EP2498887B1 - Bloc-support pour un moteur de drone a voilure tournante - Google Patents

Bloc-support pour un moteur de drone a voilure tournante Download PDF

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EP2498887B1
EP2498887B1 EP10785144.6A EP10785144A EP2498887B1 EP 2498887 B1 EP2498887 B1 EP 2498887B1 EP 10785144 A EP10785144 A EP 10785144A EP 2498887 B1 EP2498887 B1 EP 2498887B1
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EP
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motor
electric motor
drone
support part
support
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EP2498887A1 (fr
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Guillaume Savoye
Yoni Benatar
François CALLOU
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Parrot SA
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Parrot SA
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63H—TOYS, e.g. TOPS, DOLLS, HOOPS OR BUILDING BLOCKS
    • A63H27/00—Toy aircraft; Other flying toys
    • A63H27/12—Helicopters ; Flying tops

Definitions

  • the present invention relates to a support block for an electric motor for driving a propulsion unit of a rotary wing drone.
  • the invention finds a particularly advantageous application in the field of radio controlled toys that can be used by children, especially in indoor environments, such as a room in a house or apartment, for example.
  • the CN 201 139 953 Y , CN 201 214 021 Y , US 2004/200924 A1 or WO 2007/052246 A1 describe such flying-wing RC flying toys.
  • the rotary wing consists of four propulsion units, each driven by an electric motor.
  • the motors used because of their very high speed of rotation, the motors used, in particular the brush motors, have a limited life and must be changed frequently by the user.
  • the engine change operation is tricky since it requires the dismantling and reassembly of a large number of parts such as a protective cover in which the engine is enclosed, as well as components of the group.
  • propellant itself such as the propeller and the system for reducing the rotational speed of the engine.
  • an object of the invention is to provide a support block for an electric drive motor of a propulsion unit of a rotary wing drone of the general type described by the CN 201 139 953 Y aforementioned, that is to say comprising at least one propulsion unit, an electric drive motor of the propulsion unit and a support block for this electric motor, which would allow the user of the drone to simply and quickly change the engine without dismantling and reassembling parts other than those strictly ensuring that the engine is kept in the operating position.
  • said support block comprises: a support piece on which the electric motor and at least one component of the propulsion unit intended to be coupled to said motor are fixed; a support foot on the ground of the drone; and a connecting element extending between the support member and the support foot, the support foot and the connecting element together having a clearance space for the electric motor when the fixing position is set motor on the support piece.
  • the change of electric drive motor of the powertrain comes down to the only change of the engine itself, possibly accompanied by its electronic control circuit, without it being necessary to change also other components such as the reduction system , the propeller, etc.
  • the support block constitutes a single piece providing a dual function, namely, on the one hand, that of support for the electric motor, as just described, but also foot for the drone, which avoids to provide additional feet on the hull. This results in a simpler embodiment, with less wind and a reduced mass for the hull.
  • said connecting element comprises two branches connecting the support member to the support foot and forming a stirrup with the support foot.
  • This arrangement makes it possible to arrange on a support block, between the foot and the support member, a large access surface to the motor offering the user a better grip and easier handling of the motors to be exchanged during the operation. replacement operation.
  • the invention provides that the component of the propulsion unit fixed on the support member is constituted by a ring gear of a propellant reduction system, said ring being coupled to the electric motor via a pinion mounted on the axis of the electric drive motor.
  • the electric motor is fixed on the support member by at least one fastening means disposed outside the ring.
  • this fastening means can be made directly accessible, without the user being obstructed by the components of the propulsion unit, and therefore without having to disassemble.
  • a quadrocopter 10 constituting a drone whose rotary wing is composed of four coplanar propellant groups 100 1 , 100 2 , 100 3 , 100 4 connected to the central structure 11 of the polypropylene hull of the drone 10 by carbon tubes, such as the tube 101 4 visible on the Figure 1 .
