JP6856911B1 - マルチコプター - Google Patents
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Abstract
Description
近年、蓄電池の性能は飛躍的に向上した。しかしながら、市場においては、より航続距離の長い、マルチコプターの開発が望まれている。
同様の課題を解決するためのもう一つの態様は、本体部と、モータによって回転し揚力を発生させる回転翼を有し、前記本体部に前記回転翼が複数取り付けられたマルチコプターにおいて、エンジンによって駆動する発電機を有し、前記本体部を構成する部材自身の断面内部に中空部を有し、当該中空部に燃料を貯留可能であることを特徴とするマルチコプターである。
同様の課題を解決するためのさらにもう一つの態様は、本体部と、モータによって回転し揚力を発生させる回転翼を有し、前記本体部に前記回転翼が複数取り付けられたマルチコプターにおいて、エンジンによって駆動する発電機を有し、前記本体部を構成する部材に管状の部分があって当該管状の部分の断面内部に中空部を有し、当該中空部に燃料を貯留可能であることを特徴とするマルチコプターである。
同様の課題を解決するためのさらにもう一つの態様は、本体部と、モータによって回転し揚力を発生させる回転翼を有し、前記本体部に前記回転翼が複数取り付けられたマルチコプターにおいて、エンジンによって駆動する発電機を有し、前記本体部の外壁を構成する壁の内部に中空部を有し、当該中空部に燃料を貯留可能であることを特徴とするマルチコプターである。
上記した各態様において、前記本体部自身に燃料取り出し口が設けられていることが望ましい。
上記した各態様において、前記本体部は、前記回転翼を支持する支持フレーム部を有し、前記支持フレーム部自身の断面内部に前記中空部があることが望ましい。
上記した各態様において、前記支持フレーム部は全体的に環状構造であることが望ましい。
本態様のマルチコプターは、発電機を有しており、発電機によって発生させた電気をモータに供給することができる。そのため本態様のマルチコプターは、航続距離が長い。
また本態様のマルチコプターは、別途の燃料タンクが不要であり、空間を有効活用することができる。そのため機器や物品を搭載する領域を増大することができる。また燃料タンクに要する重量を低減することができる。
本態様のマルチコプターは、空間を有効活用することができ、全体を小型化することができる。
本態様のマルチコプターは、燃料を含む全体の重量バランスがよい。
本実施形態のマルチコプター1は、公知のそれと同様に、回転翼2を有し、当該回転翼2は、モータ20によって回転する。
マルチコプター1は、公知のそれと同様に、制御装置80と、蓄電池81を有し、当該蓄電池81から制御装置80及びモータ20に給電される。
本実施形態のマルチコプター1には、発電機83が搭載されている。発電機83は、エンジン92と一体化されており、エンジン92を駆動することによって電気を発生させることができる。
発電機83は、蓄電池81に接続されており、飛行中に発電機83で発電し、直接、または蓄電池81を介してモータ20に給電される。
そのため、本実施形態のマルチコプター1は、航続距離が長い。
本実施形態のマルチコプター1は、8枚の回転翼2を備えたドローンであり、無線によって遠隔操作される。マルチコプター1は、公知のそれと同様に、回転翼2を回転することによって下降気流による揚力を発生させて中空に浮き上がる。また各回転翼2の回転数を相違させることによって水平方向の成分を有する方向に移動する。即ち、各回転翼2の回転数を相違させることによって横方向に移動させたり、斜め上下方向に移動させたり、自身の姿勢を変更させるといったさまざまな動きをさせることができる。
回転翼2の数は、8枚に限定されるものではなく、3枚以上であればよい。
本体部3は、環状の支持フレーム部10と、リブ部30と、機器載置部18と、脚部12を有している。
支持フレーム部10は、樹脂等で作られ、無端環状に成形された部分である。本実施形態では、支持フレーム部10の平面形状は、図1、図3(a)の様に円形である。
また支持フレーム部10には、図1、図2(d)に示すように、燃料取り出し口88が設けられている。
