JP2019172125A

JP2019172125A - ダクテッドファンドローン

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Publication number: JP2019172125A
Application number: JP2018064118A
Authority: JP
Inventors: 晃平山下; Kohei Yamashita
Original assignee: National Agriculture and Food Research Organization
Current assignee: National Agriculture and Food Research Organization
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2019-10-10
Anticipated expiration: 2038-03-29
Also published as: JP7032800B2

Abstract

【課題】ダクテッドファンを保護する保護フレームが設けられたダクテッドファンドローンにおいて、保護フレームが外力を受けた際のダクトの変形を抑制する。【解決手段】制御部を有するボディ２と、ボディ２の周囲の少なくとも一部を囲む保護フレーム３と、保護フレーム３の内方に設けられたダクテッドファン４と、保護フレーム３をボディ２に対して固定する構成フレーム６と、ダクテッドファン４を固定する固定フレーム７とを備え、固定フレーム７が、ボディ２、保護フレーム３および構成フレーム６のいずれか１つの部材に取り付けられるようにダクテッドファンドローン１を構成する。【選択図】図４

Description

本発明は、ダクテッドファンを備えたドローンに関する。

複数のプロペラを備えたマルチコプタードローンが一般消費者の間でも普及しつつあるが、近年はそのようなドローンを空撮に利用するだけでなく、荷物の輸送等の他の用途に利用することも期待されている。通常、ドローンはプロペラを回転させることで浮力を得ており、例えばドローンで荷物の輸送を行う場合、機体に搭載可能な荷物量を増加させようとすると、プロペラの大径化や回転速度の高速化によって浮力を大きくすることが必要となる。

しかし、ドローンはより小型な装置であることが望まれるため、プロペラの大径化は好ましくない。また、プロペラの回転速度を上げ過ぎると、プロペラ周囲の気流が剥離してしまい、却って浮力を失うことになるため、プロペラ回転速度の高速化には限界がある。

一方、装置の小型化と浮力の強化を両立させるために、図１のようなダクテッドファンドローンを構成することも考えられる。ダクテッドファンドローンとは、プロペラよりも小型で、かつ高い浮力を生み出すことが可能なダクテッドファンを備えたドローンである。図１に示すダクテッドファンドローン５０は、制御部（不図示）を有するボディ２と、ダクテッドファン４と、ボディ２にダクテッドファンを固定する複数の固定フレーム７で構成されている。

ダクテッドファン４は、回転するファンと、そのファンの周囲を囲むダクトで構成されているが、ダクトとファンの隙間はファン径に対して０．２％程度しかない。このため、例えばダクテッドファンドローン５０が障害物等に接触し、ダクトが外力を受けた際には、ダクトの変形によりファンとダクトが接触する可能性が高くなる。特に、ダクトの側面で外力を受けた際にはダクトの変形に伴うファンとダクトの接触が起こりやすい。ファンとダクトが接触すると、ファンが回転不能となり、ダクテッドファンドローン５０の飛行継続が困難になるおそれがある。また、本明細書におけるダクトの“変形”には、ダクトの塑性変形だけでなく、ダクトの弾性変形も含まれる。すなわち、ダクテッドファンドローン５０が障害物等に接触した際や落下した際に、ダクトに対して塑性変形が生じるほどの外力が加わっていない場合でも、ダクトとファンの接触によりファンが破損するおそれがある。

このような問題に対し、ダクトの側面で直接外力を受けないように、図２に示すようにダクテッドファン４の外方にダクテッドファン４を保護する保護フレーム３を設けることが考えられる。図２に示すダクテッドファンドローン６０においては、保護フレーム３が平面視において円環状に形成されており、ボディ２とダクテッドファン４を接続する第１の固定フレーム７ａと、保護フレーム３とダクテッドファン４を接続する第２の固定フレーム７ｂが設けられている。

