WO2019225607A1 - 飛行体および飛行体のフレーム - Google Patents

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WO2019225607A1
WO2019225607A1 PCT/JP2019/020119 JP2019020119W WO2019225607A1 WO 2019225607 A1 WO2019225607 A1 WO 2019225607A1 JP 2019020119 W JP2019020119 W JP 2019020119W WO 2019225607 A1 WO2019225607 A1 WO 2019225607A1
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propeller
frame
flying object
propellers
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PCT/JP2019/020119
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French (fr)
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洋 柳下
千大 和氣
浩則 橘
研二 永田
裕明 栗原
一興 大崎
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株式会社ナイルワークス
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Publication date
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    • B64U20/60—UAVs characterised by the material
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D25/00—Emergency apparatus or devices, not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
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    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
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    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
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    • B64U20/90—Cooling
    • B64U20/96—Cooling using air

Definitions

  • the present invention relates to an aircraft and a frame of the aircraft represented by what is generally called a drone, and more particularly to a cooling structure using the frame.
  • drones Applications in the industrial field of aircraft with a plurality of propellers called drones, especially unmanned aircraft, are advancing.
  • Agricultural drones that spray chemicals such as agricultural chemicals and liquid fertilizer on the field are one of the application fields.
  • the propeller rotary drive motor, its drive and control circuit, battery and other components as the drive power supply are waterproof and dustproof. It is arranged in a closed space. Therefore, the heat generated from the components such as the motor is trapped in the enclosed space, the temperature rises, and the components are easily overheated.
  • Industrial drones such as agricultural drones
  • loads such as drugs
  • a relatively large drone is used to generate a thrust that can withstand the load of the load. Therefore, the weight increases.
  • Heavy drones are limited in speed from a safety standpoint and fly at low speeds. A drone flying at low speed has a poor air-cooling effect, and if it has a structure in which the temperature of the component is likely to rise like the industrial drone, a device for cooling is required.
  • Patent Document 1 describes a cooling system for an aircraft. This cooling system is intended to promote heat dissipation by providing a heat sink on the heat radiating surface to be thermally controlled, and is not intended for a drone.
  • the drone frame structure had heat dissipation and vibration suppression, and it was possible to achieve both weight reduction and strength securing, and to stabilize the attitude during flight.
  • Patent Literature 2 and Patent Literature 3 are related to a technique related to the solution of the present invention or disclose a technology related to the configuration of the present invention.
  • Patent Document 2 relates to a drone flight safety frame, and the wall frame, cross beam, and support legs are all made of a fiber reinforced plastic tube.
  • the safety frame is added to the drone body in order to ensure the safety of the drone itself and the object when the drone comes into contact. Therefore, there is a drone body apart from the safety frame.
  • Patent Document 3 The invention described in Patent Document 3 is to solve a problem in an unmanned aerial vehicle by reducing vibrations from the aircraft in flight to the measuring device. Specifically, it has a pair of support frames that support the laser scanner that constitutes the measurement unit, and a pair of connection frames that connect the pair of support frames and attach them to the flight unit. Between the laser scanner and the support frame, and between the support frame and the connecting frame, plates made of fiber reinforced resin having different rigidity are interposed.
  • the cooling system described in Patent Document 1 does not assume a flying body such as a drone having a plurality of propeller drive motors that individually rotate and drive a plurality of propellers, and is not applicable to a drone cooling system. Can not.
  • Patent Document 2 and Patent Document 3 do not describe a structure for dissipating heat generated from the heat generating parts of the flying object.
  • An object of the present invention is to obtain a flying body and a flying body frame in which an additional part for heat radiation is unnecessary by making the structure of the flying body itself suitable for heat radiation.
  • the present invention An aircraft having a plurality of propeller drive motors for individually rotating a plurality of propellers; A frame formed by combining a plurality of support arms that support the plurality of propeller drive motors; A built-in component support made of a heat conductor and supporting a built-in component including a heat-generating component and coupled to the frame; It has the most important feature.
  • the heat generated by the heat generating component is transferred to the built-in component support made of a heat conductor to be dissipated, and further transferred to the frame to be dissipated. be able to.
  • FIG. 5 is a reference diagram showing a simulation result of a downward flow generated in the case of a one-stage propeller.
  • a drone refers to an entire flying object having a plurality of rotary wings or flying means regardless of the power system or the steering system.
  • Examples of power systems include those using electric power and those using a prime mover such as an internal combustion engine.
  • As a control method there are a wireless or wired method, an autonomous flight type or a manual control type.
  • the drone has propellers 101-1a, 101-1b, 101-2a, 101-2b, 101-3a, 101-3b, 101-4a, 101- 4b.
  • These propellers are means for flying a drone, and considering the balance of flight stability, fuselage size, and battery consumption, there are four sets of propellers with a two-stage configuration, a total of eight aircraft. .
  • the rotation centers of the four sets of propellers are located at rectangular corners in plan view.
  • the propellers 101-2a and 101-4a are on the front side of the drone traveling direction.
  • Each of the above propellers is a propeller drive motor (hereinafter also simply referred to as “motor”) 102-1a, 102-1b, 102-2a, 102-2b, 102-3a, 102-3b, 102-4a, 102-4b.
  • motor a propeller drive motor
  • a pair of upper and lower propellers for example, 101-1a and 101-1b, have their axes collinear for drone flight stability, etc., and are opposite to each other by motors 102-1a and 102-1b.
  • the upper and lower propellers of each set are driven to rotate in opposite directions to generate a downward flow and generate thrust in a direction to raise the drone.
  • the other sets of upper and lower propellers are similarly configured and similarly generate thrust.
  • the illustrated embodiment is an agricultural drone and is provided with four drug nozzles 103-1, 103-2, 103-3, and 103-4 for spraying the drug downward.
  • a drug generally refers to a liquid or powder that is applied to a field such as agricultural chemicals, herbicides, liquid fertilizers, insecticides, seeds, and water.
  • the drone has a drug tank 104 for storing the sprayed drug.
  • the medicine tank 104 is provided at a position close to the center of gravity of the drone and lower than the center of gravity from the viewpoint of weight balance.
  • a pump 106 is attached to the lower side of the medicine tank 104, and the pump 106 is connected to the medicine hose 105.
  • the drug hose 105 extends linearly across the entire width direction of the drone at the lower part on the front side of the drone in the traveling direction.
  • four medicine nozzles 103-1, 103-2, 103-3 and 103-4 are arranged at regular intervals in the length direction.
  • the drone frame is integrally connected to each other and includes a plurality of support arms that support the plurality of propeller drive motors.
  • the frame composed of a plurality of support arms is composed of a pair of frames that are integrally coupled with each other at a predetermined interval in the vertical direction.
  • the plurality of support arms constituting the upper frame include one first support arm 10 that supports the propeller drive motor at both ends, and two second support arms 11 and 12 extending from the first support arm 10. It has.
  • the second support arms 11, 12 extend from the middle of the length direction of the first support arm 10 in an obliquely symmetrical manner and in a direction in which the distal end portions spread from each other.
  • the second support arms 11 and 12 are coupled by a reinforcing beam 13 in the middle of the length direction.
  • the reinforcing beam 13 is parallel to the first support arm 10, and the first support arm 10, the second support arms 11, 12 and the reinforcing beam 13 are formed in a trapezoidal shape in plan view, and are close to a so-called truss structure. It has a structure. Since the frame has a structure close to a truss structure, the mechanical strength can be increased while the structure is relatively simple.