燃料取り出し口88は、支持フレーム部10の下部に設けられている。燃料取り出し口88の近傍は、支持フレーム部10の底が、やや下方に窪んでおり、燃料だまり90が設けられている。
燃料取り出し口88と、発電機(正確にはエンジン92)83の間は、燃料ホース等の燃料配管91で接続されている。
マルチコプター1が墜落したり、立木や電柱等と衝突したとき、マルチコプター1のリブ部30が、支持フレーム部10に先立ってぶつかることとなる。その結果、リブ部30が折れる等の事態となり、リブ部30が損傷する。しかしその反面、燃料が貯められている支持フレーム部10に掛かる衝撃が緩和され、支持フレーム部10の損傷が軽減される。そのため、燃料の漏出や飛散が防がれ、火災の原因となることが少ない。
機器載置部18に前記した、制御装置80、蓄電池81及び発電機83が配置されている。
回転翼2は、公知のそれと同様、モータ20の出力軸に直接取り付けられている。
そして本実施形態では、図示しない取り付け部材によって、モータ20が支持フレーム部10から張り出されたリブ部30の上部に固定されている。即ち8個のモータ20は、いずれも回転軸が環状の支持フレーム部10に対して所定の角度や姿勢となる様に、環状の支持フレーム部10にリブ部30を介して固定されている。
本実施形態のモータ20が直接的に固定されているのはリブ部30であり、当該リブ部30は片持ち状である。
しかしながら、リブ部30は比較的大きな環状の支持フレーム部10から突出しているので、片持ち状の部分の長さは、比較的短い。
また発電量が過大である場合には、蓄電池81に蓄電される。そのため、本実施形態のマルチコプター1は、航続距離が長い。
しかしながらマルチコプター1は、図5(c)の様に全体として水平姿勢を保つ。また8枚の回転翼2の相対位置及び相対姿勢は変化せず、回転翼2は水平の同一平面上に並ぶ。各回転翼2a、2b、2c、2dの回転軸21は、いずれも環状の支持フレーム部10に対して垂直となる姿勢を保つ。
本実施形態のマルチコプター1は、前記した様に飛行中に各回転翼の相対位置や相対姿勢が変化せず、例えば全ての回転翼2の相対位置が同一平面上に並ぶ。そのため本実施形態のマルチコプター1は、図示しない姿勢制御装置等による微細なコントロールが設計通り正しく機能する。
そのため本実施形態のマルチコプター1は、従来技術に比べて積載重量を多くすることができる。
その一方で、下降気流を有効に利用して回転翼2の効率を上げるという観点からは、リブ部30の長さは長い方が良い。
即ち回転翼2が発生する送風がマルチコプター1のいずれかの部位に当たると、回転翼2が発生する揚力が減衰する。そのため回転翼2が発生する下降気流の範囲に、マルチコプター1の部材が無いことが望ましい。
そのため、回転翼2が発生する下降気流の範囲に、支持フレーム部10が入らない様な長さに、リブ部30の長さを設計することが望ましい。
具体的には、図4(a)に示すように、回転翼2の回転軌跡31の最遠部が支持フレーム部10と重ならないことが望ましい。
少なくとも図4(b)に示すように、回転翼2の回転軌跡31の最遠部が支持フレーム部の内側ラインと重なる程度とし、回転翼2と支持フレーム部10との重なりを少なくするべきである。
もちろん、回転翼2の回転軌跡31の最遠部は、支持フレーム部10の内側ラインよりも外側にあることが望ましい。
支持フレーム部10には、燃料供給口86と燃料取り出し口88があり、燃料取り出し口88と、発電機(正確にはエンジン92)83の間は、燃料ホース等の燃料配管91で接続されている。
図7(a)(b)は、支持フレーム部32とリブ構成部材23を個別に成形し、その後で両者を接続した構造のマルチコプター5、6を示す。
マルチコプター5、6で採用する支持フレーム部32は、いずれも環状部46を有し、当該環状部46にリブ取付け部33が設けられている。
本実施形態では、リブ構成部材23の取付け部36を支持フレーム部32のリブ取付け部33にあわせ、ネジによって両者を固定している。
リブ構成部材23とリブ取付け部33との結合方法は任意であり、ネジ等の一時締結要素を使用する他、接着剤等の永久締結要素によって両者を結合してもよい。
図7(a)に示すマルチコプター5は、一形態として長さの短いリブ構成部材23を支持フレーム部32に取り付けたものである。
これに対して、図7(b)に示すマルチコプター6は、一形態として長さの長いリブ構成部材23を支持フレーム部32に取り付け、大型の回転翼2を搭載したものである。
