JPWO2022130726A5 - - Google Patents

Description

本開示は、モータユニット及び飛行体に関する。

特許文献１には、二重反転スクリュー機構が開示されている。この二重反転スクリュー機構では、同軸配置した二つの駆動軸の一方に、前側スクリューが取り付けられ、他方に後側スクリューが取り付けられている。これら二つのスクリューは、互いに反対向きに回転することで、同じ向きに推力を発生するように構成されている。

上述した二重反転スクリュー機構では、前側スクリューと後側スクリューとの両者で推進力を発生させる。このため、例えば、二重反転スクリュー機構を飛行体の回転翼として用いた場合、例えば、垂直離着陸時等の比較的大きな推進力を要する、飛行体の飛行に適している。

しかし、上述した二重反転スクリュー機構では、後側スクリューが、前側スクリューに対して、前側スクリューで発生する推進力の向きと逆方向に位置している。このため、前側スクリューの回転時には、後側スクリューが前側スクリューによって押し動かされた空気に対して大きな抵抗になりやすい。したがって、この二重反転スクリュー機構では、飛行体の水平飛行時等における効率の良い飛行を実現することが難しい。

特開２００９－２９２４３９号公報

本開示は上記事由に鑑みてなされている。本開示は、大きな推進力を要する飛行体の飛行と、効率の良い飛行との両者を実現できるモータユニット及び飛行体を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係るモータユニットは、ステータ、第１ロータ、第１回転翼、第２ロータ及び第２回転翼を備える。前記第１ロータは、前記ステータで発生した磁力によって回転する。前記第１回転翼は、前記第１ロータの回転力によって前記第１ロータの回転中心となる第１軸心を中心に回転して、前記第１軸心と平行な第１の向きに推進力を発生させる。前記第２ロータは、前記ステータで発生した磁力によって回転する。前記第２回転翼は、前記第２ロータの回転力によって前記第２ロータの回転中心となる第２軸心を中心に回転する。前記第２回転翼は、回転部と、ブレードとを有する。前記回転部は、前記第２ロータの回転力によって回転する。前記ブレードは、基端部が前記回転部に前記第２軸心と交差する回転軸を中心に回転可能に連結される。前記ブレードは、第１回転位置と、第２回転位置とに回転移動可能である。前記ブレードが前記第１回転位置にあるとき、前記ブレードは、前記回転部から前記第２軸心と交差する方向に突出し、前記第２ロータの回転時において前記第１の向きに推進力を発生させる。前記ブレードが前記第２回転位置にあるとき、前記ブレードの先端部が、前記第１回転位置に位置する前記ブレードの先端部よりも前記第１の向きとは逆向きである第２の向きに位置する。

前記第１ロータは、前記ステータの内側に位置し、前記第２ロータは、前記ステータの外側に位置することが好ましい。

モータユニットは、前記第１ロータの回転力を前記第１回転翼に伝える第１シャフトと、前記第２ロータの回転力を前記第２回転翼に伝える第２シャフトとを更に備え、前記第２シャフトは筒状に形成されて前記第１シャフトの周囲に位置し、前記第１シャフトによって回転可能に支持されることが好ましい。

前記第１ロータの極対数は、前記第２ロータの極対数よりも少ないことが好ましい。

前記第１ロータの前記極対数は、前記第２ロータの前記極対数の１／８、１／４又は１／２であることが好ましい。

前記第１ロータの回転によって発生する誘起電圧は、前記第２ロータの回転によって発生する誘起電圧よりも低いことが好ましい。

前記第１ロータの回転によって発生する前記誘起電圧は、前記第２ロータの回転によって発生する前記誘起電圧の１／８以上１／２以下であることが好ましい。

前記第１回転翼は第１ブレードを有し、前記第１ブレードの長さは、前記第２回転翼の前記ブレードである第２ブレードの長さよりも短いことが好ましい。

前記第１ブレードの長さは、前記第２ブレードの長さの１／４以上２／３以下であることが好ましい。

本開示の一態様に係る飛行体は、本体と、前記モータユニットとを備える。前記モータユニットは、前記本体に取り付けられる。

前記本体は、前記モータユニットの向きを、前記第１回転翼が発生させる推進力の向きが上向きとなる向きと、前記第１回転翼が発生させる推進力の向きが前向きとなる向きとに変更する駆動部を有することが好ましい。

前記一態様に係るモータユニット及び飛行体では、大きな推進力を要する飛行体の飛行と、効率の良い飛行との両者を実現できる。

図１は、実施形態に係るモータユニットの斜視図である。 図２は、同上のモータユニットの部分断面図である。 図３は、同上のモータユニットが備える第２ブレードが第１回転位置にあるモータユニットの斜視図である。 図４は、同上のモータユニットを備えた飛行体の上面図である。 図５は、同上のモータユニットを備えた別の飛行体の上面図である。

以下、本開示のモータユニット及び飛行体について説明する。

（１）実施形態
図１は、実施形態に係るモータユニット１の斜視図である。図２は、同上のモータユニット１の部分断面図である。図３は、同上のモータユニット１が備える第２ブレード１２１が第１回転位置にあるモータユニット１の斜視図である。モータユニット１は、共通のステータ２０を用いて回転する第１ロータ４及び第２ロータ５を備える。モータユニット１は、同軸に配置された二つの回転翼１１，１２のうちの一方の回転翼１１を第１ロータ４の回転力によって回転させ、かつ、他方の回転翼１２を第２ロータ５の回転力によって回転させる。モータユニット１は、例えば、図４及び図５に示すように、ロータとして飛行体８，９に搭載される。図４は、実施形態に係るモータユニット１を備えた飛行体８の上面図である。図５は、同上のモータユニット１を備えた別の飛行体９の上面図である。モータユニット１は、飛行体８，９の推進力を得るために用いられる。

