JP2019172059A - マルチコプタ - Google Patents

Abstract

【課題】高応答な加減速が可能な、マルチコプタを提供する。【解決手段】マルチコプタ１０は、回転可能な回転部２６を有する電動モータ１８と、ロータブレード２０と、回転軸線Ｒ上に設けられかつロータブレード２０を回転部２６に取り付ける取付部Ａと、回転軸線Ｒから等距離の位置に設けられる複数の回転伝達部Ｔとを含む。回転伝達部Ｔは、ロータブレード２０に設けられる貫通孔２０ｂと、回転部２６に設けられかつ貫通孔２０ｂに係合可能なピン３８とを含み、回転軸線Ｒから離れた位置で回転部２６とロータブレード２０とを繋ぐ。貫通孔２０ｂとピン３８との間に、凹凸部４０ａ，４０ｂを有する弾性部材４０が介挿される。ロータブレード２０に被さるようにロータブレード２０と取付部Ａとの間に押さえ部材４２が設けられる。【選択図】図２

Description

この発明はマルチコプタに関し、より特定的には電動モータによって駆動されるマルチコプタに関する。

近年、マルチコプタにおいて機体本体の姿勢制御をより円滑に行うことが望まれている。そのためには各ロータの発生する推力を短時間で変える必要があり、この推力を変えるためにはロータの回転数を要求に合わせて加速側・減速側ともに早急に変化させる必要がある。

ここでマルチコプタに用いられる従来技術の一例として、特許文献１において、回転翼用電動モータが開示されている。この回転翼用電動モータは、回転翼のハブに形成された接続穴に駆動軸を挿入・接続して回転翼を回転駆動させる電動モータであって、駆動軸を接続穴に挿入した状態でモータ回転方向に回すことで先端側のねじ部がねじ穴部に螺入されながらテーパ部の外周面がテーパ穴部の内周面に密着して、回転翼と駆動軸とが互いの軸心を一致した状態で接続される。

特開２０１７―２８９２０号公報

このような特許文献１では、回転翼の回転が加速する時における駆動軸のトルク方向とねじが締まる方向とが同一であり、回転翼の回転が加速する時には特に問題は生じない。

しかしながら、回転翼の回転が減速する時には、回転翼に生じる慣性力に起因するトルクが緩みトルク以上になると、ねじ締結に緩みが生じて回転翼が電動モータから外れるおそれがあり、この問題はマルチコプタの急減速時に起こりやすい。したがって、マルチコプタの高応答な加減速は困難である。

それゆえにこの発明の主たる目的は、高応答な加減速が可能な、マルチコプタを提供することである。

上述の目的を達成するために、回転可能な回転部を有する駆動源と、ロータブレードと、相互の回転軸線が同一になるようにロータブレードを回転部に取り付ける取付部と、回転部の回転をロータブレードに伝達して回転部に同期してロータブレードを回転させるために回転軸線から離れた位置で回転部とロータブレードとを繋ぐ回転伝達部とを備える、マルチコプタが提供される。

この発明では、ロータブレードを駆動源の回転部に取り付ける取付部とは別に、回転伝達部が回転軸線から離れた位置に設けられる。ロータブレードの回転時において、回転伝達部は、回転部の回転をロータブレードに伝達し、回転部に同期してロータブレードを回転させるので、回転部に対して相対的にロータブレードが回転することはなく、取付部は影響を受けない。特に、ロータブレードの回転が急加速する時および急減速する時に、ロータブレードに生じる慣性力に起因してロータブレードと回転部との間にトルクが発生しても、当該トルクは回転伝達部によって吸収されるので、回転部に対してロータブレードが回転することはなく、取付部による取り付けを緩めるトルクは生じない。したがって、ロータブレードの回転数が急変動するマルチコプタの加速時および減速時のいずれにおいても、ロータブレードと駆動源の回転部とは取付部によって確実に接続され、両者の接続は緩まず、ロータブレードが駆動源の回転部から外れることを抑制でき、マルチコプタの高応答な加減速が可能となる。

好ましくは、回転伝達部は孔と孔に係合可能な突起部とを含み、孔および突起部はそれぞれ、ロータブレードおよび回転部のいずれか一方および他方に設けられる。この場合、ロータブレードおよび回転部のいずれか一方に孔を設け、他方に当該孔に係合可能な突起部を設けることによって、回転伝達部を簡単に構成できる。

