WO2023224090A1

WO2023224090A1 - 飛行装置

Info

Publication number: WO2023224090A1
Application number: PCT/JP2023/018568
Authority: WO
Inventors: 満石川
Original assignee: 株式会社石川エナジーリサーチ
Priority date: 2022-05-20
Filing date: 2023-05-18
Publication date: 2023-11-23
Also published as: JP7178755B1; JP2023171186A

Abstract

構成機器を効果的に冷却することができることを可能とする飛行装置を提供する。　飛行装置１０は、機体ベース１４と、電源部と、機体ベース１４から周囲に向かって伸びるアーム１１と、アーム１１の端部側に配設されたロータ１２と、ロータ１２を回転駆動するモータ１７と、電源部からモータ１７に供給される電力を変換する電力変換部１９と、を具備する。電力変換部１９は、ロータ１２の回転範囲２４の下方において、アーム１１に備えられる。

Description

飛行装置

　本発明は、飛行装置に関し、特に、軽量化および高剛性化が図られた機体ベース部を有する飛行装置に関する。

　従来から、無人で空中を飛行することが可能な飛行装置が知られている。このような飛行装置は、垂直軸回りに回転駆動するロータの推力で、空中を飛行することが可能とされている。

　飛行装置の適用分野としては、例えば、輸送分野、測量分野および撮影分野等が考えられる。このような分野に飛行装置を適用させる場合は、測量機器や撮影機器を飛行装置に備え付ける。飛行装置を係る分野に適用させることで、人が立ち入れない地域に飛行装置を飛行させ、そのような地域の輸送、撮影および測量を行うことができる。係る飛行装置に関する発明は、例えば、特許文献１に記載されている。

　特許文献１を参照すると、機体に複数のアーム部が配備されており、各アーム部の外側端部に、モータと回転翼が設置されている。また、係る飛行装置は、中心部に機体ベースが配置され、この機体ベースから周囲にアームが伸び、アームの先端部にモータおよびロータが配置されている。

特開２０１８－１２２６７４号公報

　しかしながら、上記した文献に記載された飛行装置では、構成機器を効果的に冷却する観点から改良の余地があった。

　即ち、飛行装置は、電源から供給される電力の周波数や電圧を変換するための電力変換部を有する。飛行装置の飛行時において、電力変換部からは大きな熱エネルギが発生するが、電力変換部を効果的に冷却することは簡単ではない。電力変換部の冷却が十分で無い場合、電力変換部が過熱状態になり、電力変換部による周波数変換を効果的に行えない恐れがある。

　本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、構成機器を効果的に冷却することができる飛行装置を提供することにある。

　本発明の飛行装置は、機体ベースと、電源部と、前記機体ベースから周囲に向かって伸びるアームと、前記アームの端部側に配設されたロータと、前記ロータを回転駆動するモータと、前記電源部から前記モータに供給される電力を変換する電力変換部と、を具備し、前記電力変換部は、前記ロータの回転範囲の下方において、前記アームに備えられることを特徴とする。

　また、本発明の飛行装置では、前記アームは、軸方向に沿って伸びる内部空間を有し、前記電力変換部は、前記内部空間に収納されることを特徴とする。

　また、本発明の飛行装置では、前記アームは、周囲に向かって伸びる略筒形状を呈し、前記電力変換部は、前記アームの内面に当接し、前記アームの内面であって、前記電力変換部が当接する部分は、平坦面とされることを特徴とする。

　また、本発明の飛行装置では、前記電源部は、交流電力を発生させる発電機を有し、前記電力変換部は、前記交流電力を直流電力に変換するコンバータ部と、前記直流電力を所定の周波数の前記交流電力に変換するインバータ部と、を有することを特徴とする。

　また、本発明の飛行装置では、前記アームの前記電力変換部が当接する部分は、前記アームの他部分よりも肉厚とされることを特徴とする。

　また、本発明の飛行装置では、前記アームは、上側肉薄部と、下側肉薄部と、前記上側肉薄部と前記下側肉薄部との間に配設された肉厚部と、を有し、前記電力変換部は、前記肉厚部の内側面に当接するように配置されることを特徴とする。

