CN117295661A - 飞行装置 - Google Patents

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石川满
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Abstract

本发明提供一种能够通过副旋翼准确地进行姿势控制的飞行装置。飞行装置(10)具备机体(19)、发动机(30)、马达(21)、主旋翼(14)以及副旋翼(15)。发动机(30)使主旋翼(14)旋转。马达(21)使副旋翼(15)旋转。主旋翼(14)配置在比副旋翼(15)靠下方的位置。根据飞行装置(10)，通过将主旋翼(14)配置在比副旋翼(15)靠下方的位置，副旋翼(15)不会受到因主旋翼(14)旋转而产生的风流的影响。因此，副旋翼(15)能够通过旋转而得到设计那样的推力，能够准确地进行机体(19)的位置姿势的调整。

Description

飞行装置
技术领域
本发明涉及飞行装置，特别是涉及由发动机驱动地驱动主旋翼并由马达使副旋翼旋转的所谓并联混合型的飞行装置。
背景技术
以往，已知有能够在空中无人飞行的飞行装置。这样的飞行装置能够利用绕垂直轴旋转的旋翼的推力在空中飞行。
作为该飞行装置的应用领域，例如可考虑运输领域、测量领域以及拍摄领域等。在将飞行装置应用于这样的领域的情况下，将测量设备、拍摄设备安装于飞行装置。通过将飞行装置应用于该领域，能够使飞行装置飞行到人不进入的地域，进行这样的地域的运输、拍摄以及测量。与该飞行装置相关的发明例如记载在专利文献1或专利文献2中。
在一般的飞行装置中，利用从搭载于飞行装置的蓄电池供给的电力使上述旋翼旋转。但是，在基于蓄电池的电力供给中能量的供给量不一定充分，因此，为了实现长时间的连续飞行，也出现了搭载有发动机的飞行装置。在这样的飞行装置中，利用发动机的驱动力使发电机旋转，利用由该发电机发出的电力对旋翼进行旋转驱动。这种结构的飞行装置在从动力源向旋翼供给能量的路径上，发动机和发电机串联连接，因此，也被称为串联型无人机。通过使用这样的飞行装置进行拍摄、测量，能够进行大范围的拍摄、测量。搭载有发动机的飞行装置例如记载在专利文献3中。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-51545号公报
专利文献2：日本特开2014-240242号公报
专利文献3：日本特开2011-251678号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在上述以往的飞行装置中，在驱动系统的机构中存在改善的余地。
具体而言，如上所述，在并联型混合动力无人机中，通过由主旋翼旋转而产生的升力使机体在空中悬浮，通过由副旋翼旋转而产生的升力控制机体的位置姿势。
此时，通过使主旋翼旋转，在主旋翼的下方产生较大的下冲气流。因此，在副旋翼配置在主旋翼的下方的情况下，副旋翼受到下冲气流的影响，存在无法通过副旋翼的旋转准确地进行机体的姿势控制的课题。
本发明是鉴于上述情形而作出的，其目的在于提供一种能够通过副旋翼准确地进行姿势控制的飞行装置。
用于解决课题的手段
本发明的飞行装置的特征在于，具备机体、发动机、马达、主旋翼以及副旋翼，所述发动机使所述主旋翼旋转，所述马达使所述副旋翼旋转，所述主旋翼配置在比所述副旋翼靠下方的位置。
发明的效果
根据本发明的飞行装置，通过将主旋翼配置在比副旋翼靠下方的位置，副旋翼不会受到因主旋翼旋转而产生的风流的影响。因此，副旋翼能够通过旋转而得到设计那样的推力，能够准确地进行机体的位置姿势的调整。
另外，在本发明的飞行装置中，其特征在于，所述主旋翼配置在比所述机体的下表面靠上方侧的位置。因此，根据本发明的飞行装置，通过将主旋翼配置在比机体的下表面靠上方侧的位置，能够利用主旋翼旋转而产生的推力使机体稳定地悬浮。
另外，在本发明的飞行装置中，其特征在于，所述副旋翼的旋转中心与所述机体的中心分离的距离比所述主旋翼的旋转中心与所述机体的中心分离的距离长。因此，根据本发明的飞行装置，通过确保副旋翼的旋转中心与机体的中心分离的距离较长，能够使用副旋翼旋转而产生的推力来准确地控制机体的位置姿势。