図１～図３に示すように、モータユニット１は、モータ２、第１回転翼１１及び第２回転翼１２を備えている。モータ２は、ブラシレスモータである。モータ２は、ステータ２０、第１ロータ４及び第２ロータ５を有している。第１ロータ４は、第１ロータ４が有するマグネットがステータ２０の内側に位置するインナロータである。第２ロータ５は、第２ロータ５が有するマグネットがステータ２０の周囲に位置するアウタロータである。第１ロータ４の回転中心である第１軸心４１と、第２ロータ５の回転中心である第２軸心５２とは、重なっている。第１ロータ４の回転方向と第２ロータ５の回転方向とは同じである。

上述のように、第１ロータ４及び第２ロータ５は、共通のステータ２０で発生した磁力によって回転する。このため、モータユニット１は、制御回路、ハーネス及びこれらを取り付けるためのブラケット等を簡易化することができる。したがって、モータユニット１の重量が増加することを抑制でき、ひいては飛行体８，９の重量増加を抑制して飛行体８，９の効率の良い飛行を実現できる。

第１ロータ４は、第１回転翼１１を回転させる回転力を発生させる。第１回転翼１１は、第１軸心４１を中心として、第１ロータ４と共に第１ロータ４と同一方向に回転し、第１軸心４１と平行な第１の向きに推進力を発生させる。

第２ロータ５は、第２回転翼１２を回転させる回転力を発生させる。第２回転翼１２は、第２軸心５２を中心として、第２ロータ５と共に第２ロータ５と同一方向に回転する。以下、モータユニット１について、特に記載する場合を除き、第１軸心４１が延びる方向を上下方向とし、第１の向きを上方とし、第１の向きとは逆向きである第２の向きを下方として、説明する。なお、本開示で用いられる方向及び向きは、モータユニット１の利用時の方向及び向きを限定するものではない。

図２に示すように、モータユニット１は、ベース３を更に備えている。ベース３は、厚み方向が上下方向と平行な平板状のベースプレート３０を有している。ベースプレート３０は、上下方向から見て円形に形成されている。

ステータ２０は、ベースプレート３０の厚み方向の一方の面である上面に沿っている。ステータ２０は、ベースプレート３０に固定されている。ステータ２０は、例えば、ねじ等の固着具によってベースプレート３０に固定される。ステータ２０は、上下方向から見て環状に形成されている。ステータ２０は、ベースプレート３０と同心の円環状に形成されている。ステータ２０は、例えば、ステータコアと、ステータコアに巻き付けられたステータコイルとを有する。ステータ２０は、ステータコイルに通電することにより、第１ロータ４及び第２ロータ５を回転させるための磁力を発生させる。

モータユニット１は、二つのシャフト６，７を更に備えている。二つのシャフト６，７のうちの第１シャフト６は、第１ロータ４の回転力を第１回転翼１１に伝えて、第１回転翼１１を回転させる。第２シャフト７は、第２ロータ５の回転力を第２回転翼１２に伝えて、第２回転翼１２を第１回転翼１１と同一方向に回転させる。

第１シャフト６は、上下方向に延びた円柱状に形成されている。第１シャフト６は、ベースプレート３０に対して回転可能に取り付けられている。ベース３は、ベースプレート３０の中心部に取り付けられた軸受３１を更に有している。第１シャフト６の下端部は軸受３１によって、上下方向の移動が規制され、かつ、第１シャフト６の中心軸を中心に回転可能に支持されている。なお、ベースプレート３０は、第１シャフト６の上下方向の移動を規制し、かつ、第１シャフト６を第１シャフト６の中心軸を中心に回転可能に支持する部分を有してもよい。この場合、軸受３１は省略可能である。

第１ロータ４は、上方に向かって開口した有底円筒状（カップ状）に形成されている。第１ロータ４は、ステータ２０の内側に位置している。ただし、第１ロータ４は、ステータ２０に接触していない。

第１ロータ４は、底部４０と周壁部４２とを有している。底部４０は、厚み方向が上下方向と平行な板状に形成されている。底部４０の下面は、ベースプレート３０の上面に沿っている。ただし、第１ロータ４は、ベースプレート３０とは接触していない。底部４０の中心には、上下方向に貫通した嵌込孔４３が形成されている。

第１シャフト６は、第１ロータ４の嵌込孔４３を通過して底部４０を上下方向に貫通している。第１ロータ４の底部４０は、第１シャフト６に固定されている。底部４０は、例えば、嵌込孔４３に第１シャフト６を圧入することで、第１シャフト６に固定される。なお、第１ロータ４を第１シャフト６に固定する手段は限定されない。例えば、第１ロータ４は、接着等によって第１シャフト６に固定されてもよい。第１ロータ４の第１軸心４１は、第１シャフト６の中心軸と重なっている。第１ロータ４の回転中心は、第１シャフト６によって規定されている。第１ロータ４は、第１シャフト６と共に第１シャフト６の中心軸を中心に回転する。

第１ロータ４の周壁部４２は、底部４０の周縁部から上方に向かって突出している。周壁部４２は、中心軸方向が上下方向と平行な円筒状に形成されている。周壁部４２の外周面は、僅かな隙間を介してステータ２０の内周面に対向している。

周壁部４２は、例えば、第１ロータ４の周方向（周壁部４２の周方向）に並んだ複数のマグネット、又は第１ロータ４の周方向にわたって連続した一つのマグネットを有している。複数のマグネットは、例えば、隣り合う二つのマグネットのステータ２０側の磁極が異なるように配置される。一つのマグネットは、例えば、ステータ２０側に位置する磁極が第１ロータ４の周方向において交互に入れ替わるように着磁される。

第１ロータ４は、ステータ２０によって形成される磁界と複数又は一つのマグネットとの間で生じる磁気的な吸引力および反発力によって、第１ロータ４の第１軸心４１を中心に回転する。このように第１ロータ４が回転することで、第１シャフト６に固定された第１回転翼１１が、第１ロータ４の第１軸心４１を中心に回転する。

