JP2017128258A

JP2017128258A - ローターおよびマルチコプター

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Publication number: JP2017128258A
Application number: JP2016009669A
Authority: JP
Inventors: 康利松田; Yasutoshi Matsuda
Original assignee: Matsuda Yasutoshi Jimusho Kk
Current assignee: Matsuda Yasutoshi Jimusho Kk
Priority date: 2016-01-21
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2017-07-27
Anticipated expiration: 2036-01-21
Also published as: JP6472761B2

Abstract

【課題】ブレードと障害物とが接触したときに、マルチコプターの飛行の安定性を保ち、かつ障害物の損傷の程度を小さくする。【解決手段】ローター２００は、図示しないシャフトと、ハブ２１０と、３枚のブレード（羽根）２２０とを備える。ハブ２１０は、シャフトの先端に位置し、シャフトとともに回転する。各ブレード２２０は、一端がハブ２１０に取り付けられており、ハブ２１０から放射状に延びる。各ブレード２２０は、衝撃が加わると、一端の近傍を中心として所定の角度（例えば、９０度）まで回転することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、ローターおよびマルチコプターに関する。

特許文献１は、機体の外周に放射状に配設された複数のアームの長手方向の途中にそれぞれローターが取り付けられたマルチコプターを開示する。各アームは各ローターのブレード（羽根）の先端外周位置を超えて延設された延設部を有する。このマルチコプターでは、アームの先端が回転するブレードよりも突出しており、アームの延設部より先にブレードが木の枝、送電線、建物等の障害物に接触することがない。このため、このマルチコプターは、耐久性、取扱い性、安全性に優れる。
このマルチコプターは、隣接するアーム同士を連結するフレームを各アームの先端に配設することにより、更に耐久性、取扱い性、安全性が向上する。

特開２０１１−４６３５５号公報

しかし、特許文献１に記載のマルチコプターでは、アームの先端の内側やフレームの内側に障害物が入り込み、ブレードと接触する可能性を排除できない。特に、離着陸するときや低空を低速で飛行しているときには、人が近づいて手や指でブレードに触れるおそれがある。
回転しているブレードと障害物とが接触すると、ローターに突然衝撃が加わるため、マルチコプターの飛行の安定性が損なわれ、最悪の場合墜落する可能性がある。更に、障害物が大きく損傷するおそれがある。例えば、回転しているブレードに人の手や指が触れた場合には大怪我をするおそれがある。

本発明の目的は、ブレードと障害物とが接触したときに、飛行の安定性を保ち、かつ障害物の損傷の程度を小さくすることができるローターおよびマルチコプターを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明のローターは、
シャフトと、
前記シャフトの先端に位置し、前記シャフトとともに回転するハブと、
一端が前記ハブに取り付けられており、前記ハブから放射状に延び、衝撃が加わると、当該一端の近傍を中心として所定の角度まで回転することができる複数のブレードと、
を備えることを特徴とする。

好ましくは、本発明のローターは、
円柱状の貫通部を有する留め具と、
前記ハブが、ハブ本体と、当該ハブ本体から放射状に突き出しており、前記留め具の貫通部が貫通する孔を有する複数の挿入部とを有し、
前記各ブレードが、前記ハブの挿入部が挿入されて嵌合される嵌合部であって前記留め具の貫通部が貫通する孔を有する嵌合部を前記一端に有し、
前記各ブレードに衝撃が加わるとき、当該各ブレードが前記留め具の貫通部が貫通している孔を中心として回転することができるように前記ハブに固定される、
ことを特徴とする。

好ましくは、本発明のローターは、
円柱状の貫通部を有する留め具と、
前記ハブが、ハブ本体と、当該ハブ本体から放射状に突き出しており、前記留め具の貫通部が貫通する孔を有する複数の挿入部とを有し、
前記各ブレードが、前記ハブの挿入部が挿入されて嵌合される嵌合部であって前記留め具の貫通部が貫通する孔を有する嵌合部を前記一端に有し、当該留め具の貫通部が貫通している孔を中心として回転することができる、
ことを特徴とする。

好ましくは、本発明のローターは、
前記ブレードに加わる衝撃を検出するセンサと、
前記シャフトを回転駆動し、前記センサが衝撃を検出するとき、前記シャフトの回転駆動を中止する回転駆動部と、
を備えることを特徴とする。

また、本発明のマルチコプターは、
上述したローターを複数備えることを特徴とする。

本発明によれば、ブレードと障害物とが接触したときに、マルチコプターの飛行の安定性を保ち、かつ障害物の損傷の程度を小さくすることができる。

マルチコプターの一例の上面図である。正常に回転しているローターにおけるハブとブレードの配置の一例を示す上面図である。ブレードの１つに指が接触したときのハブとブレードの配置の一例を示す上面図である。ハブの一例を示す図である。図４（Ａ）は、ハブの一例の上面図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。ブレードの一例を示す図である。図５（Ａ）は、ブレードの一例の上面図である。図５（Ｂ）は、ブレードの一例の正面図である。留め具の一例の斜視図である。図６（Ａ）は、留め具の一例の雌側を示す。図６（Ｂ）は、留め具の一例の雄側を示す。図６の留め具の一例の断面図である。図７（Ａ）は、図６（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。図７（Ｂ）は、図６（Ｂ）のＣ−Ｃ線断面図である。

