JP2006142884A - Flying body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、飛行体に関するものである。 The present invention relates to a flying object.
複数の回転翼を有するロータを回転させて空中に浮揚(飛行)する飛行体として、ヘリコプタ等が知られており、例えば、小型の飛行体は、玩具(ヘリコプタの玩具)等として用いられている(例えば、特許文献1参照)。このような飛行体には、飛行姿勢を安定化させるために、スタビライザ等の姿勢安定化手段が設けられている。
しかしながら、従来の飛行体では、スタビライザ等の姿勢安定化手段の分、重量が増加し、例えば、長時間の飛行や、遠方への飛行には不利である。
A helicopter or the like is known as a flying object that floats (flys) in the air by rotating a rotor having a plurality of rotor blades. For example, a small flying object is used as a toy (helicopter toy) or the like. (For example, refer to Patent Document 1). Such a flying body is provided with posture stabilizing means such as a stabilizer in order to stabilize the flying posture.
However, the conventional flying body is increased in weight by the posture stabilizing means such as a stabilizer, which is disadvantageous for, for example, a long flight or a long flight.
また、回転翼(プロペラ)の表面に、太陽電池(太陽電池パネル)を装着してなる飛行体が提案されている(例えば、特許文献2参照)。このような飛行体では、回転翼に太陽電池のみが設置され、太陽電池で生成された電気を充電する充電部を有する回路部(制御システム部)は、回転翼から離間した別の部位に設置されている。そして、太陽電池と回路部とは、ケーブル(導線)により、電気的に接続されている。
しかしながら、従来の飛行体では、回路部が回転翼から離間した別の部位に設置されているので、太陽電池で生成された電気は、比較的長いケーブルを介して、充電部に充電され、そのケーブルでの電圧降下や電力の損失が非常に大きいという問題がある。
In addition, a flying object is proposed in which a solar cell (solar cell panel) is mounted on the surface of a rotor blade (propeller) (see, for example, Patent Document 2). In such a flying body, only the solar battery is installed on the rotor, and the circuit unit (control system unit) having a charging unit that charges electricity generated by the solar battery is installed at a separate part away from the rotor. Has been. And the solar cell and the circuit part are electrically connected by the cable (conductive wire).
However, in the conventional aircraft, the circuit unit is installed in another part away from the rotor wing, so the electricity generated by the solar cell is charged to the charging unit via a relatively long cable, There is a problem that the voltage drop and power loss in the cable is very large.
本発明の目的は、スタビライザ等の姿勢安定化手段を設けることなく安定した飛行を行なうことができ、軽量化に有利であり、また、太陽電池と回路部との間における電圧降下や電力の損失を低減することができる飛行体を提供することにある。 An object of the present invention is that it is possible to perform stable flight without providing a posture stabilizing means such as a stabilizer, which is advantageous for weight reduction, and a voltage drop and power loss between a solar cell and a circuit unit. It is an object of the present invention to provide a flying body that can reduce the above.
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の飛行体は、回転可能に設けられ、複数の回転翼を有するロータと、
前記ロータに連動して回転する被駆動体と、
前記被駆動体に当接する接触部および圧電素子を備えた振動体を有する超音波モータと、
前記超音波モータを駆動する駆動回路とを備え、
前記振動体は、前記駆動回路によって前記圧電素子に交流電圧を印加することにより振動し、この振動により、前記接触部を介して前記被駆動体に力を繰り返し加えて前記被駆動体を回転駆動し、これにより前記ロータを回転させ、
前記回転翼の回転により生じる推力により飛行する飛行体であって、
前記回転翼の表面に、光を受光して光電変換し、電気を生成する太陽電池を設け、
前記回転翼の内部に、前記太陽電池で生成された電気を充電する充電部を有する回路部を設けたことを特徴とする。
Such an object is achieved by the present invention described below.
The flying body of the present invention is rotatably provided, a rotor having a plurality of rotor blades,
A driven body that rotates in conjunction with the rotor;
An ultrasonic motor having a vibrating body provided with a contact portion and a piezoelectric element that contact the driven body;
A drive circuit for driving the ultrasonic motor,
The vibrating body vibrates by applying an AC voltage to the piezoelectric element by the driving circuit, and the vibration repeatedly drives the driven body through the contact portion to rotate the driven body. And thereby rotating the rotor,
An aircraft that flies by thrust generated by the rotation of the rotor blades,
On the surface of the rotor blade, a solar cell that receives light and photoelectrically converts it to generate electricity is provided.
A circuit unit having a charging unit for charging electricity generated by the solar cell is provided inside the rotor blade.
これにより、太陽電池と回路部とを接近させることができ、太陽電池と回路部との間における電圧降下や電力の損失を低減することができる。
また、回転翼に太陽電池および回路部が設けられているので、飛行体全体の重量を変えずに、回転翼の重量を増大させることができる。これにより、飛行体全体の重量を変えることなく、回転翼の慣性モーメントを増大させることができ(ジャイロ効果が増大し)、これによって、スタビライザ等の姿勢安定化手段を設けることなく、飛行姿勢を安定させることができ、安定した飛行を行なうことができる。
Thereby, a solar cell and a circuit part can be made to approach, and the voltage drop and the loss of electric power between a solar cell and a circuit part can be reduced.
Further, since the solar cell and the circuit unit are provided on the rotor blade, the weight of the rotor blade can be increased without changing the weight of the entire flying object. As a result, the moment of inertia of the rotor blade can be increased without changing the weight of the entire flying object (the gyro effect is increased), and thus the flight attitude can be adjusted without providing a stabilizer or other attitude stabilization means. It is possible to stabilize the flight.
また、姿勢安定化手段を設ける必要がないので、軽量化を図ることができる。
また、回路部が回転翼の内部に設けられているので、回路部が保護され、回路部に、例えば、異物が衝突したり、水等がかかったりして、回路部が故障(例えば、損傷、破損、断線、ショート等)してしまうのを防止することができる。
また、回路部が回転翼の内部に設けられているので、ロータが回転したときの気流(空気流)により、回転翼を介して回路部を冷却することができ、これによって、回路部の誤動作や故障を防止することができる。また、別途、冷却手段を設ける必要がないので、小型化・軽量化に有利である。
Further, since it is not necessary to provide posture stabilization means, it is possible to reduce the weight.
In addition, since the circuit unit is provided inside the rotor blade, the circuit unit is protected, and for example, a foreign object collides with the circuit unit or water is applied to the circuit unit. , Breakage, disconnection, short circuit, etc.) can be prevented.
In addition, since the circuit unit is provided inside the rotor blade, the circuit unit can be cooled via the rotor blade by the airflow (air flow) when the rotor rotates, thereby causing malfunction of the circuit unit. And failure can be prevented. In addition, it is not necessary to provide a separate cooling means, which is advantageous for downsizing and weight reduction.
また、回路部が、回転翼の表面ではなく、回転翼の内部に設けられているので、太陽電池を設けることができる領域を広く確保することができ、これにより、発電量(発電能力)を大きくすることができる。
また、太陽電池を有しているので、長時間の飛行や、遠方への飛行を、容易に行なうことができる。
また、駆動源として超音波モータ(振動体)を用いるので、大きな駆動力が得られ、また、小型化・軽量化を図ることができる。
Moreover, since the circuit part is provided not inside the surface of the rotor blade but inside the rotor blade, it is possible to secure a wide area in which the solar cell can be provided, thereby reducing the power generation amount (power generation capacity). Can be bigger.
In addition, since the solar cell is provided, it is possible to easily fly for a long time or to a long distance.
In addition, since an ultrasonic motor (vibrating body) is used as a driving source, a large driving force can be obtained, and a reduction in size and weight can be achieved.
本発明の飛行体では、前記超音波モータの駆動のために用いられる電力の少なくとも一部は、前記充電部から供給されるよう構成されていることが好ましい。
これにより、長時間の飛行や、遠方への飛行を、容易に行なうことができる。
本発明の飛行体では、前記充電部から供給される電力は、前記超音波モータの駆動のための補助電力として用いられるよう構成されていることが好ましい。
充電部から供給される電力を補助電力として用いる場合、その形態としては、種々の形態が可能であるが、例えば、充電部の電源部と他の電源部とを直列に接続して、その電圧を用いる形態では、充電部の電源部の電圧のみを用いる形態に比べて、超音波モータに対し、高い電圧(大きい振幅の交流電圧)を印加することができる。これにより、ロータの回転速度の最大値を大きくすることができ、大きい推力(揚力)を発生することができる。
また、充電部の電源部と他の電源部とを並列に接続して、その電圧を用いる形態や、充電部の電源部と他の電源部との一方を優先して用い、他方を予備(予備電源部)とする形態では、さらに長時間の飛行や、さらに遠方への飛行を行なうことができ、また、一方の電源部に故障が生じた場合でも飛行を行なうことができる。
In the flying body of the present invention, it is preferable that at least a part of electric power used for driving the ultrasonic motor is supplied from the charging unit.
Thereby, it is possible to easily perform a long flight or a long flight.
In the flying body of the present invention, it is preferable that the power supplied from the charging unit is configured to be used as auxiliary power for driving the ultrasonic motor.
When the power supplied from the charging unit is used as auxiliary power, various forms are possible. For example, the power supply unit of the charging unit and another power supply unit are connected in series, and the voltage In the form using, a higher voltage (an AC voltage having a large amplitude) can be applied to the ultrasonic motor as compared with the form using only the voltage of the power supply part of the charging part. Thereby, the maximum value of the rotational speed of the rotor can be increased, and a large thrust (lift) can be generated.
In addition, the power supply unit of the charging unit and another power supply unit are connected in parallel and the voltage is used, or one of the power supply unit of the charging unit and the other power supply unit is used with priority, and the other is reserved ( In the form of the spare power supply unit), it is possible to fly for a longer time or to fly further away, and to fly even when a failure occurs in one power supply unit.
本発明の飛行体では、前記回転翼をその厚さ方向から見たとき、前記回路部の略全体が前記太陽電池の一部と重なっていることが好ましい。
このような場合は、回転翼の表面の広範囲に太陽電池が設けられており、これにより、発電量を大きくすることができる。
本発明の飛行体では、前記回路部は、前記各回転翼の内部に分散された部分回路部で構成され、
前記各回転翼の部分回路部は、それぞれ、該回転翼の回転中心と該回転翼の端部との中点よりも端部側に、該部分回路部の重心が位置するように設けられていることが好ましい。
これにより、回転翼の慣性モーメントをより大きくすることができ(ジャイロ効果がより大きくなり)、これによって安定した飛行を行なうことができる。
In the flying body of the present invention, it is preferable that substantially the entire circuit portion overlaps with a part of the solar cell when the rotor blade is viewed from the thickness direction.
In such a case, solar cells are provided over a wide area on the surface of the rotor blade, and thereby the amount of power generation can be increased.
In the flying body of the present invention, the circuit unit is composed of partial circuit units dispersed inside the rotor blades,
Each of the partial circuit portions of the rotor blades is provided such that the center of gravity of the partial circuit portion is located closer to the end side than the midpoint between the rotation center of the rotor blade and the end portion of the rotor blade. Preferably it is.
As a result, the moment of inertia of the rotor blades can be further increased (the gyro effect is further increased), whereby stable flight can be performed.
本発明の飛行体では、前記回路部は、前記各回転翼の内部に分散された部分回路部で構成され、
前記各回転翼の部分回路部は、それぞれ、該回転翼の回転中心と該回転翼の部分回路部の重心との間の距離が、全て略等しくなるように設けられていることが好ましい。
これにより、ロータ全体のバランスが良くなり、ロータが安定的に回転することができ、安定した飛行を行なうことができる。
In the flying body of the present invention, the circuit unit is composed of partial circuit units dispersed inside the rotor blades,
The partial circuit portions of the rotor blades are preferably provided such that the distances between the rotation center of the rotor blades and the center of gravity of the partial circuit portion of the rotor blades are all substantially equal.
As a result, the balance of the entire rotor is improved, the rotor can rotate stably, and stable flight can be performed.
本発明の飛行体では、前記駆動回路は、前記回転翼の内部に設けられている前記回路部に含まれることが好ましい。
これにより、回転翼の慣性モーメントをより大きくすることができ(ジャイロ効果がより大きくなり)、これによって安定した飛行を行なうことができる。
本発明の飛行体では、前記超音波モータは、1対の駆動電極を有し、
前記駆動回路は、前記1対の駆動電極間に、直流電圧を、その極性が交互に反転するように繰り返し印加し、これにより前記圧電素子に交流電圧が印加されるよう構成されていることが好ましい。
これにより、1対の駆動電極の一方を常にアース(接地)する場合に比べて、超音波モータに対し、高い電圧(大きい振幅の交流電圧)を印加することができる。これにより、ロータの回転速度の最大値を大きくすることができ、大きい推力(揚力)を発生することができる。
In the flying object of the present invention, it is preferable that the drive circuit is included in the circuit unit provided in the rotor.
As a result, the moment of inertia of the rotor blades can be further increased (the gyro effect is further increased), whereby stable flight can be performed.
In the aircraft of the present invention, the ultrasonic motor has a pair of drive electrodes,
The drive circuit is configured to repeatedly apply a DC voltage between the pair of drive electrodes so that the polarities are alternately inverted, thereby applying an AC voltage to the piezoelectric element. preferable.
Thereby, compared with the case where one of a pair of drive electrodes is always grounded (grounded), a higher voltage (an AC voltage having a larger amplitude) can be applied to the ultrasonic motor. Thereby, the maximum value of the rotational speed of the rotor can be increased, and a large thrust (lift) can be generated.
本発明の飛行体では、略同軸的に設けられ、互いに反対方向に回転する2つの前記ロータを有することが好ましい。
これにより、大型化・重量増加を招来することなく、容易かつ確実に、飛行体全体の回転を防止したり、向きを制御したりすることができる。
また、2つのロータの回転方向は、互いに反対方向なので、鉛直方向下方のロータの回転翼側の太陽電池が、上方のロータの回転翼によって遮光されるのは、一瞬であり、このため、十分に発電することができる。
The flying body of the present invention preferably includes the two rotors that are provided substantially coaxially and rotate in directions opposite to each other.
Thereby, rotation of the entire flying object can be prevented or the direction can be controlled easily and reliably without causing an increase in size and weight.
Also, since the rotation directions of the two rotors are opposite to each other, the solar cell on the rotor blade side of the lower rotor in the vertical direction is momentarily shielded by the rotor blades of the upper rotor. It can generate electricity.