　また、本発明の飛行装置では、前記アームの下端側を、上方に向かって連続して突出させた下側突出部を更に具備することを特徴とする。

　また、本発明の飛行装置では、前記アームの上端側を、下方に向かって連続して突出させた上側突出部を更に具備することを特徴とする。

　また、本発明の飛行装置では、前記電力変換部の外側端部と、前記機体ベースが前記アームに接続する部分との距離は、前記アームの長さの２／３以下であることを特徴とする。

　また、本発明の飛行装置では、前記ロータは、上側ロータと下側ロータとを有し、前記電力変換部は、前記上側ロータおよび前記下側ロータに対応して設けられ、全ての前記電力変換部が前記アームに内蔵されることを特徴とする。

　また、本発明の飛行装置では、前記電力変換部どうしは、前記ロータの回転範囲の下方において、離間して配置されることを特徴とする。

　また、本発明の飛行装置では、前記アームは、押出成形または引抜成形された金属から成ることを特徴とする。

　また、本発明の飛行装置は、機体ベースと、電源部と、前記機体ベースから周囲に向かって伸びる、略筒形状のアームと、前記アームの端部側に配設されたロータと、前記ロータを回転駆動するモータと、前記電源部から前記モータに供給される電力を変換する電力変換部と、を具備し、前記電力変換部は、前記ロータの回転範囲の下方において、前記アームの内部に備えられ、前記アームは、略筒形状の上方部分である上側肉薄部と、略筒形状の下方部分である下側肉薄部と、前記上側肉薄部と前記下側肉薄部との間に配設され、前記上側肉薄部および前記下側肉薄部よりも平坦に形成され、且つ、上側肉薄部および下側肉薄部よりも厚い肉厚部と、を有し、前記電力変換部は、前記アームの内部において、前記肉厚部の内側面に面的に当接するように配置されることを特徴とする。

　本発明の飛行装置は、機体ベースと、電源部と、前記機体ベースから周囲に向かって伸びるアームと、前記アームの端部側に配設されたロータと、前記ロータを回転駆動するモータと、前記電源部から前記モータに供給される電力を変換する電力変換部と、を具備し、前記電力変換部は、前記ロータの回転範囲の下方において、前記アームに備えられることを特徴とする。本発明の飛行装置によれば、電力変換部がロータの回転範囲の下方に配置されることにより、ロータが回転することで発生するダウンウォッシュにより電力変換部を効果的に冷却できる。更に、電力変換部がアームに備えられることにより、電力変換部から発生する熱を、アームを経由して効果的に放熱できる。よって、飛行時における電力変換部の過熱を防止し、ロータの回転数を所定の速度に確保することができる。

　また、本発明の飛行装置では、前記アームは、軸方向に沿って伸びる内部空間を有し、前記電力変換部は、前記内部空間に収納されることを特徴とする。本発明の飛行装置によれば、アームの内部空間に電力変換部を収納することにより、アームを経由した放熱をより効果的に放出できる。

　また、本発明の飛行装置では、前記アームは、周囲に向かって伸びる略筒形状を呈し、前記電力変換部は、前記アームの内面に当接し、前記アームの内面であって、前記電力変換部が当接する部分は、平坦面とされることを特徴とする。本発明の飛行装置によれば、電力変換部がアームの内面に面的に接触することにより、電力変換部からアームに対してより効果的に伝熱させ、これにより電力変換部を冷却できる。

　また、本発明の飛行装置では、前記電源部は、交流電力を発生させる発電機を有し、前記電力変換部は、前記交流電力を直流電力に変換するコンバータ部と、前記直流電力を所定の周波数の前記交流電力に変換するインバータ部と、を有することを特徴とする。本発明の飛行装置によれば、電力変換部がコンバータ部とインバータ部とを有することにより、電力変換部からの発熱が大きくなるが、アームを経由して効果的に放熱させることにより、電力変換部の過熱を防止できる。

　また、本発明の飛行装置では、前記アームの前記電力変換部が当接する部分は、前記アームの他部分よりも肉厚とされることを特徴とする。本発明の飛行装置によれば、アームの電力変換部に当接する部分が肉厚であることにより、アームがヒートシンクの如く機能し、電力変換部の温度上昇を抑制できる。

　また、本発明の飛行装置では、前記アームは、上側肉薄部と、下側肉薄部と、前記上側肉薄部と前記下側肉薄部との間に配設された肉厚部と、を有し、前記電力変換部は、前記肉厚部の内側面に当接するように配置されることを特徴とする。本発明の飛行装置によれば、上側肉薄部および下側肉薄部を有することによりアームの軽量化を実現でき、肉厚部に電力変換部を当接させることで、電力変換部を効果的に冷却できる。

