WO2018225769A1 - 無人飛行体、無人飛行体システム、およびバッテリシステム - Google Patents

無人飛行体、無人飛行体システム、およびバッテリシステム Download PDF

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air vehicle
unmanned air
power transmission
coil
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康正 小平
昌樹 加藤
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日本電産株式会社
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Definitions

  • Patent Document 1 describes a multicopter provided in an illumination system.
  • the multicopter can only fly within the range of the length of the power supply wire, and there is a problem that the range of movement is limited.
  • the method of flying with the electric power supplied from the battery mounted on the multicopter is adopted, the moving range of the multicopter can be expanded. In this case, it is necessary to charge the battery or replace the battery when the remaining amount of the battery decreases or when the battery runs out.
  • One aspect of the unmanned air vehicle of the present invention includes a main body portion, a rotating wing and a motor that rotates the rotating wing about a rotation axis, a propulsion unit attached to the main body portion, and power to the propulsion unit.
  • a rechargeable battery to supply, a frame-like frame portion surrounding the outer side of the rotor blade in the radial direction of the rotating shaft, and a power receiving coil for non-contact power feeding electrically connected to the battery,
  • the power receiving coil has a frame shape along the frame portion, and is provided in the frame portion.
  • One aspect of the unmanned air vehicle system of the present invention includes the above-described unmanned air vehicle and a power transmission device having a power transmission coil for non-contact power feeding that can transmit power to the power receiving coil.
  • One aspect of the battery system of the present invention includes a main body portion, a rotor blade and a motor that rotates the rotor blade around a rotation axis, a propulsion unit attached to the main body portion, and a radial direction of the rotation shaft.
  • a battery system of an unmanned air vehicle including a frame-shaped frame portion surrounding an outer side of the rotor blade, the rechargeable battery supplying power to the propulsion unit, and a non-electrically connected battery
  • a power receiving coil for contact power feeding wherein the power receiving coil has a frame shape along the frame portion, and is provided in the frame portion.
  • an unmanned air vehicle capable of automating charging of a battery with a simple structure and control, an unmanned air vehicle system including such an unmanned air vehicle, and such an unmanned air vehicle are provided.
  • a battery system is provided.
  • the unmanned aerial vehicle system 10 of this embodiment includes a power transmission device 30 and an unmanned aerial vehicle 20.
  • the power transmission apparatus 30 is installed on the upper surface of the vending machine M, for example.
  • the power transmission device 30 includes a power transmission device main body 31 and a power transmission coil 70.
  • the power transmission device main body 31 has a rectangular parallelepiped shape that is flat in the vertical direction Z, for example.
  • the power transmission coil 70 has an annular shape centering on a second central axis J21 parallel to the vertical direction Z.
  • the power transmission coil 70 is embedded in the power transmission device main body 31.
  • the power transmission coil 70 is a non-contact power feeding coil capable of transmitting power to a power receiving coil 60 described later.
  • the power transmission coil 70 has a dimension D in the depth direction X orthogonal to the second central axis J21 of the power transmission coil 70 of 648 mm or less, and both the second central axis J21 and the depth direction X of the power transmission coil 70
  • the perpendicular dimension W in the width direction Y is 870 mm or less.
  • the dimension in the depth direction X of the vending machine M is 648 mm or more and 819 mm or less
  • the dimension of the vending machine M in the width direction Y is 870 mm. This is 1378 mm or less. Therefore, by setting the dimension D and the dimension W of the power transmission coil 70 within the above numerical range, the power transmission coil 70 is installed on the upper surface of the vending machine M in any vending machine M as long as it is a representative standard. Is possible. Note that the dimension D of the power transmission coil 70 may be larger than 648 mm and the dimension W of the power transmission coil 70 may be larger than 870 mm as long as it is within the range of the typical standard of the vending machine M described above.
  • the outer diameter of the power transmission coil 70 is equal to or greater than the maximum dimension of the unmanned air vehicle 20. Therefore, when the unmanned aerial vehicle 20 lands on the upper surface of the power transmission device main body 31, the entire unmanned aerial vehicle 20 can be disposed inside the outer edge of the power transmission coil 70 as viewed from above.
  • the “maximum dimension of the unmanned air vehicle” includes the length of the longest virtual line segment connecting the two arbitrary points on the unmanned air vehicle. In the present embodiment, for example, in the case where the unmanned air vehicle 20 is in the posture shown in FIG. 4, in the direction orthogonal to the vertical direction Z and intersecting both the depth direction X and the width direction Y at an angle of 45 °.
  • the size of the unmanned air vehicle 20 is the maximum size of the unmanned air vehicle 20.
  • the power transmission device 30 further includes a power transmission unit 32. Electric power is supplied to the power transmission unit 32 from an external power source 36.
  • the power source 36 may be a DC power source or an AC power source such as a commercial power source.
  • the power transmission unit 32 includes a power transmission power supply unit 33, a power transmission communication unit 35, and a power transmission control unit 34.
  • the power transmission power supply unit 33 outputs the power supplied from the power supply 36 to the power transmission coil 70 based on the control of the power transmission control unit 34.
  • the power transmission communication unit 35 includes, for example, an infrared sensor and receives infrared light for communication emitted from a power reception communication unit 65 (described later) provided in the unmanned air vehicle 20. Further, the power transmission communication unit 35 may emit infrared light for communication to the power reception communication unit 65 of the unmanned air vehicle 20.
  • the power transmission control unit 34 controls power supply by the power transmission coil 70 based on the infrared light received by the power transmission communication unit 35.
  • the unmanned air vehicle 20 includes a main body 21, a propulsion unit 40, a battery 50, a frame 22, and a power receiving coil 60.
  • the main body 21 extends in a predetermined direction.
  • the relative positional relationship between the respective parts of the unmanned air vehicle 20 will be described in the case where the predetermined direction in which the main body 21 extends is parallel to the depth direction X as shown in FIGS. 4 and 5 unless otherwise specified. .
  • the propulsion unit 40 is attached to the main body 21.
  • a plurality of propulsion units 40 are provided.
  • a total of four propulsion units 40 are provided side by side in the depth direction X, two on each side in the width direction Y of the main body 21.
  • the propulsion unit 40 includes a motor 41 and a rotary blade 42.
