JP2020055387A - Flight device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は飛翔装置に関し、更に詳細には空冷機能を有する飛翔装置に関する。 The present invention relates to a flying device, and more particularly, to a flying device having an air cooling function.
マルチコプタ等の飛翔装置として、機体と、機体に取り付けられた複数の回転翼による揚力発生装置とを有し、回転翼の回転により生じる気流の上流側と下流側との気圧差によって機体内部に外気を取り込み、外気により機体内部の電気機器を冷却する空冷機能を有する飛翔装置が知られている(例えば、特許文献1)。 As a flying device such as a multi-copter, it has a fuselage and a lift generating device with a plurality of rotors attached to the fuselage, and the outside air enters the fuselage due to the pressure difference between the upstream side and the downstream side of the airflow generated by the rotation of the rotor. 2. Description of the Related Art A flying device having an air-cooling function of taking in air and cooling an electric device inside an airframe by outside air is known (for example, Patent Document 1).
上述の従来の飛翔装置では、回転翼の回転により生じる気流の上流側と下流側との気圧差によって外気を機体内部に取り込んでいるだけであるから、機体内部に十分な流量の外気を取り込むことが難しい。 In the above-mentioned conventional flying device, since only the outside air is taken into the inside of the fuselage by the pressure difference between the upstream side and the downstream side of the airflow generated by the rotation of the rotor, it is necessary to take in a sufficient amount of outside air into the inside of the body. Is difficult.
本発明が解決しようとする課題は、飛翔装置において、空冷のための空気を機体内部に十分に取り込むことができるように改善することである。 The problem to be solved by the present invention is to improve the flying device so that air for air cooling can be sufficiently taken into the inside of the fuselage.
本発明の一つの実施形態による飛翔装置は、機体(12)と、前記機体(12)に取り付けられた少なくとも1個の揚力発生装置(50、100)とを有する飛翔装置(10)であって、前記揚力発生装置(50、100)は円環状のファンシュラウド(52)及び前記ファンシュラウド(52)の中心に配置された電動ファン(56、58、62、64)を含み、前記機体(12)は機体外部から機体内部(19)に空気を取り入れる空気取入口(68)及び機体内部(19)から機体外部に空気を排出する空気排出口(70)を含み、更に、前記空気排出口(70)に接続する接続口(82)をなす一端及び前記ファンシュラウド(52)の径方向内方に向けて開口して前記電動ファン(56、58、62、64)が発生する気流により負圧になる空気出口(84)をなす他端を備えたダクト(80)を有する。 A flying device according to one embodiment of the present invention is a flying device (10) having a fuselage (12) and at least one lift generating device (50, 100) attached to the fuselage (12). The lift generator (50, 100) includes an annular fan shroud (52) and an electric fan (56, 58, 62, 64) disposed at the center of the fan shroud (52). ) Includes an air inlet (68) for taking in air from outside the machine to the inside of the machine (19) and an air outlet (70) for discharging air from the inside of the machine to the outside of the machine (19). An airflow generated by the electric fans (56, 58, 62, 64) which opens toward one end forming a connection port (82) connected to the fan shroud (52) and radially inward of the fan shroud (52). Having a duct (80) having a second end forming an air outlet (84) comprising a pressure.
この構成によれば、電動ファン(56、58、62、64)の気流により空気出口(84)に生じる負圧と大気圧との差によって機体内部(19)に空気が取り入れられるので、空冷のための外気を機体内部(19)に十分に取り込むことができる。 According to this configuration, the air is taken into the airframe interior (19) by the difference between the negative pressure generated at the air outlet (84) and the atmospheric pressure due to the airflow of the electric fans (56, 58, 62, 64). Outside air can be sufficiently taken into the inside of the fuselage (19).
上記飛翔装置(10)において、好ましくは、前記ダクト(80)は前記接続口(82)から前記空気出口(84)に向かうに従って流路面積が小さくなる先細形状である。 In the above-mentioned flying device (10), preferably, the duct (80) has a tapered shape in which a flow passage area decreases from the connection port (82) toward the air outlet (84).
