JP2016175489A

JP2016175489A - 飛行装置

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Publication number: JP2016175489A
Application number: JP2015056283A
Authority: JP
Inventors: 明古関; Akira Koseki; 田中　義久; Yoshihisa Tanaka; 義久田中; 稲垣　浩; Hiroshi Inagaki; 浩稲垣; 慶次木塚; Keiji Kizuka; 一眞西村; Kazuma Nishimura
Original assignee: Secom Co Ltd
Current assignee: Secom Co Ltd
Priority date: 2015-03-19
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2016-10-06
Anticipated expiration: 2035-03-19
Also published as: JP6469488B2

Abstract

【課題】飛行装置の本体内にある部品が発生する熱を冷却装置を設けずに冷却する。
【解決手段】飛行装置１は、部品６を内蔵する本体５と、本体の周囲に保持部８で配置した複数の回転翼を有する。本体には、回転翼により発生する気流の風上側に第１の通風部１１を設け、風下側に第２の通風部１２を設け、本体に連通する風上側の保持部には第３の通風部１３を設けた。回転翼を回転させると、回転面ＰＲを境界面として風上側の気圧が風下側に比べて低くなり、揚力が発生して飛行できる。本体内の空気が第１の通風部から外部に吸い出され、外部の空気が第２の通風部から本体内に吸い込まれるので、本体内にある部品を空気の流れで効率的に冷却できる。
【選択図】図８

Description

本発明は、種々の用途で使用されている無人の飛行装置に係り、特に内蔵する電子機器等が発生する熱を格別の冷却装置を設けることなく放散し、冷却することができるようにした飛行装置に関するものである。

従来から、様々な用途で無人の飛行装置が使用されている。このような飛行装置では、搭載できる電源の容量に限りがあるため、飛行持続時間を長くすべく装置の小型化・軽量化が必要となる。しかし、かかる飛行装置は、飛行するだけでなく用途に応じてその他の所定の動作を実行する必要もあるため、その用途に必要な動作を可能にすることと、飛行持続時間を長くすることの両立を図る必要がある。

例えば、警備用途に使用される飛行装置として、下記特許文献１に記載のような撮影機能を備えた飛行装置に関する発明が開示されている。この発明の飛行装置は、センサによって検知した不審者を上空から撮影できる位置に飛行し、不審者を追跡しつつ撮影し、撮影した画像を外部の警備装置に送信することができる。

特開２０１４−１４６１４１号公報

特許文献１に記載されるような従来の飛行装置の発明では、必要な動作を実行すると、その動作を実行する内蔵の電子機器が熱を発生する。この熱が過度に発生すると、電子機器が破損したり電子機器の動作精度が落ちたりするため、電子機器からの熱を放散して電子機器を冷却する機能が必須となる。そのような機能を実現する手段としては、従来から知られている冷却ファンなどの冷却用機器を飛行装置に設けることが考えられる。しかしながら、冷却用機器を別途設けると飛行装置の大型化・重量化を招くため、飛行するための電力消費量が増大し、ひいては飛行持続時間が短くなるという事態に陥ってしまう。

本発明は、以上説明した従来の飛行装置における課題を解決するためになされたものであり、飛行装置において内蔵する部品等が発生する熱を格別の冷却装置を設けることなく確実に放散し、冷却できるようにすることを目的としている。

請求項１に記載された飛行装置は、
部品を内蔵する本体と、
前記本体の周囲に配置された複数の回転翼と、
前記回転翼の回転によって発生する気流の風上側又は前記回転翼の回転面近傍に配置されるとともに前記本体の内部と外部を連通するように前記本体に形成された第１の通風部と、
前記回転翼の回転によって発生する気流の風下側に配置されるとともに前記本体の内部と外部を連通するように前記本体に形成された第２の通風部と、
を備えたことを特徴としている。

請求項２に記載された飛行装置は、請求項１に記載の飛行装置において、
前記回転翼の回転面における前記本体の外形を前記回転翼の回転軌跡に沿った曲面とし、当該曲面に前記第１の通風部を形成したことを特徴としている。

