JP6946476B2 - ロータ飛行体 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の特徴部分に記載されているロータ飛行体に関する。

ロータ飛行体は長年知られている。一般的に、ロータ飛行体は、車両に揚力を加える動力付きロータを有し、様々なロータ推進システムが提案されている。近年、無人ドローンに、ロータごとに１つのモータを使用するシステムが用いられている。このモータは、通常、電気式であり、ロータの回転速度を良好に制御し、その結果、制御が容易なロータ飛行体が提供される。

本発明は、第１ロータと、パワーユニットと、当該パワーユニットから前記第１ロータへのトランスミッションとを備えたロータ飛行体に関する。前記トランスミッションは、少なくとも１つのベルト、回転軸群、少なくとも１つの出力軸を含む。当該出力軸は前記パワーユニットに接続され、少なくとも１つのロータ軸が前記第１ロータに接続されている。前記ベルトは、長さ及び幅を有するエンドレスベルトであり、前記ベルトは前記出力軸に付与されている。前記出力軸は回転軸と同心であり、前記ベルトが動力を前記ロータ軸に伝達する。前記ロータ軸は回転軸と同心である。前記回転軸群の連続した回転軸は、互いに対して、これらの軸間の角度が８０度〜１００度、好ましくは基本的に９０度であるように延在している。前記トランスミッションにて使用されるベルトは、前記回転軸群の連続するそれぞれ２つの回転軸間の前記ベルトの遷移部において、８０度〜１００度の、好ましくは、基本的に９０度の最大ねじれを有する。

ロータ飛行体を上述のように構成することにより、メンテナンスが簡略化される。また、トランスミッションの摩耗も低減される。さらに、ロータ飛行体の安全性も向上し得る。なぜなら、トランスミッションに冗長性を追加するためにロータ飛行体が簡略化されるからである。この構成を用いれば、ベルトが急速に摩耗することはないであろう。具体的には、ベルトは一方向においてねじれを有するだけでなく、左右の両方向においてねじれを有する。また、この設計により、ロータ飛行体のためにモータを１つのみ有することが可能になる。

ロータ飛行体のトランスミッションのさらなる態様によれば、前記ベルトは、前記回転軸群における全ての回転軸の周囲を走行する。

これにより、出力軸からロータ軸へのトランスミッションのために単一のベルトを使用すればよくなるため、構造が簡略化され、それにより安全性が向上する。

上記ロータ飛行体のさらなる態様によれば、前記ベルトが第１の側面及び第２の側面を有し、前記ベルトは、それぞれの回転軸に向かって常に同一の側面を回転させるように設置される。

このようにベルトを配置することにより、ベルトの内側を、摩擦などに対して耐久性を有するように改善できる。なお、ベルトの外側はこのような構成である必要はない。

上記ロータ飛行体のさらなる態様によれば、前記回転軸群における前記回転軸のいずれもが、互いに対して平行ではない。

パワーユニットをロータの回転軸に直接関連付ける必要がない場合には、ロータ飛行体の設計及びメンテナンスが簡略化される。

上記ロータ飛行体のさらなる態様によれば、前記ベルトは、前記内側に歯を備えたタイミングベルトであり、好ましくは、伝動プーリを含む。当該伝動プーリはそれぞれの回転軸を中心に回転可能であり、且つ、前記歯を収容するための溝を備えている。

この構成は、ベルトを容易に滑らなくさせるため、特に有利である。そしてこれにより、振動などを低減する非常に安全なトランスミッションが提供される。

上記ロータ飛行体のさらなる態様によれば、前記ベルトと前記ロータのそれぞれの回転軸との接続が、少なくとも１つの一方向ベアリング、例えばスプラグクラッチを含み、これにより、前記ベルトは前記ロータに一方向にのみ動力供給できる。

この構成によれば、ロータ飛行体の安全性が著しく向上される。なぜなら、出力が低下した場合にロータを一時的にロータ軸よりも速く回転させることができるためである。また、パワーユニットが動作しなくなったときに、自動回転の可能性も提供する。

上記ロータ飛行体のさらなる態様によれば、前記出力軸が２つの伝動プーリを含み、さらに、２つの伝動プーリが前記ロータ軸に備えられ、前記ベルトが、前記出力軸から前記第１伝動プーリの周囲を通って延在して前記出力軸の周囲に戻り、そして前記第２伝動プーリに戻り、その後前記出力軸に戻り、これにより、前記第１伝動プーリと前記第２伝動プーリとは、互いに反対の方向に回転し、前記第１伝動プーリのみが前記回転軸の回転に動力供給し、好ましくは、前記ロータ軸の前記伝動プーリの第１が、一方向ベアリングアタッチメント、例えばスプラグクラッチを有し、前記第２伝動プーリが、前記ロータ軸への二方向回転ベアリングアタッチメントを有する。

トランスミッションをこのように配置することにより、この二重ループ構成を使用しない場合よりもベルトの摩耗がはるかに少なくなるという、特別な利点を有する。従って、単一のループはさほど有利ではない。具体的には、ベルトは、一方向においてだけでなく左右の両方においてもねじれを有する。