本発明の飛行体は、略同軸的に設けられ、互いに反対方向に回転可能な複数の第1の回転翼を有する第1のロータおよび複数の第2の回転翼を有する第2のロータと、
前記第1のロータに連動して回転する第1の被駆動体と、
前記第1の被駆動体に当接する接触部および圧電素子を備えた第1の振動体を有する第1の超音波モータと、
前記第1の超音波モータを駆動する第1の駆動回路と、
前記第2のロータに連動して回転する第2の被駆動体と、
前記第2の被駆動体に当接する接触部および圧電素子を備えた第2の振動体を有する第2の超音波モータと、
前記第2の超音波モータを駆動する第2の駆動回路とを備え、
前記第1の振動体は、前記第1の駆動回路によって前記圧電素子に交流電圧を印加することにより振動し、この振動により、前記接触部を介して前記第1の被駆動体に力を繰り返し加えて前記第1の被駆動体を回転駆動し、これにより前記第1のロータを回転させ、
前記第2の振動体は、前記第2の駆動回路によって前記圧電素子に交流電圧を印加することにより振動し、この振動により、前記接触部を介して前記第2の被駆動体に力を繰り返し加えて前記第2の被駆動体を回転駆動し、これにより前記第2のロータを回転させ、
前記第1の回転翼および前記第2の回転翼の回転により生じる推力により飛行する飛行体であって、
前記第1の回転翼の表面に、光を受光して光電変換し、電気を生成する太陽電池を設け、
前記第1の回転翼の内部に、前記太陽電池で生成された電気を充電する充電部を有する回路部を設けたことを特徴とする。
The aircraft of the present invention is provided substantially coaxially, and has a first rotor having a plurality of first rotor blades and a second rotor having a plurality of second rotor blades that are rotatable in opposite directions;
A first driven body that rotates in conjunction with the first rotor;
A first ultrasonic motor having a first vibrating body provided with a contact portion and a piezoelectric element in contact with the first driven body;
A first drive circuit for driving the first ultrasonic motor;
A second driven body that rotates in conjunction with the second rotor;
A second ultrasonic motor having a second vibrating body provided with a contact portion and a piezoelectric element in contact with the second driven body;
A second drive circuit for driving the second ultrasonic motor,
The first vibrating body vibrates by applying an alternating voltage to the piezoelectric element by the first driving circuit, and this vibration repeatedly applies force to the first driven body through the contact portion. In addition, the first driven body is driven to rotate, thereby rotating the first rotor,
The second vibrating body vibrates by applying an AC voltage to the piezoelectric element by the second driving circuit, and this vibration repeatedly applies force to the second driven body through the contact portion. In addition, the second driven body is driven to rotate, thereby rotating the second rotor,
An aircraft that flies by thrust generated by rotation of the first rotor and the second rotor;
Provided on the surface of the first rotor blade is a solar cell that receives and photoelectrically converts light to generate electricity,
A circuit unit having a charging unit for charging electricity generated by the solar cell is provided inside the first rotor blade.
これにより、第1の回転翼側において、太陽電池と回路部とを接近させることができ、太陽電池と回路部との間における電圧降下や電力の損失を低減することができる。
また、第1の回転翼に太陽電池および回路部が設けられているので、飛行体全体の重量を変えずに、第1の回転翼の重量を増大させることができる。これにより、飛行体全体の重量を変えることなく、第1の回転翼の慣性モーメントを増大させることができ(ジャイロ効果が増大し)、これによって、スタビライザ等の姿勢安定化手段を設けることなく、飛行姿勢を安定させることができ、安定した飛行を行なうことができる。
Thereby, a solar cell and a circuit part can be made to approach on the 1st rotary blade side, and the voltage drop and the loss of electric power between a solar cell and a circuit part can be reduced.
Moreover, since the solar cell and the circuit unit are provided on the first rotor, the weight of the first rotor can be increased without changing the weight of the entire flying object. As a result, the inertia moment of the first rotary wing can be increased without changing the weight of the entire flying body (the gyro effect is increased), thereby providing a posture stabilizing means such as a stabilizer, The flight posture can be stabilized and stable flight can be performed.
また、姿勢安定化手段を設ける必要がないので、軽量化を図ることができる。
また、回路部が第1の回転翼の内部に設けられているので、回路部が保護され、回路部に、例えば、異物が衝突したり、水等がかかったりして、回路部が故障(例えば、損傷、破損、断線、ショート等)してしまうのを防止することができる。
また、回路部が第1の回転翼の内部に設けられているので、第1のロータが回転したときの気流(空気流)により、第1の回転翼を介して回路部を冷却することができ、これによって、回路部の誤動作や故障を防止することができる。また、別途、冷却手段を設ける必要がないので、小型化・軽量化に有利である。
Further, since it is not necessary to provide posture stabilization means, it is possible to reduce the weight.
In addition, since the circuit unit is provided inside the first rotor blade, the circuit unit is protected, and, for example, a foreign object collides with the circuit unit or water is applied to the circuit unit. For example, damage, breakage, disconnection, short circuit, etc.) can be prevented.
In addition, since the circuit unit is provided inside the first rotor blade, the circuit unit can be cooled via the first rotor blade by an air flow (air flow) when the first rotor rotates. This can prevent malfunction and failure of the circuit unit. In addition, it is not necessary to provide a separate cooling means, which is advantageous for downsizing and weight reduction.
また、回路部が、第1の回転翼の表面ではなく、第1の回転翼の内部に設けられているので、太陽電池を設けることができる領域を広く確保することができ、これにより、発電量(発電能力)を大きくすることができる。
また、太陽電池を有しているので、長時間の飛行や、遠方への飛行を、容易に行なうことができる。
また、駆動源として第1の超音波モータ(第1の振動体)および第2の超音波モータ(第2の振動体)を用いるので、大きな駆動力が得られ、また、小型化・軽量化を図ることができる。
In addition, since the circuit unit is provided not inside the surface of the first rotor blade but inside the first rotor blade, it is possible to secure a wide area in which the solar cell can be provided. The amount (power generation capacity) can be increased.
In addition, since the solar cell is provided, it is possible to easily fly for a long time or to a long distance.
Further, since the first ultrasonic motor (first vibrating body) and the second ultrasonic motor (second vibrating body) are used as the driving source, a large driving force can be obtained, and the size and weight can be reduced. Can be achieved.
本発明の飛行体では、前記第1の超音波モータの駆動のために用いられる電力の少なくとも一部は、前記第1の回転翼の内部に設けられている充電部から供給されるよう構成されていることが好ましい。
これにより、長時間の飛行や、遠方への飛行を、容易に行なうことができる。
本発明の飛行体では、前記第1の回転翼の内部に設けられている充電部から供給される電力は、前記第1の超音波モータの駆動のための補助電力として用いられるよう構成されていることが好ましい。
充電部から供給される電力を補助電力として用いる場合、その形態としては、種々の形態が可能であるが、例えば、充電部の電源部と他の電源部とを直列に接続して、その電圧を用いる形態では、充電部の電源部の電圧のみを用いる形態に比べて、第1の超音波モータに対し、高い電圧(大きい振幅の交流電圧)を印加することができる。これにより、第1のロータの回転速度の最大値を大きくすることができ、大きい推力(揚力)を発生することができる。
また、充電部の電源部と他の電源部とを並列に接続して、その電圧を用いる形態や、充電部の電源部と他の電源部との一方を優先して用い、他方を予備(予備電源部)とする形態では、さらに長時間の飛行や、さらに遠方への飛行を行なうことができ、また、一方の電源部に故障が生じた場合でも飛行を行なうことができる。
In the flying body of the present invention, at least part of the electric power used for driving the first ultrasonic motor is configured to be supplied from a charging unit provided inside the first rotary wing. It is preferable.
Thereby, it is possible to easily perform a long flight or a long flight.
In the flying body of the present invention, the power supplied from the charging unit provided in the first rotary wing is configured to be used as auxiliary power for driving the first ultrasonic motor. Preferably it is.
When the power supplied from the charging unit is used as auxiliary power, various forms are possible. For example, the power supply unit of the charging unit and another power supply unit are connected in series, and the voltage In the form using, a higher voltage (an AC voltage having a large amplitude) can be applied to the first ultrasonic motor as compared with the form using only the voltage of the power supply part of the charging part. Thereby, the maximum value of the rotational speed of the first rotor can be increased, and a large thrust (lift) can be generated.
In addition, the power supply unit of the charging unit and another power supply unit are connected in parallel and the voltage is used, or one of the power supply unit of the charging unit and the other power supply unit is used with priority, and the other is reserved ( In the form of the spare power supply unit), it is possible to fly for a longer time or to fly further away, and to fly even when a failure occurs in one power supply unit.
本発明の飛行体では、前記第1の駆動回路は、前記第1の回転翼の内部に設けられている前記回路部に含まれることが好ましい。
これにより、第1の回転翼の慣性モーメントをより大きくすることができ(ジャイロ効果がより大きくなり)、これによって安定した飛行を行なうことができる。
本発明の飛行体では、前記第1の超音波モータは、1対の駆動電極を有し、
前記第1の駆動回路は、前記1対の駆動電極間に、直流電圧を、その極性が交互に反転するように繰り返し印加し、これにより前記第1の超音波モータの圧電素子に交流電圧が印加されるよう構成されていることが好ましい。
これにより、1対の駆動電極の一方を常にアース(接地)する場合に比べて、第1の超音波モータに対し、高い電圧(大きい振幅の交流電圧)を印加することができる。これにより、第1のロータの回転速度の最大値を大きくすることができ、大きい推力(揚力)を発生することができる。
In the flying body of the present invention, it is preferable that the first drive circuit is included in the circuit unit provided in the first rotary wing.
As a result, the moment of inertia of the first rotor blade can be further increased (the gyro effect is further increased), whereby stable flight can be performed.
In the aircraft of the present invention, the first ultrasonic motor has a pair of drive electrodes,
The first drive circuit repeatedly applies a DC voltage between the pair of drive electrodes so that the polarity is alternately reversed, whereby an AC voltage is applied to the piezoelectric element of the first ultrasonic motor. It is preferably configured to be applied.
As a result, a higher voltage (an AC voltage having a larger amplitude) can be applied to the first ultrasonic motor as compared with the case where one of the pair of drive electrodes is always grounded. Thereby, the maximum value of the rotational speed of the first rotor can be increased, and a large thrust (lift) can be generated.
本発明の飛行体では、前記第2の回転翼の表面に、光を受光して光電変換し、電気を生成する太陽電池を設け、
前記第2の回転翼の内部に、前記第2の回転翼の表面に設けられている太陽電池で生成された電気を充電する充電部を有する回路部を設けたことが好ましい。
これにより、第2の回転翼側において、太陽電池と回路部とを接近させることができ、太陽電池と回路部との間における電圧降下や電力の損失を低減することができる。
また、第2の回転翼に太陽電池および回路部が設けられているので、飛行体全体の重量を変えずに、第2の回転翼の重量を増大させることができる。これにより、飛行体全体の重量を変えることなく、第2の回転翼の慣性モーメントを増大させることができ(ジャイロ効果が増大し)、これによって、スタビライザ等の姿勢安定化手段を設けることなく、飛行姿勢を安定させることができ、安定した飛行を行なうことができる。
また、回路部が第2の回転翼の内部に設けられているので、回路部が保護され、回路部に、例えば、異物が衝突したり、水等がかかったりして、回路部が故障(例えば、損傷、破損、断線、ショート等)してしまうのを防止することができる。
また、回路部が第2の回転翼の内部に設けられているので、第2のロータが回転したときの気流(空気流)により、第2の回転翼を介して回路部を冷却することができ、これによって、回路部の誤動作や故障を防止することができる。また、別途、冷却手段を設ける必要がないので、小型化・軽量化に有利である。
また、回路部が、第2の回転翼の表面ではなく、第2の回転翼の内部に設けられているので、太陽電池を設けることができる領域を広く確保することができ、これにより、発電量(発電能力)を大きくすることができる。
また、太陽電池を有しているので、長時間の飛行や、遠方への飛行を、容易に行なうことができる。
In the flying body of the present invention, on the surface of the second rotary wing, a solar cell that receives light, performs photoelectric conversion, and generates electricity is provided.
It is preferable that a circuit unit having a charging unit for charging electricity generated by a solar cell provided on a surface of the second rotary blade is provided inside the second rotary blade.
Thereby, a solar cell and a circuit part can be made to approach on the 2nd rotary blade side, and the voltage drop and the loss of electric power between a solar cell and a circuit part can be reduced.
Moreover, since the solar cell and the circuit unit are provided on the second rotor, the weight of the second rotor can be increased without changing the weight of the entire flying object. As a result, the inertia moment of the second rotor blade can be increased without changing the weight of the entire flying object (the gyro effect is increased), thereby providing a posture stabilizing means such as a stabilizer. The flight posture can be stabilized and stable flight can be performed.
In addition, since the circuit unit is provided inside the second rotor blade, the circuit unit is protected, and, for example, a foreign object collides with the circuit unit or water is applied to the circuit unit. For example, damage, breakage, disconnection, short circuit, etc.) can be prevented.
In addition, since the circuit unit is provided inside the second rotor blade, the circuit unit can be cooled via the second rotor blade by the airflow (air flow) when the second rotor rotates. This can prevent malfunction and failure of the circuit unit. In addition, it is not necessary to provide a separate cooling means, which is advantageous for downsizing and weight reduction.
Further, since the circuit portion is provided not inside the surface of the second rotor blade but inside the second rotor blade, a wide area where the solar cell can be provided can be secured. The amount (power generation capacity) can be increased.
In addition, since the solar cell is provided, it is possible to easily fly for a long time or to a long distance.
本発明の飛行体では、前記第2の超音波モータの駆動のために用いられる電力の少なくとも一部は、前記第2の回転翼の内部に設けられている充電部から供給されるよう構成されていることが好ましい。
これにより、長時間の飛行や、遠方への飛行を、容易に行なうことができる。
本発明の飛行体では、前記第2の回転翼の内部に設けられている充電部から供給される電力は、前記第2の超音波モータの駆動のための補助電力として用いられるよう構成されていることが好ましい。
充電部から供給される電力を補助電力として用いる場合、その形態としては、種々の形態が可能であるが、例えば、充電部の電源部と他の電源部とを直列に接続して、その電圧を用いる形態では、充電部の電源部の電圧のみを用いる形態に比べて、第2の超音波モータに対し、高い電圧(大きい振幅の交流電圧)を印加することができる。これにより、第2のロータの回転速度の最大値を大きくすることができ、大きい推力(揚力)を発生することができる。
また、充電部の電源部と他の電源部とを並列に接続して、その電圧を用いる形態や、充電部の電源部と他の電源部との一方を優先して用い、他方を予備(予備電源部)とする形態では、さらに長時間の飛行や、さらに遠方への飛行を行なうことができ、また、一方の電源部に故障が生じた場合でも飛行を行なうことができる。
In the flying body of the present invention, at least a part of electric power used for driving the second ultrasonic motor is supplied from a charging unit provided inside the second rotary wing. It is preferable.
Thereby, it is possible to easily perform a long flight or a long flight.
In the flying body of the present invention, the power supplied from the charging unit provided in the second rotary wing is configured to be used as auxiliary power for driving the second ultrasonic motor. Preferably it is.