第１ロータ４の底部４０の上方には、第２シャフト７が位置している。第２シャフト７は、上下方向に延びた円筒状に形成されている。第２シャフト７は、第１シャフト６の周囲に位置している。第２シャフト７は、第１シャフト６によって第１シャフト６の中心軸を中心に回転可能に支持されている。

第２シャフト７は、下端面が第１ロータ４の底部４０に接触することで、下方への移動が規制される。第１シャフト６には、第２シャフト７の上方に位置するストッパ１３が固定されており、第２シャフト７は、上端面がストッパ１３に接触することで、上方への移動が規制される。

第２ロータ５は、下方に向かって開口した、有蓋円筒状（カップ状）に形成されている。第２ロータ５は、ステータ２０及び第１ロータ４に対して非接触状態で上側から被さっている。第２ロータ５は、蓋部５０と周壁部５１とを有している。蓋部５０は、厚み方向が上下方向と平行な板状に形成されている。蓋部５０は、ステータ２０及び第１ロータ４の上方に位置している。蓋部５０は、隙間を介してステータ２０の上面と対向している。

蓋部５０は、中央部５００、周縁部５０１及び複数の接続部５０２を有している。中央部５００は、上下方向から見て蓋部５０の中央に位置し、環状のステータ２０の内側に形成された空間の上方に位置している。中央部５００の中心（蓋部５０の中心）には、上下方向に貫通した嵌込孔５０３が形成されている。

第２シャフト７は、第２ロータ５の嵌込孔５０３を通過して蓋部５０を上下方向に貫通している。第２ロータ５の蓋部５０は、第２シャフト７に固定されている。蓋部５０は、例えば、嵌込孔５０３に第２シャフト７を圧入することで、第２シャフト７に固定される。なお、第２ロータ５を第２シャフト７に固定する手段は限定されない。例えば、第２ロータ５は、接着等によって第２シャフト７に固定されてもよい。第２ロータ５の第２軸心５２は、第１シャフト６の中心軸及び第２シャフト７の中心軸と重なっている。第２ロータ５の回転中心は、第１シャフト６及び第２シャフト７によって規定されている。第２ロータ５は、第２シャフト７と共に第１シャフト６の中心軸を中心に、第１ロータ４と同一方向に回転する。

蓋部５０の周縁部５０１は、上下方向から見て、円環状に形成されている。周縁部５０１は、中央部５００と間隔をあけて中央部５００の周囲に位置している。複数の接続部５０２は、中央部５００と周縁部５０１との間において、第２ロータ５の周方向（周縁部５０１の周方向）に間隔をあけて並んでいる。複数の接続部５０２は、中央部５００と周縁部５０１とを接続している。

蓋部５０には、第２ロータ５の周方向に並んだ複数の孔５０４が形成されている。各孔５０４は、第２ロータ５の周方向において隣り合う接続部５０２の間に形成されている。各孔５０４は、蓋部５０を上下方向に貫通している。複数の孔５０４は、蓋部５０の上方の空間と、蓋部５０の下方に位置する、第２ロータ５の内側の空間（周壁部５１で囲まれた空間）とを通じさせる。このため、ステータ２０で発生した熱は、第２ロータ５の内側に籠もりにくい。

第２ロータ５の周壁部５１は、蓋部５０の周縁部５０１から下方（ステータ２０側）に向かって突出している。周壁部５１は、中心軸方向が上下方向と平行な円筒状に形成されている。周壁部５１の内周面は、僅かな隙間を介してステータ２０の外周面に対向している。

周壁部５１は、例えば、第２ロータ５の周方向に並んだ複数のマグネット、又は第２ロータ５の周方向にわたって連続した一つのマグネットを有している。第２ロータ５の複数のマグネットは、例えば、隣り合う二つのマグネットのステータ２０側の磁極が異なるように配置される。第２ロータ５の一つのマグネットは、例えば、ステータ２０側に位置する磁極が第２ロータ５の周方向において交互に入れ替わるように着磁される。第２ロータ５は、ステータ２０によって形成される磁界と複数又は一つのマグネットとの間で生じる磁気的な吸引力および反発力によって、第２ロータ５の第２軸心５２を中心に回転させられる。

第２シャフト７は、第２ロータ５の中央部５００よりも上方に突出した突出部分７０を有している。突出部分７０には、第２回転翼１２が連結されている。第１シャフト６は、第２シャフト７よりも上方に突出した突出部分６０を有している。突出部分６０には、第１回転翼１１が連結されている。第１回転翼１１は、第２回転翼１２の上方に位置している。第１回転翼１１、第２回転翼１２、第２ロータ５及びステータ２０は、この順序で、上下方向に向かって並んでいる。

図１に示すように、第１回転翼１１は、回転部１１０と、複数のブレード１１１とを有している。以下、回転部１１０を第１回転部１１０といい、ブレード１１１を第１ブレード１１１という。第１回転部１１０は、第１シャフト６の突出部分６０（図２参照）に固定されている。第１回転部１１０は、第１シャフト６と共に第１シャフト６の中心軸を中心に回転する。

第１回転翼１１は、合計二つの第１ブレード１１１を有している。各第１ブレード１１１は、上下方向と交差する方向に延びた板状の翼である。各第１ブレード１１１は、基端部（長さ方向の一端部）が第１回転部１１０に対して上下方向と平行な回転軸を中心に回転可能に連結されている。各第１ブレード１１１は、第１回転部１１０から上下方向と交差する方向に突出している。具体的に各第１ブレード１１１は、上下方向と実質的に直交する方向に延びている。なお、各第１ブレード１１１は、第１回転部１１０に固定され、第１回転部１１０に対して回転不能であってもよい。

各第１ブレード１１１は、第１ロータ４が第１軸心４１を中心に回転することで、第１シャフト６及び第１回転部１１０と共に第１シャフト６の中心軸を中心に回転する。これにより、第１回転翼１１は上向きの推進力を発生させる。なお、第１回転翼１１が有する第１ブレード１１１の数は限定されない。例えば、第１回転翼１１は、第１ブレード１１１を１枚だけ有してもよいし、３枚以上有してもよい。

