JP7112049B2 - drone - Google Patents
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Description
本発明は、燃料ガスを燃料充填容器から供給される燃料電池システムを搭載したドローンに関する。 The present invention relates to a drone equipped with a fuel cell system that supplies fuel gas from a fuel filling container.
従来、燃料電池システムを搭載したドローンが知られている(たとえば、特許文献1参照)。特許文献1のドローンは、燃料電池システムによって駆動部であるプロペラ用モータを駆動している。燃料電池システムに供給される燃料ガスである水素は、燃料充填容器である水素ボンベに充填されている。
Conventionally, a drone equipped with a fuel cell system is known (see
しかし、特許文献1のドローンでは、ドローンの故障あるいは燃料充填容器内の燃料の欠乏により、ドローンが飛行中に落下した場合の燃料充填容器の損傷耐久性が考慮されていない。
However, the drone of
本発明では、上記課題が解決されるものであり、ドローンが飛行中に落下した場合の燃料充填容器の損傷耐久性が確保できるドローンを得ることが目的である。 An object of the present invention is to solve the above problems, and to obtain a drone that can ensure durability against damage to a fuel-filled container when the drone falls during flight.
[1]
本発明に係るドローンは、燃料ガスを充填する燃料充填容器と、前記燃料ガスを前記燃料充填容器から供給する燃料電池システムと、前記燃料電池システムによって駆動される駆動部と、前記燃料充填容器を囲む緩衝材と、を備え、前記緩衝材は、前記燃料充填容器側に配置される内層と、前記内層の外側に配置される外層とを有し、前記内層は、前記外層よりも柔らかい材質で構成されており、前記緩衝材は、前記内層と前記外層との間に配置される中間層を有し、前記中間層は、前記内層よりも固く、前記外層よりも柔らかい材質で構成されているものである。
[2]
本発明に係るドローンは、燃料ガスを充填する燃料充填容器と、前記燃料ガスを前記燃料充填容器から供給する燃料電池システムと、前記燃料電池システムによって駆動される駆動部と、前記燃料充填容器を囲む緩衝材と、を備え、前記緩衝材は、前記燃料充填容器側に配置される内層と、前記内層の外側に配置される外層とを有し、前記燃料充填容器は円筒部を有し、前記外層は、前記燃料充填容器の前記円筒部の周方向に対して、衝撃点を含む一部にのみ設けられている。
[3]
本発明に係る[1]又は[2]に記載のドローンでは、前記燃料充填容器には、前記燃料充填容器に対しての所定値以上の衝撃によって変化する衝撃監視表示部が取り付けられている。
[4]
本発明に係る[3]に記載のドローンでは、前記衝撃監視表示部は、前記燃料充填容器に対しての所定値以上の衝撃によって変色する。
[5]
本発明に係る[3]又は[4]に記載のドローンでは、前記衝撃監視表示部は、製造元を表す製造元表示部を含み、前記燃料充填容器に取り付けられた状態で上からコーティングを施されている。
[6]
本発明に係る[1]~[5]のいずれかに記載のドローンでは、前記燃料充填容器には、減圧弁を燃料ガス供給バルブに一体化した減圧弁一体化バルブが設けられている。
[7]
本発明に係る[6]に記載のドローンでは、前記減圧弁一体化バルブには、前記燃料電池システムに繋がった燃料ガス供給管と接続されるワンタッチカプラが取り付けられている。
[8]
本発明に係る[1]~[7]のいずれかに記載のドローンでは、前記駆動部を前記燃料電池システムとは別途に駆動するバッテリを備える。
[9]
本発明に係る[8]に記載のドローンでは、前記バッテリは、通常飛行用のバッテリ容量よりも小さな容量であり、駆動制御部による前記燃料充填容器内における所定量以下の内容量の低減の判別によって前記燃料電池システムの駆動から切り替えて緊急的に地上に着陸する制御に対応して前記駆動部を駆動するバッテリである。
[1]
A drone according to the present invention includes a fuel filling container that fills fuel gas, a fuel cell system that supplies the fuel gas from the fuel filling container, a driving unit driven by the fuel cell system, and the fuel filling container. and a cushioning material surrounding the fuel container, the cushioning material having an inner layer arranged on the side of the fuel filling container, and an outer layer arranged outside the inner layer, the inner layer being made of a material softer than the outer layer. The cushioning material has an intermediate layer disposed between the inner layer and the outer layer, and the intermediate layer is made of a material that is harder than the inner layer and softer than the outer layer. It is.
[ 2 ]
A drone according to the present invention includes a fuel filling container that fills fuel gas, a fuel cell system that supplies the fuel gas from the fuel filling container, a driving unit driven by the fuel cell system, and the fuel filling container. a surrounding cushioning material, the cushioning material having an inner layer arranged on the side of the fuel-filled container and an outer layer arranged outside the inner layer, the fuel-filled container having a cylindrical portion; The outer layer is provided only on a portion including the impact point in the circumferential direction of the cylindrical portion of the fuel filling container.
[ 3 ]
In the drone described in [1] or [2] according to the present invention, the fuel-filled container is provided with an impact monitoring display unit that changes when an impact of a predetermined value or more to the fuel-filled container is applied.
[ 4 ]
In the drone according to [ 3 ] of the present invention, the impact monitoring display section changes color when an impact equal to or greater than a predetermined value is applied to the fuel-filled container.