When the power supplied from the charging unit is used as auxiliary power, various forms are possible. For example, the power supply unit of the charging unit and another power supply unit are connected in series, and the voltage In the form using, a higher voltage (an AC voltage having a large amplitude) can be applied to the second ultrasonic motor as compared with the form using only the voltage of the power supply part of the charging part. Thereby, the maximum value of the rotational speed of the second rotor can be increased, and a large thrust (lift) can be generated.
In addition, the power supply unit of the charging unit and another power supply unit are connected in parallel and the voltage is used, or one of the power supply unit of the charging unit and the other power supply unit is used with priority, and the other is reserved ( In the form of the spare power supply unit), it is possible to fly for a longer time or to fly further away, and to fly even when a failure occurs in one power supply unit.
本発明の飛行体では、前記第2の駆動回路は、前記第2の回転翼の内部に設けられている前記回路部に含まれることが好ましい。
これにより、第2の回転翼の慣性モーメントをより大きくすることができ(ジャイロ効果がより大きくなり)、これによって安定した飛行を行なうことができる。
本発明の飛行体では、前記第2の超音波モータは、1対の駆動電極を有し、
前記第2の駆動回路は、前記1対の駆動電極間に、直流電圧を、その極性が交互に反転するように繰り返し印加し、これにより前記第2の超音波モータの圧電素子に交流電圧が印加されるよう構成されていることが好ましい。
これにより、1対の駆動電極の一方を常にアース(接地)する場合に比べて、第2の超音波モータに対し、高い電圧(大きい振幅の交流電圧)を印加することができる。これにより、第2のロータの回転速度の最大値を大きくすることができ、大きい推力(揚力)を発生することができる。
In the flying body of the present invention, it is preferable that the second drive circuit is included in the circuit portion provided inside the second rotary wing.
As a result, the moment of inertia of the second rotor blade can be further increased (the gyro effect is increased), and thus stable flight can be performed.
In the aircraft of the present invention, the second ultrasonic motor has a pair of drive electrodes,
The second drive circuit repeatedly applies a DC voltage between the pair of drive electrodes so that the polarity is alternately reversed, whereby an AC voltage is applied to the piezoelectric element of the second ultrasonic motor. It is preferably configured to be applied.
Thereby, compared with the case where one of the pair of drive electrodes is always grounded (grounded), a higher voltage (an AC voltage having a larger amplitude) can be applied to the second ultrasonic motor. Thereby, the maximum value of the rotational speed of the second rotor can be increased, and a large thrust (lift) can be generated.
本発明の飛行体では、重心を移動させることにより飛行姿勢を変更する姿勢変更手段を有することが好ましい。
これにより、飛行体の飛行姿勢を容易かつ確実に変更することができ、飛行体を容易かつ確実に任意の位置に飛行(移動)させることができる。
本発明の飛行体では、前記姿勢変更手段は、錘要素と、該錘要素を変位させる変位機構とを有することが好ましい。
これにより、簡易な構成で、飛行体の重心を容易かつ確実に移動させることができる。
The flying body of the present invention preferably has posture changing means for changing the flying posture by moving the center of gravity.
As a result, the flying posture of the flying object can be easily and reliably changed, and the flying object can be easily and reliably moved (moved) to an arbitrary position.
In the flying body of the present invention, it is preferable that the posture changing means has a weight element and a displacement mechanism for displacing the weight element.
Thereby, the center of gravity of the flying object can be easily and reliably moved with a simple configuration.
以下、本発明の飛行体を添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
<第1実施形態>
図1は、本発明の飛行体の第1実施形態を示す斜視図、図2は、図1に示す飛行体における中心軸付近を拡大して示す断面側面図、図3は、図1に示す飛行体におけるロータを模式的に示す平面図、図4は、図1に示す飛行体における振動体の斜視図、図5は、図1に示す飛行体における振動体が被駆動体を駆動する様子を示す平面図、図6は、図1に示す飛行体における振動体の凸部が楕円運動する様子を示す平面図、図7は、図1に示す小型飛翔体における姿勢変更手段の斜視図、図8は、図1に示す小型飛翔体における姿勢変更手段の分解斜視図、図9は、図1に示す飛行体における姿勢変更手段のリニアアクチュエータの斜視図、図10は、図1に示す飛行体における姿勢変更手段のリニアアクチュエータの平面図、図11は、図1に示す飛行体における姿勢変更手段のリニアアクチュエータの側面図、図12は、図10中のA−A線での断面図、図13は、図1に示す飛行体における振動体の斜視図、図14および図15は、それぞれ、図1に示す飛行体における振動体が被駆動体を駆動する様子を示す平面図、図16は、図1に示す飛行体の回路構成を示すブロック図である。
Hereinafter, the flying object of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a flying object of the present invention, FIG. 2 is an enlarged sectional side view showing the vicinity of a central axis in the flying object shown in FIG. 1, and FIG. 3 is shown in FIG. 4 is a plan view schematically showing a rotor in the flying object, FIG. 4 is a perspective view of a vibrating body in the flying object shown in FIG. 1, and FIG. 5 is a state in which the vibrating object in the flying object shown in FIG. FIG. 6 is a plan view showing a state in which the convex portion of the vibrating body in the flying object shown in FIG. 1 moves elliptically, and FIG. 7 is a perspective view of the posture changing means in the small flying object shown in FIG. 8 is an exploded perspective view of the attitude changing means in the small flying object shown in FIG. 1, FIG. 9 is a perspective view of the linear actuator of the attitude changing means in the flying object shown in FIG. 1, and FIG. 10 is the flying shown in FIG. FIG. 11 is a plan view of a linear actuator of posture changing means in the body. FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 10, and FIG. 13 is a perspective view of the vibrating body in the flying body shown in FIG. FIG. 15 is a plan view showing a state in which the vibrating body in the flying body shown in FIG. 1 drives the driven body, and FIG. 16 is a block diagram showing a circuit configuration of the flying body shown in FIG.
なお、以下の説明では、図1、図2、図7および図8中の上方(上側)を「上」、下方(下側)を「下」として説明する。
また、図1に示す飛行体の姿勢を「基本姿勢」とし、図1中、上下方向を「鉛直方向」、上方(上側)を「鉛直方向上方(鉛直方向上側)」、下方(下側)を「鉛直方向下方(鉛直方向下側)」とする。
また、図1、図7および図8において、図示のように、互いに直交するx軸、y軸およびz軸(x−y−z座標)を想定する。この場合、z軸は、ロータの回転中心線(回転中心軸)と一致または平行になるように想定される。
In the following description, the upper side (upper side) in FIGS. 1, 2, 7 and 8 will be described as “upper” and the lower side (lower side) as “lower”.
Further, the attitude of the flying object shown in FIG. 1 is defined as a “basic attitude”, and in FIG. 1, the vertical direction is “vertical direction”, the upper direction (upper side) is “vertical upper direction (vertical upper direction)”, and the lower direction (lower side). Is defined as “vertically downward (vertically downward)”.
Further, in FIG. 1, FIG. 7, and FIG. 8, an x axis, a y axis, and a z axis (xyz coordinates) orthogonal to each other are assumed as shown. In this case, the z-axis is assumed to be coincident with or parallel to the rotation center line (rotation center axis) of the rotor.
これらの図に示す飛行体1は、略円筒状の中心軸(軸)22と、互いに対向するように中心軸22に固定された2つの基部2と、中心軸22(下側の基部2)に対し回転可能に設置され、2枚の回転翼(第1の回転翼)34を備えたロータ(第1のロータ)3と、下側の基部2に設けられ、ロータ3を回転駆動する(回転させる)駆動源である振動体(第1の振動体)(第1の超音波モータ)4と、中心軸22(上側の基部2)に対し回転可能に設置され、2枚の回転翼(第2の回転翼)54を備えたロータ(第2のロータ)5と、上側の基部2に設けられ、ロータ5を回転駆動する(回転させる)駆動源である振動体(第2の振動体)(第2の超音波モータ)4と、重心の移動により飛行体1の飛行姿勢を変更する姿勢変更手段16と、中心軸22に固定され、飛行体1を支持する接地手段6とを有している。ロータ3と、ロータ5とは、互いに反対方向に回転し、かつ、同軸的に設けられている。すなわち、この飛行体1は、2重反転ロータを備えている。
The flying
前記ロータ3、5、ロータ3を回転駆動する振動体4およびロータ5を回転駆動する振動体4により、推力(揚力)を発生させる推力発生手段(揚力発生手段)の主要部が構成される。基本姿勢において、この推力発生手段は、鉛直方向上方に位置し、姿勢変更手段16および接地手段6は、それぞれ、鉛直方向下方に位置している。
また、本実施形態では、前記ロータ3を回転駆動する振動体(第1の振動体)4により、超音波モータ(第1の超音波モータ)が構成されているが、本発明では、その超音波モータは、振動体4の他に、他の構成物を有していてもよい。
The
In this embodiment, an ultrasonic motor (first ultrasonic motor) is configured by the vibrating body (first vibrating body) 4 that rotationally drives the
同様に、本実施形態では、前記ロータ5を回転駆動する振動体(第2の振動体)4により、超音波モータ(第2の超音波モータ)が構成されているが、本発明では、その超音波モータは、振動体4の他に、他の構成物を有していてもよい。
なお、姿勢変更手段16の後述するリニアアクチュエータ16xおよび16yの振動体についても同様である。
Similarly, in the present embodiment, an ultrasonic motor (second ultrasonic motor) is configured by the vibrating body (second vibrating body) 4 that rotationally drives the rotor 5. The ultrasonic motor may have other components in addition to the vibrating
The same applies to the vibrating bodies of
以下、各部の構成について説明する。
図1および図2に示すように、2つの基部2は、それぞれ、略平板状をなす基板21と、基板21に設けられた振動体取付部23とを有している。上側の基部2では、振動体取付部23は、基板21の上側に設けられ、下側の基部2では、振動体取付部23は、基板21の下側に設けられている。
Hereinafter, the configuration of each unit will be described.
As shown in FIGS. 1 and 2, the two
中心軸22の、下側の基部2の下方であって、その基部2の近傍には、ロータ3が回転可能に設置されている。このロータ3は、平面視で(図2中上側から見たとき)時計回りに回転する。
図2に示すように、ロータ3は、略円筒状をなす筒状部材31と、筒状部材31の外側(外周)にそれぞれ固着(固定)された回転翼固定部材32および被駆動体(第1の被駆動体)33と、回転翼固定部材32にそれぞれ固着された2枚の回転翼34とを有している。
A
As shown in FIG. 2, the
このロータ3は、筒状部材31の内腔、すなわち軸孔35に中心軸22が挿入した状態で設置されている。中心軸22と、軸孔35の内面との間には、2つの軸受け11、11がそれぞれ設けられており、これにより、ロータ3は、基部2に対し中心軸22(回転中心線36)を中心として滑らかに回転可能になっている。
軸受け11は、滑り軸受けで構成されているが、転がり軸受け(ベアリング)であってもよい。
The
The
筒状部材31の回転翼34に対応する位置には、図2中左右方向に延在す2つの貫通孔311が形成されている。
