JP2016147519A

JP2016147519A - 飛行体

Info

Publication number: JP2016147519A
Application number: JP2015024109A
Authority: JP
Inventors: 賢治郎橋爪; Kenjiro Hashizume
Original assignee: Yashima Dengyo Co Ltd
Current assignee: Yashima Dengyo Co Ltd
Priority date: 2015-02-10
Filing date: 2015-02-10
Publication date: 2016-08-18
Anticipated expiration: 2035-02-10
Also published as: JP6016041B2

Abstract

【課題】従来のヘリコプタにおいては、機体に搭載される電池の特性を十分に発揮させることが困難であった。【解決手段】プロペラ１０２ａ〜１０２ｄと、プロペラ１０２ａ〜１０２ｄを駆動するためのバッテリセルを有するバッテリユニットを収納する、プロペラ１０２ａ〜１０２ｄの下方に配置されたバッテリユニット収納部２００と、バッテリセルの温度が所定温度より高い場合には、駆動されるプロペラ１０２ａ〜１０２ｄからの空気流をバッテリユニット収納部２００へ流す、プロペラ１０２ａ〜１０２ｄとバッテリユニット収納部２００との間に配置された空気流調節部２０００と、を備えるマルチロータヘリコプタ１００である。【選択図】図２

Description

本発明は、マルチロータヘリコプタなどの飛行体に関する。

無人探査ヘリコプタなどのＵＡＶ（ＵｎｍａｎｎｅｄＡｅｒｉａｌＶｅｈｉｃｌｅ）は、米国などで軍事利用を目的として研究されてきた。

近年では、リチウムイオン電池技術が急速に発展してきており、リチウムイオン二次電池で構成されるバッテリセルを搭載したＵＡＶが農業利用などを目的として実用化されている。

そこで、バッテリユニットを備えるヘリコプタが、知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１４−７６６７６号公報

ところで、そもそもＮＡＳＡ（ＮａｔｉｏｎａｌＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＳｐａｃｅＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ）によって宇宙船に搭載するために開発された燃料電池は、研究の歴史がかなり長い電池である。

重量体積比率が一定であるとき、燃料電池のエネルギー使用密度はリチウムイオン二次電池のエネルギー使用密度の３倍である。

そこで、本発明者は、リチウムイオン二次電池はもちろん、燃料電池で構成されるバッテリセルを搭載したＵＡＶが農業利用などを目的としてさらに広く実用化されることが望ましいと考えている。

しかしながら、前述された従来のヘリコプタにおいては、機体に搭載される電池の特性を十分に発揮させることが困難であった。

たとえば、発熱をともなう燃料電池発電を継続的に行うためには何らかの冷却が特に必要であるが、機体に搭載される電池の効率的な冷却は困難であった。

本発明は、前述された従来の課題を考慮し、機体に搭載される電池の特性をより発揮させることが可能な飛行体を提供することを目的とする。

第１の本発明は、プロペラと、
前記プロペラを駆動するためのバッテリを有するバッテリユニットを収納する、前記プロペラの下方に配置されたバッテリユニット収納部と、
前記バッテリの温度が所定温度より高い場合には、駆動される前記プロペラからの空気流を前記バッテリユニット収納部へ流す、前記プロペラと前記バッテリユニット収納部との間に配置された空気流調節部と、
を備えることを特徴とする飛行体である。

第２の本発明は、前記空気流調節部は、
駆動される前記プロペラから前記バッテリユニット収納部への空気流を流すまたは遮るように、前記空気流の流路に配置された、移動可能なプレートと、
前記バッテリの温度が前記所定温度より高い場合には、前記空気流を流すように、形状記憶合金を利用して前記プレートを移動させるプレート移動機構と、
を有することを特徴とする、第１の本発明の飛行体である。

第３の本発明は、前記バッテリユニット収納部は、複数の前記バッテリユニットを収納し、
所定の条件が満たされる場合には、複数の前記バッテリユニットの一部は飛行中に落下されることを特徴とする、第１の本発明の飛行体である。

第４の本発明は、プロペラと、
前記プロペラを駆動するための複数のバッテリを有するバッテリユニットを収納するバッテリユニット収納部と、
を備え、
前記複数のバッテリは、並列接続されており、
前記複数のバッテリのそれぞれの正極側には、電流の逆流を抑制するダイオードが接続されていることを特徴とする飛行体である。