  • the motor 41 is disposed at the tip of an arm portion extending from the main body portion 21.
  • the rotor blade 42 is fixed to the shaft of the motor 41.
  • the motor 41 rotates the rotating blade 42 around the rotation axis R by rotating the shaft.
  • the rotation axis R extends in the vertical direction Z.
  • the unmanned air vehicle 20 obtains buoyancy from the propulsion unit 40 and also obtains propulsive force in a direction perpendicular to the vertical direction Z.
  • the propulsion unit 40 further includes a motor control unit 44.
  • the motor control unit 44 outputs electric power supplied from the battery 50 to the motor 41 based on information from a flight control unit (not shown).
  • the battery 50 is a rechargeable battery disposed in the main body 21.
  • the battery 50 is electrically connected to the propulsion unit 40 and supplies electric power to the propulsion unit 40.
  • one battery 50 is provided.
  • One battery 50 is electrically connected to the plurality of propulsion units 40 and supplies electric power to the plurality of propulsion units 40.
  • the type of the battery 50 is not particularly limited as long as it is a rechargeable battery.
  • the frame portion 22 has a frame shape surrounding the outer side of the rotary blade 42 in the radial direction of the rotation axis R. More specifically, the frame portion 22 has an annular shape centered on the first central axis J1. As shown in FIGS. 5 and 6, the first central axis J1 is inclined with respect to the vertical direction Z. That is, the first central axis J1 is inclined with respect to the rotation axis R. As shown in FIG. 6, the first central axis J1 is inclined with respect to the vertical direction Z toward the side away from the main body portion 21 in the width direction Y as it goes from the lower side to the upper side. In the present embodiment, the frame portion 22 is provided for each of the plurality of propulsion units 40. That is, as shown in FIGS.
  • a total of four frame portions 22 are provided side by side in the depth direction X, two on each side in the width direction Y of the main body portion 21.
  • the frame part 22 is fixed to the main body part 21.
  • the frame part 22 is a single member with the main-body part 21, for example.
  • the main body portion 21 and the frame portion 22 are made of a resin such as polystyrene foam, for example.
  • the power receiving coil 60 is a coil for non-contact power feeding. As shown in FIG. 2, the power receiving coil 60 is electrically connected to the battery 50. When a magnetic field generated by a current flowing through the power transmission coil 70 acts on the power receiving coil 60, a current flows through the power receiving coil 60. As a result, power can be supplied from the power receiving coil 60 to the battery 50, and the battery 50 can be charged. Accordingly, by bringing the unmanned air vehicle 20 closer to the power transmission device 30, non-contact power feeding can be performed by the power receiving coil 60 and the power transmission coil 70 without connecting the battery 50 to an external power source.
  • non-contact electric power feeding can be performed by the power receiving coil 60 and the power transmission coil 70, the structure of the unmanned air vehicle 20 and the structure of the power transmission device 30 can be simplified. As described above, charging of the battery 50 can be automated with a simple structure and control.
  • the power receiving coil 60 has a frame shape along the frame portion 22 and is provided in the frame portion 22. Therefore, it is not necessary to separately provide a portion where the power receiving coil 60 is provided, and the unmanned air vehicle 20 can be reduced in size and weight. Further, it is not necessary to change the shape of the unmanned air vehicle 20.
  • the rotation axis R extends in the vertical direction Z
  • the frame portion 22 surrounding the outside of the rotary blade 42 in the radial direction of the rotation axis R is provided substantially along a plane orthogonal to the vertical direction Z.
  • the power receiving coil 60 provided in the frame part 22 can be provided substantially along a plane orthogonal to the vertical direction Z.
  • the entire power receiving coil 60 can be brought closer to the upper surface of the power transmission device main body 31 by landing the unmanned air vehicle 20 on the upper surface of the power transmission device main body 31. .
  • the entire power receiving coil 60 can be brought close to the power transmitting coil 70 embedded in the power transmitting device main body 31. Therefore, it is easier to charge the battery 50.
  • the battery 50 can be easily charged as described above by simply providing the power receiving coil 60 along the frame portion 22. Is possible. That is, the battery 50 can be easily charged while the power receiving coil 60 is provided in the frame portion 22 without changing the inclination of the frame portion 22 with respect to the main body portion 21. Therefore, the charging of the battery 50 can be automated with a simple structure and control without impairing the function of the frame portion 22.
  • the power receiving coil 60 can be mounted on the unmanned air vehicle 20 while suitably maintaining the air flow generated by the rotor blades 42 guided by the inner peripheral surface of the frame portion 22. Therefore, the flight performance of the unmanned air vehicle 20 can be suitably maintained.
  • the power receiving coil 60 is provided in each of the plurality of frame portions 22. Therefore, the battery 50 can be charged by the current generated in the plurality of power receiving coils 60.
  • the plurality of power receiving coils 60 are electrically connected to one battery 50, so that one battery 50 can be charged by current generated in the plurality of power receiving coils 60. it can. Therefore, the battery 50 can be charged more quickly.
  • the unmanned air vehicle 20 further includes a switching circuit 43.
  • the switching circuit 43 is provided between two wires that connect the two terminals of the battery 50 and the two terminals of the motor 41.
  • the switching circuit 43 connects two wires to each other in the ON state. Thereby, the switching circuit 43 connects and short-circuits the terminals of the motor 41 in the ON state. Therefore, the motor 41 can be prevented from rotating by turning the switching circuit 43 to the ON state. Thereby, when the motor 41 is stopped and the battery 50 is charged, it is possible to prevent the motor 41 from malfunctioning due to the magnetic field generated by the power transmission coil 70.
  • the unmanned air vehicle 20 further includes a power receiving unit 62 and a battery control unit 51.
  • the power reception unit 62 includes a power reception power supply unit 63, a power reception communication unit 65, and a power reception control unit 64.
  • the power receiving power supply unit 63 outputs the power supplied from the power receiving coil 60 to the battery control unit 51 based on the control of the power receiving control unit 64.
  • the power reception communication unit 65 includes, for example, a light source that emits infrared light for communication and the like, and emits infrared light based on the control of the power reception control unit 64.
  • the power receiving communication unit 65 receives infrared light emitted from the power transmission communication unit 35.
