JPH0558198U - 飛行玩具における姿勢制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 飛行玩具において、姿勢制御を行うためのレ
ートジャイロの数量を減少させて、小型軽量化を図る。 【構成】 フライホイールを回転軸と直交方向に傾動可
能に支承するジンバルと、該ジンバルの傾きを検出する
傾き検出手段とを有し、この傾き検出手段の検出する傾
きの応じた大きさの信号を、回転翼の推進力を制御する
制御手段に負帰還することにより、飛行中の姿勢制御を
行う。この時、フライホイールは、回転翼の駆動用モー
タを利用して回転されるものである。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、飛行玩具、例えばヘリコプタ玩具等において、姿勢を安定的に制御 する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

飛行玩具、特にプロペラの回転によって揚力を得て飛行するヘリコプタのよう な玩具では、前後方向、左右方向及び水平面内での回転方向の３次元的な姿勢制 御を必要とする。

【０００３】 このために、一般に図４に示すようなレートジャイロが用いられることが多い 。

【０００４】 即ち、ａは回転軸ｂにより高速回転するフライホイールであり、回転軸ｂはジ ンバルｃに軸着されている。

【０００５】 また、ジンバルｃは回転軸ｂと直交する方向に揺動可能に軸ｄ，ｄによって支 持されるとともに回転軸ｂと軸ｄを含む平面を水平に保持するようにスプリング ｅ，ｅによって拘束されている。

【０００６】 フライホイールａが図中矢印ｆの方向に回転しており、このレートジャイロ全 体が回転軸ｂ及び軸ｄ，ｄを含む平面に垂直な軸回りに、矢印ｇ方向の回転を受 けると、ジンバルｃは矢印ｈ方向に力を受け、スプリングｅの弾力とつり合うま で傾く。

【０００７】 このようなスプリングｅの変位量もしくはジンバルｃの変位量を測定すれば、 矢印ｇ方向の角速度を求めることができる。

【０００８】 フライホイールの回転は例えば、図５に示すような小型のモータｉによって行 うことができる。

【０００９】 モータｉの回転軸ｊの両端には錘りとなるフライホイールｋ，ｋが取付けられ ている。

【００１０】 また、モータｉは回転軸ｊに直交する方向に傾動可能に軸着されており、磁石 ｌ及びホール素子ｍによって傾きが測定される。

【００１１】 ホール素子は、電流と磁界に垂直な方向でホール電圧を発生するもので、モー タｉが機体に対して水平状態を維持しているときには、図６Ａのようにホール素 子ｍを垂直に横切る磁界成分がなくホール電圧を発生しない。

【００１２】 モータｉが機体に対して傾きをもった場合、図６ＢまたはＣのように、ホール 素子ｍに対して垂直な磁界成分が発生してホール電圧が発生する。ただし、図６ ＢとＣでは、ホール電圧は逆符号となる。

【００１３】 このようなホール素子ｍの出力信号に基づいた大きさの信号を機体の傾きを制 御する手段に負帰還すれば、機体の姿勢を安定させることができる。

【００１４】

【考案が解決しようとする課題】

図５に示したものは、水平面内での回転方向（ヨー軸回りの回転方向）の安定 を行うものであるが、実際にはこれと前後方向、左右方向の安定を行うレートジ ャイロの３つを用意する必要がある。

【００１５】 このため、機体内にレートジャイロを３つ設置するためのスペースを必要とし 、小型化をはかることが困難となる。

【００１６】 また、レートジャイロのフライホイールを回転させるモータを必要とするため 、機体重量の軽減も不可能であり、消費電力も大きくなる。

【００１７】 このことは特に、無線で操縦する場合、機体に搭載する電源が大型化し、重量 軽減を困難にするため、これに伴って機体の構造が大きくなって軽量小型化が難 しかった。

【００１８】 本考案は、これら問題点を解決すべく飛行玩具における姿勢制御装置の提供を 目的とするものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】

本考案は、上記目的を達成するために、少なくとも、機体と；回転により揚力 を発生する回転翼と；該回転翼を回転駆動する駆動用モータと；前記回転翼の回 転を制御することにより回転翼の推進力を制御する制御手段とを有する飛行玩具 であって、前記駆動用モータに関係付けられて回転するフライホイールと；該フ ライホイールを回転軸と直交方向に傾動可能に支承するジンバルと；該ジンバル の傾きを検出する傾き検出手段とを有し、該傾き検出手段の検出する傾きに応じ た大きさの信号を前記制御手段に負帰還することを特徴とする飛行玩具における 姿勢制御装置を構成するものである。