  • a propellant group comprising a propeller 110 integral with a ring gear 111, which meshes with a pinion gear 112 driven by an electric motor 120.
  • the pinion 112 and the ring gear 111 form a system for reducing the rotational speed , generally very high, of the electric motor 120.
  • the carbon tube 101 contains electrical conductors that extend between the central structure 11 of the hull and a connector 121 disposed at the end of the tube 101, and cables (not shown in the figures) provide the electrical connection between the connector 121. and an electronic card 122 of the engine 120.
  • the card 122 can thus be supplied with direct current from a battery housed in the central structure 11 of the drone and receive motor control signals 120 established by an electronic navigation card also located in the central structure 11.
  • the electric motors used may be brush motors which have the advantage of being inexpensive.
  • the brush motor can be advantageously replaced for example by a brushless motor.
  • the propulsion unit 100 is constituted around of a single piece, namely a multifunctional support block 130 composed of three elements.
  • the first element of the support block 130 is a support member 131 proper on which are fixed the electric motor 120 and the ring gear 111 of the reduction system of the rotational speed of the engine 120.
  • the pinion 112 meshing with the ring gear 111 is directly attached to the end of the axis 123 of the motor 120.
  • the support member 131 thus ensures alone the assembly function of the various components of the propulsion unit, this in a very compact manner and with perfect positioning.
  • the invention further assigns to the support block 130 another function which consists in providing a ground support foot for the drone 10 on landing or when placed on the ground. It is for this purpose that the support block 130 comprises a second element formed by a foot 132 connected to the support member 131 by a third connecting element 133.
  • the ground support foot 132 and the connecting element 133 have a clearance space 134 forming a passage for the motor 120 when it must be placed in the fixing position on the support member 131 during its assembly. or when it needs to be dismantled. It is understood that the clearance space 134 allows direct access of the engine to its fixing position, without disassembly of any other part such as a hood or components of the propulsion unit. In the example shown on the Figure 3 , the introduction of the motor 120 into the clearance space 134 is performed axially, parallel to the direction defined by the arrow F.
  • the connecting element 133 in the form of two branches 133a, 133b constituting a stirrup with the foot 132 support.
  • the user of the drone then has a large surface of lateral access to the motor 120 allowing him to hold it well in hand and to guide it accurately during its replacement.
  • the attachment of the motor 120 to the support member 131 is itself greatly simplified by means of two screws 124a, 124b passing through the support member 131 outside the ring 111, as indicated by FIG. Figure 4 .
  • This position of the screws 124a, 124b of attachment is ideal because their access is not impeded by the components of the propulsion unit, the propeller 110 can always be placed in a position that does not hide the screws.

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Description

  • La présente invention concerne un bloc-support pour un moteur électrique d'entraînement d'un groupe propulsif d'un drone à voilure tournante.
  • L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des jouets radiocommandés pouvant être utilisés par des enfants, notamment dans des environnements d'intérieur, comme une pièce d'une maison ou d'un appartement, par exemple.
  • Les CN 201 139 953 Y , CN 201 214 021 Y , US 2004/200924 A1 ou WO 2007/052246 A1 décrivent de tels jouets volants radiocommandés à voilure tournante.
  • On entend ici par drone à voilure tournante toutes les formules d'hélicoptères connues, à savoir la formule classique mono-rotor avec rotor anti-couple, la formule tandem à birotor banane, la formule Kamof à rotors coaxiaux contrarotatifs et la formule quadricoptère, ou quadrirotor, à quatre rotors à pas fixe, etc.
  • Dans un drone du type quadricoptère par exemple, la voilure tournante est constituée de quatre groupes propulsifs, entraînés chacun par un moteur électrique.
  • Du fait de leur vitesse de rotation très élevée, les moteurs utilisés, notamment les moteurs à balais, ont une durée de vie limitée et doivent être changés fréquemment par l'utilisateur.
