JP6727526B2

JP6727526B2 - 産業用ドローン

Info

Publication number: JP6727526B2
Application number: JP2020507478A
Authority: JP
Inventors: 千大和氣; 洋柳下
Original assignee: Nileworks Inc
Current assignee: Nileworks Inc
Priority date: 2018-03-19
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2020-07-22
Anticipated expiration: 2039-02-28
Also published as: JPWO2019181413A1; WO2019181413A1

Description

本発明は、物の運搬や農業用の薬剤散布などの所望の作業を行うための産業用ドローンに関する。

一般にドローンと呼ばれる遠隔操縦型小型無人ヘリコプターの応用が進んでいる。その分野のひとつとして物品の配送や、圃場への農薬や液肥などの薬剤散布が挙げられる。
特に、欧米と比較して圃場の面積が広くない日本においては、有人の飛行機やヘリコプターではなく、ドローンの使用が適しているケースが多い。

このようなドローンとしては、レジャー用のドローンであるが、発熱する構成要素（プロセッサ、無線チップ、モーター切替えＭＯＳＦＥＴなど）がＩＭＵと同じ回路基板に搭載され、これを受ける金属製のプレートにより放熱する構成が開示されている。

特開２０１７−１５６９７

しかし、産業用のドローンでは、雨天や霧などの天候が悪い場合であって飛行しなければならないし、また圃場など水気が多い上空を飛行し、時にはその圃場などに着陸しなければならないケースもある。
このような場合には、蓄電池及び制御回路などの制御機器に水が入らないように、これらの機器を筐体で囲う必要があるが、筐体で囲ってしまうと制御機器からの発した熱を放熱しなければならないという問題がある。
特に、産業用のドローンでは、物品を搬送などの作業を行うため、回転翼を回す電動機や蓄電池が大型化して装置全体が重くなり、これに伴って変圧回路や制御回路などの制御機器からの発熱量も大きくなり、これを放熱することが必須の課題となる。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、制御機器などの機器からの発せられた熱を安全に放熱できる産業用ドローンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一の観点に係る産業用ドローンは、所望の作業を行うための産業用ドローンであって、回転翼と、回転翼を回転させる電動機と、上記電動機に給電する蓄電池及びこれを通電制御する制御機器と、上記蓄電池及び制御機器を収納する筐体と、を有し、上記筐体の外周部の少なくとも一面に、先端が露出しない態様で放熱用のフィンを少なくとも１枚以上設けたことを特徴とする。

上記フィンは、その先端部が垂直方向に曲がったウイングレットを構成していてもよい。

風を通すための少なくとも一つの開口を有する中空のダクトが上記筐体の少なくとも一面部に設けられており、上記ダクトの内部に、上記フィンが少なくとも１枚以上配置されていてもよい。

風を通すための少なくとも一つの開口を有する中空のダクトが、上記筐体の少なくとも一面部に、進行方向に向けて開口して設けられており、上記ダクトの内部に、上記フィンが少なくとも１枚以上配置されていてもよい。

風を通すための少なくとも一つの開口を有する中空のダクトが、上記筐体の少なくとも一面部に、進行方向に向けて開口して設けられており、上記ダクトは、上記ドローンが飛行する際の傾斜にあわせて斜め傾けて設けられており、上記ダクトの内部に、上記フィンが少なくとも１枚以上配置されていてもよい。

風を通すための少なくとも一つの開口を有する中空のダクトが、上記回転翼により発生する下方気流の方向に向けて上下方向に開口して設けられており、上記ダクトの内部に上記フィンが少なくとも１枚以上配置されていてもよい。

上記中空のダクトは、上記筐体の側面部に設けられており、上記フィンは、上記ダクト内部に複数並べて配置されていてもよい。

上記ダクトの内部は、両端開口部から中央部に向けて壁面肉厚が厚くなることで、流路が狭くなるくびれが形成されており、上記くびれが形成された部分に上記フィンが配置されていてもよい。

本発明によれば、産業用のドローンにおいて、制御機器等から発せられた熱を効率的に放熱できるとともに、万一ドローンが落下した場合などでも安全性を保つことができる。

第１の実施形態に係るドローンの全体平面図。第１の実施形態に係るドローンの全体斜視面図。第１の実施形態に係るドローンのフレームの平面図。第１の実施形態に係るドローンの制御部の機能ブロック図。第１の実施形態に係る放熱用のフィンの側面図。第２の実施形態に係るドローンの平面図。第２の実施形態に係る放熱用フィンとダクトの部分の正面図。第３の実施形態に係るダクト部分の側面図。第４の実施形態に係るドローンの平面図。第５の実施形態に係るダクトの側部断面図。

