各図に適宜示すZ軸方向は、正の側を「上側」とし、負の側を「下側」とする上下方向である。各図に適宜示す中心軸Jは、Z軸方向と平行であり、上下方向に延びる仮想線である。以下の説明においては、中心軸Jの軸方向、すなわち上下方向と平行な方向を単に「軸方向」と呼び、中心軸Jを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Jを中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。
以下の実施形態において上側は、軸方向一方側に相当し、下側は、軸方向他方側に相当する。なお、上下方向、上側および下側とは、単に各部の配置関係等を説明するための名称であり、実際の配置関係等は、これらの名称で示される配置関係等以外の配置関係等であってもよい。
また、本明細書において「軸方向に延びる」とは、厳密に軸方向に延びる場合に加えて、軸方向に対して、45°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。また、本明細書において「径方向に延びる」は、厳密に径方向、すなわち、軸方向に対して垂直な方向に延びる場合に加えて、径方向に対して、45°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。
図1に示すように、本実施形態の無人飛行体100は、本体部110と、撮像装置120と、回転翼装置1と、を備える。撮像装置120および回転翼装置1は、本体部110に取り付けられる。回転翼装置1は、無人飛行体100の推進力を発生させる装置である。本実施形態において回転翼装置1は、複数設けられる。回転翼装置1は、例えば、4つ設けられる。
図2に示すように、回転翼装置1は、モータ10と、プロペラ2と、ファン75と、を備える。本実施形態においてモータ10は、インナーロータ型のモータである。モータ10は、ハウジング11と、ベアリングホルダ40と、ロータ20と、ステータ30と、ベアリング23,24と、バスバーホルダ50と、バスバー51と、回路基板80と、ホールセンサ81と、オートバランサ60と、を備える。
ハウジング11は、ロータ20、ステータ30、ベアリング23,24、バスバーホルダ50、バスバー51、回路基板80、およびホールセンサ81を内部に収容する。本実施形態においてハウジング11は、中心軸Jを中心とし、下側に開口する円筒状である。
ハウジング11は、頂壁部11aと、筒状部11bと、保持部11cと、底壁部11dと、複数の側面フィン15と、複数の上面フィン16と、を有する。本実施形態において頂壁部11aと筒状部11bと保持部11cと側面フィン15と上面フィン16とは、同一の単一部材の一部である。すなわち、頂壁部11aと筒状部11bと保持部11cと側面フィン15と上面フィン16とは、一体成形されている。底壁部11dは、頂壁部11aと筒状部11bと保持部11cと側面フィン15と上面フィン16とを含む単一部材とは別部材であり、当該単一部材に固定される。
頂壁部11aは、ステータ30の上側に位置し、ステータ30の上側を覆う。頂壁部11aは、プロペラ2およびファン75の下側に位置する。本実施形態において頂壁部11aは、ファン75と軸方向に隙間を介して対向する。頂壁部11aは、中心軸Jを中心とする円環板状である。頂壁部11aの上側の面には、複数の上面フィン16が設けられる。複数の上面フィン16は、頂壁部11aの上面から上側に突出する。上面フィン16は、例えば、円柱状である。複数の上面フィン16が配置される領域は、中心軸Jを周方向に囲む円環状である。
筒状部11bは、頂壁部11aの径方向外周縁部から下側に延びる。筒状部11bは、中心軸Jを中心とし、下側に開口する円筒状である。筒状部11bの内周面には、ステータ30が固定される。筒状部11bの外周面には、周方向に沿って複数の側面フィン15が設けられる。側面フィン15は、例えば、板面が周方向を向く板状である。図示は省略するが、複数の側面フィン15は、周方向に沿って一周に亘って等間隔に配置される。保持部11cは、頂壁部11aの径方向内周縁部から上側に突出する。保持部11cの径方向内側には、ベアリング23が保持される。