第２回転翼１２は、回転部１２０と、複数のブレード１２１とを有している。以下、回転部１２０を第２回転部１２０といい、ブレード１２１を第２ブレード１２１という。第２回転部１２０は、第２シャフト７の突出部分７０（図２を参照）に固定されている。第２回転部１２０は、第２シャフト７と共に第２シャフト７の中心軸を中心に回転する。

第２回転翼１２は、合計二つの第２ブレード１２１を有している。各第２ブレード１２１は、第２回転部１２０の回転方向と交差する方向に延びた板状の翼である。なお、第２回転翼１２が有する第２ブレード１２１の数は限定されない。例えば、第２回転翼１２は、第２ブレード１２１を１枚だけ有してもよいし、３枚以上有してもよい。

各第２ブレード１２１は、基端部（長さ方向の一端部）が第２回転部１２０に対して上下方向と交差する方向と平行な回転軸１２２を中心に回転可能に連結されている。各第２ブレード１２１が、上下方向から見て、第２ロータ５よりも外側に位置している。各第２ブレード１２１は、第２ロータ５よりも外側の位置で第２回転部１２０に連結されている。各第２ブレード１２１の回転軸１２２は、第２回転部１２０の回転方向と平行であるが、非平行であってもよい。

各第２ブレード１２１は、第２回転部１２０に対して回転軸１２２を中心に回転することで、図３に示す第１回転位置と、図１に示す第２回転位置とに回転移動可能である。各第２ブレード１２１は、第２ブレード１２１の第２軸心５２を中心とした回転時に作用する遠心力、並びに飛行体８，９の飛行時において第２ブレード１２１に作用する抗力、慣性力及び重力等により、第１回転位置と第２回転位置とに回転移動する。

各第２ブレード１２１は、図３に示す第１回転位置にあるとき、第２回転部１２０から第２軸心５２と交差する方向に突出する。各第２ブレード１２１は、第１回転位置に配された状態で、上下方向と直交する仮想平面に沿う。各第２ブレード１２１は、図１に示す第２回転位置にあるとき、先端部が、第１回転位置に位置したときの第２ブレード１２１の先端部よりも下方に位置する。各第２ブレード１２１は、第２回転位置に配された状態で、上下方向と平行な仮想平面に沿う。各第２ブレード１２１は、第２位置に配された状態で、第２ロータ５の外周面に沿う。各第２ブレード１２１の回転軸１２２を中心として回転できる範囲は、第２回転部１２０によって制限されてもよし、制限されなくてもよい。

各第２ブレード１２１が図３に示す第１回転位置にある状態で、第１ロータ４及び第２ロータ５が軸心４１，５２を中心に回転しているとき、各第２ブレード１２１は、第１回転翼１１が発生させる推進力の向きと同じ向き（上方）に推進力を発生させる。この場合、モータユニット１は、第１回転翼１１と第２回転翼１２とで、大きな推進力を発生させることができる。このため、各第２ブレード１２１が第１回転位置に位置した状態は、垂直離着陸時又はホバリング時等、飛行体８，９の大きな推進力を要する飛行に適している。

図１に示すように、各第２ブレード１２１が第２回転位置に位置した状態で、第１ロータ４及び第２ロータ５が軸心４１，５２を中心に回転しているとき、各第２ブレード１２１の長さ方向は上下方向と実質的に平行になる。このため、各第２ブレード１２１は、第１回転翼１１によって第２回転翼１２側に押し動かされた空気に対して大きな抵抗になり難い。したがって、各第２ブレード１２１が第２回転位置に位置した状態では、飛行体８，９は効率良くかつ高速で飛行し得る。

第１ロータ４の極対数は、第２ロータ５の極対数よりも少ないことが好ましい。この場合、ステータ２０による第１ロータ４及び第２ロータ５の回転時において、第１ロータ４の回転速度を第２ロータ５の回転速度よりも大きくし、第１回転翼１１の回転速度を第２回転翼１２の回転速度よりも大きくすることができる。このため、各第２ブレード１２１が図３に示す第１回転位置に位置した状態では、飛行体８，９の推進力を大きくすることができ、かつ、各第２ブレード１２１が図１に示す第２回転位置に位置した状態では、飛行体８，９の飛行速度を大きくすることができる。

第１ロータ４の極対数は、第２ロータ５の極対数の１／８、１／４又は１／２であることが更に好ましい。この場合、各第２ブレード１２１が図１に示す第２回転位置に位置した状態では、飛行体８，９の飛行速度を大きくしつつ、十分な推進力を発生させることができる。本実施形態の第１ロータ４の極対数は、１／４である。第１ロータ４がステータ２０の内側に位置するインナロータであり、かつ、第２ロータ５がステータ２０の周囲に位置するアウタロータであるため、第２ロータ５の極対数を第１ロータ４の極対数よりも容易に多くすることができる。第１ロータ４の極対数は、第２ロータ５の極対数の１／８未満であってもよい。第１ロータ４の極対数は、第２ロータ５の極対数と同じであってもよいし、第２ロータ５の極対数よりも多くてもよい。

なお、本実施形態では、第１ロータ４がインナロータで第２ロータ５がアウタロータである。しかし、第１ロータ４及び第２ロータ５をアウタロータとしてもよい。第１ロータ４及び第２ロータ５をインナロータとしてもよい。この場合、第１ロータ４及び第２ロータ５は、例えば、第１軸心４１の延伸方向において並べて配置される。また、第１ロータ４をアウタロータとし、かつ、第２ロータ５をインナロータとしてもよい。