本発明によって、機体に搭載される電池の特性をより発揮させることが可能な飛行体を提供することができる。

本実施の形態のマルチロータヘリコプタの概要を示す図本実施の形態のマルチロータヘリコプタの構成を説明するための概略斜視図（ａ）：本実施の形態のバッテリユニットの平面図、（ｂ）：図３（ａ）のＡ−Ａ’断面矢視図本実施の形態のバッテリユニット収納部の構成を示した概略斜視図（ａ）：本実施の形態のバッテリユニットが地上に対して垂直姿勢で落下した状況を示す模式図、（ｂ）：本実施の形態のバッテリユニットが地上に対して傾斜姿勢で落下した状況を示す模式図本実施の形態のマルチロータヘリコプタの制御関係の構成を示すブロック図本発明における実施の形態のマルチロータヘリコプタの空気流調節部近傍の模式的な斜視図本発明における実施の形態のマルチロータヘリコプタの空気流調節部近傍の、遮蔽板が空気流を遮るように移動させられている場合における模式的な正面図本発明における実施の形態のマルチロータヘリコプタの空気流調節部近傍の、遮蔽板が空気流を流すように移動させられている場合における模式的な正面図本発明における別の実施の形態のマルチロータヘリコプタの空気流調節部近傍の、遮蔽板が空気流を遮るように移動させられている場合における模式的な正面図本発明におけるまた別の実施の形態のマルチロータヘリコプタの空気流調節部近傍の、遮蔽板が空気流を遮るように移動させられている場合における模式的な正面図本発明におけるまた別の実施の形態のマルチロータヘリコプタの空気流調節部近傍の、遮蔽板が空気流を流すように移動させられている場合における模式的な正面図本発明におけるさらにまた別の実施の形態のマルチロータヘリコプタのバッテリユニットの模式的な回路図

以下、図面を参照しながら、本発明における実施の形態について詳細に説明する。

はじめにマルチロータヘリコプタ１００の基本的な構成および動作について図１〜６を参照しながら具体的に説明し、空気流調節部２０００などに関するマルチロータヘリコプタ１００の構成および動作については図７〜１３を主として参照しながら後に詳しく説明する。

まず、本実施の形態のマルチロータヘリコプタ１００の概要について、図１を用いて説明する。

図１は、本実施の形態のマルチロータヘリコプタ１００の概要を示す図である。

図１に示す様に、本実施の形態のマルチロータヘリコプタ１００は、リモートコントローラ１からの飛行開始コマンドなどに基づく飛行が可能であると共に、ＧＰＳ衛星２から送信される電波を受信して、自動操縦による自律飛行が可能に構成されている。

また、本実施の形態のマルチロータヘリコプタ１００は、予め定められた圃場領域内を飛行しながら、農薬等の薬液散布を行う構成であり、少なくとも散布対象となる圃場３の位置情報と駐機場４の位置情報とバッテリユニット４００の落下場所の位置情報とをメモリ部３４０（図６参照）に格納可能に構成されている。

尚、本実施の形態では、メモリ部３４０に格納されるべき上記各種位置情報は、オペレータがリモートコントローラ１を操作することにより入力する構成である。

また、リモートコントローラ１には、ＵＳＢ挿入口（図示省略）が設けられている。また、リモートコントローラ１は、無線方式（ＲＦ）リモコンでも良いし、赤外線方式（ＩＲ）リモコンでも良い。

また、本実施の形態のマルチロータヘリコプタ１００は、ロータ駆動用モータ（図２、図６参照）などを駆動するためのバッテリユニット４００を複数搭載しており（図３参照）、予め定められた圃場領域内を飛行中にバッテリユニット４００の充電残量が基準値以下になると、所定の落下場所５ａまたは５ｂの上空まで飛行して、その該当するバッテリユニット４００を機体から切り離して、所定の落下場所５ａまたは５ｂに落下させる構成である。

次に、本実施の形態のマルチロータヘリコプタ１００の構成について、図２、図６を用いて説明する。

図２は、マルチロータヘリコプタ１００の構成を説明するための概略斜視図である。図６は、マルチロータヘリコプタ１００の制御関係の構成を示すブロック図である。

図２に示す通り、マルチロータヘリコプタ１００は、両端にロータ用モータ１０１ａと１０１ｂが取り付けられた第１モータステイ１０３ａと、第１モータステイ１０３ａに略直交配置されて、両端にロータ用モータ１０１ｃと１０１ｄが取り付けられた第２モータステイ１０３ｂと、それぞれのロータ用モータ１０１ａ〜１０１ｄに取り付けられると共に、略同一平面上において第１モータステイ１０３ａと第２モータステイ１０３ｂの交差点１０４から等距離離れた位置に配置されたプロペラ１０２ａ〜１０２ｄと、複数の薬液散布ノズル１０５が取り付けられると共に、交差点１０４を通り第１モータステイ１０３ａ及び第２モータステイ１０３ｂとの成す角度が略４５度である薬液パイプ１０６と、薬液パイプ１０６内に供給される薬液を貯留する為の、機体の中央であって交差点１０４の上方に固定された薬液タンク１０７とを備えている。

尚、本実施の形態では、薬液パイプ１０６の薬液散布ノズル１０５が取り付けられている部分の長さは両端側からそれぞれ約２ｍとし、薬液タンク１０７の容量は約１０リットルとした。

また、マルチロータヘリコプタ１００は、図２に示す通り、機体の中心であって薬液タンク１０７の下方に配置され、制御部３０１（図６参照）等が収納された制御ユニット部３００と、制御ユニット部３００の下面に着脱可能に取り付けられた、ロータ用モータ１０１ａ〜１０１ｄや各種電気部品等を駆動させるための充電可能なバッテリユニット４００を複数収納するバッテリユニット収納部２００と、制御ユニット部３００の両側面に固定された左右一対のソリ型のスキッド１０８ａ、１０８ｂとを備えている。