回転翼固定部材32は、略円筒状に形成された筒状部321と、筒状部321の下端部からロータ3の回転中心線36と略垂直な方向に突出形成された固定部322とで構成されている。回転翼固定部材32の回転翼34に対応する位置には、図2中左右方向に延在し、前記対応する貫通孔311に連通する2つの貫通孔323が形成されている。この回転翼固定部材32は、筒状部321の内側に筒状部材31が挿入した状態で、例えば圧入により、筒状部材31に固着されている。
Two through
The rotor
固定部322には、2枚の回転翼34の基端部(根元部)がそれぞれ固着されている。
2枚の回転翼34は、回転中心線36から互いに反対側に延びるように設けられている。すなわち、2枚の回転翼34は、略180°間隔で設けられている。また、回転翼34は、回転中心線36に対し略垂直な姿勢で設置されている。
ロータ3が後述する振動体4の駆動により平面視で(図2中上側から見たとき)時計回りに回転すると、回転翼34には、揚力(回転中心線36に略平行で上向きの力)が作用する。
The base end portions (root portions) of the two
The two
When the
なお、ロータ3に設けられた回転翼34の枚数は、2枚に限らず、3枚以上設けられていてもよい。
筒状部材31の上端部外周には、被駆動体33が設けられている。すなわち、被駆動体33は、回転翼固定部材32の上側に位置している。
被駆動体33は、略リング状(円環状)をなしており、その内側に筒状部材31の上端部が挿入した状態で、例えば圧入により、筒状部材31に対し固着されている。
Note that the number of
A driven
The driven
基部2の下側には、このようなロータ3を回転駆動する振動体4が、その後述する補強板43の凸部(接触部)46が被駆動体33の外周面331に当接するようにして設置されている。この振動体4は、回転翼34の近傍に位置している。
一方、中心軸22の、上側の基部2の上方であって、その基部2の近傍には、ロータ5が回転可能に設置されている。このロータ5は、平面視で(図2中上側から見たとき)反時計回りに回転する。
On the lower side of the
On the other hand, the rotor 5 is rotatably installed above the
ロータ5は、略円筒状をなす筒状部材51と、筒状部材51の外側(外周)にそれぞれ固着(固定)された回転翼固定部材52および被駆動体(第2の被駆動体)53と、回転翼固定部材52にそれぞれ固着された2枚の回転翼54と有しており、ロータ3と同軸的(同心的)に、ロータ3の上方に設置されている。
このロータ5は、筒状部材51の内腔、すなわち軸孔55に中心軸22が挿入した状態で設置されている。中心軸22と、軸孔55の内面との間には、2つの軸受け11、11がそれぞれ設けられており、これにより、ロータ5は、基部2に対し中心軸22(回転中心線36)を中心として滑らかに回転可能になっている。
軸受け11は、滑り軸受けで構成されているが、転がり軸受け(ベアリング)であってもよい。
The rotor 5 includes a
The rotor 5 is installed in a state where the
The
回転翼固定部材52は、上側が閉じ、略円筒状に形成された筒状部521と、筒状部521の上端部からロータ5の回転中心線36と略垂直な方向に突出形成された固定部522とで構成されている。回転翼固定部材52の回転翼54に対応する位置には、図2中左右方向に延在する2つの貫通孔523が形成されている。この回転翼固定部材52は、筒状部521の内側に筒状部材51が挿入した状態で、例えば圧入により、筒状部材51に固着されている。
The rotary
固定部522には、2枚の回転翼54の基端部(根元部)がそれぞれ固着されている。
2枚の回転翼54は、回転中心線36から互いに反対側に延びるように設けられている。すなわち、2枚の回転翼54は、略180°間隔で設けられている。また、回転翼54は、回転中心線36に対し略垂直な姿勢で設置されている。
ロータ5が後述する振動体4の駆動により平面視で(図2中上側から見たとき)反時計回りに回転すると、回転翼54には、揚力(回転中心線36に略平行で上向きの力)が作用する。
To the fixed
The two
When the rotor 5 rotates counterclockwise in a plan view (when viewed from the upper side in FIG. 2) by driving a vibrating
なお、ロータ5に設けられた回転翼54の枚数は、2枚に限らず、3枚以上設けられていてもよい。
筒状部材51の下端部外周には、被駆動体53が設けられている。すなわち、被駆動体53は、回転翼固定部材52の下側に位置している。
被駆動体53は、略リング状(円環状)をなしており、その内側に筒状部材51の下端部が挿入した状態で、例えば圧入により、筒状部材51に対し固着されている。
The number of
A driven
The driven
基部2の上側には、このようなロータ5を回転駆動する振動体4が、その後述する補強板43の凸部(接触部)46が被駆動体53の外周面531に当接するようにして設置されている。この振動体4は、回転翼54の近傍に位置している。
このような構成により、回転翼54は、回転翼34より上側に位置している。また、回転翼54は、上側の基部2の基板21の上側に位置し、回転翼34は、下側の基部2の基板21の下側に位置している。
前記ロータ3が平面視で(図2中上側から見たとき)時計回りに回転すると、回転翼34に揚力が作用し、また、ロータ5がロータ3と反対方向に回転すると、回転翼54に揚力が作用し、これらの揚力により、飛行体1は、空中に浮揚(飛行)する。すなわち、飛行体1は、回転翼34および35の回転により生じる揚力(推力)により飛行する。
On the upper side of the
With such a configuration, the
When the
図3には、飛行体1におけるロータ3が模式的に示されており、図3および図16に示すように、この飛行体1では、ロータ3に、光を受光して光電変換し、電気を生成する太陽電池(太陽電池パネル)(光電変換素子)71と、駆動制御手段9のうちの回路部72とが設けられている。回路部72は、太陽電池71で生成された電気を充電する充電部(充電システム)74と、ロータ3を回転駆動する振動体4を駆動する第1の駆動回路931とを有している。また、充電部74は、電気が充電され、電源部を構成する2次電池と、この2次電池に太陽電池71で生成された電気を充電するための回路とを有している。なお、図3では、太陽電池71の部分を斜線で示す。
FIG. 3 schematically shows the
同様に、ロータ5に、光を受光して光電変換し、電気を生成する太陽電池(太陽電池パネル)(光電変換素子)71と、駆動制御手段9のうちの回路部72とが設けられている。回路部72は、太陽電池71で生成された電気を充電する充電部(充電システム)74と、ロータ5を回転駆動する振動体4を駆動する第2の駆動回路932とを有している。また、充電部74は、電気が充電され、電源部を構成する2次電池と、この2次電池に太陽電池71で生成された電気を充電するための回路とを有している。
Similarly, the rotor 5 is provided with a solar cell (solar cell panel) (photoelectric conversion element) 71 that receives light and performs photoelectric conversion to generate electricity, and a
なお、前記ロータ3側の構成と前記ロータ5側の構成とは、同様であるので、以下、代表的に、ロータ3側について説明する。
太陽電池71は、ロータ3の各回転翼34の表面にそれぞれ設けられている。この場合、太陽電池71は、各回転翼34の上側の面に設置される。
一方、ロータ3の各回転翼34は、それぞれ、中空部を有しており、回路部72は、各中空部(各回転翼34の内部)に設けられている。すなわち、回路部72は、各回転翼34の内部に分散された2つの部分回路部73で構成されている。なお、回路部72と、太陽電池71とは、互いに電気的に接続されている。
The configuration on the
The
On the other hand, each
ロータ3を回転駆動する振動体4の駆動のために用いられる電力(電圧)は、この回路部72の充電部74から供給される。
このような構成により、太陽電池71と回路部72(充電部74)とを接近させることができ、太陽電池71と回路部72との間における電圧降下や電力の損失を低減することができる。
Electric power (voltage) used for driving the vibrating
With such a configuration, the
また、各回転翼34に太陽電池71および部分回路部73が設けられているので、飛行体1全体の重量を変えずに、各回転翼34(ロータ3)の重量を増大させることができる。これにより、飛行体1全体の重量を変えることなく、各回転翼34(ロータ3)の慣性モーメントを増大させることができ(ジャイロ効果が増大し)、これによって、スタビライザ等の姿勢安定化手段を設けることなく、飛行姿勢を安定させることができ、安定した飛行を行なうことができる。
Moreover, since the
また、姿勢安定化手段を設ける必要がないので、軽量化を図ることができる。
また、回路部72が回転翼34の内部に設けられているので(各部分回路部73が各回転翼34の内部に設けられているので)、回路部72が保護され、回路部72に、例えば、異物が衝突したり、水等がかかったりして、回路部72が故障(例えば、損傷、破損、断線、ショート等)してしまうのを防止することができる。
Further, since it is not necessary to provide posture stabilization means, it is possible to reduce the weight.
Further, since the
また、回路部72が回転翼34の内部に設けられているので、ロータ3が回転したときの気流(空気流)により、回転翼34を介して回路部72を冷却することができ、これによって、回路部72の誤動作や故障を防止することができる。また、別途、冷却手段を設ける必要がないので、小型化・軽量化に有利である。
また、回路部72が、回転翼34の表面ではなく、回転翼34の内部に設けられているので、太陽電池71を設けることができる領域を広く確保することができ、これにより、発電量(発電能力)を大きくすることができる。
Moreover, since the
Moreover, since the
また、随時、太陽電池71により発電し、充電部74によりその電気を充電することができるので、長時間の飛行や、遠方への飛行を、容易に行なうことができる。
また、ロータ3とロータ5の回転方向は、互いに反対方向なので、下方のロータ3の回転翼34側の太陽電池71が、上方のロータ5の回転翼54によって遮光されるのは、一瞬であり、このため、十分に発電することができる。
Moreover, since it is possible to generate electricity with the
Further, since the rotation directions of the
ここで、太陽電池71は、回転翼34をその厚さ方向から見たとき(平面視で)、回路部72の略全体が太陽電池71の一部と重なるように、すなわち、各部分回路部73の略全体が、それぞれ、太陽電池71の一部と重なるように設置されるのが好ましく、各回転翼34の上側の面の略全面に設置されるのがより好ましい。これにより、発電量を大きくすることができる。
Here, the
また、各回転翼34の部分回路部73は、それぞれ、回転翼34(ロータ3)の回転中心Qと回転翼34の端部との中点Cよりも端部側に、部分回路部73の重心Gが位置するように設けられている。これにより、回転翼34の慣性モーメントをより大きくすることができ(ジャイロ効果がより大きくなり)、これによって安定した飛行を行なうことができる。
In addition, the
また、各回転翼34の部分回路部73は、それぞれ、回転翼34の回転中心Qと回転翼34の部分回路部73の重心Gとの間の距離が、全て略等しくなるように設けられている。これにより、ロータ3全体のバランスが良くなり、ロータ3が安定的に回転することができ、安定した飛行を行なうことができる。
なお、本実施形態では、充電部74から供給される電力のみによって、振動体4が駆動されるように構成されているが、本発明は、これに限定されるものではない。
The
In the present embodiment, the vibrating
また、この飛行体1では、軸22は、上側の基部2より上側の部分と、下側の基部2より下側の部分とが、それぞれ、金属等の導電材料で構成されており、上側の基部2と下側の基部2との間の部分が、絶縁材料で構成されている。これにより、軸22における上側の基部2より上側の部分と、下側の基部2より下側の部分とは、互いに絶縁されている。
また、筒状部材31、51、被駆動体33および53は、それぞれ、金属等の導電材料で構成されている。そして、筒状部材31と被駆動体33とは、互い導通し、筒状部材51と被駆動体53とは、互い導通している。
Further, in the flying
The
そして、軸22の導電性を有している部分と、筒状部材31および被駆動体33と、筒状部材51と被駆動体53とは、互いに絶縁されている。
図2に示すように、第1の駆動回路931の交流電圧を出力する出力部の一方の端子は、導線(ケーブル)を介して、筒状部材31に電気的に接続され、他方の端子は、導線を介して、ブラシ19に電気的に接続されている。このブラシ19は、軸22における下側の基部2より下側の部分の外周面に接触(導通)している。
The conductive portion of the
As shown in FIG. 2, one terminal of the output unit that outputs an alternating voltage of the
また、軸22における下側の基部2より下側の部分の外周面と、ロータ3を回転駆動する振動体4の後述する圧電素子44側の電極45とは、導線を介して、電気的に接続されている。また、この振動体4の圧電素子44側の電極45と、圧電素子42側の後述する電極41とは、導線を介して、電気的に接続されている。
これにより、第1の駆動回路931の交流電圧を出力する出力部の一方の端子は、筒状部材31、被駆動体33および振動体4の後述する補強板43の凸部(接触部)46等を介して、その補強板43に電気的に接続される。
Further, an outer peripheral surface of a portion of the
Thereby, one terminal of the output part which outputs the alternating voltage of the
一方、第1の駆動回路931の交流電圧を出力する出力部の他方の端子は、ブラシ19および軸22における下側の基部2より下側の部分等を介して、その振動体4の電極41および45に電気的に接続される。
同様に、第2の駆動回路932の交流電圧を出力する出力部の一方の端子は、導線(ケーブル)を介して、筒状部材51に電気的に接続され、他方の端子は、導線を介して、ブラシ19に電気的に接続されている。このブラシ19は、軸22における上側の基部2より上側の部分の外周面に接触(導通)している。
On the other hand, the other terminal of the output unit that outputs the AC voltage of the
Similarly, one terminal of the output part which outputs the alternating voltage of the
また、軸22における上側の基部2より上側の部分の外周面と、ロータ5を回転駆動する振動体4の圧電素子44側の電極45とは、導線を介して、電気的に接続されている。また、この振動体4の圧電素子44側の電極45と、圧電素子42側の電極41とは、導線を介して、電気的に接続されている。
これにより、第2の駆動回路932の交流電圧を出力する出力部の一方の端子は、筒状部材51、被駆動体53および振動体4の補強板43の凸部(接触部)46等を介して、その補強板43に電気的に接続される。
Further, the outer peripheral surface of the upper portion of the
Thereby, one terminal of the output part which outputs the alternating voltage of the
一方、第2の駆動回路932の交流電圧を出力する出力部の他方の端子は、ブラシ19および軸22における上側の基部2より上側の部分等を介して、その振動体4の電極41および45に電気的に接続される。
図1に示すように、接地手段6は、中心軸22に固定された板状の固定部60と、弾性(バネ性)を有し、棒状の4本の脚(接地脚)61とを備えている。
On the other hand, the other terminal of the output part that outputs the AC voltage of the
As shown in FIG. 1, the grounding means 6 includes a plate-shaped fixing
各脚61は、それぞれ、図1に示す基本姿勢において、固定部60から垂直方向斜め下方に延出し、かつ、垂直方向下方に向かって拡開している。また、各脚61は、固定部60を中心にして等間隔(等角度間隔)で配置されている。また、各脚61の先端部(下側の端部)62は、それぞれ、下側が凸となるように、外側に向かって湾曲している。
固定部60は、基本姿勢において重心(飛行体1の重心)よりも鉛直方向上方で、かつ、姿勢変更手段16よりも鉛直方向上方の部位(中心軸22)に固定されている。
In the basic posture shown in FIG. 1, each
The fixed
この接地手段6により、地面(床面)に安定的に接地することができ、離着陸を容易かつ確実に行なうことができる。
特に、着地の際は、脚61の弾性で、着地の衝撃を吸収することができ、また、飛行体1が傾いた状態で着地しても、最初に接地した脚61のバネ力で、飛行体1の姿勢を直すので、横転を防止することができる。
By this grounding means 6, it is possible to stably ground the ground (floor surface), and take-off and landing can be performed easily and reliably.
