JP7245728B2

JP7245728B2 - 無人機用回転翼支持装置

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Publication number: JP7245728B2
Application number: JP2019114246A
Authority: JP
Inventors: 英一郎島津; 正志山郷
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2018-09-12
Filing date: 2019-06-20
Publication date: 2023-03-24
Anticipated expiration: 2039-06-20
Also published as: JP2020045087A

Description

この発明は、回転翼にＧＰＳアンテナを有する回転翼無人機における前記回転翼を支持
する無人機用回転翼支持装置に関する。

ドローンやラジコンヘリコプタ等の回転翼を備えた回転翼無人機において、回転翼にＧ
ＰＳアンテナを搭載して位置情報を入手しながら自律飛行させることが検討されている。

従来、固定体と回転体間での電力や電気信号の送信には、ブラシを用いたスリップリン
グ、水銀等の液体金属を用いたロータリコネクタ（例えば特許文献１）、フォトカプラ等
の電送用部品が利用されている。特許文献１のロータリコネクタは、回転側電極と固定側
電極とがそれぞれの一端部同士で対向し、これら回転側電極と固定側電極間の隙間に液体
金属を介在させて通電状態にしている。

また、回転部における電力や電気信号の送信に関連する技術文献として、例えば特許文
献２～４がある。特許文献２の電力供給システムは、互いに非接触で相対回転する回転体
と固定体間で電力を伝送する。特許文献３には、ロータリジョイントの従来例として、同
軸ケーブル構造を利用した容量結合（コンデンサ）について記載されている。特許文献４
の回転中継器は、固定体の中心導体と回転体の中心導体とが容量結合していることで、超
高周波信号が伝送される。

国際公開第２０１６／１３６４１４号国際公開第２０１６／０１０１４５号特許第４０４７５０４号公報特許第２８２４８２２号公報

前記従来の電送用部品は、以下の課題がある。
スリップリングは、ブラシの摩耗や、リングとブラシの摺接に伴うノイズが発生する。
また、周波数特性にも影響を及ぼすことが懸念される。
液体金属を用いたロータリコネクタは、液体金属の封止に接触ゴムシートを使用しているため、回転トルクが大きく、使用温度範囲が狭い。
また、液体金属が水銀である場合は環境負荷が大きい。
フォトカプラは、電気信号を一度光に変換し、受光部で再度電気信号に変換する必要があり、効率が悪い。また、変換に際して時間を要するため、高周波信号の伝送には適用できない。周波数特性が低いことも問題とされる。
また、前記容量結合を行うものは、伝送の安定性が十分ではなかった。
また、言うまでもなく、高周波ケーブルを用いたものは、回転軸等に高周波ケーブルが巻き付いてしまう。

この発明の目的は、飛行用の回転翼に設けられたＧＰＳアンテナで受信したＧＰＳ信号をＧＰＳ信号処理手段まで精度良く伝送することができると共に、長期に亘って確実に通電可能に接続のできる無人機用回転翼支持装置を提供することである。

この発明の無人機用回転翼支持装置は、回転翼無人機における飛行用の回転翼を支持す
る装置であって、
前記回転翼の中心部を構成するロータの軸と、
前記軸を回転自在に支持する軸受と、
前記軸受を支持するハウジングと、
を備え、
前記軸が導電性であり、
前記ハウジングが前記軸の端面に対向する箇所に電極部を有し、
前記ロータにＧＰＳアンテナが設けられており、
前記ハウジングまたはこのハウジングが固定された部材にＧＰＳ信号処理手段が設けら
れており、
前記ＧＰＳ信号処理手段に電気的に接続する通信周波数の９０度電気角長を有するグラ
ンド用電極が設けられており、
前記軸、軸受、およびハウジングを構成部品としてロータリコネクタが構成され、
前記ロータリコネクタは前記ハウジングが前記回転翼無人機における機体フレームに装
備され、
前記軸を介して前記ＧＰＳアンテナと前記ＧＰＳ信号処理手段とが電気的に接続されて
いる。

この構成の無人機用回転翼支持装置は、通常、ＧＰＳアンテナが回転翼の上側に位置し
ＧＰＳ信号処理手段が回転翼の下側に位置する姿勢で使用される。この通常姿勢において
、人工衛星からのＧＰＳ信号をＧＰＳアンテナが受信する。受信されたＧＰＳ信号は、軸
、ハウジングの電極部を順に通ってＧＰＳ信号処理手段に伝送される。ＧＰＳ信号処理手
段でＧＰＳ信号を処理して、位置情報を得る。この得られた位置情報を利用して、無人機
用回転翼支持装置を搭載した回転翼無人機が自律飛行をする。