[ 5 ]
In the drone described in [ 3 ] or [ 4 ] according to the present invention, the impact monitoring display unit includes a manufacturer display unit representing a manufacturer, and is coated from above while attached to the fuel filling container. there is
[ 6 ]
In the drone according to any one of [1] to [ 5 ] according to the present invention, the fuel filling container is provided with a pressure reducing valve integrated valve in which the pressure reducing valve is integrated with the fuel gas supply valve.
[ 7 ]
In the drone according to [ 6 ] of the present invention, the pressure reducing valve integrated valve is attached with a one-touch coupler connected to a fuel gas supply pipe connected to the fuel cell system.
[ 8 ]
The drone according to any one of [1] to [ 7 ] according to the present invention includes a battery that drives the drive section separately from the fuel cell system.
[ 9 ]
In the drone according to [ 8 ] of the present invention, the battery has a smaller capacity than the battery capacity for normal flight, and the drive control unit determines whether the internal capacity of the fuel filling container has decreased below a predetermined amount. is a battery that drives the driving unit in response to control for emergency landing on the ground by switching from the driving of the fuel cell system .
本発明に係るドローンによれば、燃料充填容器を囲む緩衝材が設けられている。これにより、ドローンが飛行中に落下した場合に燃料充填容器が緩衝材によって落下の衝撃から保護される。したがって、ドローンが飛行中に落下した場合の燃料充填容器の損傷耐久性が確保できる。 According to the drone according to the present invention, the cushioning material surrounding the fuel filling container is provided. As a result, if the drone falls during flight, the fuel container is protected from the impact of the drop by the cushioning material. Therefore, it is possible to ensure durability against damage to the fuel container when the drone falls during flight.
以下には、図面に基づいて実施の形態が説明されている。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。さらに、明細書全文に示す構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。 Embodiments are described below on the basis of the drawings. In addition, in each figure, the same reference numerals denote the same or corresponding parts, and this is common throughout the specification. Furthermore, the forms of components shown in the entire specification are merely examples and are not limited to these descriptions.
実施の形態
<ドローンの構成>
図1は、実施の形態に係るドローン100を示す外観斜視図である。図2は、実施の形態に係るドローン100を示す機能ブロック図である。
Embodiment <configuration of drone>
FIG. 1 is an external perspective view showing a
図1及び図2に示されるように、ドローン100は、本体10と、燃料充填容器1と、緩衝材2と、燃料電池システム3と、駆動部4と、バッテリ5と、駆動制御部6と、を備える。また、ドローン100と分離した操作制御部101が設けられている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
本体10は、脚部11を有する。脚部11は、本体10などを地面に衝突させずにドローン100を安全に着地させる。脚部11は、本体10の下部の防御柵を兼ねて本体10の衝突を防止する。
The
燃料充填容器1は、燃料ガスを充填する。燃料ガスには、水素ガスが用いられている。燃料ガスは、燃料充填容器1内で圧縮されて貯蔵されている。燃料充填容器1の詳細は、後述する。
The
緩衝材2は、燃料充填容器1を囲む。緩衝材2は、燃料充填容器1の所要の耐圧性である機械的強度を向上させるために設けられており、ドローン100の落下時などの燃料充填容器1の破損を防止して燃料充填容器1内からの燃料ガスの漏れを防止する。
A
燃料電池システム3は、燃料ガスを燃料充填容器1から供給される。燃料電池システム3は、燃料ガスである水素と空気中の酸素とを用いる固体分子型燃料電池などで発電する。燃料電池システム3によって発電された電気は、駆動部4などのアクチュエータ又は図示しないセンサ類に供給される。
The
駆動部4は、燃料電池システム3から供給される電気によって駆動される。駆動部4は、本体10に取り付けられた複数のアーム41を有する。なお、複数のアーム41は、自身の伸びる方向を変更可能でも良い。駆動部4は、各アーム41に取り付けられたモータ42及びプロペラ43を有する。モータ42は、燃料電池システム3から供給される電気によって駆動される。プロペラ43は、駆動されたモータ42の回転速度に応じた回転速度で回転する。各プロペラ43は、他のプロペラ43と協調し、ドローン100の上昇、下降、前後左右への水平移動、あるいはそれらの組み合わせ又は空中の一定箇所に位置するホバリングなどを実施させる。
The
