JP6896442B2 - 磁気方向付けディテント機構 - Google Patents

Description

本開示は、一般的には航空機の稼働に関し、より詳細には磁気方向付けディテント機構（ｄｅｔｅｎｔ）に関する。

固定翼航空機は、多くの商用、軍用、及び民間業務を行う。一旦離陸すると、固定翼航空機は、長距離の巡航時に動力効率及び有効性が高い。しかし、固定翼航空機は、一般的に離陸及び着陸のための十分な滑走路スペースを必要とする。近年、ハイブリッド航空機は、マルチロータを固定翼航空機に組み込んでいる。マルチロータシステムは、ハイブリッド航空機が垂直離着陸を行うのを可能にするが、一旦離陸すると固定翼システム飛行が使用される。

しかしながら、マルチロータシステムは、固定翼航空機の飛行性能を妨げる場合がある。

本開示によれば、磁気方向付けディテント機構に関連する不都合及び問題を低減する又は取り除くことができる。

一実施形態では、ハイブリッド航空機は、固定翼推進システム及びマルチロータ推進システムを含む。マルチロータ推進システムは、モータシャフトに結合されたプロペラを含むことができる。モータは、モータシャフトを介してプロペラを駆動する。ハイブリッド航空機は、マルチロータ推進システムへの動力が除去される際にマルチロータ推進システムのプロペラを保持するための磁気方向付けディテント機構を含むことができる。磁気方向付けディテント機構は、モータシャフトの周囲に結合された複数の磁石と、その複数の磁石に磁気的に結合されるディテント磁石とを含むことができる。

例示的な実施形態では、磁気方向付けディテント機構を適用する方法は、ハイブリッド航空機のマルチロータ推進システムを用いてハイブリッド航空機を上昇させる段階を含む。マルチロータ推進システムは、複数のプロペラを含む。本方法はまた、マルチロータ推進システムを用いてハイブリッド航空機を加速する段階を含むことができる。本方法は、次に、マルチロータ推進システムから動力を除去し、固定翼推進システムを用いて飛行することができる。本方法は、次に、磁気方向付けディテント機構を複数のプロペラに適用する。磁気方向付けディテント機構は、モータのモータシャフトに結合された１又は２以上の磁石を含むことができ、モータは複数のプロペラのうちの少なくとも１つを駆動し、ディテント磁石はその１又は２以上の磁石と磁気的に結合される。ディテント磁石は、マルチロータ推進システムから動力が除去される際に、マルチロータ推進システムの少なくとも１つのプロペラを保持することができる。

特定の実施形態の技術的な利点としては、抗力を低減することによってハイブリッド航空機の空力特性を高めることを挙げることができる。ハイブリッド航空機の気流に沿うようにマルチロータシステムのプロペラを保持することにより、モータ軸受の過度の摩耗を引き起こして過度の騒音を発生させる可能性のある、飛行中のプロペラの自由回転を防ぐことができる。磁気方向付けディテント機構がもたらす別の利点としては、固定翼推進システムでの飛行時にマルチロータ推進システムの動力消費量を最小限にすることによって、ハイブリッド航空機の飛行時間を延ばす能力を挙げることができる。磁気方向付けディテント機構がもたらす別の利点としては、ハイブリッド航空機の機械的及び電気的な構成要素の数を低減し、結果的に故障が発生する可能性のある構成要素の数を低減することを挙げることができる。

他の技術的な利点は、当業者には図１−４、明細書、及び特許請求の範囲から容易に分かるはずである。さらに、上記に特定の利点を列挙したが、様々な実施形態は、その列挙した利点の全部又は一部を含むこと、又は全く含まないことができる。

特定の実施形態による、ハイブリッド航空機の発進及び着陸の例示的なシステムを説明する。 特定の実施形態による、例示的なハイブリッド航空機を説明する。 特定の実施形態による、マルチロータシステムのプロペラを保持するために使用される例示的な磁気方向付けディテント機構の拡大図である。 特定の実施形態による、マルチロータシステムのプロペラ用の例示的な磁気方向付けディテント機構の下面図である。 特定の実施形態による、磁気方向付けディテント機構を有するハイブリッド航空機を稼働するための例示的な方法を示す図である。

本開示のさらなる理解を助長するため、特定の実施形態の以下の実施例が与えられる。以下の実施例は、本開示の範囲を限定又は規定するものと解釈すべきではない。本開示の実施形態及びその利点は、図１から４を参照することにより最良に理解され、各図では、同じ対応する部分を示すために同じ番号が使用される。

固定翼航空機は、多くの商用、軍用、及び民間業務を行う。一旦離陸すると、固定翼航空機は、長距離の巡航時に動力効率及び有効性が高い。しかし、固定翼航空機は、一般的に離陸及び着陸のための十分な滑走路スペースを必要とする。近年、ハイブリッド航空機は、固定翼航空機にマルチロータが組み込まれている。マルチロータシステムは、ハイブリッド航空機が垂直離着陸を行うのを可能にするが、一旦離陸すると固定翼システム飛行が使用される。しかしながら、マルチロータシステムは、固定翼航空機の飛行性能を妨げる場合がある。