底壁部11dは、筒状部11bの下側の端部に固定される。底壁部11dは、筒状部11bの下側の端部から径方向内側に突出する。底壁部11dは、ステータ30の下側に位置し、ステータ30の下側を覆う。底壁部11dは、中心軸Jを中心とする円環板状である。底壁部11dの径方向外周縁部は、筒状部11bの下側の端部に、例えば、ネジで固定される。底壁部11dの径方向内側の開口部は、ハウジング11の下側の開口部である。
ベアリングホルダ40は、ハウジング11の下側の開口部に固定される。より詳細には、ベアリングホルダ40は、底壁部11dの径方向内側の開口部に固定される。ベアリングホルダ40は、底壁部11dの径方向内側の開口部を下側から塞ぐ。ベアリングホルダ40は、上側に開口する円筒状の保持部41を有する。
保持部41は、底部41aと、筒部41bと、を有する。底部41aは、例えば、中心軸Jを中心とする円板状である。底部41aには、底部41aを軸方向に貫通する孔部41cが設けられる。孔部41cは、例えば、中心軸Jを中心とする円形状である。筒部41bは、中心軸Jを中心とし、底部41aの径方向外縁部から上側に延びる円筒状である。筒部41bの径方向内側には、ベアリング24が保持される。
ロータ20は、中心軸Jを中心として回転可能である。ロータ20は、シャフト21と、ロータ本体22と、プロペラ取付部70と、を有する。シャフト21は、中心軸Jに沿って配置される。シャフト21は、中心軸Jを中心とする円柱状である。シャフト21は、ベアリング23,24によって中心軸J回りに回転可能に支持される。シャフト21の上側の端部は、ハウジング11の頂壁部11aの径方向内側および保持部11cの内部を介して、ハウジング11よりも上側に突出する。シャフト21の下側の端部は、ベアリングホルダ40に設けられた孔部41cを介して、ハウジング11よりも下側に突出する。
ロータ本体22は、シャフト21に固定される。ロータ本体22は、シャフト21の外周面に固定されるロータコア22aと、ロータコア22aの外周面に固定されるロータマグネット22bと、を有する。
プロペラ取付部70は、シャフト21のうちロータ本体22が固定される部分よりも上側に位置する部分に設けられる。本実施形態においてプロペラ取付部70は、ハウジング11から上側へ突出するシャフト21の先端部に固定される。プロペラ取付部70は、シャフト21に連結されるアタッチメント部材71と、アタッチメント部材71の上側に固定される連結部材72と、を有する。
アタッチメント部材71は、シャフト21に沿って軸方向に延びる円筒状の軸部71aと、軸部71aの外周面から径方向外側に広がるフランジ部71bと、フランジ部71bの径方向外側の端部に固定される円筒状の筒部71cと、を有する。筒部71cには、ファン75が固定される。ファン75は、筒部71cの外周面から径方向外側に延びる複数の羽根75aを有する。ファン75は、プロペラ2と頂壁部11aとの軸方向の間に位置する。本実施形態では、ファン75は、軸方向に送風する軸流ファンである。
本実施形態では、アタッチメント部材71とファン75とは、インサート成形により作製される。軸部71aおよびフランジ部71bは金属製の単一部材である。筒部71cとファン75とは単一の樹脂部材の一部である。ファン75の外径は、プロペラ2の外径よりも小さい。この構成により、プロペラ2とファン75との干渉を抑制できる。また、回転翼装置1の重量の増加を抑制できる。
連結部材72は、アタッチメント部材71の上面に固定される。連結部材72は、円板状の部材であり、アタッチメント部材71にネジで固定される。連結部材72の上面には、プロペラ2がネジで固定される。これにより、プロペラ取付部70には、プロペラ2が着脱可能に取り付けられる。
プロペラ2は、軸方向に見て中央部に位置するハブ2aと、ハブ2aから径方向外側へ延びる2枚の羽根2b,2cと、を有する。ハブ2aは上下面が平坦面とされた平板状である。ハブ2aは、軸方向に貫通する貫通孔を有する。プロペラ2は、ハブ2aの貫通孔に通されるネジにより連結部材72に固定される。