ドローンやラジコンヘリコプタ等の回転翼を備えた従来の回転翼無人機は、一般に、機
体の上部に回転翼が設けられる。このため、機体の本体にＧＰＳアンテナを設けると、回
転翼が遮蔽物となってＧＰＳ信号を正確に受信することができない。それに対し、この構
成のように、回転翼を挟んでＧＰＳ信号処理手段と反対側、つまり回転翼の上側にＧＰＳ
アンテナを設置することにより、人工衛星からのＧＰＳ信号を正確に受信することができ
る。そして、そのＧＰＳ信号を、軸を伝って伝送することにより、回転翼の回転の影響を
受けずに、精度良くＧＰＳ信号処理手段に送ることができる。
また、ロータリコネクタが機体フレームに装備され、ＧＰＳ信号処理手段に電気的に接
続する通信周波数の９０度電気角長グランド用電極が設けられているので、長期に亘って
確実にＧＰＳ信号処理手段を通電グランド接続できる。

上記無人機用回転翼支持装置は、対応可能なＧＰＳ信号の周波数の範囲が、約１ＧＨｚ
以上かつ約２ＧＨｚ以下であってもよい。
例えば、飛行装置の無人機用回転翼支持装置に用いられる上記ロータリコネクタにおい
ては、対応可能なＧＰＳ信号の周波数の範囲が、約１ＧＨｚ以上かつ約２ＧＨｚ以下であ
ることが確認された。この範囲の周波数帯において、上記ロータリコネクタを無人機用回
転翼支持装置に装着して、ＧＰＳ信号の受信、処理等に利用することができる。

上記無人機用回転翼支持装置は、前記グランド用電極として、対応可能な波長の異なる
ＧＰＳ信号の９０度電気角長を有する少なくとも１枚のグランド用電極を有していてもよ
い。
この場合、各周波数帯に対応したＧＰＳ信号の受信、処理等に利用することができる。

上記無人機用回転翼支持装置の前記回転翼は、誘電体として形成されていてもよい。
また、上記無人機用回転翼支持装置の前記グランド用電極の感度を向上させる誘電シートがさらに設けられていてもよい。
このようにすることで、例えばグランド用電極が平面視されたときのグランド用電極の面積を減らすことが可能となり、これに伴って、無人機用回転翼支持装置の小型化が可能となる。

この発明の無人機用回転翼支持装置を構成する前記ロータリコネクタは、次の構成であ
ってもよい。
このロータリコネクタは、導電性の軸と、前記軸を回転自在に支持する軸受と、
前記軸受が設置され少なくとも前記軸の端面に対向する箇所に電極部を有するハウジング
とを備え、
前記軸と前記ハウジングとは絶縁され、かつ前記軸の前記端面と前記ハウジングの前記
電極部とが、空気よりも誘電率が高い絶縁性流体を介して対向し、交流電流または交流信
号を伝送可能に容量結合されている。
ロータリコネクタは少なくとも２個の電極を有し、そのうちの一方の電極が前記軸であ
り、他方の電極が前記ハウジングの電極部である。

この構成によると、軸とハウジングは互いに回転自在であり、一方の電極である軸と他
方の電極であるハウジングの電極部とが容量結合されて、軸とハウジングの電極部との対
向部がコンデンサとして機能する。軸またはハウジングの電極部に電力や電気信号が入力
されると、軸からハウジングの電極部へ、またはハウジングの電極部から軸に電力や電気
信号が伝送される。軸の端面とハウジングの電極部とを、空気よりも誘電率が高い絶縁性
流体を介して対向させたことにより、空気で絶縁する場合と比べて大きな静電容量が得ら
れる。これにより、軸とハウジング間で、非接触で電力や電気信号を安定して伝送するこ
とができる。

ハウジング側の電極がハウジングの一部からなるため、複雑な密封構造を採用すること
なく、軸の端面とハウジングの電極部との間に絶縁性流体を容易に封入することができる
。これにより、全体の簡素化を図ることができる。

この発明において、前記端面を含む前記軸の端部は、前記軸の他の部分よりも外径が大
きいフランジ状であってもよい。軸の端部がフランジ状であると、軸とハウジングの電極
部との対向部の静電容量が大きくなり、電力や電気信号の伝送能力がより高くなる。

この発明において、前記軸受は動圧軸受であってもよい。動圧軸受は、寿命が長く、静
粛であるという特性を有する。この優れた特性がロータリコネクタとして得られる。

前記動圧軸受は、回転を伝達する流体が前記絶縁性流体であってもよい。この場合、軸
の端面とハウジングの電極部との間に介在させる流体と動圧軸受の流体との混流による支
障がなく、混流防止のための構成が簡易になる。

