JP7472812B2 - マルチコプタ - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、マルチコプタに関する。特に、ラジエータを備えるマルチコプタに関する。

特許文献１に燃料電池を備えるマルチコプタが開示されている。マルチコプタは、ラジエータによって燃料電池を冷却する。

特開２０１８－１７６９２０号公報

ラジエータは、燃料電池から回収した熱を、外気へ効率よく放出するために、風を受けやすい形状を有する。そのことから、ラジエータを有するマルチコプタでは、風の抵抗がラジエータへ局所的に作用しやすく、マルチコプタの飛行が不安定となるおそれがある。本明細書では、外部に露出するラジエータを備えるマルチコプタにおいて、安定して飛行することができる技術を開示する。

本明細書が開示するマルチコプタは、プロペラと、動力ユニットと、ラジエータと、を備えている。動力ユニットは、前記プロペラを回転させる。ラジエータは、外部に露出しており、前記動力ユニットを冷却する。前記マルチコプタの重心は、前記ラジエータ内に位置している。

上述したマルチコプタは、風の抵抗を受けやすいラジエータが存在する領域に、マルチコプタ全体の重心が位置している。その結果、風の抵抗が集中しやすい部位とマルチコプタの重心との間の距離が短くなる。その結果、風の抵抗がラジエータに大きく作用した場合でも、マルチコプタの姿勢を乱すようなモーメントが小さくなる。すなわち、本明細書が開示するマルチコプタは、安定して飛行することができる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例のマルチコプタ１０の斜視図を示す。 実施例のマルチコプタ１０の平面図を示す。 図２の線ＩＩＩ－ＩＩＩにおける断面図を示す。

本技術の一実施形態では、前記ラジエータは、前記プロペラの回転軸に垂直な方向において、一方から他方へ向かうに従って上方に傾斜するように配置されてもよい。これにより、マルチコプタが、プロペラの回転軸の垂直な方向の一方から他方へ向かうように進行する際、傾斜して配置されるラジエータに揚力が発生し、マルチコプタの飛行をより安定させることができる。

本技術の一実施形態では、前記動力ユニットは、燃料電池を含んでもよい。その場合、前記ラジエータは、前記燃料電池を冷却してもよい。ただし、他の実施形態では、動力ユニットは、二次電池を含んでもよいし、エンジンを含んでもよい。

本技術の一実施形態では、マルチコプタは、前記燃料電池に供給する燃料ガスを収容する燃料ガスタンクをさらに備えてもよい。その場合、前記ラジエータの直上に前記燃料ガスタンクが配置され、前記ラジエータの直下に前記動力ユニットが配置されてもよい。このような構成によると、マルチコプタの着陸時に、燃料ガスタンクにダメージが加えられることを防止することができる。

本技術の一実施形態では、前記プロペラの中心点は、前記ラジエータを通過する平面上に位置していてもよい。飛行時に抵抗を受けやすいラジエータと、マルチコプタを飛行させるプロペラの中心点と、を同じ平面に揃えて配置することで、マルチコプタは、より安定して飛行することができる。

（実施形態）
図面を参照して、本技術の一実施形態であるマルチコプタ１０について説明する。図１に示されるように、マルチコプタ１０は、４つのプロペラ８と、燃料ガスタンク２と、タンク架台９と、ラジエータ６と、ラジエータファン６ｆと、動力ユニット４と、を備える。特に限定はされないが、マルチコプタ１０は、いわゆるドローンであり、４つのプロペラ８を回転駆動させることで飛行することができる。マルチコプタ１０は、Ｚ軸方向（すなわち、図１の紙面上方向）に上昇する。上昇後、マルチコプタ１０は、４つのプロペラ８のそれぞれの回転数に差異を設けることで、平行移動、旋回等を実行する。

燃料ガスタンク２は、その内部に燃料ガス（本実施形態では水素ガス）を蓄えている。動力ユニット４は、そのケース４ｃの内部に燃料電池４ｂとエアコンプレッサ４ａとを収容している。燃料電池４ｂは、内部にセルスタック（図示省略）を備えており、燃料ガスと空気中の酸素とを反応させて発電する。エアコンプレッサ４ａは、燃料電池４ｂに空気を供給するための機器である。その他にも、ケース４ｃ内には、燃料電池４ｂが発電した電力を蓄える二次電池等が収容される。

マルチコプタ１０は、燃料ガスタンク２内の燃料ガスと、空気中の酸素とを燃料電池４ｂ内で反応させることで、電力を発生させる。マルチコプタ１０は、燃料電池４ｂが発生させた電力を電動機（図示省略）に供給することで４つのプロペラ８を回転させる。

図１に示されるように、タンク架台９は、４つの柱９ｐによって動力ユニット４のケース４ｃに支持される。タンク架台９の上面には、燃料ガスタンク２が配置される。４つの柱９ｐのそれぞれには、プロペラ支持部８ｓが接続されている。プロペラ支持部８ｓのそれぞれは、柱９ｐと直交する方向に延び、プロペラ８を回転可能に支持する。