ステータ30は、ロータ20と隙間を介して径方向に対向する。本実施形態においてステータ30は、ロータ20の径方向外側においてロータ20を囲む。ステータ30は、ステータコア31と、インシュレータ34と、複数のコイル35と、を有する。ステータコア31は、ロータ本体22の径方向外側においてロータ本体22を囲む環状である。ステータコア31は、コアバック32と、複数のティース33と、を有する。コアバック32は、中心軸Jを中心とする円環状である。ティース33は、コアバック32から径方向内側に突出する。複数のティース33は、周方向に沿って一周に亘って等間隔に配置される。
インシュレータ34は、コイル35とステータコア31とを絶縁する部材である。インシュレータ34は、複数のティース33のそれぞれに装着される。複数のコイル35は、インシュレータ34を介して、複数のティース33のそれぞれに装着される。
図示は省略するが、本実施形態においてコイル35は、例えば、ステータコア31およびインシュレータ34とともに樹脂モールドされる。モールド樹脂の上側の端面は、頂壁部11aの下面に接触する。すなわち、コイル35と頂壁部11aとは、モールド樹脂により熱的に接続される。コイル35において発生する熱の一部は、樹脂モールドおよび頂壁部11aを介して上面フィン16に伝わり、上面フィン16から放熱される。
バスバーホルダ50は、ステータ30の下側に配置される。バスバーホルダ50は、複数のバスバー51を保持する。バスバー51は、複数のコイル35から延びる引出線に接続される。
回路基板80は、径方向に拡がる板状である。回路基板80は、ステータ30の下側に配置される。本実施形態において回路基板80は、筒部41bの径方向外側に配置される。ホールセンサ81は、回路基板80の上側の面に取り付けられる。ホールセンサ81はロータマグネット22bの磁界を検出する。図示は省略するが、ホールセンサ81は、周方向に沿って複数設けられる。
オートバランサ60は、ロータ20の動バランスを自動で修正可能な装置である。本実施形態においてオートバランサ60は、シャフト21のうちロータ本体22が固定される部分よりも下側に位置する部分に設けられる。より詳細には、オートバランサ60は、シャフト21の下側の端部に設けられる。オートバランサ60は、ハウジング11の外部に位置する。オートバランサ60は、ベアリングホルダ40の下側に位置する。オートバランサ60は、ベアリングホルダ40と隙間を介して軸方向に対向する。オートバランサ60は、基部61と、蓋部62と、可動体63と、を有する。
基部61は、シャフト21のうちハウジング11よりも下側に突出した部分に設けられる。基部61は、シャフト21の下側の端部から径方向外側に拡がる。基部61は、軸方向に見て、例えば、中心軸Jを中心とする円形状である。基部61の径方向外縁部は、オートバランサ60の径方向外縁部であり、ステータ30の径方向内縁部よりも径方向外側に位置する。本実施形態においてステータ30の径方向内縁部は、ティース33の径方向内縁部を含む。
基部61の径方向外縁部は、ハウジング11の径方向外側の端部よりも径方向内側に位置する。これにより、オートバランサ60の径方向外縁部は、ハウジング11の径方向外側の端部よりも径方向内側に位置する。したがって、オートバランサ60を設けてもモータ10が径方向に大型化することがない。本実施形態においてハウジング11の径方向外側の端部は、側面フィン15の径方向外側の端部を含む。本実施形態において基部61の径方向外縁部は、筒状部11bの内周面よりも径方向内側に位置する。本実施形態において基部61は、シャフト21と一体成形されている。
基部61は、可動体63が収容される収容部64を有する。収容部64は、中心軸Jを中心とする円環状である。収容部64は、基部61の径方向外縁部に設けられる。本実施形態において収容部64は、基部61の下側の面から上側に窪む円環状の溝である。本実施形態において収容部64の径方向外縁部は、ステータ30の径方向内縁部よりも径方向外側に位置する。本実施形態において収容部64の径方向外縁部は、筒状部11bの内周面よりも径方向内側に位置する。