  • the power reception control unit 64 controls the power reception communication unit 65. Specifically, the power reception control unit 64 outputs a power supply start request signal and a power supply stop request signal to the power reception communication unit 65. The power reception communication unit 65 transmits the power supply start request signal and the power supply stop request signal output from the power reception control unit 64 to the power transmission device 30.
  • the battery control unit 51 includes a charging power supply unit 53 and a charging control unit 52.
  • the charging power supply unit 53 outputs the power supplied from the power receiving unit 62 to the battery 50 based on the control of the charging control unit 52.
  • the charge control unit 52 controls the start and stop of charging the battery 50.
  • the power receiving coil 60 may be provided only in a part of the plurality of frame portions 22.
  • the shape of the frame 22, the shape of the power receiving coil 60, and the shape of the power transmitting coil 70 are not particularly limited, and may be a rectangular shape, a polygonal shape, or an elliptical shape. .
  • the shape of the power receiving coil 60 and the shape of the power transmitting coil 70 may be different from each other.
  • the first central axis J1 of the power receiving coil 60 may be parallel to the vertical direction Z.
  • the number of power receiving coils 60 mounted on the unmanned air vehicle 20 is not particularly limited.
  • a plurality of batteries 50 may be provided.
  • a configuration in which one receiving coil 60 is connected to each of the plurality of batteries 50 may be used, or a configuration in which a plurality of receiving coils 60 are connected may be used.
  • the battery 50 may be provided for each propulsion unit 40. Further, the switching circuit 43 may not be provided.
  • the power transmission device 30 may be configured as a power transmission device 130 shown in FIG.
  • the power transmission device main body 131 of the power transmission device 130 in the unmanned air vehicle system 110 has, for example, a rectangular parallelepiped shape that is flat in the width direction Y.
  • the power transmission device main body 131 is disposed at the end of one side in the width direction on the upper surface of the vending machine M.
  • the power transmission coil 170 has an annular shape centered on a second central axis J22 that is parallel to the width direction Y. In this configuration, the first central axis J1 of the power reception coil 60 of the unmanned air vehicle 20 and the second central axis J22 of the power transmission coil 170 are substantially orthogonal.
  • the power transmission device 30 may have a configuration like the power transmission device 230 shown in FIG.
  • the power transmission device main body 231 of the power transmission device 230 is, for example, a part of the ceiling. That is, the power transmission coil 270 is embedded in the ceiling.
  • the power transmission coil 270 has an annular shape centering on a second central axis J23 parallel to the vertical direction Z.
  • the unmanned air vehicle 20 approaches the power transmission coil 270 from below and charges the battery 50. In this configuration, the unmanned air vehicle 20 rotates the rotor blades 42 by the motor 41 and charges the battery 50 in a flying state. Therefore, in this configuration, the unmanned air vehicle 20 charges the battery 50 with the switching circuit 43 turned off.
  • the power transmission device main body 231 may be a member fixed to the ceiling instead of a part of the ceiling.
  • the power transmission device 30 may be configured as a power transmission device 330 shown in FIG.
  • the outer diameter of the power transmission coil 370 of the power transmission device 330 in the unmanned air vehicle system 310 is twice or more the maximum dimension of the unmanned air vehicle 20. Therefore, it is easy to arrange a plurality of unmanned air vehicles 20 at the same time inside the outer edge of the power transmission coil 370, and power can be supplied to the plurality of unmanned air vehicles 20 simultaneously.
  • the two unmanned air vehicles 20 when two unmanned air vehicles 20 land on the upper surface of the power transmission device main body 331, the two unmanned air vehicles 20 as a whole may be disposed on the inner side of the outer edge of the power transmission coil 370 as viewed from above. desirable.
  • the outer diameter of the power transmission coil 70 of the power transmission device 30 may be smaller than the maximum dimension of the unmanned air vehicle 20. Even in this case, for example, if the plurality of power receiving coils 60 can be opposed to the power transmitting coil 70, the battery 50 can be charged by simultaneously generating currents for the plurality of power receiving coils 60. it can.
  • the installation place of the power transmission apparatus 30 is not specifically limited. The dimensions of the power transmission coil 70 can be appropriately determined according to the installation location of the power transmission device 30. A part or the whole of the power transmission coil 70 may be exposed from the power transmission device main body 31.
  • a frame portion 422 shown in FIG. 11 includes a frame portion main body 422a and a lid portion 422b.
  • the frame main body 422a has an annular shape centered on the first central axis J1.
  • the frame body 422a has a groove 422c that opens in one direction and accommodates the power receiving coil 60.
  • One direction in which the groove portion 422c opens is a direction parallel to the axial direction of the first central axis J1. In FIG. 11, the groove 422c opens upward.
  • the lid portion 422b has an annular shape centered on the first central axis J1.
  • the lid portion 422b is fitted and fixed to the opening of the groove portion 422c.
  • the cover part 422b is fixed to the frame part main body 422a, and closes the opening of the groove part 422c. According to this configuration, the power receiving coil 60 can be easily replaced by making the lid 422b detachable.
  • the frame portion 422 shown in FIG. 11 is different from the frame portion 422 shown in FIG. 11 in the opening direction of the groove portion 522c.
  • One direction in which the groove portion 522c opens is the radial direction of the first central axis J1.
  • the groove portion 522c opens to the outside in the radial direction of the first central axis J1.
  • the lid portion 522b is fitted into the groove portion 522c from the radially outer side and is fixed to the frame portion main body 522a. According to this configuration, similarly to the frame portion 422 shown in FIG. 11, the power receiving coil 60 can be easily replaced by making the lid portion 522b detachable. In the case of the configuration shown in FIGS. 11 and 12, it is easy to replace the battery system 80 including the battery 50 and the power receiving coil 60.
  • the power transmission communication unit 35 and the power reception communication unit 65 may perform communication constantly or at predetermined intervals.
  • the power reception unit 62 may receive power reception state information indicating a state of power reception by the power reception coil 60 from the power transmission communication unit 35.
  • the power transmission communication unit 35 and the power reception communication unit 65 are not limited to the method using infrared light, and other methods such as wireless communication may be adopted.
  • the unmanned air vehicle 20 performs horizontal movement or rotational movement based on the power reception state information received by the power reception communication unit 65. That is, the unmanned air vehicle 20 moves when the motor control unit 44 controls the motor 41 based on the power reception state information indicating the state of power reception by the power reception coil 60.