　また、本発明の飛行装置では、前記アームの下端側を、上方に向かって連続して突出させた下側突出部を更に具備することを特徴とする。本発明の飛行装置によれば、下側突出部によりアームの剛性を強化できる。

　また、本発明の飛行装置では、前記アームの上端側を、下方に向かって連続して突出させた上側突出部を更に具備することを特徴とする。本発明の飛行装置によれば、上側突出部によりアームの剛性を強化できる。

　また、本発明の飛行装置では、前記電力変換部の外側端部と、前記機体ベースが前記アームに接続する部分との距離は、前記アームの長さの２／３以下であることを特徴とする。本発明の飛行装置によれば、電力変換部を機体ベースに接近して配置することができ、飛行時において飛行装置の姿勢に変更が生じた際に、電力変換部に起因して発生するモーメントを小さくできる。

　また、本発明の飛行装置では、前記ロータは、上側ロータと下側ロータとを有し、前記電力変換部は、前記上側ロータおよび前記下側ロータに対応して設けられ、全ての前記電力変換部が前記アームに内蔵されることを特徴とする。本発明の飛行装置によれば、複数のロータの夫々に対応して設けられた電力変換部をアームに内蔵させることにより、全ての電力変換部を効果的に冷却できる。

　また、本発明の飛行装置では、前記電力変換部どうしは、前記ロータの回転範囲の下方において、離間して配置されることを特徴とする。本発明の飛行装置によれば、電力変換部どうしを離間して配置することにより、電力変換部を更に効果的に冷却できる。

　また、本発明の飛行装置では、前記アームは、押出成形または引抜成形された金属から成ることを特徴とする。本発明の飛行装置によれば、アームを継ぎ目のない金属材料から形成することができ、アームの強度を向上でき、更に気密性を向上させて内部への水分の進入を抑制できる。

　また、本発明の飛行装置は、機体ベースと、電源部と、前記機体ベースから周囲に向かって伸びる、略筒形状のアームと、前記アームの端部側に配設されたロータと、前記ロータを回転駆動するモータと、前記電源部から前記モータに供給される電力を変換する電力変換部と、を具備し、前記電力変換部は、前記ロータの回転範囲の下方において、前記アームの内部に備えられ、前記アームは、略筒形状の上方部分である上側肉薄部と、略筒形状の下方部分である下側肉薄部と、前記上側肉薄部と前記下側肉薄部との間に配設され、前記上側肉薄部および前記下側肉薄部よりも平坦に形成され、且つ、上側肉薄部および下側肉薄部よりも厚い肉厚部と、を有し、前記電力変換部は、前記アームの内部において、前記肉厚部の内側面に面的に当接するように配置されることを特徴とする。これにより、先ず、上側肉薄部および下側肉薄部が肉薄となり、アームに使用されるマグネシウムの量を低減することができる。よって、アームひいては飛行装置全体の軽量化を図ることができる。また、高価なマグネシウムの使用量を低減することにより、飛行装置を安価に製造することもできる。更に、肉厚部がヒートシンクの様に機能する。即ち、飛行装置の飛行状況に於いて、電力変換部からの発熱が大きい場合であっても、電力変換部から発せられる熱は、肉厚部により発熱面積が拡大された後に、大気に対して好適に放熱される。また、飛行装置の飛行状況下においては、アームには常に飛行風が当たっていることから、肉厚部を介した放熱は更に好適に行われる。よって、飛行装置の飛行時における電力変換部の過熱は抑制され、飛行装置は安定的に飛行を続行できる。電力変換部から肉厚部への熱伝導は極めて良好に行われる。係る構成により、飛行装置の飛行時において、電力変換部の過熱を防止できる効果を顕著にできる。

本発明の実施形態に係る飛行装置を示す斜視図である。本発明の実施形態に係る飛行装置の接続構成を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る飛行装置を示す上面図である。本発明の実施形態に係る飛行装置のアームを示す断面図である。本発明の他形態に係る飛行装置のアームおよびロータを示す側面図である。本発明の他形態に係る飛行装置のアームおよびロータを示す上面図である。本発明の他形態に係る飛行装置のアームを示す斜視図である。本発明の他形態に係る飛行装置のアームを示す側面図である。本発明の実施形態に係る飛行装置を示す側面図である。本発明の実施形態に係る飛行装置を示す透視図である。本発明の実施形態に係る飛行装置を示す分解斜視図である。