尚、複数のバッテリユニット４００ａ〜４００ｅを収納したバッテリユニット収納部２００は、独立して供給可能な構成である。

また、制御ユニット部３００には、図６に示す様に、制御部３０１と、バッテリユニット４００（４００ａ〜４００ｅ）の充電量の残量を検出するバッテリユニット充電残量検出部３１０と、薬液タンク１０７内の薬液残量を検出する薬液残量検出部３２０と、リモートコントローラ１との信号の送受信を行う為の通信部３３０と、上述したメモリ部３４０と、ＧＰＳ衛星２からの電波を受信するＧＰＳ受信部３５０と、マルチロータヘリコプタ１００の飛行姿勢を制御するために設けられたジャイロセンサ３６０及び加速度センサ３７０と、高度を検知する高度センサ３６５と、が配置されており、制御部３０１は、制御ユニット部３００に配置された上記全ての構成要素との間で電気的に接続され、制御信号や各種検出結果等の送受信が可能に構成されている。

また、通信部３３０は、リモートコントローラ１が無線方式（ＲＦ）リモコンで構成されている場合は、無線方式の受信部・送信部を備え、リモートコントローラ１が赤外線方式（ＩＲ）リモコンで構成されている場合は、赤外線方式の受信部・送信部を備えている。

また、制御部３０１は、薬液タンク１０７と薬液パイプ１０６との間の薬液供給経路（図示省略）の途中に配置された薬液散布用ポンプ３８０、及び後述するワイヤ切断装置３９０（３９０ａ〜３９０ｅ）に対しても電気的に接続されており、制御信号を送信可能に構成されている。

また、本実施の形態では、マルチロータヘリコプタ１００が犯罪行為などに悪用されるのを未然に防止する為に、マルチロータヘリコプタ１００の販売段階において、マルチロータヘリコプタ１００の飛行対象地域について、購入者による登録を義務づけておき、その登録された飛行対象地域に対応した位置情報が暗号化されて、メモリ部３４０に書き換え不能に予め格納される構成である。

尚、バッテリユニット４００ａ〜４００ｅは、切り替え回路３９５（図６参照）を介してそれぞれ電源供給ライン（図示省略）に並列接続されており、制御部３０１からの制御信号を受信した切り替え回路３９５により、バッテリユニット４００ａ〜４００ｅの接続が順次切り替えられて連続的に電源供給を行う構成である。

次に、バッテリユニット４００、及びバッテリユニット収納部２００の構成について、図３（ａ）〜図５（ｂ）を用いて更に説明する。

図３（ａ）はバッテリユニット４００の平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ’断面矢視図である。

図４はバッテリユニット収納部２００の構成を示した概略斜視図である。

尚、図４では、図面を見易くする為に、バッテリユニット４００ａ〜４００ｅについては、バッテリセル４２０、長方形状の開口部４１１、及び三角形状の開口部４１２の図示を省略した。更に、図面を見易くする為に、バッテリユニット４００ｂ、４００ｃについては、衝撃吸収用のクッション部材４３０の図示を省略した。

また、図５（ａ）はバッテリユニット４００が地上に対して垂直姿勢で落下した状況を示す模式図であり、図５（ｂ）はバッテリユニット４００が地上に対して傾斜姿勢で落下した状況を示す模式図である。

バッテリユニット４００は、図３（ａ）、図３（ｂ）に示す様に、中央に円形状の開口部４１３を有するドーナツ状の基板４１０と、基板４１０の主面４１０ａ上に等間隔に複数配置されたバッテリセル４２０と、基板４１０の外周端縁部の内、図３（ａ）に示す基板４１０の上側端縁部と下側端縁部にそれぞれ固定された、断面が略円形状のゴム製の衝撃吸収用のクッション部材４３０とにより構成されている。

また、基板４１０には、主面４１０ａ上に配置された各バッテリセル４２０の正極（図示省略）及び負極（図示省略）を、それぞれ電気的に直列接続する為の配線パターン（図示省略）が主面４１０ａ上にプリント形成されており、正極側高速充電用電極４４０ａと負極側高速充電用電極４４０ｂに接続されている。高速充電装置（図示省略）により、正極側高速充電用電極４４０ａと負極側高速充電用電極４４０ｂを介して、バッテリユニット４００の高速充電が行える構成である。

また、基板４１０の主面４１０ａ上の左右両端側に形成された正極側高速充電用電極４４０ａと負極側高速充電用電極４４０ｂには、ワイヤ切断装置３９０（３９０ａ〜３９０ｅ）にバッテリユニット４００（４００ａ〜４００ｅ）をつり下げると共に、バッテリユニット４００（４００ａ〜４００ｅ）を電源供給ライン（図示省略）に電気的に接続する為の左右一対の電源供給ワイヤ４４１の一端部がそれぞれ半田接続されている。

尚、左右一対の電源供給ワイヤ４４１の他端部は、ワイヤ切断装置３９０（３９０ａ〜３９０ｅ）に対して連結されており、バッテリユニット４００（４００ａ〜４００ｅ）をバッテリユニット収納部２００に垂直につり下げる構成である。

また、基板４１０において、バッテリセル４２０が配置される下面にはバッテリセル４２０の投影面積より小さい長方形状の開口部４１１が設けられており、更に、隣接配置されたバッテリセル４２０同士の間には三角形状の開口部４１２が設けられている。