バッテリ5は、駆動部4を燃料電池システム3とは別途に駆動する。バッテリ5は、リチウムイオンバッテリなどを用いている。バッテリ5は、通常飛行用に必要なバッテリ容量よりも小さな容量である。ここで、通常飛行とは、ドローン100が操作に応じて自由に空中を飛行し続ける飛行時間を所定時間だけ有する飛行である。バッテリ5は、駆動制御部6による燃料充填容器1内における所定量以下の内容量の低減の判別によって燃料電池システム3の駆動から切り替えて緊急的に地上に着陸する制御に対応して駆動部4を駆動するバッテリである。また、バッテリ5は、ドローン100の離陸及び上昇のような大電力が駆動部4に必要なときにも活用される。なお、燃料電池システム3の瞬発力がバッテリ5に比して相対的に弱く、瞬発力が必要なときには燃料電池システム3とバッテリ5とを併用しても良い。
The
駆動制御部6は、無線通信7を介して操作制御部101から遠隔操作情報を受信して駆動部4を駆動する。これにより、ドローン100は、通常飛行を実施する。また、駆動制御部6は、センサ類を用いて燃料充填容器1内における所定量以下の内容量の低減の判別を実施する。駆動制御部6は、燃料充填容器1内における所定量以下の内容量の低減の判別によって燃料電池システム3の駆動からバッテリ5の駆動に切り替えて緊急的に地上に着陸する制御を実施する。
The
駆動制御部6は、無線通信7を実施する図示しない通信部を有する。通信部は、無線通信7を介して位置情報などを遠隔地に配置された操作制御部101に送信する。
The
操作制御部101は、プログラムによる自動操作あるいは手動操作によってドローン100を遠隔操作する。操作制御部101は、飛行するドローン100とは離れた位置に配置されている。操作制御部101は、無線通信7を介して駆動制御部6から位置情報を受信して遠隔操作情報を送信する。操作制御部101は、駆動制御部6との無線通信7が可能な範囲でドローン100の飛行を操作制御する。
The
<駆動制御部6の詳細>
図3は、実施の形態に係る駆動制御部6を示すブロック図である。なお、操作制御部101も同構成である。図3に示すように、駆動制御部6は、CPU、ROM及びRAMなどのメモリ並びにI/Oポートなどの入出力装置を備えたマイコンを有した処理回路である。
<Details of
FIG. 3 is a block diagram showing the
<燃料充填容器1の詳細>
図4は、実施の形態に係る緩衝材2に囲まれた状態の燃料充填容器1を示す外観図である。図4に示されるように、ドローン100に搭載された燃料充填容器1の全体は、緩衝材2に囲まれている。緩衝材2は、ドローン100の落下時などに燃料充填容器1の破損を防止する。緩衝材2は、EVA(エチレン・酢酸ビニル共重合樹脂)などが用いられている。
<Details of
FIG. 4 is an external view showing the fuel-filled
図5は、実施の形態に係る緩衝材2の一部を外した状態の燃料充填容器1を示す外観図である。図5に示されるように、緩衝材2は、緩衝材本体部21と、緩衝材蓋部22と、を有する。緩衝材本体部21は、ドローン100に固定部材23を用いて取り付けられて燃料充填容器1を内部に収納する有底筒状体である。緩衝材蓋部22は、緩衝材本体部21にヒンジ部などで繋がって緩衝材本体部21から燃料充填容器1の減圧弁一体化バルブ1a側を露出自在に開閉する有底筒状体である。緩衝材蓋部22が開かれると、燃料充填容器1が緩衝材2内から抜き出せる。
FIG. 5 is an external view showing the fuel-filled
図6は、実施の形態に係る緩衝材2に囲まれた状態の燃料充填容器1を示す概略構成図である。燃料充填容器1は、円筒形状の円筒部1eとドーム形状のドーム部1fとを有し、たとえば、アルミニウム合金又はプラスチックなどで構成されている。また、燃料充填容器1は、少なくとも円筒部1eの外周にCFRP(炭素繊維強化樹脂)が巻き付けられている。CFRP(炭素繊維強化樹脂)は、燃料充填容器1の所要の耐圧性である機械的強度を向上させるために設けられている。なお、CFRP(炭素繊維強化樹脂)の詳細については後述する。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing the fuel-filled
図6に示されるように、燃料充填容器1には、燃料充填容器1内の高圧燃料を燃料ガスに減圧させる減圧弁1cを燃料ガス供給バルブ1bに一体化した減圧弁一体化バルブ1aが設けられている。減圧弁一体化バルブ1aには、燃料電池システム3に繋がった燃料ガス供給管8と接続されるワンタッチカプラ1dが取り付けられている。ワンタッチカプラ1dは、減圧弁一体化バルブ1aと燃料ガス供給管8側の受側カプラ8aとの接続をワンタッチに容易化する。燃料ガス供給管8側の受側カプラ8a及び燃料ガス供給管8の一部は、燃料充填容器1とともに緩衝材2内に配置されている。
As shown in FIG. 6, the
<緩衝材2の詳細>
図7は、図4に示す緩衝材2に囲まれた状態の燃料充填容器1の縦断面を示す概略構成図である。
<Details of
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a longitudinal section of the fuel-filled
図7に示されるように、緩衝材2は3層からなり、最も内側(燃料充填容器1側)に配置される内層2aと、最も外側に配置される外層2cと、内層2aと外層2cとの間に配置される中間層2bとを有する。
As shown in FIG. 7, the
内層2aは、例えばEVA(エチレン・酢酸ビニル共重合樹脂)などで構成されている。中間層2bは、例えばアラミド繊維などで構成されている。外層2cは、例えばアルミ合金、GFRP(ガラス繊維強化樹脂)、CFRP(炭素繊維強化樹脂)、あるいはGFRP(ガラス繊維強化樹脂)及びCFRP(炭素繊維強化樹脂)の混成で構成されている。
The
なお、CFRP(炭素繊維強化樹脂)には、強化材として炭素繊維が用いられており、これに例えばエポキシ樹脂又は変性エポキシ樹脂などの樹脂を含浸させて強度を向上させた複合材料であり、たとえばPAN系炭素繊維あるいはPITCH系炭素繊維などが用いられる。また、GFRP(ガラス繊維強化樹脂)には、強化材としてガラス繊維が用いられており、これに例えばエポキシ樹脂又は変性エポキシ樹脂などの樹脂を含浸させて強度を向上させた複合材料であり、たとえばEガラス繊維あるいは石英ガラス繊維などが用いられる。 CFRP (carbon fiber reinforced resin) is a composite material in which carbon fiber is used as a reinforcing material and is impregnated with resin such as epoxy resin or modified epoxy resin to improve strength. PAN-based carbon fiber, PITCH-based carbon fiber, or the like is used. In addition, GFRP (glass fiber reinforced resin) is a composite material in which glass fiber is used as a reinforcing material and is impregnated with resin such as epoxy resin or modified epoxy resin to improve strength. E-glass fiber, quartz glass fiber, or the like is used.