  • the first support arm 10, the second support arms 11, 12 and the reinforcing beam 13 are coupled via an appropriate coupling member so as to be located in the same plane.
  • the motors 102-2a and 102-4a are supported at both ends of the first support arm 10, respectively.
  • Propellers 101-2a and 101-4a are respectively attached to the rotation output shafts of the motors 102-2a and 102-4a, and the propellers are individually driven to rotate by the motors.
  • Motors 102-1a and 102-3a different from the above motors are supported at the tip portions of the second support arms 11 and 12, respectively.
  • Propellers 101-1a and 101-3a are respectively attached to the rotation output shafts of the motors 102-1a and 103-3a, and the propellers are individually driven to rotate by the motors.
  • the lower frame has almost the same structure as the upper frame.
  • the lower frame includes one first support arm 20 that supports the propeller drive motor at both ends, and two second support arms 21 and 22 extending from the first support arm 20.
  • the second support arms 21, 22 extend from the middle of the length direction of the first support arm 20 in an obliquely symmetrical manner and in a direction in which the distal end portions spread from each other.
  • the first support arm 20 and the second support arms 21 and 22 are coupled via an appropriate coupling member so as to be located in the same plane.
  • the upper and lower frames are coupled under the appropriate number of pillars so as to be parallel to each other.
  • the pair of upper and lower second support arms 11 and 21 and the other pair of second support arms 12 and 22 are coupled to each other by appropriate coupling members by columns 30 and 30 at intermediate portions in the length direction.
  • the pair of upper and lower first support arms 10 and 20 are respectively provided with pillars 31 in the vicinity of the connection portion with the upper second support arms 11 and 21 and in the vicinity of the connection portion with the lower second support arms 12 and 22. , 31 through an appropriate coupling member.
  • the pair of columns 30 and 30 are coupled by the reinforcing beam 23 at a position closer to the lower side in the vertical direction.
  • the reinforcing beam 23 is also a reinforcing beam for the lower frame composed of the first support arm 20 and the second support arms 21 and 22, and also functions as a reinforcing beam for the entire upper and lower frames.
  • the reinforcing beam 13 is parallel to the first support arm 10, and the first support arm 10, the second support arms 11, 12 and the reinforcing beam 13 are formed in a trapezoidal shape in plan view, and are close to a so-called truss structure. It has a structure.
  • the first support arm, the second support arm, the reinforcing beam, and the column connecting the upper and lower frames constituting the upper and lower frames are pipe-shaped members.
  • the members constituting the frame, at least the first support arm, the second support arm, and the material of the reinforcing beam are made of a heat conductive material such as an aluminum alloy or a carbon fiber composite material.
  • the carbon fiber composite material include carbon fiber reinforced plastic (CFRP) and carbon fiber reinforced carbon composite material. Since the material of the member constituting the frame is made of an aluminum alloy or a carbon fiber composite material and is a pipe-shaped member, the weight of the frame can be reduced while the frame has the necessary strength. Further, as will be described later in detail, the heat dissipation effect can be enhanced.
  • the propellers 101-1a and 101-1b supported by the tip ends of the pair of upper and lower second support arms 11 and 21 are surrounded by the propeller guard 41 and rotate within the propeller guard 41.
  • the propeller guard 41 includes a pair of upper and lower annular frames, a columnar interposition member that connects these frames in parallel at a predetermined interval, a hub at the center of the upper and lower frames, and upper and lower frames. A plurality of spokes connecting the hub.
  • the upper and lower hubs are coupled to the distal ends of the second support arms 11 and 21 with their centers aligned with the rotation centers of the propellers 101-1a and 101-1b.
  • the propellers 101-2a and 101-2b supported at the right end when viewed from the front of the pair of upper and lower first support arms 10 and 20 are surrounded by the propeller guard 42 and rotate within the propeller guard 42.
  • the propellers 101-3a and 101-3b supported by the tip portions of the pair of upper and lower second support arms 12 and 22 are surrounded by the propeller guard 43 and rotate in the propeller guard 43.
  • the propellers 101-4a and 101-4b supported by the left ends of the pair of upper and lower first support arms 10 and 20 as viewed from the front are surrounded by the propeller guard 44 and rotate within the propeller guard 44.
  • each propeller guard 42, 43, 44 is configured in the same manner as the propeller guard 41. That is, each propeller guard 42, 43, 44 includes a pair of upper and lower annular frames, a plurality of columnar interposed members that connect these frames in parallel, a hub at the center position of the upper and lower frames, A plurality of spokes connecting the frame and the hub.
  • the upper and lower hubs of the propeller guard 42 are coupled to the right end as viewed from the front of the first support arms 10 and 20.
  • the propeller guard 43 has upper and lower hubs coupled to the distal ends of the second support arms 12 and 22.
  • the upper and lower hubs of the propeller guard 44 are coupled to the left end as viewed from the front of the first support arms 10 and 20.
  • the distance between the propellers 101-1a and 101-1b located on the right rear side of the drone and the propellers 101-2a and 101-2b located on the right front side is narrow, and an annular frame constituting these propeller guards 41 and 42 is provided. In contact.
  • the distance between the propellers 101-3a and 101-3b located at the left rear of the drone and the propellers 101-4a and 101-4b located at the left front is also narrow, and an annular frame constituting these propeller guards 43 and 44 is provided. In contact.
  • each propeller guard 41, 42, 43, 44 are made of a heat conductive material.
  • the spokes arranged in a lattice pattern on at least the upper and lower surfaces of the propeller guards 41, 42, 43, 44 are preferably made of a heat conductive material.
  • the distance between the propellers located on the left and right is wider than the distance between the propellers located before and after the drone. That is, the distance between the propellers 101-4a, 101-4b and the propellers 101-2a, 101-2b located on the left and right of the drone and the distance between the propellers 101-3a, 101-3b and the propellers 101-1a, 101-1b are It is getting wider.
  • These propeller guards 44 and 42 and 43 and 41 are separated from each other.
  • the built-in component support 50 includes a flat dish-shaped bottom plate 51 and a cover 52 placed on the bottom plate 51.
  • the bottom plate 51 and the cover 52 are made of a heat conductor such as an aluminum alloy or a carbon fiber composite material.
  • An internal space surrounded by the bottom plate 51 and the cover 52 is a space for incorporating built-in components such as a power supply battery, a motor drive circuit, and a control circuit.
  • the built-in component support 50 is long in the front-rear direction, and the planar shape of the front end in the traveling direction is a semicircle.
  • the built-in component support 50 is disposed in a space formed between the left and right propellers and the left and right propeller guards 41, 42 and 43, 44, and between the upper and lower reinforcing beams 13, 23.
  • a bottom plate 51 constituting the built-in component support 50 is coupled to the lower reinforcing beam 23 via a coupling member.
  • the coupling member is a plate-like member made of a material having good thermal conductivity, and holds the reinforcing beam 23 over almost a half circumference and is fastened with both side edges in surface contact with the bottom surface of the bottom plate 51.
  • the cover 52 constituting the built-in component support 50 is coupled to the upper reinforcing beam 13 via a coupling member 59.
  • the coupling member 59 is also a plate-like member made of a material having good thermal conductivity.