  • En général, l'opération de changement de moteur s'avère délicate dès lors qu'elle nécessite le démontage et le remontage d'un grand nombre de pièces comme un capot de protection dans lequel est enfermé le moteur, ainsi que des composants du groupe propulsif lui-même, tels que l'hélice et le système de réduction de la vitesse de rotation du moteur.
  • Aussi, un but de l'invention est de proposer un bloc-support pour un moteur électrique d'entraînement d'un groupe propulsif d'un drone à voilure tournante du type général décrit par le CN 201 139 953 Y précité, c'est-à-dire comprenant au moins un groupe propulsif, un moteur électrique d'entraînement du groupe propulsif et un bloc-support pour ce moteur électrique, qui permettrait à l'utilisateur du drone de changer simplement et rapidement le moteur électrique sans avoir à démonter et remonter des pièces autres que celles assurant strictement le maintien du moteur en position de fonctionnement.
  • Ce but est atteint, conformément à l'invention, du fait que ledit bloc-support comporte : une pièce-support sur laquelle sont fixés le moteur électrique et au moins un composant du groupe propulsif destiné à être couplé audit moteur ; un pied d'appui au sol du drone ; et un élément de liaison s'étendant entre la pièce-support et le pied d'appui, le pied d'appui et l'élément de liaison présentant ensemble un espace de dégagement pour le moteur électrique lors de la mise en position de fixation dudit moteur sur la pièce-support.
  • Ainsi, on comprend que, pour amener le moteur en position de fonctionnement, il suffit de l'engager manuellement dans l'espace de dégagement offert par le pied d'appui et l'élément de liaison jusqu'à ce qu'il soit placé dans sa position de fixation sur la pièce-support, puis de le fixer sur la pièce-support à l'aide de moyens de fixation usuels, tels que des vis par exemple.
  • Pour l'utilisateur, il n'y a donc aucune opération complexe de démontage et remontage de pièces à effectuer, sauf à dévisser les vis de fixation, retirer le moteur à changer à travers l'espace de dégagement, et, inversement, à introduire un nouveau moteur dans le bloc-support par le même espace de dégagement, de manière à l'amener en position de fixation, puis revisser les vis de fixation.
  • Le changement de moteur électrique d'entraînement du groupe propulsif se résume donc au seul changement du moteur lui-même, éventuellement accompagné de son circuit électronique de commande, sans qu'il soit nécessaire de changer également d'autres composants comme le système de réduction, l'hélice, etc.
  • Il faut également souligner un autre avantage important du bloc-support, objet de l'invention, qui consiste en ce que le bloc-support constitue une pièce unique assurant une double fonction, à savoir, d'une part, celle de support pour le moteur électrique, comme on vient de le décrire, mais aussi de pied pour le drone, ce qui évite de prévoir des pieds supplémentaire sur la carène. Il en résulte une réalisation plus simple, avec une moindre prise au vent et une masse réduite pour la carène.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, ledit élément de liaison comprend deux branches reliant la pièce-support au pied d'appui et formant un étrier avec le pied d'appui.
  • Cette disposition permet de ménager sur bloc-support, entre le pied et la pièce-support, une large surface d'accès au moteur offrant à l'utilisateur une meilleure prise en main et une manipulation plus aisée des moteurs à échanger lors de l'opération de remplacement.
  • Avantageusement, l'invention prévoit que le composant du groupe propulsif fixé sur la pièce-support est constitué par une couronne d'un système de réduction du groupe propulsif, ladite couronne étant couplée au moteur électrique par l'intermédiaire d'un pignon monté sur l'axe du moteur électrique d'entraînement.
  • On obtient de cette manière un encombrement réduit de l'ensemble moteur-groupe propulsif et un positionnement parfait par rapport à la géoméfirie, ceci du fait que le pignon du système de réduction est porté directement par l'axe du moteur électrique.