上記ロータ飛行体のさらなる態様によれば、前記パワーユニットが、燃焼エンジン又は電気モータを含む。

燃焼エンジンは、飛行体にとって安全な、十分に実証された概念である。

上記ロータ飛行体のさらなる態様によれば、前記ロータ飛行体が、第２ロータと、当該第２ロータに動力供給する第２トランスミッションとを備え、当該第２トランスミッションは、前記第１トランスミッションと同様に構成され、前記出力軸に付与された第２ベルトを含み、好ましくは、前記第２ロータは、前記第１ロータの前記ロータ軸とは反対方向に回転するように配置されたロータ軸に取り付けられている。前記反対方向の回転は、第２ベルトの経路を、前記第１ロータの前記ベルトの経路に対して基本的に鏡像配置であるように適応させることにより実現され、これにより、前記第２ロータ軸の前記反対方向の回転を、前記出力軸においては同一方向を有するにも関わらず提供する。

２つのロータに同一のトランスミッションを設ける構成は、最初に説明したトランスミッションと同一の、そしてまた第２トランスミッションとも同一の利点をもたらす。別の利点は、単一の出力軸が使用されることである。出力軸の回転は一方向である。これにより、出力軸の構成が簡略化される。

上記ロータ飛行体のさらなる態様によれば、前記トランスミッションの前記回転軸群が、３つの連続した回転軸を含む。

３つの連続した回転軸を用いることにより、パワーユニットをロータ飛行体の低い位置に配置できるため、良好なバランスのロータ飛行体を簡単に実現できる。

上記ロータ飛行体のさらなる態様によれば、前記ロータの少なくとも１つ、好ましくは全てがコレクティブピッチ及び／又はサイクリックピッチを有し、好ましくは、サイクリックピッチが、ロータ（複数可）のブレードを制御するためのスワッシュプレートを含むロータ軸を含むことにより配置されている。好ましくは、前記スワッシュプレートの前記制御が、動力手段の群により実現され、少なくとも３つの動力手段が前記スワッシュプレートに接続されている。

ロータ飛行体の制御は、特にクアドロコプターの場合、コレクティブピッチのみにより実現できる。これにより、各ロータの推力を正確に制御できる。各ロータへの入力回転動力を一定に保つことができ、従って各ロータが基本的に同一の回転入力動力を受け取ることができるという特別な利点を有する。サイクリックピッチを追加して、高度な操縦（具体的には、２つの主要なロータの変型例と共に使用する）を実現できる。スワッシュプレートの配置により、ロータ飛行体の操縦性が大幅に向上する。なぜなら、この配置によりサイクリックピッチが直進的に実現されるからである。

上記ロータ飛行体のさらなる態様によれば、前記ロータ飛行体は少なくとも３つのロータを備え、各ロータが独自のトランスミッションを有する。

全てのトランスミッションに同時に対処する必要がないため、各ロータのメンテナンスが容易になる。

上記ロータ飛行体のさらなる態様によれば、同一のパワーユニットが、前記飛行体の全てのロータに動力供給する。

これにより、パワーユニットのメンテナンスを簡略化するシンプルな構造が提供される。

上記ロータ飛行体のさらなる態様によれば、前記ロータ飛行体が、さらなるパワーユニットを備え、当該パワーユニットが、前記第１パワーユニットと同一の駆動軸に動力を伝達することにより前記第１パワーユニットと並行して動作し、これにより、前記ロータ飛行体に動力供給するための単一のパワーユニットとして前記第１パワーユニットに冗長的に代わり得る。

これにより、飛行体内に冗長的なパワーユニットを必要とするような（例えば、居住地域の上空を飛行するための）複雑な航空規制を満たすことが可能となる。

上記ロータ飛行体のさらなる態様によれば、前記ロータ飛行体はドローンである。

上記の全ての態様で説明した詳細は、操縦士無しで動作するプロフェッショナル用のドローン（無人航空機）において最適に使用される。操縦士用の制御部及び座席に占有されるスペースが必要でないならば、確実なトランスミッションが最良に使用されよう。

上記ロータ飛行体のさらなる態様によれば、前記ロータ飛行体は、含まれている各ロータに対する冗長的なトランスミッションを、第２のベルトを含む、前記出力軸から前記ロータ軸に延在する完全な第２のトランスミッションを用いることにより有する。

上記ロータ飛行体のさらなる態様によれば、前記出力軸が２つの伝動プーリを含み、第１ロータ軸が第１伝動プーリを含み、且つ、第２ロータ軸が第２伝動プーリを含み、前記ベルトが、前記出力軸から前記第１伝動プーリの周囲を通って延在し、そして前記出力軸の周囲に戻り、そして前記第２伝動プーリに戻り、その後前記出力軸に戻り、これにより、前記第１伝動プーリと前記第２伝動プーリとが互いに反対の方向に回転し、それぞれの伝動プーリが、各々、同心で且つ反対方向に回転する専用のロータ軸に動力供給し、好ましくは、それぞれの伝動プーリのための前記ロータ軸へのアタッチメントとしての、及び／又は、前記出力軸への前記伝動プーリにおける２つの一方向ベアリングが含まれる。