  • the power receiving unit 62 may be directly connected to the motor control unit 44. In this configuration, power is directly supplied from the power receiving unit 62 to the motor control unit 44. In this configuration, the power reception control unit 64 may determine whether to supply power from the battery 50 to the motor control unit 44 or whether to supply power from the power reception unit 62 to the motor control unit 44, for example.
  • the use of the unmanned air vehicle and the unmanned air vehicle system of the above-described embodiment is not particularly limited.
  • the above-described configurations can be appropriately combined within a range that does not contradict each other.

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Abstract

本発明の無人飛行体の一つの態様は、本体部と、回転翼および回転翼を回転軸回りに回転させるモータを有し、本体部に取り付けられる推進ユニットと、推進ユニットに電力を供給する充電式のバッテリと、回転軸の径方向において回転翼の外側を囲む枠状の枠部と、バッテリと電気的に接続される非接触給電用の受電コイルと、を備える。受電コイルは、枠部に沿った枠状であり、枠部に設けられる。

Description

無人飛行体、無人飛行体システム、およびバッテリシステム
 本発明は、無人飛行体、無人飛行体システム、およびバッテリシステムに関する。
 給電ワイヤから供給された電力によって飛行するマルチコプタが知られる。例えば、特許文献1には、照明システムに備えられたマルチコプタが記載される。
特開2016-210229号公報
 上記のような給電ワイヤによる電力の供給では、マルチコプタは、給電ワイヤの長さの範囲内でしか飛行することができず、移動範囲が制限される問題があった。これに対して、マルチコプタに搭載されたバッテリから供給された電力によって飛行する方法を採用すれば、マルチコプタの移動範囲を広げることができる。この場合、バッテリの残量が低下した場合、あるいはバッテリが切れた場合等に、バッテリを充電する、あるいはバッテリを交換する必要がある。
 バッテリの充電あるいは交換は、人の手を介して行うと手間が大きいため、自動化されることが望まれる。しかし、例えば、バッテリに外部電源を接続してバッテリを充電する場合、マルチコプタを自動で外部電源と接続させる必要があり、マルチコプタの制御が複雑化しやすい。一方、バッテリを自動で交換する場合、バッテリを交換するための装置が、複雑化および大型化しやすい。以上のことから、バッテリの充電あるいは交換を自動化する場合、マルチコプタあるいは充電設備の製造コストが増加する問題がある。
 本発明は、上記事情に鑑みて、簡単な構造および制御でバッテリの充電を自動化できる無人飛行体、そのような無人飛行体を備える無人飛行体システム、およびそのような無人飛行体に備えられるバッテリシステムを提供することを目的の一つとする。
 本発明の無人飛行体の一つの態様は、本体部と、回転翼および前記回転翼を回転軸回りに回転させるモータを有し、前記本体部に取り付けられる推進ユニットと、前記推進ユニットに電力を供給する充電式のバッテリと、前記回転軸の径方向において前記回転翼の外側を囲む枠状の枠部と、前記バッテリと電気的に接続される非接触給電用の受電コイルと、を備え、前記受電コイルは、前記枠部に沿った枠状であり、前記枠部に設けられる。
 本発明の無人飛行体システムの一つの態様は、上記の無人飛行体と、前記受電コイルに対して送電可能な非接触給電用の送電コイルを有する送電装置と、を備える。
 本発明のバッテリシステムの一つの態様は、本体部と、回転翼および前記回転翼を回転軸回りに回転させるモータを有し、前記本体部に取り付けられる推進ユニットと、前記回転軸の径方向において前記回転翼の外側を囲む枠状の枠部と、を備える無人飛行体のバッテリシステムであって、前記推進ユニットに電力を供給する充電式のバッテリと、前記バッテリと電気的に接続される非接触給電用の受電コイルと、を備え、前記受電コイルは、前記枠部に沿った枠状であり、前記枠部に設けられる。
 本発明の一つの態様によれば、簡単な構造および制御でバッテリへの充電を自動化できる無人飛行体、そのような無人飛行体を備える無人飛行体システム、およびそのような無人飛行体に備えられるバッテリシステムが提供される。
図1は、本実施形態の無人飛行体システムを示す斜視図である。 図2は、本実施形態の無人飛行体システムを模式的に示す模式図である。 図3は、本実施形態の無人飛行体システムの機能構成の一例を示す図である。 図4は、本実施形態の無人飛行体システムを上側から視た図である。 図5は、本実施形態の無人飛行体を示す斜視図である。 図6は、本実施形態の無人飛行体を奥行方向に沿って視た図である。 図7は、本実施形態のモータとバッテリとの接続を示す図である。 図8は、本実施形態の他の一例である無人飛行体システムを示す斜視図である。 図9は、本実施形態の他の一例である無人飛行体システムを示す斜視図である。 図10は、本実施形態の他の一例である無人飛行体システムを上側から視た図である。 図11は、本実施形態の他の一例である枠部を示す分解斜視図である。 図12は、本実施形態の他の一例である枠部を示す断面図である。
 各図に適宜示すZ軸方向は、鉛直方向と平行な方向である。Z軸方向を単に「鉛直方向Z」と呼ぶ。また、Z軸方向の正の側、すなわち鉛直方向上側を単に「上側」と呼び、Z軸方向の負の側、すなわち鉛直方向下側を単に「下側」と呼ぶ。また、各図に適宜示すX軸方向およびY軸方向は、Z軸方向と直交し、かつ、互いに直交する方向である。X軸方向を「奥行方向X」と呼び、Y軸方向を「幅方向Y」と呼ぶ。奥行方向Xは、第1方向に相当し、幅方向Yは、第2方向に相当する。なお、奥行方向および幅方向とは、単に各部の相対位置関係を説明するための名称であり、実際の配置関係等は、これらの名称で示される配置関係等以外の配置関係等であってもよい。