基板４１０に設けられた長方形状の開口部４１１、三角形状の開口部４１２、及び円形状の開口部４１３により、バッテリユニット４００の重量の軽減が図られる。

また、基板４１０に設けられた長方形状の開口部４１１により、バッテリセル４２０の背面が空気に触れるので、背面からの放熱が促進され、バッテリセル４２０を冷却する為の冷却ファンなどは不要である。

また、バッテリセル４２０は、出力が３．７Ｖ、４０００ｍＡの薄型リチウムイオン二次電池で構成されており、その外形寸法は略１２０ｍｍ×６５ｍｍ×３ｍｍの薄型長方形状である。

本実施の形態のバッテリユニット４００は、バッテリセル４２０を６個搭載しているので、２２．２Ｖの電圧を供給する。

また、上記の通り、基板４１０には、配線パターンがプリント形成された構成であるので、バッテリセル４２０同士を電気的に接続する配線類のハーネス処理が不要であると共に、配線類が不要になった分、バッテリユニット４００の重量を軽くすることが出来る。

尚、本実施の形態のバッテリユニット４００の重量は略１ｋｇである。

また、基板４１０の上側端縁部と下側端縁部にそれぞれ固定された衝撃吸収用のクッション部材４３０により、バッテリユニット４００がバッテリユニット収納部２００に収納されているときは、衝撃吸収用のクッション部材４３０が緩衝材の役割を果たすので、隣接するバッテリユニット４００の基板４１０やバッテリセル４２０が互いにぶつかり合うのを防止出来る。また、電源供給ワイヤ４４１が切断されて、バッテリユニット４００が、図５（ａ）、図５（ｂ）に示す様にどの様な姿勢で地上に落下した場合でも、衝撃吸収用のクッション部材４３０が落下時の衝撃を吸収するので基板４１０及びバッテリセル４２０の破損を防止出来る。

本実施の形態のバッテリユニット収納部２００は、図４に示す様に、下面に開口部２１０が形成されて内部に収納スペースを有する直方体状の収納部本体２２０と、収納部本体２２０の天井部と両側の側壁部が交差する角部において、それら両端の角部に対向配置された５対のワイヤ切断装置３９０（３９０ａ〜３９０ｅ）と、により構成されている。

バッテリユニット収納部２００の内部の収納スペースには、５つのバッテリユニット４００ａ〜４００ｅが、左右一対の電源供給ワイヤ４４１を介して各ワイヤ切断装置３９０（３９０ａ〜３９０ｅ）からつり下げられている。

各ワイヤ切断装置３９０（３９０ａ〜３９０ｅ）には、それぞれ電源供給ワイヤ４４１の電気的接続を維持すると同時に機械的連結を保持する連結保持部（図示省略）と、制御部３０１から所定の制御信号を受けた際に、連結保持部により保持されている電気的接続及び機械的連結を、電源供給ワイヤ４４１を鋏（図示省略）で切断することにより解除する切断部（図示省略）とが内蔵されている。

ここで、電源供給ワイヤ４４１の電気的接続とは、電源供給ワイヤ４４１が切り替え回路３９５を介して電源供給ライン（図示省略）と電気的に接続されていることを意味している。また、電源供給ワイヤ４４１の機械的連結とは、電源供給ワイヤ４４１が、各ワイヤ切断装置３９０（３９０ａ〜３９０ｅ）の連結保持部（図示省略）に対して機械的に連結されていることを意味している。

例えば、天井部の中央に設けられた一対のワイヤ切断装置３９０ａ、３９０ａが制御部３０１から所定の制御信号を受けた際、切断部の鋏により一対の電源供給ワイヤ４４１が順次切断されて、収納部本体２２０の下面に設けられた開口部２１０から下方に向けて自重により落下する構成である。

以上においては、マルチロータヘリコプタ１００の基本的な構成および動作について図１〜６を参照しながら具体的に説明した。

つぎに、空気流調節部２０００の構成および動作について図７を主として参照しながら詳しく説明する。

ここに、図７は、本発明における実施の形態のマルチロータヘリコプタ１００の空気流調節部２０００近傍の模式的な斜視図である。

図７においては、理解をより容易にするために、空気流調節部２０００がその下部に内蔵されている制御ユニット部３００、およびバッテリユニット収納部２００が一点鎖線で仮想的に示されている（以下同様）。

なお、マルチロータヘリコプタ１００は、本発明の飛行体の一例である。

また、プロペラ１０２ａ〜１０２ｄは、本発明のプロペラの一例である。

また、バッテリセル４２０は本発明のバッテリの一例であり、バッテリユニット４００ａ〜４００ｅは本発明のバッテリユニットの一例であり、バッテリユニット収納部２００は本発明のバッテリユニット収納部の一例である。

また、空気流調節部２０００は本発明の空気流調節部の一例であり、遮蔽板２１００は本発明のプレートの一例であり、空気流流路開閉メカニズム２２００は本発明のプレート移動機構の一例である。

前述されたように、バッテリユニット収納部２００は、プロペラ１０２ａ〜１０２ｄを駆動するための６個のバッテリセル４２０を有するバッテリユニット４００ａ〜４００ｅを収納する収納部であり、プロペラ１０２ａ〜１０２ｄの下方に配置されている。