この構成によれば、空気出口(84)に向かうほどダクト(80)内の空気の流速が速まり、空冷のための外気を機体内部(19)に十分に取り込むことができる。 According to this configuration, the flow velocity of the air in the duct (80) increases as it goes to the air outlet (84), and the outside air for air cooling can be sufficiently taken into the inside of the body (19).
上記飛翔装置(10)において、好ましくは、垂直方向に昇降可能な飛翔装置であり、前記ファンシュラウド(52)は平面視で円環状をなして上下方向に開口しており、前記空気出口(84)は前記ファンシュラウドの上方に配置されている。 In the above-mentioned flying device (10), preferably, it is a flying device that can move up and down in the vertical direction, wherein the fan shroud (52) has an annular shape in plan view and is open in the vertical direction, and the air outlet (84) ) Is located above the fan shroud.
この構成によれば、空気出口(84)が電動ファン(56、58、62、64)の気流に良好に曝され、空冷のための外気を機体内部(19)に十分に取り込むことができる。 According to this configuration, the air outlet (84) is well exposed to the airflow of the electric fans (56, 58, 62, 64), and the outside air for air cooling can be sufficiently taken into the inside of the body (19).
上記飛翔装置(10)において、好ましくは、前記空気排出口(70)は前記機体(12)の縦壁(16A、18A)に設けられており、前記空気排出口(70)の下縁(70A)は前記接続口(82)の下縁(82A)より高い位置にある。 In the flying device (10), preferably, the air outlet (70) is provided on a vertical wall (16A, 18A) of the body (12), and a lower edge (70A) of the air outlet (70) is provided. ) Is located higher than the lower edge (82A) of the connection port (82).
この構成によれば、接続口(82)において水の堰き止め作用が得られ、空気排出口(70)から機体内部(19)に雨水等が侵入し難くなる。 According to this configuration, a water blocking effect is obtained at the connection port (82), and it is difficult for rainwater or the like to enter the inside of the body (19) from the air discharge port (70).
上記飛翔装置(10)において、好ましくは、前記ダクト(80)は水の排出を行うドレン孔(88)を有する。 In the flying device (10), preferably, the duct (80) has a drain hole (88) for discharging water.
この構成によれば、ダクト(80)内に侵入した雨水等がダクト(80)内に溜まることがない。 According to this configuration, rainwater or the like that has entered the duct (80) does not accumulate in the duct (80).
上記飛翔装置(10)において、好ましくは、前記機体(12)は内部に電気機器(66)を収容しており、前記空気取入口(68)及び前記空気排出口(70)は前記電気機器(66)が前記空気取入口(68)から前記空気排出口(70)へ流れる空気の流れに曝されるべく設けられている。 In the flying device (10), preferably, the airframe (12) houses an electric device (66) therein, and the air inlet (68) and the air outlet (70) are connected to the electric device (66). 66) are provided to be exposed to the flow of air flowing from the air inlet (68) to the air outlet (70).
この構成によれば、機体(12)に収容された電気機器(66)の冷却が効果的に行われる。 According to this configuration, the electric device (66) housed in the body (12) is effectively cooled.
本発明による飛翔装置によれば、空冷のための外気を機体内部に十分に取り込むことができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the flying device by this invention, the outside air for air cooling can be fully taken in an airframe.