例えば、ハイブリッド航空機は、垂直に発進して巡航速度まで加速するために、マルチロータ推進システムを利用することができる。ハイブリッド航空機がより効率的な固定翼推進システムを使用する飛行のための十分な対気速度に達すると、ハイブリッド航空機は、マルチロータ推進システムから固定翼推進システムへ動力を切り換えることができる。ハイブリッド航空機が固定翼システムで飛行を開始すると、マルチロータシステムへの動力を除去することができる。しかしながら、動力が除去されると、マルチロータシステムのプロペラは、ハイブリッド航空機の飛行中に気流の力で自由に回転することができる。プロペラによる外因的運動により、ハイブリッド航空機に作用する抗力が増大してハイブリッド航空機の効率及び飛行性能が妨げられる場合がある。さらに、プロペラの自由回転は、プロペラを駆動するために使用されるモータ軸受の過度の摩耗を引き起こし、マルチロータシステムの寿命を縮める場合がある。

マルチロータシステムの自由回転するプロペラにより引き起こされる問題を解決するためにいくつかの手法が試行されている。例えば、一部のハイブリッドデバイスは、マルチロータシステムに動力を加えてプロペラをロック位置に保持するようになっている。しかしながら、この手法は、バッテリ電力を消費してハイブリッド航空機の利用可能な飛行時間を短縮する場合がある。さらに、モ―タは、モータシャフトの位置を監視するためにエンコーダなどの付加的な構成要素を必要とする場合がある。これによりハイブリッド航空機の複雑性及びコストが増大する。

固定翼システムを妨げることなくマルチロータシステムの利点を利用するために、本開示の実施形態は、プロペラが利用されていない場合にマルチロータシステムのプロペラを所定位置に保持するための磁気方向付けディテント機構を含むことができる。本開示の実施形態による磁気方向付けディテント機構を利用するために、マルチロータシステムのプロペラを駆動するモータシャフトに複数の磁石を結合することができる。さらに、ディテント磁石は、モータシャフトに対して直角をなすように配置することができる。マルチロータシステムの動力が除去されると、ディテント磁石とモータシャフトに結合された磁石との間を磁力が引き付け合ってモータシャフトを所定位置に保持する。磁石の極性、位置決め、及び強さを適切に選択することにより、プロペラは、ハイブリッド航空機の飛行方向に沿うように配向されて保持される。マルチロータシステムに動力が再度供給されると、モータからの力は磁気ディテント機構に打ち勝ってプロペラを駆動することができる。

マルチロータシステムのプロペラに磁気方向付けディテント機構を適用することは、現行のシステムでは実現されない多くの技術的な利点をもたらす。特定の実施形態では、抗力を低減することによってハイブリッド航空機の空力特性を高めることができる。ハイブリッド航空機の気流に沿うようにマルチロータシステムのプロペラを保持することにより、モータ軸受の過度の摩耗を引き起こして過度の騒音を発生させる可能性のある、飛行中のプロペラの自由回転を防ぐことができる。磁気方向付けディテント機構がもたらす別の利点としては、固定翼推進システムでの飛行時にマルチロータ推進システムの動力消費量を最小限にすることによって、ハイブリッド航空機の飛行時間を延ばす能力を挙げることができる。磁気方向付けディテント機構がもたらす別の利点としては、ハイブリッド航空機の機械的及び電気的な構成要素の数を低減し、結果的に故障が発生する可能性のある構成要素の数を低減することを挙げることができる。図１−４は、これら及び他の利点をもたらすことができる磁気方向付けディテント機構のさらなる詳細を示す。

図１は、特定の実施形態による、ハイブリッド航空機１１５の発進及び着陸の例示的なシステム１００を示す。例示的な実施形態では、ハイブリッド航空機１１５は、マルチロータシステム１２０及び固定翼システム１３０を備える。ハイブリッド航空機１１５は、発進サイト１１０から離着陸することができる。

発進サイト１１０は、ハイブリッド航空機１１５が離陸及び／又は着陸することを可能にする何らかの適切な場所を表す。一部の実施形態では、発進サイト１１０は、滑走路を用意できないエリアを表す場合がある。例えば、発進サイト１１０は、船上のヘリパッド、ビルの屋上、不整地、人口密集イベント、又は滑走路スペースを必要とする航空機には不適切な何らかの他の場所とすることができる。

発進サイト１１０から離陸するために、ハイブリッド航空機１１５は、マルチロータシステム１２０に動力を供給して、発進経路１４０に沿ってハイブリッド航空機１１５を垂直方向に持ち上げ上昇させる。多くの要因が、発進経路１４０の上昇及び方向を決定する可能性がある。これらの要因としては、ハイブリッド航空機１１５の飛行経路及び任務、周囲の環境条件（例えば、付近の建築物、フェンスなど）、規制（例えば、米国民間連邦航空規則や地方条例）、風及び天候パターン、及びハイブリッド航空機１１５の設計上の制限（例えば、バッテリ容量、翼長など）を挙げることができる。また、発進経路１４０は、上昇速度及び揚力など、マルチロータシステムの性能に基づいて変わる可能性がある。

例示的な実施形態では、ハイブリッド航空機１１５は、マルチロータシステム１２０を使用して発進サイト１１０から垂直方向に離陸することができる。ハイブリッド航空機１１５は、５００フィート／分（ｆｐｍ）（１５２メートル／分）の速度で１０００フィート（３０５メートル）のリリース高度まで上昇することができる。ハイブリッド航空機１１５は、この上昇速度でリリース高度まで約２分かかる。ハイブリッド航空機１１５の高度及び上昇速度は、ハイブリッド航空機１１５の用途及び技術仕様によって決まる可能性がある。