In particular, at the time of landing, the impact of landing can be absorbed by the elasticity of the
次に、振動体4について、代表的に、ロータ3を回転駆動する振動体4を説明する。
図4に示すように、振動体4は、略長方形の板状をなしている。振動体4は、図4中の上側から板状の電極41と、板状の圧電素子42と、補強板(振動板)43と、板状の圧電素子44と、板状の電極45とをこの順に積層して構成されている。なお、図4では、厚さ方向を誇張して示している。
Next, as the vibrating
As shown in FIG. 4, the vibrating
圧電素子42、44は、それぞれ、長方形状をなし、電圧を印加することにより、その長手方向に伸長・収縮する。圧電素子42、44の構成材料としては、特に限定されず、例えば、チタン酸ジルコニウム酸鉛(PZT)、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の各種のものを用いることができる。
Each of the
これらの圧電素子42、44は、補強板43の両面にそれぞれ固着されている。補強板43は、振動体4全体を補強する機能を有しており、振動体4が過振幅、外力等によって損傷するのを防止する。補強板43の構成材料としては、弾性材料(弾性変形し得るもの)であれば特に限定されないが、例えばステンレス鋼、アルミニウムまたはアルミニウム合金、チタンまたはチタン合金、銅または銅系合金等の各種金属材料であるのが好ましい。なお、本実施形態では、補強板43の構成材料として、金属材料を用いる。
These
この補強板43は、圧電素子42、44よりも厚さが薄い(小さい)ものであることが好ましい。これにより、振動体4を高い効率で振動させることができる。
補強板43は、圧電素子42、44に対する共通の電極としての機能をも有している。すなわち、圧電素子42には、電極41と補強板43とによって交流電圧が印加され、圧電素子44には、電極45と補強板43とによって交流電圧が印加される。すなわち、前述したように(図16に示すように)、振動体4は、回路部72の第1の駆動回路931に接続されており、その第1の駆動回路931により交流電圧が印加されるようになっている。
The reinforcing
The reinforcing
圧電素子42、44は、交流電圧が印加されると長手方向に繰り返し伸縮し、これに伴なって、補強板43も長手方向に繰り返し伸縮する。すなわち、圧電素子42、44に交流電圧を印加すると、振動体4は、図4中の矢印で示すように、長手方向に微小な振幅で振動(縦振動)し、凸部46が縦振動(往復運動)する。
補強板43の図4中の右端部には、凸部(接触部)46が一体的に形成されている。この凸部46は、補強板43の幅方向中央(中心線49)からずれた位置(図示の構成では角部)に設けられている。この凸部46は、図示の構成では、略半円形状に突出するように形成されている。
The
A convex portion (contact portion) 46 is integrally formed at the right end of the reinforcing
また、補強板43には、弾性(可撓性)を有する腕部48が一体的に形成されている。腕部48は、補強板43の長手方向略中央から、長手方向と略垂直な方向に突出するように設けられている。この腕部48には、ボルト12が挿入する孔481が形成されている。
図2および図5に示すように、このような振動体4は、凸部46にて被駆動体33の外周面331に当接(接触)するように設置されている。すなわち、本実施形態では、振動体4は、被駆動体33に対し被駆動体33の半径方向外周側から当接して設置されている。
The reinforcing
As shown in FIGS. 2 and 5, such a vibrating
なお、図示の構成では、外周面331は、平滑になっているが、全周に渡り溝を形成し、この溝内に凸部46が当接することとしてもよい。
図2および図5に示すように、下側の基部2の基板21から下方に向かって突設された振動体取付部23には、ネジ穴が形成されており、振動体4は、腕部48の孔481に挿入されたボルト12によって、この振動体取付部23に固定されている。
In the configuration shown in the drawing, the outer
As shown in FIGS. 2 and 5, a screw hole is formed in the vibrating
このように、振動体4は、腕部48によって支持されている。これにより、振動体4は自由に振動することができ、比較的大きい振幅で振動する。また、振動体4は、腕部48の弾性によって、凸部46が外周面331に圧接された状態で設置されている。
また、振動体4は、回転中心線36に略垂直な姿勢(回転翼34に略平行な姿勢)で設置されている。これにより、振動体4が占めるスペースが上下方向に小さくなる。
As described above, the vibrating
The vibrating
凸部46が被駆動体33の外周面331に当接した状態で、圧電素子42、44に交流電圧を印加して振動体4を振動させると、被駆動体33は、振動体4が伸長するときに凸部46から摩擦力(押圧力)を受ける。
すなわち、図5に示すように、凸部46の振動変位Sの径方向成分S1(被駆動体33の径方向の変位)によって、凸部46と外周面331との間に大きな摩擦力が与えられ、振動変位Sの周方向成分S2(被駆動体33の円周方向の変位)によって、被駆動体33に図5中の時計回りの回転力が与えられる。
When the vibrating
That is, as shown in FIG. 5, a large frictional force is applied between the
振動体4が振動すると、このような力が被駆動体33に繰り返し作用し、被駆動体33は、図5中の時計回りに回転する。これにより、ロータ3は、図5中の(図2中下側から見たときの)時計回りに回転する。
なお、ロータ5を回転駆動する振動体4については、前記ロータ3を回転駆動する振動体4と同様であるので、説明を省略するが、振動体4も同様に、その凸部46にて、被駆動体53の外周面531に当接するように設けられている。
When the vibrating
The vibrating
ロータ5は、振動体4の駆動により、ロータ3と反対方向、すなわち、図示しない平面視で(図2中下側から見たときの)反時計回りに回転する。
ロータ3が図5中の時計回りに回転すると、回転翼34に揚力が作用し、また、ロータ5がロータ3と反対方向に回転すると、回転翼54に揚力が作用し、これらの揚力により、飛行体1は、空中に浮揚(飛行)する。
The rotor 5 rotates in the opposite direction to the
When the
なお、ロータ3側には、ロータ3の回転数(回転速度)を検出する回転数検出手段を設けるのが好ましく、ロータ5側には、ロータ5の回転数(回転速度)を検出する回転数検出手段を設けるのが好ましい。
このように、振動体4は、構造が簡単で、小型(特に薄型)・軽量である。また、通常の電磁モータのように磁力で駆動する場合と異なり、前記のような摩擦力(押圧力)によって被駆動体33、53を駆動することから、駆動力が大きい。
この飛行体1は、このような振動体4を用いてロータ3、5を回転駆動するようにしたことにより、小型化に極めて有利である。また、軽量化にも有利であり、飛行体1のペイロード(荷重)を大きくとることができる。また、製造コストの低減も図ることができる。
In addition, it is preferable to provide a rotation speed detecting means for detecting the rotation speed (rotation speed) of the
Thus, the vibrating
The flying
また、本実施形態では、前述したように、被駆動体33が筒状部材31に固着され、被駆動体33は、ロータ3と一体になっている。すなわち、振動体4は、ロータ3を直接に回転駆動するようになっており、動力伝達機構や変速機構等が設けられていない(不要である)。ロータ5側も同様に、振動体4は、ロータ5を直接に回転駆動するようになっており、動力伝達機構や変速機構等が設けられていない(不要である)。これにより、飛行体1は、特に簡単な構造、かつ軽量になっており、小型化・軽量化(ペイロード確保)に特に有利になっている。
In the present embodiment, as described above, the driven
なお、前述したように、振動体4は、駆動力が大きいため、本実施形態のように、変速機構(減速機構)を介さなくてもロータ3、5を十分なトルクで回転することができる。
また、本実施形態では、振動体4の面内振動をロータ3、5の回転(面内回転)に直接変換するので、この変換に伴なうエネルギーロスが少なく、ロータ3、5を高い効率で回転駆動することができる。
As described above, since the vibrating
Further, in this embodiment, since the in-plane vibration of the vibrating
また、本実施形態では、凸部46が被駆動体33に及ぼす摩擦力(押圧力)の方向は、回転中心線36に対し略垂直な方向であるため、ロータ3を傾斜させるような力が作用することがなく、ロータ3がより円滑かつ確実に回転する。同様に、ロータ5もより円滑かつ確実に回転する。
なお、図示の構成と異なり、ロータ3を回転駆動する振動体4は、回転中心線36に平行な方向から被駆動体33の上面または下面に当接するように設置されていてもよく、また、ロータ5を回転駆動する振動体4は、ロータ5の回転中心線36に平行な方向から被駆動体53の上面または下面に当接するように設置されていてもよい。
Further, in this embodiment, the direction of the frictional force (pressing force) exerted by the
Unlike the illustrated configuration, the vibrating
また、ロータ3とロータ5との2つが揚力を発生するので、大きな揚力が得られる。
また、ロータ3とロータ5とが互いに反対方向に回転することにより、飛行体1(基部2)が受ける反力が相殺され、飛行体1が回転中心線36の回りに回転するのを防止することができる。
特に、ロータ3に対する振動体4と、ロータ5に対する振動体4とを別個に設けたことから、ロータ3の回転数(回転速度)と、ロータ5の回転数(回転速度)とをそれぞれ別個に調整(調節)することができ、これにより、飛行体1(基部2)が回転中心線36の回りに回転するのをより確実に防止したり、飛行体1の回転中心線36の回りに回転(向き)を制御したりすることができる。
In addition, since the
Further, when the
In particular, since the vibrating
また、ロータ3とロータ5とが同軸的に設けられていることにより、ロータを2つ設けたことによる大型化・重量増加を招来することなく、上記効果を達成することができる。すなわち、小型化・軽量化に有利である。
なお、図示の構成では、ロータ3とロータ5とは、直径や、回転翼の枚数(2枚)、回転翼の形状等の条件が同じになっているが、直径、回転翼の枚数、回転翼の形状等の条件が互いに異なるものであってもよい。
Further, since the
In the configuration shown in the figure, the
また、本発明では、ロータ3とロータ5とが同軸的に設けられていないもの(並設されたもの)であってもよい。
圧電素子42、44に印加する交流電圧の周波数は、特に限定されないが、振動体4の振動(例えば、縦振動)の共振周波数と略同程度であるのが好ましい。これにより、振動体4の振幅が大きくなり、高い効率でロータ3、5を回転駆動することができる。
In the present invention, the
The frequency of the AC voltage applied to the
前述したように、振動体4は、主に、その長手方向に縦振動するが、縦振動と屈曲振動とを同時に励振し、凸部46を楕円運動(楕円振動)させることとするのがより好ましい。これにより、より高い効率でロータ3、5を回転駆動することができる。以下、この点について、代表的に、ロータ3を回転駆動する振動体4で説明する。
振動体4が被駆動体33を回転駆動するとき、凸部46は、被駆動体33から反力を受ける。本実施形態では、凸部46が振動体4の中心線49からずれた位置に設けられていることから、振動体4は、この反力によって、図5中の一点鎖線で示すように面内方向に屈曲するように変形、振動(屈曲振動)する。なお、図5では、振動体4の変形を誇張して示している。
As described above, the vibrating
When the vibrating
また、印加電圧の周波数、振動体4の形状・大きさ、凸部46の位置などを適宜選択することにより、振動体4の縦振動と屈曲振動との複合振動を励振することができ、例えば、振幅が大きくなるとともに、凸部46は、図6中の一点鎖線で示すように、略楕円に沿って変位(楕円振動)する。
これにより、振動体4の1回の振動において、凸部46が被駆動体33を回転方向に送るときには、凸部46が被駆動体33により強い力で圧接され、凸部46が戻るときには、被駆動体33との摩擦力を低減または消滅させることができるため、振動体4の振動をロータ3の回転により高い効率で変換することができる。
Further, by appropriately selecting the frequency of the applied voltage, the shape / size of the vibrating
Thereby, in one vibration of the vibrating
なお、本実施形態では、振動体4でロータ3を直接的に回転駆動するものとなっているが、本発明では、振動体4がロータ3を間接的に駆動するものであってもよい。すなわち、被駆動体33をロータ3と別個に設け、被駆動体33の回転力を回転力伝達機構によってロータ3に伝達するようなものであってもよい(ロータ3が被駆動体33に連動して回転するようになっていればよい)。同様に、本実施形態では、振動体4でロータ5を直接的に回転駆動するものとなっているが、本発明では、振動体4がロータ5を間接的に駆動するものであってもよい。すなわち、被駆動体53をロータ5と別個に設け、被駆動体53の回転力を回転力伝達機構によってロータ5に伝達するようなものであってもよい(ロータ5が被駆動体53に連動して回転するようになっていればよい)。これらの場合、回転力伝達機構としては、例えば、歯車列(歯車伝動機構)や、プーリー、ベルト、チェーン等を用いた巻き掛け伝動機構等、いかなる機構を用いるものでもよい。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、ロータ3(被駆動体33)を回転駆動する振動体4は、1つ設置されているが、本発明では、その振動体4を複数設け、被駆動体33を複数の振動体4で回転駆動してもよい。同様に、本実施形態では、ロータ5(被駆動体53)を回転駆動する振動体4は、1つ設置されているが、本発明では、その振動体4を複数設け、被駆動体53を複数の振動体4で回転駆動してもよい。
In the present embodiment, one vibrating
次に、姿勢変更手段16について説明する。
図1、図7および図8に示す姿勢変更手段16は、重心の移動により、飛行体1の姿勢を変更(調節)することで、ロータ3および5の回転中心線(回転中心軸)36を鉛直線(鉛直方向:重力の方向)に対して所定方向に所定角度傾斜させるもの(傾きを調節するもの)である。
Next, the posture changing means 16 will be described.
The posture changing means 16 shown in FIGS. 1, 7, and 8 changes (adjusts) the posture of the flying
図1に示すように、姿勢変更手段16は、回転翼34の下方に位置している。すなわち、姿勢変更手段16は、中心軸22の下端に設置(固定)されている。
本実施形態における姿勢変更手段16は、錘要素(錘)14と、錘要素14をy軸方向に移動(変位)させるy軸方向移動手段(y軸方向変位手段)であるリニアアクチュエータ(第1のリニアアクチュエータ)16yと、リニアアクチュエータ(y軸方向移動手段)16yおよび錘要素14をx軸方向に移動(変位)させるx軸方向移動手段(x軸方向変位手段)であるリニアアクチュエータ(第2のリニアアクチュエータ)16xとを有している。
As shown in FIG. 1, the
The posture changing means 16 in this embodiment includes a weight element (weight) 14 and a linear actuator (first axis moving means) (y-axis direction displacing means) that moves (displaces) the
なお、前記リニアアクチュエータ16xおよび16yにより、飛行体1に対して錘要素14を移動(変位)させる移動手段(変位手段(変位機構))が構成される。
図7および図8に示すように、リニアアクチュエータ16xと、リニアアクチュエータ16yとは、互いの後述するスライダ181が対向した状態で、4つのピン186を介して、互いに接合されている。この場合、各ピン186は、それぞれ、一端側がリニアアクチュエータ16yのスライダ181の孔部185(図9および10参照)に挿入され、他端側がリニアアクチュエータ16xのスライダ181の孔部185(図9および10参照)に挿入され、互いのスライダ181同士を連結している。
The
As shown in FIGS. 7 and 8, the
また、リニアアクチュエータ16xと、リニアアクチュエータ16yとは、互いのスライダ181の移動方向が直交、すなわち、リニアアクチュエータ16xのスライダ181の移動方向がx軸方向、リニアアクチュエータ16yのスライダ181の移動方向がy軸方向となるように接合されている。
また、この姿勢変更手段16では、リニアアクチュエータ16xが、上方に位置し、リニアアクチュエータ16yが下方に位置し、図1に示すように、リニアアクチュエータ16xの後述するベース161の中央部の上側が、中心軸22の下端に接合されている。そして、リニアアクチュエータ16yの後述するベース161の中央部の下側に、錘要素14が接合されている。
Further, the
Further, in this
次に、リニアアクチュエータ16yと、リニアアクチュエータ16xとについて、代表的に、リニアアクチュエータ16yを説明する。
図9〜図12に示すように、リニアアクチュエータ16yは、板状のベース161と、板状の基台171と、板状のスライダ181と、振動体(駆動源)4とを有している。これらベース161、基台171、スライダ181および振動体は、それぞれ、互いに平行(一部が面方向に重なる場合も含む)になるように設置されている。
Next, the
As shown in FIGS. 9 to 12, the
基台171は、ベース161の中央部に、そのベース161に対して図10〜図12中左右方向に移動可能に設置されている。この場合、ベース161の中央部には、1対のガイドピン162が図10〜図12中左右方向に沿って立設され、基台171には、図10〜図12中左右方向に長い1対の長穴172が図10〜図12中左右方向に沿って形成されている。各ガイドピン162は、それぞれ、対応する長穴172に挿入されている。これにより、基台171は、ガイドピン162に案内され、長穴172に沿って図10〜図12中左右方向に移動することができる。
The
この基台171には、後述するロータ164(被駆動体165)を回転駆動する振動体4が設置されている。振動体は、凸部(接触部)46および1対の腕部48を有し、その凸部46が図10〜図12中右側を向くように、基台171に対し、各腕部48に形成された孔481に挿入されたボルト175によって固定されている。これにより、振動体4は、振動し得るように、各腕部48によって支持される。なお、振動体4については、後に詳述する。
The
また、ベース161の図10〜図12中右側の端部(角部)には、1対のバネ止めピン168が立設されている。一方、基台171には、1対のバネ掛け部173が形成されている。一方のバネ掛け部173は、基台171の図10中上側に設けられ、他方のバネ掛け部173は、基台171の図10中下に設けられている。
そして、これら対応するバネ止めピン168とバネ掛け部173には、それぞれ、コイルバネ174(付勢手段)が伸張した状態(伸張状態)で設置されている。すなわち、各コイルバネ174は、それぞれ、その一端側が、基台171のバネ掛け部173に掛けられ(固定され)、他端側が、ベース161のバネ止めピン168に取り付けられている(固定されている)。
Also, a pair of spring retaining pins 168 are provided upright at the right end (corner) of the base 161 in FIGS. On the other hand, the
The corresponding
各コイルバネ174の弾性力(復元力)により、ベース161は、図10〜図12中右側に向かって付勢され、振動体4の凸部46は、後述する被駆動体165の外周面1651に当接するとともに押圧される。
また、ベース161の図10〜図12中右側の端部で、かつ、図10中上下方向の中央部には、ロータ164が回転可能に設置されている。ロータ164は、略円筒状をなす筒状部166と、筒状部166の外側(外周)に固着(固定)された被駆動体165とを有している。被駆動体165は、略リング状(円環状)をなしており、振動体4に対応する位置(基端側)に位置している。
The
Further, a
また、ロータ164(筒状部166)の先端側の外周面1651には、ピニオンギア167が形成されている。これにより、ロータ164が回転すると、被駆動体165とピニオンギア167とが一体的に回転する。
また、ロータ164のピニオンギア167が形成されている部位(回転体である歯車)の径(外径)は、被駆動体165の径(外径)より小さく設定されており、これにより、減速機構が構成される。
A
In addition, the diameter (outer diameter) of the portion (gear which is a rotating body) where the
また、前記ロータ164のピニオンギア167が形成されている部位(回転体である歯車)の径と、被駆動体165の径との比率を調整(変更)することにより、スライダ181の移動速度を任意に調整(変更)することができる。
また、ベース161の図10〜図12中左側の端部(角部)には、溝1631を有する2つのローラ163が回転可能に設置されている。
Further, the moving speed of the
Also, two
スライダ181は、これらのローラ163の溝1631内に位置し、各ローラ163とロータ164とで挟み込まれ、ベース161に対して図10中上下方向に移動可能に設置されている。すなわち、スライダ181は、各ローラ163およびロータ164により、その移動方向が図10中上下方向になり、かつ、姿勢が一定に保持されるように規制される。
The
このスライダ181の形状は、略四角形の枠状をなしている。すなわち、スライダ181の中央部には、略四角形の開口182が設けられている。
これにより、軽量化を図ることができる。また、この開口182を利用して振動体の4の着脱を行なうことができ、メンテナンス性が向上する。
また、スライダ181の幅(図10〜図12中の左右方向の長さ)は、比較的長く設定されるのが好ましい。これにより、ベース161(ベース面)とスライダ181(スライダ面)とにおける、拗れを軽減することができる。
The
Thereby, weight reduction can be achieved. In addition, the vibrating
The width of the slider 181 (the length in the left-right direction in FIGS. 10 to 12) is preferably set to be relatively long. Thereby, it is possible to reduce wrinkles between the base 161 (base surface) and the slider 181 (slider surface).