  • the reinforcing beam 13 is wound around almost a half circumference and fastened with both side edges in surface contact with the upper surface of the cover 52.
  • FIG. 9 shows an outline of component arrangement in the internal space of the built-in component support 50.
  • About half of the space 56 on the rear side (obliquely lower right side in FIG. 9) in the built-in component support 50 is close to the upper and lower reinforcing beams 13 and 23 and is a space with a high cooling effect.
  • This space 56 is divided into layers in the vertical direction, and a battery mounting space 53 is provided in the upper layer portion.
  • the battery mounting space 53 is provided with a battery receiving plate and appropriate fasteners so that two secondary batteries, that is, rechargeable batteries 55 can be arranged in parallel.
  • FIG. 9 shows a state in which only one battery 55 is loaded.
  • the battery 55 is also one of the heat generating components, and is devised so that the battery 55 is loaded in the space 56 having a high cooling effect and the temperature rise of the battery 55 is suppressed.
  • the battery 55 itself is a component having high mechanical strength and rigidity, and the strength and rigidity of the built-in component support 50 can be increased by firmly tightening and loading the battery 55 with a fastener.
  • the battery 55, the battery mounting space 53, and the fasteners also contribute as a frame strength securing member.
  • the reinforcing beam 13 of the upper frame is provided at a position shifted in front of the reinforcing beam 23 of the lower frame so that the lid can be opened and closed.
  • a mounting board for heat-generating components is disposed in surface contact with the bottom plate 51 in a lower layer of the battery mounting space 53.
  • a rotational speed control component (ESC: Electronic Speed Control) of the motor and a step-down distribution electrical machine are mounted on the mounting board.
  • the step-down voltage divider reduces and distributes the DC power supplied from the battery 55 to a voltage suitable for the drive voltage of the motor and the drive voltage of the control circuit.
  • the ESC and the step-down voltage divider generate high heat.
  • a suitable number of circuit boards 58 are arranged on the bottom plate 51 of the built-in component support 50 in front of the space 56.
  • a control circuit such as a flight controller, a signal processing circuit from various sensors, a communication circuit, and the like are mounted.
  • a 6-axis sensor which is a means for measuring the acceleration of the drone and calculating the speed by integrating the acceleration, is disposed on the back surface, that is, the lower surface side of the battery receiving plate constituting the battery mounting space 53.
  • the six-axis sensor includes an acceleration sensor that detects acceleration in three axial directions orthogonal to each other, and an angular velocity sensor that detects angular velocity of rotation around the three axes, for example, pitching, rolling, and yawing. Yes.
  • the position of the center of gravity of the drone with two batteries 55 loaded in the battery mounting space 53 is between the two batteries 55.
  • the rotational center of the drone attitude control by the rotation control of the four sets of motors that is, the horizontal line of the lift generated by the rotation of the four sets of motors is above the position of the center of gravity.
  • the battery 55 which is a fixed heavy object, is arranged below the horizon where lift is generated.
  • a drug tank 104 is disposed below the built-in component support 50 with a space 70 between the built-in component support 50 and the lower surface of the built-in component support 50. Since the medicine tank 104 stores the medicine to be sprayed, and the medicine is sprayed while flying over the field, the medicine tank 104 is a variable weight object.
  • the drug tank 104 that is a variable weight is disposed further below the center of gravity position of the drone, and is considered so that the influence of the change in weight on the attitude control of the drone is reduced.
  • GPS sensors 60, 60 are attached upward to the two second support arms 11, 12 constituting the upper frame.
  • the GPS sensors 60, 60 are constituted by, for example, an RTK antenna and an RTK-GPS (Real Time Kinematic-Global Positioning System) module.
  • the GPS sensors 60, 60 measure the absolute position of the drone, determine whether the measured position is, for example, a position according to a program, and rotate the drive motors so that the position is correct if the position is shifted. To control.
  • the GPS sensors 60, 60 are installed almost in the middle.
  • the installation positions of the GPS sensors 60 and 60 are between the front and rear propeller guards 41 and 42 and between the propeller guards 43 and 44, respectively, as viewed from the plane. Further, the second support arms 11 and 12 are in a position where the GPS sensors 60 and 60 are in the vicinity of the pillars 30 and 30 connecting the upper and lower frames, and are not easily vibrated. Therefore, the GPS sensors 60 and 60 are not easily affected by the vibrations of the drive motors, and can measure the position of the drone with high accuracy.
  • the built-in component support 50 is mounted with built-in components including heat generation components such as a motor rotation control component and a distribution machine.
  • the bottom plate 51 and the cover 52 constituting the built-in component support 50 are made of a heat conductive material, and heat generated from the heat generating component is transmitted to the built-in component support 50 and dissipated. Therefore, the built-in component support 50 is a main part that dissipates heat generated by the heat-generating component.
  • the bottom plate 51 of the built-in component support 50 is coupled to the reinforcing beam 23 of the lower frame made of a heat conductive material, and the reinforcing beam 23 is further coupled to the second support arms 21 and 22.
  • the cover 52 of the built-in component support 50 is also coupled to the reinforcing beam 13 of the upper frame made of a heat conductive material, and the reinforcing beam 13 is coupled to the second support arms 11 and 12. In this way, the heat generated in the built-in component is easily transmitted from the built-in component support 50 to the frame, and even if the heat dissipation by the built-in component support 50 is insufficient, the frame compensates for heat dissipation. It has a structure.
  • the built-in component support 50 is surrounded by a pair of front and rear propellers located on the left and right sides thereof. When each propeller is driven to rotate, a downflow of air is generated along the left and right side surfaces of the built-in component support 50. The downward flow of air flows at a relatively high speed in a substantially triangular space viewed from the plane direction defined by the left and right side surfaces of the built-in component support 50 and the front and rear propeller guards.
  • four propellers have a two-stage configuration, and it is known that the downflow is more concentrated and stronger than the one-stage propeller.
  • the position of the airflow is approximately 50% from the center of the propeller to the position of about 90%.
  • FIG. 9b) is a schematic view of FIG. 9a), and reference numeral 401 is a schematic view of the propeller in the above embodiment.
  • reference numeral 401 is a schematic view of the propeller in the above embodiment.
  • the wind speed in this cylindrical region 402 is 10 meters or more per second. . It is clear from experiments by the inventors that by placing a drug nozzle in this cylindrical area and spraying the drug, this cylindrical area can be said to be a protective wall and minimize unwanted drug scattering to the outside. It has become.
  • FIG. 9c) is obtained by adding a similar experimental result using a drone having a one-stage propeller as a reference diagram.
  • the cylindrical region where the air velocity is fast is not clear as compared with the case of the two-stage propeller configuration, and the concentration of the downflow and the strength of the downflow are inferior.
  • experiments by the inventor have shown that in the case of a one-stage propeller configuration, undesired scattering of the drug out of the field increases due to the influence of the swirling flow of the propeller.
  • the airflow reaching the crop is low in the sky where the speed is about 7 meters per second, typically about 75 centimeters from the top of the crop in the field. It is good to fly.
  • both side surfaces of the built-in component support body 50 and a part of the frame are positioned in the flow path of the downflow generated by the two-stage propeller in a concentrated manner at a high speed.