しかしながら、図２に示す構成のダクテッドファンドローン６０の場合、障害物等への接触によって保護フレーム３が外力を受けると、その力が第２の固定フレーム７ｂを介してダクテッドファン４に伝達され、ダクテッドファン４のダクトが変形するおそれがある。実際に本発明者が図２に示す構成のダクテッドファンドローン６０の解析モデルを作成して変形シミュレーションを実施したところ、ダクテッドファン４のダクトが図３のように変形するという結果が得られた。なお、本シミュレーションは、解析モデルの図中最下部に荷重を入力すると共に、最上部を拘束する条件で実施されている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ダクテッドファンを保護する保護フレームが設けられたダクテッドファンドローンにおいて、保護フレームが外力を受けた際のダクトの変形を抑制することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、ダクテッドファンドローンであって、制御部を有するボディと、前記ボディの周囲の少なくとも一部を囲む保護フレームと、前記保護フレームの内方に設けられたダクテッドファンと、前記保護フレームを前記ボディに対して固定する構成フレームと、前記ダクテッドファンを固定する固定フレームとを備え、前記固定フレームが、前記ボディ、前記保護フレームおよび前記構成フレームのいずれか１つの部材に取り付けられていることを特徴としている。

本発明によれば、ダクテッドファンを保護する保護フレームが設けられたダクテッドファンドローンにおいて、保護フレームが外力を受けた際のダクトの変形を抑制することができる。

従来のダクテッドファンドローンを示す図である。保護フレームを有するダクテッドファンドローンの平面図である。図２に示す構成のダクテッドファンドローンの変形シミュレーション結果を示す図である。本発明に係るダクテッドファンドローンの概略構成を説明するための図である。図４に示すダクテッドファンドローンの、ダクテッドファンと保護フレームの断面図である。ダクテッドファンドローンを折りたたんだ状態を示す図である。構成フレームの折りたたみ動作を説明するための図である。ボディの支持位置を折りたたみ前後で一致させる条件を説明するための図である。本発明の第１の実施形態に係るダクテッドファンドローンの平面図である。本発明の第１の実施形態に係る固定フレームの取付例を示す図である。本発明の第１の実施形態に係る固定フレームの取付例を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る固定フレームの取付例を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る固定フレームの取付例を示す図である。本発明の第３の実施形態に係る固定フレームの取付例を示す図である。本発明の第３の実施形態に係る固定フレームの取付例を示す図である。本発明の第３の実施形態に係る固定フレームの取付例を示す図である。本発明の第３の実施形態に係る固定フレームの取付例を示す図である。本発明の第４の実施形態に係る固定フレームの取付例を示す図である。本発明の第５の実施形態に係る固定フレームの取付例を示す図である。本発明に係るダクテッドファンドローンの構成例を示す図である。本発明に係るダクテッドファンドローンの構成例を示す図である。本発明に係るダクテッドファンドローンの構成例を示す図である。図１２に示す構成のダクテッドファンドローンの変形シミュレーション結果を示す図である。図１３に示す構成のダクテッドファンドローンの変形シミュレーション結果を示す図である。図１７に示す構成のダクテッドファンドローンの変形シミュレーション結果を示す図である。

以下、本発明の実施形態として複数の実施形態を例示するが、まずは図４を用いて本発明に係るダクテッドファンドローン１の構成要素の名称や機能等について説明する。なお、以降の説明においては“ダクテッドファンドローン”の呼称を短縮して単に“ドローン”と称すこともある。また、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図４に示す構成のダクテッドファンドローン１は、制御部（不図示）を有するボディ２と、ボディ２の周囲を囲むように設けられた円環状の保護フレーム３と、保護フレーム３の内方に設けられた複数のダクテッドファン４を備えている。制御部はドローン１の飛行に必要な制御を実施するように構成されており、例えばドローン１が搭載するセンサ（不図示）からの情報に基づいてドローン１の飛行姿勢を安定させる制御を行う。