この様に、本態様によると、サイズの異なるマルチコプター5、6を共通の支持フレーム部32で作ることができるので、金型等の製造コストを低減することができる。
本実施形態のマルチコプター5、6についても、燃料はリブ構成部材23(リブ部)には入らない。
そのためマルチコプター5、6が墜落したり、立木や電柱等と衝突したとき、リブ構成部材23(リブ部)が緩衝体となり、支持フレーム部32に掛かる衝撃が緩和され、支持フレーム部32の損傷が軽減される。そのため、燃料の漏出や飛散が防がれる。
ここで機器載置部18を、剛性を有しないワイヤーや、強力な紐等の線材で吊り下げることも可能である。
例えばケブラー(登録商標)の様な、引っ張り強度が高い繊維で作られたロープで機器載置部18を吊り下げてもよい。
そして網41は、図9、図10の様に、引っ張り強度が高い繊維で作られたロープ40で支持フレーム部10から吊り下げられている。
網41の電装機器42とモータ20との間は、図示しない電線で接続されている。
例えば図1に示すマルチコプター1の支線部材16を、図11の様により剛性の高い管45等に置き換えてもよい。
網41の中に入れる機材は、電装機器42に限定されるものではない。
例えば、拡声器、消火設備、カメラ(暗視カメラなど特殊なものも含む)を網41の中に入れてもよい。
図12に示すマルチコプター50は、6枚の回転翼51a、51b、51c、51d、52a、52bを有している。
対向する一組の回転翼52a、52bは、大型である。他の4枚の回転翼51a、51b、51c、51dは小型である。
大型の回転翼52a、52bは、180度離れた位置にあり、隣接する小型の回転翼51a、51d、51b、51cとの間には、45度の間隔が確保されている。
なお、各6枚の回転翼51a、51b、51c、51d、52a、52bの間隔は、上記したような不均一な角度に限定されるものではなく、例えば均等間隔であってもよい。
即ち支持フレーム部32は、環状部46を有し、当該環状部46にリブ取付け部33が6個設けられている。
6個のリブ取付け部33は、同じ形状且つ同じ大きさであり、環状部46に所定の間隔で設けられている。
即ち、大径の回転翼52a、52bが取り付けられるリブ構成部材55a、55bは、他に比べて長さが長い。
具体的には、マルチコプター50では、大型の回転翼52a、52bは、原則として同じ回転速度で回転する。即ち、回転翼52a、52bを同じ速度であって且つ高速回転することにより、マルチコプター50が上昇する。また同じ速度であって且つ低速回転することにより、マルチコプター50が降下する。さらに同じ速度であって且つ適度の回転速度で回転させることよってマルチコプター50が中空で停止する。
これに対して、小型の回転翼51a、51b、51c、51dは、回転速度が細かく制御され、姿勢を安定させたり、向きや姿勢を変化させ、前進や横行を行う。
即ち、前記した各実施形態の構成の一部を相互に置き換えたり、一部を除いてもよい。
全ての回転翼の大きさが同一の場合であって、且つ中心からの距離が異なる回転翼が混在していてもよい。
図13に示すマルチコプター60、61、62は、回転翼の配置が不均一である。また中心からの距離が異なる回転翼が混在している。
図13(a)に示すマルチコプター60は、8枚の回転翼63a乃至63hを有している。
マルチコプター60は、円形の支持フレーム部32を有し、当該支持フレーム部32にリブ構成部材53を介して8枚の回転翼63a乃至63hが取り付けられている。
マルチコプター60では、6枚の回転翼63a、63b、63c、63d、63e、63fは、支持フレーム部32と同心のピッチ円P上に等間隔に配置されている。即ち、6枚の回転翼63a、63b、63c、63d、63e、63fは、いずれも支持フレーム部32の中心からの距離が等しい。
他の回転翼は、対向するものが、支持フレーム部32の中心を通過する同一直線上に並んでいる。
本実施形態のマルチコプター60では、ピッチ円P上に等間隔に配置された6枚の回転翼63a、63b、63c、63d、63e、63fは、全体の重心からの距離が比較的近い。即ち、マルチコプター60は、全体の重心に近い位置に、回転翼63a、63b、63c、63d、63e、63fが設置されている。そのためマルチコプター60は、ヨー(左右の回転)が円滑である。