以下、図を参照しながら、本願発明を実施するための実施形態について説明する。図はすべて例示である。

＜第１の実施形態＞
図１、図２に本実施携帯に係る産業用ドローン（以下、単に「ドローン」という。）１００の全体構造を示す。本願明細書では、「ドローン」とは、駆動方法や制御方法を問わず、無人飛行体全般を指すこととする。
図１、図２において、ドローン１００は、回転翼（ローター）１０１と、この回転翼１０１を回転させるための電動機としてのモーター１０２と、このモーター１０２へ電源を供給し、回転を制御する制御装置１０３と、これら回転翼１０１、モーター１０２及び制御装置１０３を取り付けるためのフレーム１０４とを有している。

フレーム１０４は、図３に示すように、前方の回転翼１０１、１０１を連結するフレーム軸１４１と、フレーム軸１４１の中央部に所定の間隔を置いて取り付けられ、左右両側の斜め後方に向かって広がるように配置された２本の側方フレーム軸１４２、１４２と、フレーム軸１４１と略平行に設けられ、左右の側方フレーム軸１４２、１４２を連結する連結軸フレーム１４３と、フレーム軸１４１、連結軸１４３から下方に伸びだした脚部１４６を有している。
また本例では、フレーム１０４は、連結軸フレーム１４３の中央部に２本所定の間隔をおいて平行に配置され、連結軸フレーム１４３と前方フレーム軸１４１を連結する連結部材１４４，１４４と、前方フレーム軸１４１と連結軸フレーム１４３との間に配置され、２本の側方フレーム軸１４２，１４２を連結する平板状の連結部材１４５を有している。
なお、連結部材１４４、１４４と、連結部材１４５が重ならないよう、連結部材１４５が連結部材１４４，１４４の上側に配置され交差するようになっている。
そして、前方フレーム１４１の両端と、側方フレーム１４２、１４２の後端に回転翼１０１とモーター１０２が取り付けられるようになっている。

回転翼１０１（１０１−１ａ、１０１−１ｂ、１０１−２ａ、１０１−２ｂ、１０１−３ａ、１０１−３ｂ、１０１−４ａ、１０１−４ｂ）は、ローターとも呼ばれ、ドローンを飛行させるための手段であり、飛行の安定性、機体サイズ、および、バッテリー消費量のバランスを考慮し、８機備えられている。具体的には、８機の回転翼は２機ずつ対になって２段構成になっており、合計４セットを構成している。

回転翼１０１の外周には、この回転翼１０１を覆うようにカバー１１１が設けられている。このカバー１１１は、回転翼１０１の上下に設けられた枠１１１ａ，１１１ａと、この上下の枠１１１ａ，１１１ａを上下方向に支持する支持体１１１ｂを有している。
枠１１１ａは、本例では回転翼１０１の径より大きな径を有する円形に形成されている。
支持体１１１ｂは、棒状に形成されており、枠１１１ａ、１１１ａの全周にわたって８箇所に設けられて、各支持体１１１ｂ、１１１ｂの間からは回転翼１０１が露出するようになっている。
これにより、カバー１１１により回転翼１０１の回転や、回転により生じる気流に支障をきたさず、また回転翼１０１に直接物が当たらないようになっている。
なお、カバー１１１の形状や支持体１１１ｂを設ける数や形などは任意であり、回転翼１０１の作用に支障をきたさず、回転翼１０１を安全に覆うことができる形状、個数等であれば変形可能である。
回転翼１０１は、回転により揚力を得るためのものであって、本実施形態では、二段構成の回転翼１０１を４セット使用した構成となっている。
なお、回転翼１０１の枚数や構成方法はこれに限定されるものではない。

各回転翼１０１にはモーター１０２が配置されている。このモーター１０２に制御装置１０３から通電制御されることで、回転翼１０１を回転させ、この揚力によりドローン１００が飛行を行えるようになっている。

制御装置１０３には、図４に示すように、モーター１０２を通電制御することで飛行制御を行う制御回路１３１、外部無線コントローラ等と通信を行う通信装置１３２、これら機器やモーター１０２に電源を供給するための蓄電池１３３及び変圧装置１３４などの制御機器と、この制御機器を収納するための図１及び図２に示す筐体１３５を有している。
制御装置１０３と各回転翼１０１のモーター１０２とは、フレーム１０４に従って配線を引き回すことで、電気的に接続可能に構成することができる。この場合は、フレーム１０４内を中空筒状として、その中空部に配線を引き回すようにしてもよい。
なお、制御装置１０３には、その用途に応じた制御回路（たとえば、水深の計算と保存等を行なうためのプログラムや）を搭載したり、また制御回路にプログラムを実行させることができる。
また、ＲＴＫ−ＧＰＳ等を用いた位置情報取得部をさらに有してもよい。

