっても良い。

上記の第１実施形態のマルチコプター１００においては、メインバッテリー３に予備残量が確保され、変形例のマルチコプター（図７）においては、補助バッテリー１２が設けられている。しかし、上記の実施形態と変形例とを組み合わせて、メインバッテリー３に予備残量を確保するのに加えて補助バッテリー１２を備える構成として、緊急着陸装置１３に電力を提供しても良い。同様に、上記の第２実施形態のマルチコプター１００ｘに、図７と同様の補助バッテリー１２を設けるように構成しても良い。

プロペラ１の数は、上記の実施形態のように６つとすることに限定せず、５つ以下としても良いし、７つ以上としても良い。

１プロペラ（ロータ）
２電動モータ
３メインバッテリー（バッテリー）
４発電機
５エンジン
６制御部
７残量検出装置
８電力供給切替スイッチ
９充電切替スイッチ
１０機体
１１記憶部
１２補助バッテリー
１３緊急着陸装置
１４給電スイッチ
１００マルチコプター（ヘリコプター）

Claims

複数のロータを有する電動式のヘリコプターであって、
前記ロータを駆動する電動モータと、
前記電動モータへ電力を供給する第１電力源である複数のバッテリーと、
前記電動モータへ電力を供給する第２電力源である発電機と、
前記発電機を駆動するエンジンと、
を備え、
複数の前記バッテリーのうち１つの前記バッテリーで前記電動モータを駆動し、
当該バッテリーの残量が閾値より少なくなると、他の前記バッテリーに切り替えて前記電動モータを駆動することで、当該バッテリーに予備残量を残し、
異常時の安全着陸のために、前記バッテリーに残っている電力を供給可能に構成され、
前記発電機は、前記エンジンからの動力を変換した電力で、残量が前記閾値より少なくなった前記バッテリーを充電することを特徴とするヘリコプター。