図13(b)(c)に示すマルチコプター61、62も円形の支持フレーム部32を有し、当該支持フレーム部32は、環状部46にリブ取付け部33が設けられている。マルチコプター61、62では、リブ構成部材53が取り付けられていないリブ取付け部33がある。
マルチコプター61では、径の異なる回転翼が混在している。
以上説明したマルチコプターは、支持フレーム部10、32に燃料が貯留されており、リブ部30には燃料が入っていない。以上説明したマルチコプターは、墜落等の事態の際に、リブ部30が破壊しろとなって衝撃を吸収し、支持フレーム部10、32の損傷が軽減される。
またこの思想をさらに発展させ、リブ部30等に故意に弱い部分を設けてもよい。
以上説明したマルチコプターは、いずれも環状の支持フレーム部10、32を有しているが、図14(a)のマルチコプター300の様な枝分かれ状のフレーム302を有するものや、図14(b)のマルチコプター301の様な放射状のフレーム303を有するものであってもよい。
そして発電機83やエンジン92等は、その通気流路で囲まれた位置に配置されている。従って、発電機83やエンジン92等は、上下方向が貫通していて上下方向に通気性を有する領域に配置されている。
本実施形態においては、飛行中、支持フレーム部10の内側に風が呼び込まれ、発電機83やエンジン92等が通風環境下にさらされる。
そのため、発電機83やエンジン92等が冷却される。
即ち、マルチコプター1を前進させる際は、図5(b)の様に、やや前傾姿勢となる。そのため、支持フレーム部10の内側に風が呼び込まれ、発電機83やエンジン92等が
冷却される。
本実施形態のマルチコプター100は、本体部103と、4個の回転翼2を有している。回転翼2は、モータ20によって回転する。
本体部103は、図15の様に、支持フレーム部105と、リブ部106と、制御機器載置部107と、脚部12を有している。
また本実施形態では、支持フレーム部105自身の一部に中空部200があり、当該中空部200が燃料タンクとして機能する。中空部200の内面は、軟質の樹脂でコーティングするか、軟質の樹脂で内張りをおこなうことが推奨される。
軟質の樹脂で内張りすることにより、衝撃を受けて支持フレーム部105に亀裂が生じた際に、燃料の漏出を防ぐことができる。
また中空部200内に耐油性軟質樹脂(ゴムなど)で製作された燃料バッグ(ブラダー)を内蔵させ、支持フレーム部105に直接燃料が触れない構造とすることも、燃料の漏洩を防ぐ目的として有効である。
外郭部材112は、外筒状の外側周壁部115と、内筒状の内側周壁部117と、両者の下端部を繋ぐ底壁部118を有している。外郭部材112には、図18乃至図20の様に、外側周壁部115の内周を取り巻く環状の溝部120がある。溝部120は、上面が解放されている。外郭部材112の中央には、大きな開口121がある。
外側周壁部115を単体でみると、平面断面が円形であり、筒状を呈している。
内側周壁部117も平面断面が円形であり、筒状である。内側周壁部117は、外側周壁部115と同心であり、外側周壁部115によって囲まれた領域に立設されている。内側周壁部117は、外側周壁部115よりも高さが低く、上端に内フランジ122が形成されている。
中蓋部材113は、前記した外側周壁部115の内壁にぴったりと挿入される筒状の内筒部123を有し、当該内筒部123の一端に内フランジ125が設けられたものである。中蓋部材113の内フランジ125の内径は、外郭部材112の内側周壁部117の内フランジ122の内径と略等しい。
即ち、外郭部材112に中蓋部材113が挿入され、外郭部材112の内フランジ122と、中蓋部材113の内フランジ125の中心側の面が合わされ、両者の間がねじ145等の締結要素で結合されている。
そして中蓋部材113の内フランジ125によって、外郭部材112の溝部120の上面の開口が封鎖されている。
その結果、外郭部材112の溝部120と、内筒部123の一端に内フランジ125に囲まれた、環状の中空部200が形成されている。そして、当該環状の中空部200が燃料タンクとして機能する。
本実施形態では、中空部200につながる燃料供給口86があり、当該燃料供給口86には、栓87が装着されている。燃料供給口86は、支持フレーム部105の外側面に設けられている。