請求項３に記載された飛行装置は、請求項２に記載の飛行装置において、
前記回転翼の回転方向に沿って前記第１の通風部を形成したことを特徴としている。

請求項４に記載された飛行装置は、請求項１乃至３の何れか一つに記載の飛行装置において、
前記風上側において前記回転翼を保持するとともに部品を内蔵した内部が前記本体の内部に連通する保持部を有し、
前記保持部は、前記回転面と対向する位置に前記保持部の内部と外部を連通する第３の通風部を備えたことを特徴としている。

請求項５に記載された飛行装置は、請求項１乃至４の何れか一つに記載の飛行装置において、
前記本体の内部において前記第２の通風部から前記第１の通風部に至る空気の流通経路に、前記部品が配置されていることを特徴としている。

請求項１に記載された飛行装置によれば、飛行するために回転翼を回転させると、回転翼の回転面を境界面として気流の風上側の気圧が気流の風下側の気圧に比べて低くなり、これによって揚力が発生し、本体が上昇し、飛行することができる。この時、回転翼が発生させる気流により生じる風上側の気圧の低下に伴い、本体の内部の空気が第１の通風部から外部に吸い出されるとともに、外部の空気が第２の通風部を介して本体の内部に吸い込まれる流れが形成される。これにより、飛行のために回転させる回転翼の回転動作を用いて、別途冷却機器を備える必要もなく、本体の内部にある電子部品等の部品を効率的に冷却することができる。

請求項２に記載された飛行装置によれば、回転翼と本体との隙間を微小にすることができるので、飛行するために回転翼を回転させると、本体の内部から第１の通風部を経て外部に向かう気流がより生じやすくなる。すなわち第１の通風部から本体の外に空気が吸い出されやすくなる。このため、本体の内部に空気の流れを確実に発生させることができ、本体の内部にある部品の冷却効果をさらに高めることができる。

請求項３に記載された飛行装置によれば、回転翼を回転させたときに本体の内部から第１の通風部を介して外部に向かう気流をより効率的に生じやすくする位置に第１の通風部を配置できる。

請求項４に記載された飛行装置によれば、飛行するために回転翼を回転させると、回転翼の回転面を境界面として気流の風上側の気圧が気流の風下側の気圧に比べて低くなり、これによって揚力が発生し、本体を飛行させることができる。この時、回転翼が発生させる気流によって生じる風上側の気圧の低下に伴い、本体に連通する保持部の内部の空気が第３の通風部から外部に吸い出されるとともに、外部の空気が第２の通風部を介して本体の内部に吸い込まれる流れが形成される。これにより、飛行のために回転させる回転翼の回転動作を用いて、別途冷却機器を備える必要もなく、本体の内部だけでなく、保持部の内部にある電子部品等の部品を効率的に冷却することができる。

請求項５に記載された飛行装置によれば、飛行するために回転翼を回転させると、外部から第２の通風部を経て本体の内部に流入した空気は、本体の内部で流通経路に沿って流れ、第１の通風部から本体の外部に流出する。ここで、本体内の流通経路には冷却すべき部品が配置されており、これら部品には流れる空気が当たって効率的な冷却が行われる。

実施形態の飛行装置の平面図である。実施形態の飛行装置を斜め上方から見た斜視図である。実施形態の飛行装置の正面図である。実施形態の飛行装置の右側面である。実施形態の飛行装置の背面図である。実施形態の飛行装置の底面図である。実施形態の飛行装置を斜め下方から見た斜視図である。実施形態の飛行装置の本体及び保持部の模式的な部分断面図である。

実施形態の飛行装置の構成について図１〜図８を参照して説明する。
図１〜図７に示すように、この飛行装置１は、概ね球状に突出した頂部２と、平坦な略星型の底部３と、頂部２と底部３をつなぐ凹面状の４つの側部４とによって概ね構成される本体５を有している。図８に示すように、この本体５の内部は空洞であり、この内部には、この飛行装置１を飛行させるとともに、特定の任務を遂行させるために必要な制御部などの部品６が収納されている。部品６には、作動時に熱を発生する電子機器や電池等の電子部品類の他、各種機構等の機械部品類等も含まれる。本体５の底部３には、４本の脚７が周方向に４５度間隔で取り付けられており、平坦な着陸面の上に本体５を水平に支持できるようになっている。