一部の実施形態では、所望の高度に到達すると、ハイブリッド航空機１１５は、飛行経路１５０に従って前方向へ移行することができる。一部の実施形態では、マルチロータシステム１２０は、発進経路１４０中に飛行経路１５０の方向へ斜めに上昇することができる。マルチロータシステム１２０は、固定翼システム１３０に切り換わるに十分な速度に達するまで、飛行経路１５０に沿って加速し続けることができる。

固定翼システム１３０のサイズ及び性能に応じて、マルチロータシステム１２０は、該マルチロータシステム１２０への動力が低減又は遮断された後に固定翼システム１３０が飛行を持続することを可能にする何らかの適切な速度まで加速することができる。例えば、ハイブリッド航空機１１５は、農薬散布用航空機として農薬を散布するために利用することができる。農薬散布時に、ハイブリッド航空機１１５は３０−４０ｋｍ／ｈで飛行することができる。したがって、ハイブリッド航空機１１５は、マルチロータシステム１２０を使用して３０−４０ｋｍ／ｈまで加速し、その後、動力を固定翼システム１３０に切り換えて農薬散布を行うことができる。

別の実施例では、ハイブリッド航空機１１５は、偵察任務に使用される場合があり、より高い巡航速度で長距離を航行する必要がある。ハイブリッド航空機１１５は、離陸して固定翼システム１３０が独立的に機能するに十分な最小限の対気速度まで加速するために、マルチロータシステム１２０を利用することができる。十分な対気速度に達すると、ハイブリッド航空機１１５は動力を固定翼システム１３０に切り換えることができる。

一部の実施形態では、ハイブリッド航空機１１５は、加速度を高めるためにマルチロータシステム１２０及び固定翼システム１３０の両方を利用することができる。これにより、所望の切換え速度まで加速するのに必要な時間が短くなり、マルチロータシステム１２０への動力が除去された状態で、固定翼システム１３０が飛行を持続するための十分な速度で稼働するのを保証することができる。

このようにして、ハイブリッド航空機１１５は、マルチロータシステム１２０を使用して垂直方向に離陸し加速することができる。その後、ハイブリッド航空機１１５は固定翼システム１３０に切り換わり、動力を節約して飛行効率を高めるようになっている。

図２及び３に詳細に示すように、マルチロータシステム１２０への動力が遮断されてハイブリッド航空機１１５が固定翼システム１３０を使用して飛行を始めると、マルチロータシステム１２０のプロペラ（例えば、プロペラ１２２）は自由に回転を始める可能性がある。これによりハイブリッド航空機１１５に作用する抗力が増大して固定翼システム１３０の飛行効率が低下する可能性がある。さらに、自由回転するプロペラは、プロペラのモータ軸受に過度の摩耗を引き起こし、さらに騒音を発生させる場合がある。

これらの問題を解決するために、マルチロータシステム１２０のプロペラは、ハイブリッド航空機１１５が飛行する方向に沿うように保持されることができる。一部の実施形態では、マルチロータシステム１２０のプロペラは、プロペラのモータシャフトに取り付けられた磁気方向付けディテント機構を使用して所定位置に保持される。したがって、マルチロータシステム１２０のプロペラは、ハイブリッド航空機１１５が固定翼システム１３０を使用しての飛行中に所定位置に保持することができる。

ハイブリッド航空機１１５は、固定翼システム１３０を使用しての飛行を終了すると、復路１６０に沿って発進サイト１１０へ戻ることができる。発進サイト１１０へ戻る間、ハイブリッド航空機１１５は、発進サイト１１０に垂直に着陸することができるように減速を開始することができる。例えば、ハイブリッド航空機１１５は、固定翼への動力を減少させて対気速度を低下させることができる。ハイブリッド航空機１１５は、マルチロータシステム１２０が主要な推進システムとなるまで、固定翼システム１３０への動力を減減少させながらマルチロータシステム１２０への動力を増加させることができる。マルチロータシステム１２０に供給される動力は、プロペラ１２２を所定位置に保持する磁気方向付けディテント機構に打ち勝つに十分な大きさとすることができる。一部の実施形態では、マルチロータシステム１２０は、ハイブリッド航空機１１５をホバリングさせて発進サイト１１０の上に垂直降下することができる。

一部の実施形態では、ハイブリッド航空機１１５は、減速プロセスを助けるために、マルチロータシステム１２０及び固定翼システム１３０の両方の推進システムを利用することができる。このようにして、マルチロータシステム１２０及び固定翼システム１３０の両方は、制御された安全な方法で発進サイト１１０へ戻ることを可能にする。

システム１００に対して、本開示の範囲から逸脱することなく、変更、付加、又は省略を行うことができる。一部の実施形態では、ハイブリッド航空機１１５は、遠隔設置された制御エリアのパイロットにより制御可能である。一部の実施形態では、ハイブリッド航空機１１５は、発進経路１４０に沿って離陸して復路１６０に従って着陸するように自律的に動作することができる。例えば、ハイブリッド航空機１１５は、予めプログラムされた発進経路１４０を辿り、特定の速度変化率で特定の高度まで上昇することができる。その後、ハイブリッド航空機１１５は、固定翼システム１３０を使用した飛行に切り換わることができる。