  • Enfin, selon l'invention, le moteur électrique est fixé sur la pièce-support par au moins un moyen de fixation disposé à l'extérieur de la couronne.
  • Comme on le verra en détail plus loin, dans cette configuration ce moyen de fixation peut être rendu directement accessible, sans que l'utilisateur soit gêné par des composants du groupe propulsif, et donc sans avoir à les démonter.
  • On va maintenant décrire un exemple de mise en oeuvre du dispositif de l'invention, en référence aux dessins annexés où les mêmes références numériques désignent d'une figure à l'autre des éléments identiques ou fonctionnellement semblables.
    • La Figure 1 est une vue en perspective d'un drone à voilure tournante constitué par un quadricoptère.
    • La Figure 2a est une première vue en perspective d'un groupe propulsif du quadricoptère de la Figure 1.
    • La Figure 2b est une deuxième vue en perspective d'un groupe propulsif du quadricoptère de la Figure 1.
    • La Figure 3 est une vue en coupe du groupe propulsif des Figures 2a et 2b.
    • La Figure 4 est une vue de dessus du groupe propulsif des Figures 2a et 2b.
  • Sur la Figure 1 est représenté un quadricoptère 10 constituant un drone dont la voilure tournante est composée de quatre groupes propulsifs coplanaires 1001, 1002, 1003, 1004 reliés à la structure centrale 11 de la carène en polypropylène du drone 10 par des tubes de carbone, tel que le tube 1014 visible sur la Figure 1.
  • Comme le montrent les Figures 2a, 2b, 3 et 4, un groupe propulsif, référencé génériquement 100, comprend une hélice 110 solidaire d'une couronne 111, laquelle engrène avec un pignon 112 entraîné par un moteur électrique 120. Le pignon 112 et la couronne 111 forment un système de réduction de la vitesse de rotation, généralement très élevée, du moteur électrique 120.
  • Le tube 101 de carbone contient des conducteurs électriques qui s'étendent entre la structure centrale 11 de la carène et un connecteur 121 disposé en extrémité du tube 101, puis des câbles (non représentés sur les figures) assurent la liaison électrique entre le connecteur 121 et une carte électronique 122 du moteur 120. La carte 122 peut ainsi être alimentée en courant continu à partir d'une batterie logée dans la structure centrale 11 du drone et recevoir des signaux de commande du moteur 120 établis par une carte électronique de navigation également située dans la structure centrale 11.
  • Les moteurs électriques utilisés peuvent être des moteurs à balais qui ont l'avantage d'être peu coûteux.
  • Cependant, leur durée de vie est limitée par les vitesses de rotation demandées, ce qui conduit à envisager un changement fréquent de moteur, le moteur à balais pouvant être avantageusement remplacé par exemple par un moteur sans balais.
  • Afin de permettre un changement très simple du moteur 120 avec sa carte électronique 122, sans avoir à démonter d'autres pièces comme l'hélice 110, la couronne 111, etc., le groupe propulsif 100 est constitué autour d'une pièce unique, à savoir un bloc-support 130 multifonctions composé de trois éléments.
  • Le premier élément du bloc-support 130 est une pièce-support 131 proprement dite sur laquelle sont fixés le moteur électrique 120 ainsi que la couronne 111 du système de réduction de la vitesse de rotation du moteur 120. Le pignon 112 engrenant avec la couronne 111 est directement fixé à l'extrémité de l'axe 123 du moteur 120. La pièce-support 131 assure donc à elle seule la fonction d'assemblage des divers composants du groupe propulsif, ceci de manière très compacte et avec un positionnement parfait.
  • L'invention assigne en plus au bloc-support 130 une autre fonction qui consiste à fournir un pied d'appui au sol pour le drone 10 à l'atterrissage ou lorsqu'on le pose au sol. C'est dans ce but que le bloc-support 130 comporte un deuxième élément formé par un pied 132 relié à la pièce-support 131 par un troisième élément 133 de liaison.