また好ましくは、取付部は、回転軸線上に設けられる。この場合、回転伝達部を取付部から確実に離すことができ、回転伝達部および取付部を別部材として簡単に構成できる。

さらに好ましくは、ロータブレードに被さるようにロータブレードと取付部との間に設けられる押さえ部材をさらに備える。この場合、押さえ部材によってロータブレードを駆動源の回転部に安定して取り付けることができる。

好ましくは、孔は、貫通孔であり、押さえ部材は、凹部を有し、突起部は、貫通孔に挿通されかつ凹部に嵌入される。この場合、突起部が貫通孔に挿通されかつ押さえ部材の凹部に嵌入されることによって、突起部および押さえ部材を安定して配置することができる。

また好ましくは、孔と突起部との間に介挿される断面環状の弾性部材をさらに備える。この場合、弾性部材によって、急激な回転数変動時の高いトルクを緩和でき、駆動源の破損を抑制できる。

さらに好ましくは、弾性部材は、孔および／または突起部に接触する部分に凹凸部を有する。この場合、孔および／または突起部に接触する凹凸部によって、摩擦力を大きくでき、弾性部材を安定して配置することができる。

好ましくは、複数の回転伝達部が、回転軸線から等距離の位置に設けられる。この場合、複数の回転伝達部を設けることによって、駆動源の回転部の回転をロータブレードに円滑に伝達できる。

また好ましくは、複数の回転伝達部が、回転軸線から等距離の位置に設けられ、複数の回転伝達部毎に取付部が設けられ、各回転伝達部において孔は貫通孔であり、各取付部は、突起部の端部に一体的に形成される第１ねじ部と、第１ねじ部に螺合される第２ねじ部とを含み、第１ねじ部は、突起部が貫通孔に挿入されたときに貫通孔からはみ出す。この場合、突起部が回転伝達部の構成要素となり、突起部の端部に一体的に形成される第１ねじ部が取付部の構成要素となる。このように、回転伝達部の構成要素と取付部の構成要素とを一体的に形成できるので、部品数を抑制できる。

駆動源が電動モータである場合には、ロータブレードの回転数を加速側・減速側ともに容易に変化させることができ、高応答な加減速を行なう要望が強いので、この発明は、駆動源が電動モータである場合に好適に用いられる。

この発明によれば、高応答な加減速が可能なマルチコプタが得られる。

この発明の一実施形態に係るマルチコプタを示す斜視図である。 電動モータとロータブレードとの接続部近傍を示す断面図解図である。 電動モータとロータブレードとの接続部近傍を示す平面図解図である。 電動モータ、ロータブレードおよび押さえ部材等を示す分解斜視図である。 弾性部材を示す斜視図である。 この発明の他の実施形態に係る電動モータとロータブレードとの接続部近傍を示す断面図解図である。

以下、図面を参照してこの発明の実施形態について説明する。

図１を参照して、この発明の一実施形態のマルチコプタ１０は、主支持部１２を含む。主支持部１２は、円板状のハブ部１４と、複数（この実施形態では、６個）の円柱状のスポーク部１６とを含む。６個のスポーク部１６は、ハブ部１４の側面において周方向に略等間隔（略６０度間隔）をあけて設けられ、かつ放射状に延びるように形成される。各スポーク部１６の先端部には、駆動源である電動モータ１８が回転自在に設けられ、電動モータ１８には、ロータブレード２０が取り付けられる。電動モータ１８によってロータブレード２０が回転駆動される。

図２〜図４を参照して、電動モータ１８は、アウタロータ２２と、フレーム部２４と、回転部２６と、ステータ２８と、ベアリング３６とを含む。アウタロータ２２は環状に形成される。回転部２６は、ハブ部３０と、ボス部３２と、回転軸部３４とを含む。ハブ部３０は、断面略長円状に形成され、アウタロータ２２の内側の中央に位置するように、フレーム部２４を介してアウタロータ２２に連結される。ボス部３２は、円筒状に形成され、ハブ部３０の一方主面の中央において軸方向に延びるように設けられ、回転軸部３４は、円柱状に形成され、ハブ部３０の他方主面の中央において軸方向に延びるように設けられる。ハブ部３０には、ボス部３２を挟んで正反対の位置に、ピン用の２つの貫通孔３０ａが形成される。回転軸部３４の外径はボス部３２の外径より大きい。ボス部３２およびハブ部３０の一部にはねじ孔３２ａが形成される。ステータ２８と回転部２６の回転軸部３４との間にはベアリング３６が介挿され、ステータ２８は、スポーク部１６の先端部に取り付けられる。これによって、ステータ２８に対して、回転部２６およびアウタロータ２２がベアリング３６を介して回転可能となる。