別の実施例として、ハイブリッド航空機１１５が稼働できる場所を最大にするために、特定の実施形態では、ハイブリッド航空機１１５は、利用できる場合には滑走路を利用する着陸装置を含み、滑走路が利用できない場合にはマルチロータシステム１２０に頼ることができる。これは、ハイブリッド航空機１１５が滑走路用の十分なエリアを有する第１の場所から発進するが、滑走路をサポートできない第２の場所に移動する（又はその逆）場合に好都合であろう。したがって、第２の場所では、依然としてマルチロータシステム１２０の垂直着陸機能に基づくハイブリッド航空機１１５に頼って利用することができる。

図２は、特定の実施形態による例示的なハイブリッド航空機１１５を示す。図示の実施形態では、ハイブリッド航空機１１５は、マルチロータシステム１２０及び固定翼システム１３０を備える。

マルチロータシステム１２０は、ハイブリッド航空機１１５の離陸及び着陸を支援することのできる何らかの適切な装置を表す。図示の実施形態では、マルチロータシステム１２０は、モータ１２４ａ−ｄ（集合的に「モータ１２４」）により駆動される４つのプロペラ１２２ａ−ｄ（集合的に「プロペラ１２２」）を含む。

モータ１２４は、マルチロータシステム１２０のプロペラ１２２を駆動するための何らかの適切なモータを表す。モータ１２４のサイズ及び性能（例えば、出力、推力、毎分回転数など）は、ハイブリッド航空機１１５の用途に依存する場合がある。同様に、モータ１２４の出力及び推力性能は、ハイブリッド航空機１１５の重量、プロペラ１２２の長さ及びピッチ、モータ１２４の所望の効率、ハイブリッド航空機１１５に取り付けられた何らかのペイロード、及びハイブリッド航空機１１５の所望の離陸性能（例えば、上昇速度）などの追加的な要因に依存する場合がある。一部の実施形態では、モータ１２４はブラシレスＤＣモータとすることができる。

ハイブリッド航空機１１５は、モータ１２４に動力を供給して、ハイブリッド航空機１１５を垂直方向に発進並びに着陸させるようにプロペラ１２２を駆動することができる。さらに、個別のモータ１２４の各々への動力を変化させることによって、ハイブリッド航空機１１５は、その方向、速度、ピッチ、及びヨーを制御することができる。

図示の実施形態では、固定翼システム１３０は、固定翼プロペラ１３２及び主翼１３４を含む。固定翼プロペラ１３２は、ハイブリッド航空機１１５を前進させるために使用することができる。図示の実施形態では、固定翼プロペラ１３２はハイブリッド航空機１１５の後部に配置される。しかしながら、固定翼プロペラ１３２は、ハイブリッド航空機１１５の機首などの何らかの適切な場所に配置することができる。主翼１３４のサイズ及び形状は、ハイブリッド航空機１１５のサイズ、重量、及びハイブリッド航空機１１５を飛ばすために必要とされる揚力に応じて様々とすることができる。

また、図２は、本開示の実施形態による磁気方向付けディテント機構を利用する際の、プロペラ１２２の適切な位置決め及び不適切な位置決めを示す。前述のように、ハイブリッド航空機１１５がマルチロータシステム１２０を使用して十分な対気速度に達すると、動力は固定翼システム１３０に切り換えることができる。その際、磁気方向付けディテント機構は、ハイブリッド航空機１１５が飛行する方向に沿うようにプロペラ１２２を保持することができる。図示の実施形態では、プロペラ１２２ａ及び１２２ｂは流線形での飛行のために適切に整列される。プロペラ１２２ａ及び１２２ｂは、ハイブリッド航空機１１５の前方方向に沿うように位置決めされている。プロペラ１２２ａ及び１２２ｂの位置決めは、ハイブリッド航空機１１５が固定翼システム１３０を利用して飛行する際にハイブリッド航空機１１５を流線形にするのに役立つ。

これに対して、プロペラ１２２ｃ及び１２２ｄは、不適切に整列されたプロペラ、又はマルチロータシステム１２０から動力が除去されると自由に回転することができるプロペラを示す。飛行方向に沿うようになっていないので、プロペラ１２２ｃ及び１２２ｄは、ハイブリッド航空機１１５に作用する過度の抗力をもたらす。さらに、プロペラ１２２ｃ及び１２２ｄが自由に回転するので、プロペラ１２２ｃ及び１２２ｄのモータは、モータ１２４ｃ及びモータ１２４ｄの軸受を摩耗させる場合がある。これはハイブリッド航空機１１５の耐用寿命を短くする可能性がある。

ハイブリッド航空機１１５に対して、本開示の範囲から逸脱することなく、変更、付加、又は省略を行うことができる。例えば、図示の実施形態は、４枚のプロペラ１２２ａ−ｄを備えたマルチロータシステム１２０を示している。しかしながら、マルチロータシステム１２０は、何らかの適切な数のプロペラ１２２を有することができる。さらに、一部の実施形態では、マルチロータシステム１２０は、１つのプロペラ１２２を有するのではなく、クラスタ式プロペラ１２２を含むことができる。例えば、マルチロータシステム１２０は、垂直方向加速度及び上昇速度を制御するために可変ピッチを有するクラスタ式プロペラを備えることができる。一部の実施形態では、クラスタ式プロペラは、飛行速度及び方向を制御するために各々が独立して制御可能な固定ピッチブレードとすることができる。同様に、図示の実施形態は、固定翼プロペラ１３２を備える固定翼システム１３０を示すが、固定翼システム１３０の推進機構は、ジェットエンジンなどの何らかの適切な推進機構を利用することができる。