以下、本発明の実施形態に係るローターおよびマルチコプターについて図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施形態を説明する全図において、共通の構成要素には同一の符号を付し、繰り返しの説明を省略する。

図１は、マルチコプター１００の一例の上面図である。
マルチコプター１００は、本体１１０と、制御部１１１と、８本のアーム１２０と、８個のローター２００とを有する。
本体１１０は、例えば半球状や円柱状であり、制御部１１１やバッテリー等を内蔵する。８本のアームは本体１１０の外周から半径方向に放射状に配置されている。８個のローター２００は、例えば、８本のアームの先端に取り付けられている。制御部１１１は、８個のローター２００を含め、マルチコプター１００全体を制御する。

図２は、正常に動作しているローター２００におけるハブ２１０とブレード２２０の配置の一例を示す。また、図３は、ブレード２２０の１枚に指２４０が接触したときのハブ２１０とブレード２２０の配置の一例を示す。
本発明の実施形態に係るローター２００は、図示しない回転駆動部と、図示しないシャフトと、図示しないセンサと、ハブ２１０と、３枚のブレード２２０と、留め具２３０とを有する。
回転駆動部は、例えば電動モーターを内蔵しており、シャフトを回転させる。ハブ２１０は、シャフトの先端に固定されているか、またはシャフトと一体として形成されており、シャフトとともに回転する。ブレード２２０の一端はハブ２１０の側面に取り付けられている。ハブ２１０とブレード２２０が離れることを防ぐために留め具２３０がブレード２２０の一端の近傍に配設されている。ブレード２２０は、衝撃が加わると、留め具２３０（すなわち、ブレード２２０の一端の近傍）を中心として所定の角度（例えば９０度）まで回転することができる。

ローター２００が正常に動作しているとき、図２に示すように、３つのブレード２２０は、それぞれハブ２１０の側面から放射状に延びる。一方、ブレード２２０に障害物が接触すると、ブレード２２０にシャフトの回転方向と反対向きに急激に衝撃力が加わる。このとき、ブレード２２０は留め具２３０の周りをそれまでのシャフトの回転方向と反対向きに回転する。
センサは、例えば、シャフトの回転速度の急激な低下を検知したり、電動モーターに流れる電流の急激な増加を検知したりすることによって、ブレード２２０に加わる衝撃を検出する。センサが衝撃を検出すると、回転駆動部はシャフトの回転駆動を中止する。なお、このとき同時に、回転駆動部はシャフトを切り離す構成としてもよい。
例えば、ブレード２２０の１枚に指２４０が接触してそのブレード２２０が指２４０に押され、衝撃が加わると、シャフト（すなわち、そのシャフトを有するローター）は回転駆動されなくなる。同時に、そのブレード２２０は留め具２３０を中心として回転する。これにより、衝撃による力は緩和され、マルチコプター１００の飛行姿勢の乱れが減少するとともに、指の怪我の程度を小さくすることができる。このとき、制御部１１１は、回転駆動されていないローターを除く他の７個のローター２００の回転を制御してマルチコプター１００の飛行姿勢を安定させる。

図４は、ハブ２１０の一例を示す。また、図５は、ブレード２２０の一例を示す。
ハブ２１０は、ハブ本体２１１と、３つの挿入部２１２とで構成される。ハブ本体２１１は、例えば円筒状や角柱状であり、その底面はシャフトの先端に固定されている。挿入部２１２は、ハブ本体２１１の側面から放射状に突き出す。挿入部２１２には、留め具２３０によって貫通される円形の孔２１３が垂直方向に開いている。
ブレード２２０は、ハブ２１０の挿入部２１２が挿入される嵌合部２２１を一端に有する。ブレード２２０の嵌合部２２１の上側部分と下側部分には、それぞれ留め具２３０によって貫通される円形の孔２２２Ａと孔２２２Ｂとが垂直方向に開いている。
挿入部２１２の表面２１２Ａと嵌合部２２１の上面２２１Ａ、および裏面２１２Ｂと下面２２１Ｂはそれぞれぴったりと重なり合う形状である。例えば、図４（Ｂ）に示すように挿入部２１２の表面１２１Ａは波状に凸凹しており、裏面２１２Ｂは滑らかな曲面をなしている。また、図５（Ｂ）に示すように、嵌合部２２１の上面２２１Ａも波状に凸凹しており、下面２２１Ｂも滑らかな曲面をなしている。表面１２１Ａと上面２２１Ａの波部分の形状が大きいとき、ブレード２２０はハブ本体２１１から外れにくくなり、一方、波部分の形状が小さいとき、ブレード２２０はハブ本体２１１から外れやすくなる。なお、凸凹の形状は、挿入部２１２の表面２１２Ａと嵌合部２２１の上面２２１Ａ、および裏面２１２Ｂと下面２２１Ｂがそれぞれぴったりと重なり合う形状であれば、波状に限らない。