前記絶縁性流体として、例えばエステル油が用いられる。エステル油は熱安定性に優れ
るため、高温になることがあるロータリコネクタへの使用に適する。

この発明の無人機用回転翼支持装置は、回転翼無人機における飛行用の回転翼を支持する装置であって、前記回転翼の中心部を構成するロータの軸と、前記軸を回転自在に支持する軸受と、前記軸受を支持するハウジングと、を備え、前記軸が導電性であり、前記ハウジングが前記軸の端面に対向する箇所に電極部を有し、前記ロータにＧＰＳアンテナが設けられており、前記ハウジングまたはこのハウジングが固定された部材にＧＰＳ信号処理手段が設けられており、前記軸、軸受、およびハウジングを構成部品としてロータリコネクタが構成され、前記ロータリコネクタは前記ハウジングが前記回転翼無人機における機体フレームに装備され、前記軸を介して前記ＧＰＳアンテナと前記ＧＰＳ信号処理手段とが電気的に接続され、前記回転翼に、前記ＧＰＳアンテナに電気的に接続するグランド用電極が設けられて、前記回転翼と前記機体フレームとが対向することで、前記ＧＰＳアンテナが前記機体フレームにグランド接続されているため、飛行用の回転翼に設けられたＧＰＳアンテナで受信したＧＰＳ信号をＧＰＳ信号処理手段まで精度良く伝送することができると共に、長期に亘って確実に通電可能に接続できる。

この発明の一実施形態に係る無人機用回転翼支持装置の断面図である。同無人機用回転翼支持装置における回転翼の一部の部分破断拡大断面図である。同無人機用回転翼支持装置における回転翼の部分拡大平面図である。同無人機用回転翼支持装置における回転翼の一部の他の例を示す部分破断拡大断面図である。同無人機用回転翼支持装置の別の例を示す断面図である。その他の実施形態に係る同無人機用回転翼支持装置の断面図である。同無人機用回転翼支持装置における回転翼の部分拡大平面図である。同無人機用回転翼支持装置のさらにその他の例を示す断面図である。この発明のさらに別の実施形態に係る無人機用回転翼支持装置の断面図である。同無人機用回転翼支持装置のロータリコネクタの第１の例を示す断面図である。同無人機用回転翼支持装置のロータリコネクタの第２の例を示す断面図である。同無人機用回転翼支持装置の第３の例となるロータリコネクタに用いられる転がり軸受の断面図である。第１の例のロータリコネクタの停止状態での伝達特性の実測結果を示すグラフである。第１の例のロータリコネクタの回転数１０００ｒ／ｍｉｎ時の伝達特性の実測結果を示すグラフである。第１の例のロータリコネクタの回転数２０００ｒ／ｍｉｎ時の伝達特性の実測結果を示すグラフである。第１の例のロータリコネクタの回転数３０００ｒ／ｍｉｎ時の伝達特性の実測結果を示すグラフである。

この発明の一実施形態に係る無人機用回転翼支持装置を図１ないし図３と共に説明する。図１は無人機用回転翼支持装置３０の断面図である。この無人機用回転翼支持装置３０は、回転翼無人機、例えばドローンの回転翼の支持に使用される。

回転翼無人機の機体フレーム３１にロータリコネクタ１Ａのハウジング４が固定して設けられ、そのロータリコネクタ１Ａの軸２に回転翼３２が取り付けられている。機体フレーム３１は、ロータリコネクタ１Ａのハウジング４が固定された部材である。回転翼３２は、合成樹脂製であって、ロータ３３の外周に複数の翼３４を取り付けた構成であり、ロータ３３が軸２に一体回転可能に固定されている。

ここで、合成樹脂などの誘電特性に優れた材質について説明する。合成樹脂製の物は誘電体となることから、例えば各グランド用電極４０，４１，４３が備えられる回転翼３２としては、合成樹脂製であることが好ましい。

回転翼３２は、例えばポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド（ＰＡ）等のエンジニアプラスチックにて形成される。例えばポリカーボネート（ＰＣ）は、非結晶性樹脂であり、寸法安定性に優れる。しかも、寸法／形状を崩す原因となるガラス繊維（ＧＦ）等の強化材を添加しないニートレジンでも比較的高強度を得ることができる。そのため、寸法／形状も高精度に維持することができる等の優れた特性を有する。ポリアミド（ＰＡ）は、結晶性樹脂であり、例えば極性が高く誘電特性に優れる。

また、例えばＰＣ、ＰＡ等の合成樹脂を基材とした樹脂成形体の誘電率をさらに上げるために、例えば誘電性セラミックス粉末などのセラミック粉末を含有する樹脂成形体などの合成重合体が用いられることが好ましい。誘電率が上がると、例えば各グランド用電極４０，４１，４３が平面視されたときの各グランド用電極４０，４１，４３の面積を減らすことが可能となり、無人機用回転翼支持装置３０の小型化が可能となる。