中間蓋部材146は、円環状の支持枠部155と、当該支持枠部155の内縁側から垂下された垂下部156を有し、当該垂下部156の下端に内フランジ157が形成された部材である。中間蓋部材146は、上下方向に貫通している。
支持枠部155には、小蓋部147が4個設けられている。
本実施形態では。図19の様に、中間蓋部材146の支持枠部155に、支持部材126の上側環状部材130が、ネジ167等の締結要素によって結合されており、支持部材126の接続部材132及び下側環状部材131が、中間蓋部材146の開口内に入り込んでいる。
また支持部材126の上に外蓋部材127が取り付けられている。
また下側環状部材131及びその近傍の接続部材132は、内側周壁部117によって構成される小空洞部138の中に入り込んでいる。
エンジン135は、単気筒、空冷の2ストロークエンジンである。エンジン135のクランク軸(回転軸)150の一端側には、発電機11が直接的に接続されている。また図22、図23の様に、クランク軸(回転軸)150の一端側には、模型飛行機のスピナーコーン151が取り付けられている。スピナーコーン151は、エンジン135のクランク軸(回転軸)150と一体的に回転する。
本実施形態では、図17、図18の様に、発電機11が、支持部材126の下側環状部材131に接続されている。また図15の様に、クランク軸(回転軸150)の他端側に取り付けられたスピナーコーン151が、外蓋部材127の中央部の開口142から外部に突出している。また吸気フィルター58についても開口143から外部に突出している。
本実施形態によると、エンジン135を起動する際に係合させる部材が、外部に露出しているので、エンジン起動用のモータ153を接続しやすい。
またエンジン135のクランク軸(回転軸)150が、天地方向に配置されているので、エンジン起動用のモータ153を接続しやすい。
即ち、エンジン起動する際には、エンジン起動用のモータ153のコネクター148を、スピナーコーン151に押し付ける必要があるが、本実施形態では、コネクター148を上から下に向かって押圧することになるので、スピナーコーン151が逃げない。
クランク軸(回転軸)150の向きは、鉛直方向に対して45度以下であることが推奨され、望ましくは、30度以下である。より望ましい角度は、鉛直方向に対して5度以下である。
そのため、本実施形態のマルチコプター100では、空洞部108の上下が連通しており、当該、連通する部分に発電ユニット110が配置されている。
即ち本実施形態では、大空洞部137と小空洞部138によって構成される空洞部108が上下方向の通気流路として機能する。
そして発電ユニット110は、その通気流路で囲まれた位置に配置されている。従って、発電ユニット110は、上下方向が貫通していて上下方向に通気性を有する領域に配置されている。
本実施形態においても、飛行中、支持フレーム部105の空洞部108に風が呼び込まれ、発電ユニット110が通風環境下にさらされる。
そのため、発電ユニット110が冷却される。
またエンジン135や発電機11の一部または全部が、環状構造部111の環状部分で囲まれた領域の上の領域又は下の領域にあってもよい。
本実施形態では、係合片となるスピナーコーン151が常時外部に露出しているが、蓋を外す等の行為によって、露出させてもよい。
なお露出するとは、外部から部材を接続可能となる状態をいい、係合片が奥まった位置に設けられていてもよい。
そのため、燃料の残量が少なくなった場合、燃料タンクや、燃料を貯留する支持フレーム部に空気層ができ、全体の比重が低下する。
仮に上記したマルチコプターが、池や海に墜落し、その際に燃料が少ない状態であるならば、マルチコプターは水面に浮く。そのため、墜落したマルチコプターを回収することができる。
2 回転翼
3 本体部
10、32、105 支持フレーム部
11 発電機
20 モータ
23 リブ構成部材
30 リブ部
33 リブ取付け部
81 蓄電池
83 発電機
85、200 中空部
108 空洞部
110 発電ユニット
111 環状構造部
112 外郭部材
113 中蓋部材(蓋部材)
115 外側周壁部
117 内側周壁部
118 底壁部
120 溝部
135 エンジン
Claims (17)
- 本体部と、モータによって回転し揚力を発生させる回転翼を有し、前記本体部に前記回転翼が複数取り付けられたマルチコプターにおいて、