４つの柱９ｐに囲まれるように、ラジエータ６と、ラジエータファン６ｆとがケース４ｃの上方に配置されている。ラジエータ６の内部には、冷媒が循環する循環路が形成されている。ラジエータ６は、Ｚ軸方向に延びる循環路を、Ｙ軸方向に隣接して配置している。その結果、ラジエータ６は、Ｘ軸方向正側（すなわち、図１の紙面左側）に扁平面６ｐを有する扁平な形状となる。図示は省略したが、ラジエータ６には、燃料電池４ｂに冷媒を供給する循環路が接続されている。ケース４ｃには、ラジエータ６と燃料電池４ｂとの間で冷媒を循環させるポンプが収容されている。

４つの柱９ｐのそれぞれの間が開放されているため、ラジエータ６は外部に露出する。そのため、マルチコプタ１０が例えばＸ軸方向正側（すなわち、図１の紙面左側）に進行すると、ラジエータ６は、Ｘ軸方向負側（すなわち、図１の紙面右側）に向かう飛行風を受ける。この飛行風がラジエータ６を通過すると、ラジエータ６内の冷媒の熱が放熱される。その他にも様々な方向の飛行風がラジエータ６を通過することで、ラジエータ６内の冷媒の熱が放熱される。ラジエータファン６ｆは、扁平なラジエータ６のＸ軸方向負側（すなわち、図１の紙面右側）の面に、当接して配置されている。マルチコプタ１０が進行していない場合には、ラジエータファン６ｆが回転することで、ラジエータ６内の冷媒の熱が放熱される。このように、マルチコプタ１０は、ラジエータ６によって放熱された冷媒を燃料電池４ｂに供給することで、燃料電池４ｂを冷却する。

図２及び図３を参照して、マルチコプタ１０の各機器の配置について説明する。燃料ガスタンク２は、Ｘ軸方向（すなわち、図２の紙面左右方向）に沿うように配置されている。ラジエータ６は、Ｘ軸方向に直交するように配置されている。動力ユニット４も、Ｘ軸方向に沿うように配置されている。プロペラ支持部８ｓは、Ｘ軸方向に対して傾斜するように柱９ｐから延びている。プロペラ支持部８ｓの先端には、プロペラ８が、その中心点８ｃを通過する回転軸８ａ（図３参照）を中心に回転可能に支持されている。その結果、プロペラ８が柱９ｐから離間する。これにより、プロペラ８は、回転しても柱９ｐと干渉しない。

図２に示されるように、マルチコプタ１０は、幅方向中心軸１ｘに対して、Ｙ軸方向（すなわち、図２の紙面上下方向）に対称な形状を有している。さらに、マルチコプタ１０は、長手方向中心軸１ｙに対して、Ｘ軸方向（すなわち、図２の紙面左右方向）に対称な形状を有している。その結果、マルチコプタ１０の重心Ｇ１は、平面視では、幅方向中心軸１ｘと、長手方向中心軸１ｙとの交点となる。

図３に示されるように、例えば図３の進行方向Ｆ１の方向にマルチコプタ１０が進行した場合、マルチコプタ１０に対して、飛行風Ｗ１が発生する。ラジエータ６は、飛行時、その飛行風Ｗ１によって、冷媒を冷却する。飛行風Ｗ１が当たる面積を増加させるために、ラジエータ６は、扁平面６ｐを有している。しかしながら、扁平面６ｐを有するラジエータ６は、飛行風Ｗ１の影響を受けやすい。ラジエータ６の扁平面６ｐが受ける飛行風Ｗ１は、進行方向Ｆ１に進行するマルチコプタ１０に対して、大きな抵抗力を発生させる。

図３に示されるように、ラジエータ６の直上に、燃料ガスタンク２が配置されている。これにより、着陸時等に、燃料ガスタンク２がダメージを受けることを防止することができる。さらにラジエータ６の直下に、動力ユニット４が配置されている。すなわち、マルチコプタ１０は、その構成部品を、ラジエータ６の上下に分けて配置する。その結果、マルチコプタ１０の重心Ｇ１は、高さ方向中心軸１ｚ方向において、ラジエータ６の存在する領域内に位置する。

飛行風Ｗ１が発生させる抵抗力の合力は、扁平面６ｐの中心に加えられる。本実施例のマルチコプタ１０は、扁平面６ｐの中心と、マルチコプタ１０の重心Ｇ１とが重なるように各機器が配置されている。そのため、例えば、飛行風Ｗ１が発生させる抵抗力の合力は、重心Ｇ１周りにマルチコプタ１０を回転させるモーメントを発生させない。これにより、本実施形態のマルチコプタ１０は、飛行風Ｗ１がラジエータ６に対して抵抗力を発生させても、安定して飛行することができる。