例えば、誘電性を有するセラミックス粉末としては、安価でありながら誘電率を上げることが可能な酸化チタン（ＴｉＯ₂）等が挙げられる。また、より誘電特性に優れる誘電性セラミックス粉末としては、例えば、チタン酸金属塩で、Ｎｄ、Ｌａ等の希土類を少なくとも１種類以上と、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｂｉ等から選ばれた１種または２種以上の金属元素を配合した高誘電性セラミックス粉末が好ましい。Ｎｄ、Ｌａ等の希土類は、比誘電率の温度変化を小さくする温度特性の改善に寄与し、Ｂａ、Ｓｒ等の金属元素は誘電率を高め、誘電正接を小さくするなど、誘電特性の向上に寄与する。好適な高誘電性セラミックス粉末としては、Ｔｉ－Ｂａ－Ｎｄ－Ｂｉ系のチタン酸バリウム・ネオジム系セラミック粉末である。

高誘電率かつ低誘電正接セラミック粉末の平均粒子径は０．０１～１００μｍ程度が好ましい。平均粒子径が０．０１μｍより小さい場合、粉末の取り扱いが困難であり好ましくない。１００μｍより大きい場合、成形体内での誘電特性のばらつきを引き起こすおそれがあるので好ましくない。より実用的な範囲は０．１μｍ～２０μｍ程度である。

再び図１に戻り、図１に示す無人機用回転翼支持装置３０について説明すると、機体フレーム３１に、ロータリコネクタ１Ａの軸２と同軸のアウターロータ型のモータ
３５が設置されている。モータ３５は、ロータリコネクタ１Ａと絶縁を確保した状態で設置される。そして、このモータ３５のモータロータ３５ａに固定された回転部材３５ｂが、回転翼３２のロータ３３に結合されている。モータ３５には、図示しない電源から電線３６を介して電力が供給される。これにより、モータロータ３５ａが回転すると、回転翼３２が回転する。

前記ロータ３３には、軸２の上側に位置して回転中心部にＧＰＳアンテナ３７が設置されている。ＧＰＳアンテナ３７は、回転翼３２と一体に回転するようにロータ３３に設置されている。このＧＰＳアンテナ３７は、ロータリコネクタ１Ａの軸２に電気的に接続されている。また、機体フレーム３１には、ＧＰＳ信号処理手段３８が設置されている。ＧＰＳ信号処理手段３８は、例えば、ＧＰＳ信号を処理して位置情報を生成する手段である。このＧＰＳ信号処理手段３８は、ロータリコネクタ１Ａのスラストブッシュ１１に電気的に接続されている。このようにして、ＧＰＳアンテナ３７とＧＰＳ信号処理手段３８は、軸２の軸心方向において、回転翼３２を挟んで互いに反対側に位置するように設けられている。

図２に示すように、回転翼３２の翼３４の下面に、表面のみ露出させた埋め込み状態、または貼り付け状態とされた第一のグランド用電極４０、及び、第一のグランド用電極４０の下側に位置する第二のグランド用電極４１が設けられている。

図１および図２に示すように、無人機用回転翼支持装置３０が側面視されたときに、無人機用回転翼支持装置３０の翼３４は、回転翼３２が回転したときに回転翼無人機を浮上させるべく、翼幅方向の一側縁から他側縁にかけて、例えば図面上で手前側から奥側にかけて下側に向けて傾けられている。この傾きと両グランド用電極４０,４１の翼３４に対する上下の位置関係のため、第一のグランド用電極４０および第二のグランド用電極４１は、回転翼３２に例えばほぼ同一平面の（いわゆる面一な）状態で備えられている。

図３に示すように、回転翼３２が平面視されたときに、１．２ＧＨｚの波長に対応した９０度電気角長を有する第一のグランド用電極４０は、回転翼３２の翼３４内において、第一のグランド用電極４０の下側に位置する第二のグランド用電極４１と干渉しない位置に設けられている。図示の例では、第一のグランド用電極４０と第二のグランド用電極４１とは、翼幅方向に並ん設けられている。第二のグランド用電極４１は、１．５７ＧＨｚの波長に対応した９０度電気角長を有し、１．２ＧＨｚの波長に対応した第一のグランド用電極４０と異なる波長に対応する。

第一のグランド用電極４０は、金属等の導電性の機体フレーム３１と狭い隙間を介して対向している。この隙間に絶縁材である空気が介在することで、第一のグランド用電極４０と機体フレーム３１との対向部がコンデンサとして機能し、ＧＰＳアンテナ３７が機体フレーム３１にグランド接続される。

また、回転翼３２の翼３４の下側に貼り付けられた状態とされている第二のグランド用電極４１が設けられている。

回転翼３２が平面視されたときに、１．５７ＧＨｚの波長に対応した第二のグランド用電極４１は、回転翼３２の翼３４の下側において、第二のグランド用電極４１の上側に位置する第一のグランド用電極４０と干渉しない位置に設けられている。