図６と図７は、留め具２３０の一例を示す。留め具２３０は、例えば雌部２３０Ａと雄部２３０Ｂで構成される。雌部２３０は貫通部２３１Ａを有する。ブレード２２０をハブ２１０に取り付けるとき、まず、挿入部２１２が嵌合部２２１に嵌め込まれる。次に、孔２２２Ａと孔２１３と孔２２２Ｂに留め具２３０の貫通部２３１Ａが挿入される。そして、雌部２３０Ａの貫通部２３１Ａの孔２３２に雄部２３０Ｂの突起部２３１Ｂが挿入される。これにより、ブレード２２０は、衝撃が加わったとき孔２２２Ａと孔２２２Ｂを中心として回転できるようにハブ本体２１１に固定される。

ハブ２１０とブレード２２０の素材として、硬度、強度、熱膨張性等の点から、例えば、液晶ポリマー（液晶ポリエステル、ＬＣＰ）を用いることが適切である。ただし、ハブ２１０とブレード２２０の素材として他のものを用いてもよい。
また、例えば、ハブ２１０の挿入部２１２の中に電磁石を配設するとともに、ブレード２２０の嵌合部２２１の上側部分および／または下側部分を鉄のような磁性体で構成したり、嵌合部２２１の上面２２１Ａおよび／または下面２２１Ｂに鉄のような磁性体でできた薄板を張り付けたりしてもよい。この構成の場合、回転駆動部は、シャフトを回転駆動しているとき（ローター２００が回転しているとき）電磁石に通電して挿入部２１２に嵌合部２２１の上側部分および／または下側部分を引き付けて固定する。一方、回転駆動部は、シャフトを回転駆動しないとき、電磁石の電流を止めてハブ２１０の挿入部２１２とブレード２２０の嵌合部２２１とが外れやすくする。

なお、上述した実施形態ではマルチコプター１００は８個のローター２００を有するとしたが、これに限らず、マルチコプターは２個以上のローターを有していればよい。
また、上述した実施形態ではマルチコプター１００の例を示したが、これに限らず、例えば、特許文献１に記載のマルチコプターを本発明を適用することができる。すなわち、例えば、マルチコプターは、機体の外周に放射状に配設された複数のアームの長手方向の途中にそれぞれローターが取り付けられており、各アームが各ローターのブレードの先端外周位置を超えて延設された延設部を有するものであってもよい。更に、マルチコプターは、隣接するアーム同士を連結するフレームが各アームの先端に配設されていてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、ブレードと障害物とが接触したときに、マルチコプターの飛行の安定性を保ち、かつ障害物の損傷の程度を小さくすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、設計上の都合やその他の要因によって必要となる様々な修正や組み合わせは、請求項に記載されている発明や発明の実施形態に記載されている具体例に対応する発明の範囲に含まれる。

１００…マルチコプター、１１０…本体、１１１…制御部、１２０…アーム、２００…ローター、２１０…ハブ、２１１…ハブ本体、２１２…挿入部、２１２Ａ…挿入部の表面、２１２Ｂ…挿入部の裏面、２１３…孔、２２０…ブレード、２２１…嵌合部、２２１Ａ…上面、２２１Ｂ…下面、２２２Ａ…孔、２２２Ｂ…孔、２３０…留め具、２３０Ａ…留め具の雌部、２３０Ｂ…留め具の雄部、２３１Ａ…雌部の貫通部、２３１Ｂ…雄部の突起部、２３２…雌部底部の孔

Claims

シャフトと、
前記シャフトの先端に位置し、前記シャフトとともに回転するハブと、
一端が前記ハブに取り付けられており、前記ハブから放射状に延び、衝撃が加わると、当該一端の近傍を中心として所定の角度まで回転することができる複数のブレードと、
を備えることを特徴とするローター。
円柱状の貫通部を有する留め具と、
前記ハブが、ハブ本体と、当該ハブ本体から放射状に突き出しており、前記留め具の貫通部が貫通する孔を有する複数の挿入部とを有し、
前記各ブレードが、前記ハブの挿入部が挿入されて嵌合される嵌合部であって前記留め具の貫通部が貫通する孔を有する嵌合部を前記一端に有し、
前記各ブレードに衝撃が加わるとき、当該各ブレードが前記留め具の貫通部が貫通している孔を中心として回転することができるように前記ハブに固定される、
ことを特徴とする請求項１に記載のローター。
前記ブレードに加わる衝撃を検出するセンサと、
前記シャフトを回転駆動し、前記センサが衝撃を検出するとき、前記シャフトの回転駆動を中止する回転駆動部と、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のローター。
請求項３に記載のローターを複数備えることを特徴とするマルチコプター。