図１〜図７に示すように、本体５の球状の頂部２には、４本の保持部８が連結されている。図２〜図５に示すように、各保持部８は、本体５の頂部２の球状に合致した湾曲形状のアーム体であり、本体５の頂部２から下方に向けて延設されている。また、図１及び図６に示すように、各保持部８は、水平面内において４５度間隔で配置されている。また、図８に示すように、各保持部８の内部は空洞であり、本体５の内部に連通している。

図１〜図７に示すように、各保持部８の先端には、揚力を発生させる回転翼９が取り付けられている。各回転翼９は２枚で構成され、保持部８の先端に内蔵された図示しないモータに連結されている。図１及び図３〜図６に示すように、４つの回転翼９は、各回転軸が互いに平行であり、各回転翼９の回転面ＰＲは一致している。従って、飛行装置１が水平面上に着陸した状態において、各回転翼９の各回転面ＰＲは共通の水平面内にあり、当該水平面は本体５の略半分の高さの位置にある。また、図１、図２及び図６に示すように、各保持部８の先端には、４つの回転翼９を囲む保護部１０が連結されており、回転翼９をカバーし、回転翼９が周囲の物体等に接触する危険性を減少させている。

なお、この実施形態では、上述したように、４つの回転翼９は、各回転軸が互いに平行であり、各回転面ＰＲが同一平面内にあるように配置されていたが、回転翼９の配置をこれに限定するものではない。例えば、各回転軸を、その延長線が本体５の頂部２の上方の１点で交差するように中央方向に傾斜させ、各回転面ＰＲの下側が本体５側から外方に向くように傾斜した配置構成としてもよいし、各回転軸を、その延長線が本体５の底部３の下方の１点で交差するように中央方向に傾斜させ、各回転面ＰＲの下側が本体５側に向かって内方に向くように傾斜した配置構成としてもよい。

図８に示すように、保持部８の内部は空洞であり、この内部にも本体５と同様に必要な部品６等が収納されている。保持部８に収納された部品６としては、例えば作動時に熱を発生するＥＳＣ（electric speed controller ）等の電子機器が含まれる。このＥＳＣは、本体５の内部に収納された電池と、保持部８の先端に収納されたモータを接続する回路の中途に設けられ、制御部からの指示に基づいて電池からモータに与えられる電流を制御する装置であって、使用時には相応の発熱があるため冷却の必要性が高い部品であり、実施形態では、保持部８の中央部又はこれよりも本体５に近い側に配置されている。

図６に示すように、各回転翼９の回転面ＰＲにおける本体５の側部４の外形は、各回転翼９の回転軌跡Ｌに沿った凹状かつ円弧状の曲面とされている。そして、図２〜図５、図７及び図８に示すように、曲面とされた本体５の側部４には、回転面ＰＲよりも上方の位置に、回転面ＰＲと平行なスリット状の第１の通風部１１が形成されている。第１の通風部１１は貫通孔であり、本体５の内部と外部を連通している。ここで、回転面ＰＲよりも上方の位置とは、回転翼９の回転によって発生する気流の風上側であり、回転面ＰＲよりも下方の位置である気流の風下側に比べ、回転翼９の回転時には気圧が低くなる。

図６及び図７に示すように、本体５の底部３には、スリット状の第２の通風部１２が形成されている。第２の通風部１２も貫通孔であり、本体５の内部と外部を連通している。第２の通風部１２は、回転面ＰＲよりも下方の位置にあるが、この回転面ＰＲよりも下方の位置とは、回転翼９の回転によって発生する気流の風下側であり、回転面ＰＲよりも上方の位置である気流の風上側に比べ、回転翼９の回転時には気圧が高くなる。

図６〜図８に示すように、保持部８には、その中央部であって、回転翼９の回転面ＰＲと対向する側に、保持部８の内部と外部を通風する第３の通風部１３が形成されている。第３の通風部１３は貫通孔であり、保持部８及び本体５の内部と外部を連通している。第３の通風部１３は、回転翼９が先端の下側に取り付けられた保持部８の下面に設けられているので、回転翼９の回転面ＰＲよりも上方の位置にある。この第３の通風部１３の位置は、第１の通風部１１が設けられた位置と同様、回転翼９の回転によって発生する気流の風上側であり、回転面ＰＲよりも下方の位置である気流の風下側に比べ、回転翼９の回転時には気圧が低くなる。