また、スライダ181の図10〜図12中右側の外側の端面には、スライダ181の移動方向に沿って、前記ロータ164に設けられているピニオンギア167と噛合するラックギア183が形成されている。このラックギア183とピニオンギア167とにより、ロータ164の回転運動がスライダ181の直線運動に変換される。従って、ラックギア183とピニオンギア167とで回転/移動変換機構が構成される。
A
また、スライダ181の図10中右側の両角部には、それぞれ、突出部184(ストッパ)が形成されている。これらの突出部184により、スライダ181の移動範囲が制限され(所定位置を越える移動が阻止され)、スライダ181の離脱が阻止(防止)される。
また、スライダ181における、振動体4の近傍には、4つの孔部185が形成されている。
Further, projecting portions 184 (stoppers) are formed at both corners on the right side of the
Further, four
このリニアアクチュエータ16yでは、振動体4が所定のパターンで振動すると、その振動により、凸部46から(凸部46を介して)被駆動体165に所定方向の回転力(駆動力)が繰り返し加えられ(与えられ)、ロータ164は、所定方向に回転する。そして、ロータ164に設けられているピニオンギア167と、スライダ181に設けられているラックギア183とにより、ロータ164の回転運動がスライダ181の直線運動に変換され、スライダ181は、各ローラ163に案内され、所定方向(例えば、y軸方向の正方向)に移動する。すなわち、このスライダ181に対して、相対的に、ベース161と錘要素14とが一体的に移動する。
In the
一方、前記振動が逆になるように振動体4を励振すると、凸部46から被駆動体165に前記と逆方向の回転力が繰り返し加えられ、ロータ164は、前記と逆方向に回転する。そして、ロータ164に設けられているピニオンギア167と、スライダ181に設けられているラックギア183とにより、ロータ164の回転運動がスライダ181の直線運動に変換され、スライダ181は、各ローラ163に案内され、前記と逆方向(例えば、y軸方向の負方向)に移動する。すなわち、このスライダ181に対して、相対的に、ベース161と錘要素14とが一体的に移動する。
On the other hand, when the vibrating
このリニアアクチュエータ16yによれば、構造が簡単で、小型化(特に、薄型化)・軽量化を図ることができ、また、低速で、かつ、高い駆動力が得られる。
これにより、錘要素14、すなわち、重心を低速で、容易かつ確実に移動させることができ、これによって、飛行体1の姿勢を正確かつ確実に変更することができ、安定した飛行を行なうことができる。
According to the
As a result, the
また、スライダ181と振動体4とを重ねて配置することができるので、リニアアクチュエータ16yの総面積を小さくすることができ、小型化に有利である。
また、例えば、振動体の接触部をスライダに当接して、直接、そのスライダを移動させる形態のリニアアクチュエータを用いる場合は、振動体をスライダに押し付ける力が、スライダの移動の際の抵抗になってしまうが、このリニアアクチュエータ16yでは、振動体4からスライダ181へかかる負荷をなくすことができ、これにより、リニアアクチュエータ16yの駆動が安定し、より安定した飛行を行なうことができる。
Further, since the
Also, for example, when using a linear actuator that moves the slider directly by abutting the contact portion of the vibrating body against the slider, the force that presses the vibrating body against the slider becomes the resistance when the slider moves. However, in this
また、前記直接スライダを移動させる形態のリニアアクチュエータを用いる場合は、振動体の接触部によるスライダの摩耗を抑制するため、スライダを金属で構成するので、リニアアクチュエータの軽量化には不利であるが、このリニアアクチュエータ16yでは、振動体4がスライダ181を直接駆動するわけではないので、スライダ181を、例えば、樹脂等の軽量な材料で構成することができ、これにより、リニアアクチュエータ16yの軽量化、すなわち、飛行体1の軽量化を図ることができる。
リニアアクチュエータ16xについては、前記リニアアクチュエータ16yと同様であるので、説明を省略する。
Further, in the case of using the linear actuator in the form of moving the slider directly, since the slider is made of metal in order to suppress the wear of the slider due to the contact portion of the vibrating body, it is disadvantageous for reducing the weight of the linear actuator. In this
Since the
なお、本発明では、リニアアクチュエータ16yと、リニアアクチュエータ16xとの一方を省略してもよい。
姿勢変更手段16の振動体4では、電極を複数に分割し、それらに対して選択的に電圧を印加して、圧電素子を部分的に駆動することにより、面内の縦・屈曲の振動を任意に選択し得るようになっている。すなわち、振動体4への通電状態(振動体4の振動パターン)を変更することにより、振動体4の凸部46の振動(振動変位)の方向を変え、これにより、被駆動体165を図10中時計回りと反時計回り(正方向と逆方向)のいずれの方向にも回転させることができるように構成されている。以下、この振動体4について説明するが、前記ロータ3および5を回転駆動する振動体4との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
In the present invention, one of the
In the vibrating
図13に示すように、振動体4は、前記ロータ3および5を回転駆動する振動体4と同様に、補強板43の図13中上側に圧電素子42、下側に圧電素子44を積層した構造であるが、圧電素子42の図13中上側に、板状の4つの電極41a、41b、41cおよび41dが設置され、圧電素子44の図13中下側に、板状の4つの電極45a、45b、45cおよび45d(電極45a、45b、45cおよび45dは、図示せず、各符号のみを括弧内に示す)が設置されている点で、前記ロータ3および5を回転駆動する振動体4と異なっている。すなわち、圧電素子42を4つの長方形の領域に略等しく分割(区分)し、分割された各領域に、それぞれ、長方形状をなす電極41a、41b、41cおよび41dが設置され、同様に、圧電素子44を4つの領域に分割(区分)し、分割された各領域に、それぞれ、長方形状をなす電極45a、45b、45cおよび45dが設置されている。なお、電極41a、41b、41cおよび41dの裏側に、それぞれ、電極45a、45b、45cおよび45dが配置されている。
As shown in FIG. 13, the vibrating
一方の対角線上の電極41aおよび41cと、これらの裏側に位置する電極45aおよび45cとは、すべて電気的に接続され、同時に通電されるようになっており、同様に、他方の対角線上の電極41bおよび41dと、これらの裏側に位置する電極45bおよび45dとは、すべて電気的に接続(以下、単に「接続」と言う)され、同時に通電されるようになっている。
The
補強板43は、アース(接地)されており、また、通電される電極41a、41c、45aおよび45cと、電極41b、41d、45bおよび45dとは、図示しないスイッチ(切替スイッチ)で切り替わり、そのいずれか一方に交流電圧が印加されるように構成されている。すなわち、図16に示すように、振動体4は、駆動制御手段9のうちの、図示しない前記スイッチを有する後述する駆動制御回路90に接続されており、その駆動制御回路90により、通電される電極が選択され(切り替わり)、交流電圧が印加されるようになっている。
The reinforcing
また、凸部46は、図13中の右端部(短辺側)であって、補強板43の幅方向中央(短辺の中央)に設けられている。
また、補強板43には、弾性(可撓性)を有する1対(2つ)の腕部48が一体的に形成されている。1対の腕部48は、補強板43の長手方向(図10中左右方向)略中央に、長手方向と略垂直な方向であって、かつ、補強板(振動体4)を介して互いに反対方向に突出するように(図10中上下対称に)設けられている。
Moreover, the
The reinforcing
振動体4の電極41a、41c、45aおよび45cに通電し、これらの電極41a、41c、45aおよび45cと、補強板43との間に、交流電圧が印加されると、図14に示すように、振動体4の電極41a、41c、45aおよび45cに対応する部分がそれぞれ矢印a方向に繰り返し伸縮し、これにより、振動体4の凸部46は、矢印bで示す斜めの方向に振動(往復運動)、または、矢印cで示すように、楕円振動(楕円運動)する。被駆動体165は、振動体4の電極41a、41c、45aおよび45cに対応する部分が伸長するときに凸部46から摩擦力(押圧力)を受ける。
When the
すなわち、凸部46の振動変位Sの径方向成分S1(被駆動体165の径方向の変位)によって、凸部46と外周面1651との間に大きな摩擦力が与えられ、振動変位Sの周方向成分S2(被駆動体165の円周方向の変位)によって、被駆動体165に図14中の反時計回りの回転力が与えられる。
振動体4が振動すると、このような力が被駆動体165に繰り返し作用し、被駆動体165は、図14中の反時計回りに回転する。これにより、ロータ164は、図14中の反時計回りに回転する。
That is, a large frictional force is applied between the
When the vibrating
前記と逆に、振動体4の電極41b、41d、45bおよび45dに通電し、これらの電極41b、41d、45bおよび45dと、補強板43との間に、交流電圧が印加されると、図15に示すように、振動体4の電極41b、41d、45bおよび45dに対応する部分がそれぞれ矢印a方向に繰り返し伸縮し、これにより、振動体4の凸部46は、矢印bで示す斜めの方向に振動(往復運動)、または、矢印cで示すように、楕円振動(楕円運動)する。被駆動体165は、振動体4の電極41b、41d、45bおよび45dに対応する部分が伸長するときに凸部46から摩擦力(押圧力)を受ける。
On the contrary, when the
すなわち、凸部46の振動変位Sの径方向成分S1(被駆動体165の径方向の変位)によって、凸部46と外周面1651との間に大きな摩擦力が与えられ、振動変位Sの周方向成分S2(被駆動体165の円周方向の変位)によって、被駆動体165に図15中の時計回りの回転力が与えられる。
振動体4が振動すると、このような力が被駆動体165に繰り返し作用し、被駆動体165は、図15中の時計回りに回転する。これにより、ロータ164は、図15中の時計回りに回転する。
That is, a large frictional force is applied between the
When the vibrating
なお、図14および図15では、それぞれ、振動体4の変形を誇張して示すとともに、腕部48は図示されていない。
なお、本実施形態では、振動体4の電極を4分割して駆動する場合について説明したが、それは一例であり、本発明では、前述の振動体4の構造や駆動の方法に限定されるものではない。
In FIGS. 14 and 15, the deformation of the vibrating
In the present embodiment, the case where the electrode of the vibrating
また、各リニアアクチュエータ16xおよび16yは、それぞれ、スライダ181(錘要素14)のx軸方向の位置(移動量)およびy軸方向の位置(移動量)を検出する図示しない位置検出手段(移動量検出手段)を有している。各位置検出手段は、それぞれ、所定の位置検出用スケールと、発光部および受光部を有するセンサとで構成されている。
リニアアクチュエータ16xの振動体4が駆動し、スライダ181が移動すると、センサからの信号が後述する駆動制御回路90のθy制御回路92yに供給(入力)され、θy制御回路92yは、その信号に基づいて、スライダ181(錘要素14)のx軸方向の移動量や位置を求める。前記スライダ181(錘要素14)の移動量や位置の情報は、スライダ181(錘要素14)をx軸方向へ移動させる際の所定の制御や処理に利用される。
Each
When the vibrating
同様に、リニアアクチュエータ16yの振動体4が駆動し、スライダ181が移動すると、センサからの信号が、後述する駆動制御回路90のθx制御回路92xに供給(入力)され、θx制御回路92xは、その信号に基づいて、スライダ181(錘要素14)のy軸方向の移動量や位置を求める。前記スライダ181(錘要素14)の移動量や位置の情報は、スライダ181(錘要素14)をy軸方向へ移動させる際の所定の制御や処理に利用される。
なお、各位置検出手段は、それぞれ、光学的に検出するものに限らず、例えば、磁気的に検出するものであってもよい。
Similarly, when the vibrating
Each position detection means is not limited to optical detection, but may be magnetic detection, for example.