さらに、一部の実施形態では、ハイブリッド航空機１１５は、着陸装置を必要とすることなくハイブリッド航空機１１５が発進サイト１１０に着陸する及び／又はそこから離陸することを可能にする着陸支持体を備えることができる。例えば、着陸支持体は、発進サイト１１０で静止している時にマルチロータシステム１２０及び固定翼システム１３０の両方を支持するのに十分な長さとすることができる。

ハイブリッド航空機１１５の磁気方向付けディテント機構のより良い理解を可能にするため、図３Ａ及び３Ｂは、特定の実施形態によるマルチロータシステム１２０の推進システムの拡大図を示す。

図３Ａは、特定の実施形態によるマルチロータシステム１２０のプロペラ１２２を保持するために使用される例示的な磁気方向付けディテント機構の拡大図３００Ａを示す。図示の実施形態では、プロペラ１２２ａは、モータシャフト３１０を介してモータ１２４ａにより駆動される。磁気方向付けディテント機構をプロペラ１２２ａに適用するために、モータシャフト３１０は、モータ１２４ａの下方に延びて、１又は２以上の磁石３２２に結合することができる。ディテント磁石３３０は、モータシャフト３１０及び磁石３２２に対して直角をなすように整列することができる。このようにして、モータ１２４ａは、ハイブリッド航空機１１５から動力が供給される場合にプロペラ１２２ａを駆動することができる。しかしながら、動力がモータ１２４ａから除去されると、ディテント磁石３３０と磁石３２２間の磁気引力はモータシャフト３１０を所定位置に保持することができ、それによってプロペラ１２２ａの自由回転が阻止される。

磁石３２２及びディテント磁石３３０は、プロペラ１２２ａに磁気方向付けディテント機構を提供できる何らかの適切な磁石を表す。さらに、磁石３２２及びディテント磁石３３０は、何らかの適切な形状、サイズ、強さ、及び材質とすることができる。磁石３２２及びディテント磁石３３０に影響を与える要因としては、磁気方向付けディテント機構が必要とする動作温度範囲、所要の耐酸化性、消磁に対する感受性、機械的強度、及び磁場強度を含めることができる。

磁石３２２及びディテント磁石３３０は、何らかの適切な材料で作製することができる。一例として、限定目的ではないが、磁石３２２及びディテント磁石３３０は、ネオジウム鉄ボロン（ＮｄＦｅＢ）、サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）、及び／又はセラミック又はフェライト磁石から成ることができる。

磁石３２２の極性及び／又は帯磁方向は、マルチロータシステム１２０への動力が除去される場合にプロペラを所定位置に保持するために、磁石３２２がディテント磁石３３０と磁気的に結合することを可能にする何らかの適切な様式で選択することができる。例えば、磁石３２２は弧状磁石３２２として形作ることができる。弧状磁石の極性は、外方に向く側が第１の極性（例えば、Ｎ極）で、内方に向く側（つまり、モータシャフト３１０に面する側）が反対の極性（例えば、Ｓ極）となるように、半径方向に配向させることができる。

モータシャフト３１０、磁石３２２、及びディテント磁石３３０の間の関係をより良く理解するために、図３Ｂは、特定の実施形態による、マルチロータシステムのプロペラ１２２ａのための例示的な磁気方向付けディテント機構の下面図３００Ｂを示す。図示の実施形態では、磁石３２２ａ−ｄは、モータシャフト３１０の周囲に適合する弧状磁石として表される。モータシャフト３１０に結合された４つの磁石３２２を有するように示されるが、何らかの適切な数の磁石３２２をモータシャフト３１０に結合することができる。

一部の実施形態では、ディテント磁石３３０は、ハイブリッド航空機１１５に固定すること及びモータシャフト３１０及び磁石３２２に対して直角をなすように位置決めすることができる。図示の実施形態では、ディテント磁石３３０は立方体形状の磁石として表されている。しかしながら、ディテント磁石３３０は何らかの適切な形状の磁石とすることができる。例えば、ディテント磁石３３０は、磁石３２２と同じ形状で同じ又は異なる磁気特性を有することができる。

一部の実施形態では、磁石３２２は、半径方向の磁気極性を有するように設計することができる。例えば、磁石３２２の外方に向く磁気極性は、磁石３２２ｂ及び３２２ｄが外方に向くＳ極性を有するが、磁石３２２ａ及び３２２ｃが外方に向くＮ極性を有するように選択することができる。このようにして、磁石３２２によって生成される外方に向く磁場は、Ｎ−Ｓ−Ｎ−Ｓと交互に配置できる。磁石３２２の極性を交互に配置することによって、ディテント磁石３３０は、同じ極性の磁石に反発し、反対極性の磁石を引き付けることができる。