第二のグランド用電極４１は、機体フレーム３１と狭い隙間を介して対向している。この隙間に絶縁材である空気が介在することで、第二のグランド用電極４１と機体フレーム３１との対向部がコンデンサとして機能し、ＧＰＳアンテナ３７が機体フレーム３１にグランド接続される。

上記のように対応する波長がそれぞれ１．５７ＧＨｚ、１．２ＧＨｚの波長となる互いに異なる波長の第一および第二のグランド用電極４０，４１を有しているため、一つの装置で複数の波長に対応できる。

なお、上記実施形態では第二のグランド用電極４１は第一のグランド用電極４０の下側に位置しているが、例えば、両者の上下位置を逆転させて、図４に示すように、第二のグランド用電極４１は第一のグランド用電極４０の上側に位置させてもよく、また、図５に示すように、第一のグランド用電極４０と第二のグランド用電極４１の高さをほぼ一致させてもよく、さらに回転翼３２が平面視されたときに、第一のグランド用電極４０と第二のグランド用電極４１とが重ねられて干渉した状態としてもよい。

図６、図７は、図１～図５の変形例であり、図１～図５に示す第一のグランド用電極４０および第二のグランド用電極４１に代えて、第一のグランド用電極および第二のグランド用電極を一体化したグランド用電極４３が回転翼３２の翼３４の下側に貼り付けられて設けられている。
図６に示すように、無人機用回転翼支持装置３０が側面視されたときに、無人機用回転翼支持装置３０の翼３４は、回転翼３２が回転したときに回転翼無人機を浮上させるべく、翼幅方向の一側縁から他側縁にかけて、例えば手前側から奥側にかけて下側に向けて傾けられている。そのため図６では、翼３４の前記他側縁である下側の側縁３４ａがグランド用電極４３の下側に表れている。

このグランド用電極４３は、複数の通信周波数の９０度電気角長を有するグランド用電極として形成されている。このグランド用電極４３は、例えば台形状とされ、例えば、上辺４３ａと、底辺４３ｂと、略平行な上辺４３ａと底辺４３ｂに対し略直行する一辺４３ｃと、上辺４３ａから底辺４３ｂにかけて傾斜されて形成された他の一辺４３ｄとを備える台形に形成されている。このようにすれば、一辺４３ｃと他の一辺４３ｄとを結ぶ距離が変化するので、複数の通信周波数の９０度電気角長を有したグランド用電極４３とすることができる。

図８は、図６、図７の変形例であり、例えば誘電性セラミックス粉末などのセラミック粉末を含有する合成重合体製の誘電シート５０、及び、グランド用電極４３が、回転翼３２の翼３４の下側に重ねられた状態で貼り付けられて設けられている。誘電シート５０は、ＰＣ、ＰＡなどの合成樹脂製の翼３４を構成する部材とされる。

誘電シート５０の主成分である合成重合体として、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）が用いられることが好ましい。ＰＶＤＦは、例えば極性が高く誘電特性に優れている。

誘電性セラミックス粉末などのセラミック粉末を含有するＰＶＤＦなどの合成重合体製の誘電シート５０、及び、グランド用電極４３が、回転翼３２の翼３４の下側に重ねられた状態で貼り付けられていれば、誘電率が上がることとなる。そのため、例えばグランド用電極４３が平面視されたときのグランド用電極４３の面積を減らすことが可能となり、無人機用回転翼支持装置３０の小型化が可能となる。

なお、誘電シート５０は、図１～図５に示す第一のグランド用電極４０および第二のグランド用電極４１に重ね合わせられて、翼３４を構成する部材として用いられてもよい。

また、図９は、図１～図５の変形例であり、図１～図５に示す翼３４に設けられた第一のグランド用電極４０および第二のグランド用電極４１に代えて、固定側とされる機体フレーム３１にグランド用電極４５が設けられている。このグランド用電極４５は、ＧＰＳ信号処理手段３８に電気的に接続されている。このようにすれば、図１Ａ～図５に示す無人機用回転翼支持装置３０よりも簡素な構造の無人機用回転翼支持装置３０となり好ましい。

なお、グランド用電極として、金属板、金属箔、フレキシブル基板等の導体を利用することができる。

この回転翼無人機は、通常、機体フレーム３１の上側に回転翼３２が位置する姿勢で飛行する。すなわち、ＧＰＳアンテナ３７が回転翼３２の上側に位置し、ＧＰＳ信号処理手段３８が回転翼３２の下側に位置する。この通常飛行姿勢において、人工衛星からのＧＰＳ信号をＧＰＳアンテナ３７が受信する。受信されたＧＰＳ信号は、ロータリコネクタ１Ａの軸２、スラストブッシュ１１を順に通ってＧＰＳ信号処理手段３８に送られる。ＧＰＳ信号処理手段３８でＧＰＳ信号を処理して、得られた位置情報を利用して自律飛行をする。