つまり、内層2aは、外部からの衝撃を吸収するために3層の中で最も柔らかい素材で構成されている。また、外層2cは、外部からの衝撃に対する燃料充填容器1の変形を抑制するために3層の中で最も固い素材で構成されている。また、中間層2bは、燃料充填容器1に衝撃を加えるものが鋭利なものである場合に、燃料充填容器1の損傷を抑制するために内層2aよりも固く外層2cよりも柔らかい素材で構成されている。このように緩衝材2を3層とすることで、緩衝材2の保護対象である燃料充填容器1の機械的強度を向上させる効果を高めることができる。
In other words, the
緩衝材2の保護対象である燃料充填容器1に必要な機械的強度を持たせるためには、以下のようにするとよい。外層2cをアルミ合金で構成する場合、引張強さを250MPa以上とする。また、外層2cをCFRPで構成する場合、炭素繊維の引張強さを3500MPa以上、炭素繊維の破断ひずみを1%以上、及び、炭素繊維の縦弾性係数を240GPa以上とする。また、外層2cをGFRP(ガラス繊維強化樹脂)で構成する場合、ガラス繊維の引張強さを1400MPa以上とする。
In order to provide the necessary mechanical strength to the fuel-filled
外層2cを、GFRP(ガラス繊維強化樹脂)、CFRP(炭素繊維強化樹脂)、あるいはそれらの混成で構成する場合、燃料充填容器1の外周へのワインディングパターンを、燃料充填容器1の長手方向の軸に垂直な方向を基準として±50°以上のヘリカル巻き、あるいは±50°以上のヘリカル巻き及びフープ巻きの混成とする。このように、燃料充填容器1に対して複数の方向からGFRP(ガラス繊維強化樹脂)、CFRP(炭素繊維強化樹脂)、あるいはそれらの混成を巻き付けることで、外層2cにおける隙間を減らすことができ、外部からの衝撃に対する燃料充填容器1の変形を抑制する効果を高めることができる。なお、ヘリカル巻きのみよりもヘリカル巻き及びフープ巻きの混成の方が、外層2cにおける隙間をより減らすことができるため、上記の効果をより高めることができる。
When the
なお、実施の形態では、緩衝材2は、3層からなり、内層2aと中間層2bと外層2cとを有する構成としたが、それに限定されず、2層からなり、内層2a又は中間層2bと外層2cとを有する構成としてもよい。このように緩衝材2を2層とすることによっても、1層の場合に比べて緩衝材2の保護対象である燃料充填容器1の機械的強度を向上させる効果を高めることができる。
In the embodiment, the
また、外層2cは、燃料充填容器1の円筒部1eの長手方向に対しては全体に設ける必要があるが、燃料充填容器1の円筒部1eの周方向に対しては一部のみに設けてもよい。その場合は、ドローン100の落下時に地面などとの衝突が最も予想される燃料充填容器1の円筒部1eの1箇所である衝撃点から周方向に±30°以上の領域を保護できるように外層2cを設ければよい。このように、外層2cを燃料充填容器1の円筒部1eの周方向に対しては衝撃点を含む一部のみに設けることで、燃料充填容器1を保護する効果を維持しつつ、緩衝材2を軽くすることができるため、ドローン100を軽量化できるとともに、コストを低減できる。
Further, the
図8は、実施の形態に係る緩衝材2に囲まれた状態の燃料充填容器1の変形例を示す概略構成図である。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a modification of the fuel-filled
実施の形態では、燃料充填容器1の外周に緩衝材2を巻き付けた構成としたが、それに限定されない。図8に示すように、箱体形状の外層2c内に燃料充填容器1を収容し、外層2cと燃料充填容器1との間に、内層2aを敷き詰めた構成としてもよく、このような構成としても同様の効果が得られる。なお、外層2cの形状は箱体形状に限定されず、円筒形状などでもよい。また、外層2cと燃料充填容器1との間に、内層2aではなく中間層2bを敷き詰めた構成でもよいし、内層2a及び中間層2bの両方を敷き詰めた構成でもよい。
In the embodiment, the
<衝撃監視表示部9の詳細>
図9は、実施の形態に係る緩衝材2を外して衝撃監視表示部9を目視できる状態の燃料充填容器1を示す外観図である。図10は、実施の形態に係る衝撃監視表示部9が変色した状態の燃料充填容器1を示す外観図である。
<Details of Impact
FIG. 9 is an external view showing the fuel-filled
図9及び図10に示されるように、燃料充填容器1には、燃料充填容器1に対しての所定値以上の衝撃によって変化する衝撃監視表示部9が取り付けられている。ここでは、衝撃監視表示部9は、燃料充填容器1に対しての所定値以上の衝撃によって変色する。変色箇所は、衝撃監視表示部9内の中央部9aのみである。変色箇所は、図10のハッチンで示されている。なお、衝撃監視表示部9は、燃料充填容器1に対しての所定値以上の衝撃によって変化すれば変色以外の膨らむなどの手法でも良い。
As shown in FIGS. 9 and 10, the fuel-filled
衝撃監視表示部9は、文字、図形又はそれらの組み合わせなどの表示によって製造元を表す製造元表示部9bを含んでいる。衝撃監視表示部9は、燃料充填容器1に取り付けられた状態で上からコーティングを施されている。
The impact
<燃料充填容器1の安全立証の考察>