次に、錘要素14について説明する。
図1に示すように、錘要素14は、箱状のケーシング141を有しており、このケーシング141の外側には、所定の駆動回路、例えば、図16に示す駆動制御手段9のうちの駆動制御回路90、姿勢制御センサ8等を有する回路基板(フレキシブル回路基板)13が設置されている。
Next, the
As shown in FIG. 1, the
これにより、ロータ3、5が回転したときの回転翼34、54からの気流(空気流)により、回路基板13が冷却され、回路基板13で発生する熱を容易かつ確実に放熱することができ、これによって、駆動制御回路90、姿勢制御センサ8等の誤動作や故障を防止することができる。また、別途、冷却手段(放熱手段)を設ける必要がないので、小型化・軽量化に有利である。
Thereby, the
また、ケーシング141内には、例えば、無線通信用の図示しない送受信部と、前記駆動制御回路90、姿勢制御センサ8および送受信部等の飛行体1の各部に電力を供給する図16に示す電池(飛行体1を駆動するエネルギーを蓄積するエネルギー蓄積手段)15等が収納(内蔵)されている。
すなわち、本実施形態では、駆動制御回路90、姿勢制御センサ8、送受信部および電池15等が、姿勢変更手段16の錘要素14の一部を構成する。これにより、専用の錘の部分(錘としてのみ作用する部分)の重さを軽くすることができるので、飛行体1を軽量化することができ、飛行体1のペイロード(荷重)を大きくとることができる。
Further, in the casing 141, for example, a battery shown in FIG. 16 is used to supply power to a transmitting / receiving unit (not shown) for wireless communication and each part of the flying
That is, in the present embodiment, the
また、錘要素14の質量は、飛行体1の質量の大部分を占めるので、この錘要素14の移動により、重心の位置を容易に移動させることができる。
図16に示すように、姿勢制御センサ8は、Z軸の回り(θz方向)の回転を検出するジャイロセンサ81zと、X軸の回り(θx方向)の回転を検出するジャイロセンサ81xと、Y軸の回り(θy方向)の回転を検出するジャイロセンサ81yとで構成されている。
Further, since the mass of the
As shown in FIG. 16, the attitude control sensor 8 includes a
また、駆動制御回路90は、θz検出回路91zと、θx検出回路91xと、θy検出回路91yと、θz制御回路92zと、θx制御回路92xと、θy制御回路92yと、y駆動回路93yと、x駆動回路93xと、リニアアクチュエータ16yの振動体4の通電される電極を切り替える図示しないスイッチ(切替スイッチ)と、リニアアクチュエータ16xの振動体4の通電される電極を切り替える図示しないスイッチ(切替スイッチ)とで構成されている。
The
y駆動回路93yは、前記電極を切り替えるスイッチを介してリニアアクチュエータ16yの振動体4に接続され、x駆動回路93xは、前記電極を切り替えるスイッチを介してリニアアクチュエータ16xの振動体4に接続されている。
また、θz制御回路92zと、第1の駆動回路931およびの第2の駆動回路932とは、無線で信号の送信および受信(無線通信)を行うことができるようになっている。
The
The
また、電池15としては、例えば、1次電池、2次電池(蓄電池)、燃料電池、太陽電池(光電変換素子)と充電部(例えば、2次電池)とを組み合わせたもの等が挙げられる。
図17および図18は、それぞれ、図1に示す飛行体の作用等を説明するための模式図(側面図)である。
Examples of the
17 and 18 are schematic views (side views) for explaining the operation and the like of the flying object shown in FIG.
図17に示すように、重心の位置が回転中心線36(中心軸22)の延長線上にある場合は、回転中心線36の方向は、鉛直方向となる。このときの揚力は、鉛直成分(推力)のみである。
そして、図18に示すように、錘要素14の移動により、重心が移動すると、揚力が作用(発生)する支点Pと重心とを通る直線Lの方向が、鉛直方向となるように飛行体1(回転中心線36)が傾く。これにより、揚力に水平成分(並進力)が発生し、飛行体1は、水平方向に移動する。
As shown in FIG. 17, when the position of the center of gravity is on an extension line of the rotation center line 36 (center axis 22), the direction of the
Then, as shown in FIG. 18, when the center of gravity moves due to the movement of the
このような飛行体1に対し、地上(床)には、図示しない操作部(コントローラ)が設けられており、この操作部と飛行体1とは、無線で通信することができ、前記操作部から飛行体1を無線で遠隔操作(ロータ3および5の回転数の調整、錘要素14のx軸方向およびy軸方向の位置の調整等)することができるようになっている。
そして、この飛行体1では、ジャイロセンサ81zによるθz方向の検出値と、Z軸方向の指示値(高さ指示値)と、Z軸の回りの指示値(θz方向の指示値)とに基づいて、ロータ3およびロータ5の回転数(回転速度)をそれぞれ制御する。
An operation unit (controller) (not shown) is provided on the ground (floor) for such a flying
In the flying
すなわち、Z軸方向の指示値がθz制御回路92zへ入力されると、そのZ軸方向の指示値(高さ)になるように、第1の駆動回路931および第2の駆動回路932を介して、ロータ3および5を回転駆動する各振動体4の駆動が制御される。これにより、飛行体1を上昇または下降させることができ、また、所定の高さに保持することができる。
また、θz方向の指示値がθz制御回路92zへ入力されると、そのθz方向の指示値(向き)になるように、第1の駆動回路931および第2の駆動回路932を介して、ロータ3および5を回転駆動する各振動体4の駆動が制御される。これにより、飛行体1をθz方向に、正逆いずれの方向へも所定量(所定角度)回転させることができ、θz方向に、所定の角度(向き)に保持することができる。
That is, when an instruction value in the Z-axis direction is input to the
Further, when an instruction value in the θz direction is input to the
また、この飛行体1では、ジャイロセンサ81xによるθx方向の検出値と、Y軸方向の指示値とに基づいて、錘要素14のY軸方向の位置を制御する。
すなわち、Y軸方向の指示値がθx制御回路92xへ入力されると、そのY軸方向の指示値になるように、y駆動回路93yを介して、リニアアクチュエータ16yの振動体4の駆動が制御される。これにより、ベース161とともに錘要素14がY軸方向へ移動し、飛行体1の重心がY軸方向へ移動して、飛行体1の各ロータ3および5の回転中心線36が、YZ平面内で所定角度回転し、鉛直線に対してy軸に向って所定角度傾斜する。
このようにして、飛行体1を前記回転中心線36の傾斜方向に、例えば、水平移動(飛行)させることができる。
In the flying
That is, when the indicated value in the Y-axis direction is input to the
In this manner, the flying
また、この飛行体1では、ジャイロセンサ81yによるθy方向の検出値と、X軸方向の指示値とに基づいて、錘要素14のX軸方向の位置を制御する。
すなわち、X軸方向の指示値がθy制御回路92yへ入力されると、そのX軸方向の指示値になるように、x駆動回路93xを介して、リニアアクチュエータ16xの振動体4の駆動が制御される。これにより、錘要素14およびリニアアクチュエータ16yがX軸方向へ移動し、飛行体1の重心がX軸方向へ移動して、飛行体1の各ロータ3および5の回転中心線36が、XZ平面内で所定角度回転し、鉛直線に対してx軸に向って所定角度傾斜する。
In the flying
That is, when the instruction value in the X-axis direction is input to the
このようにして、飛行体1を前記回転中心線の傾斜方向に、例えば、水平移動(飛行)させることができる。
以上のように、姿勢変更手段16により、飛行体1の飛行姿勢を容易かつ確実に変更することができ、飛行体1を容易かつ確実に任意の位置に飛行(移動)させることができる。
In this way, the flying
As described above, the posture changing means 16 can change the flying posture of the flying
<第2実施形態>
次に、本発明の飛行体1の第2実施形態について説明する。
図19は、本発明の飛行体の第2実施形態の回路構成における主要部を示すブロック図である。
以下、第2実施形態の飛行体1について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the flying
FIG. 19 is a block diagram showing a main part in the circuit configuration of the second embodiment of the flying object of the present invention.
Hereinafter, the flying
第2実施形態の飛行体1は、回転翼34の内部に設けられている充電部74から供給される電力が、ロータ3を回転駆動する振動体4(超音波モータ)の駆動のための補助電力として用いられ、回転翼34の内部に設けられている充電部74から供給される電力が、ロータ5を回転駆動する振動体4(超音波モータ)の駆動のための補助電力として用いられるように構成されていることが異なっていること以外は、前述した第1実施形態と同様である。すなわち、ロータ3を回転駆動する振動体4の駆動のために用いられる電力の一部が、回転翼34の内部に設けられている充電部74から供給され、ロータ5を回転駆動する振動体4の駆動のために用いられる電力の一部が、回転翼54の内部に設けられている充電部74から供給されるように構成されている。
In the flying
なお、前記ロータ3側の構成と前記ロータ5側の構成とは、同様であるので、以下、代表的に、ロータ3側について、具体例を挙げて説明する。
図19に示すように、第2実施形態の飛行体1では、回転翼34の内部に設けられている回路部72は、太陽電池71で生成された電気が充電される充電部74の2次電池(電源部)75と、他の2次電池(電源部)76とで構成される電源(直流電源)77を有している。これら2次電池75と2次電池76とは、直列に接続されている。
Since the configuration on the
As shown in FIG. 19, in the flying
この電源77の直流電圧(電源電圧)は、第1の駆動回路931に印加され、ロータ3を回転駆動する振動体4を駆動する際は、第1の駆動回路931により、電源77の直流電圧が交流電圧に変換されて、その振動体4に印加される。
この飛行体1によれば、前述した第1実施形態の飛行体1と同様の効果が得られる。
そして、この飛行体1では、充電部74の2次電池75と他の2次電池76とを直列に接続してなる電源77の電圧を用いるので、充電部74の2次電池76の電圧のみを用いる場合に比べて、振動体4に対し、高い電圧(大きい振幅の交流電圧)を印加することができる。これにより、ロータ3および5の回転速度の最大値を大きくすることができ、大きい推力(揚力)を発生することができる。
The DC voltage (power supply voltage) of the power supply 77 is applied to the
According to the flying
And in this
なお、本発明では、ロータ3側とロータ5側とのうちの一方のみが、充電部74から供給される電力が、振動体4(超音波モータ)の駆動のための補助電力として用いられるように構成されていてもよい。
また、充電部74から供給される電力を補助電力として用いる場合、その形態は、前述した形態に限らず、種々の形態が可能である。
In the present invention, only one of the
Moreover, when using the electric power supplied from the charging
他の形態としては、例えば、充電部74の電源部と他の電源部とを並列に接続して、その電圧を用いる形態や、充電部74の電源部と他の電源部との一方を優先して用い、他方を予備(予備電源部)とする形態等が挙げられる。これらの場合は、さらに長時間の飛行や、さらに遠方への飛行を行なうことができ、また、一方の電源部に故障が生じた場合でも飛行を行なうことができる。
As other forms, for example, the power supply part of the charging
<第3実施形態>
次に、本発明の飛行体1の第3実施形態について説明する。
図20は、本発明の飛行体の第3実施形態の回路構成における主要部を示す回路図である。
以下、第3実施形態の飛行体1について、前述した第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the flying
FIG. 20 is a circuit diagram showing a main part in the circuit configuration of the third embodiment of the flying object of the present invention.
Hereinafter, the flying
まず、ロータ3を回転駆動する振動体4(超音波モータ)およびロータ5を回転駆動する振動体4(超音波モータ)については、それぞれ、電極41および補強板43により、圧電素子42側の1対の駆動電極が構成され、電極45および補強板43により、圧電素子44側の1対の駆動電極が構成されている。
そして、第3実施形態の飛行体1では、第1の駆動回路931は、ロータ3を回転駆動する振動体4の電極41と補強板43との間(1対の駆動電極間)と、電極45と補強板43との間(1対の駆動電極間)とに、それぞれ、回転翼34の内部に設けられている充電部74から供給される直流電圧(電源電圧)を、その極性が交互に反転するように繰り返し印加し、これにより、その振動体4の圧電素子42と、圧電素子44とに、それぞれ、交流電圧が印加されるように構成されている。同様に、第2の駆動回路932は、ロータ5を回転駆動する振動体4の電極41と補強板43との間(1対の駆動電極間)と、電極45と補強板43との間(1対の駆動電極間)とに、それぞれ、回転翼54の内部に設けられている充電部74から供給される直流電圧(電源電圧)を、その極性が交互に反転するように繰り返し印加し、これにより、その振動体4の圧電素子42と、圧電素子44とに、それぞれ、交流電圧が印加されように構成されている。
First, for the vibrating body 4 (ultrasonic motor) that rotationally drives the
In the flying
なお、前記ロータ3側の構成と前記ロータ5側の構成とは、同様であるので、以下、代表的に、ロータ3側について、具体例を挙げて説明する。
図20に示すように、第3実施形態の飛行体1では、第1の駆動回路931は、4つのスイッチング素子(スイッチング手段)として、4つのFET(電界効果トランジスタ)941、942、943および944と、これら4つのFET941〜944のオン/オフ(スイッチング動作)を制御するための信号(パルス信号)を出力する図示しないゲートドライバとを有している。
Since the configuration on the
As shown in FIG. 20, in the flying
図示例では、FET941、943としては、それぞれ、ゲートに入力される信号(電圧)の電圧レベルがローレベル(L)のとき、オン(ON)し、ハイレベル(H)のとき、オフ(OFF)するPチャネルのFETが用いられ、FET942、944としては、それぞれ、ゲートに入力される信号(電圧)の電圧レベルがハイレベルのとき、オン(ON)し、ローレベルのとき、オフ(OFF)するNチャネルのFETが用いられている。
In the illustrated example, each of the
前記FET941とFET942とは、互いのドレイン同士が接続されており、このFET941のドレインとFET942のドレインとの間に、出力部94の一方の端子(出力端子)945が設けられている。この端子945は、筒状部材31、被駆動体33および振動体4の補強板43の凸部46等を介して、その補強板43に電気的に接続される。
同様に、前記FET943とFET944とは、互いのドレイン同士が接続されており、このFET943のドレインとFET944のドレインとの間に、出力部94の他方の端子(出力端子)946が設けられている。この端子946は、ブラシ19および軸22等を介して、その振動体4の電極41および45に電気的に接続される。
The
Similarly, the
また、前記FET941とFET943とは、互いのソース同士が接続され、同様に、前記FET942とFET944とは、互いのソース同士が接続されており、このFET941とFET943のソース間と、FET942とFET943のソース間との間に、充電部74の2次電池(電源部)75の直流電圧(電源電圧)が印加される。なお、2次電池75の電圧値をVDDとする。
Further, the sources of the
次に、第1の駆動回路931の動作を説明する。
まず、ゲートドライバから各FET941〜944に入力される信号のレベルが、それぞれ、FET941ではハイレベル、FET942ではハイレベル、FET943ではローレベル、FET944ではローレベルのときは、FET941がオフ、FET942がオン、FET943がオン、FET944がオフする。
Next, the operation of the
First, when the level of a signal input from the gate driver to each of the
これにより、端子945に対する端子946の電圧(端子945を基準とする、端子945と端子946との間の電圧)Eが、+VDDとなり、振動体4の補強板43と電極41との間に、+VDDの電圧が印加されるとともに、補強板43と電極45との間に、+VDDの電圧が印加される。すなわち、圧電素子42および43に、それぞれ、+VDDの電圧が印加される。
Thereby, the voltage of the terminal 946 with respect to the terminal 945 (voltage between the terminal 945 and the terminal 946 with respect to the terminal 945) E becomes + VDD, and between the reinforcing
次に、ゲートドライバから各FET941〜944に入力される信号のレベルが、それぞれ、FET941ではローレベル、FET942ではローレベル、FET943ではハイレベル、FET944ではハイレベルに切り換わると、FET941がオン、FET942がオフ、FET943がオフ、FET944がオンする。
これにより、端子945に対する端子946の電圧Eが、−VDDとなり、振動体4の補強板43と電極41との間に、−VDDの電圧が印加されるとともに、補強板43と電極45との間に、−VDDの電圧が印加される。すなわち、圧電素子42および43に、それぞれ、−VDDの電圧が印加される。
Next, when the level of the signal input from the gate driver to each of the
As a result, the voltage E of the terminal 946 with respect to the terminal 945 becomes −VDD, a voltage of −VDD is applied between the reinforcing
以降、前述した動作が繰り返される。これにより、振動体4の圧電素子42および43に、それぞれ、+VDDの電圧と−VDDの電圧とが交互に繰り返し印加される。すなわち、振動体4の圧電素子42および43に、それぞれ、振幅が2VDDの交流電圧が印加され、この交流電圧により、振動体4が駆動される。
この飛行体1によれば、前述した第1実施形態の飛行体1と同様の効果が得られる。
Thereafter, the above-described operation is repeated. Thereby, the voltage of + VDD and the voltage of −VDD are alternately and repeatedly applied to the
According to the flying
そして、この飛行体1では、振動体4の1対の駆動電極の一方を常にアース(接地)する場合に比べて、振動体4に対し、高い電圧(大きい振幅の交流電圧)を印加することができる。これにより、ロータ3および5の回転速度の最大値を大きくすることができ、大きい推力(揚力)を発生することができる。
なお、この第3実施形態を前述した第2実施形態に適用してもよい。
In the flying
The third embodiment may be applied to the second embodiment described above.