バッテリセル４２０は、本実施の形態においてはリチウムイオン二次電池で構成されているが、燃料電池で構成されていてもよい。

そして、空気流調節部２０００は、バッテリセル４２０の温度が所定温度Ｔ［℃］より高い場合には、駆動されるプロペラ１０２ａ〜１０２ｄからの空気流をバッテリユニット収納部２００へ流す調節部であり、プロペラ１０２ａ〜１０２ｄとバッテリユニット収納部２００との間に配置されている。

薬液タンク１０７、空気流調節部２０００、プロペラ１０２ａ〜１０２ｄおよびバッテリユニット収納部２００などを配置するレイアウトは、任意である。たとえば、空気流調節部２０００の上方に固定された約１０リットルの容量をもつ一つの薬液タンク１０７が利用されるのではなく、空気流調節部２０００の下方に固定された約５リットルの容量をもつ二つの薬液タンク１０７が利用されてもよい。

本実施の形態においては、１０ｋｇ程度の機体重量および１５ｋｇ程度のペイロードに対応した鉛直方向の浮遊推力および水平方向の運動推力を与えるプロペラ１０２ａ〜１０２ｄからのダウンバーストを後述の如き空気冷却に効率よく利用するために、バッテリユニット収納部２００がプロペラ１０２ａ〜１０２ｄの下方に配置されており、プロペラ１０２ａ〜１０２ｄとバッテリユニット収納部２００との間に位置し上面および下面が開放された制御ユニット部３００においては、制御部３０１などが制御ユニット部３００の上部に空気流を遮らないように右内壁を利用して取り付けられ、空気流調節部２０００が制御ユニット部３００の下部に内蔵されるレイアウトが採用されている（図２参照）。

すなわち、バッテリセル４２０を構成する電池の種類に応じたある程度の高い温度がバッテリセル４２０での発電にはしばしば適切または必要であるので、低温領域においては空気流を流すことによる空気冷却は不必要または不適切な処理である。

しかしながら、過度に高い温度はバッテリセル４２０での発電にはしばしば不適切であるので、高温領域においては空気流を流すことによる空気冷却は必要な処理である。

たとえば、バッテリセル４２０が燃料電池で構成されている場合においては、
（数１）
Ｔ＝１２０［℃］
である。

発熱をともなう燃料電池発電を継続的に行うためには、空気冷却は特に必要である。

空気流調節部２０００についてより具体的に説明すると、つぎの通りである。

空気流調節部２０００は、遮蔽板２１００と、空気流流路開閉メカニズム２２００と、を有する。遮蔽板２１００は、駆動されるプロペラ１０２ａ〜１０２ｄからバッテリユニット収納部２００への空気流を流すまたは遮るように、空気流の流路に配置された、移動可能なプレートである。空気流流路開閉メカニズム２２００は、バッテリセル４２０の温度が所定温度Ｔ［℃］より高い場合には、空気流を流すように、形状記憶合金を利用して遮蔽板２１００を移動させるプレート移動機構である。

本実施の形態においては、４枚の遮蔽板２１００が利用されるので、４個の空気流流路開閉メカニズム２２００が利用される。

そして、それぞれの遮蔽板２１００は、対応するそれぞれの空気流流路開閉メカニズム２２００によって、駆動されるプロペラ１０２ａ〜１０２ｄからバッテリユニット収納部２００への空気流を流すまたは遮るように移動される。

遮蔽板２１００がアルミニウムまたは樹脂などの軽量な素材を利用して設けられていることが、望ましい。

さて、空気流流路開閉メカニズム２２００は、遮蔽板移動メタル２２１０と、遮蔽板移動メタル固定ビーム２２２０と、を有する。

遮蔽板移動メタル固定ビーム２２２０は、制御ユニット部３００の内壁を利用して設けられた、長手方向がマルチロータヘリコプタ１００の前後方向である長板形状のビーム部材である。

遮蔽板移動メタル２２１０は、形状記憶合金を利用して設けられた、ヒンジの如き薄板形状のメタル部材である。

遮蔽板移動メタル２２１０の下半部分は遮蔽板移動メタル固定ビーム２２２０の左側面に固定されており、遮蔽板移動メタル２２１０の上半部分は遮蔽板２１００の下面に固定されている。

遮蔽板移動メタル２２１０を設けるために利用される形状記憶合金は、たとえば、チタンとニッケルとの合金であり、その変態点にほぼ一致する所定温度Ｔ［℃］より高い温度の高温領域において、遮蔽板移動メタル２２１０の上半部分が遮蔽板移動メタル２２１０の下半部分に折り重なるように曲げられた初期形状を回復する超弾性をもつ。

いうまでもなく、遮蔽板移動メタル２２１０は、マルチロータヘリコプタ１００の離陸前には、低温領域における形状記憶合金の十分な剛性を利用して、上半部分が下半部分に折り重ならないように曲げられる。

したがって、遮蔽板２１００は、つぎにより詳しく説明するように、バッテリセル４２０の温度が所定温度Ｔ［℃］より高い場合には、空気流を流すように移動させられる。

まず、図８に示されているように、マルチロータヘリコプタ１００の離陸直後においては、遮蔽板移動メタル２２１０は上半部分が下半部分に折り重ならないように曲げられており、遮蔽板２１００の主面がほぼ水平面内に含まれている。

