WO2011058257A1 - Bloc-support pour un moteur de drone a voilure tournante - Google Patents

Bloc-support pour un moteur de drone a voilure tournante Download PDF

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WO2011058257A1
WO2011058257A1 PCT/FR2010/052230 FR2010052230W WO2011058257A1 WO 2011058257 A1 WO2011058257 A1 WO 2011058257A1 FR 2010052230 W FR2010052230 W FR 2010052230W WO 2011058257 A1 WO2011058257 A1 WO 2011058257A1
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support
drone
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electric motor
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Inventor
Guillaume Savoye
Yoni Benatar
François CALLOU
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Parrot
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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63H—TOYS, e.g. TOPS, DOLLS, HOOPS OR BUILDING BLOCKS
    • A63H27/00—Toy aircraft; Other flying toys
    • A63H27/12—Helicopters ; Flying tops

Definitions

  • the present invention relates to a support block for an electric motor for driving a propulsion unit of a rotary wing drone.
  • the invention finds a particularly advantageous application in the field of radio controlled toys that can be used by children, especially in indoor environments, such as a room in a house or apartment, for example.
  • CN 201 139 953 Y, CN 201 214 021 Y, US 2004/200924 A1 or WO 2007/052246 A1 describe such flying controlled radio-controlled flying wing toys.
  • the rotary wing consists of four propulsion units, each driven by an electric motor.
  • the motors used because of their very high speed of rotation, the motors used, in particular the brush motors, have a limited life and must be changed frequently by the user.
  • the engine change operation is tricky since it requires the dismantling and reassembly of a large number of parts such as a protective cover in which the engine is enclosed, as well as components of the group.
  • propellant itself such as the propeller and the system for reducing the rotational speed of the engine.
  • an object of the invention is to provide a support block for an electric drive motor of a propulsion unit of a rotary wing drone of the general type described by the aforementioned CN 201 139 953 Y, it is ie comprising at least one propulsion unit, an electric drive motor of the propulsion unit and a support block for this electric motor, which would allow the user of the drone to simply and quickly change the electric motor without having to disassemble and back up parts other than those strictly ensuring that the engine is kept in the operating position.
  • said support block comprises: a support piece on which the electric motor and at least one component of the propulsion unit intended to be coupled to said motor are fixed; a support foot on the ground of the drone; and a connecting element extending between the support member and the support foot, the support foot and the connecting element together having a clearance space for the electric motor when the fixing position is set motor on the support piece.
  • the change of electric drive motor of the powertrain comes down to the only change of the engine itself, possibly accompanied by its electronic control circuit, without it being necessary to change also other components such as the reduction system , the propeller, etc.
  • the support block constitutes a single piece providing a dual function, namely, on the one hand, that of support for the electric motor, as just described, but also foot for the drone, which avoids to provide additional feet on the hull.
  • said connecting element comprises two branches connecting the support member to the support foot and forming a stirrup with the support foot.
  • This arrangement makes it possible to arrange on a support block, between the foot and the support member, a large access surface to the motor offering the user a better grip and easier handling of the motors to be exchanged during the operation. replacement operation.
  • the invention provides that the component of the propulsion unit fixed on the support member is constituted by a ring gear of a propellant reduction system, said ring being coupled to the electric motor via a pinion mounted on the axis of the electric drive motor.
  • the electric motor is fixed on the support member by at least one fastening means disposed outside the ring.
  • this fastening means can be made directly accessible, without the user being obstructed by the components of the propulsion unit, and therefore without having to disassemble.
  • Figure 1 is a perspective view of a rotary wing drone consisting of a quadrocopter.
  • Figure 2a is a first perspective view of a propellant group of the quadrocopter of Figure 1.
  • Figure 2b is a second perspective view of a propellant group of the quadrocopter of Figure 1.
  • Figure 3 is a sectional view of the propellant group of Figures 2a and 2b.
  • Figure 4 is a top view of the propellant of Figures 2a and 2b.
  • FIG. 1 shows a quadrocopter 10 constituting a drone whose rotary wing is composed of four co-planar propellant groups 100i, 100 2 , 100 3 , 100 4 connected to the central structure 11 of the polypropylene hull of the drone 10 by carbon tubes, such as the tube 1014 visible in Figure 1.
  • a propellant group comprising a propeller 1 10 secured to a ring 1 1 1, which meshes with a pinion 1 12 driven by an electric motor 120.
  • pinion 1 12 and the ring 1 1 1 form a system for reducing the rotational speed, generally very high, of the electric motor 120.
  • the carbon tube 101 contains electrical conductors which extend between the central structure 1 1 of the hull and a connector 121 disposed at the end of the tube 101, then cables (not shown in the figures) provide the electrical connection between the connector 121 and an electronic card 122 of the engine 120.
  • the card 122 can thus be supplied with direct current from a battery housed in the central structure 1 1 of the drone and receive motor control signals 120 established by an electronic card of navigation also located in the central structure 1 1.
  • the electric motors used may be brush motors which have the advantage of being inexpensive.
  • the brush motor can be advantageously replaced for example by a brushless motor.
  • the propulsion group 100 is constituted around of a single piece, namely a multifunctional support block 130 composed of three elements.
  • the first element of the support block 130 is a support member 131 proper on which are fixed the electric motor 120 and the ring 1 1 1 of the system for reducing the speed of rotation of the motor 120.
  • the pinion 1 12 meshing with the ring 1 1 1 is directly attached to the end of the axis 123 of the motor 120.
  • the support piece 131 thus alone ensures the assembly function of the various components of the propulsion unit, this in a very compact way and with a perfect positioning.
  • the invention further assigns to the support block 130 another function which consists in providing a ground support foot for the drone 10 on landing or when placed on the ground. It is for this purpose that the support block 130 comprises a second element formed by a foot 132 connected to the support part 131 by a third connecting element 133.
  • the ground support leg 132 and the connecting element 133 have a clearance space 134 forming a passage for the motor 120 when it is to be placed in position. fixing on the support member 131 during its assembly or when it must be disassembled. It is understood that the clearance space 134 allows direct access of the engine to its fixing position, without disassembly of any other part such as a hood or components of the propulsion unit.
  • the introduction of the motor 120 into the clearance space 134 is effected axially, parallel to the direction defined by the arrow F.
  • the motor 120 can also facilitate the handling of the motor 120 during its assembly and disassembly by giving the connecting element 133 in the form of two branches 133a, 133b constituting a stirrup with the foot 132 support.
  • the user of the drone then has a large surface of lateral access to the motor 120 allowing him to hold it well in hand and to guide it accurately during its replacement.
  • Attachment of the motor 120 to the support member 131 is itself greatly simplified by means of two screws 124a, 124b passing through the support member 131 outside the ring 11, as shown in FIG. 4.
  • This position of the screws 124a, 124b of attachment is ideal because their access is not impeded by the components of the propulsion unit, the propeller 1 10 can always be placed in a position that does not mask the screws.
  • the user in order to disassemble a motor 120 that must be replaced, the user must perform the following simple operations: disconnect the electronic card 122 from the connector 121, unscrew the two fixing screws 124a, 124b and remove the assembly through the clearance space 134. Conversely, to mount a new motor, it must bring it into the fixing position through the clearance space 134, screw the two screws 124a, 124b and connect the electronic card 122 to the connector 121.