プロペラ１２２ａがハイブリッド航空機１１５の飛行方向に沿うように位置決めされるのを保証するために、磁石３２２は、モータシャフト３１０に取り付けることができ、ディテント磁石３３０が磁石３２２ｄ又は３２２ｂに対して整列してモータシャフト３１０を保持し、結果的にプロペラ１２２ａを飛行方向に沿うように保持する。例えば、図示のように、ディテント磁石３３０は、磁石３２２ｂ及び３２２ｄを引き付け、磁石３２２ａ及び３２２ｃに反発することになる。プロペラ１２２ａは、磁石３２２ｂ又は３２２ｄがディテント磁石３３０と磁気的に結合した場合にハイブリッド航空機１１５の飛行方向に沿うようにモータシャフト３１０に取り付けることができる。

例えば、磁石３２２ａがディテント磁石３３０に向いた状態でプロペラ１２２ａが停止した場合、ディテント磁石３３０は磁石３２２ａに反発し、磁石３２２ｂ又は３２２ｄがディテント磁石３３０に向くまでモータシャフト３１０を回転させることができる。ディテント磁石３３０と磁石３２２ｄとは反対の磁気極性を有するので、これらは引き付け合ってモータシャフト３１０を所定位置に保持させることになる。この磁石３２２の配置は、プロペラ１２２ａがハイブリッド航空機１１５の飛行方向に沿うように、モータシャフト３１０、したがってプロペラ１２２ａを位置決めするのを保証することができる。

ディテント磁石３３０及び磁石３２２によって作られる磁気方向付けディテント機構は、飛行中にプロペラ１２２を所定位置に保持するだけ十分に強力である必要がある。磁気方向付けディテント機構の保持力は、ディテント磁石３３０と磁石３２２との間の距離、ディテント磁石３３０及び磁石３２２により生成された磁場強度、及び磁石３２２及びディテント磁石３３０の形状を含む多くの要因に依存する可能性がある。

磁気方向付けディテント機構の適用例を示すために、例示的な実施形態を提示する。１つの実施例では、ディテント磁石３３０は、磁石３２２に対して直角をなすＮ極の磁気極性を有することができる。また、磁石３２２ａ及び３２２ｃは、外方に向くＮ極の磁気極性を有することができる。磁石３２２ｂ及び３２２ｄは、内方に向くＳ極の磁気極性を有することができる。

ハイブリッド航空機１１５は、発進サイト１１０から垂直に離陸するためにマルチロータシステム１２０に動力を供給することができる。十分な対気速度に達した後、ハイブリッド航空機１１５は動力をマルチロータシステム１２０から固定翼システム１３０に切り換えることができる。動力がモータ１２４ａから除去されると、モータシャフト３１０の回転は減速し始めることになる。モータシャフト３１０が回転停止する際に、ディテント磁石３３０は磁石３２２ａ及び３２２ｃに反発し、磁石３２２ｂ及び３２２ｄを引き付けることになる。磁石３２２ｂ及び３２２ｄを適切に位置決めすることにより、モータシャフト３１０は、ディテント磁石３３０及び磁石３２２ｂ／ｄを用いて所定位置に保持されることになる。ハイブリッド航空機１１５がモータ１２４ａへの動力を増大させると、モータシャフト３１０は回転を開始し、ディテント磁石３３０及び磁石３２２ｂ／ｄによって作られた磁気方向付けディテント機構に打ち勝つことができる。

ハイブリッド航空機１１５に対して、本開示の範囲から逸脱することなく、変更、付加、又は省略を行うことができる。例えば、図３Ａ及び３Ｂはプロペラ１２２ａ及びモータ１２４ａを用いて例示されるが、マルチロータシステム１２０の各プロペラ１２２は、図示の磁気方向付けディテント機構を組み込むことができる。さらに、一部の実施形態では、２以上のディテント磁石３３０を用いてプロペラ１２２を所定位置に保持することができる。例えば、ディテント磁石３３０と反対の磁気極性を有する付加的なディテント磁石を磁石３２２ａに対して直角をなすように付加して、磁気方向付けディテント機構の保持能力を高めることができる。磁気方向付けディテント機構は、図示の実施形態ではロータ１２４の下方に適用されるが、磁気方向付けディテント機構は、例えば、モータ１２４ａとプロペラ１２２ａの中間などの何らかの適切な位置に取り付けることができる。

図４は、特定の実施形態による磁気方向付けディテント機構を有するハイブリッド航空機１１５を稼働するための例示的な方法４００を示す。ステップ４１０において、ハイブリッド航空機１１５は、マルチロータシステム１２０を使用して発進サイト１１０から離陸することができる。マルチロータシステム１２０は、１又は２以上のプロペラ１２２を使用して発進サイト１１０から垂直方向にハイブリッド航空機１１５を上昇させることができる。マルチロータシステム１２０は、所望の高度及び対気速度までハイブリッド航空機１１５を上昇させることができる。例えば、一部の実施形態では、マルチロータシステム１２０は、発進サイト１１０から離れた場所に配置されたオペレータからの発進信号を受信すると上昇プロセスを開始する。発進信号を受信すると、マルチロータシステム１２０は、所望の高度に至るまで発進経路１４０を辿ることができる。