ドローンやラジコンヘリコプタ等の回転翼を備えた従来の回転翼無人機は、一般に、機体の上部に回転翼が設けられる。このため、機体の本体にＧＰＳアンテナを設けると、回転翼が遮蔽物となってＧＰＳ信号を正確に受信することができない。それに対し、本実施形態のように、回転翼３２を挟んでＧＰＳ信号処理手段３８と反対側、つまり回転翼３２の上側にＧＰＳアンテナ３７を設置することにより、人工衛星からのＧＰＳ信号を正確に受信することができる。そして、そのＧＰＳ信号を、軸２を伝って回転翼３２の下側に伝送することにより、回転翼３２の回転の影響を受けずに、精度良くＧＰＳ信号処理手段３８に送ることができる。

無人機用回転翼支持装置３０は、ドローン、ラジコンヘリコプタ等の回転翼無人機等の飛行装置に、例えば１～８個、好ましくは、２～６個、より好ましくは、３～４個装着される。飛行装置に上記の数よりも少ない無人機用回転翼支持装置３０が装着される場合、例えば飛行装置の飛行時に安定した飛行能力が発揮され難くなる。飛行装置に上記の数よりも多い無人機用回転翼支持装置３０が装着される場合、例えば飛行装置全体の重量が増し、好ましくない。もっとも、飛行装置に装着される無人機用回転翼支持装置３０の個数は上記の例に限定されず、９個以上であってもよい。

図１０は、前記ロータリコネクタ１Ａの一例の断面図である。このロータリコネクタ１Ａは、軸２と、この軸２を回転自在に支持する軸受３Ａと、この軸受３Ａが設置されるハウジング４とを備える。前記軸受３Ａは、ラジアル軸受部５およびスラスト軸受部６を有する組合せ型の流体軸受であって、例えば動圧軸受である。ラジアル軸受部５およびスラスト軸受部６は、いずれも動圧軸受とされている。

前記軸２は、図１の上下方向に延びる軸部７と、この軸部７の下端に形成されたフランジ部８とを有する。すなわち、軸２の端面を含む軸２の端部は、軸２の他の部分よりも外径が大きいフランジ状に形成されている。軸部７の上部は、ハウジング４よりも上方に突出している。軸部７は、軸方向に離れた複数箇所（図示の例では２箇所）に、他の部分よりも若干外径が大きい大径部７ａが設けられている。また、フランジ部８の下面８ａの中央部には凹部８ｂが設けられている。フランジ部８の下面８ａは、軸２の端面である。軸２は、導電性の材料、例えば金属から形成されている。もっとも、軸２は必ずしも全体が導電性である必要はなく、表面だけが導電性となっていてもよい。

ハウジング４は、円筒状のハウジング本体１０と、このハウジング本体１０の底部を塞ぐように配置されたスラストブッシュ１１と、ハウジング本体１０の内周に配置された動圧スリーブ１２とを備える。スラストブッシュ１１の上面には環状の凸部１１ａが設けられている。ハウジング本体１０は導電性であっても導電性でなくてもよい。スラストブッシュ１１は、導電性の材料、例えば金属からなり、ハウジング１０の電極部をなす。動圧スリーブ１２は、含油が可能な材料、例えば焼結金属等からなる。また、動圧スリーブ１２の上側には、軸２の軸部７とハウジング本体１０との間の隙間を塞ぐリング状のシールワッシャ１３が設けられている。

軸２の軸部７の外周面は、動圧スリーブ１２の内周面と狭い隙間を介して対向している。そして、軸部７の前記大径部７ａに対向する動圧スリーブ１２の部分が、前記ラジアル軸受部５とされている。また、軸２のフランジ部８の下面に対向するスラストブッシュ１１の前記凸部１１ａが、前記スラスト軸受部６とされている。なお、軸２が静止しているとき、軸２は自重によってスラストブッシュ１１の上に支持された状態となっている。

動圧軸受であるラジアル軸受部５およびスラスト軸受部６は、例えばヘリングボーン溝（図示せず）を有する形式のものであり、ハウジング４の内部に動圧付与流体が封入されている。この例の場合、動圧付与流体として絶縁性流体１４が用いられている。絶縁性流体１４は、軸２の端面であるフランジ部８の下面８ａと、ハウジング４の、円筒状のハウジング本体１０のスラストブッシュ１１とを絶縁するための流体でもある。