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Abstract

Le bloc-support (130) de chaque moteur du drone comporte : une pièce- support (131 ) sur laquelle sont fixés un moteur électrique (120) d'entraînement d'un groupe propulsif (100) du drone, et au moins un composant (111 ) du groupe propulsif destiné à être couplé au moteur; un pied (132) d'appui au sol du drone; et un élément (133) de liaison s'étendant entre la pièce-support et le pied d'appui. Le pied d'appui et l'élément de liaison présentent ensemble un espace (134) de dégagement pour le moteur électrique lors de la mise en position de fixation de ce moteur sur la pièce- support.

Description

Bloc-support pour un moteur de drone à voilure tournante
La présente invention concerne un bloc-support pour un moteur électrique d'entraînement d'un groupe propulsif d'un drone à voilure tournante.
L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des jouets radiocommandés pouvant être utilisés par des enfants, notamment dans des environnements d'intérieur, comme une pièce d'une maison ou d'un appartement, par exemple.
Les CN 201 139 953 Y, CN 201 214 021 Y, US 2004/200924 A1 ou WO 2007/052246 A1 décrivent de tels jouets volants radiocommandés à voilure tournante.
On entend ici par drone à voilure tournante toutes les formules d'hélicoptères connues, à savoir la formule classique mono-rotor avec rotor anticouple, la formule tandem à birotor banane, la formule Kamof à rotors coaxiaux contrarotatifs et la formule quadricoptère, ou quadrirotor, à quatre rotors à pas fixe, etc.
Dans un drone du type quadricoptère par exemple, la voilure tournante est constituée de quatre groupes propulsifs, entraînés chacun par un moteur électrique.
Du fait de leur vitesse de rotation très élevée, les moteurs utilisés, notamment les moteurs à balais, ont une durée de vie limitée et doivent être changés fréquemment par l'utilisateur.
En général, l'opération de changement de moteur s'avère délicate dès lors qu'elle nécessite le démontage et le remontage d'un grand nombre de pièces comme un capot de protection dans lequel est enfermé le moteur, ainsi que des composants du groupe propulsif lui-même, tels que l'hélice et le système de réduction de la vitesse de rotation du moteur.
Aussi, un but de l'invention est de proposer un bloc-support pour un moteur électrique d'entraînement d'un groupe propulsif d'un drone à voilure tournante du type général décrit par le CN 201 139 953 Y précité, c'est-à- dire comprenant au moins un groupe propulsif, un moteur électrique d'entraînement du groupe propulsif et un bloc-support pour ce moteur électrique, qui permettrait à l'utilisateur du drone de changer simplement et rapidement le moteur électrique sans avoir à démonter et remonter des pièces autres que celles assurant strictement le maintien du moteur en position de fonctionnement.
Ce but est atteint, conformément à l'invention, du fait que ledit bloc- support comporte : une pièce-support sur laquelle sont fixés le moteur électrique et au moins un composant du groupe propulsif destiné à être couplé audit moteur ; un pied d'appui au sol du drone ; et un élément de liaison s'étendant entre la pièce-support et le pied d'appui, le pied d'appui et l'élément de liaison présentant ensemble un espace de dégagement pour le moteur électrique lors de la mise en position de fixation dudit moteur sur la pièce-support.
Ainsi, on comprend que, pour amener le moteur en position de fonctionnement, il suffit de l'engager manuellement dans l'espace de dégagement offert par le pied d'appui et l'élément de liaison jusqu'à ce qu'il soit placé dans sa position de fixation sur la pièce-support, puis de le fixer sur la pièce-support à l'aide de moyens de fixation usuels, tels que des vis par exemple.
Pour l'utilisateur, il n'y a donc aucune opération complexe de démontage et remontage de pièces à effectuer, sauf à dévisser les vis de fixation, retirer le moteur à changer à travers l'espace de dégagement, et, inversement, à introduire un nouveau moteur dans le bloc-support par le même espace de dégagement, de manière à l'amener en position de fixation, puis revisser les vis de fixation.