ここに、図８は、本発明における実施の形態のマルチロータヘリコプタ１００の空気流調節部２０００近傍の、遮蔽板２１００が空気流を遮るように移動させられている場合における模式的な正面図である。

マルチロータヘリコプタ１００の離陸直後の時間帯においては、バッテリセル４２０での発電が開始されてからの経過時間がまだ大きくなく、バッテリセル４２０の温度、したがってバッテリセル４２０に近接する遮蔽板移動メタル２２１０の温度がそれほど高くない。

たとえば、バッテリセル４２０がリチウムイオン二次電池で構成されている場合においてはリチウムイオン電池発電にともなう発熱量はまだそれほど大きくなく、バッテリセル４２０が燃料電池で構成されている場合においては燃料電池発電に必要な昇温がしばしば行われている。

形状記憶合金は低温領域において十分な剛性をもつので、遮蔽板２１００の主面がほぼ水平面内に含まれる状態が安定的に実現される。そして、遮蔽板２１００が前述の如く空気流を遮るように移動させられる、低温領域に適合した処理が、実行される。

ついで、図９に示されているように、マルチロータヘリコプタ１００の巡航中においては、遮蔽板移動メタル２２１０は上半部分が下半部分に折り重なるように曲げられており、遮蔽板２１００の主面がほぼ鉛直面内に含まれている。

ここに、図９は、本発明における実施の形態のマルチロータヘリコプタ１００の空気流調節部２０００近傍の、遮蔽板２１００が空気流を流すように移動させられている場合における模式的な正面図である。

マルチロータヘリコプタ１００の巡航中の時間帯においては、バッテリセル４２０での発電が開始されてからの経過時間がある程度は大きくなっており、バッテリセル４２０の温度、したがってバッテリセル４２０に近接する遮蔽板移動メタル２２１０の温度がかなり高くなっている。

たとえば、バッテリセル４２０がリチウムイオン二次電池で構成されている場合においてはリチウムイオン電池発電にともなう発熱量はある程度は大きくなっており、バッテリセル４２０が燃料電池で構成されている場合においては発熱をともなう燃料電池発電が継続的に行われている。

形状記憶合金は高温領域において初期形状を回復する超弾性をもち、上方からの空気流は遮蔽板２１００を下方に押し下げるので、遮蔽板２１００の主面がほぼ鉛直面内に含まれる状態が安定的に実現される。そして、遮蔽板２１００が前述の如く空気流を流すように移動させられる、高温領域に適合した処理が、実行される。

ところで、マルチロータヘリコプタ１００の巡航時間は、高々１時間程度である。

したがって、バッテリセル４２０の温度が離陸から巡航への移行の後に所定温度Ｔ［℃］より高くなって、空気流を流すことによる空気冷却が行われているにもかかわらず、バッテリセル４２０の温度が巡航中において再び所定温度Ｔ［℃］以下になる可能性は高くない。

しかしながら、つぎにより詳しく説明するように、バッテリセル４２０の温度が巡航中において再び所定温度Ｔ［℃］以下になる可能性を考慮して、一旦は空気流を流すように移動させられた遮蔽板２１００が再び空気流を遮るように移動させられてもよい。

たとえば、図１０に示されているような構成が、利用されてもよい。

ここに、図１０は、本発明における別の実施の形態のマルチロータヘリコプタ１００の空気流調節部２０００近傍の、遮蔽板２１００が空気流を遮るように移動させられている場合における模式的な正面図である。

同構成においては、遮蔽板引き上げバイアスばね２２２１が、設けられている。

遮蔽板引き上げバイアスばね２２２１の上端部分は遮蔽板移動メタル固定ビーム２２２０の左側面に固定されており、遮蔽板引き上げバイアスばね２２２１の下端部分は遮蔽板２１００の上面に固定されており、遮蔽板２１００が空気流を遮るように移動させられている場合における遮蔽板引き上げバイアスばね２２２１の長さは自然長である。

したがって、遮蔽板２１００は、形状記憶合金が高温領域において初期形状を回復する超弾性をもつので、バッテリセル４２０の温度が所定温度Ｔ［℃］より高い場合には、空気流を流すように下方へ移動させられる。

そして、バッテリセル４２０の温度が所定温度Ｔ［℃］以下になると、遮蔽板引き上げバイアスばね２２２１の長さを自然長にする付勢力が作用するので、空気流を流すように下方へ移動させられた遮蔽板２１００が空気流を遮るように上方へ移動させられる。

あるいは、図１１に示されているような構成が、利用されてもよい。

ここに、図１１は、本発明におけるまた別の実施の形態のマルチロータヘリコプタ１００の空気流調節部２０００近傍の、遮蔽板２１００が空気流を遮るように移動させられている場合における模式的な正面図である。

同構成においては、遮蔽板移動メタル２２１０を設けるために利用される形状記憶合金が、その変態点にほぼ一致する所定温度Ｔ［℃］より高い温度の高温領域において、遮蔽板移動メタル２２１０がほぼ平坦である初期形状を回復する超弾性をもつ。

遮蔽板移動メタル２２１０の下半部分は遮蔽板移動メタル固定ビーム２２２０の左側面に固定されており、遮蔽板移動メタル２２１０の上半部分は遮蔽板２１００の上面に固定されている。