筐体１３５は、制御機器を覆うためのものであって、本実施形態では、中空箱状に形成され、フレーム１０４上に取り付けられている。
筐体１３５は、放熱性に優れた硬化な材料（たとえば、アルミ、樹脂、カーボンファイバーなど）により構成されており、収納されている制御機器に水が浸入しないように保護するためこれら制御機器を密閉できるようになっている。
また筐体１３５の上面１３５ａは、本実施形態では平面状に形成されているが、なだらかな曲面に形成してもよい。

図２、図５に示すように、筐体１３５の平らな両側面１３５ｂ，１３５ｂには、放熱用の平板状のフィン１４０が上下方向に重なるようにして複数取り付けられている。
このフィン１４０は、図５に示すように、筐体側面１３５ｂから水平に延びだした平板状の水平部１４０ａと、この水平部１４０ａの先端部から垂直方向に立ち上がったウイングレットを構成する垂直部１４０ｂとを有している。この垂直部１４０ｂの先端部（図示上端部）は本例では平面視四角形状になっているが、この先端部を面取りして滑らかな面としてもよい。
また、フィン１４０は、熱伝導率のよい部材で構成するとよい。
なお、フィン１４０の板厚や、フィン１４０を取り付ける枚数、隣り合うフィン１４０同士の間隔などは任意であり、適宜変更可能である。

このように、上述の第１の実施形態によれば、筐体１３５の側部にフィン１４０を設けたことからこのフィン１４により筐体１３５内の制御装置１０３で発した熱を放熱することができる。
特に、実施形態１によれば、フィン１４０は水平部１４０ａの先端に、ウイングレット状の垂直部１４０ｂを形成し、先端部がドローンの側面に露出しないようにしたことから、万一ドローンが急降下等したときに、下にいる人や物にフィン１４０当たったとしてもフィン１４０の先端部が曲がり、ドローンの外には先端が露出しないウイングレット状に形成されていることから、フィン１４０の先端が鋭く、刺さったり傷つけたりすることを防止できる。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態としては、フィンをダクトにより覆った形態である。
図６、図７に第２の実施形態を示す。この例では、筐体１３５の側面に平板状のフィン２０１を複数枚、水平方向上下方向に隣り合うフィン２０１、２０１同士所定の間隔をおいて取り付けられており、このフィン２０１を覆うようにしてダクト２０２を取り付けた例である。
このダクト２０２は、進行方向前方と後方に風を通すための少なくとも一つの開口を有する管を形成しており、フィン２０１の先端部が露出しないようになっている。ドローンが前方に進むことにより、前方の開口から後方の開口に向けて気流が発生し、これによりフィン２０１が冷却されるようになっている。

このように第２の実施形態によっても、フィン２０１の先端部がダクト２０２により覆われることで、その先端部がドローンの側面に露出することがなく、万一ドローンが急降下等したときに、下にいる人や物に当たったとしてもフィン２０１先端が鋭く、刺さったり傷つけたりすることを防止できる。
なお、上述の例では、ダクト２０２両端に開口を設ける例について説明したが、両端部でなくとも少なくとも風が通るための１つの開口を有していればよい。

＜第３の実施形態＞
第３の実施形態としては、図８に示すように、上述の第２の実施形態のダクト２０２を水平方向に対して、進行方向前方の開口部を後方開口部に比べて持ち上げて、側面視斜めに配置した例である。その他の構成は上述の第２の実施形態と同様であるため説明を省略する。
なお、この例では水平方向に対して約１０°程度、進行方向前方の開口部を後方開口部に比べて持ち上げ、斜めに配置した例である。
なお、この傾斜の角度はドローンが飛行する際の傾き角度にあわせて設定すればよく、その角度は任意である。
これにより、ドローンが飛行する際には、後方がわずかに持ち上がって斜め傾いて飛行するため、この角度にあわせてダクト２０２の角度を配置できることから、よりダクト２０２の中に空気が流れやすくなり、放熱効率を向上させることができる。