前記絶縁性流体１４は、空気よりも誘電率が高い流体からなり、例えばエステル油が用いられる。エステル油は熱安定性に優れるため、高温になることがあるロータリコネクタへの使用に適する。絶縁性流体１４は、エステル油以外の鉱油等の油であってもよく、またこれらの油を基油とするグリースであってもよい。

このロータリコネクタ１Ａの作用を説明する。軸２が回転すると、絶縁性流体１４の動圧により、スラスト軸受部６において軸２のフランジ部８がスラストブッシュ１１から浮上した状態に支持されると共に、ラジアル軸受部５において軸２の軸部７が動圧スリーブ１２の内周の中心に位置するように支持される。これにより、軸２は、低トルクで、かつ静粛に回転することができ、さらに高荷重、高速回転での使用も可能である。

このロータリコネクタ１Ａは、軸２とハウジング４とが絶縁され、かつ軸２の端面であるフランジ部８の下面とハウジング４の電極部であるスラストブッシュ１１とが、絶縁性流体１４を介して対向している。この構成であると、回転側の電極である軸２と固定側の電極であるハウジング４のスラストブッシュ１１とが容量結合されて、軸２とスラストブッシュ１１の対向部がコンデンサとして機能する。このため、軸２とスラストブッシュ１１間で、交流電流または交流信号の伝送が可能である。つまり、軸２またはスラストブッシュ１１に電力や電気信号が入力されると、軸２からスラストブッシュ１１へ、またはスラストブッシュ１１から軸２へ電力や電気信号が伝送される。

軸２とスラストブッシュ１１とを、空気よりも誘電率が高い絶縁性流体１４を介して対向させたことにより、空気で絶縁する場合と比べて大きな静電容量が得られる。このため、軸２とスラストブッシュ１１間で、非接触で電力や電気信号を安定して伝送することができる。

また、ハウジング４の電極部であるスラストブッシュ１１をハウジング４の一部としたことにより、複雑な密封構造を採用することなく、軸２の端面とスラストブッシュ１１との間に絶縁性流体１４を容易に封入することができる。さらに、この絶縁性流体１４を動圧軸受である軸受３Ａの動圧付与流体としたため、軸２とスラストブッシュ１１間に介在させる流体と動圧軸受の流体との混流による支障がなく、混流防止のための構成が簡易になる。これらのことから、ロータリコネクタ１Ａ全体の簡素化を図ることができる。

この実施形態のように、軸受３Ａが動圧軸受である場合、軸２と動圧スリーブ１２間もコンデンサとして機能する。軸２とスラストブッシュ１１の対向面積よりも軸２と動圧スリーブ１２の対向面積の方が広いので、軸２と動圧スリーブ１２間に形成されるコンデンサは、軸２とスラストブッシュ１１間のコンデンサよりも静電容量が大きい。また、ハウジング本体１０も、少なくとも表面が導電性であることが望ましい。その場合、軸２とハウジング本体１０の対向部もコンデンサとして機能し、静電容量がさらに大きくなり、電気や電気信号の伝送能力をより一層高くすることができる。

ロータリコネクタ１Ａの伝達特性について図１３～図１６を参照しながら説明する。
図１３～図１６は、第１の実施形態で説明したロータリコネクタ１Ａについて、種々の回転速度における伝達特性を実測した結果を示すグラフである。これらのグラフの横軸は、周波数（ＧＨｚ）を示し、縦軸は、伝送損失（ｄＢ）を示す。図１３～図１６に示す測定チャートにおいては、伝達損失の値が０ｄＢに近い方が伝送損失が少なく、優れた伝達特性を示すものと判断される。

図１３～図１６に示した実測結果から、ロータリコネクタ１Ａは、例えば、約１ＧＨｚ以上かつ約２ＧＨｚ以下の範囲の周波数の信号、好ましくは、約１．１ＧＨｚ以上かつ約１．６ＧＨｚ以下の周波数の信号を使用した場合に良好に対応可能であることがわかる。したがって、例えば、飛行装置の無人機用回転翼支持装置３０に用いられる上記ロータリコネクタ１Ａにおいては、少なくとも、約１ＧＨｚ以上かつ約２ＧＨｚ以下、好ましくは、約１．１ＧＨｚ以上かつ約１．６ＧＨｚ以下の範囲の周波数のＧＰＳ信号を利用することができることが確認された。このことから、上記ロータリコネクタ１Ａを無人機用回転翼支持装置３０に装着して、ＧＰＳ信号の受信、処理等に利用することができる。もっとも、ロータリコネクタ１Ａおよびこれを備えた無人機用回転翼支持装置３０によって利用することができるＧＰＳ信号の周波数は上記範囲に限定されない。