　以下、図を参照して本実施形態に係る飛行装置１０を説明する。以下の説明では、同一の部材には原則的に同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。また、以下の説明では、上下前後左右の各方向を用いるが、左右とは図１において後方から飛行装置１０を見た場合の左右である。

　図１は、飛行装置１０を示す斜視図である。

　図１を参照して、飛行装置１０は、機体ベース１４と、ここでは図示しない電源部と、機体ベース１４から周囲に向かって伸びるアーム１１と、アーム１１の端部側に配設されたロータ１２と、ロータ１２を回転駆動するモータ１７と、電源部からモータ１７に供給される電力を変換する電力変換部１９（図２参照）と、を主要に具備する。

　飛行装置１０としては、電動式ドローン、シリーズ型ハイブリッドドローンまたはパラレル型ハイブリッドドローンである。電動式ドローンでは、バッテリからの給電によりモータ１７を回転させる。シリーズ型ハイブリッドドローンでは、エンジンの駆動力により発電した電力によりモータ１７を回転駆動する。パラレル型ハイブリッドドローンでは、エンジンの駆動力により発電した電力により一部のモータ１７およびロータ１２を回転駆動し、他のロータ１２はエンジンの駆動力により機械的に回転させる。何れの場合でも、後述する電力変換部１９は、動作時に発熱し、ロータ１２が回転することで発生するダウンウォッシュにより冷却される。

　機体ベース１４は、飛行装置１０の中央に配置され、ここでは図示しないエンジン、バッテリ、発電機、制御装置、各種センサ、燃料タンク等が収納されている。また、機体ベース１４の上方開口は蓋部１３により覆われている。

　機体ベース１４の下部には、着陸時に地面に接する脚部２６が配設されている。

　図２は、飛行装置１０の接続構成を示すブロック図である。飛行装置１０は、演算制御装置２１と、センサ１８と、通信装置２２と、エンジン２０と、発電機２３と、電池ユニット２５と、出力制御装置２７と、電力変換部１９と、モータ１７等と、を有している。

　ここでは、エンジン２０の駆動力で発電機２３を発電させ、この発電機２３から発生する電力で各モータ１７を回転させ、これにより上記したロータ１２を回転させる所謂シリーズ・ハイブリッド型の飛行装置１０を例示している。

　センサ１８は、飛行装置１０およびその周囲の状況をセンシングする。具体的には、センサ１８としては、飛行装置１０が傾斜する角度を計測するジャイロセンサ、飛行装置１０の向きを計測するコンパス、飛行装置１０の位置を計測するＧＰＳセンサ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）、飛行装置１０の高度を計測する気圧センサ、飛行装置１０の移動速度等を計測する加速度センサ、の何れかまたは複数が採用される。センサ１８で計測された各物理量を示す情報は、演算制御装置２１に伝送される。

　通信装置２２は、地上で飛行装置１０を操作する操作者が有する、図示しない地上通信装置との間で、情報を送受信することができる。操作者が地上通信装置を操作することで、飛行装置１０の高度、進行方向および移動速度等を操作することができる。また、操作者は、通信装置２２から発せられた情報を図示しない地上通信装置で受信することで、飛行装置１０で得られた測量データや映像データを得ることができる。

　演算制御装置２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）から成る演算装置、およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）から成る記憶装置を有しており、飛行装置１０全体の動作を制御する。即ち、演算制御装置２１は、センサ１８および通信装置２２から入力された情報に基づき、出力制御装置２７および各電力変換部１９の動作を制御することで、空中における飛行装置１０の位置姿勢を所定のものにしている。