 図1から図3に示すように、本実施形態の無人飛行体システム10は、送電装置30と、無人飛行体20と、を備える。本実施形態において送電装置30は、例えば、自動販売機Mの上面に設置される。送電装置30は、送電装置本体31と、送電コイル70と、を有する。送電装置本体31は、例えば、鉛直方向Zに扁平な直方体状である。
 図1に示すように、送電コイル70は、鉛直方向Zと平行な第2中心軸J21を中心とする円環状である。送電コイル70は、送電装置本体31に埋め込まれる。送電コイル70は、後述する受電コイル60に対して送電可能な非接触給電用のコイルである。本実施形態において、送電コイル70は、送電コイル70の第2中心軸J21と直交する奥行方向Xの寸法Dが648mm以下であり、送電コイル70の第2中心軸J21および奥行方向Xの両方と直交する幅方向Yの寸法Wが870mm以下である。
 ここで、自動販売機Mの代表的な規格においては、例えば、自動販売機Mの奥行方向Xの寸法は、648mm以上、819mm以下であり、自動販売機Mの幅方向Yの寸法は、870mm以上、1378mm以下である。そのため、送電コイル70の寸法Dおよび寸法Wを上記数値範囲とすることで、代表的な規格であればいずれの自動販売機Mであっても、送電コイル70を自動販売機Mの上面に設置することが可能である。なお、上述した自動販売機Mの代表的な規格の寸法範囲内であれば、送電コイル70の寸法Dは648mmより大きくてもよいし、送電コイル70の寸法Wは870mmより大きくてもよい。
 図4に示すように、本実施形態において送電コイル70の外径は、無人飛行体20の最大寸法以上である。そのため、無人飛行体20が送電装置本体31の上面に着地した際に、無人飛行体20の全体を、上側から視て送電コイル70の外縁よりも内側に配置することが可能である。本明細書において「無人飛行体の最大寸法」とは、無人飛行体における任意の2点間を結ぶ仮想線分のうち最も長い仮想線分の長さを含む。本実施形態では、例えば、無人飛行体20が図4に示す姿勢にある場合において、鉛直方向Zと直交し、かつ、奥行方向Xおよび幅方向Yの両方と45°の角度で交差する方向における無人飛行体20の寸法が、無人飛行体20の最大寸法である。
 図3に示すように、送電装置30は、送電ユニット32をさらに有する。送電ユニット32には、外部の電源36から電力が供給される。電源36は、DC電源であってもよいし、商用電源等の交流電源であってもよい。送電ユニット32は、送電電源部33と、送電通信部35と、送電制御部34と、を有する。
 送電電源部33は、送電制御部34の制御に基づいて、電源36から供給された電力を送電コイル70に出力する。送電通信部35は、例えば、赤外線センサ等を有し、無人飛行体20に設けられた後述する受電通信部65から射出される通信用の赤外光を受光する。また、送電通信部35は、無人飛行体20の受電通信部65に通信用の赤外光を射出してもよい。送電制御部34は、送電通信部35が受光する赤外光に基づいて、送電コイル70による電力供給を制御する。
 図2から図5に示すように、無人飛行体20は、本体部21と、推進ユニット40と、バッテリ50と、枠部22と、受電コイル60と、を備える。本体部21は、所定方向に延びる。以下の説明において無人飛行体20の各部の相対位置関係は、特に断りのない限り、図4および図5に示すように本体部21が延びる所定方向が奥行方向Xと平行である場合について説明する。
 推進ユニット40は、本体部21に取り付けられる。本実施形態において推進ユニット40は、複数設けられる。推進ユニット40は、例えば、本体部21の幅方向Yの両側に2つずつ奥行方向Xに並んで、合計4つ設けられる。推進ユニット40は、モータ41と、回転翼42と、を有する。モータ41は、本体部21から延びる腕部の先端に配置される。回転翼42は、モータ41のシャフトに固定される。モータ41は、シャフトを回転させることで、回転翼42を回転軸R回りに回転させる。本実施形態において回転軸Rは、鉛直方向Zに延びる。回転翼42が回転することによって、無人飛行体20は、推進ユニット40から浮力を得るとともに、鉛直方向Zと直交する方向への推進力を得る。図3に示すように、推進ユニット40は、モータ制御部44をさらに有する。モータ制御部44は、図示しない飛行制御部からの情報に基づいて、バッテリ50から供給される電力をモータ41に出力する。
 図2に示すように、バッテリ50は、本体部21に配置される充電式のバッテリである。バッテリ50は、推進ユニット40と電気的に接続され、推進ユニット40に電力を供給する。本実施形態においてバッテリ50は、例えば、1つ設けられる。1つのバッテリ50は、複数の推進ユニット40と電気的に接続され、複数の推進ユニット40に電力を供給する。バッテリ50の種類は、充電式のバッテリであれば特に限定されない。
 枠部22は、回転軸Rの径方向において回転翼42の外側を囲む枠状である。より詳細には、枠部22は、第1中心軸J1を中心とする円環状である。図5および図6に示すように、第1中心軸J1は、鉛直方向Zに対して傾く。すなわち、第1中心軸J1は、回転軸Rに対して傾く。図6に示すように、第1中心軸J1は、鉛直方向Zに対して、下側から上側に向かうに従って本体部21から幅方向Yに離れる側に傾く。本実施形態において枠部22は、複数の推進ユニット40ごとに設けられる。すなわち、図4および図5に示すように、枠部22は、例えば、本体部21の幅方向Yの両側に2つずつ奥行方向Xに並んで、合計4つ設けられる。枠部22は、本体部21に固定される。本実施形態において枠部22は、例えば、本体部21と単一の部材である。本体部21および枠部22は、例えば、発泡スチロール等の樹脂製である。
 枠部22は、例えば、回転翼42の保護、および回転翼42によって生じる空気の流れを枠部22の内周面に沿って好適に案内するために設けられる。本実施形態では、枠部22が円環状であるため、これらの機能をより好適に得やすい。
 受電コイル60は、非接触給電用のコイルである。図2に示すように、受電コイル60は、バッテリ50と電気的に接続される。送電コイル70に電流が流れることで生じる磁界が受電コイル60に作用すると、受電コイル60に電流が流れる。これにより、受電コイル60からバッテリ50に給電することができ、バッテリ50を充電できる。したがって、無人飛行体20を送電装置30に近づけることで、バッテリ50を外部電源に接続することなく、受電コイル60と送電コイル70とによって非接触給電を行うことができる。また、受電コイル60と送電コイル70とによって非接触給電を行えるため、無人飛行体20の構造および送電装置30の構造を簡単化できる。以上により、簡単な構造および制御でバッテリ50の充電を自動化できる。