  • a downward flow flows along both side surfaces of the built-in component support body 50, both ends of the first support arms 10, 20, almost the entire second support arms 11, 12, 21, 22, reinforcing beams Both ends of 13 and 23 cross the downflow channel. Therefore, the heat transmitted from the built-in component support 50 itself and the built-in component support 50 to the frame is effectively dissipated, and the temperature rise of the built-in components is suppressed.
  • the drone While the drone is flying at a predetermined speed, the drone is cooled by the wind of the drone.
  • the operation mode of the drone there are a low-speed flight mode, a hovering mode, and the like, and in these operation modes, it is not possible to expect a cooling effect due to wind cutting.
  • the device for promoting the cooling is provided, and the temperature rise can be suppressed even in the low speed flight mode and the hovering mode.
  • a gap 70 is formed between the lower surface of the bottom plate 51 of the built-in component support 50 and the upper surface of the medicine tank 104.
  • the gap 70 serves as an air flow path, and is designed so that the medicine tank 104 does not hinder cooling of the built-in component support 50. Combined with these ideas, drone temperature rise can be effectively prevented.
  • a fin for accelerating cooling may be provided in a portion of the frame located in the flow path of the downward flow by the rotational drive of the propeller.
  • the cooling effect is enhanced, in the low-speed flight mode and the hovering mode, a certain temperature rise is inevitable.
  • an emergency cooling request is issued. If there is an emergency cooling request, increase the flight speed.
  • yaw rotation may be performed to increase the downflow.
  • the yaw rotation motion is a motion to change the direction of the drone, and this motion can also increase the amount of air in contact with the built-in component support 50, so that the temperature rise can be suppressed even in the low speed flight mode and the hovering mode. it can.
  • Acceleration and deceleration of individual propeller drive motors is necessary to perform various controls such as drone speed control, direction control, and attitude control with high accuracy.
  • a discharge resistor that consumes regenerative power from the propeller drive motor is used.
  • the discharge resistor consumes regenerative power by generating heat, and the propeller drive motor is quickly decelerated.
  • the discharge resistor may be disposed in contact with the built-in component support 50 made of the heat conductor.
  • the agricultural chemical spraying drone has been described as an example as an example of the present description.
  • the technical idea of the present invention is not limited to this and can be applied to all drones.

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Abstract

【課題】飛行体自体の構造を放熱に適した構造にすることにより、放熱のための付加部品を不要にした飛行体および飛行体のフレームを得る。 【解決手段】複数のプロペラ１０１－１ａ～１０１－４ｂを個別に回転駆動する複数のプロペラ駆動モーター１０２－１ａ～１０２－４ｂを有する飛行体。複数のプロペラ駆動モーターを支持する複数の支持アーム１０，１１，１２，２０，２１，２２が結合されてなるフレームと、熱伝導体からなり発熱部品を含む内臓部品を支持しフレームに結合されている内蔵部品支持体５０と、を有する。

Description

飛行体および飛行体のフレーム
　本発明は、一般にドローンと称されているものに代表される飛行体および飛行体のフレームに関するもので、特にフレームを利用した冷却構造に関するものである。
　ドローンと呼ばれる複数のプロペラを有する飛行体、特に無人の飛行体の産業分野での応用が進んでいる。圃場への農薬や液肥などの薬剤散布などを行う農業用ドローンは応用分野の一つである。
　産業用ドローンは、様々な環境条件の下で使用されることを想定して、プロペラの回転駆動用モーター、その駆動および制御回路、駆動電源であるバッテリーその他の構成部品が、防水、防塵のために閉鎖された空間に配置される。したがって、モーターをはじめとする構成部品から発せられる熱が閉鎖空間にこもって温度が上昇し、前記構成部品が過熱しやすい構造になっている。