図11は、実施の形態に係る安全立証のための種々の燃料充填容器1と平均衝突加速度との相関関係を示すグラフである。図11では、燃料充填容器1単体が3m落下して尖部であるアングル上に衝突した場合が最左に基準として示されている。基準の選定は、1000回(0MPaと燃料充填容器1の最高充填圧力との間)のサイクル試験で漏れが無く、サイクル試験後の破裂試験で破裂圧力が燃料充填容器1の最小破裂圧力の0.9倍以上の過剰要求を満たす条件である。このため、基準を満たせば、燃料充填容器1が落下に対して安全であるといえる。基準の1つ右隣に示す燃料充填容器1単体が15m/secで落下して尖部であるアングル上に衝突した場合には、基準以上の平均衝突加速度になる。基準の2つ右隣に示す緩衝材2で囲った燃料充填容器1が15m/secで落下して尖部であるアングル上に衝突した場合には、基準よりもかなり低い平均衝突加速度になる。基準の3つ右隣、4つ右隣及び5つ右隣に示す実施の形態であるドローン100に搭載された緩衝材2で囲った燃料充填容器1が15m/secで落下して尖部であるアングル上に衝突した場合には、基準以下での平均衝突加速度になる。また、実施の形態では、基準の2つ右隣に示す緩衝材2で囲った燃料充填容器1よりも大きく、かつ、ドローン100の重量が増すほど平均衝突加速度が大きくなる。ここで、基準の3つ右隣に示す実施の形態であるドローン100に搭載された緩衝材2で囲った燃料充填容器1にのしかかる重量は、10kgである。4つ右隣に示す実施の形態であるドローン100に搭載された緩衝材2で囲った燃料充填容器1にのしかかる重量は、15kgである。5つ右隣に示す実施の形態であるドローン100に搭載された緩衝材2で囲った燃料充填容器1にのしかかる重量は、25kgである。
<Consideration of Safety Verification of
FIG. 11 is a graph showing the correlation between various fuel-filled
図12は、実施の形態に係る安全立証のための種々の燃料充填容器1と衝突時のエネルギとの相関関係を示すグラフである。図12に示されるように、燃料充填容器1単体、緩衝材2で囲った燃料充填容器1、ドローン100に搭載された緩衝材2で囲った燃料充填容器1は、この順に重量が増すほど衝突時のエネルギが大きくなる。
FIG. 12 is a graph showing the correlation between various fuel-filled
図11及び図12の相関関係を考慮して、アングル上に燃料充填容器1が落下して燃料充填容器1が損傷しても、燃料充填容器1が破裂に至らない必要がある。ここでは、損傷程度の支配的因子には、衝突速度と、緩衝材2の効果と、ドローン100の総重量と、が挙げられる。これらの損傷程度の支配的因子が影響しても安全立証できれば、実施の形態のドローン100が安全に飛行できると考察できる。
Considering the correlation of FIGS. 11 and 12, even if the fuel-filled
<燃料充填容器1の衝突実験装置>
図13は、実施の形態に係る燃料充填容器1の水平落下想定衝突実験を示す側面図である。図14は、実施の形態に係る燃料充填容器1の垂直落下想定衝突実験を示す側面図である。図15は、実施の形態に係る燃料充填容器1のアングル落下想定衝突実験を示す側面図である。図13、図14及び図15に示すように、発明者らは、燃料充填容器1の衝突実験装置200を用いて衝突実験を実施した。
<Collision test device for
FIG. 13 is a side view showing an assumed horizontal drop collision test of the fuel-filled
図13では、燃料充填容器1の水平落下想定衝突実験の様子が示されている。衝突実験装置200には、鉛直方向に平たい平板状の鉄板201が設けられている。そして、緩衝材2で囲まれた燃料充填容器1が吊り下げロープ203によって吊り下げられている。この状態で、押装置などによって衝突実験装置200が吊り下げられた燃料充填容器1に押され、鉄板201が燃料充填容器1に衝突し、燃料充填容器1の水平落下に想定される衝突実験を行った。このような衝突実験により、燃料充填容器1を吊り下げておけば地面との摩擦の影響が無視でき、水平落下を忠実に再現できた。
FIG. 13 shows the state of the horizontal drop assumed collision test of the
図14では、燃料充填容器1の垂直落下想定衝突実験の様子が示されている。衝突実験装置200には、鉛直方向に平たい平板状の鉄板201が設けられている。そして、緩衝材2で囲まれた燃料充填容器1が吊り下げロープ203によって吊り下げられている。この状態で、押装置などによって衝突実験装置200が吊り下げられた燃料充填容器1に押され、鉄板201が燃料充填容器1に衝突し、燃料充填容器1の垂直落下に想定される衝突実験を行った。このような衝突実験により、燃料充填容器1を吊り下げておけば地面との摩擦の影響が無視でき、垂直落下を忠実に再現できた。
FIG. 14 shows the condition of the assumed vertical drop collision test of the fuel-filled
図15では、燃料充填容器1のアングル落下想定衝突実験の様子が示されている。衝突実験装置200には、鉛直方向に平たい平板状の鉄板201が設けられている。鉄板201には、尖部であるアングル202が設置されている。そして、緩衝材2で囲まれた燃料充填容器1が吊り下げロープ203によって吊り下げられている。この状態で、押装置などによって衝突実験装置200が吊り下げられた燃料充填容器1に押され、鉄板201が燃料充填容器1に衝突し、燃料充填容器1のアングル落下に想定される衝突実験を行った。このような衝突実験により、燃料充填容器1を吊り下げておけば地面との摩擦の影響が無視でき、アングル落下を忠実に再現できた。
FIG. 15 shows the state of the collision test assuming the angle drop of the
図13、図14及び図15の衝突実験の結果、図11及び図12を用いた考察通り、図15の燃料充填容器1のアングル落下想定衝突実験が最も燃料充填容器1の安全性に悪影響を与えることが判明した。そこで、緩衝材2で囲まれた燃料充填容器1と、3種のドローン100の重量部などを加えた緩衝材2で囲まれた燃料充填容器1と、のそれぞれが吊り下げロープ203によって吊り下げられ、図15の衝突実験を行った。