 また、例えば、無人飛行体を自動で移動させてバッテリと外部電源とを接続する構成とする場合、バッテリと外部電源とを接続する端子を外部に露出させる場合がある。そのため、屋外に送電装置を設置すると端子が雨で濡れる等して、バッテリの充電に不具合が生じる場合がある。これに対して本実施形態によれば、バッテリ50を外部電源に接続する必要がないため、端子を外部に露出させる必要がない。したがって、送電装置30を屋外に設置しても、バッテリ50の充電を好適に行うことができる。また、バッテリ50の充電を自動化できることで、人が入りにくいような場所等であっても、無人飛行体20が移動可能な場所であればバッテリ50の充電を行うことができる。
 受電コイル60は、枠部22に沿った枠状であり、枠部22に設けられる。そのため、受電コイル60を設ける部分を別途設ける必要がなく、無人飛行体20を小型化かつ軽量化できる。また、無人飛行体20の形状を変更する必要がない。本実施形態では、回転軸Rが鉛直方向Zに延びるため、回転軸Rの径方向において回転翼42の外側を囲む枠部22は、鉛直方向Zに直交する平面に略沿って設けられる。これにより、枠部22に設けられる受電コイル60を鉛直方向Zに直交する平面に略沿って設けることができる。したがって、無人飛行体20が着地した際に、受電コイル60全体を無人飛行体20が着地した面に近づけやすい。そのため、無人飛行体20が着地した面の下側に送電コイル70を配置することで、受電コイル60と送電コイル70とを近づけやすく、受電コイル60に電流を生じさせやすい。したがって、バッテリ50への給電を行いやすく、よりバッテリ50を充電しやすい。
 具体的には、図1に示すような送電装置30の場合、送電装置本体31の上面に無人飛行体20を着地させることで、受電コイル60全体を送電装置本体31の上面に近づけることができる。これにより、受電コイル60全体を送電装置本体31に埋め込まれた送電コイル70に近づけることができる。したがって、よりバッテリ50を充電しやすい。
 本実施形態において受電コイル60および送電コイル70は、磁界共鳴方式による非接触給電用のコイルである。磁界共鳴方式による非接触給電を用いる場合、受電コイル60を送電コイル70に近づければ、受電コイル60と送電コイル70との相対姿勢によらず、受電コイル60に電流を生じさせることができる。そのため、送電装置30に対する無人飛行体20の姿勢、および無人飛行体20に対する受電コイル60の姿勢によらず、バッテリ50を充電しやすい。これにより、無人飛行体20の位置制御の精度が比較的低い場合であっても、無人飛行体20を単に送電装置30に近づけることによって、バッテリ50の充電を行いやすい。したがって、より簡単な無人飛行体20の制御によって、バッテリ50の自動充電を実現できる。
 図5に示すように、本実施形態において受電コイル60は、第1中心軸J1を中心とする円環状である。すなわち、受電コイル60の第1中心軸J1は、鉛直方向Zに対して傾く。そのため、無人飛行体20が送電装置本体31の上面に着地すると、受電コイル60の第1中心軸J1は、送電コイル70の第2中心軸J21に対して傾いた状態となる。本実施形態では、磁界共鳴方式による非接触給電を採用するため、受電コイル60と送電コイル70とが互いに傾いた姿勢であっても、バッテリ50の充電を行うことができる。
 また、本実施形態のように枠部22が傾いて設けられる場合であっても、単に枠部22に沿って受電コイル60を設けることで、上述したようにバッテリ50の充電を容易に行うことが可能である。すなわち、本体部21に対する枠部22の傾きを変更することなく、受電コイル60を枠部22に設けつつ、バッテリ50の充電を容易に行うことができる。したがって、枠部22の機能を損なうことなく、簡単な構造および制御でバッテリ50の充電を自動化できる。具体的には、枠部22の内周面によって案内される回転翼42によって生じる空気の流れを好適に維持したまま、無人飛行体20に受電コイル60を搭載できる。そのため、無人飛行体20の飛行性能を好適に維持できる。
 本実施形態において受電コイル60は、枠部22に埋め込まれる。そのため、金型に受電コイル60を挿入した状態で樹脂を流し込むインサート成形によって、枠部22を作ることができる。したがって、無人飛行体20の製造を容易にできる。
 受電コイル60は、複数の枠部22のそれぞれに設けられる。そのため、複数の受電コイル60に生じた電流によって、バッテリ50の充電を行うことができる。本実施形態では、図2に示すように、複数の受電コイル60は、1つのバッテリ50に電気的に接続されるため、複数の受電コイル60に生じる電流によって1つのバッテリ50を充電することができる。したがって、バッテリ50をより早く充電することができる。
 図4に示すように、受電コイル60の外径は、送電コイル70の外径よりも小さい。そのため、無人飛行体20を送電装置30に近づけた際に、受電コイル60を送電コイル70によって生じる磁界内に入れやすく、受電コイル60に電流を生じさせやすい。また、上述したように送電コイル70の外径が無人飛行体20の最大寸法以上であることで、無人飛行体20の全体を上側から視て送電コイル70の外縁よりも内側に配置することができる。そのため、複数の受電コイル60のすべてを1つの送電コイル70の外縁よりも内側に配置することができ、1つの送電コイル70によって、複数の受電コイル60のすべてに電流を生じさせることができる。したがって、送電コイル70を複数設ける必要がなく、送電装置30の構造を簡単化できる。また、すべての受電コイル60に同時に電流を生じさせることができるため、バッテリ50をより早く充電することができる。
 図7に示すように、無人飛行体20は、スイッチング回路43をさらに備える。スイッチング回路43は、バッテリ50の2つの端子とモータ41の2つの端子とをそれぞれ繋ぐ2本の配線同士の間に設けられる。スイッチング回路43は、ON状態において2本の配線同士を繋ぐ。これにより、スイッチング回路43は、ON状態においてモータ41の端子同士を繋いで短絡させる。そのため、スイッチング回路43をON状態とすることで、モータ41が回転することを阻止できる。これにより、モータ41を停止させてバッテリ50の充電を行う際に、送電コイル70によって生じる磁界によってモータ41が誤作動することを抑制できる。