第１ロータ４の回転によってステータコイルに誘起する誘起電圧（以下、第１誘起電圧という）は、第２ロータ５の回転によってステータコイルに誘起する誘起電圧（以下、第２誘起電圧という）よりも低いことが好ましい。この場合も、第１回転翼１１の回転速度を第２回転翼１２の回転速度よりも大きくすることができる。このため、各第２ブレード１２１が図３に示す第１回転位置に位置した状態では、飛行体８，９の推進力を大きくすることができる。かつ、各第２ブレード１２１が図１に示す第２回転位置に位置した状態では、飛行体８，９の飛行速度を大きくすることができる。第１誘起電圧及び第２誘起電圧は、例えば、ロータ４，５の上下方向の長さ、ロータ４，５が有するマグネットの磁力、ロータ４，５の上下方向の位置等を調整することで、調整し得る。

第１誘起電圧は、第２誘起電圧の１／８以上１／２以下であることが更に好ましい。この場合、各第２ブレード１２１が第２回転位置に位置した状態における飛行体８，９の飛行時において、飛行体８，９の飛行速度を大きくしつつ、十分な推進力を発生させることができる。好ましい一例として、第１誘起電圧は、第２誘起電圧の１／４程度であるとよい。第１誘起電圧は第２誘起電圧の１／８未満であってもよい。また、第１誘起電圧は、第２誘起電圧と同じか又は第２誘起電圧よりも高くてもよい。

図３に示すように、各第１ブレード１１１の長さＬ１は、各第２ブレード１２１の長さＬ２よりも短いことが好ましい。この場合も、第１回転翼１１の回転速度を第２回転翼１２の回転速度よりも大きくすることができる。このため、各第２ブレード１２１が第１回転位置に位置した状態では、飛行体８，９の推進力を大きくすることができる。かつ、各第２ブレード１２１が第２回転位置に位置した状態では、飛行体８，９の飛行速度を大きくすることができる。

各第１ブレード１１１の長さＬ１は、各第２ブレード１２１の長さＬ２の１／４以上２／３以下であることが更に好ましい。この場合、各第２ブレード１２１が第２回転位置に位置した状態における飛行体８，９の飛行時において、飛行体８，９の飛行速度を大きくしつつ、十分な推進力を発生させることができる。好ましい一例として、各第１ブレード１１１の長さＬ１は、各第２ブレード１２１の長さＬ２の１／３程度であるとよい。なお、各第１ブレード１１１の長さＬ１は、各第２ブレード１２１の長さＬ２と同じであってもよいし、各第２ブレード１２１の長さＬ２よりも長くてもよい。

図４にモータユニット１を備えた飛行体８を示す。飛行体８は、固定翼を備えた垂直離着陸機である。飛行体８は、例えば、自律的な飛行又は遠隔操縦による飛行を行い得る無人航空機である。飛行体８は、大型であり、農薬散布又は輸送等に用いることができる。飛行体８のサイズは限定されない。また、飛行体８は、有人航空機であってもよい。

飛行体８は、本体８０と、複数のモータユニット１と、複数のシングルロータ８１とを備えている。本体８０は、胴体８００と、胴体８００につながった複数の固定翼８０１，８０２とを有している。本体８０は、複数の固定翼として、左右一対の主翼８０１と、左右一対の尾翼８０２とを有している。

飛行体８は、複数のロータとして、複数のモータユニット１と、複数のシングルロータ８１とを備えている。すなわち、飛行体８は、二重反転式ロータとして用いられるモータユニット１と、一つの回転翼８１０だけを回転するシングルロータ８１とを備えている。飛行体８は、二つのモータユニット１と、二つのシングルロータ８１とを備えている。各モータユニット１は、上向き及び前向きの推進力を発生させるために用いられ、各シングルロータ８１は、上向きの推進力を発生させるために用いられる。なお、飛行体８が備えるモータユニット１の数及びシングルロータ８１の数は、限定されない。

本体８０は、複数のアーム８０３，８０４を更に有している。本体８０は、飛行体８が備える数（モータユニット１の数とシングルロータ８１の数とを足し合わせた数）のロータと、同数のアーム８０３，８０４を有している。本体８０は、複数のアーム８０３，８０４として、左右一対の前アーム８０３と、左右一対の後アーム８０４とを有している。

左右一対の前アーム８０３は、左右一対の主翼８０１にそれぞれ取り付けられている。各前アーム８０３は主翼８０１から前方に向かって突出している。各前アーム８０３の前端部には、モータユニット１が取り付けられている。

各前アーム８０３は、モータユニット１を回転駆動する駆動部８０５を有している。各前アーム８０３の駆動部８０５は、モータ等の駆動源で発生させた駆動力を用いて、モータユニット１を上下方向と交差し、かつ、前後方向と交差する回転軸を中心に回転させる。すなわち、モータユニット１はプロップロータであり、飛行体８はティルトロータ機である。

各前アーム８０３の駆動部８０５は、モータユニット１を前アーム８０３に対して回転駆動することで、モータユニット１の向きを、第１回転翼１１が第２回転翼１２の上方に位置する第３の向き（上向き）と、第１回転翼１１が第２回転翼１２の前方に位置する第４の向き（前向き）とに変更する。

各モータユニット１が第３の向きを向いたとき、第１回転翼１１は、図４に示すように水平面に沿い、第１ロータ４の第１軸心４１は水平面に対して交差する。この場合、第１回転翼１１は、第１ロータ４の回転時において上向きの推進力を発生させる。

各モータユニット１が第４の向きを向いたとき、第１回転翼１１は、前後方向と直交する鉛直面に沿い、第１ロータ４の第１軸心４１は前後方向と直交する鉛直面に対して交差する。この場合、第１回転翼１１は、第１ロータ４の回転時において前向きの推進力を発生させる。各モータユニット１の向きは、前アーム８０３に対して回転することで変更されるが、前アーム８０３が主翼８０１に対して回転することで、第３の向きと第４の向きとに変更されてもよい。各モータユニット１が主翼８０１に取り付けられ、主翼８０１が胴体８００に対して傾くことにより、各モータユニット１の向きが第３の向きと第４の向きとに変更されてもよい。すなわち、飛行体８はティルトウイング機であってもよい。