另外，在本发明的飞行装置中，其特征在于，所述主旋翼具有第一主旋翼和第二主旋翼，所述副旋翼具有第一副旋翼、第二副旋翼、第三副旋翼以及第四副旋翼，所述第一主旋翼配置在所述机体的左方侧，所述第二主旋翼配置在所述机体的右方侧，所述第一副旋翼配置在所述机体的前方左方侧，所述第二副旋翼配置在所述机体的后方左方侧，所述第三副旋翼配置在所述机体的前方右方侧，所述第四副旋翼配置在所述机体的后方右方侧。因此，根据本发明的飞行装置，通过将第一主旋翼和第二主旋翼配置在夹着机体的位置，能够使机体更稳定地悬浮。另外，通过将第一副旋翼至第四副旋翼配置在前后左右的各角部，能够更准确地控制机体的位置姿势。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的飞行装置的立体图。
图2是表示本发明的实施方式的飞行装置的后视图。
图3是表示本发明的实施方式的飞行装置的图，是表示各部位的连接结构的框图。
图4是表示本发明的实施方式的飞行装置的发动机的结构以及配置的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本方式的飞行装置的结构进行说明。在以下的说明中，对具有相同结构的部位标注相同的附图标记，省略重复的说明。另外，在以下的说明中使用上下前后左右的各方向，但这些各方向是为了便于说明。另外，飞行装置10也被称为无人机。
图1是表示飞行装置10的立体图。
飞行装置10具备机体19、主旋翼14以及发动机30。发动机30内置于机体19，因此未图示。飞行装置10是具有电驱动系统和机械驱动系统这两个并列的驱动系统的并联型混合动力无人机。电驱动系统是使后述的马达21以及副旋翼15旋转的驱动系统。机械驱动系统是使主旋翼14旋转的驱动系统。
机体19是支承构成飞行装置10的各设备的主体，由合成树脂、金属或它们的复合材料构成。虽然在此未图示，但在机体19的内部配置有发动机30、发电机16以及电池18等。
主旋翼14通过旋转而产生用于使机体19悬浮的驱动力。主旋翼14具有主旋翼141和主旋翼142。在此，例如，主旋翼141是第一主旋翼，主旋翼142是第二主旋翼。
主旋翼141配置在机体19的左方侧。主旋翼141经由主框架121与机体19连接。
主旋翼142配置在机体19的右方侧。主旋翼142经由主框架122与机体19连接。
主旋翼141和主旋翼142的旋转方向相反，以相等的旋转速度旋转。另外，主旋翼141以及主旋翼142与内置于机体19的发动机30机械连接。例如，主旋翼141以及主旋翼142经由带、动力传动杆或齿轮等与内置于机体19的发动机30机械连接。
飞行装置10具有副旋翼15。副旋翼15具有副旋翼151至副旋翼154。在此，第一副旋翼是副旋翼151，第二副旋翼是副旋翼152，第三副旋翼是副旋翼153，第四副旋翼是副旋翼154。
副旋翼151配置在机体19的左侧前方，经由副框架131与机体19连接，通过在此未图示的马达211而旋转。
副旋翼152配置在机体19的左侧后方，经由副框架132与机体19连接，通过在此未图示的马达212而旋转。
副旋翼153配置在机体19的右侧前方，经由副框架133与机体19连接，通过在此未图示的马达213而旋转。
副旋翼154配置在机体19的右侧后方，经由副框架134与机体19连接，通过在此未图示的马达214而旋转。
在此，副框架131至副框架134形成得比主框架121以及主框架122长。由此，副旋翼151至副旋翼154的旋转中心与主旋翼141以及主旋翼142的旋转中心相比，从机体19的中心部离开。由此，能够通过副旋翼151至副旋翼154更准确地控制飞行装置10的位置姿势。
设地部25是在飞行装置10着地时与着地面接触的部位。设地部25与主框架121等同样地，将多个框架组合而成。
图2是从后方观察飞行装置10的后视图。参照图2，主旋翼14配置在比副旋翼15靠下方的位置。在此，主旋翼141以及主旋翼142配置在比副旋翼152以及副旋翼154靠下方的位置。