As a result of the collision tests shown in FIGS. 13, 14, and 15, as discussed using FIGS. 11 and 12, the collision test assuming an angle drop of the fuel-filled
(1)衝突実験条件
(1.1)衝突速度は、トラブル時のドローン100の設計上の最大落下速度とし、本試験では15m/secとした。ドローン100は、最大落下速度を予め15m/secを超えないように設計されている。
(1.2)実験する供試体の種類は、緩衝材2で囲まれた燃料充填容器1と、ドローン100の重量部を加えてのしかかる重量が10kg、15kg、25kgとして25kgまで3段階で衝突時に加わる緩衝材2で囲まれた燃料充填容器1と、のそれぞれを用いた。また、緩衝材2には、内層2aが(エチレン・酢酸ビニル共重合樹脂)の1周巻きで構成され、中間層2bがアラミド繊維の1周巻きで構成され、外層2cが2層のGFRP(ガラス繊維強化樹脂)及び4層のCFRP(炭素繊維強化樹脂)の混成で構成されているものを用いた。なお、この緩衝材2の外層2cは、燃料充填容器1の円筒部1eの長手方向に対しては全体に設けられているが、燃料充填容器1の円筒部1eの周方向に対しては衝撃点から±45°の領域にのみ設けられている。
(1) Collision test conditions (1.1) The collision speed was the design maximum fall speed of the
(1.2) The type of test specimen to be tested is the weight of the fuel-filled
<燃料充填容器1の安全性の衝突実験結果>
図16は、実施の形態に係る衝突実験での種々の条件毎における燃料充填容器1とその損傷程度との相関関係を示すグラフである。図16では、燃料充填容器1単体が3m落下する速度で尖部であるアングル202に衝突した場合が最左に基準として示されている。基準の選定は、1000回(0MPaと燃料充填容器1の最高充填圧力との間)のサイクル試験で漏れが無く、サイクル試験後の破裂試験で破裂圧力が燃料充填容器1の最小破裂圧力の0.9倍以上の過剰要求を満たす条件である。このため、基準を満たせば、燃料充填容器1が落下に対して安全であるといえる。基準の1つ右隣に示す燃料充填容器1単体が15m/secで引っ張って尖部であるアングル202に衝突した場合には、燃料充填容器1が基準以上の損傷程度になる。基準の2つ右隣に示す緩衝材2で囲った燃料充填容器1が15m/secで引っ張って尖部であるアングル202に衝突した場合には、燃料充填容器1が基準よりもかなり低い損傷程度になる。基準の3つ右隣、4つ右隣及び5つ右隣には、実施の形態であるドローン100に搭載されてのしかかる重量がそれぞれ同一の緩衝材2で囲った燃料充填容器1が示されている。ドローン100に搭載されてのしかかる重量がそれぞれ同一の緩衝材2で囲った燃料充填容器1が15m/secで引っ張って尖部であるアングル202に衝突した場合には、燃料充填容器1が基準以下での損傷程度になる。また、基準の2つ右隣に示す緩衝材2で囲った燃料充填容器1よりも大きく、かつ、ドローン100の重量が増すほど燃料充填容器1の損傷程度が大きくなる。ここで、基準の3つ右隣に示す実施の形態であるドローン100に搭載された緩衝材2で囲った燃料充填容器1にのしかかる重量は、10kgである。4つ右隣に示す実施の形態であるドローン100に搭載された緩衝材2で囲った燃料充填容器1にのしかかる重量は、15kgである。5つ右隣に示す実施の形態であるドローン100に搭載された緩衝材2で囲った燃料充填容器1にのしかかる重量は、25kgである。
<Results of collision test for safety of
FIG. 16 is a graph showing the correlation between the fuel-filled
図17は、実施の形態に係る衝突実験での種々の条件毎における燃料充填容器1とその破裂圧力に対する耐久性能との相関関係を示すグラフである。図17では、燃料充填容器1単体が3m落下する速度で尖部であるアングル202に衝突した場合が最左に基準として示されている。基準の選定は、1000回(0MPaと燃料充填容器1の最高充填圧力との間)のサイクル試験で漏れが無く、サイクル試験後の破裂試験で破裂圧力が燃料充填容器1の最小破裂圧力の0.9倍以上の過剰要求を満たす条件である。このため、基準を満たせば、燃料充填容器1が落下に対して安全であるといえる。基準の1つ右隣に示す燃料充填容器1単体が15m/secで引っ張って尖部であるアングル202に衝突した場合には、燃料充填容器1の破裂圧力に対する耐久性能が基準よりも低くなって破損耐久性が脆弱である。基準の2つ右隣に示す緩衝材2で囲った燃料充填容器1が15m/secで引っ張って尖部であるアングル202に衝突した場合には、燃料充填容器1の破裂圧力に対する耐久性能が基準よりも高くなって破損耐久性が確保できる。基準の3つ右隣、4つ右隣及び5つ右隣には、実施の形態であるドローン100に搭載されてのしかかる重量がそれぞれ同一の緩衝材2で囲った燃料充填容器1が示されている。ドローン100に搭載されてのしかかる重量がそれぞれ同一の緩衝材2で囲った燃料充填容器1が15m/secで引っ張って尖部であるアングル202に衝突した場合には、次のようになる。すなわち、燃料充填容器1の破裂圧力に対する耐久性能が基準の2つ右隣に示す緩衝材2で囲った燃料充填容器1よりも低い。しかし、破裂圧力に対する耐久性能が基準よりも高い。そして、ドローン100の重量が増すほど耐久性能が低下する。ここで、基準の3つ右隣に示す実施の形態であるドローン100に搭載された緩衝材2で囲った燃料充填容器1にのしかかる重量は、10kgである。4つ右隣に示す実施の形態であるドローン100に搭載された緩衝材2で囲った燃料充填容器1にのしかかる重量は、15kgである。5つ右隣に示す実施の形態であるドローン100に搭載された緩衝材2で囲った燃料充填容器1にのしかかる重量は、25kgである。