左右一対の後アーム８０４は、左右の主翼８０１にそれぞれ取り付けられている。各後アーム８０４は主翼８０１から後方に向かって突出している。各後アーム８０４の後端部には、シングルロータ８１が取り付けられている。

各シングルロータ８１は、後アーム８０４に対して固定されている。各シングルロータ８１の回転翼８１０は、水平面と交差する方向に延伸した回転軸を中心に回転する。各シングルロータ８１は、シングルロータ８１の駆動時において回転翼８１０が水平面に沿って回転し、上向きの推進力を発生させる。なお、各シングルロータ８１は、モータユニット１と同様に、本体８０に対して、推進力を上向きに発生させる向きと、推進力を前向きに発生させる向きとに変更可能に取り付けられてもよい。

本体８０は、フライトコントローラ及び電源等を更に有している。フライトコントローラは、例えば、制御装置と複数のセンサとを有する。制御装置は、例えば、マイクロコントローラであり、ハードウェアとしてのプロセッサ及びメモリを有する。制御装置は、メモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、飛行体８の飛行を制御する。複数のセンサは、加速度センサ、ジャイロセンサ、地磁気センサ、気圧センサ（高度計）、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）センサ及びイメージセンサを含み得る。制御装置は、複数のセンサにより取得したデータに基づき、複数のモータユニット１及び複数のシングルロータ８１を制御し、飛行体８の飛行方向、飛行速度及び飛行姿勢等を制御する。

フライトコントローラによる複数のモータユニット１及び複数のシングルロータ８１の制御は、例えば、ＥＳＣ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｓｐｅｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）を介して行われる。ＥＳＣは、本体８０が有してもよいし、モータユニット１又はシングルロータ８１が有してもよい。

電源は、フライトコントローラ、複数のモータユニット１及び複数のシングルロータ８１等に電力を供給する。電源は、例えば、リチウムポリマ電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の再充電可能なバッテリである。本体８０は、リモートコントローラ又はカメラ装置等を更に有してもよい。本体８０は、パーソナルコンピュータ等の外部機器と通信を行う通信装置を更に有してもよい。

飛行体８が離着陸等の上下方向に飛行する際又はホバリングを行う際、制御装置は図４に示すように各モータユニット１の向きを第３の向きとし、かつ、複数のモータユニット１及び複数のシングルロータ８１を駆動する。すると、各モータユニット１では、第１ロータ４、第１回転翼１１、第２ロータ５及び第２回転翼１２が水平面と交差する回転軸を中心に回転する。この場合、第２回転翼１２の各第２ブレード１２１は、遠心力によって図３に示す第１回転位置に回転移動し、この第１回転位置に位置した状態で第２ロータ５の第２軸心５２を中心に回転する。このため、飛行体８には、各モータユニット１の第１回転翼１１が回転することによる上向きの推進力と、各モータユニット１の第２回転翼１２が回転することによる上向きの推進力と、各シングルロータ８１の回転翼が回転することによる上向きの推進力とが発生する。したがって、飛行体８は十分な推進力で上下方向に飛行することができる。

飛行体８が水平飛行等の横方向に飛行する際、制御装置は各モータユニット１の向きを第４の向きとし、各シングルロータ８１の駆動を停止し、かつ、複数のモータユニット１を駆動する。すると、各モータユニット１では、第１ロータ４、第１回転翼１１、第２ロータ５及び第２回転翼１２が前後方向に垂直な鉛直面と交差する回転軸を中心に回転する。この場合、第２回転翼１２の各第２ブレード１２１は、抗力及び慣性力によって図１に示す第２回転位置に回転移動し、前後方向と平行な第１ロータ４の第１軸心４１と実質的に平行になる。このため、第２回転翼１２の各第２ブレード１２１は、第１ロータ４と共に回転する第１回転翼１１によって後方に押し動かされた空気に対する大きな抵抗になり難い。したがって、飛行体８は効率良くかつ高速で飛行することができる。

各後アーム８０４には、シングルロータ８１に代えてモータユニット１が取り付けられてもよい。すなわち、全てのアーム８０３，８０４にモータユニット１が取り付けられてもよい。各前アーム８０３にモータユニット１に代えてシングルロータ８１が取り付けられ、かつ、各後アーム８０４にシングルロータ８１に代えてモータユニット１が取り付けられてもよい。このように各後アーム８０４にモータユニット１が取り付けられる場合、各後アーム８０４は前アーム８０３と同様な駆動部８０５を有する。すなわち、各後アーム８０４に取り付けられたモータユニット１は、前アーム８０３に取り付けられたモータユニット１と同様に、駆動部８０５によってモータユニット１の向きが第３の向きと第４の向きとに変更される。

図５にモータユニット１を備えた別の飛行体９を示す。なお、飛行体９は、図４に示す飛行体８と共通する要素を有している。このため、以下では、飛行体９において、飛行体８と重複する事項の説明を省略する。

飛行体９の本体９０は、固定翼として、互いに接続された左右一対の固定翼９１０のみを有している。左右一対の固定翼９１０には、図４に示す飛行体８の左右一対の主翼８０１と同様に、二つの前アーム８０３を介して二つのモータユニット１が取り付けられ、二つの後アーム８０４を介して二つのシングルロータ８１が取り付けられる。