Le changement de moteur électrique d'entraînement du groupe propulsif se résume donc au seul changement du moteur lui-même, éventuellement accompagné de son circuit électronique de commande, sans qu'il soit nécessaire de changer également d'autres composants comme le système de réduction, l'hélice, etc.
Il faut également souligner un autre avantage important du bloc-support, objet de l'invention, qui consiste en ce que le bloc-support constitue une pièce unique assurant une double fonction, à savoir, d'une part, celle de support pour le moteur électrique, comme on vient de le décrire, mais aussi de pied pour le drone, ce qui évite de prévoir des pieds supplémentaire sur la carène. Il en résulte une réalisation plus simple, avec une moindre prise au vent et une masse réduite pour la carène. Selon un mode de réalisation de l'invention, ledit élément de liaison comprend deux branches reliant la pièce-support au pied d'appui et formant un étrier avec le pied d'appui.
Cette disposition permet de ménager sur bloc-support, entre le pied et la pièce-support, une large surface d'accès au moteur offrant à l'utilisateur une meilleure prise en main et une manipulation plus aisée des moteurs à échanger lors de l'opération de remplacement.
Avantageusement, l'invention prévoit que le composant du groupe propulsif fixé sur la pièce-support est constitué par une couronne d'un système de réduction du groupe propulsif, ladite couronne étant couplée au moteur électrique par l'intermédiaire d'un pignon monté sur l'axe du moteur électrique d'entraînement.
On obtient de cette manière un encombrement réduit de l'ensemble moteur-groupe propulsif et un positionnement parfait par rapport à la géométrie, ceci du fait que le pignon du système de réduction est porté directement par l'axe du moteur électrique.
Enfin, selon l'invention, le moteur électrique est fixé sur la pièce-support par au moins un moyen de fixation disposé à l'extérieur de la couronne. Comme on le verra en détail plus loin, dans cette configuration ce moyen de fixation peut être rendu directement accessible, sans que l'utilisateur soit gêné par des composants du groupe propulsif, et donc sans avoir à les démonter.
0
On va maintenant décrire un exemple de mise en œuvre du dispositif de l'invention, en référence aux dessins annexés où les mêmes références numériques désignent d'une figure à l'autre des éléments identiques ou fonctionnellement semblables.
La Figure 1 est une vue en perspective d'un drone à voilure tournante constitué par un quadricoptère.
La Figure 2a est une première vue en perspective d'un groupe propulsif du quadricoptère de la Figure 1 .
La Figure 2b est une deuxième vue en perspective d'un groupe propulsif du quadricoptère de la Figure 1 . La Figure 3 est une vue en coupe du groupe propulsif des Figures 2a et 2b.
La Figure 4 est une vue de dessus du groupe propulsif des Figures 2a et 2b.
0
Sur la Figure 1 est représenté un quadricoptère 10 constituant un drone dont la voilure tournante est composée de quatre groupes propulsifs co- planaires 100i , 1002, 1003, 1004 reliés à la structure centrale 1 1 de la carène en polypropylène du drone 10 par des tubes de carbone, tel que le tube 1014 visible sur la Figure 1 .
Comme le montrent les Figures 2a, 2b, 3 et 4, un groupe propulsif, référencé génériquement 100, comprend une hélice 1 10 solidaire d'une couronne 1 1 1 , laquelle engrène avec un pignon 1 12 entraîné par un moteur électrique 120. Le pignon 1 12 et la couronne 1 1 1 forment un système de réduction de la vitesse de rotation, généralement très élevée, du moteur électrique 120.
Le tube 101 de carbone contient des conducteurs électriques qui s'étendent entre la structure centrale 1 1 de la carène et un connecteur 121 disposé en extrémité du tube 101 , puis des câbles (non représentés sur les figures) assurent la liaison électrique entre le connecteur 121 et une carte électronique 122 du moteur 120. La carte 122 peut ainsi être alimentée en courant continu à partir d'une batterie logée dans la structure centrale 1 1 du drone et recevoir des signaux de commande du moteur 120 établis par une carte électronique de navigation également située dans la structure centrale 1 1 .