以上、本発明の飛行体を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。
As mentioned above, although the flying body of this invention was demonstrated based on embodiment of illustration, this invention is not limited to this, The structure of each part is substituted by the thing of the arbitrary structures which have the same function. be able to. In addition, any other component may be added to the present invention.
Further, the present invention may be a combination of any two or more configurations (features) of the above embodiments.
また、本発明では、超音波モータの振動体の形状、構造は、図示の構成に限らず、被駆動体を回転駆動することができるものであればいかなるものでもよい。例えば、圧電素子が1枚のものや、補強板を有さないものや、被駆動体と当接する部分に向かって幅が漸減するような形状のもの等であってもよい。
また、本発明では、飛行体の遠隔操作の方法は、無線操縦に限らず、例えば、有線操縦によるものであってもよい。
In the present invention, the shape and structure of the vibration body of the ultrasonic motor are not limited to the configuration shown in the figure, and may be anything as long as the driven body can be rotationally driven. For example, the piezoelectric element may be a single element, may not have a reinforcing plate, or may have a shape in which the width gradually decreases toward a portion in contact with the driven body.
In the present invention, the method for remotely controlling the flying object is not limited to wireless control, and may be, for example, wired control.
また、本発明では、飛行体が自動飛行制御されるように構成されていてもよい。
また、本発明の飛行体の大きさは、特に限定されないが、特に、複数の回転翼を備えたロータの直径が、例えば、5〜300mm程度の比較的小さい飛行体(小型飛行体)に好適である。
また、本発明の飛行体は、無人用(無人の飛行体)と、有人用(有人の飛行体)とのいずれにも適用することができる。
Moreover, in this invention, you may be comprised so that a flying body may carry out automatic flight control.
The size of the flying object of the present invention is not particularly limited, but is particularly suitable for a relatively small flying object (small flying object) having a diameter of a rotor having a plurality of rotor blades of, for example, about 5 to 300 mm. It is.
Further, the flying object of the present invention can be applied to both unmanned (unmanned flying object) and manned (manned flying object).
また、本発明の飛行体は、複数の回転翼を備えたロータが1つ設けられているようなものでもよく、また、3つ以上設けられているようなものでもよい。すなわち、本発明は、図示の構造の飛行体に限定されず、例えば、ヘリコプタ等、複数の回転翼を備えたロータを有する各種の飛行体に適用することができる。
また、本発明の飛行体の用途は、特に限定されず、例えば、飛行体に、各種センサ(センシング手段)等の作業手段を搭載し、目的の場所へ飛行(移動)させ、各種の環境で各種の情報の収集(センシング作業)等を行うことができる。
In addition, the flying object of the present invention may be one provided with one rotor having a plurality of rotor blades, or may be provided with three or more rotors. That is, the present invention is not limited to the flying object having the illustrated structure, and can be applied to various flying objects having a rotor having a plurality of rotor blades such as a helicopter.
In addition, the use of the flying object of the present invention is not particularly limited. For example, working means such as various sensors (sensing means) are mounted on the flying object, and the flying object is moved (moved) to a target place in various environments. Various types of information can be collected (sensing work).
また、他にも、例えば、人間の入れない有害環境(人体に対して有害な環境を有する場所)において、各種センサにより情報収集等を行なうことができる。
また、飛行体は、地球上はもちろんのこと、地球以外の場所、例えば、火星等の他の惑星においても用いることができる(惑星探査用の飛行体(フライングロボット)にも適用することができる)。
In addition, for example, information can be collected by various sensors in a harmful environment where humans cannot enter (a place having an environment harmful to the human body).
The flying object can be used not only on the earth but also on other planets, for example, other planets such as Mars (applicable to flying objects for planetary exploration). ).
1……飛行体 2……基部 21……基板 22……中心軸 23……振動体取付部 3……ロータ 31……筒状部材 311……貫通孔 32……回転翼固定部材 321……筒状部 322……固定部 323……貫通孔 33……被駆動体 331……外周面 34……回転翼 35……軸孔 36……回転中心線 4……振動体 41、45……電極 41a〜41d……電極 45a〜45d……電極 42、44……圧電素子 43……補強板 46……凸部 48……腕部 481……孔 49……中心線 5……ロータ 51……筒状部材 52……回転翼固定部材 521……筒状部 522……固定部 523……貫通孔 53……被駆動体 531……外周面 54……回転翼 541……軸 55……軸孔 6……接地手段 60……固定部 61……脚 62……先端部 71……太陽電池 72……回路部 73……部分回路部 74……充電部 75、76……2次電池 77……電源 8……姿勢制御センサ 81x、81y、81z……ジャイロセンサ 9……駆動制御手段 90……駆動制御回路 91x……θx検出回路 91y……θy検出回路 91z……θz検出回路 92x……θx制御回路 92y……θy制御回路 92z……θz制御回路 931……第1の駆動回路 932……第2の駆動回路 93x……x駆動回路 93y……y駆動回路 94……出力部 941〜944……FET 945、946……端子 11……軸受け 12……ボルト 13……回路基板 14……錘要素 141……ケーシング 15……電池 16……姿勢変更手段 16x……リニアアクチュエータ 16y……リニアアクチュエータ 161……ベース 162……ガイドピン 163……ローラ 1631……溝 164……ロータ 165……被駆動体 1651……外周面 166……筒状部 167……ピニオンギア 168……バネ止めピン 171……基台 172……長穴 173……バネ掛け部 174……コイルバネ 175……ボルト 181……スライダ 182……開口 183……ラックギア 184……突出部 185……孔部 186……ピン 19……ブラシ
DESCRIPTION OF
Claims (21)
前記ロータに連動して回転する被駆動体と、
前記被駆動体に当接する接触部および圧電素子を備えた振動体を有する超音波モータと、
前記超音波モータを駆動する駆動回路とを備え、
前記振動体は、前記駆動回路によって前記圧電素子に交流電圧を印加することにより振動し、この振動により、前記接触部を介して前記被駆動体に力を繰り返し加えて前記被駆動体を回転駆動し、これにより前記ロータを回転させ、
前記回転翼の回転により生じる推力により飛行する飛行体であって、
前記回転翼の表面に、光を受光して光電変換し、電気を生成する太陽電池を設け、
前記回転翼の内部に、前記太陽電池で生成された電気を充電する充電部を有する回路部を設けたことを特徴とする飛行体。 A rotor provided rotatably and having a plurality of rotor blades;
A driven body that rotates in conjunction with the rotor;
An ultrasonic motor having a vibrating body provided with a contact portion and a piezoelectric element that contact the driven body;
A drive circuit for driving the ultrasonic motor,
The vibrating body vibrates by applying an AC voltage to the piezoelectric element by the driving circuit, and the vibration repeatedly drives the driven body through the contact portion to rotate the driven body. And thereby rotating the rotor,
An aircraft that flies by thrust generated by the rotation of the rotor blades,
On the surface of the rotor blade, a solar cell that receives light and photoelectrically converts it to generate electricity is provided.
An aircraft, wherein a circuit unit having a charging unit for charging electricity generated by the solar cell is provided inside the rotor blade.
前記各回転翼の部分回路部は、それぞれ、該回転翼の回転中心と該回転翼の端部との中点よりも端部側に、該部分回路部の重心が位置するように設けられている請求項1ないし4のいずれかに記載の飛行体。 The circuit unit is composed of partial circuit units dispersed inside the rotor blades,
Each of the partial circuit portions of the rotor blades is provided such that the center of gravity of the partial circuit portion is located closer to the end side than the midpoint between the rotation center of the rotor blade and the end portion of the rotor blade. The flying object according to any one of claims 1 to 4.
前記各回転翼の部分回路部は、それぞれ、該回転翼の回転中心と該回転翼の部分回路部の重心との間の距離が、全て略等しくなるように設けられている請求項1ないし5のいずれかに記載の飛行体。 The circuit unit is composed of partial circuit units dispersed inside the rotor blades,
The partial circuit portions of the rotor blades are provided so that the distances between the rotation center of the rotor blades and the center of gravity of the partial circuit portion of the rotor blades are all substantially equal. The flying object according to any one of the above.
前記駆動回路は、前記1対の駆動電極間に、直流電圧を、その極性が交互に反転するように繰り返し印加し、これにより前記圧電素子に交流電圧が印加されるよう構成されている請求項1ないし7のいずれかに記載の飛行体。 The ultrasonic motor has a pair of drive electrodes,
The drive circuit is configured so that a DC voltage is repeatedly applied between the pair of drive electrodes so that the polarity is alternately inverted, whereby an AC voltage is applied to the piezoelectric element. The flying object according to any one of 1 to 7.
前記第1のロータに連動して回転する第1の被駆動体と、
前記第1の被駆動体に当接する接触部および圧電素子を備えた第1の振動体を有する第1の超音波モータと、
前記第1の超音波モータを駆動する第1の駆動回路と、
前記第2のロータに連動して回転する第2の被駆動体と、
前記第2の被駆動体に当接する接触部および圧電素子を備えた第2の振動体を有する第2の超音波モータと、
前記第2の超音波モータを駆動する第2の駆動回路とを備え、
前記第1の振動体は、前記第1の駆動回路によって前記圧電素子に交流電圧を印加することにより振動し、この振動により、前記接触部を介して前記第1の被駆動体に力を繰り返し加えて前記第1の被駆動体を回転駆動し、これにより前記第1のロータを回転させ、
前記第2の振動体は、前記第2の駆動回路によって前記圧電素子に交流電圧を印加することにより振動し、この振動により、前記接触部を介して前記第2の被駆動体に力を繰り返し加えて前記第2の被駆動体を回転駆動し、これにより前記第2のロータを回転させ、
前記第1の回転翼および前記第2の回転翼の回転により生じる推力により飛行する飛行体であって、
前記第1の回転翼の表面に、光を受光して光電変換し、電気を生成する太陽電池を設け、
前記第1の回転翼の内部に、前記太陽電池で生成された電気を充電する充電部を有する回路部を設けたことを特徴とする飛行体。 A first rotor having a plurality of first rotor blades and a plurality of second rotor blades provided substantially coaxially and rotatable in opposite directions to each other;
A first driven body that rotates in conjunction with the first rotor;
A first ultrasonic motor having a first vibrating body provided with a contact portion and a piezoelectric element in contact with the first driven body;
A first drive circuit for driving the first ultrasonic motor;
A second driven body that rotates in conjunction with the second rotor;
A second ultrasonic motor having a second vibrating body provided with a contact portion and a piezoelectric element in contact with the second driven body;
A second drive circuit for driving the second ultrasonic motor,
The first vibrating body vibrates by applying an alternating voltage to the piezoelectric element by the first driving circuit, and this vibration repeatedly applies force to the first driven body through the contact portion. In addition, the first driven body is driven to rotate, thereby rotating the first rotor,
The second vibrating body vibrates by applying an AC voltage to the piezoelectric element by the second driving circuit, and this vibration repeatedly applies force to the second driven body through the contact portion. In addition, the second driven body is driven to rotate, thereby rotating the second rotor,
An aircraft that flies by thrust generated by rotation of the first rotor and the second rotor;
Provided on the surface of the first rotor blade is a solar cell that receives and photoelectrically converts light to generate electricity,
An aircraft, wherein a circuit unit having a charging unit for charging electricity generated by the solar cell is provided inside the first rotor blade.
前記第1の駆動回路は、前記1対の駆動電極間に、直流電圧を、その極性が交互に反転するように繰り返し印加し、これにより前記第1の超音波モータの圧電素子に交流電圧が印加されるよう構成されている請求項10ないし13のいずれかに記載の飛行体。 The first ultrasonic motor has a pair of drive electrodes;
The first drive circuit repeatedly applies a DC voltage between the pair of drive electrodes so that the polarity is alternately reversed, whereby an AC voltage is applied to the piezoelectric element of the first ultrasonic motor. The flying object according to claim 10, wherein the flying object is configured to be applied.
前記第2の回転翼の内部に、前記第2の回転翼の表面に設けられている太陽電池で生成された電気を充電する充電部を有する回路部を設けた請求項10ないし14のいずれかに記載の飛行体。 Provided on the surface of the second rotor blade is a solar cell that receives light, performs photoelectric conversion, and generates electricity;
15. The circuit unit according to claim 10, wherein a circuit unit having a charging unit that charges electricity generated by a solar cell provided on a surface of the second rotary blade is provided inside the second rotary blade. Aircraft described in.
前記第2の駆動回路は、前記1対の駆動電極間に、直流電圧を、その極性が交互に反転するように繰り返し印加し、これにより前記第2の超音波モータの圧電素子に交流電圧が印加されるよう構成されている請求項15ないし18のいずれかに記載の飛行体。 The second ultrasonic motor has a pair of drive electrodes,
The second drive circuit repeatedly applies a DC voltage between the pair of drive electrodes so that the polarity is alternately reversed, whereby an AC voltage is applied to the piezoelectric element of the second ultrasonic motor. The flying object according to claim 15, wherein the flying object is configured to be applied.
The flying body according to claim 20, wherein the posture changing means includes a weight element and a displacement mechanism for displacing the weight element.
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