なお、図３及び図７に示すように、本体５の正面側には、カメラ１４及び２個の照明装置１５が取り付けられている。また、図６及び図７に示すように、本体５の底部３には、充電用の外部接続端子１６が設けられており、着陸した場合に、地上の設備に設けられた充電用電極に接続できるようになっている。

実施形態の飛行装置１の作用について図８を中心に図１〜図７を参照しつつ説明する。
この飛行装置１において、回転翼９を回転させると、回転翼９の回転面ＰＲを境界面として気流の風上側の気圧が、気流の風下側の気圧に比べて低くなり、これによって揚力が発生するので、本体５を上昇させ、又は空中で停止させ、又は飛行させることができる。

この時、回転翼９が発生させる気流によって生じる風上側の気圧の低下に伴い、本体５の内部の空気が第１の通風部１１から外部に吸い出されるとともに、外部の空気が第２の通風部１２を介して本体５の内部に吸い込まれる流れが形成される。従って、本体５の内部では、第２の通風部１２から第１の通風部１１に至る空気の流通経路が形成され、その流通経路に沿って配置された部品６には空気の流れが当たり、これを冷却する。すなわち、部品６を冷却するための冷却機器を設けなくとも、飛行のために回転させる回転翼９の回転動作を用いて、本体５の内部に冷却空気の流れを作り、その流通経路中、又は経路近傍にある電子部品等の部品６を効率的に冷却することができる。

また、この飛行装置１によれば、前述した通り、本体５の外形は前記回転翼９の回転軌跡Ｌに沿った曲面になっている。すなわち、回転翼９の回転面ＰＲを仮想的な切断面とした場合、本体５の外形は前記回転翼９の回転軌跡Ｌに沿った形状、すなわち本体５の内方に凹となる円弧状となっている。このため、本体５の外形を平面等にした場合に比べて回転翼９の回転軌跡Ｌと本体５の隙間は微小であり、この隙間からは回転面ＰＲよりも下側（風下側）に一旦押し出された空気が戻りにくくなるため、回転面ＰＲよりも上側（風上側）において本体５の近傍で発生する負圧は本体５の前記曲面に配置された第１の通風部１１や保持部８に配置された第３の通風部１３から空気をより吸い出すように効果的に作用する。

さらに、当該曲面に形成した第１の通風部１１の形状は、回転翼９の回転方向に沿った横長のスリット形状となっている。すなわち、第１の通風部１１の形状を回転翼９の回転方向に沿わないように例えば縦長に配置された同等のスリット形状よりも、回転翼９を回転させたときに第１の通風部１１を介して本体５の内部から外部に向かう気流をより効率的に生じやすくする位置に第１の通風部１１を配置できる。従って、当該曲面に横長に形成された第１の通風部１１にはより強い負圧が作用し、第１の通風部１１から本体５の外には強い力で空気が吸い出される。換言すれば、本体５の内部から外部に向かう気流が生じやすくなる。このため、本体５の内部に空気の流れを確実に発生させることができ、本体５の内部にある部品６の冷却効果をさらに高めることができる。

また、回転翼９が発生させる気流によって、第２の通風部１２から第１の通風部１１に至る空気の流通経路が本体５の内部に形成されるとともに、本体５の第２の通風部１２から、本体５に連通する保持部８に形成された第３の通風部１３に至る空気の流通経路も形成される。このため、本体５の内部にある部品６だけでなく、保持部８の内部にある電子部品６等の部品６も効率的に冷却することができる。

なお、本体５及び保持部８の内部に配置する部品６は、互いに密集させずに適当な間隔をおき、かつその隙間が、第２の通風部１２から第１の通風部１１及び第３の通風部１３に至る経路を構成するように配置するものとしてもよい。このようにすれば、第２の通風部１２から本体５の内部に流入した空気が、これら部品６と部品６の間をに構成された多様に分岐した流通経路を流れ、結果としてより多くの部品６を効果的に冷却することができる。

以上、本発明に係る実施形態について説明をしたが、本発明は、上記の実施形態の他、種々の実施形態として実現可能である。
例えば、上述の実施形態では、回転翼９を４つ有する飛行装置、いわゆるクワッドコプター（quadcopter）を例に説明をしたが、本体５の周囲に回転翼９が３つ配置されるトライコプター（tricopter ）など、本体５の周囲に回転翼９を複数有する飛行装置、いわゆるマルチコプター（multicopter ）などに適用することが可能である。