  • Il n'est donc pas nécessaire de prévoir sur la carène des pieds spécifiquement dédiés à l'appui au sol du drone 10, d'où les avantages déjà mentionnés plus haut d'une diminution du nombre de pièces, de moindre prise au vent et d'une réduction de poids.
  • Comme on peut le voir sur les Figures 2a, 2b et 3, le pied 132 d'appui au sol et l'élément 133 de liaison présentent un espace 134 de dégagement formant un passage pour le moteur 120 lorsqu'il doit être mis en position de fixation sur la pièce-support 131 au cours de son montage ou lorsqu'il doit être démonté. On comprend que l'espace 134 de dégagement permet un accès direct du moteur à sa position de fixation, sans démontage de toute autre pièce telle qu'un capot ou des composants du groupe propulsif. Dans l'exemple montré sur la Figure 3, l'introduction du moteur 120 dans l'espace 134 de dégagement s'effectue axialement, parallèlement à la direction définie par la flèche F.
  • D'autre part, on peut également faciliter la manipulation du moteur 120 lors de son montage et de son démontage en donnant à l'élément 133 de liaison la forme de deux branches 133a, 133b constituant un étrier avec le pied 132 d'appui. L'utilisateur du drone dispose alors d'une grande surface d'accès latérale au moteur 120 lui permettant de bien le tenir en main et de le guider avec précision lors de son remplacement.
  • La fixation du moteur 120 à la pièce-support 131 est elle-même grandement simplifiée au moyen de deux vis 124a, 124b traversant la pièce-support 131 à l'extérieur de la couronne 111, comme l'indique la Figure 4. Cette position des vis 124a, 124b de fixation est idéale car leur accès n'est pas gêné par les composants du groupe propulsif, l'hélice 110 pouvant toujours être placée dans une position qui ne masque pas les vis.
  • En résumé, pour démonter un moteur 120 qui doit être remplacé, l'utilisateur doit effectuer les opérations simples suivantes : déconnecter la carte électronique 122 du connecteur 121, dévisser les deux vis 124a, 124b de fixation et retirer l'ensemble à travers l'espace 134 de dégagement. Inversement, pour monter un nouveau moteur, il doit l'amener en position de fixation à travers l'espace 134 de dégagement, visser les deux vis 124a, 124b et connecter la carte électronique 122 au connecteur 121.

Claims (4)

  1. Drone (10) à voilure tournante, comprenant au moins un groupe propulsif (100), un moteur électrique (120) d'entraînement du groupe propulsif et un bloc-support (130) pour ce moteur électrique,
    caractérisé en ce que ledit bloc-support comporte :
    - une pièce-support (131) sur laquelle sont fixés le moteur électrique et au moins un composant (111) du groupe propulsif destiné à être couplé audit moteur ;
    - un pied (132) d'appui au sol du drone ; et
    - un élément (133) de liaison s'étendant entre la pièce-support et le pied d'appui,
    le pied d'appui et l'élément de liaison présentant ensemble un espace (134) de dégagement pour le moteur électrique lors de la mise en position de fixation dudit moteur sur la pièce-support.
  2. Drone selon la revendication 1, dans lequel ledit élément de liaison comprend deux branches (133a, 133b) reliant la pièce-support au pied et formant un étrier avec ledit pied d'appui.
  3. Drone selon la revendication 1, dans lequel ledit composant du groupe propulsif fixé sur la pièce-support est constitué par une couronne (111) d'un système de réduction du groupe propulsif, ladite couronne étant couplée au moteur électrique par l'intermédiaire d'un pignon (112) monté sur l'axe (123) du moteur électrique d'entraînement.
  4. Drone selon la revendication 3, dans lequel le moteur électrique est fixé sur la pièce-support par au moins un moyen (124a, 124b) de fixation disposé à l'extérieur de ladite couronne.
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