　農業用ドローンなどの産業用ドローンは、薬剤などの荷物を積載するため、荷物の荷重に耐えうる推力を発生することができるように比較的大型のドローンが用いられ、これに荷物の荷重が加わるため、重量が重くなる。重量の重いドローンは、安全性の観点から速度が制限され、低速で飛行する。低速で飛行するドローンは空冷効果が乏しく、前記産業用ドローンのように構成部品の温度が上昇しやすい構造になっていると、冷却のための工夫が求められる。
　特許文献１に飛行体の冷却システムが記載されている。この冷却システムは、熱制御対象の放熱面にヒートシンクを設けて、熱の放散を促進するもので、ドローンを想定したものではない。
　ドローンにおいても、冷却のためにヒートシンクやフィンを設け、その他、排熱ダクト、ディフーザーなどを用いることが考えられる。しかし、冷却のために上に記したような部品を付加すると、その分、ドローンの重量が増えることになり、構造も複雑になる。ドローン本来の構造自体が放熱を促進するのに適した構造になっていることが望ましい。
　また、ドローンのフレーム構造に放熱性、さらには制振性があり、軽量化と強度確保を両立させ、さらには飛行時の姿勢を安定化させることができれば理想的である。
　本願発明の解決課題に関連し、あるいは、本願発明の構成に関連のある技術を開示する文献として、特許文献２、特許文献３がある。
　特許文献２記載の発明は、ドローン用飛行安全フレームに関するもので、壁枠、クロスビーム並びに支持脚がすべて繊維強化プラスチックの管材からなっている。前記安全フレームは、ドローン自体およびドローンが接触した場合の対象物の安全を確保するために、ドローンの機体に付加されるものである。したがって、前記安全フレームとは別にドローンの機体がある。
　特許文献３記載の発明は、無人飛行体において、飛行中の機体から計測装置に向かう振動を低減させることを解決課題とするものである。具体的には、計測ユニットを構成するレーザースキャナを支持する一対の支持フレームと、一対の支持フレーム同士を連結して飛行ユニットに取り付ける一対の連結フレームを有する。レーザースキャナと支持フレームとの間、支持フレームと連結フレームとの間には、それぞれ剛性の異なる繊維強化樹脂製のプレートが介在している。
特開２０１０－２０８４８８号公報 特許第６２４５５６６号公報 特開２０１７－１９３２５１号公報
　特許文献１に記載されている冷却システムは、複数のプロペラを個別に回転駆動する複数のプロペラ駆動モーターを有するドローンのような飛行体を想定しておらず、ドローンの冷却システムに適用することはできない。
　特許文献２および特許文献３には、飛行体の発熱部品から発せられる熱を放散するための構造に関しては記載されていない。
　本発明は、飛行体自体の構造を放熱に適した構造にすることにより、放熱のための付加部品を不要にした飛行体および飛行体のフレームを得ることを目的とする。
　本発明は、
　複数のプロペラを個別に回転駆動する複数のプロペラ駆動モーターを有する飛行体であって、
　前記複数のプロペラ駆動モーターを支持する複数の支持アームが結合されてなるフレームと、
　熱伝導体からなり発熱部品を含む内蔵部品を支持し前記フレームに結合されている内蔵部品支持体と、
を有することを最も主要な特徴とする。
　本発明によれば、発熱部品が発する熱は、熱伝導体からなる内蔵部品支持体に伝わって放熱され、さらにフレームに伝わって放熱されるため、放熱効果が高く、内蔵部品を高熱から保護することができる。
本願発明に係る飛行体の実施例を示す斜視図である。 前記実施例の平面図である。 前記実施例の正面図である。 前記実施例の右側面図である。 前記実施例の底面図である。 前記実施例を、プロペラを除去した状態で示す平面図である。 前記実施例を、プロペラを除去した状態で示す正面図である。 前記実施例を、プロペラを除去した状態で示す右側面図である。 前記実施例の主要部分を拡大して示す斜視図である。 飛行体において各プロペラを回転駆動したときに発生する下降流のシミュレーション結果を示すもので、ａ）は本実施例のシミュレーション結果を示す線図、ｂ）は上記シミュレーション結果を示す模式図、ｃ）は一段構成のプロペラの場合に発生する下降流のシミュレーション結果を示す参考図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明に係る飛行体（以下「ドローン」という）の実施形態について説明する。図はすべて例示である。なお、本明細書において、ドローンとは、動力方式や操縦方式を問わず、複数の回転翼または飛行手段を有する飛行体全般を指すこととする。動力方式としては、電力によるもの、内燃機関などの原動機によるものなどがある。操縦方式としては、無線または有線によるもの、および、自律飛行型あるいは手動操縦型などがある。
　［ドローン全体の構成］
　図１乃至図５において、ドローンは、４か所の上下にローターとも呼ばれるプロペラ１０１－１ａ、１０１－１ｂ、１０１－２ａ、１０１－２ｂ、１０１－３ａ、１０１－３ｂ、１０１－４ａ、１０１－４ｂを有する。これらのプロペラは、ドローンを飛行させるための手段であり、飛行の安定性、機体サイズ、および、バッテリー消費量のバランスを考慮し、２段構成のプロペラが４組、合計８機備えられている。４組のプロペラの回転中心は平面視において長方形の角に位置している。プロペラ１０１－２ａ、１０１－４ａ側がドローンの進行方向前側になっている。
　上記各プロペラは、プロペラ駆動モーター（以下単に「モーター」という場合もある）１０２－１ａ、１０２－１ｂ、１０２－２ａ、１０２－２ｂ、１０２－３ａ、１０２－３ｂ、１０２－４ａ、１０２－４ｂによって個別に回転駆動される。１組の上下のプロペラ、例えば１０１－１ａと１０１－１ｂは、ドローンの飛行の安定性等のために軸が同一直線上にあり、かつ、モーター１０２－１ａと１０２－１ｂにより、互いに反対方向に回転される。各組の上下のプロペラは互いに反対方向に回転駆動されることによりともに下降流を発生させ、ドローンを上昇させる向きの推力を発生させる。他の組の上下のプロペラも同様に構成され、同様に推力を発生させる。
　図示の実施形態は農業用のドローンであり、薬剤を下方に向けて散布するための４つの薬剤ノズル１０３－１、１０３－２、１０３－３、１０３－４が備えられている。本明細書において、薬剤とは、農薬、除草剤、液肥、殺虫剤、種、および、水などの圃場に散布される液体または粉体を一般的に指す。
　ドローンは、散布される薬剤を収容するための薬剤タンク１０４を有している。薬剤タンク１０４は、重量バランスの観点からドローンの重心に近い位置でかつ重心より低い位置に設けられている。薬剤タンク１０４の下側にはポンプ１０６が取り付けられ、ポンプ１０６は薬剤ホース１０５につながっている。薬剤ホース１０５は、ドローンの進行方向前側下部に、ドローンのほぼ幅方向全体にまたがって直線状に伸びている。薬剤ホース１０５にはその長さ方向に一定間隔で４個の薬剤ノズル１０３－１、１０３－２、１０３－３、１０３－４が配置されている。ポンプ１０６が作動することにより、薬剤タンク１０４内の薬剤が各薬剤ノズルから吐出され、圃場に散布される。
　［フレームの構成］
　次に、図６乃至図９も併せて参照しながら、実施形態に係るドローンのフレーム構成および内蔵部品支持体５０の構成を詳細に説明する。ドローンのフレームは互いに一体に結合され、かつ、前記複数のプロペラ駆動モーターを支持する複数の支持アームで構成されている。複数の支持アームで構成されるフレームは、上下に所定の間隔をおいて一体に結合された一対のフレームからなる。
　上側のフレームを構成する前記複数の支持アームは、両端部においてそれぞれプロペラ駆動モーターを支持する一つの第１支持アーム１０と、第１支持アーム１０から延びた二つの第２支持アーム１１，１２とを有してなる。第２支持アーム１１，１２は、第１支持アーム１０の長さ方向の途中から斜めに対称形に、かつ、先端部が互いに広がる方向に伸びている。