以下に、本発明による飛翔装置の一つの実施形態を、図1〜図5を参照して説明する。 An embodiment of a flying device according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
本実施形態による飛翔装置10は、垂直方向に昇降可能(離着陸可能)なマルチコプタであり、図1及び図2に示されているように、機体12は、前後に長い直方形状の箱状の主部機体14と、主部機体14の前端から前方に延出し、前方に向かうに従って横幅が小さくなる切頭四角錘形状の箱状の前部機体16と、主部機体14の後端から後方に延出し、後方に向かうに従って横幅が小さくなる切頭四角錘形状の箱状の後部機体18と、前後に長い直方体箱状をなして主部機体14の左側に連接して設けられた左側機体20と、前後に長い直方体箱状をなして主部機体14の右側に連接して設けられた右側機体22とを有する。
The
前部機体16と後部機体18とは主部機体14の前後方向に延在する中心線に沿って設けられた前後対称の配置である。左側機体20と右側機体22とは、主部機体14の左右両側にあって主部機体14の高さの略1/2の高さを有し、左右対称の配置である。
The
主部機体14、左側機体20及び右側機体22は、箱状をなしていて、内部に電源バッテリ(不図示)が収納されている。
The
主部機体14上には箱状の座席台24が取り付けられている。座席台24には乗員用座席26が前向きに取り付けられている。座席台24の前部には乗員用座席26に着座した乗員のための左右のグリップ28を含む固定ハンドル30が取り付けられている。固定ハンドル30或いは乗員用座席26の近傍には飛行操縦装置(不図示)が設けられている。
A box-
座席台24には、3軸のジャイロセンサ32、3軸の加速度センサ34、飛行制御装置36及び自律飛行制御装置38が取り付けられている。ジャイロセンサ32は、機体12の姿勢制御が容易且つ適切に行われるべく、平面視で機体12の重心G或いは重心Gに近い位置に配置されている。
The
機体12の下部には前後方向に長いそり構造の脚体40が取り付けられている。
A
飛翔装置10は、図2に示されているように、機体12の重心Gを略中心とする半径R1による第1同心円C1上にあって機体12の前部及び後部に各々左右対称に配置され且つ機体12に取り付けられた揚力発生装置である4個の第1揚力発生装置(ダクテットファン装置)50と、機体12の重心Gを略中心とする第1同心円C1より大径、つまり半径R1により大きい半径R2による第2同心円C2上且つ機体12の前後方向に延在する中心軸線X上にあって機体12の前方及び後方に配置され且つ機体12に取り付けられた揚力発生装置である2個の第2揚力発生装置100とを有する。
As shown in FIG. 2, the
各第1揚力発生装置50は、図1に示されているように、上下に互いに同心に配置された2重反転翼によるものであり、ブラケット51(図4参照)によって機体12に取り付けられた平面視で円環状をなす上下開放の円環形状のファンシュラウド52と、複数の上側アーム54によってファンシュラウド52の中心に配置された上側電動機56と、上側電動機56の回転軸に下向きに取り付けられて上側電動機56によって回転駆動される上側回転翼58と、複数の下側アーム60によって上側電動機56と同心配置の下側電動機62と、下側電動機62の回転軸に上向きに取り付けられて下側電動機62によって回転駆動される下側回転翼64とを有する。上側回転翼58と下側回転翼64とは、同心配置で、上下に間隔をおいて互いに対向し、互いに反対方向に回転する。上側電動機56及び上側回転翼58と、下側電動機62及び下側回転翼64とが各々電動ファンをなす。各ファンシュラウド52は、上側が略半円形のアーチ形の横断面形状の中空構造であり、上部円弧面52A(図3〜図5参照)を含む。
As shown in FIG. 1, each of the
前部機体16及び後部機体18の内部には各上側電動機56及び各下側電動機62の速度制御を行う電気機器である複数のESC(Electronic Speed Controller)66(図3参照)が設けられている。各ESC66は上側電動機56及び下側電動機62毎の個別のものであり、図3に示されているように、前部機体16及び後部機体18の左右の側壁16A、18Aの内面に取り付けられている。
A plurality of ESCs (Electronic Speed Controllers) 66 (see FIG. 3), which are electric devices for controlling the speeds of the
第2揚力発生装置100は第1揚力発生装置50と実質的に同一の構造であるので、第2揚力発生装置100の説明は省略する。
Since the
次に、ESC66の空冷機構を、図3〜図5を参照して説明する。
Next, the air cooling mechanism of the
前部機体16及び後部機体18の底壁16B、18Bには機体外部から機体内部19に外気を取り入れる略矩形の空気取入口68が形成されている。前部機体16及び後部機体18の左右の側壁16A、18A(縦壁)の各々の上部には機体内部19から機体外部に空気を排出する略矩形の空気排出口70が形成されている。この空気取入口68、空気排出口70及びESC66の配置により、ESC66は空気取入口68から空気排出口70へ向けて流れる空気の流れに曝される。