ロータブレード２０には、その長手方向中央に貫通孔２０ａが形成され、さらに、貫通孔２０ａを挟んで正反対の位置に２つの貫通孔２０ｂが形成される。貫通孔２０ａの内径は、ボス部３２の外径より僅かに大きく、各貫通孔２０ｂは、貫通孔３０ａに対応する位置に形成され、各貫通孔２０ｂの径は、対応する貫通孔３０ａの径より大きい。

このようなロータブレード２０は、貫通孔２０ａにボス部３２が嵌入されて、ハブ部３０上に配置される。このとき、貫通孔２０ｂは、対応する貫通孔３０ａと同軸状に位置する。

一方側の貫通孔３０ａ，２０ｂおよび他方側の貫通孔３０ａ，２０ｂにはそれぞれ、突起部である円柱状のピン３８が挿通される。このとき、ピン３８は貫通孔３０ａに圧入されて回転部２６に固定され、ピン３８と貫通孔２０ｂとの間には、弾性部材４０が介挿される。図５を参照して、弾性部材４０は、断面環状すなわち中空筒状に形成され、その外周面および内周面にそれぞれリブ状の凹凸部４０ａおよび４０ｂを有し、それによって貫通孔２０ｂおよびピン３８との密着性を高めている。このようにして、ピン３８は、回転部２６に設けられ、ロータブレード２０の貫通孔２０ｂに弾性部材４０を介して係合可能となる。

さらに、ロータブレード２０の上面中央部には押さえ部材４２が設けられる。押さえ部材４２は、略菱形の板状に形成され、その中央に貫通孔４２ａが形成され、かつ貫通孔４２ａを挟んで正反対の位置に２つの凹部４２ｂが形成される。貫通孔４２ａの内径は、ねじ孔３２ａの内径と略等しい。各凹部４２ｂは、押さえ部材４２の下面における貫通孔２０ｂに対応する位置に形成される。各凹部４２ｂの径は、ピン３８の径と略等しい。押さえ部材４２は、貫通孔４２ａがねじ孔３２ａに対応しかつ各凹部４２ｂが貫通孔２０ｂに対応するように、ロータブレード２０上に配置される。その状態で、ピン３８の上端部が凹部４２ｂに嵌入され、ねじ４４が貫通孔４２ａに挿通され、ねじ孔３２ａに螺入される。これによって、押さえ部材４２が、ロータブレード２０に取り付けられる。

このようにして、ねじ４４とねじ孔３２ａとを含み回転軸線Ｒ上に設けられる取付部Ａによって、相互の回転軸線が同一になる（すなわち、ともに回転軸線Ｒになる）ようにロータブレード２０が回転部２６に取り付けられる。また、押さえ部４２は、ロータブレード２０に被さるようにロータブレード２０と取付部Ａとの間に設けられる。さらに、貫通孔２０ｂとピン３８と弾性部材４０とを含む複数の回転伝達部Ｔが、回転軸線Ｒから等距離の位置に設けられ、ねじ接続構造を用いることなく、回転伝達部Ｔによって、回転軸線Ｒから離れた位置で回転伝達のために回転部２６とロータブレード２０とが繋がれる。

図１に戻って、マルチコプタ１０は、無線信号を送受信するためのアンテナ４６、マルチコプタ１０の動作を制御するための制御装置（図示せず）、および脚部ユニット４８を備える。アンテナ４６は、主支持部１２の中央部から上方に延び、制御装置は、主支持部１２内に収容される。脚部ユニット４８は、複数（この実施形態では、４個）の脚部５０を有し、主支持部１２から下方に延びる。

このようなマルチコプタ１０によれば、ロータブレード２０を電動モータ１８の回転部２６に取り付ける取付部Ａとは別に、回転伝達部Ｔが回転軸線Ｒから離れた位置に設けられる。ロータブレード２０の回転時において、回転伝達部Ｔは、回転部２６の回転をロータブレード２０に伝達し、回転部２６に同期してロータブレード２０を回転させるので、回転部２６に対して相対的にロータブレード２０が回転することはなく、取付部Ａは影響を受けない。特に、ロータブレード２０の回転が急加速する時および急減速する時に、ロータブレード２０に生じる慣性力に起因してロータブレード２０と回転部２６との間にトルクが発生しても、当該トルクは回転伝達部Ｔによって吸収されるので、回転部２６に対してロータブレード２０が回転することはなく、取付部Ａによる取り付けを緩めるトルクは生じない。したがって、ロータブレード２０の回転数が急変動するマルチコプタ１０の加速時および減速時のいずれにおいても、ロータブレード２０と電動モータ１８の回転部２６とは取付部Ａによって確実に接続され、両者の接続は緩まず、ロータブレード２０が電動モータ１８の回転部２６から外れることを抑制でき、マルチコプタ１０の高応答な加減速が可能となる。