　第２支持アーム１１，１２は、長さ方向の途中において補強梁１３によって結合されている。補強梁１３は第１支持アーム１０と平行になっていて、第１支持アーム１０と第２支持アーム１１，１２と補強梁１３とで、平面視で台形状に形成され、いわゆるトラス構造に近い構造になっている。フレームは、トラス構造に近い構造になっていることにより、比較的簡単な構成でありながら、機械的強度を高めることができる。第１支持アーム１０、第２支持アーム１１，１２および補強梁１３は、同一平面内に位置するように、適宜の結合部材を介して結合されている。
　第１支持アーム１０の両端部においてそれぞれモーター１０２－２ａ、１０２－４ａが支持されている。モーター１０２－２ａ、１０２－４ａの回転出力軸にはそれぞれプロペラ１０１－２ａ、１０１－４ａが取り付けられていて、各プロペラが上記各モーターによって個別に回転駆動される。第２支持アーム１１，１２の各先端部で上記モーターとは別のモーター１０２－１ａ、１０２－３ａが支持されている。モーター１０２－１ａ、１０３－３ａの回転出力軸にはそれぞれプロペラ１０１－１ａ、１０１－３ａが取り付けられていて、各プロペラが上記各モーターによって個別に回転駆動される。
　下側のフレームも上側のフレームとほぼ同様の構造になっている。下側のフレームは、両端部においてそれぞれプロペラ駆動モーターを支持する一つの第１支持アーム２０と、第１支持アーム２０から延びた二つの第２支持アーム２１，２２とを有してなる。第２支持アーム２１，２２は、第１支持アーム２０の長さ方向の途中から斜めに対称形に、かつ、先端部が互いに広がる方向に伸びている。第１支持アーム２０および第２支持アーム２１，２２は同一平面内に位置するように、適宜の結合部材を介して結合されている。
　上下のフレームは、互いに平行をなすように適宜数の柱の介在の下に結合されている。上下一対の第２支持アーム１１，２１および別の一対の第２支持アーム１２，２２は、長さ方向の中間部でそれぞれ柱３０，３０によって適宜の結合部材を介して結合されている。また、上下一対の第１支持アーム１０，２０は、上側の第２支持アーム１１，２１との結合部付近と、下側の第２支持アーム１２，２２との結合部付近において、それぞれ柱３１，３１によって適宜の結合部材を介して結合されている。
　一対の柱３０，３０は、上下方向下寄りの位置において補強梁２３によって結合されている。補強梁２３は、第１支持アーム２０と第２支持アーム２１，２２からなる下側のフレームの補強梁でもあり、上下のフレーム全体の補強梁としても機能する。補強梁１３は第１支持アーム１０と平行になっていて、第１支持アーム１０と第２支持アーム１１，１２と補強梁１３とで、平面視で台形状に形成され、いわゆるトラス構造に近い構造になっている。
　上下のフレームを構成する前記第１支持アーム、第２支持アーム、補強梁、上下のフレームを結合する柱は、パイプ状の部材である。また、フレームを構成する上記の部材、少なくとも第１支持アーム、第２支持アームおよび補強梁の素材は、熱伝導素材、例えばアルミニウム合金または炭素繊維複合材からなる。炭素繊維複合材としては、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、炭素繊維強化炭素複合材料などがある。フレームを構成する部材の素材がアルミニウム合金または炭素繊維複合材などからなり、かつ、パイプ状の部材であることによって、フレームに必要な強度を持たせながらフレームの軽量化を図ることができる。また、後で詳細に説明するように、放熱効果を高めることができる。
　［プロペラガード］
　上下一対の第２支持アーム１１，２１の先端部で支持されているプロペラ１０１－１ａ、１０１－１ｂは、プロペラガード４１によって囲まれ、プロペラガード４１内で回転する。プロペラガード４１は、上下一対の円環状の枠と、これらの枠を一定の間隔をおいて平行に結合する柱状の介在部材と、上下の枠の中心位置にあるハブと、上下それぞれの枠とハブとを結合する複数のスポークと、を有してなる。上下のハブは、その中心をプロペラ１０１－１ａ、１０１－１ｂの回転中心に一致させて第２支持アーム１１，２１の先端部に結合されている。
　上下一対の第１支持アーム１０，２０の正面から見て右側の端部で支持されているプロペラ１０１－２ａ、１０１－２ｂは、プロペラガード４２によって囲まれ、プロペラガード４２内で回転する。
　上下一対の第２支持アーム１２，２２の先端部で支持されているプロペラ１０１－３ａ、１０１－３ｂは、プロペラガード４３によって囲まれ、プロペラガード４３内で回転する。
　上下一対の第１支持アーム１０，２０の正面から見て左側の端部で支持されているプロペラ１０１－４ａ、１０１－４ｂは、プロペラガード４４によって囲まれ、プロペラガード４４内で回転する。
　各プロペラガード４２，４３，４４は、プロペラガード４１と同様に構成されている。すなわち、各プロペラガード４２，４３，４４は、上下一対の円環状の枠と、これらの枠を平行に結合する複数の柱状の介在部材と、上下の枠の中心位置にあるハブと、上下それぞれの枠とハブとを結合する複数のスポークと、を有してなる。プロペラガード４２は、その上下のハブが第１支持アーム１０，２０の正面から見て右側の端部に結合されている。プロペラガード４３は、その上下のハブが第２支持アーム１２，２２の先端部に結合されている。プロペラガード４４は、その上下のハブが第１支持アーム１０，２０の正面から見て左側の端部に結合されている。
　ドローンの右後ろに位置するプロペラ１０１－１ａ、１０１－１ｂと、右前に位置するプロペラ１０１－２ａ、１０１－２ｂとの間隔は狭く、これらのプロペラガード４１，４２を構成する円環状の枠が接触している。ドローンの左後ろに位置するプロペラ１０１－３ａ、１０１－３ｂと、左前に位置するプロペラ１０１－４ａ、１０１－４ｂとの間隔も狭く、これらのプロペラガード４３，４４を構成する円環状の枠が接触している。
　各プロペラガード４１，４２，４３，４４を構成する前記枠、ハブおよびスポークは熱伝導素材からなっていることが望ましい。少なくともプロペラガード４１，４２，４３，４４上下の面に格子状に配置されているスポークは熱伝導素材からなっていることが望ましい。
　ドローンの前後に位置するプロペラ相互の間隔に対して左右に位置するプロペラ相互の間隔は広くなっている。すなわち、ドローンの左右に位置するプロペラ１０１－４ａ、１０１－４ｂとプロペラ１０１－２ａ、１０１－２ｂとの間隔およびプロペラ１０１－３ａ、１０１－３ｂとプロペラ１０１－１ａ、１０１－１ｂとの間隔は広くなっている。これらのプロペラガード４４と４２および４３，４１は互いに離間している。
　［内蔵部品支持体］
　平面視において、４組の各プロペラ１０１－１ａ、１０１－１ｂと、１０１－２ａ、１０１－２ｂと、１０１－３ａ、１０１－３ｂおよび１０１－４ａ、１０１－４ｂの回転中心を結ぶ線は横長の長方形になっている。前後に並ぶ左側のプロペラガード４３，４４と前後に並ぶ右側のプロペラガード４１，４２との間には空間があり、この空間に、電源電池、制御回路、モーター駆動回路などの内蔵部品を支持する内蔵部品支持体５０が配置されている。
　内蔵部品支持体５０は、扁平な皿状の底板５１と、底板５１の上に被せられたカバー５２を有してなる。底板５１およびカバー５２は、アルミニウム合金または炭素繊維複合材などの熱伝導体からなる。底板５１とカバー５２で囲まれた内部空間が、電源電池、モーター駆動回路、制御回路などの内蔵部品を組み込む空間になっている。内蔵部品支持体５０は、前後方向に長く、進行方向前端の平面形状は半円形である。
　内蔵部品支持体５０は、左右の前記プロペラおよび左右のプロペラガード４１，４２と４３，４４との間に生じている空間に、かつ、上下の補強梁１３，２３の間に配置されている。内蔵部品支持体５０を構成する底板５１は下側の補強梁２３に結合部材を介して結合されている。上記結合部材は熱伝導性の良好な素材からなる板状の部材で、補強梁２３をほぼ半周にわたって抱え込むとともに、両側縁部が底板５１の底面に面接触した状態で締結されている。
　内蔵部品支持体５０を構成するカバー５２は上側の補強梁１３に結合部材５９を介して結合されている。結合部材５９も熱伝導性の良好な素材からなる板状の部材で、補強梁１３をほぼ半周にわたって巻き込むとともに、両側縁部がカバー５２の上面に面接触した状態で締結されている。