ステップ４２０において、マルチロータシステム１２０は、固定翼システム１３０がハイブリッド航空機１１５の飛行を引き継ぐことを可能にするに十分な対気速度に至るまで、ハイブリッド航空機１１５を加速することができる。固定翼システム１３０に切り換わる前に必要とされる対気速度は、ハイブリッド航空機１１５の重量、高度、並びにハイブリッド航空機１１５の垂直及び横加速度を含む、多くの要因に依存する可能性がある。一部の実施形態では、マルチロータシステム１２０から固定翼システム１３０に切り換わる前にハイブリッド航空機１１５が必要とする最小対気速度は、少なくともハイブリッド航空機１１５の失速速度とすることができる。特定の実施形態では、固定翼システム１３０は、動力がマルチロータシステム１２０から除去される前の加速プロセスにおいて、マルチロータシステム１２０を支援するために、自身の推進システムを利用することができる。

ステップ４３０において、ハイブリッド航空機１１５はマルチロータシステム１２０から動力を除去して固定翼システム１３０を利用することができる。動力がマルチロータシステム１２０から除去されると、ステップ４４０において、ディテント磁石３３０及び磁石３２２によって作られる磁気方向付けディテント機構は、ハイブリッド航空機１１５の飛行方向に沿うようにプロペラ１２２を保持することができる。例えば、動力がモータ１２４ａから除去されるので、モータシャフト３１０の回転は減速する。モータシャフト３１０が停止する際に、ディテント磁石３３０は同じ極性を有する磁石３２２に反発するが、反対極性を有する磁石３２２を引き付けることができる。このようにして、モータシャフト３１０は回転停止し、ディテント磁石３３０及び磁石３２２によって作られる磁気方向付けディテント機構により所定位置に保持されることになる。磁石３２２の適切な配向及び位置決めを選択することによって、モータシャフト３１０の位置は、ハイブリッド航空機１１５の飛行方向に沿うようにプロペラ１２２を整列させることができる。

ステップ４５０において、ハイブリッド航空機１１５は動力をマルチロータシステム１２０に戻すことができる。モータ１２４に加えられる動力は、ディテント磁石３３０及び磁石３２２によって作られる磁気方向付けディテント機構に打ち勝ってプロペラ１２２を駆動するに十分とすることができる。一部の実施形態では、ハイブリッド航空機１１５は、垂直に着陸するための発進サイト１１０に接近すると動力をマルチロータシステム１２０に戻すことができる。例えば、発進サイト１１０に戻る間に、ハイブリッド航空機１１５は、マルチロータシステム１２０への動力を増大させることができ、固定翼システム１３０及びマルチロータシステム１２０の両方がハイブリッド航空機１１５の飛行に利用される。

ステップ４６０において、ハイブリッド航空機１１５は、マルチロータシステム１２０だけを利用するようになるまで減速することができる。一部の実施形態では、ハイブリッド航空機１１５は、ホバリングまで減速して発進サイト１１０に降下することができる。このようにして、ハイブリッド航空機１１５は、発進サイト１１０に滑走路用の十分なスペースがない場合でも、固定翼システム１３０がもたらす飛行効率を利用することができる。

様々な実施形態は、上述の段階の一部、全てを行うことができ、又は全く行わない場合もある。さらに、特定の実施形態は、異なる順番で又は並行してそれらの段階を行うことができる。さらび、１又は２以上の段階は、繰り返すことができる。何らかの適切な構成要素は、本方法の１又は２以上の段階を行うことができる。

本発明の開示の範囲は、当業者が理解すると考えられる本明細書に説明するか又は図示する例示的な実施形態の全ての変化、置換、変形、代替物、及び修正物を包含する。本発明の開示の範囲は、本明細書に説明するか又は図示する例示的な実施形態に限定されない。

さらに、本発明の開示は、特定の構成要素、要素、機能、作動、又は段階を含むように本明細書でそれぞれの実施形態を説明かつ図示しているが、これらの実施形態のいずれも、当業者が理解すると考えられる本明細書のどこかに説明するか又は図示する構成要素、要素、機能、作動、又は段階のいずれかのあらゆる組合せ又は並べ換えを含むことができる。

さらに、特定の機能を実施するように適応化され、配置され、それが可能であり、構成され、可能にされ、作動可能であり、又は作動的である装置又はシステム、又は装置又はシステムの構成要素への添付の特許請求の範囲における言及は、それ又はその特定の機能が起動され、オンにされ、又はアンロックされるか否かに関わらず、その装置、システム、又は構成要素がそのように適応化され、配置され、それが可能であり、構成され、可能にされ、作動可能であり、又は作動的である限り、その装置、システム、構成要素を包含する。

１１５ ハイブリッド航空機
１２０ マルチロータシステム
１２２ａ プロペラ
１２４ａ モ―タ
１３０ 固定翼システム
３００Ａ 磁気方向付けディテント機構の拡大図
３１０ モータシャフト
３２２ａ 磁石
３２２ｂ 磁石
３３０ ディテント磁石

Claims (18)