蓋部62は、基部61の下側の面に固定される。蓋部62は、中心軸Jを中心とする円環状である。蓋部62は、板面が軸方向を向く板状である。蓋部62は、収容部64の下側の開口を塞ぐ。これにより、収容部64に収容された可動体63が脱落することを抑制できる。蓋部62は、可動体63を下側から支持する。
可動体63は、収容部64の内部に周方向に移動可能に配置される。本実施形態において可動体63は、球体である。可動体63の外径は、収容部64の内部における径方向の寸法および軸方向の寸法とほぼ同じである。可動体63が収容部64の内部において周方向に移動可能であれば、可動体63と収容部64の内側面との間には、隙間が設けられていてもよいし、隙間が設けられていなくてもよい。
本実施形態において可動体63は、複数設けられる。可動体63の数は、収容部64の内部において可動体63が敷き詰められない程度の数である。すなわち、収容部64の内部のいずれかの周方向位置には、可動体63が設けられない部分がある。可動体63は、例えば、鉄等の金属性である。
本実施形態のようにプロペラ2が着脱可能にロータ20に取り付けられる場合、プロペラ2の取り付け誤差、およびプロペラ2の個体差等によって、プロペラ2が取り付けられたロータ20にアンバランスが生じる場合がある。ロータ20にアンバランスが生じると、ロータ20が振動して、モータ10、回転翼装置1および無人飛行体100の信頼性が低下する虞がある。また、モータ10、回転翼装置1および無人飛行体100から騒音が生じる虞がある。
これに対して、本実施形態によれば、ロータ20の動バランスを自動で修正可能なオートバランサ60が設けられる。そのため、ロータ20にアンバランスが生じても、オートバランサ60によってロータ20のアンバランスを補正することができる。したがって、本実施形態によれば、プロペラ2が着脱可能に取り付けられたロータ20の振動を抑制できる。そのため、モータ10、回転翼装置1、および無人飛行体100の信頼性を向上できる。また、モータ10、回転翼装置1、および無人飛行体100から騒音が生じることを抑制できる。
具体的に、プロペラ2が取り付けられたロータ20にアンバランスが生じている場合、ロータ20がある程度の回転速度で回転すると、収容部64内に収容された可動体63がロータ20のうちアンバランスが生じている周方向位置と中心軸Jを挟んで対称な位置に移動する。これにより、ロータ20のアンバランスが可動体63によって補正される。このようにして、オートバランサ60は、ロータ20の動バランスを自動で修正可能である。
また、例えば、本実施形態のように、無人飛行体100に複数の回転翼装置1が搭載される場合、各回転翼装置1のロータ20から生じる振動によって、無人飛行体100全体に生じる振動が特に大きくなりやすい。そのため、上述したロータ20の振動を抑制できる効果は、回転翼装置1が複数設けられる無人飛行体100において、特に有用に得られる。
また、本実施形態によれば、プロペラ2が取り付けられるプロペラ取付部70は、シャフト21のうちロータ本体22が固定される部分よりも上側に位置する部分に設けられる。そして、オートバランサ60は、シャフト21のうちロータ本体22が固定される部分よりも下側に位置する部分に設けられる。すなわち、本実施形態においてオートバランサ60は、シャフト21のうちプロペラ2が取り付けられる側と逆側に設けられる。そのため、プロペラ2から下側に流れる空気がオートバランサ60によって遮られることを抑制できる。これにより、プロペラ2から下側に流れる空気をハウジング11の上面に送ることができ、ハウジング11を冷却することができる。したがって、ステータ30からハウジング11に伝わった熱を、モータ10の外部に好適に放出することができる。