保護フレーム３は、上部保護フレーム３ａと下部保護フレーム３ｂで構成されている。上部保護フレーム３ａは、２つの半円環部材で構成され、各半円環部材の周方向端部のうち、一方の端部は鉛直方向に延びる板状部材である連結部材５の上部に固定され、他方の端部は別の連結部材５の上部に固定されている。また、下部保護フレーム３ｂは、２つの半円環部材で構成され、各半円環部材の周方向端部のうち、一方の端部は連結部材５の下部に固定され、他方の端部は別の連結部材５の下部に固定されている。これにより上部保護フレーム３ａと下部保護フレーム３ｂは、２つの連結部材５を介して互いに異なる高さで固定されている。なお、上部保護フレーム３ａは１つの円環部材で構成されていても良い。同様に、下部保護フレーム３ｂは１つの円環部材で構成されていても良い。

ボディ２からは板状のフレーム部材６（以下、“構成フレーム”）が四方に延びており、下部保護フレーム３ｂと各構成フレーム６の先端部とが互いに固定されている。前述の通り、下部保護フレーム３ｂと上部保護フレーム３ａは連結部材５を介して連結されているため、下部保護フレーム３ｂが各構成フレーム６に対して固定されることで、上部保護フレーム３ａも下部保護フレーム３ｂを介して各構成フレーム６に対して固定される。すなわち、保護フレーム３は構成フレーム６を介してボディ２に対して固定される。なお、図４に示す構成のドローン１では、ボディ２と下部保護フレーム３ｂとを接続するように構成フレーム６が設けられているが、構成フレーム６は下部保護フレーム３ｂではなく、上部保護フレーム３ａとボディ２とを接続するように設けられていても良い。また、構成フレーム６は、上部保護フレーム３ａおよび下部保護フレーム３ｂのそれぞれと、ボディ２との間に設けられていても良い。

ダクテッドファン４は、ボディ２と保護フレーム３との間においてボディ２の周囲を囲むようにして８個配置されている。ダクテッドファン４は、フレーム部材７（以下、“固定フレーム”）によって固定されており、図４に示す例ではその固定フレーム７が保護フレーム３に取り付けられている。これによりダクテッドファン４は固定フレーム７を介して保護フレーム３に固定される。前述の通り、保護フレーム３は構成フレーム６を介してボディ２に固定されていることから、ダクテッドファン４は保護フレーム３および構成フレーム６を介してボディ２に対して固定されている。

図５は上記のダクテッドファン４と保護フレーム３を鉛直面で切断した際の断面図を模式的に示した図である。図５に示すように、ダクテッドファン４は回転するファン４ａと、ファン４ａの周囲を囲むダクト４ｂで構成されており、上部保護フレーム３ａはダクト４ｂの上端部よりも上方に位置し、下部保護フレーム３ｂはダクト４ｂの下端部よりも下方に位置している。すなわち、上部保護フレーム３ａと下部保護フレーム３ｂで構成された、ドローン１の構成要素の１つとしての保護フレーム３は、上端部の位置がダクト４ｂ上端部よりも高く、下端部の位置がダクト４ｂ下端部よりも低くなっている。

保護フレーム３の上端部の位置がダクト４ｂ上端部よりも高く、下端部の位置がダクト４ｂ下端部よりも低くなるように保護フレーム３が設けられていることによって、例えばドローン１の落下時においてダクト４ｂよりも先に保護フレーム３が地面等に接触することになり、ダクト４ｂの上端部または下端部が直接外力を受ける可能性が低くなる。すなわち、ドローン１の落下時等においてダクト４ｂの吸気口付近または排気口付近の変形を抑えることができ、ドローン１の飛行性能を維持しやすくなる。なお、ドローン１を構成するにあたり、保護フレーム３の上端部の位置がダクト４ｂ上端部よりも高く、下端部の位置がダクト４ｂ下端部よりも低くなるように保護フレーム３が設けられていることは必須ではない。

以上、本発明に係るダクテッドファンドローン１の構成要素の名称や機能等について説明した。なお、図４に示す例では保護フレーム３を上部保護フレーム３ａおよび下部保護フレーム３ｂで構成したが、例えば上部保護フレーム３ａと下部保護フレーム３ｂとの間に別の保護フレームを設けても良い。また、ドローン１に設けられる保護フレーム３を１つの円筒部材で構成しても良い。