1. 固定翼推進システムと、マルチロータ推進システムと、を備えるハイブリッド航空機であって、
   前記マルチロータ推進システムは、
   モータシャフトに結合されたプロペラと、
   前記モータシャフトを用いて前記プロペラを駆動するように動作可能なモータと、を備え、
   前記ハイブリッド航空機は、さらに、
   前記マルチロータ推進システムへの動力が除去される際に前記マルチロータ推進システムの前記プロペラの回転を妨げることが可能な磁気方向付けディテント機構を備え、
   前記磁気方向付けディテント機構は、
   前記モータシャフトに結合された複数の磁石と、
   前記複数の磁石に磁気的に結合されるディテント磁石と、を備え、
   前記プロペラは、前記モータの上側の前記モータシャフトの第１の端部に結合され、前記複数の磁石は、前記モータの下側の前記モータシャフトの第２の端部に結合される、
   ハイブリッド航空機。
2. 前記モータシャフトに結合された前記複数の磁石は、交互になった磁気極性を有する４つの弧状磁石を備え、
   前記ディテント磁石は、前記モータシャフトに結合された前記複数の磁石に対して直角をなすように位置決めされる、
   請求項１に記載のハイブリッド航空機。
3. 前記モータシャフトに結合された前記複数の磁石は、半径方向に配向された磁気極性を有する弧状磁石を備える、請求項１に記載のハイブリッド航空機。
4. 前記ディテント磁石は第１の磁気極性を備え、前記モータシャフトに結合された前記複数の磁石のうちの少なくとも１つは第２の磁気極性を備え、前記第２の磁気極性は、前記第１の磁気極性と反対である、請求項１に記載のハイブリッド航空機。
5. 前記ディテント磁石と、前記モータシャフトに結合された前記複数の磁石のうちの少なくとも１つとは、同じ磁気極性を有する、請求項１に記載のハイブリッド航空機。
6. 前記ディテント磁石及び前記複数の磁石は、ネオジウム−鉄−ボロンから成る、請求項１に記載のハイブリッド航空機。
7. 磁気方向付けディテント機構を適用する方法であって、前記方法は、
   複数のプロペラを備えるマルチロータ推進システムを用いてハイブリッド航空機を上昇させる段階と、
   前記マルチロータ推進システムを用いて前記ハイブリッド航空機を第１の対気速度まで加速する段階と、
   前記マルチロータ推進システムから動力を除去する段階と、
   固定翼推進システムを用いて前記ハイブリッド航空機を飛行させる段階と、
   磁気方向付けディテント機構を用いて前記複数のプロペラが回転しないようにする段階と、を含み、
   前記磁気方向付けディテント機構は、
   前記複数のプロペラのうちの少なくとも１つを駆動するように構成されたモータのモータシャフトに結合された１又は２以上の磁石と、
   前記１又は２以上の磁石に磁気的に結合され、前記マルチロータ推進システムから動力が除去される際に、前記マルチロータ推進システムの少なくとも１つのプロペラが回転するのを防止するように構成されたディテント磁石と、を備え、
   前記プロペラは、前記モータの上側の前記モータシャフトの第１の端部に結合され、前記複数の磁石は、前記モータの下側の前記モータシャフトの第２の端部に結合される、
   磁気方向付けディテント機構を適用する方法。
8. 前記マルチロータ推進システムに動力を加える段階であって、前記マルチロータ推進システムへ動力を加えることに応えて、前記１又は２以上のプロペラが前記磁気方向付けディテント機構に打ち勝つように構成される、段階と、
   前記マルチロータ推進システムを用いるホバリングまで前記ハイブリッド航空機を減速させる段階と、
   前記マルチロータ推進システムを用いて前記ハイブリッド航空機を発進サイトへ降下させる段階と、
   をさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記複数のプロペラが回転しないように前記磁気方向付けディテント機構を使用する段階は、前記ハイブリッド航空機の飛行方向に沿うように前記複数のプロペラを保持する段階を含む、請求項７に記載の方法。
10. 前記複数の磁石はネオジウム−鉄−ボロンから成る、請求項７に記載の方法。
11. 前記ディテント磁石は、前記モータシャフトに結合された前記１又は２以上の磁石に対して直角をなすように位置決めされる、請求項７に記載の方法。
12. 前記ディテント磁石と、前記モータシャフトに結合された前記１又は２以上の磁石の内の少なくとも１つとは、同じ磁気極性を有する、請求項７に記載の方法。
13. 前記ディテント磁石と、前記モータシャフトに結合された前記１又は２以上の磁石のうちの少なくとも１つとは、反対の磁気極性を有する、請求項７に記載の方法。
14. 磁気方向付けディテント機構であって、
    プロペラを駆動するように構成されたモータのモータシャフトに結合された複数の磁石と、
    前記複数の磁石に磁気的に結合され、前記モータから動力が除去される際に前記プロペラが回転するのを防止するように構成されたディテント磁石と、を備え、
    前記プロペラは、前記モータの上側の前記モータシャフトの第１の端部に結合され、前記複数の磁石は、前記モータの下側の前記モータシャフトの第２の端部に結合される、
    磁気方向付けディテント機構。
15. 前記モータシャフトに結合された前記複数の磁石は、前記モータシャフトの周囲を取り囲む４つの弧状磁石を備え、前記４つの弧状磁石は、極性が交互になった半径方向に配向された磁気極性を備える、請求項１４に記載の磁気方向付けディテント機構。
16. 前記ディテント磁石は、第１の磁気極性を備え、前記モータシャフトに結合された前記複数の磁石のうちの少なくとも１つは、第２の磁気極性を備え、前記第２の磁気極性は前記第１の磁気極性とは反対である、請求項１４に記載の磁気方向付けディテント機構。
17. 前記ディテント磁石と、前記モータシャフトに結合された前記複数の磁石のうちの少なくとも１つとは、同じ磁気極性を有する、請求項１４に記載の磁気方向付けディテント機構。
18. 前記複数の磁石は、ネオジウム−鉄−ボロンから成る、請求項１４に記載の磁気方向付けディテント機構。

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