The
前部機体16及び後部機体18の左右の側壁16A、18Aの各々の外面にはダクト80が取り付けられている。各ダクト80は、略四角筒状であり、空気排出口70に接続する接続口82をなす一端及びファンシュラウド52の中心に向けて開口した空気出口84をなす他端を備え、接続口82から空気出口84に向かうに従って流路面積が小さくなる先細のノズル形状である。空気出口84は、ファンシュラウド52の上方にあり、ファンシュラウド52の上部円弧面52Aより上方においてファンシュラウド52の径方向内方に向けて横向き(水平方向)に開口し、上側回転翼58及び下側回転翼64の回転により発生する気流により負圧による部位に配置されている。この空気出口84の配置はダクト80の長さ及び流路形状により設計の自由度が高い。
空気排出口70の下縁70Aは、図5に示されているように、接続口82の下縁82A、換言すると、ダクト80の底面80Aより高い位置にある。これにより、側壁16A、18Aは、空気排出口70の下縁70Aと接続口82の下縁82Aとの間に水止め堰86を形成する。ダクト80の底面80Aには雨水等をダクト80外に排出を行うドレン孔88が形成されている。
The
上側回転翼58及び下側回転翼64の回転が回転すると、図3及び図4に示されているように、ファンシュラウド52内を上方から下方に向かう空気の流れ(気流A)及びファンシュラウド52の外面に沿って上方から下方に向かう空気の流れ(気流B)が発生する。これらの気流A、Bは機体12に揚力として作用し、飛翔装置10が垂直に上昇する。
When the rotations of the
ダクト80の空気出口84はファンシュラウド52の中心に向けて略水平方向に開口しているから、気流Cによって霧吹きのベンチュリ効果と同等の効果が空気出口84に生じ、ダクト80の空気出口84の圧力が低下する。ダクト80は接続口82から空気出口84に向かうに従って流路面積が小さくなる先細のノズル形状であるから、空気出口84に向かうほど流速が速まり、ベンチュリ効果が向上する。また、空気出口がファンシュラウド52の上部円弧面52A上に配置されていることにより、空気出口84が気流Cに良好に曝され、良好なベンチュリ効果が得られる。
Since the
これにより、ダクト80の空気出口84付近が負圧になり、大気圧と負圧との差圧力によって空気取入口68から前部機体16及び後部機体18の機体内部19に空気(外気)が取り入れられ、機体内部19を通過して空気排出口70からダクト80を介して機体外部に排出される。この空気は機体内部19を通過する際にESC66の冷却(空冷)を行う。
As a result, a negative pressure is generated in the vicinity of the
この機体内部19を通過する空気の流量は、外気圧とダクト80の空気出口84の負圧との差圧により決まり、この差圧は上側回転翼58及び下側回転翼64の上流側と下流側との差圧より大きい。これにより、本実施形態では、上側回転翼58及び下側回転翼64の上流側と下流側との差圧によって空冷のための空気を得るものに比して大流量の冷却用空気が機体内部19に取り込まれ、機体内部19を接続口82から空気出口84に向う空気の流れCによってESC66の冷却が十分に行われる。
The flow rate of the air passing through the interior 19 of the airframe is determined by the pressure difference between the outside air pressure and the negative pressure at the
ダクト80の空気出口84の負圧は上側回転翼58及び下側回転翼64の回転数の増大に応じて増大するから、上側回転翼58及び下側回転翼64の回転数の増大に応じて機体内部19に取り込まれる空気量、つまり冷却用空気の流量が増大する。このため、ESC66の発熱が上側回転翼58及び下側回転翼64の回転数の増大に応じて増大してもESC66の冷却が適切に行われる。
Since the negative pressure at the
ESC66の発熱によって昇温した機体内部19の熱い空気は対流によって自然に機体内部19の上部に流れ、機体内部19の上部に開口している空気排出口70から気流Bによって機体外部に吸引され、ESC66は空気取入口68から空気排出口へ流れる空気の流れCに曝されるので、このことによってもESC66の冷却が十分に行われる。
The hot air inside the
ダクト80の空気出口84では、負圧によって空気出口84からファンシュラウド52側に向かう空気の流れがあることにより、空気抵抗によりダクト80内を雨水や塵埃等が空気排出口70へ向かい難く、雨水や塵埃等が機体内部19に侵入し難い。これにより、機体内部19のESC66が雨水や塵埃等によって損傷を受け難くなる。このことは、ダクト80が接続口82から空気出口84に向かうに従って流路面積が小さくなる先細のノズル形状であることにより、顕著になる。
At the
ダクト80内に侵入して雨水等がダクト80の底面80Aを空気排出口70に向けて流れても、その流れは水止め堰86によって堰き止められ、雨水等が機体内部19に侵入し難くなる。このことによっても機体内部19のESC66が雨水等によって損傷を受け難くなる。