また、図６に示すように、例えば前述の連結部材５を２つの板状部材５ａ、５ｂで構成し、ヒンジ８によって各板状部材５ａ、５ｂの一方の端部同士を互いに接続するようにしても良い。図６に示す例では、ヒンジ８による各板状部材５ａ、５ｂの回転動作に伴い、各板状部材５ａ、５ｂに接続された上部保護フレーム３ａの２つの半円環部材と下部保護フレーム３ｂの２つの半円環部材も回転する。すなわち、図６に示すドローン１には、半円環部材の端部同士の連結部に、水平方向に延びる回転軸Ａ₁が設けられ、回転軸Ａ₁を中心として半円環部材を回転させる回転機構９が構成されている。この回転機構９により保護フレーム３が分割されることになり、ドローン１を折りたたむことが可能となる。ドローン１を折りたたむことができれば、持ち運びや輸送を容易に行うことができる。

なお、保護フレーム３を折りたたむための半円環部材を回転させる回転機構９は図６に示すヒンジ８を用いた機構に限定されない。また、ダクテッドファン４、構成フレーム６および固定フレーム７等の他の部品は、保護フレーム３の回転動作に追従して移動するように適宜構成される。そのような構成の一例を図７に示す。図７は回転機構９の一例を示す図であり、保護フレーム３の回転動作に追従する構成フレーム６の動作を示す図である。図７に示す回転機構９においては、ボディ２の底部に、ブラケット１０と、水平方向に延びる長穴１１ａを有するブラケット１１とが設けられている。そして、ボディ２から水平方向に延びる２つの構成フレーム６ａ、６ｂのうち、構成フレーム６ａの一端はブラケット１０に対して回転軸Ａ₂（以下、“ボディ固定回転軸”）を中心として回転可能な状態で取り付けられ、構成フレーム６ｂの一端はブラケット１１の長穴１１ａに沿ってスライド可能、かつ回転軸Ａ₃（以下、“可動回転軸”）を中心として回転可能な状態でブラケット１１に取り付けられている。ボディ固定回転軸Ａ₂と可動回転軸Ａ₃は、前述の保護フレーム３を構成する半円環部材の回転軸Ａ₁と平行となっている。

図７（ａ）に示すように、折りたたみ前の構成フレーム６ａ、６ｂは水平な姿勢となっており、この状態でボディ２が支持されている。これらの構成フレーム６ａ、６ｂは、図７（ｂ）および（ｃ）に示すように前述の保護フレーム３が回転した際にそれに追従して回転する。詳述すると、構成フレーム６ａはボディ固定回転軸Ａ₂を中心に回転する一方、構成フレーム６ｂは、ブラケット１１側端部の位置が、長穴１１ａのボディ２中心側端部からボディ２周縁側端部に向かって水平移動しながら、可動回転軸Ａ₃を中心として構成フレーム６ｂ全体が回転する。これに伴い、折りたたみ回転軸Ａ₄の位置も当初の位置から移動していく。そして、図７（ｄ）に示すように折りたたみ動作が完了した際には、構成フレーム６ｂのブラケット１１側端部の位置が長穴１１ａのボディ２中心側端部に戻る。これにより、ボディ２に対する構成フレーム６による支持点が折りたたみ前後で同一の位置となる。

このように折りたたみ前後におけるボディ２の支持位置を同一にするためには、図７（ａ）および図７（ｄ）のように折りたたみ回転軸Ａ₄の位置が折りたたみ前後で同一鉛直線上に位置するように各部材の長さが設定されていれば良い。そのためには、折りたたみ回転軸Ａ₄の回転軌跡を考慮し、図８のように折りたたみ前のボディ固定回転軸Ａ₂から折りたたみ回転軸Ａ₄までの水平距離Ｄ_Hと垂直距離Ｄ_Vを同一の長さにすれば良い。