通过将主旋翼14配置在比副旋翼15靠下方的位置，能够通过副旋翼15更准确地进行飞行装置10的位置姿势的控制。具体而言，主旋翼14为了使飞行装置10整体在空中悬浮而高速旋转。当主旋翼14高速旋转时，在主旋翼14的下方产生下冲气流。特别是，由于主旋翼14的直径比副旋翼15大，因此，产生较大的下冲气流。在此，下冲气流是指，通过飞行装置10飞行时的主旋翼14的旋转，空气从主旋翼14的上方吸入并向下方吹下而产生的风，朝向下方以扇状的形状扩展。
在本实施方式中，由于主旋翼14配置在副旋翼15的下方，因此，通过主旋翼14而产生的下冲气流不会对副旋翼15产生较大的影响。因此，通过使各副旋翼15以规定的旋转速度旋转，能够使飞行装置10在空中的位置姿势成为规定的位置姿势。因此，在此未图示的操纵者能够稳定地操作飞行装置10。
另外，主旋翼14配置在比机体19的下表面靠上方侧的位置。由此，在副旋翼15的下方侧，能够将主旋翼14的位置尽可能地配置在上方，能够利用通过主旋翼14旋转而产生的推力使机体19稳定地悬浮在空中。
图3是表示飞行装置10的图，是表示各部位的连接结构的框图。
飞行装置10具有运算控制部31、发动机30、发电机16、电池18、电力转换部24、马达21以及副旋翼15。
运算控制部31具有CPU、ROM、RAM等，基于来自在此未图示的各种传感器、控制器的输入，控制构成飞行装置10的各设备的动作。另外，运算控制部31也是基于来自操作者操作的远程操作装置(比例控制器)以及各种传感器的输入，控制各主旋翼14以及各副旋翼15的转速的飞行控制器。
发动机30基于来自运算控制部31的输入信号而动作，产生用于使飞行装置10飞行的能量。发动机30的具体结构参照图3在后面叙述。
发电机16是使用发动机30的一部分驱动力来产生电力的装置，具有发电机161以及发电机162。发电机161由后述的发动机30的第一发动机部40驱动。发电机162由后述的发动机30的第二发动机部41驱动。
电池18被夹设在发电机16与电力转换部24之间。电池18由发电机16充电。从电池18放电的电力被供给到后述的电力转换部24。
电力转换部24与各个副旋翼15对应地设置。作为电力转换部24，能够采用将从发电机162供给的交流电暂时直流化后转换为规定频率的交流电的转换器以及逆变器。另外，作为电力转换部24，能够采用将从电池18供给的直流电转换为规定的频率的逆变器。具体而言，电力转换部24具有电力转换部241、电力转换部242、电力转换部243以及电力转换部244。
马达21与各个副旋翼15对应地设置，具有马达211、马达212、马达213以及马达214。马达211、马达212、马达213以及马达214分别通过从电力转换部241、电力转换部242、电力转换部243以及电力转换部244供给的电力而以规定的速度旋转。
如上所述，副旋翼15具有副旋翼151、副旋翼152、副旋翼153以及副旋翼154。副旋翼151、副旋翼152、副旋翼153以及副旋翼154分别通过马达211、马达212、马达213以及马达214而旋转。
在此，说明飞行装置10的动作。飞行装置10在悬停状态、升降状态或水平移动状态下工作。
在悬停状态下，飞行装置10基于来自运算控制部31的指示，利用从发动机30产生的驱动力使主旋翼14旋转，使飞行装置10悬浮在空中的规定位置。此时，基于来自运算控制部31的指示，各副旋翼15旋转。运算控制部31控制各电力转换部24，以使飞行装置10能够维持规定的高度以及姿势，从而使各马达21以及各副旋翼15的旋转速度为规定的旋转速度。
在升降状态下，通过控制发动机30的转速，使主旋翼14以规定速度旋转，使飞行装置10上升或下降。此时，运算控制部31也控制各电力转换部24，以使飞行装置10能够维持规定的高度以及姿势，从而使各马达21以及副旋翼15的旋转速度为规定的旋转速度。
在水平移动状态下，运算控制部31通过控制各电力转换部24来控制各马达21以及副旋翼15的转速，从而使飞行装置10成为倾斜状态。此时，运算控制部31也通过控制发动机30的驱动状态，使主旋翼14以规定速度旋转。
在本实施方式中，如图2所示，将主旋翼14配置在副旋翼15的下方，因此，在悬停状态、升降状态以及水平移动状态下，能够通过各副旋翼15稳定地控制飞行装置10的位置姿势。
图4是表示飞行装置10的发动机30的结构以及配置的图。