　エンジン２０は、演算制御装置２１からの指示に基づき駆動する内燃機関である。エンジン２０としては、例えば、対向型エンジンを採用できる。

　発電機２３は、エンジン２０の駆動力を用いて発電する機器である。発電機２３により発電された交流電力は、出力制御装置２７を介して、各電力変換部１９に供給される。

　電池ユニット２５は、例えば、充電可能な２次電池であり、一例として、リチウムイオン電池である。

　ここで、発電機２３および発電機２３の何れか一方または両方は、電源部の一例である。

　出力制御装置２７は、演算制御装置２１からの指示に基づき、発電機２３または電池ユニット２５からの電力を、電力変換部１９に供給する。ここで、出力制御装置２７と電力変換部１９との間には、後述するコンバータ２９が介在する。よって、発電機２３により発電された交流電力は、後述するコンバータ２９により直流電力に変換され、この直流電力は、各々の電力変換部１９により所定の周波数の交流電力に変換され、この交流電力は各々のモータ１７に供給される。これにより、前述した各々のロータ１２は所定の回転速度で回転する。

　電力変換部１９は、出力制御装置２７から供給された電力を、モータ１７の回転駆動に適した所定の周波数の電力に変換する機器である。例えば、電力変換部１９に、発電機２３からの交流電力が入力される場合は、電力変換部１９は、交流電力を直流電力に変換するコンバータ部と、直流電力を所定の周波数の交流電力に変換するインバータ部と、を有する。本実施形態では、後述するように、電力変換部１９は、前述したアーム１１に内蔵される。また、電力変換部１９がコンバータ部とインバータ部とを有することにより、電力変換部１９からの発熱が大きくなるが、アーム１１を経由して効果的に放熱させることにより、電力変換部１９の過熱を防止できる。

　飛行装置１０の動作を簡単に説明する。飛行装置１０は、着陸状態、離陸状態、ホバリング状態、昇降状態、水平移動状態で稼働される。

　着陸状態では、飛行装置１０は接地している。この状態では、エンジン２０は稼働しておらず、ロータ１２は回転しない。

　離陸状態では、飛行装置１０は、主に、ロータ１２の回転により発生する推力により、接地面から離れて上昇する。

　ホバリング状態では、飛行装置１０は、演算制御装置２１からの指示に基づいて、エンジン２０から発生する駆動力により発電機２３を運転し、発電機２３から供給される電力を電力変換部１９により変換し、変換された電力を用いてモータ１７がロータ１２を回転させることで、飛行装置１０を空中の所定位置に浮遊させる。演算制御装置２１は、飛行装置１０が所定の高度および姿勢を維持できるように、各電力変換部１９を制御することで、各モータ１７およびロータ１２の回転速度を所定のものにしている。

　昇降状態では、モータ１７の回転数を制御することで、飛行装置１０を上昇または下降させる。この際も、演算制御装置２１は、飛行装置１０が所定の高度および姿勢を維持できるように、各電力変換部１９を制御することで、各モータ１７およびロータ１２の回転速度を所定のものにしている。

　水平移動状態では、演算制御装置２１は、各電力変換部１９を制御することで、各モータ１７およびロータ１２の回転数を制御することにより、飛行装置１０を傾斜状態にする。この際にも、演算制御装置２１は、電力変換部１９の駆動状態を制御することで、ロータ１２を所定速度で回転させる。

　本実施形態では、後述するように、ロータ１２が回転することで生じるダウンウォッシュを用いて電力変換部１９を冷却することにより、電力変換部１９の過熱を防止し、飛行装置１０を安定的に飛行させることができる。

　図３は、飛行装置１０を上方から見た上面図である。

　電力変換部１９は、ロータ１２の回転範囲２４の下方において、アーム１１に備えられる。具体的には、機体ベース１４から外側に向かって４つのアーム１１が伸び、夫々のアーム１１の外側端部にモータ１７およびロータ１２が配置される。また、夫々のアーム１１の途中部分に電力変換部１９が備えられる。ここで、前述した出力制御装置２７、電力変換部１９およびモータ１７を繋ぐ配線は、アーム１１の内部を引き回される。

　ロータ１２の回転範囲２４の外縁は破線で示されている。電力変換部１９は、回転範囲２４の内部に配置されている。本実施形態によれば、電力変換部１９がロータ１２の回転範囲２４の下方に配置されることにより、ロータ１２が回転することで発生するダウンウォッシュにより電力変換部１９を効果的に冷却できる。更に、電力変換部１９がアーム１１に備えられることにより、電力変換部１９から発生する熱を、アーム１１を経由して効果的に放熱できる。よって、飛行時における電力変換部１９の過熱を防止し、ロータ１２の回転数を所定の速度に確保することができる。