この構成の利点は、１つの動力源と１つの単一のバンドのみを使用して同軸ロータ飛行体を作製できることである。

本発明によるロータ飛行体を開示している。 ２つのロータを備えた、図１のロータ飛行体を示している。 ３つのロータを備えた、図１のロータ飛行体を示している。 ４つのロータを備えた、図１のロータ飛行体を示している。 本発明のロータ飛行体のパワーユニットと、１つのロータ用のトランスミッションとを開示している。 本発明の例示的なパワーユニットを開示している。 本開示の一態様によるロータ飛行体の同軸の変型例を開示している。 図３の開示と共に使用されるべきトランスミッションを備えた第２のロータを開示している。 図３の開示と共に使用されるべきトランスミッション及び二重パワーユニットを備えた第２のロータを開示している。 図３の開示と共に使用されるべきトランスミッション、二重パワーユニット、及び第３トランスミッションを備えた第２のロータを開示している。 図１〜図６、図６ａ、図６ｂ、及び図８〜図１０の開示と共に使用可能な、スワッシュプレートを含むロータを開示している。 本発明によるロータ飛行体の完全な図を開示している。 本発明によるロータ飛行体のトランスミッションの別の変型例を開示している。 冗長的トランスミッションを有するトランスミッションを開示している。図３、図６ａ、図６ｂ及び図９含む全ての態様に、この改変が適用可能である。

本開示は、図１〜図２、図２ａ、及び図２ｂのいずれかに開示されているようなロータ飛行体に関する。ロータ飛行体は一般的にロータを有する。これは「ヘリコプター」と称され得る。一般的な開示は、操縦士無しで動作するようになっているもの、すなわち、ドローン、例えばトリコプター、クアドロコプター、又はマルチコプターである。また、ロータを提供する２つのリフトを備えたツインロータドローンもこの概念の範囲内である。ロータは、パワーユニットからのベルト伝動を介して動力供給される。ベルトは回転軸間にねじれを有し、このねじれは、８０度〜１００度、好ましくは、基本的に９０度である。ロータ飛行体は、全般的に、互いに逆に回転する２つのロータを有する。ロータ飛行体を制御するために、ロータ軸上にスワッシュプレート（斜板）を配置できる。スワッシュプレートはロータのブレードを、ロータ飛行体が制御され得るように制御し、それぞれのロータへの動力入力は異なっていない。パワーユニットは、回転力を供給するのに適した任意のパワーユニットであってよい。しかし、制御する方法は傾斜のみではない。マルチロータ、すなわち、３つ以上の主要ロータを有することにより、ロータ飛行体を、各ロータの推力を個別に変更するだけで制御できる。これは、例えば、ブレードの角度を、例えば個々のロータのコレクティブピッチにより変更することで実現できる。また、飛行体の制御のためのコレクティブピッチとサイクリックピッチとを組み合わせることも考えられ得る。３つ以上のロータが存在する場合、同一方向に回転する２つのロータが常に存在する。

ロータ飛行体のトランスミッションは出力軸を有する。この軸はベルトに動力供給し、ベルトはロータ軸までループ状に延在している。出力軸間にて、ベルトがロータ軸に達する前に、さらなる軸が存在してもよい。ベルトの経路が伝動プーリにより制御されることが好ましい。伝動プーリが、少なくともパワーユニットの出力軸上の伝動プーリとロータ軸上の伝動プーリとにおいて同一寸法を有することが好ましい。

本開示の全体を通じて、用語「回転軸」の定義、回転軸という表現は、「それ自体が回転する軸」を意味しているのではない。「回転軸」は、要素又は軸がそれを中心に回転する軸の方向のみを示すのであり、これらの方向は、同一方向であっても異なる方向であってもよいが、いずれの場合も同一回転軸上にある。

図１及び図２は、本開示によるロータ飛行体１を説明している。ロータ飛行体１は、２つのロータ２，２’を有する。ロータは、任意の個数のブレードを有し得る。ロータ２，２’は、それぞれのロータ軸１０，１０’に配置されている（図３及び図６を参照）。ロータ２，２’がロータ軸１０，１０’の周囲に、一方向ベアリング、例えばスプラグクラッチを用いて接続されており、この接続は、ロータへの動力により提供される慣性よりも大きい慣性をロータが有する場合でも、ロータがロータ軸１０，１０’よりも速く回転できるようになされることが好ましい。このような慣性は、例えば、ロータ２，２’への動力が減じるときに生じ得る。ロータ軸１０及び１０’は、回転軸Ｙ−Ｙ及びＹ−Ｙ’を中心に回転する。しかし、記載される態様のいずれに関しても、例えば図４に見られるように、１つの一方向ベアリングのみを伝動プーリ３ｂ又は３ｃの位置にて出力軸５に使用することが可能である。さらに、パワーユニットがガスタービンを含む場合、一方向ベアリングを任意選択的に省いてもよい。第１のロータの第１のベルト４の経路及び第２のベルト４’の経路は、本質的に互いに鏡像的であり、従って、逆方向に回転するロータ２，２’を実現する。２つのロータが存在する場合、ロータ飛行体を制御するために、コレクティブピッチとサイクリックピッチとの両方を有することが好ましい。