FIG. 17 is a graph showing the correlation between the fuel-filled
図16及び図17の衝突実験結果から、実施の形態であるドローン100に搭載されてのしかかる重量がそれぞれ同一の緩衝材2で囲った燃料充填容器1は、基準の損傷耐久性能を上回ることが立証できた。ここで、基準の損傷耐久性能とは、燃料充填容器1単体を3m落下する速度で尖部であるアングル202に衝突させるような過剰要求が満足される損傷耐久性能である。
From the collision test results of FIGS. 16 and 17, it is proved that the fuel-filled
<実施の形態の効果>
実施の形態によれば、ドローン100は、燃料ガスを充填する燃料充填容器1を備える。ドローン100は、燃料ガスを燃料充填容器1から供給する燃料電池システム3を備える。ドローン100は、燃料電池システム3によって駆動される駆動部4を備える。ドローン100は、燃料充填容器1を囲む緩衝材2を備える。
<Effect of Embodiment>
According to an embodiment, the
この構成によれば、ドローン100が飛行中に落下した場合に燃料充填容器1が緩衝材2によって落下の衝撃から保護される。したがって、ドローン100が飛行中に落下した場合の燃料充填容器1の損傷耐久性が確保できる。
According to this configuration, when the
実施の形態によれば、燃料充填容器1には、燃料充填容器1に対しての所定値以上の衝撃によって変化する衝撃監視表示部9が取り付けられている。
According to the embodiment, the fuel-filled
この構成によれば、衝撃監視表示部9が燃料充填容器1に対しての所定値以上の衝撃によって変化するので、燃料充填容器1が落下の衝撃を受けた状態が容易に見分けられる。
According to this configuration, the impact
実施の形態によれば、衝撃監視表示部9は、燃料充填容器1に対しての所定値以上の衝撃によって変色する。
According to the embodiment, the impact
この構成によれば、衝撃監視表示部9が燃料充填容器1に対しての所定値以上の衝撃によって変色するので、燃料充填容器1が落下の衝撃を受けた状態が容易に見分けられる。
According to this configuration, the shock
実施の形態によれば、衝撃監視表示部9は、製造元を表す製造元表示部9bを含み、燃料充填容器1に取り付けられた状態で上からコーティングを施されている。
According to the embodiment, the
この構成によれば、衝撃監視表示部9が製造元を表す製造元表示部9bを含むので、衝撃監視表示部9が正規なものであることが容易に見分けられる。また、衝撃監視表示部9が燃料充填容器1に取り付けられた状態で上からコーティングを施されているので、衝撃監視表示部9が第三者に剥され難く、衝撃監視表示部9が虚偽のものに取り替え難い。
According to this configuration, since the shock
実施の形態によれば、燃料充填容器1には、減圧弁1cを燃料ガス供給バルブ1bに一体化した減圧弁一体化バルブ1aが設けられている。
According to the embodiment, the
この構成によれば、燃料充填容器1内から燃料ガスが減圧弁1cを流通した以後の減圧状態で供給でき、燃料ガスの供給管理が容易である。
According to this configuration, the fuel gas can be supplied from the inside of the
実施の形態によれば、減圧弁一体化バルブ1aには、燃料電池システム3に繋がった燃料ガス供給管8と接続されるワンタッチカプラ1dが取り付けられている。
According to the embodiment, the one-
この構成によれば、ワンタッチカプラ1dを用いて燃料充填容器1が燃料ガス供給管8に容易に接続でき、燃料ガスの供給管理が容易である。
According to this configuration, the
実施の形態によれば、ドローン100は、駆動部4を燃料電池システム3とは別途に駆動するバッテリ5を備える。
According to an embodiment, the
この構成によれば、ドローン100が駆動部4を駆動する2系統の電力供給源を有し、飛行中に落下する可能性のあるドローン100の飛行性能が安定できる。
According to this configuration, the
実施の形態によれば、バッテリ5は、通常飛行用のバッテリ容量よりも小さな容量である。バッテリ5は、駆動制御部6による燃料充填容器1内における所定量以下の内容量の低減の判別によって燃料電池システム3の駆動から切り替えて緊急的に地上に着陸する制御に対応して駆動部4を駆動するバッテリである。
According to an embodiment, the
この構成によれば、ドローン100の駆動制御部6が燃料充填容器1内における所定量以下の内容量の低減を判別すると、駆動制御部6が燃料電池システム3の駆動からバッテリ5の駆動に切り替え、ドローン100が緊急的に地上に着陸できる。
According to this configuration, when the
実施の形態によれば、緩衝材2は、燃料充填容器1側に配置される内層2aと、内層2aの外側に配置される外層2cとを有し、内層2aは、外層2cよりも柔らかい材質で構成されている。
According to the embodiment, the
この構成によれば、外層2cで外部からの衝撃に対する燃料充填容器1の変形を抑制し、内層2aで外部からの衝撃を吸収するため、緩衝材2の保護対象である燃料充填容器1の機械的強度を向上させる効果を高めることができる。