また、オートバランサ60をシャフト21のうちプロペラ2が取り付けられる側と逆側に設けることで、本実施形態のようにプロペラ2とハウジング11との間にファン75を設ける空間を確保することもできる。そのため、ファン75によってもハウジング11の上面に空気を送ることができ、ハウジング11をより好適に冷却できる。例えば、プロペラ2の径方向内側の部分においては、プロペラ2からハウジング11の上面に送られる空気が少なくなりやすいため、ファン75を設けることで、ハウジング11の上面に送られる空気の量を好適に増加できる。
また、本実施形態では、ハウジング11の上面、すなわち頂壁部11aの上側の面に複数の上面フィン16が設けられる。そのため、プロペラ2およびファン75によってハウジング11の上面に空気が送られることで、上面フィン16からの放熱がより促される。これにより、より好適にハウジング11を冷却できる。
また、本実施形態によれば、収容部64の径方向外縁部は、ステータ30の径方向内縁部よりも径方向外側に位置する。そのため、中心軸Jから収容部64に収容される可動体63までの径方向の距離を大きくできる。これにより、各可動体63によってロータ20に加えられるモーメントを大きくでき、各可動体63によるロータ20のバランス調整機能を向上できる。したがって、可動体63の数を少なくしても、ロータ20の動バランスを修正可能である。そのため、モータ10の質量を低減しつつ、ロータ20の振動を抑制できる。
また、本実施形態によれば、基部61とシャフト21とは一体成形されている。そのため、シャフト21に対して位置精度よくオートバランサ60を設けることができる。これにより、オートバランサ60によって、ロータ20の動バランスをより好適に修正でき、ロータ20の振動をより抑制できる。
本発明は上述の実施形態に限られず、以下の構成を採用することもできる。オートバランサは、ロータの動バランスを自動で修正可能であれば、特に限定されない。オートバランサは、シャフトのうちロータ本体が固定される部分よりも軸方向一方側、すなわち上側に位置する部分に設けられてもよい。すなわち、オートバランサは、シャフトのうちロータ本体が固定される部分よりも軸方向一方側、かつ、プロペラ取付部よりも軸方向他方側に位置する部分に設けられる。オートバランサの可動体は、収容部の内部において周方向に移動可能であれば、特に限定されず、球体でなくてもよい。可動体は、例えば、液体であってもよい。オートバランサの基部は、シャフトと別部材であってもよい。可動体を収容する収容部の径方向外縁部は、ステータの径方向内縁部よりも径方向内側に位置してもよいし、ハウジングより径方向外側に位置してもよい。モータには、オートバランサの他にジンバルが搭載されてもよい。この場合、オートバランサとジンバルとによって、モータに生じる振動をより抑制できる。
プロペラ取付部は、プロペラが着脱可能に取り付けられるならば、特に限定されない。プロペラ取付部は、シャフトの一部であってもよい。この場合、プロペラ取付部は、シャフトに対して着脱可能に取り付けられる。ハウジングは、各フィンを有しなくてもよい。プロペラは、プロペラ取付部に着脱可能に取り付けられるならば、特に限定されない。プロペラは、3枚以上の羽根を有してもよい。
上述した実施形態においてモータ10は、インナーロータ型のモータとしたが、これに限られない。モータの種類は、無人飛行体に搭載されるモータであれば、特に限定されない。モータは、アウターロータ型のモータであってもよい。上述した実施形態において回転翼装置1は、プロペラ2を回転させることで、上下方向の推進力を発生させる構成としたが、これに限られない。例えば、回転翼装置は、プロペラを回転させることで、水平方向の推進力を発生させる構成であってもよい。この場合、ロータは、水平方向に延びる中心軸を中心として回転する。無人飛行体は、回転翼装置を備えるならば、特に限定されない。無人飛行体に搭載される回転翼装置の数は、特に限定されない。無人飛行体には、1以上、3つ以下の回転翼装置が搭載されてもよいし、5つ以上の回転翼装置が搭載されてもよい。無人飛行体には、撮像装置が設けられなくてもよい。無人飛行体の用途は、特に限定されない。
なお、本明細書において説明した各構成は、相互に矛盾しない範囲内において、適宜組み合わせることができる。