＜第４の実施形態＞
第４の実施形態としては、上述の第２及び第３の実施形態では、ダクト２０２の前後に開口部を設けた例について説明したが、図９に示すように上下方向に開口を有するようにした例である。
この場合は、筐体１３５の側面に平板状のフィン２０１を複数枚、垂直方向前後方向に隣り合うフィン２０１、２０１同士所定の間隔をおいて取り付けられており、このフィン２０１を覆うようにして上下に開口を有するダクト２０２が取り付けられ、同様にフィン２０１の先端部は側面に露出しないようになっている。

このように、第４の実施形態によれば、ドローンの回転翼１０１の回転により上下方向の気流が発生し、この気流がダクト２０２内に流れ込みやすくなることから、よりダクト２０２の中に空気が流れやすくなり、放熱効率を向上させることができる。

＜第５の実施形態＞
第５の実施形態としては、上述の第２の実施形態から第４の実施形態のダクト２０２の内部に中央部の内壁の壁圧が両端部から中央部に向かって徐々に厚くなることで、中央部に流路が狭くなるようにした例である。
この例を図１０に示す。図１０に示した例では、ダクト２０２の内部に、両端部から中央部に向かって徐々に肉厚となる肉厚部２０２ａ、２０２ｂをそれぞれダクト２０２の内部の上部及び下部にそれぞれ設けた例である。
そして、この例では、肉厚部２０２ａにより両端開口部よりも流路が狭くなった部分に、フィン２０１が複数配置されている例である。

これにより、肉厚部２０２ａにより流路狭くして、流路を絞った部分にフィン２０１が配置されていることから、より効率的に放熱することができる。

なお、上述の第５の実施形態では、ダクト２０２の内部の上下に肉厚部２０２a、２０２ｂを設けた例について説明したが、肉厚部２０２a、２０２ｂを左右に設けてもよい。
また、ダクト２０２の内部中央に向かった徐々に流路が狭くなるように、全体としてくびれが設けられることで流路を狭くして絞るようにしてもよい。

なお、上述の第１から第５の実施形態では、放熱用のフィンを複数枚設けた例について説明したが、放熱用のフィンは１枚以上であればよく、放熱効率を考慮して複数枚設けるようにすればよい。
また、上述の各実施形態では、筐体の外周部の両側面にフィンを設けた例について説明したが、設ける位置は少なくとも一面であればよい。また側面だけでなく、ドローン１の筐体の前面側、背面側、上面側、底面側のいずれか、又はこれらを適宜組み合わせて設けてもよい。

また、上述の例では、筐体にフィンを設ける例について説明したが、筐体の底面にドローンの底面から露出しないように放熱用のプレートを配置して、これを放熱用のフィンとしてもよい。
さらに、この放熱用のプレートをフレーム１０４に取り付けることで、熱伝導によりフレーム１０４をフィンと同様に放熱機能を持たせるようにしてもよい。この場合、放熱用のプレートや連結部材１４４、１４５自体を、熱伝導率の良い金属、樹脂、カーボンファイバー、セラミックなどで構成してもよい。
これによっても、回転翼１０１の回転により発生する下方気流がこれら放熱用のプレートやフレーム１０４に当たることで、安全に放熱効率を保つことができる。

１ドローン
１０１回転翼
１０２モーター
１０３制御装置
１０４フレーム
１３１制御回路
１３２通信装置
１３３蓄電池
１３４変圧装置
１３５筐体
１４０フィン
２０１フィン
２０２ダクト
２０２ａ，ｂ肉厚部

Claims

所望の作業を行うための産業用ドローンであって、
回転により揚力を得る複数の回転翼と、
前記回転翼を回転させる電動機と、
上記電動機に給電する蓄電池及びこれを通電制御する制御機器と、
上記蓄電池及び制御機器を収納する筐体と、を有し、
上記筐体の外周部の少なくとも一面に、先端が露出しない態様で放熱用のフィンを少なくとも２枚以上設け、
前記フィンは、前記筐体の側面に前記ドローンの前後の進行方向に所定の間隔をおいて取り付けられる、
ことを特徴とする産業用ドローン。
風を通すための少なくとも一つの開口を有する中空のダクトが、上記回転翼により発生する下方気流の方向に向けて上下方向に開口して設けられており、
上記ダクトの内部に上記フィンが少なくとも１枚以上配置されている、
請求項１記載の産業用ドローン。
風を通すための少なくとも一つの開口を有する中空のダクトを有し、上記ダクトは開口部から中央部に向けて壁面肉厚が厚くなることで、流路が狭くなるくびれが形成されており、
上記くびれが形成された部分に上記フィンが配置されている、
請求項１記載の産業用ドローン。