図２ａ及び図２ｂは、図１のロータ飛行体１を開示しているが、図２ａは３つのロータ２，２’，２”を備え、図２ｂは４つのロータ２，２’，２”，２’’’を備えている。さらなるロータが追加されても、基本的な技術は同一である。各ロータが、好ましくは、それらの固有のトランスミッション５０，５１，５２などを有する。３つ以上のロータの場合、コレクティブピッチが、各ロータの推力を個別に制御する手段として好ましい。これは、完全なロータ飛行体の制御を可能にする。従って、３つ以上のロータにサイクリックピッチを追加することは必須ではない。

図３は、トランスミッション５０の一部、すなわち、パワーユニット３から１つのロータ２に回転動力が供給される様子を開示している。本開示のロータ飛行体は、トランスミッション及びロータがさらに追加された状態で達成される。パワーユニット３は、回転出力を出力軸５に提供する。出力軸５はパワーユニット３から延在しているが、出力軸５が、図３に示されているように片側だけにではなく、パワーユニット３の両側に延在し得ることが理解されよう。これらの軸５は回転軸Ｘ−Ｘを中心に回転し、互いに同心である。軸５上で伝動プーリ９が、軸への固定アタッチメント内に配置されている。伝動プーリ９にベルト４が関連付けられている。伝動プーリ９を、軸５への直接アタッチメントに替えてもよい。直接アタッチメントは、例えば伝動プーリ９と同一の外径を有する、軸５を中心とした外周突出部であり得る。ベルト４は、伝動プーリ９の周囲から、伝動プーリのペア６ａ，６ｂ（共通の軸６を中心に回転可能）まで延在している。しかし、ベルト４は、ベルトの経路に沿って最初に伝動プーリ６ａの周りを走行し、次いで、ロータ軸１０に動力を伝達した後、伝動プーリ６ｂ上に戻る。従って、伝動プーリ６ａと６ｂとは、共通の回転軸Ｚ−Ｚを中心に互いに逆方向に回転している。この構成は、好ましくは、軸６を固定軸とし、それぞれの伝動プーリ６ａ及び６ｂが軸６に対して別個の軸受７ａ，７ｂを有することにより可能にされる。ベルト４の内側４ａ又は４ｄとして示されている単一のセクションが、軸５から軸６へのねじれを有し、この角度は、基本的には９０度であるが、軸６に対して８０度〜１００度のいずれの角度であってもよい。ベルト４は、この軸６からロータ軸１０へと、軸５から軸６までのねじれと同一のねじれを有して（もちろん異なる面においてであるが）続いている。ロータ軸１０は、軸Ｙ−Ｙを中心に回転する。ベルト４の同一側は常に、それぞれの軸５，軸６，軸１０に向かって回転する。ベルトの内側も同様であるが、ベルト４の連続している各軸５，軸６，軸１０の間の単一セクションの単一の移動のために、図３に、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄとして示してある。最後のロータ軸１０には伝動プーリ８が存在している。伝動プーリ８は、第１のロータ２に関連付けられた軸に取り付けられている。この伝動プーリ８は、上述のように、一方向ベアリング、例えばスプラグクラッチを用いて取り付けられ得る。しかし、先に述べたように、この一方向ベアリングを出力軸５に取り付けることも可能である。しかしまた、パワーユニットがガスタービンを含む場合、一方向ベアリングを任意選択的に省いてもよい。伝動プーリ９，８，６ａ，６ｂは、好ましくは、同一の直径を有するべきである。

ベルト４は、本発明の目的に適した任意のベルト、例えば、タイミングベルト、平ベルト、丸ベルト、Ｖベルト、多溝ベルト、リブ付きベルトなどであってよい。しかし、タイミングベルトを伝動プーリ９，６ａ，６ｂ，８（対応する溝パターンをベルト４の歯として有する）と共に有することが好ましい。これは、ロータ軸１０の回転速度の正確な制御を提供し、さらには、ロータ軸１０に十分な動力を伝達する能力も提供する。これは、本開示の以下の全ての態様についても有効である。

図３、図６、図６ａ、図６ｂ、図１０に見られるパワーユニット３は、好ましくは燃焼エンジンであり、ガソリン又はディーゼルで動作するモータであり得るが、ガスタービン、又は、電気モータ、例えばブラシレス電気モータであってもよい。一般的に、ガスタービンは、トランスミッションにおけるワンウェイクラッチが不要であるという利点を有する。パワーユニットからのパワー出力部は、エンジン又はモータ３ａから直接延在する軸であり得るが、好ましくは、伝動ギヤ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが使用される。伝動ギヤの例が図４に見られる。駆動ベルト３ｄが、小さい方の伝動プーリ３ｂの周りに取り付けられ、そしてベルト３ｄは、大きい方のベルト伝動プーリ３ｃに巻き付けられている。こうして、伝動ギヤは、パワーユニット３ａのｒｐｍ（パワーユニット３から出力軸５へのパワー出力のための）を好適に低減させる。

図１及び図２が、２つのロータ２及びロータ２’を備えたロータ飛行体１を開示しており、ロータ２’は第１ロータ２とは反対の方向に回転する。この回転は、図６に示されている第２トランスミッション５１におけるベルト４’の逆向きの移動により実現される。図６において、他の図と重複しているが同等の詳細部品は全て「’」付きで示されている。しかし、パワーユニット３は、好ましくは、図３に示されているものと同一である。また、出力軸５も図３のものと同一である。しかし、出力軸５が、第２トランスミッション５１のベルト４’を取り付けるためにパワーユニット３の左側に突出し得ることを理解されたい。