（２）態様
以上説明した実施形態から明らかなように、第１の態様のモータユニット（１）は、以下に示す構成を有する。モータユニット（１）は、ステータ（２０）、第１ロータ（４）、第１回転翼（１１）、第２ロータ（５）及び第２回転翼（１２）を備える。第１ロータ（４）は、ステータ（２０）で発生した磁力によって回転する。第１回転翼（１１）は、第１ロータ（４）の回転力によって第１ロータ（４）の回転中心となる第１軸心（４１）を中心に回転して、第１軸心（４１）と平行な第１の向きに推進力を発生させる。第２ロータ（５）は、ステータ（２０）で発生した磁力によって回転する。第２回転翼（１２）は、第２ロータ（５）の回転力によって第２ロータ（５）の回転中心となる第２軸心（５２）を中心に回転する。第２回転翼（１２）は、回転部（第２回転部１２０）と、ブレード（第２ブレード１２１）とを有する。回転部（１２０）は、第２ロータ（５）の回転力によって回転する。ブレード（１２１）は、基端部が回転部（１２０）に第２軸心（５２）と交差する回転軸（１２２）を中心に回転可能に連結される。ブレード（１２１）は、第１回転位置と、第２回転位置とに回転移動可能である。ブレード（１２１）が第１回転位置にあるとき、ブレード（１２１）は回転部（１２０）から第２軸心（５２）と交差する方向に突出し、第２ロータ（５）の回転時において第１の向きに推進力を発生させる。ブレード（１２１）が第２回転位置にあるとき、ブレード（１２１）の先端部が、第１回転位置に位置するブレード（１２１）の先端部よりも第１の向きとは逆向きである第２の向きに位置する。

この態様によれば、第２ブレード（１２１）が第１回転位置に位置した状態で、ステータ（２０）によって第１ロータ（４）及び第２ロータ（５）が回転し得る。この場合、第２ブレード（１２１）は、第１回転翼（１１）が発生させる推進力の向きと同じ向きに推進力を発生させる。このため、モータユニット（１）は、大きな推進力を発生させることができ、飛行体（８，９）は大きな推進力で飛行できる。また、第２ブレード（１２１）が第２回転位置に位置した状態で、ステータ（２０）によって第１ロータ（４）が回転しているとき、第２ブレード（１２１）は、第１回転翼（１１）によって第２回転翼（１２）側に押し動かされた空気に対して、大きな抵抗になり難い。このため、飛行体（８，９）は、効率良くかつ高速で飛行できる。

第２の態様は、第１の態様との組み合わせにより実現され得る。第２の態様は、以下に示す構成を有する。第１ロータ（４）は、ステータ（２０）の内側に位置する。第２ロータ（５）は、ステータ（２０）の外側に位置する。

この態様によれば、インナロータである第１ロータ（４）を高速低負荷用のロータとして設計しやすい。また、アウタロータである第２ロータ（５）を低速高負荷用のロータとして設計しやすい。

第３の態様は、第１又は第２の態様との組み合わせにより実現され得る。第３の態様は、以下に示す構成を有する。モータユニット（１）は、第１シャフト（６）と、第２シャフト（７）とを更に備える。第１シャフト（６）は、第１ロータ（４）の回転力を第１回転翼（１１）に伝える。第２シャフト（７）は、第２ロータ（５）の回転力を第２回転翼（１２）に伝える。第２シャフト（７）は筒状に形成されて第１シャフト（６）の周囲に位置し、第１シャフト（６）によって回転可能に支持される。

この態様によれば、第１ロータ（４）の回転力を第１回転翼（１１）に伝える第１シャフト（６）を利用して、第２シャフト（７）を支持することができる。このため、モータユニット（１）の重量が増加することを抑制できる。ひいては飛行体（８，９）の重量増加を抑制して飛行体（８，９）の効率の良い飛行を実現できる。

第４の態様は、第１～第３のいずれか一つの態様との組み合わせにより実現され得る。第４の態様の第１ロータ（４）の極対数は、第２ロータ（５）の極対数よりも少ない。

この態様によれば、第１ロータ（４）の回転速度を第２ロータ（５）の回転速度よりも大きくすることができる。また、第１回転翼（１１）の回転速度を第２回転翼（１２）の回転速度よりも大きくすることができる。このため、第２ブレード（１２１）が第１回転位置に位置した状態では、飛行体（８，９）の推進力を大きくすることができる。かつ、第２ブレード（１２１）が第２回転位置に位置した状態では、飛行体（８，９）の飛行速度を大きくすることができる。

第５の態様は、第４の態様との組み合わせにより実現され得る。第５の態様の第１ロータ（４）の極対数は、第２ロータ（５）の極対数の１／８、１／４又は１／２である。

この態様によれば、第２ブレード（１２１）が第２回転位置に位置した状態における飛行体（８，９）の飛行時において、飛行体（８，９）の飛行速度を大きくしつつ、十分な推進力を発生させることができる。

第６の態様は、第１～第５のいずれか一つの態様との組み合わせにより実現され得る。第６の態様の第１ロータ（４）の回転によって発生する誘起電圧は、第２ロータ（５）の回転によって発生する誘起電圧よりも低い。

この態様によれば、第１ロータ（４）の回転速度を第２ロータ（５）の回転速度よりも大きくすることができる。また、第１回転翼（１１）の回転速度を第２回転翼（１２）の回転速度よりも大きくすることができる。このため、第２ブレード（１２１）が第１回転位置に位置した状態では、飛行体（８，９）の推進力を大きくすることができる。かつ、第２ブレード（１２１）が第２回転位置に位置した状態では、飛行体（８，９）の飛行速度を大きくすることができる。

第７の態様は、第６の態様との組み合わせにより実現され得る。第７の態様の第１ロータ（４）の回転によって発生する誘起電圧は、第２ロータ（５）の回転によって発生する誘起電圧の１／８以上１／２以下である。

この態様によれば、第２ブレード（１２１）が第２回転位置に位置した状態における飛行体（８，９）の飛行時において、飛行体（８，９）の飛行速度を大きくしつつ、十分な推進力を発生させることができる。

第８の態様は、第１～第７のいずれか一つの態様との組み合わせにより実現され得る。第８の態様は、以下の構成を有する。第１回転翼（１１）は第１ブレードを有する。第１ブレード（１１１）の長さ（Ｌ１）は、第２回転翼（１２）のブレード（１２１）である第２ブレード（１２１）の長さ（Ｌ２）よりも短い。