Even if rainwater or the like flows into the
ダクト80の底面80Aの雨水等はドレン孔88からダクト80外に排出されるので、ダクト80内に雨水等が溜まることがない。このことにより、ダクト80内の雨水等による水位が水止め堰86の上縁より高くなり難く、雨水等が機体内部19に侵入し難くなる。これらのことにより、機体内部19のESC66が雨水等によって損傷を受け難くなる。
Since rainwater or the like on the
以上、本発明を、その好適な実施形態について説明したが、本発明はこのような実施形態により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、ダクト80はファンシュラウド52の中心側に突き出ていてもよい。上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。
The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to such an embodiment, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. For example, the
10 :飛翔装置
12 :機体
14 :主部機体
16 :前部機体
16A :側壁
16B :底壁
18 :後部機体
18A :側壁
18B :底壁
19 :機体内部
20 :左側機体
22 :右側機体
24 :座席台
26 :乗員用座席
28 :グリップ
30 :固定ハンドル
32 :ジャイロセンサ
34 :加速度センサ
36 :飛行制御装置
38 :自律飛行制御装置
40 :脚体
50 :第1揚力発生装置
51 :ブラケット
52 :ファンシュラウド
52A :上部円弧面
54 :上側アーム
56 :上側電動機
58 :上側回転翼
60 :下側アーム
62 :下側電動機
64 :下側回転翼
66 :ESC(電気機器)
68 :空気取入口
70 :空気排出口
70A :下縁
80 :ダクト
80A :底面
82 :接続口
82A :下縁
84 :空気出口
86 :水止め堰
88 :ドレン孔
100 :第2揚力発生装置
10: flying device 12: body 14: main body 16:
68: air inlet 70:
Claims (6)
する飛翔装置であって、
前記揚力発生装置は円環状のファンシュラウド及び前記ファンシュラウドの中心に配置された電動ファンを含み、
前記機体は機体外部から機体内部に空気を取り入れる空気取入口及び機体内部から機体外部に空気を排出する空気排出口を含み、
更に、前記空気排出口に接続する接続口をなす一端及び前記ファンシュラウドの径方向内方に向けて開口して前記電動ファンが発生する気流により負圧になる空気出口をなす他端を備えたダクトを有する飛翔装置。 Having a fuselage and at least one lift generator attached to the fuselage;
Flying device,
The lift generating device includes an annular fan shroud and an electric fan disposed at the center of the fan shroud,
The aircraft includes an air intake that takes in air from inside the aircraft to the interior of the aircraft and an air outlet that exhausts air from the interior of the aircraft to the exterior of the aircraft,
Furthermore, one end forming a connection port connected to the air discharge port and the other end forming an air outlet which is opened radially inward of the fan shroud and becomes a negative pressure by an airflow generated by the electric fan is provided. A flying device with a duct.
前記空気出口は前記ファンシュラウドの上部に配置されている請求項1又は2に記載の飛翔装置。 It is a flying device capable of ascending and descending in the vertical direction, wherein the fan shroud has an annular shape in plan view and is open in the up and down direction,
The flying device according to claim 1, wherein the air outlet is disposed above the fan shroud.
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