図６ａは、基本的には図３のトランスミッション及び可能なロータ飛行体を示しており、さらに、第２パワーユニット３’を有することが可能であることも示している。図６ａに配置されているように、第２パワーユニット３’はパワーユニット３と共に出力軸５に動力供給する。ロータ飛行体１に飛行動力を単独で供給可能な２つのパワーユニット３，３’を用いることにより、ロータ飛行体の冗長的なパワーシステムを有することが可能である。

図６ｂは、図２ａに見られるようなさらなるロータ２”に動力供給するための第３トランスミッション５２の追加を示している。トランスミッション５２は、前述のトランスミッション５０及び５１と同一のままである。また、図６ｂは、オプショナルの第２パワーユニット３’も示している。これは、基本的には図３に示した態様であり、追加のロータ及びトランスミッションが設けられている。

図６、図６ａ、図６ｂの全てに、１つ又は２つのパワーユニット３，３’を貫通する出力軸５が、パワーユニット３／３’の両側にトランスミッションを取り付けるために配置され得る。

図７に、スワッシュプレート１１が開示されている。スワッシュプレート１１は、本願のロータ２，２’，２”，２’’’のいずれとも共に、スワッシュプレートを介したいわゆるサイクリックピッチ制御のため使用され得る。スワッシュプレート１１は、動力手段１４，１５，１７により制御される。動力手段は一般的に、少なくとも３つである。動力手段１４，１５，１７は、伝動バー１２，１３，１８を介してスワッシュプレート１１に係合してスワッシュプレート１１を制御する。動力手段１４，１５，１７は、サーボであることが好ましい。

図２の２つのロータの飛行体に関しては、スワッシュプレート１１は必須である。しかし、図２ａ，図２ｂのように３つ以上のロータを有するロータ飛行体１’，１”，１’’’の場合、スワッシュプレート１１を省き得る。しかし、ロータ２，２’，２”のコレクティブピッチは、ロータ飛行体を制御するために依然として必要である。コレクティブピッチをスワッシュプレートと共に、任意の構成（ロータの個数など）で使用してもよい。

図８は、本開示のロータ飛行体１の完全なトランスミッションを開示している。ここにパワーユニットが図４のように取り付けられることになり、同一の伝動プーリ３に図８の伝動プーリ３ｄが対応する。しかし、パワーユニットを任意の適切な方法で取り付け得ることを理解されたい。また、第１ベルト４及び第２ベルト４’もパワーユニットの両側からそれぞれのパワー出力を受け取り得る。図８の開示は、基本的に、図３を図６と組み合わせた開示であるが、パワーユニットは示されていない。また、図８は、それぞれのロータ軸１０，１０’におけるスワッシュプレート１１，１１’も開示している。

図９は、トランスミッション５００を開示している。トランスミッション自体は、例えば図８（また、図３、図６、図６ａ、図６ｂ、図１０も）のものと同一であり、すなわち、バンドは、図９のトランスミッションにおいても、回転軸間にて８０度〜１００度の、好ましくは９０度のねじれを有する。しかし、出力軸５５に関しては異なり、図８の出力軸は図３の軸６に対応している。ベルト４ｍ及びベルト４ｎは、両方共、専用のロータ２，２’に動力供給する。ベルトを二重ループで走行させることにより、ベルトのねじれは８０度〜１００度よりも大きくなることは決してなく、好ましくは、基本的に、９０度を決して超えない。ロータ軸１００へのカップリングが、２つの伝動プーリ８０ａ，８０ｂによりつくられる。第１伝動プーリ８０ａは、一方向ベアリング、例えばスプラグクラッチを有する。従って、ベルト４ｍは、ロータ軸１０に動力を、伝動プーリ８０ａを介して供給する。他方の伝動プーリ８０ｂは、ベアリングを用いてロータ軸１００に取り付けられている。しかし、第２伝動プーリ８０ｂのベアリングは両方向の回転を提供するため、伝動プーリ８０は、実際には軸１００と共に回転しない。その代わりに、伝動プーリ８０は、第１伝動プーリ８０ａと同一の回転速度で逆回転している。同一の構成が、出力軸５５の伝動プーリ６０ａ，６０ｂに提供される。伝動プーリ６０ａは軸５５と共に回転し（一方向ベアリングを用いても、用いなくてもよい）、伝動プーリ６０ｂは、伝動プーリ６０ａと同一の速度で、しかし負の速度で逆回転する。この構成が十分に機能できるように、伝動プーリ８０ａ，８０ｂ及び伝動プーリ６０ａ，６０ｂは、同一の直径を有するべきである。

図９に示されている態様は、図２ｂのクワドロコプター１”構造（図９と同様の構造で、主要出力軸５５に接続された４本のベルトが存在する）に含まれることが好ましい。従って、クワドロコプター１”は、この構成により動力供給される。そして、クワドロコプターの制御は、各ロータのそれぞれのロータブレードのコレクティブピッチにより行われる。先に記載した態様と同様に、パワーユニットは同一であり得、ロータの一方向ベアリングは同一であり得、パワーユニットからのいずれのギヤも同一であり得る。すなわち、図３、図６の軸５が、出力軸５５に対応し得る。