　図９は、内蔵部品支持体５０の内部空間における部品配置の概要を示す。内蔵部品支持体５０内の後ろ側（図９において斜め右下側）の約半分の空間５６は、上下の補強梁１３，２３に近く、冷却効果の高い空間になっている。この空間５６は上下に層状に区分されていて、上層部分には電池装着空間５３が設けられている。電池装着空間５３には、二次電池すなわち充電可能な電池５５を２個平行に並べて配置できるように、電池受け板と、適宜の締め具を備えている。
　図９は１個の電池５５のみが装填されている状態を示す。電池５５も発熱部品の一つであり、冷却効果の高い上記空間５６に電池５５を装填して、電池５５の温度上昇を抑制するように工夫されている。電池５５自体が機械的強度および剛性の高い部品であり、電池５５を締め具によって強固に締め付けて装填することにより、内蔵部品支持体５０の強度および剛性を高めることができる。電池５５、電池装着空間５３および上記締め具は、フレームの強度確保部材としても貢献している。
　前記カバー５２の後ろ側の約半分は、電池装着空間５３に電池５５を着脱することができるように、開閉可能な蓋になっている。上側のフレームの補強梁１３は、上記蓋の開閉を可能にするために、下側のフレームの補強梁２３よりも前側に位置をずらして設けられている。
　前記空間５６には、電池装着空間５３の下側の層に、発熱部品の実装基板が前記底板５１に面接触させて配置されている。前記実装基板には、前記モーターの回転速度制御部品（ＥＳＣ：Electronic Speed Control）や、降圧分電機が実装される。降圧分電機は、電池５５から供給される直流電源を、前記モーターの駆動電圧や制御回路の駆動電圧に適した電圧に降圧して分配する。上記ＥＳＣや降圧分電機は高熱を発する。
　内蔵部品支持体５０の底板５１には、前記空間５６よりも前側において適宜数の回路基板５８が配置されている。これらの回路基板５８には、フライトコントローラーなどの制御回路、各種センサー類からの信号の処理回路、通信回路などが実装されている。
　電池装着空間５３を構成する前記電池受け板の裏面すなわち下面側には、ドローンの加速度を測定し、さらに、加速度の積分により速度を計算する手段である６軸センサーが配置されている。６軸センサーは、互いに直交する３つの軸方向における加速度をそれぞれ検出する加速度センサーと、上記３つの軸を中心とする回転、例えばピッチング、ローリングおよびヨーイングの角速度をそれぞれ検出する角速度センサーを有している。
　電池装着空間５３に２個の電池５５を装填した状態でのドローンの重心位置は、２個の電池５５の間にある。一方、４組のモーターの回転制御によるドローンの姿勢制御の回転中心、すなわち、４組のモーターの回転により生じる揚力の水平線は、重心位置よりも上側にある。換言すれば、揚力発生の水平線よりも下に固定重量物である電池５５を配置する構成になっている。
　重心位置と揚力発生の水平線の位置関係を上記のように設定することにより、ドローンの姿勢の安定性と、姿勢制御に必要なエネルギーの省力化を図ることができる。
　内蔵部品支持体５０の下方には、内蔵部品支持体５０の下面との間に空間７０をおいて薬剤タンク１０４が配置されている。薬剤タンク１０４は散布する薬剤を収容するものであり、薬剤は圃場の上を飛行しながら散布されるものであるから、薬剤タンク１０４は変動重量物である。変動重量物である薬剤タンク１０４は、ドローンの重心位置よりもさらに下方に配置されていて、重量の変動がドローンの姿勢制御に与える影響が少なくなるように考慮されている。
　［ＧＰＳセンサー］
　前記上側のフレームを構成する二つの第２支持アーム１１，１２にはＧＰＳセンサー６０，６０が上向きに取り付けられている。ＧＰＳセンサー６０，６０は、例えばＲＴＫアンテナおよびＲＴＫ－ＧＰＳ（Real Time Kinematic - Global Positioning System）モジュールにより構成されている。ＧＰＳセンサー６０，６０は、ドローンの絶対位置を計測し、計測した位置が例えばプログラム通りの位置であるかどうかを判定し、位置がずれていれば正しい位置になるように前記各駆動モーターの回転を制御する。
　ＧＰＳセンサー６０，６０が振動すると、ドローンの絶対位置計測精度が低下し、位置制御の制度も低下する。そこで図示の実施例では、振動源である前記各駆動モーターの振動の影響を受けないように、前記各駆動モーターから最大限離れた位置である前記第２支持アーム１１，１２の長さ方向のほぼ中間部にＧＰＳセンサー６０，６０を設置している。
　上記ＧＰＳセンサー６０，６０の設置位置は、平面方向から見てそれぞれ前後のプロペラガード４１，４２の間と、プロペラガード４３，４４の間にある。また、ＧＰＳセンサー６０，６０上下のフレームを結合する柱３０，３０の近傍にあって、第２支持アーム１１，１２が振動しにくい位置にある。よって、ＧＰＳセンサー６０，６０は前記各駆動モーターの振動の影響を受けにくく、ドローンの位置を高い精度で計測することができる。
　［フレームの冷却効果］
　以上説明した飛行体およびそのフレームの構成によれば、以下のような冷却効果を得ることができる。
　内蔵部品支持体５０には、モーターの回転制御部品や分電機といった発熱部品を含む内蔵部品が実装されている。内蔵部品支持体５０を構成する底板５１、カバー５２は熱伝導素材からなり、前記発熱部品から発せられる熱は内蔵部品支持体５０に伝達されて放散される。したがって、内蔵部品支持体５０は、発熱部品で生じた熱を放散する主要な部分になっている。
　さらに、内蔵部品支持体５０の底板５１は熱伝導素材からなる下側のフレームの補強梁２３に結合され、補強梁２３はさらに第２支持アーム２１，２２に結合されている。内蔵部品支持体５０のカバー５２も、熱伝導素材からなる上側のフレームの補強梁１３に結合され、補強梁１３は第２支持アーム１１，１２に結合されている。このように、内蔵部品で生じる熱が、内蔵部品支持体５０からフレームに伝達されやすい構造になっていて、内蔵部品支持体５０による熱放散が不足しているとしても、フレームが熱放散を補う構造になっている。
　内蔵部品支持体５０は、その左右に位置している前後一対のプロペラによって囲まれている。各プロペラが回転駆動されると、内蔵部品支持体５０の左右両側面に沿って空気の下降流が生じる。空気の下降流は、内蔵部品支持体５０の左右両側面と前後のプロペラガードで画される平面方向から見たほぼ三角形状の空間を比較的高速で流れる。
　本実施例は、４か所のプロペラが上下２段構成になっており、一段構成のプロペラよりも、下降流が集中的にかつ強い下降流が生じることがわかっている。図９ａ）に示すように、二段構成のプロペラの下では、上から見てプロペラの中心から半径のおよそ５０％の距離にある位置からおよそ９０％の位置に至るまでの間に特に気流の速度が速い円筒状の領域が存在する。
　図９ｂ）は図９ａ）を模式化した図であり、符号４０１は、前記実施例におけるプロペラを模式化したものである。典型的な設計数値として、プロペラの直径が７０センチメートル、回転速度が毎分２，０００回転、機体重量が２０キログラムの場合に、この円筒状の領域４０２での風速は毎秒１０メートル以上である。この円筒状の領域に薬剤ノズルを置いて薬剤を散布することにより、この円筒状の領域がいわば保護壁となって、その外部への好ましくない薬剤飛散を最小化できることが発明者の実験により明らかになっている。
　なお、図９ｃ）は、プロペラが一段構成のドローンによる同様の実験結果を参考図として付加したものである。一段のプロペラ構成では、気流の速度が速い円筒状の領域が二段のプロペラ構成の場合と比較して明確ではなく、下降流の集中度および下降流の強さが劣る。また、発明者による実験では、一段のプロペラ構成の場合には、プロペラの旋回流の影響によりかえって薬剤の圃場外への好ましくない飛散が増すことが明らかになっている。