 図3に示すように、無人飛行体20は、受電ユニット62と、バッテリ制御ユニット51と、をさらに備える。受電ユニット62は、受電電源部63と、受電通信部65と、受電制御部64と、を有する。受電電源部63は、受電制御部64の制御に基づいて、受電コイル60から供給された電力をバッテリ制御ユニット51に出力する。受電通信部65は、例えば、通信用の赤外光等を射出する光源を有し、受電制御部64の制御に基づいて、赤外光を射出する。また、受電通信部65は、送電通信部35が射出する赤外光を受光する。
 受電制御部64は、受電通信部65を制御する。具体的には、受電制御部64は、給電開始要求の信号および給電停止要求の信号を、受電通信部65に出力する。受電通信部65は、受電制御部64から出力された給電開始要求の信号および給電停止要求の信号を送電装置30に送信する。
 バッテリ制御ユニット51は、充電電源部53と、充電制御部52と、を有する。充電電源部53は、充電制御部52の制御に基づいて、受電ユニット62から供給された電力をバッテリ50に出力する。充電制御部52は、バッテリ50への充電の開始および停止を制御する。
 本実施形態においては、バッテリ50と受電コイル60と受電ユニット62とバッテリ制御ユニット51とによってバッテリシステム80が構成される。すなわち、バッテリシステム80は、バッテリ50と、受電コイル60と、受電ユニット62と、バッテリ制御ユニット51と、を備える。
 本発明は上述の実施形態に限られず、以下の他の構成を採用することもできる。回転翼42が回転する回転軸Rは、鉛直方向Z以外の方向に延びてもよい。例えば、回転軸Rは、鉛直方向Zと直交する方向に延びてもよい。また、複数の回転翼42における回転軸Rの延びる方向は、互いに異なってもよい。また、推進ユニット40の数は、特に限定されない。また、回転翼42が枠部22で囲まれた推進ユニット40に加えて、例えば回転翼が枠部で囲まれない他の推進ユニットが設けられてもよい。
 また、複数の枠部22のうちの一部の枠部22のみに受電コイル60が設けられてもよい。枠部22の形状、受電コイル60の形状、および送電コイル70の形状は、特に限定されず、矩形状であってもよいし、多角形状であってもよいし、楕円形状であってもよい。受電コイル60の形状と送電コイル70の形状とは、互いに異なってもよい。受電コイル60の第1中心軸J1は、鉛直方向Zに対して平行であってもよい。また、無人飛行体20に搭載される受電コイル60の数は、特に限定されない。
 また、バッテリ50は、複数設けられてもよい。この場合、複数のバッテリ50のそれぞれに対して、1つずつ受電コイル60が接続される構成であってもよいし、複数ずつ受電コイル60が接続される構成であってもよい。バッテリ50は、推進ユニット40ごとに設けられてもよい。また、スイッチング回路43は、設けられなくてもよい。
 また、受電コイル60および送電コイル70は、磁界共鳴方式以外の非接触給電用のコイルであってもよい。受電コイル60および送電コイル70は、例えば、電磁誘導方式の非接触給電用のコイルであってもよいし、電波受信方式の非接触給電用のコイルであってもよい。なお、受電コイル60および送電コイル70の外形は、円形に限られない。例えば、受電コイル60および送電コイル70の外形は、楕円形および四角形等であってもよく、ソレノイド型でもよい。
 なお、磁界共鳴方式では、受電コイル60と送電コイル70同士の位置がずれていても給電可能である。そのため、受電コイル60が送電コイル70の外縁より外側に位置しても給電が可能である。必ずしも無人飛行体が送電コイル70の外縁内に着陸しなくてもよい。
 また、送電装置30は、図8に示す送電装置130のような構成であってもよい。図8に示すように、無人飛行体システム110において送電装置130の送電装置本体131は、例えば、幅方向Yに扁平な直方体状である。送電装置本体131は、自動販売機Mの上面における幅方向一方側の端部に配置される。送電コイル170は、幅方向Yと平行な第2中心軸J22を中心とする円環状である。この構成においては、無人飛行体20の受電コイル60の第1中心軸J1と送電コイル170の第2中心軸J22とは略直交した状態となる。この場合であっても、磁界共鳴方式の非接触給電を用いることで、受電コイル60に電流を生じさせてバッテリ50の充電を行うことができる。送電装置130は、例えば、図1に示す送電装置30を奥行方向Xと平行な軸回りに90°回転させた構成である。
 また、送電装置30は、図9に示す送電装置230のような構成であってもよい。図9に示すように、無人飛行体システム210において送電装置230の送電装置本体231は、例えば、天井の一部である。すなわち、送電コイル270は、天井に埋め込まれる。送電コイル270は、鉛直方向Zと平行な第2中心軸J23を中心とする円環状である。無人飛行体20は、送電コイル270に下側から近づいてバッテリ50の充電を行う。この構成において無人飛行体20は、モータ41によって回転翼42を回転させて、飛行した状態でバッテリ50の充電を行う。そのため、この構成において無人飛行体20は、スイッチング回路43をOFF状態としてバッテリ50の充電を行う。なお、送電装置本体231は、天井の一部でなく、天井に固定される部材であってもよい。
 また、送電装置30は、図10に示す送電装置330のような構成であってもよい。図10に示すように、無人飛行体システム310において送電装置330の送電コイル370の外径は、無人飛行体20の最大寸法の2倍以上である。そのため、複数の無人飛行体20を同時に送電コイル370の外縁よりも内側に配置することが容易であり、複数の無人飛行体20に対して同時に給電を行うことができる。図10では、2つの無人飛行体20が送電装置本体331の上面に着地した場合に、上側から視て、2つの無人飛行体20全体が送電コイル370の外縁よりも内側に配置されることが望ましい。
 また、送電装置30の送電コイル70の外径は、無人飛行体20の最大寸法より小さくてもよい。この場合であっても、例えば、複数の受電コイル60が送電コイル70に対して対向可能であれば、複数の受電コイル60に対して同時に電流を生じさせて、バッテリ50の充電を行うことができる。また、送電装置30の設置場所は、特に限定されない。送電コイル70の寸法は、送電装置30の設置場所に応じて適宜決めることができる。送電コイル70の一部あるいは全体は、送電装置本体31から露出してもよい。