図１１は、図１の無人機用回転翼支持装置３０に用いられるロータリコネクタの第２の例の断面図である。
この例のロータリコネクタ１Ｂは、前記ロータリコネクタ１Ａと比較して、軸受を転がり軸受とした点が異なる。転がり軸受である軸受３Ｂは、軸２の軸部７の外周に嵌合する内輪２１と、ハウジング４のハウジング本体１０の内周に嵌合する外輪２２と、内輪２１と外輪２２との間に介在する転動体２３と、内輪２１と外輪２２間の空間を密封するシール部材２４とを備える。この例では、転動体２３が玉とされ、軸受３Ｂは全体で深溝玉軸受として構成されている。

軸受３Ｂを転がり軸受としたことにより、前記動圧スリーブ１２およびシールワッシャ１３が省かれている。また、動圧軸受である場合に必要な動圧付与流体が不要であるため、このロータリコネクタ１Ｂでは、軸２とスラストブッシュ１１との間の隙間にのみ、絶縁性流体１４が充填されている。このロータリコネクタ１Ｂの場合、軸２とスラストブッシュ１１とが常に隙間を介して対向している。絶縁性流体１４の種類は、前記と同様である。

このロータリコネクタ１Ｂも、前記ロータリコネクタ１Ａと同様に、軸２とスラストブッシュ１１とが容量結合されて、軸２とスラストブッシュ１１の対向部がコンデンサとして機能する。このため、軸２とスラストブッシュ１１間で、交流電流または交流信号の伝送が可能である。

図１２は、図１の無人機用回転翼支持装置３０に用いられるロータリコネクタの第３の例の断面図である。
この例のロータリコネクタは、図１１に示した第２のロータリコネクタ１Ｂと比較して、使用する軸受のタイプのみが異なり、その他の構成は同様であるので、軸受のみについて説明し、他の構成については詳細な説明を省略する。
このロータリコネクタでは、軸受３Ｃとして第２の例で使用した転がり軸受の代わりに組合せアンギュラ玉軸受を用いている。アンギュラ玉軸受である軸受３Ｃは、軸の軸部の外周に嵌合する内輪２６と、ハウジングのハウジング本体の内周に嵌合する外輪２７と、内輪２６と外輪２７との間に介在する転動体２８と、各転動体２８を保持する保持器２９とを備えている。軸受３Ｃは、内輪２６と外輪２７間の空間を密封するシール部材をさらに備えていてもよい。この組合せアンギュラ玉軸受３Ｃは、背面組合せアンギュラ玉軸受として構成されている。

以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１Ａ，１Ｂ…ロータリコネクタ
２…軸
３Ａ，３Ｂ…軸受
４…ハウジング
５…ラジアル軸受部
６…スラスト軸受部
８…フランジ部（軸の端部）
８ａ…下面（軸の端面）
１１…スラストブッシュ（ハウジングの電極部）
１４…絶縁性流体
３０…無人機用回転翼支持装置
３２…回転翼
３３…ロータ
３４…翼
３７…ＧＰＳアンテナ
３８…ＧＰＳ信号処理手段
４０…第一のグランド用電極
４１…第二のグランド用電極
４３…グランド用電極
４５…グランド用電極
５０…誘電シート

Claims

回転翼無人機における飛行用の回転翼を支持する装置であって、
前記回転翼の中心部を構成するロータの軸と、
前記軸を回転自在に支持する軸受と、
前記軸受を支持するハウジングと、
を備え、
前記軸が導電性であり、
前記ハウジングが前記軸の端面に対向する箇所に電極部を有し、
前記ロータにＧＰＳアンテナが設けられており、
前記ハウジングまたはこのハウジングが固定された部材にＧＰＳ信号処理手段が設けら
れており、
前記ＧＰＳ信号処理手段に電気的に接続する通信周波数の９０度電気角長を有するグラ
ンド用電極が設けられており、
前記軸、軸受、およびハウジングを構成部品としてロータリコネクタが構成され、
前記ロータリコネクタは前記ハウジングが前記回転翼無人機における機体フレームに装
備され、
前記軸を介して前記ＧＰＳアンテナと前記ＧＰＳ信号処理手段とが電気的に接続されて
いる、
無人機用回転翼支持装置。
請求項１に記載の無人機用回転翼支持装置において、対応可能なＧＰＳ信号の周波数の
範囲が、約１ＧＨｚ以上かつ約２ＧＨｚ以下である無人機用回転翼支持装置。
請求項１または請求項２に記載の無人機用回転翼支持装置において、前記グランド用電
極として、対応可能な波長の異なるＧＰＳ信号の９０度電気角長を有する少なくとも１枚
のグランド用電極を有している無人機用回転翼支持装置。
請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の無人機用回転翼支持装置において、前記回転翼は、誘電体として形成されている無人機用回転翼支持装置。
請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の無人機用回転翼支持装置において、前記グランド用電極の感度を向上させる誘電シートがさらに設けられている無人機用回転翼支持装置。