エンジンによって駆動する発電機を有し、
前記本体部を構成する部材自身の断面内部に中空部を有し、当該中空部に燃料を貯留可能であることを特徴とするマルチコプター。 - 本体部と、モータによって回転し揚力を発生させる回転翼を有し、前記本体部に前記回転翼が複数取り付けられたマルチコプターにおいて、
エンジンによって駆動する発電機を有し、
前記本体部を構成する部材に管状の部分があって当該管状の部分の断面内部に中空部を有し、当該中空部に燃料を貯留可能であることを特徴とするマルチコプター。 - 本体部と、モータによって回転し揚力を発生させる回転翼を有し、前記本体部に前記回転翼が複数取り付けられたマルチコプターにおいて、
エンジンによって駆動する発電機を有し、
前記本体部の外壁を構成する壁の内部に中空部を有し、当該中空部に燃料を貯留可能であることを特徴とするマルチコプター。 - 前記本体部自身に燃料取り出し口が設けられていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のマルチコプター。
- 前記本体部は、前記回転翼を支持する支持フレーム部を有し、前記支持フレーム部自身の断面内部に前記中空部があることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のマルチコプター。
- 前記支持フレーム部は全体的に環状構造であることを特徴とする請求項5に記載のマルチコプター。
- 前記支持フレーム部は、上下方向に通気性を有していることを特徴とする請求項5又は6に記載のマルチコプター。
- 前記支持フレーム部の高さ方向の一部に前記中空部があることを特徴とする請求項5乃至7のいずれかに記載のマルチコプター。
- 前記支持フレーム部の高さ方向の全域に前記中空部があることを特徴とする請求項5乃至7のいずれかに記載のマルチコプター。
- 前記支持フレーム部は、周壁部と、底部と、蓋部材とを有し、前記中空部は、少なくとも前記周壁部と前記底部及び前記蓋部材に囲まれていることを特徴とする請求項5乃至9のいずれかに記載のマルチコプター。
- 前記支持フレーム部は、外側周壁部と、底部と、内側周壁部と、蓋部材とを有し、前記内側周壁部は、前記外側周壁部によって囲まれた領域にあり、
前記中空部は、少なくとも前記周壁部と前記底部と、前記内側周壁部と、前記蓋部材とに囲まれていることを特徴とする請求項5乃至10のいずれかに記載のマルチコプター。 - 前記支持フレーム部は、外郭部と、蓋部材とを有し、前記外郭部は、外側周壁部と、当該外側周壁部の内周を取り巻くと共に上部が開口する溝部があり、前記開口に前記蓋部材が設置されて前記中空部が構成されていることを特徴とする請求項5乃至11のいずれかに記載のマルチコプター。
- 前記本体部は支持フレーム部を有し、前記支持フレームは、外郭を構成する外壁部を有し、
前記支持フレーム部の下部側の領域に前記中空部があり、前記中空部の天面壁と、前記外壁部で囲まれた空間に、前記エンジン又は発電機の少なくとも一方が配されていることを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載のマルチコプター。 - 前記本体部は支持フレーム部を有し、
前記本体部には、前記支持フレーム部から外側に向かってのびるリブ部があり、当該リブ部を介して前記回転翼が取り付けられていることを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載のマルチコプター。 - 前記支持フレーム部には、前記リブ部を取り付ける取付け部が設けられており、
前記支持フレーム部と、前記リブ部の一部または全部を構成するリブ構成部材があり、前記支持フレーム部とリブ構成部材は別の部材であり、両者が個別に成形された後に接合されてリブ部が構成されていることを特徴とする請求項14に記載のマルチコプター。 - 前記本体部であって前記中空部を有する部位は、断面形状が縦長であることを特徴とする請求項1乃至15のいずれかに記載のマルチコプター。
- 蓄電池を有し、前記発電機が蓄電池に接続されていることを特徴とする請求項1乃至16のいずれかに記載のマルチコプター。
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