　ここで、電力変換部１９は、可能な限り機体ベース１４に接近した部分に配置される。具体的には、アーム１１の長さをＬ１０とし、機体ベース１４とアーム１１との接続部分から電力変換部１９の外側端部までの距離をＬ１１とする。この場合、Ｌ１１をＬ１０の２／３以下とする。更には、Ｌ１１をＬ１０の半分以下とする。更にまた、Ｌ１１をＬ１０の１／３以下とする。このようにすることで、比較的重量が大きい電力変換部１９を、機体ベース１４に接近して配置することができる。よって、飛行装置１０の飛行時において姿勢が変化した場合であっても、電力変換部１９に起因して生じるモーメントを小さくでき、飛行装置１０の位置姿勢を安定化できる。

　図４は、電力変換部１９が備えられる部分でアーム１１を切断した場合の断面図である。

　アーム１１の形状を説明すると、アーム１１は、図１に示した機体ベース１４から周囲に向かって伸びる略筒形状を呈する筒状部材である。また、アーム１１は、押出成形されたマグネシウムまたはマグネシウム合金等の金属から成る。押出成形された部材からアーム１１を構成することにより、アーム１１に継ぎ目が存在しないので、アーム１１の強度を向上できる。また、アーム１１がマグネシウムから成ることにより、アーム１１の強度を確保しつつ、アーム１１の軽量化を図れる。

　アーム１１の断面は、略卵形形状とされている。具体的には、アーム１１は、楕円形状を基本としつつ、上方部分が下方部分よりも幅広とされる。アーム１１の断面形状を係る形状とすることにより、飛行装置１０の飛行時において、上方から下方に向かって流れるダウンウォッシュを、電力変換部１９が取り付けられた部分に対して、効果的に流動させることができ、電力変換部１９を積極的に冷却できる。

　アーム１１は、上側肉薄部１１３と、下側肉薄部１１４と、肉厚部１１５と、を有する。上側肉薄部１１３は、アーム１１の上端部分であり、肉薄とされる部分である。下側肉薄部１１４は、アーム１１の下端部分であり、肉薄とされる部分である。肉厚部１１５は、上側肉薄部１１３と下側肉薄部１１４との間に配設された部分であり、上側肉薄部１１３および下側肉薄部１１４よりも肉厚とされる部分である。電力変換部１９は、肉厚部１１５の内側面に当接するように配置される。上側肉薄部１１３および下側肉薄部１１４を有することによりアーム１１の軽量化を実現できる。更に、肉厚部１１５に電力変換部１９を当接させることで、肉厚部１１５がヒートシンクとして機能し、電力変換部１９を効果的に冷却できる。

　アーム１１は、軸方向に沿って伸びる内部空間１１１を有し、電力変換部１９は、内部空間１１１に収納される。このようにすることで、アーム１１を経由した放熱をより効果的に放出できる。更に、アーム１１は、押出成形により製造されることから継ぎ目がなく、アーム１１の内部に水分等が侵入することが抑制されるので、電力変換部１９のショート等を抑制できる。

　アーム１１の肉厚部１１５の内面は、平坦面１１２とされる。電力変換部１９は、平坦面１１２に面的に接触するように、アーム１１の内部に配設される。アーム１１の内部において、電力変換部１９を固定する構成としては、締結でも良いし、接着でも良い。電力変換部１９がアーム１１の内面に面的に接触することにより、電力変換部１９からアーム１１に対してより効果的に伝熱させ、これにより電力変換部１９を冷却できる。

　上側突出部１１６は、アーム１１の内面の上端側を、下方に向かって連続して突出させた部位である。上側突出部１１６は、アーム１１の内面と一体的に連続する部位である。上側突出部１１６は、アーム１１の長さ方向において、内側端部から外側端部に至るまで連続して形成される。換言すると、上側突出部１１６は、アーム１１の内部の上端から、略棒状に突出する部位である。上側突出部１１６により、アーム１１の剛性を強化できる。

　下側突出部１１７は、アーム１１の内面の下端側を、上方に向かって連続して突出させた部位である。下側突出部１１７は、アーム１１の内面と一体的に連続する部位である。下側突出部１１７は、アーム１１の長さ方向において、内側端部から外側端部に至るまで連続して形成される。換言すると、下側突出部１１７は、アーム１１の内部の下端から、略棒状に突出する部位である。下側突出部１１７により、アーム１１の剛性を強化できる。