According to this configuration, since the
実施の形態によれば、緩衝材2は、内層2aと外層2cとの間に配置される中間層2bを有し、中間層2bは、内層2aよりも固く、外層2cよりも柔らかい材質で構成されている。
According to the embodiment, the
この構成によれば、燃料充填容器1に衝撃を加えるものが鋭利なものである場合に、中間層2bで燃料充填容器1の損傷を抑制するため、緩衝材2の保護対象である燃料充填容器1の機械的強度を向上させる効果をさらに高めることができる。
According to this configuration, when an object that impacts the fuel-filled
実施の形態によれば、燃料充填容器1は円筒部1eを有し、外層2cは、燃料充填容器1の円筒部1eの周方向に対して、衝撃点を含む一部にのみ設けられている。
According to the embodiment, the fuel-filled
この構成によれば、燃料充填容器1を保護する効果を維持しつつ、緩衝材2を軽くすることができるため、ドローン100を軽量化できるとともに、コストを低減できる。
According to this configuration, the
1 燃料充填容器、1a 減圧弁一体化バルブ、1b 燃料ガス供給バルブ、1c 減圧弁、1d ワンタッチカプラ、1e 円筒部、1f ドーム部、2 緩衝材、2a 内層、2b 中間層、2c 外層、3 燃料電池システム、4 駆動部、5 バッテリ、6 駆動制御部、7 無線通信、8 燃料ガス供給管、8a 受側カプラ、9 衝撃監視表示部、9a 中央部、9b 製造元表示部、10 本体、11 脚部、21 緩衝材本体部、22 緩衝材蓋部、23 固定部材、41 アーム、42 モータ、43 プロペラ、100 ドローン、101 操作制御部、200 衝突実験装置、201 鉄板、202 アングル、203 吊り下げロープ。
1
Claims (9)
前記燃料ガスを前記燃料充填容器から供給する燃料電池システムと、
前記燃料電池システムによって駆動される駆動部と、
前記燃料充填容器を囲む緩衝材と、を備え、
前記緩衝材は、前記燃料充填容器側に配置される内層と、前記内層の外側に配置される外層とを有し、
前記内層は、前記外層よりも柔らかい材質で構成されており、
前記緩衝材は、前記内層と前記外層との間に配置される中間層を有し、
前記中間層は、前記内層よりも固く、前記外層よりも柔らかい材質で構成されているドローン。 a fuel filling container filled with fuel gas;
a fuel cell system that supplies the fuel gas from the fuel filling container;
a drive unit driven by the fuel cell system;
and a cushioning material surrounding the fuel filling container ,
The buffer material has an inner layer arranged on the side of the fuel filling container and an outer layer arranged outside the inner layer,
The inner layer is made of a softer material than the outer layer,
The cushioning material has an intermediate layer disposed between the inner layer and the outer layer,
The drone , wherein the intermediate layer is made of a material that is harder than the inner layer and softer than the outer layer .
前記燃料ガスを前記燃料充填容器から供給する燃料電池システムと、
前記燃料電池システムによって駆動される駆動部と、
前記燃料充填容器を囲む緩衝材と、を備え、
前記緩衝材は、前記燃料充填容器側に配置される内層と、前記内層の外側に配置される外層とを有し、
前記燃料充填容器は円筒部を有し、
前記外層は、前記燃料充填容器の前記円筒部の周方向に対して、衝撃点を含む一部にのみ設けられているドローン。 a fuel filling container filled with fuel gas;
a fuel cell system that supplies the fuel gas from the fuel filling container;
a drive unit driven by the fuel cell system;
and a cushioning material surrounding the fuel filling container,
The buffer material has an inner layer arranged on the side of the fuel filling container and an outer layer arranged outside the inner layer,
The fuel filling container has a cylindrical portion,
The drone , wherein the outer layer is provided only on a portion including the impact point in the circumferential direction of the cylindrical portion of the fuel filling container.
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