また、回転部２６からロータブレード２０への回転伝達は、回転伝達部Ｔが担うので、
取付部Ａによる締結によってロータブレード２０を回転部２６に強く固着する必要はない。したがって、たとえロータブレード２０に衝撃が加わっても、回転部２６ひいては電動モータ１８が破損することは抑制される。また、取付部Ａによってロータブレード２０が回転部２６に取り付けられたとき、ロータブレード２０が回転部２６に対して回転軸線Ｒ方向に多少移動可能に（遊びを有するように）、マルチコプタ１０は構成されてもよい。

ロータブレード２０に貫通孔２０ｂを設け、貫通孔２０ｂに係合可能なピン３８を回転部２６に設けることによって、回転伝達部Ｔを簡単に構成できる。

弾性部材４０によって、急激な回転数変動時の高いトルクを緩和でき、電動モータ１８の破損を抑制できる。

貫通孔２０ｂおよびピン３８にそれぞれ接触する凹凸部４０ａ，４０ｂによって、摩擦力を大きくでき、弾性部材４０を安定して配置することができる。

複数の回転伝達部Ｔを回転軸線Ｒから等距離の位置に設けることによって、電動モータ１８の回転部２６の回転をロータブレード２０に円滑に伝達できる。

駆動源が電動モータ１８である場合には、ロータブレード２０の回転数を加速側・減速側ともに容易に変化させることができ、高応答な加減速を行なう要望が強いので、この発明は、駆動源が電動モータ１８である場合に好適に用いられる。

上述の作用効果は、後述する図６に示す実施形態においても同様に奏することができる。

また、マルチコプタ１０によれば、取付部Ａを回転軸線Ｒ上に設けることによって、回転伝達部Ｔを取付部Ａから確実に離すことができ、回転伝達部Ｔおよび取付部Ａを別部材として簡単に構成できる。

押さえ部材４２によってロータブレード２０を電動モータ１８の回転部２６に安定して取り付けることができる。

ピン３８が貫通孔２０ｂに挿通されかつ押さえ部材４２の凹部４２ｂに嵌入されることによって、ピン３８および押さえ部材４２を安定して配置することができる。

図６にこの発明の他の実施形態の要部を示す。

図６に示す他の実施形態では、回転部２６、２つのピン３８、押さえ部材４２およびねじ４４に代えて、回転部５２、２つのピン５４、押さえ部材５５および２つのナット５６が用いられる。

回転部５２は、ねじ孔３２ａを有さない点を除いて回転部２６と同様に構成される。押さえ部材５５は、貫通孔４２ａを有することなく、凹部４２ｂに代えて、ピン５４が挿通される２つの貫通孔５５ａを有する点を除いて、押さえ部材４２と同様に構成される。ピン５４は、突起部５４ａとねじ部５４ｂとを含む。突起部５４ａは、回転部５２に固定される。ねじ部５４ｂは、突起部５４ａがロータブレード２０の貫通孔２０ｂに挿入されたときに、ねじ部５４ｂが貫通孔２０ｂからはみ出すように、突起部５４ａの上端部に一体的に形成される。ねじ部５４ｂにはナット５６が螺合される。ねじ部５４ｂとナット５６とを含んで取付部Ａ１が構成される。また、突起部５４ａと貫通孔２０ｂと弾性部材４０とを含んで、回転伝達部Ｔ１が構成される。この実施形態では、複数の回転伝達部Ｔ１が、回転軸線Ｒ１から等距離の位置に設けられ、複数の回転伝達部Ｔ１毎に取付部Ａ１が設けられる。その他の構成については、図２に示す実施形態と同様である。この実施形態では、ねじ部５４ｂが第１ねじ部に相当し、ナット５６が第２ねじ部に相当する。

この実施形態によれば、ピン５４のうち、突起部５４ａが回転伝達部Ｔ１の構成要素となり、突起部５４ａの端部に一体的に形成されるねじ部５４ｂが取付部Ａ１の構成要素となる。このように、回転伝達部Ｔ１の構成要素と取付部Ａ１の構成要素とを一体的に形成できるので、部品数を抑制できる。