　したがって、本願発明の効果を最大化するためには、二段のプロペラ構成のドローンを使用することが望ましい。さらに、二段のプロペラ構成を使用することで、気流の乱れを削減し、風速を維持できるため、圃場の作物の株元にも薬剤を効果的に散布できるという副次的効果も得られる。前記実施例に係るドローンのプロペラが作る気流を積極的に利用するためには、作物に到達する気流が秒速７メートル程度となるような低空、典型的には圃場の作物上部から約７５センチメートルを飛行させるとよい。
　以上説明したように、本実施例において二段構成のプロペラによって集中的に、かつ、高速度で生じる下降流の流路に、内蔵部品支持体５０の両側面およびフレームの一部が位置している。より具体的には、内蔵部品支持体５０の両側面に沿って下降流が流れ、第１支持アーム１０，２０の両端部、第２支持アーム１１，１２，２１，２２のほぼ全体、補強梁１３，２３の両端部が下降流の流路を横切っている。そのため、内蔵部品支持体５０自体および内蔵部品支持体５０からフレームに伝達される熱が効果的に放散され、内蔵部品の温度上昇が抑制される。
　ドローンが所定の速度で飛行中は、ドローンの風切りによってドローン全体が冷却される。しかし、ドローンの動作モードでは、低速飛行モードやホバリングモードなどがあり、これらの動作モードでは、風切による冷却効果を期待することはできない。しかし、本発明の実施例によれば、上に述べたように冷却を促進するための工夫が施されており、低速飛行モードやホバリングモードでも温度の上昇を抑制することができる。
　また、図４、図８などからわかるように、内蔵部品支持体５０の底板５１の下面と薬剤タンク１０４の上面との間には一定間隔の間隙７０が形成されている。この間隙７０は空気の流路となっていて、薬剤タンク１０４が内蔵部品支持体５０の冷却の妨げにならないように工夫されている。このような工夫も相まって、ドローンの温度上昇を効果的に防止することができる。
　［他の実施例］
　プロペラの回転駆動による前記下降流の流路に位置するフレームの部分には、冷却を促進するためのフィンを設けるとよい。
　本発明の実施例によれば冷却効果が高まるとはいえ、前記低速飛行モードやホバリングモードでは、ある程度の温度上昇は避けられない。低速飛行モードやホバリングモードにおいて温度が所定の温度以上に上昇したときは、緊急冷却要求を発する。緊急冷却要求があった場合、飛行速度を上げる。飛行速度を上げるにはプロペラの回転速度を上げる必要があり、回転速度を上げることにより前記下降流を増加させ、冷却効果を高めることができる。飛行速度を上げることにより、内蔵部品支持体５０の風切による冷却効果も得ることができる。
　上記緊急冷却要求があった場合、ヨー回転運動を行わせて前記下降流を増加させてもよい。ヨー回転運動はドローンの向きを変える運動であり、この運動によって内蔵部品支持体５０に接する空気の量を増加させることもできるため、低速飛行モードやホバリングモードにおいても、温度上昇を抑制することができる。
　ドローンの速度制御、方向制御、姿勢制御などの各種制御を精度よく行うためには、個々のプロペラ駆動モーターの加速および減速を迅速に行う必要がある。プロペラ駆動モーターの減速を迅速に行うために、プロペラ駆動モーターからの回生電力を消費するディスチャージ抵抗が用いられる。ディスチャージ抵抗は発熱することによって回生電力を消費し、プロペラ駆動モーターを迅速に減速する。ディスチャージ抵抗が発する熱を効率よく放散させるために、ディスチャージ抵抗は前記熱伝導体からなる内蔵部品支持体５０に接触させて配置するとよい。
　以上、本説明の実施例として、農業用薬剤散布ドローンを例に挙げて説明したが、本発明の技術的思想はこれに限られるものではなく、ドローン全般に適用可能である。
　１０　　第１支持アーム
　１１　　第２支持アーム
　１２　　第２支持アーム
　１３　　補強梁
　２０　　第１支持アーム
　２１　　第２支持アーム
　２２　　第２支持アーム
　２３　　補強梁
　３０　　柱
　３１　　柱
　４１～４４　　プロペラガード
　５０　　内蔵部品支持体
　５１　　底板
　５２　　カバー
　５３　　電池装着空間
　５３　　添え部材
　６０　　ＧＰＳセンサー
 

Claims (20)

  1. 　複数のプロペラを個別に回転駆動する複数のプロペラ駆動モーターを有する飛行体であって、
    　前記複数のプロペラ駆動モーターを支持する複数の支持アームが結合されてなるフレームと、
    　熱伝導体からなり発熱部品を含む内蔵部品を支持し前記フレームに結合されている内蔵部品支持体と、
    を有する飛行体。
  2. 　前記フレームは熱伝導素材からなる請求項１記載の飛行体。
  3. 　前記熱伝導素材は、アルミニウム合金または炭素繊維複合材である請求項２記載の飛行体。
  4. 　前記熱伝導体は、アルミニウム合金または炭素繊維複合材からなる請求項１乃至３のいずれかに記載の飛行体。
  5. 　前記発熱部品は、前記各プロペラ駆動モーターの回転制御部品である請求項１乃至４のいずれかに記載の飛行体。
  6. 　前記発熱部品は、電源から前記各プロペラ駆動モーターを含む回路部品に電力を分配する分電機である請求項１乃至５のいずれかに記載の飛行体。
  7. 　前記熱伝導体に結合されている前記フレームの一部は、前記プロペラの回転駆動によって生じる下降流の通路に位置している請求項１乃至６のいずれかに記載の飛行体。
  8. 　前記プロペラは、平面視において前後左右の計４か所に配置され、前後のプロペラは接近し、左右のプロペラは離間して、前記左右のプロペラの間に前記内臓部品を支持した熱伝導体が配置されている請求項１乃至７のいずれかに記載の飛行体。
  9. 　前記前後のプロペラと前記熱伝導体との間に生じている空間が、前記プロペラの回転駆動によって生じる下降流の通路になっている請求項８記載の飛行体。
  10. 　平面視において前後左右の計４か所に配置されている前記プロペラおよび前記プロペラ駆動モーターは、上下に対をなして配置され、前記フレームで前記プロペラ駆動モーターが支持されている請求項８または９記載の飛行体。
  11. 　前記各プロペラはプロペラガードによって囲まれ、前記プロペラガードは熱伝導素材からなる請求項１乃至１０のいずれかに記載の飛行体。
  12. 　前記プロペラガードは上下の面に格子を有し、前記格子は熱伝導素材からなる請求項１０記載の飛行体。
  13. 　前記プロペラ駆動モーターからの回生電力を消費するディスチャージ抵抗を有し、前記ディスチャージ抵抗は前記熱伝導体に接触している請求項１乃至１２のいずれかに記載の飛行体。
  14. 　前記下降流の通路にある前記フレームの部分にはフィンが設けられている請求項７記載の飛行体。
  15. 　緊急冷却要求があった場合、飛行速度を上げて前記下降流を増加させる請求項７、９または１４記載の飛行体。
  16. 　緊急冷却要求があった場合、ヨー回転運動を行わせて前記下降流を増加させる請求項７、９または１４記載の飛行体。
  17. 　複数のプロペラを個別に回転駆動する複数のプロペラ駆動モーターを支持する飛行体のフレームであって、
    　両端部においてそれぞれ前記プロペラ駆動モーターを支持する一つの第１支持アームと、前記第１支持アームの長さ方向の途中から斜めに対称形に伸びる二つの第２支持アームと、前記二つの第２支持アームを長さ方向の途中で連結する補強梁とを有してなり、
    　前記二つの第２支持アームはそれぞれの先端部が広がる方向に前記第１支持アームから延びていて、
    　前記二つの第２支持アームの各先端部で、前記第１支持アームの両端部で支持するプロペラ駆動モーターとは別のプロペラ駆動モーターを支持する、
    飛行体のフレーム。
  18. 　前記フレームは上下に対をなし、上下の前記フレームが柱によって結合され、上下の前記フレームによって前記複数のプロペラ駆動モーターを支持する請求項１７記載の飛行体のフレーム。
  19. 　前記フレームは熱伝導素材からなる請求項１７または１８記載の飛行体のフレーム。
  20. 　前記熱伝導素材は、アルミニウム合金または炭素繊維複合材である請求項１９記載の飛行体のフレーム。
     
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