【００２０】

【考案の効果】

本考案は上述のようにしてなり、フライホイールが回転翼の駆動用モータによ って回転駆動され、フライホイールの回転軸及びジンバルが支承される軸を含む 平面内での回転が起こった場合、フライホイールの回転軸は直交方向に傾動しよ うとする。

【００２１】 この力を受けて、ジンバルは機体に対して傾き、傾き検出手段によってこの傾 き角度が検出される。

【００２２】 この傾き角度に応じた大きさの信号を制御手段に負帰還させれば、飛行の安定 をはかれる。

【００２３】 このような機構は１つのレートジャイロ（例えばヨー軸回りの安定）の代わり に用いて、レートジャイロを減少させることも可能であり、また、すべてのレー トジャイロをこの方式に置き換えることも可能である。

【００２４】

【実施例】

本考案の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。

【００２５】 図１は、飛行玩具としてヘリコプタを構成した例を示すものである。

【００２６】 １は、ヘリコプタ玩具の機体であり、回転により揚力を発生するメインロータ ２及びメインロータ２の反トルクを打消し、水平方向の回転軸（以下、ヨー軸と 称す）を中心とした方向の制御を行うテールロータ（図示せず）が設けられてい る。

【００２７】 メインロータ２は、中心片２１から２つのブレード２２，２３が延設されてお り、回転軸２４に関係付けられて一体的に回転するものである。

【００２８】 ３は機体１内に設けられる駆動用モータであり、ギア等を介してメインロータ ２を回転駆動するものである。

【００２９】 ４１は、駆動用モータ３に関係付けられて回転するフライホイールであり、図 示したものは回転軸４３が機体１と水平でありかつ前後方向に配置されたもので ある。

【００３０】 ４２は、回転軸４３の軸受を構成するとともに、回転軸４３と直交方向に傾動 可能に機体１側に支承される軸受部材であり、ジンバルに相当するものである。

【００３１】 軸受部材４２は軸４４によって機体１側に軸着されており、スプリングその他 により水平方向に付勢されている。

【００３２】 また、回転軸４３は、軸４４に対応する位置において、ユニバーサルジョイン ト、ケーブルその他回転を伝達するとともに軸の方向が可変となるように構成さ れている。

【００３３】 図２，図３は要部拡大部分断面図である。

【００３４】 軸受部材４２は軸受４５を保持するとともに軸４４によって傾動可能に機体１ 側に支承されている。

【００３５】 フライホイール４１の回転軸４３は軸受４５に支承されるとともに軸４４に対 応する位置において、例えばユニバーサルジョイント４６等で軸方向が可変にさ れている。

【００３６】 軸受部材４２の後方に位置する外表面には、ＮＳ両極が上下に位置するように 磁石４７が取付けられており、機体１側の磁石４７に対応する位置にはホール素 子４８が取付けられている。

【００３７】 回転軸４３は例えば図１で示すように、メインロータ２の回転軸２４に取付け られたクラウンギア２５及び回転軸４３に取付けられたギア２６等によって駆動 用モータ３の回転力が伝達され、フライホイール４１を回転させる。

【００３８】 この実施例のようなヘリコプタ玩具では、メインロータ２とテールロータ（図 示せず）との動力配分を制御することにより、ヨー軸回りの安定を保持させてい る。

【００３９】 図１においてフライホイール４１が紙面に向かって時計回りに回転していると すれば、機体１がヨー軸回りの回転（図１矢印Ｐ方向）をした場合には、フライ ホイール４１は上方に傾動する。

【００４０】 この時軸受部材４２に取付けられた磁石４７も上方に移動し、ホール素子４８ はホール電圧を発生する。

【００４１】 また、機体１が図１矢印Ｐと反対方向に回動した場合には、フライホイール４ １は下方に傾動し、この結果磁石４７も下方に移動して、ホール素子４８が前述 の場合と逆符号のホール電圧を発生する。

【００４２】 ホール素子４８で発生したホール電圧を、メインロータ２及びテールロータに 動力配分を行っている制御回路（図示せず）に負帰還すれば、ヨー軸回りの安定 が得られるものである。

【００４３】 メインロータとテールロータの駆動用モータが独立している場合には、テール ロータの駆動用モータを用いて同様の構成とすることも可能であり特に限定され るものではない。