Les moteurs électriques utilisés peuvent être des moteurs à balais qui ont l'avantage d'être peu coûteux.
Cependant, leur durée de vie est limitée par les vitesses de rotation demandées, ce qui conduit à envisager un changement fréquent de moteur, le moteur à balais pouvant être avantageusement remplacé par exemple par un moteur sans balais.
Afin de permettre un changement très simple du moteur 120 avec sa carte électronique 122, sans avoir à démonter d'autres pièces comme l'hélice 1 10, la couronne 1 1 1 , etc. , le groupe propulsif 100 est constitué autour d'une pièce unique, à savoir un bloc-support 130 multifonctions composé de trois éléments.
Le premier élément du bloc-support 130 est une pièce-support 131 proprement dite sur laquelle sont fixés le moteur électrique 120 ainsi que la couronne 1 1 1 du système de réduction de la vitesse de rotation du moteur 120. Le pignon 1 12 engrenant avec la couronne 1 1 1 est directement fixé à l'extrémité de l'axe 123 du moteur 120. La pièce-support 131 assure donc à elle seule la fonction d'assemblage des divers composants du groupe propulsif, ceci de manière très compacte et avec un positionnement parfait.
L'invention assigne en plus au bloc-support 130 une autre fonction qui consiste à fournir un pied d'appui au sol pour le drone 10 à l'atterrissage ou lorsqu'on le pose au sol. C'est dans ce but que le bloc-support 130 comporte un deuxième élément formé par un pied 132 relié à la pièce- support 131 par un troisième élément 133 de liaison.
Il n'est donc pas nécessaire de prévoir sur la carène des pieds spécifiquement dédiés à l'appui au sol du drone 10, d'où les avantages déjà mentionnés plus haut d'une diminution du nombre de pièces, de moindre prise au vent et d'une réduction de poids.
Comme on peut le voir sur les Figures 2a, 2b et 3, le pied 132 d'appui au sol et l'élément 133 de liaison présentent un espace 134 de dégagement formant un passage pour le moteur 120 lorsqu'il doit être mis en position de fixation sur la pièce-support 131 au cours de son montage ou lorsqu'il doit être démonté. On comprend que l'espace 134 de dégagement permet un accès direct du moteur à sa position de fixation, sans démontage de toute autre pièce telle qu'un capot ou des composants du groupe propulsif. Dans l'exemple montré sur la Figure 3, l'introduction du moteur 120 dans l'espace 134 de dégagement s'effectue axialement, parallèlement à la direction définie par la flèche F.
D'autre part, on peut également faciliter la manipulation du moteur 120 lors de son montage et de son démontage en donnant à l'élément 133 de liaison la forme de deux branches 133a, 133b constituant un étrier avec le pied 132 d'appui. L'utilisateur du drone dispose alors d'une grande surface d'accès latérale au moteur 120 lui permettant de bien le tenir en main et de le guider avec précision lors de son remplacement. La fixation du moteur 120 à la pièce-support 131 est elle-même grandement simplifiée au moyen de deux vis 124a, 124b traversant la pièce- support 131 à l'extérieur de la couronne 1 1 1 , comme l'indique la Figure 4. Cette position des vis 124a, 124b de fixation est idéale car leur accès n'est pas gêné par les composants du groupe propulsif, l'hélice 1 10 pouvant toujours être placée dans une position qui ne masque pas les vis. En résumé, pour démonter un moteur 120 qui doit être remplacé, l'utilisateur doit effectuer les opérations simples suivantes : déconnecter la carte électronique 122 du connecteur 121 , dévisser les deux vis 124a, 124b de fixation et retirer l'ensemble à travers l'espace 134 de dégagement. Inversement, pour monter un nouveau moteur, il doit l'amener en position de fixation à travers l'espace 134 de dégagement, visser les deux vis 124a, 124b et connecter la carte électronique 122 au connecteur 121 .