本明細書における開示の全体において、二重冗長性(double redundancy)を採用し得ることを理解されたい。具体的には、二重パワー出力を有する二重のパワーユニットと、各ロータへの二重のトランスミッションとを設けることが可能である。これは、パワーユニットを二重にできる（例えば、図６ａ，６ｂに示されているように、軸５に第２のパワーユニット３ａを、ギヤ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの有無にかかわらず設けることによる）ことだけを意味するのではない。軸５からロータへの伝動もまた、さらなるベルトをさらなる伝動プーリと共に設けることにより二重にできる。しかし、各ベルトの主な構成は同一のままである。これは、軸５上に二重伝動プーリ９を設け、軸６上に二重伝動プーリを設け、ロータ軸１０上に二重伝動プーリを設けることにより行われる。また、これは、図９の開示に関しても適用され得る。すなわち、ロータ軸１０上に４つの伝動プーリ８０ａ，８０ｂが存在し、軸５０上に４つの伝動プーリ６０ａ，６０ｂ及び２つのベルト４が存在する。この構成は二重にされており、各単一のトランスミッションは、図３、図６、図６ａ、図６ｂ、図９に上述したトランスミッションと同一の構成となる。例えば、図１０を参照されたい。図１０においては、さらなるベルト４ａ及び伝動プーリ９ａ，６ａａ，６ａｂ，８ａが開示されている。これにより、第１トランスミッションが故障した場合でも安全性が提供される。また、これは、図９のトランスミッション５００及びその他のすべてのトランスミッションにも適用され得る。図１０において、第２の中間回転軸Ｚａ−ＺａがＺ−Ｚとは別の軸として記載されているが、これらの軸は、もちろん同一回転軸であり得る。また、トランスミッションが冗長的であっても、記載されている追加のパワーユニット３’は任意選択的であり、１つのパワーユニット３のみが存在してもよい。ベルトは、横方向において２つのセクションを有するベルトであり得ることを理解されたい。従って、ベルトは実際には２つのベルトであるが、２つのベルトは片側で接合されている。１つのベルトが損傷した場合、２つのベルトの間の接合部は、残りの完全に機能するベルトに影響を与えない。

好ましい解決方法は、幅広のベルトを各位置にて使用し、伝動プーリの間にリッジを有する二重伝動プーリを使用し、そして、前記幅広のベルトを２本の細いベルトに分割するか、又は幅広のベルトをほぼ分割することである。これにより、２つのベルトの一方が他方のベルトを危険にさらすことなく分割可能な２ベルトシステムが得られる。この解決方法は、ロータ飛行体の上述の態様のいずれにも適用できる。

スワッシュプレート１１を用いた方法に関し、予備的な動力手段１４，１５，及び１７を追加することも可能である。すなわち、各動力手段は、第１の動力手段が機能を失うか完全に故障した場合に第１の動力手段のスワッシュプレートのセクションのみを制御可能なツイン（予備）を有する。

図５は、本開示の同軸変型例１’’’を開示している。同軸の２つの軸１０ａａ及び１０ｂｂが、各々、専用のロータ２ａａ及び２ｂｂに動力供給する（ロータブレードは、図面を見やすくするために図５に追加されていない）。２つのロータ２ａａ，２ｂｂは、専用のベルト４を用いて逆方向に回転可能である。このモデルに関しても、出力軸５５上に伝動プーリ９ａａ，９ｂｂが存在する。図５のロータ飛行体１’’’において、好ましくは出力軸５５とパワーユニットとの間に取り付けられた一方向ベアリングが存在する。しかし、上述の態様と同様に、パワーユニットがガスタービンである場合、一方向ベアリングを任意選択的に省くことができる。同軸ロータ飛行体で使用されるスワッシュプレートシステムを適用することが好ましい。さらに、両方のロータに動力供給する単一のベルト４のみが存在することも理解されよう。このようにして、伝動プーリ８ａａ，８ｂｂは逆回転している。図５のロータ飛行体は、基本的には、図９に開示されているロータ飛行体のほぼ半分であるが、同軸構造が追加されている。

図８の態様と図９の態様とを組み合わせたトリコプター図２ａを作製することも考えられ得る。図８のトランスミッションの半分を、１つのロータのために使用する。この場合、図９の軸５５に、軸５上の２つのロータ２’，２が配置され、図９のその他の全ての構成要素が含まれる。これにより、ただ１つの動力源による動力供給が可能なトリコプター配置が提供される。

本開示は、有人のロータ飛行体に適用可能であることは意図されていないが、任意のタイプのロータ飛行体、ヘリコプター、トリコプター、クアドロコプターにも有用である。

マルチロータ構造においては、ロータが、同一方向に回転するペア、及び、それに対応する逆回転するペアとして関連付けられることが好ましい。パワーユニットを１つのみ使用し、その結果、全てのロータが同一のｒｐｍ（毎分回転数）で回転する場合、各ロータは、ロータ飛行体を制御するために、ブレード又はスワッシュプレートの、又はこれらの両方の可変回転角度を有する必要がある。