したがって、図１２に示されているように、遮蔽板２１００は、形状記憶合金が高温領域において初期形状を回復する超弾性をもつので、バッテリセル４２０の温度が所定温度Ｔ［℃］より高い場合には、空気流を流すように上方へ移動させられる。

ここに、図１２は、本発明におけるまた別の実施の形態のマルチロータヘリコプタ１００の空気流調節部２０００近傍の、遮蔽板２１００が空気流を流すように移動させられている場合における模式的な正面図である。

そして、バッテリセル４２０の温度が所定温度Ｔ［℃］以下になると、遮蔽板２１００の自重にともなう重力が作用するので、空気流を流すように上方へ移動させられた遮蔽板２１００が空気流を遮るように下方へ移動させられる（図１１参照）。

かくして、高温領域において初期形状を回復する超弾性をもった形状記憶合金が利用されるので、遮蔽板２１００は、電気的な駆動源などを必要とする制御系および動力系に依存しない、軽量、簡素および廉価な機構により鉛直方向において移動させられる。

なお、高温領域において初期形状を回復する超弾性をもった形状記憶合金が利用されるのではなく、低温領域において初期形状を回復する弾性をもった素材が利用されてもよい。何れにせよ、高温領域から低温領域への移行にともなって変態が発生する温度は、低温領域から高温領域への移行にともなって変態が発生する温度と厳密に一致しないことがあるが、バッテリセル４２０の温度に応じた可逆的な変態を利用して遮蔽板２１００を鉛直方向において移動させることができる。たとえば、形状記憶合金が利用されるのではなく、相異なる熱膨張率をもつ２枚の金属板が貼り合わせられたバイメタルなどが利用されてもよいことは、いうまでもない。

また、遮蔽板２１００は、鉛直方向において移動させられるのではなく、水平方向において移動させられてもよい。

また、バッテリユニット収納部２００は、複数のバッテリユニット４００ａ〜４００ｅを収納するのではなく、単数のバッテリユニットを収納してもよい。

そして、前述されたように、バッテリユニット収納部２００が複数のバッテリユニット４００ａ〜４００ｅを収納するとき、所定の条件が満たされる場合には複数のバッテリユニット４００ａ〜４００ｅの一部は飛行中に落下されてもよい。

たとえば、バッテリセル４２０が燃料電池で構成されている場合においては、飛行継続時間が機体の軽量化にともなってより大きくなるように、使用済みの固体高分子型燃料電池の水素貯蔵合金カートリッジがマルチロータヘリコプタ１００の機体重心位置への悪影響が発生しない範囲で落下されてもよい。

また、バッテリユニット４００ａ〜４００ｅは、複数のバッテリセル４２０を有するのではなく、単数のバッテリセル４２０を有してもよい。

そして、バッテリユニット４００ａ〜４００ｅが複数のバッテリセル４２０を有するとき、複数のバッテリセル４２０は並列接続されており、複数のバッテリセル４２０のそれぞれの正極側には電流の逆流を抑制するダイオードが接続されていてもよい。

たとえば、図１３に示されているように、バッテリユニット４００ａが２個のバッテリセル４２０を有するとき、２個のバッテリセル４２０は並列接続されており、２個のバッテリセル４２０のそれぞれの正極側には電流の逆流を抑制するダイオードＤが接続されていてもよい。

ここに、図１３は、本発明におけるさらにまた別の実施の形態のマルチロータヘリコプタ１００のバッテリユニット４００ａの模式的な回路図である。

なお、ダイオードＤは、本発明のダイオードの一例である。

ダイオードＤについてより具体的に説明すると、つぎの通りである。

マルチロータヘリコプタ１００に搭載されるバッテリセルに関しては、必要な瞬時の最大電流値に対応した単数のバッテリセルがしばしば利用される。

電池性能を表現するための電流値１Ｃ（Ｃａｐａｃｉｔｙ）は、公称容量値Ｗ［ｍＡｈ］のバッテリセルにおける１［ｈ］の定電流放電が行われるときの電流値として
（数２）
１Ｃ＝Ｗ［ｍＡ］
によって定義される。

そこで、たとえば、１Ｃ＝４２００［ｍＡ］であるとき、６０Ｃ程度の電流値が瞬時の最大電流値として要求され、３０Ｃ程度の電流値が定格の最大電流値として要求されるのであれば、６０Ｃ程度の瞬時の最大電流値に対応した単数のバッテリセルをリチウムイオン二次電池で構成する実施例が考えられる。

しかしながら、このような６０Ｃ程度の瞬時の最大電流値に対応した単数のバッテリセルを構成するリチウムイオン二次電池においては、電極板が厚くなりがちであるので、抵抗がしばしば大きくなり、重量増加および価格上昇が懸念される。

そこで、単数のバッテリセルを全体電池として利用するのではなく、複数のバッテリセルを複合電池として利用することが、望ましい。

より具体的には、たとえば、バッテリユニット４００ａが有する２個のバッテリセル４２０の内の第一のバッテリセル４２０を６０Ｃ程度の瞬時の最大電流値に対応したリチウムイオン二次電池で構成し、第二のバッテリセル４２０を３０Ｃ程度の定格の最大電流値に対応した燃料電池で構成することが、望ましい。