Claims

REVENDICATIONS
1 . Drone (10) à voilure tournante, comprenant au moins un groupe propulsif (100), un moteur électrique (120) d'entraînement du groupe propulsif et un bloc-support (130) pour ce moteur électrique,
caractérisé en ce que ledit bloc-support comporte :
- une pièce-support (131 ) sur laquelle sont fixés le moteur électrique et au moins un composant (1 1 1 ) du groupe propulsif destiné à être couplé audit moteur ;
- un pied (132) d'appui au sol du drone ; et
- un élément (133) de liaison s'étendant entre la pièce-support et le pied d'appui,
le pied d'appui et l'élément de liaison présentant ensemble un espace (134) de dégagement pour le moteur électrique lors de la mise en position de fixation dudit moteur sur la pièce-support.
2. Drone selon la revendication 1 , dans lequel ledit élément de liaison comprend deux branches (133a, 133b) reliant la pièce-support au pied et formant un étrier avec ledit pied d'appui.
3. Drone selon la revendication 1 , dans lequel ledit composant du groupe propulsif fixé sur la pièce-support est constitué par une couronne (1 1 1 ) d'un système de réduction du groupe propulsif, ladite couronne étant couplée au moteur électrique par l'intermédiaire d'un pignon (1 12) monté sur l'axe (123) du moteur électrique d'entraînement.
4. Drone selon la revendication 3, dans lequel le moteur électrique est fixé sur la pièce-support par au moins un moyen (124a, 124b) de fixation disposé à l'extérieur de ladite couronne.
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