次に、本発明の実施形態として、ダクテッドファン４を固定する固定フレーム７の取り付け方が異なる第１〜第５の実施形態について説明する。

＜第１の実施形態＞
図９に示すように第１の実施形態のダクテッドファンドローン１においては、構成フレーム６がボディ２から放射状に八方に延びており、隣り合う構成フレーム６の間に各ダクテッドファン４が配置されている。なお、構成フレーム６とダクテッドファン４のこのような配置は、後述の第２〜第５の実施形態においても同様となっている。また、以降の説明で参照する図面においては、ファン４ａの図示を省略している。

図９および図１０に示すように第１の実施形態では、ダクテッドファン４を固定する固定フレーム７がボディ２にのみ取り付けられている。このように固定フレーム７が取り付けられている場合、ドローン１が障害物等に接触して保護フレーム３が変形したとしても、ダクテッドファン４が保護フレーム３とボディ２の双方の部材に直接固定されているわけではないため、保護フレーム３とボディ２との間にあるダクテッドファン４に対してはダクト４ｂを押し潰すような力が作用せず、保護フレーム３の変形に伴うダクト４ｂの変形は生じにくい。また、保護フレーム３が受ける外力がダクテッドファン４に伝達する場合、その力は保護フレーム３、構成フレーム６、ボディ２、固定フレーム７の順に伝達していくため、大幅に減衰した状態でダクテッドファン４に伝達する。このため、ダクテッドファン４は保護フレーム３に加わる外力の影響を受けにくく、ダクト４ｂの変形が生じにくい。したがって、第１の実施形態ように、固定フレーム７がボディ２に取り付けられているドローン１においては、保護フレーム３が外力を受けた際のダクト４ｂの変形を抑制することができ、ファンとダクト４ｂが接触しにくくなる。

また、固定フレーム７がボディ２に取り付けられる構成の場合、例えば図１１のよう２つの固定フレーム７ａ、７ｂをボディ２に取り付けるようにしても良い。この場合、ダクテッドファン４を固定する力が大きくなるため、例えばドローン１の飛行中においてダクテッドファン４の位置がぶれにくくなる。したがって、図１１のように第１の固定フレーム７ａと第２の固定フレーム７ｂがそれぞれボディ２に取り付けられる構成であれば、図１０に示す場合と同様にダクト４ｂの変形を抑制できると共に、ドローン１の飛行姿勢をより安定させることが可能となる。

＜第２の実施形態＞
図１２に示すように第２の実施形態の固定フレーム７は保護フレーム３にのみ取り付けられている。すなわち、保護フレーム３はボディ２や構成フレーム６には接続されていない。このように固定フレーム７が取り付けられている場合、ドローン１の障害物等への接触により保護フレーム３が変形したとしても、保護フレーム３の変形に追従してダクテッドファン４の位置が移動するだけであり、ダクト４ｂの変形自体は生じにくい。したがって、第２の実施形態のように、固定フレーム７が保護フレーム３にのみ取り付けられているドローン１においては、保護フレーム３が外力を受けた際のダクト４ｂの変形を抑制することができ、ファンとダクト４ｂが接触しにくくなる。なお、第２の実施形態のように固定フレーム７が保護フレーム３に取り付けられる構成の場合、保護フレーム３は変形しにくいことが好ましく、保護フレーム３の剛性は構成フレーム６よりも大きいことが好ましい。

また、固定フレーム７が保護フレーム３に取り付けられる構成の場合、例えば図１３のように２つの固定フレーム７ａ、７ｂを保護フレーム３に取り付けるようにしても良い。この場合、ダクテッドファン４を固定する力が大きくなるため、ドローン１の飛行中においてダクテッドファン４の位置がぶれにくくなる。したがって、図１３のように第１の固定フレーム７ａと第２の固定フレーム７ｂがそれぞれ保護フレーム３に取り付けられる構成であれば、図１２に示す場合と同様にダクト４ｂの変形を抑制できると共に、ドローン１の飛行姿勢をより安定させることが可能となる。

さらに、固定フレーム７が保護フレーム３に取り付けられる構成の場合、固定フレーム７の取付位置がボディ２に対し、より外方に位置しているため、固定フレーム７の着脱作業が実施しやすくなる。これにより、ダクテッドファン４や固定フレーム７のメンテナンス性が向上する。