また、図３に示されるように、ラジエータ６は、Ｘ軸方向正側（すなわち、図３の紙面左側）ほど、上方に傾斜して配置されている。すなわち、ラジエータ６は、プロペラ８の回転軸８ａに垂直な方向（すなわち、幅方向中心軸１ｘ方向）において、一方から他方に向かうに従って上方に傾斜するように配置されている。このため、進行方向Ｆ１にマルチコプタ１０が進行する場合には、進行方向に対して傾斜するラジエータ６によって、飛行風Ｗ１を利用して揚力Ｌ１を発生させることができる。マルチコプタ１０は、揚力Ｌ１によって、さらに安定して飛行することができる。

さらに、２つのプロペラ８の中心点８ｃのそれぞれは、幅方向中心軸１ｘ上に位置している。図３には記載されていないが、他の２つのプロペラ８の中心点８ｃのそれぞれも、同様に、幅方向中心軸１ｘ上に位置している。幅方向中心軸１ｘは、ラジエータ６を通過してＸ軸方向に延びている。すなわち、プロペラ８の中心点８ｃは、ラジエータ６を通過する平面上に位置している。これにより、飛行風Ｗ１によって抵抗が発生するラジエータ６と、マルチコプタ１０を飛行させるプロペラ８の中心点８ｃが、高さ方向（ずなわち、Ｚ軸方向）において揃えることができる。その結果、マルチコプタ１０の飛行をさらに安定させることができる。

以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。上記の実施形態の変形例を以下に列挙する。

（変形例１）上述した実施形態では、マルチコプタ１０の重心Ｇ１が、ラジエータ６の重心と一致していたが、変形例では、これに限定されず、マルチコプタ１０の重心Ｇ１が、ラジエータ６の存在する領域内に位置していればよい。

（変形例２）上述した実施形態では、マルチコプタ１０は、４つのプロペラ８を備えていたが、変形例のマルチコプタ１０は、２つ、または３つのプロペラ８を備えてもよいし、５つ以上のプロペラ８を備えてもよい。

（変形例３）上述した実施形態では、ラジエータ６によって燃料電池４ｂを冷却したが、変形例では、マルチコプタ１０は、バッテリを冷却してもよい。その場合、マルチコプタ１０は、燃料電池４ｂを備えなくてもよい。

（変形例４）上述した実施形態では、ラジエータ６がＸ軸方向正側に向かうに従って上方に傾斜して配置されたが、変形例では、ラジエータ６は、Ｘ軸方向に直交するように配置されてもよい。

（変形例５）上述した実施形態では、ラジエータ６の直上に燃料ガスタンク２が配置され、直下に動力ユニット４が配置されたが、変形例では、直上に動力ユニット４が配置され、直下に燃料ガスタンク２が配置されてもよい。また、さらなる変形例では、ラジエータ６の幅方向（すなわち、図１のＹ軸方向）の一方側に燃料ガスタンク２を配置し、他方側に動力ユニット４を配置してもよい。

（変形例６）上述した実施形態では、４つのプロペラ８の中心点８ｃのそれぞれが、ラジエータ６を通過する平面上に位置していたが、変形例では、４つのプロペラ８の中心点８ｃのそれぞれは、当該平面上に位置していなくてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２ ：燃料ガスタンク
４ ：動力ユニット
４ａ ：エアコンプレッサ
４ｂ ：燃料電池
４ｃ ：ケース
６ ：ラジエータ
６ｆ ：ラジエータファン
６ｐ ：扁平面
８ ：プロペラ
８ａ ：回転軸
８ｃ ：中心点
８ｓ ：プロペラ支持部
９ ：タンク架台
９ｐ ：柱
１０ ：マルチコプタ
Ｆ１ ：進行方向
Ｇ１ ：重心
Ｌ１ ：揚力
Ｗ１ ：飛行風

Claims (3)

1. プロペラと、
   前記プロペラを回転させる動力ユニットと、
   外部に露出しており、前記動力ユニットを冷却するラジエータと、
   を備えているマルチコプタであって、
   前記マルチコプタの重心が前記ラジエータ内に位置しており、
   前記動力ユニットは、燃料電池を含み、
   前記ラジエータは、前記燃料電池を冷却し、
   前記マルチコプタは、前記燃料電池に供給する燃料ガスを収容する燃料ガスタンクをさらに備え、
   前記ラジエータの直上に前記燃料ガスタンクが配置され、
   前記ラジエータの直下に前記動力ユニットが配置される、
   マルチコプタ。
2. 前記ラジエータは、前記プロペラの回転軸に垂直な方向において、一方から他方へ向かうに従って上方に傾斜して配置される、請求項１に記載のマルチコプタ。
3. 前記プロペラの中心点は、前記ラジエータを通過する平面上に位置している、請求項１に記載のマルチコプタ。

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