发动机30具有第一发动机部40和第二发动机部41。第一发动机部40和第二发动机部41相向配置，第一发动机部40配置在左侧，第二发动机部41配置在右侧。
第一发动机部40具有：往复运动的第一活塞43；将第一活塞43的往复运动转换为旋转运动的第一曲轴42；以及将第一活塞43和第一曲轴42能够旋转地连结的第一连杆44。
第二发动机部41具有：往复运动的第二活塞46；将第二活塞46的往复运动转换为旋转运动的第二曲轴45；以及将第二活塞46和第二曲轴45能够旋转地连结的第二连杆47。
第一发动机部40的第一活塞43和第二发动机部41的第二活塞46共用燃烧室48。换言之，第一活塞43和第二活塞46在连通的一个气缸的内部往复运动。因此，第一发动机部40以及第一活塞43同时朝向中心部产生行程，从而能够减少行程量，并且获得燃烧室48中的混合气体的高膨胀比。
虽然在此未图示，但在发动机30中形成有与燃烧室48连通的容积空间，在该容积空间中配置有火花塞。另外，在燃烧室48形成有在此未图示的进气口以及排气口，包含汽油等燃料的混合气体从进气口导入燃烧室48，燃烧后的废气经由排气口从燃烧室向外部排出。
上述结构的发动机30如下进行动作。首先，在吸入行程中，第一活塞43以及第二活塞46在气缸49的内部从中央部朝向外侧移动，由此将作为燃料和空气的混合物的混合气体导入到气缸49的内部。接着，在压缩行程中，由于旋转的第一曲轴42以及第二曲轴45的惯性，第一活塞43以及第二活塞46被朝向中央部推出，在气缸49的内部混合气体被压缩。接着，在燃烧行程中，未图示的火花塞在燃烧室48中点火，由此混合气体在气缸49的内部燃烧，由此第一活塞43以及第二活塞46被推出到作为下止点的外侧的端部。之后，在排气行程中，由于旋转的第一曲轴42以及第二曲轴45的惯性，第一活塞43以及第二活塞46被向内侧推出，存在于气缸49的内部的燃烧后的气体向外部排出。
在发动机30中，能够通过在一个气缸49的内部往复运动的第一活塞43以及第二活塞46这两个活塞对行程进行分割。因此，与通常的汽油发动机相比，能够增大混合气体的压缩比。另外，由于在气缸49的内部第一活塞43和第二活塞46相向，因此，不需要一般的发动机所需的气缸盖，发动机30的结构简单且轻量。另外，构成发动机30的各部件、即第一活塞43以及第二活塞46、第一曲轴42以及第二曲轴45等相向配置，并且以相向的方式动作。由此，从发动机30的各部件产生的振动被抵消，能够减少从发动机30整体向外部产生的振动。因此，通过将这种结构的发动机30搭载于飞行装置10，能够实现飞行装置10的小型化、轻量化以及低振动化。特别是，通过低振动化，能够防止对姿势控制、马达输出控制等运算控制装置、GPS传感器等精密设备的不良影响。另外，能够防止飞行装置10运输的配送货物因振动而损伤。
在此，第一曲轴42与图1所示的主旋翼141驱动连接，第二曲轴45与图1所示的主旋翼142驱动连接。该驱动连接例如由传动杆、带、齿轮构成。
根据上述本实施方式，能够起到以下那样的主要效果。
参照图2，通过将主旋翼14配置在比副旋翼15靠下方的位置，副旋翼15不会受到因主旋翼14旋转而产生的风流的影响。因此，副旋翼15能够通过旋转而得到设计那样的推力，能够准确地进行机体19的位置姿势的调整。
参照图2，根据本发明的飞行装置10，通过将主旋翼14配置在比机体19的下表面靠上方侧的位置，能够利用通过主旋翼14旋转而产生的推力使机体19稳定地悬浮。
参照图1，根据本发明的飞行装置10，通过确保副旋翼15的旋转中心与机体19的中心分离的距离较长，能够使用副旋翼15旋转而产生的推力来准确地控制机体19的位置姿势。
参照图1，通过将主旋翼141和主旋翼142配置在夹着机体19的位置，能够使机体19更稳定地悬浮。另外，通过将副旋翼151至副旋翼154配置在前后左右的各角部，能够更准确地控制机体19的位置姿势。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于此，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行变更。另外，上述各方式能够相互组合。