＜第３の実施形態＞
図１４に示すように第３の実施形態の固定フレーム７は構成フレーム６にのみ取り付けられている。例えば保護フレーム３の軽量化に伴う強度低下によって保護フレーム３の変形が構成フレーム６の変形より大きくなるような場合、図１４のように固定フレーム７が取り付けられていれば、ドローン１が障害物等に接触して保護フレーム３が変形したとしても、保護フレーム３とダクテッドファン４とが接続されていないために、保護フレーム３の変形に伴うダクト４ｂの変形は生じにくい。したがって、第３の実施形態ように、固定フレーム７が構成フレーム６にのみ取り付けられているドローン１においては、保護フレーム３が外力を受けた際のダクト４ｂの変形を抑制することができ、ファンとダクト４ｂが接触しにくくなる。なお、第３の実施形態のように固定フレーム７が構成フレーム６に取り付けられる構成の場合、構成フレーム６は変形しにくいことが好ましく、構成フレーム６の剛性は保護フレーム３よりも大きいことが好ましい。

さらに、固定フレーム７が構成フレーム６に取り付けられる構成の場合、図１５に示すように隣り合うダクテッドファン４を１つの固定フレーム７で固定することも可能である。この場合、ドローン１を構成するための固定フレーム７の総数を少なくすることができ、部品点数削減に伴うコストの低減と軽量化を図ることができる。

また、固定フレーム７が構成フレーム６に取り付けられる構成の場合、例えば図１６のように２つの固定フレーム７ａ、７ｂを１つの構成フレーム６に取り付けるようしても良い。この場合、ダクテッドファン４を固定する力が大きくなるため、例えばドローン１の飛行中においてダクテッドファン４の位置がぶれにくくなる。したがって、図１６のように第１の固定フレーム７ａと第２の固定フレーム７ｂがそれぞれ構成フレーム６に取り付けられる構成であれば、図１４に示す場合と同様にダクト４ｂの変形を抑制できると共に、ドローン１の飛行姿勢をより安定させることが可能となる。加えて、図１６に示す構成の場合も図１５に示す構成のように同一の固定フレーム７で隣り合うダクテッドファン４を固定することが可能であり、部品点数削減に伴うコストの低減と軽量化を図ることができる。

さらに、固定フレーム７が構成フレーム６に取り付けられる構成の場合、例えば図１７のように隣り合う構成フレーム６のそれぞれに固定フレーム７ａ、７ｂを取り付けるようにしても良い。図１７に示すドローン１は、隣り合う構成フレーム６のうち、一方の構成フレーム６に第１の固定フレーム７ａが取り付けられ、他方の構成フレーム６に第２の固定フレーム７ｂが取り付けられている。この場合であっても、図１６に示す構成の場合と同様にダクト４ｂの変形を抑制できると共に、ドローン１の飛行姿勢をより安定させることができる。加えて、図１５に示す構成のように共通の固定フレーム７で隣り合うダクテッドファン４を固定することも可能であり、この場合、部品点数削減に伴うコストの低減と軽量化を図ることができる。また、放射状に延びる全ての構成フレーム６が各固定フレーム７と各ダクテッドファン４とを介して連結されることになるため、保護フレーム３が受ける外力が分散しやすくなり、ダクト４ｂが変形しにくくなる。

＜第４の実施形態＞
図１８に示すように第４の実施形態においては２つの固定フレーム７ａ、７ｂが設けられ、第１の固定フレーム７ａがボディ２に取り付けられ、第２の固定フレーム７ｂが構成フレーム６に取り付けられている。例えば保護フレーム３の軽量化に伴う強度低下によって保護フレーム３の変形が構成フレーム６の変形より大きくなるような場合、図１８のように固定フレーム７ａ、７ｂが取り付けられていれば、ドローン１が障害物等に接触して保護フレーム３が変形したとしても、保護フレーム３とダクテッドファン４とが接続されていないために、保護フレーム３の変形に伴うダクト４ｂの変形は生じにくい。