１ ロータ飛行体
２ ロータ
３ パワーユニット
４ ベルト
５ 出力軸
９ 伝動プーリ
１０ ロータ軸
５０ トランスミッション
６０ 伝動プーリ
Ｘ−Ｘ 回転軸

Claims (24)

1. 第１ロータ（２）と、第１パワーユニット（３）と、当該第１パワーユニット（３）から前記第１ロータ（２）へのトランスミッション（５００）とを備えたロータ飛行体（１）であって、前記トランスミッション（５００）が、少なくとも１つのベルト（４）と、各軸の回転中心軸を画成している回転軸群（Ｙ−Ｙ，Ｘ−Ｘ，Ｚ−Ｚ）と、前記第１パワーユニット（３）に接続された少なくとも１つの出力軸（５５）と、前記第１ロータ（２）に接続された少なくとも１つの第１ロータ軸（１００）と、を含み、前記ベルト（４）が、長さ及び幅を有するエンドレスベルトであり、前記ベルト（４）が前記出力軸（５５）及び前記第１ロータ軸（１００）の両方に付与されており、前記出力軸（５５）が、前記回転軸群の一部である回転軸（Ｘ−Ｘ）と同心であり、且つ、動力を、前記出力軸（５５）から前記第１ロータ軸（１００）に伝達し、前記第１ロータ軸（１００）が、前記回転軸群の一部である回転軸（Ｙ−Ｙ）と同心である前記ロータ飛行体（１）において、
   前記少なくとも１つの出力軸（５５）と前記少なくとも１つの第１ロータ軸（１００）とが、これらの軸の間の角度が互いに８０度〜１００度の範囲であるように互いに関連し、前記トランスミッション（５００）にて使用されている前記ベルト（４）が、８０度〜１００度のねじれを、前記ベルト（４）の、前記少なくとも１つの出力軸（５５）と前記少なくとも１つの第１ロータ軸（１００）との間の遷移部において有し、前記出力軸（５５）が、２つの伝動プーリ（９ａａ，９ｂｂ，６０ａ，６０ｂ）を含み、さらに、前記少なくとも１つの第１ロータ軸（１００）への２つの伝動プーリ（８ａａ，８ｂｂ，８０ａ，８０ｂ）が含まれ、前記ベルト（４）が、前記出力軸（５５）から第１伝動プーリ（８ａａ，８０ａ）の周囲を通って延在し、そして、前記出力軸（５５）の周囲に戻り、そして第２伝動プーリ（８ｂｂ，８０ｂ）に戻り、その後、前記出力軸（５５）に戻り、これにより、前記第１伝動プーリ（８ａａ，８０ａ）と前記第２伝動プーリ（８ｂｂ，８０ｂ）とが互いに反対の方向に回転し、前記第１伝動プーリ（８ａａ，８０ａ）のみが前記第１ロータ軸（１００）の回転に動力供給することを特徴とする、ロータ飛行体（１）。
2. 前記少なくとも１つの出力軸（５５）と前記少なくとも１つの第１ロータ軸（１００）とが、これらの軸の間の角度が互いに９０度であるように互いに関連し、前記ベルト（４）が、９０度のねじれを、前記ベルト（４）の前記遷移部において有する、請求項１に記載のロータ飛行体（１）。
3. 前記第１ロータ軸（１００）の前記第１伝動プーリ（８ａａ，８０ａ）が、一方向ベアリングアタッチメントを有し、前記第２伝動プーリ（８ｂｂ，８０ｂ）が、前記第１ロータ軸（１００）への二方向回転ベアリングアタッチメントを有する、請求項１又は２に記載のロータ飛行体（１）。
4. 前記トランスミッション（５００）において、前記ベルト（４）が前記少なくとも１つの出力軸（５５）及び前記少なくとも１つの第１ロータ軸（１００）の周囲を走行する、請求項１から３のいずれか一項に記載のロータ飛行体（１）。
5. 前記ベルト（４）が、第１の側及び第２の側（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）を有し、前記ベルト（４）が、前記ベルト（４）の常に同じ側（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）を前記少なくとも１つの出力軸（５５）及び前記少なくとも１つの第１ロータ軸（１００）に向けて回転するように設置されている、請求項１から４のいずれか一項に記載のロータ飛行体（１）。
6. 前記少なくとも１つの出力軸（５５）及び前記少なくとも１つの第１ロータ軸（１００）のいずれもが互いに平行ではない、請求項１〜５のいずれか一項に記載のロータ飛行体（１）。
7. 前記ベルト（４）が、内側（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）に歯を備えたタイミングベルトである、請求項１〜６のいずれか一項に記載のロータ飛行体（１）。
8. 前記伝動プーリ（９ａａ，９ｂｂ，６０ａ，６０ｂ，８ａａ，８ｂｂ，８０ａ，８０ｂ）が、前記歯を収容するための溝を備えている、請求項７に記載のロータ飛行体（１）。
9. 前記ベルト（４）と前記第１ロータ軸（１００）との接続が、少なくとも１つの一方向ベアリングを含み、これにより、前記ベルト（４）が前記第１ロータ（２）に、一方向においてのみ動力供給できる、請求項１〜８のいずれか一項に記載のロータ飛行体（１）。
10. 前記一方向ベアリングアタッチメントまたは前記少なくとも１つの一方向ベアリングは、スプラグクラッチである、請求項３又は９に記載のロータ飛行体（１）。