在参照图4说明的发动机30中，第一发动机部40和第二发动机部41共用燃烧室48，但第一发动机部40和第二发动机部41也可以分别形成燃烧空间。而且，在第一发动机部40和第二发动机部41分别形成燃烧空间的情况下，也可以将该燃烧空间配置在宽度方向外侧端部。
以下，将能够从上述本实施方式掌握的发明与其效果一起记载。
本发明的飞行装置的特征在于，具备机体、发动机、马达、主旋翼以及副旋翼，所述发动机使所述主旋翼旋转，所述马达使所述副旋翼旋转，所述主旋翼配置在比所述副旋翼靠下方的位置。因此，根据本发明的飞行装置，通过将主旋翼配置在比副旋翼靠下方的位置，副旋翼不会受到因主旋翼旋转而产生的风流的影响。因此，副旋翼能够通过旋转而得到设计那样的推力，能够准确地进行机体的位置姿势的调整。
另外，在本发明的飞行装置中，其特征在于，所述主旋翼配置在比所述机体的下表面靠上方侧的位置。因此，根据本发明的飞行装置，通过将主旋翼配置在比机体的下表面靠上方侧的位置，能够利用主旋翼旋转而产生的推力使机体稳定地悬浮。
另外，在本发明的飞行装置中，其特征在于，所述副旋翼的旋转中心与所述机体的中心分离的距离比所述主旋翼的旋转中心与所述机体的中心分离的距离长。因此，根据本发明的飞行装置，通过确保副旋翼的旋转中心与机体的中心分离的距离较长，能够使用副旋翼旋转而产生的推力来准确地控制机体的位置姿势。
另外，在本发明的飞行装置中，其特征在于，所述主旋翼具有第一主旋翼和第二主旋翼，所述副旋翼具有第一副旋翼、第二副旋翼、第三副旋翼以及第四副旋翼，所述第一主旋翼配置在所述机体的左方侧，所述第二主旋翼配置在所述机体的右方侧，所述第一副旋翼配置在所述机体的前方左方侧，所述第二副旋翼配置在所述机体的后方左方侧，所述第三副旋翼配置在所述机体的前方右方侧，所述第四副旋翼配置在所述机体的后方右方侧。因此，根据本发明的飞行装置，通过将第一主旋翼和第二主旋翼配置在夹着机体的位置，能够使机体更稳定地悬浮。另外，通过将第一副旋翼至第四副旋翼配置在前后左右的各角部，能够更准确地控制机体的位置姿势。
附图标记说明
10飞行装置
121主框架
122主框架
131副框架
132副框架
133副框架
134副框架
14主旋翼
141主旋翼
142主旋翼
15副旋翼
151副旋翼
152副旋翼
153副旋翼
154副旋翼
16发电机
161发电机
162发电机
18电池
19机体
21马达
211马达
212马达
213马达
214马达
24电力转换部
241电力转换部
242电力转换部
243电力转换部
244电力转换部
25设地部
30发动机
31运算控制部
40第一发动机部
41第二发动机部
42第一曲轴
43第一活塞
44第一连杆
45第二曲轴
46第二活塞
47第二连杆
48燃烧室
49气缸

Claims (6)

1.一种飞行装置，其特征在于，
所述飞行装置具备机体、发动机、马达、主旋翼以及副旋翼，
所述发动机使所述主旋翼旋转，
所述马达使所述副旋翼旋转，
所述主旋翼配置在比所述副旋翼靠下方的位置。
2.如权利要求1所述的飞行装置，其特征在于，
所述主旋翼配置在比所述机体的下表面靠上方侧的位置。
3.如权利要求1或2所述的飞行装置，其特征在于，
所述副旋翼的旋转中心与所述机体的中心分离的距离比所述主旋翼的旋转中心与所述机体的中心分离的距离长。
4.如权利要求1～3中任一项所述的飞行装置，其特征在于，
所述主旋翼具有第一主旋翼和第二主旋翼，
所述副旋翼具有第一副旋翼、第二副旋翼、第三副旋翼以及第四副旋翼，
所述第一主旋翼配置在所述机体的左方侧，
所述第二主旋翼配置在所述机体的右方侧，
所述第一副旋翼配置在所述机体的前方左方侧，
所述第二副旋翼配置在所述机体的后方左方侧，
所述第三副旋翼配置在所述机体的前方右方侧，
所述第四副旋翼配置在所述机体的后方右方侧。
5.一种飞行装置，其特征在于，
所述飞行装置具备机体、发动机、马达、主旋翼以及副旋翼，
所述发动机使所述主旋翼旋转，
所述马达使所述副旋翼旋转，
旋转直径比所述副旋翼大的所述主旋翼配置在比所述副旋翼靠下方的位置。
6.如权利要求1～5中任一项所述的飞行装置，其特征在于，
所述主旋翼和所述副旋翼配置在不重叠的位置。
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