また、図１８に示す構成の場合、２つの固定フレーム７ａ、７ｂでダクテッドファン４が固定されているため、ダクテッドファン４を固定する力が大きくなり、ドローン１の飛行姿勢をより安定させることができる。さらに、２つの固定フレーム７ａ、７ｂがボディ２に取り付けられる図１１に示す構成と比較すると、一方の固定フレーム７については図１５のように隣り合うダクテッドファン４を固定するための固定フレームとして共用化することが可能となるため、部品点数削減に伴うコストの低減と軽量化を図ることができる。

＜第５の実施形態＞
図１９に示すように第５の実施形態においては第１の固定フレーム７ａが保護フレーム３に取り付けられ、第２の固定フレーム７ｂが構成フレーム６に取り付けられている。このように固定フレーム７ａ、７ｂが取り付けられている場合、ドローン１が障害物等に接触して保護フレーム３が外力を受けた際に、保護フレーム３から第１の固定フレーム７ａを介してダクテッドファン４に伝達する力が、第２の固定フレーム７ｂを介して構成フレーム６に逃げやすくなる。このため、図２のような第１の固定フレーム７ａと第２の固定フレーム７ｂとがダクテッドファン４を介して直線状に配置される構成と比較してダクテッドファン４が受ける力が軽減される。すなわち、図２に示す構成と比較してダクト４ｂの変形を抑制することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば固定フレーム７の形状やダクテッドファン４の数は特に限定されない。また、構成フレーム６の形状や数は、上記実施形態で説明したものに限定されず、保護フレーム３の形状やボディ２の形状等に応じて適宜変更されるものである。例えば図２０に示すように一対の構成フレーム６にボディ２が挟み込まれるようにして各構成フレーム６がボディ２に対して固定されていても良い。図２０に示す構成のドローン１においては、隣り合う構成フレーム６のうちの一方の構成フレーム６に第１の固定フレーム７ａが取り付けられ、他方の構成フレーム６に第２の固定フレーム７ｂが取り付けられている。

また、上記実施形態では保護フレーム３が平面視において円環状の形状であったが、保護フレーム３は例えば多角形状であっても良いし、図２１のように弧状であっても良い。すなわち、保護フレーム３はボディ２の外周の周囲の少なくとも一部を囲むように設けられていれば良い。この場合でも保護フレーム３の内方にダクテッドファン４が設けられていれば、ダクテッドファン４を保護することは可能である。

また、図２２に示すようにダクテッドファン４がボディ２の内方に設けられていても良い。図２２に示す構成の場合、固定フレーム７はボディ２に取り付けられている。このような構成の場合であっても保護フレーム３が外力を受けた際のダクト４ｂの変形を抑制することができる。

なお、本明細書における“固定フレーム”とは、ダクテッドファン４を支持する機能を実質的に発揮するように設けられた部材のことを指す。例えば図２に示す構成のドローン１において、保護フレーム３とダクテッドファン４との間のフレーム部材がダクテッドファン４に対して支持力なく接続されているだけの場合、当該フレーム部材は本明細書で言及するところの固定フレームではない。したがって、図２に示すドローン５０において、保護フレーム３とダクテッドファン４との間のフレーム部材がダクテッドファン４を支持する機能を実質的に発揮していない部材であれば、当該構成のドローン５０は図９に示す構成と同等の構成である。

本発明に係るダクテッドファンドローンとして、（Ａ）図１２に示す構成のダクテッドファンドローン、（Ｂ）図１３に示す構成のダクテッドファンドローン、および（Ｃ）図１７に示す構成のダクテッドファンドローンの解析モデルを作成し、変形シミュレーションを実施した。上記（Ａ）の変形シミュレーション結果を図２３に示し、上記（Ｂ）の変形シミュレーション結果を図２４に示し、上記（Ｃ）の変形シミュレーション結果を図２５に示す。なお、荷重の入力条件および拘束条件は各シミュレーションで同一であり、解析モデルの図中最下部から荷重が入力され、図中最上部が拘束されている。また、これらの条件は図３に示す変形シミュレーション時の条件と同一である。