また、上述の実施形態では、４つある回転翼９に対応する側部４の全てについて第１の通風部１１を設けたが、全ての側部４に設けなくてもよい。飛行装置１に必要な冷却効率を実験的に調べ、その必要となる効率に応じ、複数の側部４のうち、１〜３つのいずれかの側部４について第１の通風部１１を適宜設けることとしてもよい。また、第３の通風部１３についてもこれと同様で全ての保持部８に設けなくてもよい。

さらに、第１の通風部１１は回転翼９の回転面ＰＲよりも上側（風上側）であって本体５に設けられればよく、上述の実施形態の図３〜５で示した位置に限られるものではない。第１の通風部１１の位置は、例えば、図３〜５で示した位置よりも上方の側部４に設けてもよい。そして、第２の通風部１２についても、回転翼９の回転面ＰＲよりも下側（風下側）であって本体に設けられればよく、上述の実施形態の図６及び図７で示した位置に限られるものではない。例えば、図３〜５において回転面ＰＲよりも下側の本体５の側部４に設けてもよい。また、第１の通風部１１は、回転翼９の回転面ＰＲよりも上側（風上側）に設けるのが、内部から空気を吸い出す効果を効率的に得られるが、これに限られず、回転面ＰＲの下側（風下側）であっても、図８に示した回転翼９の回転面ＰＲ近傍に相当する側部４に第１の通風部１１を設けていれば、内部から外部に吸い出す効果を得ることができる。なお、この場合の第１の通風部１１を回転面ＰＲ近傍のどの位置に配置するかについては、回転翼９の回転面ＰＲの上側（風上側）から下側（風下側）に流れる空気流によって本体５の内部から外部へと空気が吸い出される効果を得られる位置であればよく、第１の通風部１１を回転翼９の回転面ＰＲ近傍のさまざまな位置に配置して吸い出しの効果を実験的に確認できる位置に設ければよい。

また、上述の実施形態では、第１の通風部１１及び第２の通風部１２を長丸状のスリット状、第３の通風部１３を略円形に配置された複数の丸孔とした形状とし、そして、図示したような大きさとしているが、これらの通風部の形状や大きさは、回転翼９の回転面ＰＲの上側（風上側）から下側（風下側）に流れる空気流による吸い込み又は吸い出しの効果を得られることを実験的に確認した形状や大きさとすればよい。例えば、形状については、第１の通風部１１は、第３の通風部１３のように略円形に配置された複数の丸孔としたり、回転翼９の回転方向に沿って第１の通風部１１を形成する場合には、回転翼９の回転方向に沿って複数の丸孔を直列となるように配置したりするようにしてもよい。また、第２の通風部１２も、第３の通風部１３のように略円形に配置された複数の丸孔などとしてもよい。さらに、第３の通風部１３は、第１の通風部１１や第２の通風部１２のようにスリット状としてもよい。

１…飛行装置
４…回転翼の回転軌跡に沿った曲面とされた側部
５…本体
６…部品
８…保持部
９…回転翼
１１…第１の通風部
１２…第２の通風部
１３…第３の通風部
ＰＲ…回転翼の回転面

Claims

部品を内蔵する本体と、
前記本体の周囲に配置された複数の回転翼と、
前記回転翼の回転によって発生する気流の風上側又は前記回転翼の回転面近傍に配置されるとともに前記本体の内部と外部を連通するように前記本体に形成された第１の通風部と、
前記回転翼の回転によって発生する気流の風下側に配置されるとともに前記本体の内部と外部を連通するように前記本体に形成された第２の通風部と、
を備えたことを特徴とする飛行装置。
前記回転翼の回転面における前記本体の外形を前記回転翼の回転軌跡に沿った曲面とし、当該曲面に前記第１の通風部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の飛行装置。
前記回転翼の回転方向に沿って前記第１の通風部を形成したことを特徴とする請求項２に記載の飛行装置。
前記風上側において前記回転翼を保持するとともに部品を内蔵した内部が前記本体の内部に連通する保持部を有し、
前記保持部は、前記回転面と対向する位置に前記保持部の内部と外部を連通する第３の通風部を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の飛行装置。
前記本体の内部において前記第２の通風部から前記第１の通風部に至る空気の流通経路に、前記部品が配置されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載の飛行装置。