なお、図２に示す実施形態では、押さえ部材４２は、ピン３８の先端部が嵌入される２つの凹部４２ｂを有していたが、これに限定されない。押さえ部材は、ピンが挿通される２つの貫通孔を有してもよい。

図２に示す実施形態において、押さえ部材４２は必ずしも必要ではない。押さえ部材４２を用いない場合には、ロータブレード２０を押さえることができるように、ねじ４４の頭部４４ａの径方向のサイズを大きくすることが好ましい。また、図６に示す実施形態においても、押さえ部材５５は必ずしも必要ではない。

上述の実施形態では、ピン３８（５４）が回転部２６（５２）に設けられたが、これに限定されない。ピンは、ロータブレードに設けられてもよい。この場合、ピンと回転部の貫通孔との間に弾性部材を介挿しておき、ピンが弾性部材を介して回転部の貫通孔に係合可能となることが好ましい。

ピンの形状は、円錐状や角柱状であってもよい。

突起部は、ピンに限定されない。回転部とロータブレードとを繋ぎ、回転部の回転をロータブレードに伝達して回転部に同期してロータブレードを回転させることができる限りにおいて、突起部として任意の部材を用いることができる。

回転伝達部において、突起部が係合される孔は貫通孔に限定されず、貫通しない孔すなわち凹部であってもよい。

弾性部材の凹凸部は、外周面および内周面の少なくともいずれか一方に形成されればよい。

この発明に係る実施形態において、弾性部材は必ずしも必要ではない。すなわち、回転伝達部は、弾性部材を用いることなく、係合部と孔とを含んで構成されてもよい。

駆動源は、電動モータに限定されず、エンジンであってもよい。

１０ マルチコプタ
１８ 電動モータ
２０ ロータブレード
２０ａ，２０ｂ，３０ａ，４２ａ，５５ａ 貫通孔
２６，５２ 回転部
３８，５４ ピン
４０ 弾性部材
４０ａ，４０ｂ 凹凸部
４２，５５ 押さえ部材
４２ｂ 凹部
５４ａ 突起部
５４ｂ ねじ部
５６ ナット
Ａ，Ａ１ 取付部
Ｒ，Ｒ１ 回転軸線
Ｔ，Ｔ１ 回転伝達部

Claims (10)

1. 回転可能な回転部を有する駆動源と、
   ロータブレードと、
   相互の回転軸線が同一になるように前記ロータブレードを前記回転部に取り付ける取付部と、
   前記回転部の回転を前記ロータブレードに伝達して前記回転部に同期して前記ロータブレードを回転させるために前記回転軸線から離れた位置で前記回転部と前記ロータブレードとを繋ぐ回転伝達部とを備える、マルチコプタ。
2. 前記回転伝達部は孔と前記孔に係合可能な突起部とを含み、前記孔および前記突起部はそれぞれ、前記ロータブレードおよび前記回転部のいずれか一方および他方に設けられる、請求項１に記載のマルチコプタ。
3. 前記取付部は、前記回転軸線上に設けられる、請求項２に記載のマルチコプタ。
4. 前記ロータブレードに被さるように前記ロータブレードと前記取付部との間に設けられる押さえ部材をさらに備える、請求項２または３に記載のマルチコプタ。
5. 前記孔は、貫通孔であり、
   前記押さえ部材は、凹部を有し、
   前記突起部は、前記貫通孔に挿通されかつ前記凹部に嵌入される、請求項４に記載のマルチコプタ。
6. 前記孔と前記突起部との間に介挿される断面環状の弾性部材をさらに備える、請求項２から５のいずれかに記載のマルチコプタ。
7. 前記弾性部材は、前記孔および／または前記突起部に接触する部分に凹凸部を有する、請求項６に記載のマルチコプタ。
8. 複数の前記回転伝達部が、前記回転軸線から等距離の位置に設けられる、請求項１から７のいずれかに記載のマルチコプタ。
9. 複数の前記回転伝達部が、前記回転軸線から等距離の位置に設けられ、
   前記複数の回転伝達部毎に前記取付部が設けられ、
   前記各回転伝達部において前記孔は貫通孔であり、
   前記各取付部は、前記突起部の端部に一体的に形成される第１ねじ部と、前記第１ねじ部に螺合される第２ねじ部とを含み、前記第１ねじ部は、前記突起部が前記貫通孔に挿入されたときに前記貫通孔からはみ出す、請求項２に記載のマルチコプタ。
10. 前記駆動源は電動モータである、請求項１から９のいずれかに記載のマルチコプタ。

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