 また、枠部22は、図11および図12にそれぞれ示す枠部のような構成であってもよい。図11に示す枠部422は、枠部本体422aと、蓋部422bと、を有する。枠部本体422aは、第1中心軸J1を中心とする円環状である。枠部本体422aは、一方向に開口し受電コイル60が収容される溝部422cを有する。溝部422cが開口する一方向は、第1中心軸J1の軸方向と平行な方向である。図11において溝部422cは、上側に開口する。蓋部422bは、第1中心軸J1を中心とする円環状である。蓋部422bは、溝部422cの開口に嵌め合わされて固定される。これにより、蓋部422bは、枠部本体422aに固定され、溝部422cの開口を閉塞する。この構成によれば、蓋部422bを着脱自在とすることで、容易に受電コイル60を交換することができる。
 図12に示す枠部522の枠部本体522aは、図11に示す枠部422に対して、溝部522cの開口する方向が異なる。溝部522cが開口する一方向は、第1中心軸J1の径方向である。図12において溝部522cは、第1中心軸J1の径方向外側に開口する。蓋部522bは、径方向外側から溝部522cに嵌め合わされて枠部本体522aに固定される。この構成によれば、図11に示す枠部422と同様に、蓋部522bを着脱自在とすることで、容易に受電コイル60を交換することができる。また、図11および図12に示すような構成の場合、バッテリ50と受電コイル60とを備えるバッテリシステム80を交換することも容易である。
 また、送電通信部35と受電通信部65とは、常時または所定の間隔毎に通信を行ってもよい。受電ユニット62は、受電コイル60による受電の状態を示す受電状態情報を送電通信部35から受信してもよい。なお、送電通信部35および受電通信部65は、赤外光を用いる方式に限定されず、他の無線通信等の方式を採用してもよい。無人飛行体20は、受電通信部65が受信する受電状態情報に基づいて、水平移動もしくは回転移動を行う。すなわち、モータ制御部44が、受電コイル60による受電の状態を示す受電状態情報に基づいてモータ41を制御することによって、無人飛行体20は移動する。
 また、図3において二点鎖線で示すように、受電ユニット62は、直接的にモータ制御部44に接続されてもよい。この構成では、受電ユニット62からモータ制御部44に直接、電力が供給される。この構成においては、受電制御部64は、例えば、バッテリ50からモータ制御部44に電力供給を行うか、受電ユニット62からモータ制御部44に電力供給を行うかを判断してもよい。
 また、上述した実施形態の無人飛行体および無人飛行体システムの用途は、特に限定されない。上記の各構成は、相互に矛盾しない範囲内において、適宜組み合わせることができる。
 10,110,210,310…無人飛行体システム、20…無人飛行体、21…本体部、22,422,522…枠部、30,130,230,330…送電装置、40…推進ユニット、41…モータ、42…回転翼、43…スイッチング回路、50…バッテリ、60…受電コイル、70,170,270,370…送電コイル、80…バッテリシステム、422a,522a…枠部本体、422b,522b…蓋部、422c,522c…溝部、J1…第1中心軸、J21,J22,J23…第2中心軸、R…回転軸、X…奥行方向(第1方向)、Y…幅方向(第2方向)、Z…鉛直方向

 

Claims (14)

  1.  本体部と、
     回転翼および前記回転翼を回転軸回りに回転させるモータを有し、前記本体部に取り付けられる推進ユニットと、
     前記推進ユニットに電力を供給する充電式のバッテリと、
     前記回転軸の径方向において前記回転翼の外側を囲む枠状の枠部と、
     前記バッテリと電気的に接続される非接触給電用の受電コイルと、
     を備え、
     前記受電コイルは、前記枠部に沿った枠状であり、前記枠部に設けられる、無人飛行体。
  2.  前記回転軸は、鉛直方向に延びる、請求項1に記載の無人飛行体。
  3.  前記受電コイルは、磁界共鳴方式による非接触給電用のコイルである、請求項1または2に記載の無人飛行体。
  4.  前記受電コイルの第1中心軸は、鉛直方向に対して傾く、請求項3に記載の無人飛行体。
  5.  前記枠部は、複数設けられ、
     前記受電コイルは、複数の前記枠部のそれぞれに設けられる、請求項1から4のいずれか一項に記載の無人飛行体。
  6.  ON状態において前記モータの端子同士を繋いで短絡させるスイッチング回路をさらに備える、請求項1から5のいずれか一項に記載の無人飛行体。
  7.  前記枠部は、円環状である、請求項1から6のいずれか一項に記載の無人飛行体。
  8.  前記枠部は、樹脂製であり、
     前記受電コイルは、前記枠部に埋め込まれる、請求項1から7のいずれか一項に記載の無人飛行体。
  9.  前記枠部は、
      一方向に開口し前記受電コイルが収容される溝部を有する枠部本体と、
      前記枠部本体に固定され、前記溝部の開口を閉塞する蓋部と、
     を有する、請求項1から7のいずれか一項に記載の無人飛行体。
  10.  請求項1から9のいずれか一項に記載の無人飛行体と、
     前記受電コイルに対して送電可能な非接触給電用の送電コイルを有する送電装置と、
     を備える、無人飛行体システム。
  11.  前記送電コイルの外径は、前記無人飛行体の最大寸法以上である、請求項10に記載の無人飛行体システム。
  12.  前記送電コイルの外径は、前記無人飛行体の最大寸法の2倍以上である、請求項11に記載の無人飛行体システム。
  13.  前記送電コイルは、
      前記送電コイルの第2中心軸と直交する第1方向の寸法が648mm以下であり、
      前記送電コイルの第2中心軸および前記第1方向の両方と直交する第2方向の寸法が870mm以下である、請求項10から12のいずれか一項に記載の無人飛行体システム。
  14.  本体部と、
     回転翼および前記回転翼を回転軸回りに回転させるモータを有し、前記本体部に取り付けられる推進ユニットと、
     前記回転軸の径方向において前記回転翼の外側を囲む枠状の枠部と、
     を備える無人飛行体のバッテリシステムであって、
     前記推進ユニットに電力を供給する充電式のバッテリと、
     前記バッテリと電気的に接続される非接触給電用の受電コイルと、
     を備え、
     前記受電コイルは、前記枠部に沿った枠状であり、前記枠部に設けられる、バッテリシステム。

     
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