図２３〜図２５に示されるように、本発明に係るダクテッドファンドローンによれば、図３に示す比較例としてのダクテッドファンドローンと比較してダクトの変形を抑えることができる。

本発明は、ダクテッドファンを備えたドローンとして利用することができる。

１ダクテッドファンドローン
２ボディ
３保護フレーム
３ａ上部保護フレーム
３ｂ下部保護フレーム
４ダクテッドファン
４ａファン
４ｂダクト
５連結部材
５ａ板状部材
５ｂ板状部材
６構成フレーム
６ａ構成フレーム
６ｂ構成フレーム
７固定フレーム
７ａ第１の固定フレーム
７ｂ第２の固定フレーム
８ヒンジ
９回転機構
１０ブラケット
１１ブラケット
１１ａブラケットの長穴
５０ダクテッドファンドローン
６０ダクテッドファンドローン
Ａ₁ 回転軸
Ａ₂ ボディ固定回転軸
Ａ₃ 可動回転軸
Ａ₄ 折りたたみ回転軸
Ｄ_H 水平距離
Ｄ_V 垂直距離

Claims

制御部を有するボディと、
前記ボディの周囲の少なくとも一部を囲む保護フレームと、
前記保護フレームの内方に設けられたダクテッドファンと、
前記保護フレームを前記ボディに対して固定する構成フレームと、
前記ダクテッドファンを固定する固定フレームとを備え、
前記固定フレームが、前記ボディ、前記保護フレームおよび前記構成フレームのいずれか１つの部材に取り付けられている、ダクテッドファンドローン。
前記固定フレームである第１の固定フレームの他に、前記ダクテッドファンを固定する第２の固定フレームがさらに設けられ、
前記第１の固定フレームおよび前記第２の固定フレームがそれぞれ前記ボディに取り付けられている、請求項１に記載のダクテッドファンドローン。
前記固定フレームである第１の固定フレームの他に、前記ダクテッドファンを固定する第２の固定フレームがさらに設けられ、
前記第１の固定フレームおよび前記第２の固定フレームがそれぞれ前記保護フレームに取り付けられている、請求項１に記載のダクテッドファンドローン。
前記固定フレームである第１の固定フレームの他に、前記ダクテッドファンを固定する第２の固定フレームがさらに設けられ、
前記第１の固定フレームおよび前記第２の固定フレームがそれぞれ前記構成フレームに取り付けられている、請求項１に記載のダクテッドファンドローン。
前記固定フレームである第１の固定フレームの他に、前記ダクテッドファンを固定する第２の固定フレームがさらに設けられ、
前記第１の固定フレームが前記ボディに取り付けられ、前記第２の固定フレームが前記構成フレームに取り付けられている、請求項１に記載のダクテッドファンドローン。
前記固定フレームである第１の固定フレームの他に、前記ダクテッドファンを固定する第２の固定フレームがさらに設けられ、
前記第１の固定フレームが前記保護フレームに取り付けられ、前記第２の固定フレームが前記構成フレームに取り付けられている、請求項１に記載のダクテッドファンドローン。
前記固定フレームである第１の固定フレームの他に、前記ダクテッドファンを固定する第２の固定フレームがさらに設けられ、
隣り合う前記構成フレームのうちの一方の前記構成フレームに前記第１の固定フレームが取り付けられ、他方の前記構成フレームに前記第２の固定フレームが取り付けられている、請求項１に記載のダクテッドファンドローン。
前記保護フレームの上端部の位置が前記ダクテッドファンのダクトの上端部の位置よりも高く、
前記保護フレームの下端部の位置が前記ダクテッドファンのダクトの下端部の位置よりも低い、請求項１〜７のいずれか一項に記載のダクテッドファンドローン。
前記保護フレームは、複数の部材の端部同士が互いに連結されることで構成され、
各部材の端部同士の連結部に、水平方向に延びる回転軸を有し、該回転軸を中心として各部材を回転させる回転機構を備えている、請求項１〜８のいずれか一項に記載のダクテッドファンドローン。