この態様によれば、第１ロータ（４）の回転速度を第２ロータ（５）の回転速度よりも大きくすることができる。また、第１回転翼（１１）の回転速度を第２回転翼（１２）の回転速度よりも大きくすることができる。このため、第２ブレード（１２１）が第１回転位置に位置した状態では、飛行体（８，９）の推進力を大きくすることができる。かつ、第２ブレード（１２１）が第２回転位置に位置した状態では、飛行体（８，９）の飛行速度を大きくすることができる。

第９の態様は、第８の態様との組み合わせにより実現され得る。第９の態様の第１ブレード（１１１）の長さ（Ｌ１）は、第２ブレード（１２１）の長さ（Ｌ２）の１／４以上２／３以下である。

この態様によれば、第２ブレード（１２１）が第２回転位置に位置した状態における飛行体（８，９）の飛行時において、飛行体（８，９）の飛行速度を大きくしつつ、十分な推進力を発生させることができる。

第１０の態様は、飛行体（８，９）は、以下に示す構成を有する。飛行体（８，９）は、モータユニット（１）と、本体（８０，９０）とを備える。モータユニット（１）は、第１～第９のいずれか一つの態様のモータユニット（１）である。本体（８０，９０）には、モータユニット（１）が取り付けられる。

この態様によれば、モータユニット（１）の第２ブレード（１２１）の位置を、第１回転位置と第２回転位置とに切り替えることで、大きな推進力を発生させる飛行と、効率が良くかつ高速の飛行とを行うことができる。

第１１の態様は、第１０の態様との組み合わせにより実現され得る。第１１の態様の本体（８０，９０）は、駆動部（８０５）を有する。駆動部（８０５）は、モータユニット（１）の向きを、第１回転翼（１１）が発生させる推進力の向きが上向きとなる向き（第３の向き）と、第１回転翼（１１）が発生させる推進力の向きが前向きとなる向き（第４の向き）とに変更する。

この態様によれば、駆動部（８０５）によりモータユニット（１）の向きを第３の向きにすることで、飛行体（８，９）は、大きな推進力を発生させて上下方向の飛行を行うことができる。また、駆動部（８０５）によりモータユニット（１）の向きを第４の向きにすることで、飛行体（８，９）は、効率良く且つ高速で飛行することができる。

本開示のモータユニット（１）及び飛行体（８，９）は、農業、運輸業、サービス業等の産業の他、家庭用玩具等の様々な分野において利用することができる。

１ モータユニット
１１ 第１回転翼
１１１ 第１ブレード（ブレード）
１２ 第２回転翼
１２０ 第２回転部（回転部）
１２１ 第２ブレード（ブレード）
１２２ 回転軸
２０ ステータ
４ 第１ロータ
４１ 第１軸心
５ 第２ロータ
５２ 第２軸心
６ 第１シャフト
７ 第２シャフト
８ 飛行体
８０ 本体
８０５ 駆動部
９ 飛行体
９０ 本体
Ｌ１ 第１ブレードの長さ
Ｌ２ 第２ブレードの長さ

Claims (11)

1. ステータと、
   前記ステータで発生した磁力によって回転する第１ロータと、
   前記第１ロータの回転力によって前記第１ロータの回転中心となる第１軸心を中心に回転して、前記第１軸心と平行な第１の向きに推進力を発生させる第１回転翼と、
   前記ステータで発生した磁力によって回転する第２ロータと、
   前記第２ロータの回転力によって前記第２ロータの回転中心となる第２軸心を中心に回転する第２回転翼とを備え、
   前記第２回転翼は、
   前記第２ロータの回転力によって回転する回転部と、
   基端部が前記回転部に前記第２軸心と交差する回転軸を中心に回転可能に連結されたブレードとを有し、
   前記ブレードは、
   前記回転部から前記第２軸心と交差する方向に突出し、前記第２ロータの回転時において前記第１の向きに推進力を発生させる第１回転位置と、
   前記ブレードの先端部が、前記第１回転位置に位置する前記ブレードの先端部よりも前記第１の向きとは逆向きである第２の向きに位置する第２回転位置とに回転移動可能である、
   モータユニット。
2. 前記第１ロータは、前記ステータの内側に位置し、
   前記第２ロータは、前記ステータの外側に位置する、
   請求項１に記載のモータユニット。
3. 前記第１ロータの回転力を前記第１回転翼に伝える第１シャフトと、
   前記第２ロータの回転力を前記第２回転翼に伝える第２シャフトとを更に備え、
   前記第２シャフトは筒状に形成されて前記第１シャフトの周囲に位置し、前記第１シャフトによって回転可能に支持された、
   請求項１又は２に記載のモータユニット。
4. 前記第１ロータの極対数は、前記第２ロータの極対数よりも少ない、
   請求項１～３のいずれか１項に記載のモータユニット。
5. 前記第１ロータの前記極対数は、前記第２ロータの前記極対数の１／８、１／４又は１／２である、
   請求項４に記載のモータユニット。
6. 前記第１ロータの回転によって発生する誘起電圧は、前記第２ロータの回転によって発生する誘起電圧よりも低い、
   請求項１～５のいずれか１項に記載のモータユニット。
7. 前記第１ロータの回転によって発生する前記誘起電圧は、前記第２ロータの回転によって発生する前記誘起電圧の１／８以上１／２以下である、
   請求項６に記載のモータユニット。
8. 前記第１回転翼は第１ブレードを有し、
   前記第１ブレードの長さは、前記第２回転翼の前記ブレードである第２ブレードの長さよりも短い、
   請求項１～７のいずれか１項に記載のモータユニット。
9. 前記第１ブレードの長さは、前記第２ブレードの長さの１／４以上２／３以下である、
   請求項８に記載のモータユニット。
10. 請求項１～９のいずれか１項に記載のモータユニットと、
    前記モータユニットが取り付けられた本体とを備えた、
    飛行体。
11. 前記本体は、
    前記モータユニットの向きを、前記第１回転翼が発生させる推進力の向きが上向きとなる向きと、前記第１回転翼が発生させる推進力の向きが前向きとなる向きとに変更する駆動部を有する、
    請求項１０に記載の飛行体。

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