このとき、マルチロータヘリコプタ１００の離陸直後の時間帯においてはリチウムイオン二次電池で構成されたバッテリセル４２０が６０Ｃ程度の瞬時の最大電流値に対応するために利用され、マルチロータヘリコプタ１００の巡航中の時間帯においては燃料電池で構成されたバッテリセル４２０が３０Ｃ程度の定格の最大電流値に対応するために利用される。

もちろん、たとえば、切り替え回路３９５（図６参照）が、第一および第二のバッテリセル４２０の内の利用されるべきバッテリセルの切り替えに利用されてもよい。

しかしながら、第一および第二のバッテリセル４２０の抵抗がほぼ同じであっても、第一のバッテリセル４２０の放電が行われているときには第二のバッテリセル４２０の充電が行われやすく、第二のバッテリセル４２０の放電が行われているときには第一のバッテリセル４２０の充電が行われやすい。

充電が行われるとエネルギーロスは小さくなるが、たとえば、一方のバッテリセル４２０の放電が頻繁に行われると、他方のバッテリセル４２０の放電がこれにともなって頻繁に行われやすいので、他方のバッテリセル４２０の劣化が惹起される恐れがある。

したがって、前述されたように、並列接続されている２個のバッテリセル４２０のそれぞれの正極側には電流の逆流を抑制するダイオードＤが接続されていることが、望ましい。

ダイオード挿入にともなう価格上昇が懸念される場合には、並列接続されている２個のバッテリセル４２０の内の何れか一方の正極側にのみ電流の逆流を抑制するダイオードＤが接続されていてもよい。

本発明における飛行体は、機体に搭載される電池の特性をより発揮させることが可能であり、マルチロータヘリコプタなどの飛行体に利用する目的に有用である。

１０２ａ〜１０２ｄプロペラ
２００バッテリユニット収納部
３００制御ユニット部
４００ａ〜４００ｅバッテリユニット
４２０バッテリセル
２０００空気流調節部
２１００遮蔽板
２２００空気流流路開閉メカニズム
２２１０遮蔽板移動メタル
２２２０遮蔽板移動メタル固定ビーム
２２２１遮蔽板引き上げバイアスばね

第１の本発明は、プロペラと、
前記プロペラを駆動するためのバッテリ又は燃料電池を有するユニットを収納する、前記プロペラの下方に配置されたユニット収納部と、
前記バッテリ又は前記燃料電池の温度が所定温度より高い場合には、駆動される前記プロペラからの空気流を前記ユニット収納部へ流す、前記プロペラと前記ユニット収納部との間に配置された空気流調節部と、
を備え、
前記空気流調節部は、
駆動される前記プロペラから前記ユニット収納部への空気流を流すまたは遮るように、前記空気流の流路に配置された、移動可能なプレートと、
前記バッテリ又は前記燃料電池の温度が前記所定温度より高い場合には、前記空気流を流すように、形状記憶合金を利用して前記プレートを移動させるプレート移動機構と、
を有することを特徴とする飛行体である。

第２の本発明は、前記ユニット収納部は、複数の前記ユニットを収納し、
所定の条件が満たされる場合には、複数の前記ユニットの一部は飛行中に落下されることを特徴とする、第１の本発明の飛行体である。

第１の本発明に関連する発明は、プロペラと、
前記プロペラを駆動するための複数のバッテリを有するバッテリユニットを収納するバッテリユニット収納部と、
を備え、
前記複数のバッテリは、並列接続されており、
前記複数のバッテリのそれぞれの正極側には、電流の逆流を抑制するダイオードが接続されていることを特徴とする飛行体である。

また、バッテリセル４２０は本発明のバッテリ又は燃料電池の一例であり、バッテリユニット４００ａ〜４００ｅは本発明のユニットの一例であり、バッテリユニット収納部２００は本発明のユニット収納部の一例である。

なお、ダイオードＤは、本発明に関連する発明のダイオードの一例である。

Claims

プロペラと、
前記プロペラを駆動するためのバッテリを有するバッテリユニットを収納する、前記プロペラの下方に配置されたバッテリユニット収納部と、
前記バッテリの温度が所定温度より高い場合には、駆動される前記プロペラからの空気流を前記バッテリユニット収納部へ流す、前記プロペラと前記バッテリユニット収納部との間に配置された空気流調節部と、
を備えることを特徴とする飛行体。
前記空気流調節部は、
駆動される前記プロペラから前記バッテリユニット収納部への空気流を流すまたは遮るように、前記空気流の流路に配置された、移動可能なプレートと、
前記バッテリの温度が前記所定温度より高い場合には、前記空気流を流すように、形状記憶合金を利用して前記プレートを移動させるプレート移動機構と、
を有することを特徴とする、請求項１に記載の飛行体。
前記バッテリユニット収納部は、複数の前記バッテリユニットを収納し、
所定の条件が満たされる場合には、複数の前記バッテリユニットの一部は飛行中に落下されることを特徴とする、請求項１に記載の飛行体。
プロペラと、
前記プロペラを駆動するための複数のバッテリを有するバッテリユニットを収納するバッテリユニット収納部と、
を備え、
前記複数のバッテリは、並列接続されており、
前記複数のバッテリのそれぞれの正極側には、電流の逆流を抑制するダイオードが接続されていることを特徴とする飛行体。