11. 前記第１パワーユニット（３）が、燃焼エンジン（３ａ）又は電気モータ（３ａ）を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のロータ飛行体（１）。
12. 前記ロータ飛行体（１）が、第２ロータ（２’）と、当該第２ロータ（２’）に動力供給する第２トランスミッション（５１０）とを備え、当該第２トランスミッション（５１０）が前記トランスミッション（５００）と同様に構成され、前記出力軸（５５）に取り付けられた第２ベルト（４’）を含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のロータ飛行体（１）。
13. 前記第２ロータ（２’）が、前記第１ロータ（２）の前記第１ロータ軸（１００）とは反対方向に回転するように配置された第２ロータ軸（１００’）に取り付けられ、前記反対方向の回転が、第２ベルト（４’）の経路を、前記第１ロータ（２）の前記ベルト（４）の経路に対して基本的に鏡像配置であるように適応させることにより実現され、これにより、前記第２ロータ軸（１００’）の前記反対方向の回転を、前記出力軸（５５）においては同一回転方向を有するにも関わらず提供する、請求項１２に記載のロータ飛行体（１）。
14. 前記トランスミッション（５０）の前記回転軸群が、３つの隣接する回転軸（Ｘ−Ｘ，Ｙ−Ｙ，Ｚ−Ｚ）を含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のロータ飛行体（１）。
15. 前記ロータ（２，２’，２”，２’’’）の、少なくとも１つが、コレクティブピッチ及び／又はサイクリックピッチを有している、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のロータ飛行体（１）。
16. 前記ロータ（２，２’，２”，２’’’）の全てが、コレクティブピッチ及び／又はサイクリックピッチを有している、請求項１５に記載のロータ飛行体（１）。
17. 前記サイクリックピッチが、前記ロータ（複数可）のブレードを制御するためのスワッシュプレート（１１）を含む第１ロータ軸（１００）を含むことにより構成され、前記スワッシュプレート（１１）の前記制御が、動力手段の群（１４，１５，１７）により実現され、少なくとも３つの動力手段が前記スワッシュプレート（１１）に接続されている、請求項１５又は１６に記載のロータ飛行体（１）。
18. 少なくとも３つのロータ（２，２’，２”）を備え、各ロータが独自のトランスミッション（５００，５１０）を有する、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のロータ飛行体（１）。
19. 同一の第１パワーユニット（３）が、前記ロータ飛行体（１）の全てのロータ（２）に動力供給する、請求項１〜１８のいずれか一項に記載のロータ飛行体（１）。
20. 前記ロータ飛行体（１）がさらなるパワーユニット（３’）を備え、当該パワーユニット（３’）が、前記第１パワーユニット（３）と同一の駆動軸に動力を伝達することにより前記第１パワーユニット（３）と並行して動作し、これにより、前記ロータ飛行体（１）に動力供給するための単一のパワーユニットとして前記第１パワーユニット（３）に冗長的に代わり得る、請求項１９に記載のロータ飛行体（１）。
21. 前記ロータ飛行体（１）がドローンである、請求項１〜２０のいずれか一項に記載のロータ飛行体（１）。
22. 前記ロータ飛行体（１）が、含まれている各ロータ（２）に対する冗長的なトランスミッション（５００）を、第２のベルト（４）を含む、前記出力軸（５５）から前記第１ロータ軸（１００）に延在する完全な第２のトランスミッションを用いることにより有する、請求項１〜２１のいずれか一項に記載のロータ飛行体（１）。
23. 前記出力軸（５５）が前記２つの伝動プーリ（９ａａ，９ｂｂ）を含み、前記第１ロータ軸（１００）が前記第１伝動プーリ（８ａａ）を含み、且つ、第２ロータ軸（１０ｂｂ）が前記第２伝動プーリ（８ｂｂ）を含み、前記ベルト（４）が、前記出力軸（５５）から前記第１伝動プーリ（８ａａ）の周囲を通って延在し、そして前記出力軸（５５）の周囲に戻り、そして前記第２伝動プーリ（８ｂｂ）に戻り、その後、前記出力軸（５５）に戻り、これにより、前記第１伝動プーリ（８ａａ）と前記第２伝動プーリ（８ｂｂ）とが互いに反対の方向に回転し、それぞれの伝動プーリ（８ａａ，８ｂｂ）が、各々、同心で且つ反対方向に回転する専用のロータ軸（１００，１０ｂｂ）に動力供給する、請求項１〜１１、１４〜２２のいずれか一項に記載のロータ飛行体（１）。
24. 前記それぞれの伝動プーリ（８ａａ，８ｂｂ）のための前記ロータ軸（１００，１０ｂｂ）へのアタッチメントとしての、及び／又は、前記出力軸（５５）への前記伝動プーリ（９ａａ，９ｂｂ）における２つの一方向ベアリングが含まれている、請求項２３に記載のロータ飛行体（１）。

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