【００４４】 その他、各部の構成や形状、センサの取付け位置等は実施例に限定されるもの ではなく、また、ホール素子の代わりに光電変換素子等を利用して、フライホイ ールの傾きを検出することも可能である。

【００４５】 第１の実施例は、ヨー軸回りの安定をはかるものであったが、前後方向及び／ 又は左右方向の安定をはかるように構成することも可能である。

【００４６】 例えば、図１に示したフライホイール４１を回転軸４３によってユニバーサル ジョイント等を介して吊支し、軸受部材４２を機体側に軸着する。

【００４７】 フライホイール４１の揺動方向が前後方向の場合、これに対応して軸受部材４ ２の傾動角度を検出するホール素子が取付けられ、フライホイール４１の揺動方 向が左右方向であれば軸受部材４２の左右方向への傾動角度を検出するホール素 子が機体側に取付けられる。

【００４８】 回転軸４３は、メインロータ２またはテールロータの駆動用モータよりギア等 を介して回転される。

【００４９】 このことより、フライホイール４１が前後方向に揺動するように取付けた場合 には機体１の左右方向の傾きの角速度を検出でき、フライホイール４１が左右方 向に揺動するように取付けた場合には、機体１の前後方向の傾きの角速度を検出 することが可能となる。

【００５０】 ヘリコプタ玩具では、機体１に推進力を与えるのはメインロータ２の先端部の 軌跡を含む平面（以下、チップパスプレーンと称す）を回転面傾動手段によって 傾けることによって行われる。

【００５１】 例えば、傾動角度が制御されるスワッシュプレートにより、メインロータ２の ピッチを周期的に変化させて、チップパスプレーンの傾動が行われる。

【００５２】 このような回転面傾動手段に対してホール素子７３，７４の出力信号の大きさ に応じた信号を負帰還させることにより、前後または左右の機体の傾きに対して 安定的な飛行を行うことができる。

【００５３】 前後方向の傾きを検出するフライホイールと左右方向の傾きを検出するフライ ホイールとを独立させて設けることも可能であり、また第１実施例のものを併用 して、全方向の安定をはかることも可能である。

【００５４】 その他、具体的な構成は実施例のものに限定されないことはいうまでもない。

【００５５】 更に、実施例ではヘリコプタ玩具に本考案を用いた場合を例示したが、これに 限定されるものではなく、回転翼により揚力を得る飛行玩具、例えば複数の回転 翼が互いに反トルクを打消し合いながら揚力及び推進力を発生するような玩具に 用いることが可能である。

【００５６】

【考案の効果】

本考案は上述のようにしてなり、機体の傾きやヨー軸周りの回転を安定するた めに、回転翼を回転駆動する駆動用モータによってフライホイールを回転し、こ のフライホイールの傾きを検出することにより機体が回転する角速度を検出し、 機体の姿勢を制御する制御手段に負帰還しているため、フライホイールの回転を 与えるモータを独立して設ける必要がなくなった。

【００５７】 このことより、機体内のレートジャイロの設置スペースを減少させ、またモー タの重量分を減少させることができた。

【００５８】 また、モータの消費電力を軽減できるため、電源として小型のものを使用する ことが可能であり、機体全体の軽量小型化が可能となるものである。

【００５９】 また、簡単な構成で確実な姿勢制御を可能とし、無線操縦等の飛行玩具におい て、操縦が簡単になるという効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の第１実施例の説明用簡略斜視図であ
る。

【図２】 本考案の第１実施例の要部拡大部分断面図で
ある。

【図３】 本考案の第１実施例の要部拡大部分断面図で
ある。

【図４】 レートジャイロの原理を示す説明図である。

【図５】 レートジャイロをヘリコプタ玩具に用いた例
を示す説明図である。

【図６】 磁石とホール素子の相対関係を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１…機体 ２…メインロータ ３…駆動用モータ ４１…フライホイール ４２…軸受部材 ４７…磁石 ４８…ホール素子

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも、 機体と、 回転により揚力を発生する回転翼と、 該回転翼を回転駆動する駆動用モータと、 前記回転翼の回転を制御することにより、回転翼の推進
   力を制御する制御手段と、 を有する飛行玩具であって、 前記駆動用モータに関係付けられて回転するフライホイ
   ールと、 該フライホイールを回転軸と直交方向に傾動可能に支承
   するジンバルと、 該ジンバルの傾きを検出する傾き検出手段と、 を有し、該傾き検出手段の検出する傾きに応じた大きさ
   の信号を前記制御手段に負帰還することを特徴とする飛
   行玩具における姿勢制御装置。