　図５Ａおよび図５Ｂを参照して、他の形態に係る飛行装置１０の構成を説明する。図５Ａは、飛行装置１０のアーム１１およびロータ１２を示す側面図である。図５Ｂは、アーム１１およびロータ１２を示す上面図である。図５Ａおよび図５Ｂに示す飛行装置１０の構成は、図１等に示したものと基本的には同様であり、上側ロータ１２１および下側ロータ１２２等を有している点が主に異なる。

　図５Ａおよび図５Ｂを参照して、ロータ１２は、上側ロータ１２１および下側ロータ１２２を有する。上側ロータ１２１はアーム１１の上方側に配置され、上側モータ１７１により回転される。上側ロータ１２１は、アーム１１の下方側に配置され、下側モータ１７２により回転駆動される。上側ロータ１２１と下側ロータ１２２とは、上下方向に重畳するように配置され、反対方向に等速で回転する。

　アーム１１の内部には、電力変換部１９１および電力変換部１９２が配設される。電力変換部１９１は、上側モータ１７１に所定の交流電力を供給するインバータ回路を有する。電力変換部１９２は、下側モータ１７２に所定の交流電力を供給するインバータ回路を有する。電力変換部１９１および電力変換部１９２には、前述したコンバータから直流電力が供給される。

　また、アーム１１の外側端部には、取付部３１が取り付けられている。取付部３１の上端部に上側モータ１７１が固定される。取付部３１の下端部に下側モータ１７２が取り付けられる。

　図５Ｂに示す様に、電力変換部１９１および電力変換部１９２は、上側ロータ１２１および下側ロータ１２２の回転範囲２４の内側に配置される。このようにすることで、上側ロータ１２１および下側ロータ１２２が回転することで発生するダウンウォッシュにより、アーム１１を経由して、電力変換部１９１および電力変換部１９２を良好に冷却できる。

　図６Ａはアーム１１を示す斜視図である。図６Ｂはアーム１１を示す側面図である。アーム１１の断面の基本構成は、図４を参照して説明したものと同様である。

　図６Ａを参照して、アーム１１は、外側端部に形成された外側開口と、内側端部に形成された内側開口を有する略筒状の部材である。アーム１１は、マグネシウムまたはマグネシウム合金等から成る。アーム１１は、押出成形または引抜成形により形成される。このようにすることで、アーム１１を、継ぎ目のない一体部材として形成することができ、アーム１１の強度を向上できる。また、アーム１１が継ぎ目を有さないことにより、内部の気密性が向上され、雨天時に飛行装置１０を飛行させた場合であっても、アーム１１の内部への水の浸入を防止できる。よって、アーム１１に内蔵される電力変換部１９１および電力変換部１９２がショートすることを防止できる。

　アーム１１の手前側の開口部を参照し、上側突出部１１６には取付孔１１８が形成され、下側突出部１１７には取付孔１１９が形成される。取付孔１１８および取付孔１１９は、図５Ａ示した取付部３１をネジ止め等により締結するための部位である。係る構成は、アーム１１の内側開口においても同様である。

　肉盗部１６は、アーム１１の下端部分を肉薄にした部位である。肉盗部１６はアーム１１の外側近傍から内側近傍に渡って連続して形成される。肉盗部１６を形成することにより、アーム１１の機械強度を一定以上に確保しつつ、更なる軽量化を図ることができる。

　図６Ｂを参照して、前述したように、アーム１１の内部空間１１１には、電力変換部１９１および電力変換部１９２が配設される。ここで、アーム１１の全長をＬ２０とし、電力変換部１９１とアーム１１の外側端部との距離をＬ２１とし、電力変換部１９１と電力変換部１９２との距離をＬ２２とし、電力変換部１９２とアーム１１の内側端部との距離をＬ２３とする。

　この場合、Ｌ２２を、Ｌ２１およびＬ２２よりも大きくする。このようにすることで、電力変換部１９１と電力変換部１９２との距離を長くすることができ、飛行時において電力変換部１９１および電力変換部１９２が熱干渉することを防止できる。更に、Ｌ２２は、Ｌ２０の１／３以上、Ｌ２０の半分以上、または、Ｌ２０の２／３以上とされる。このようにすることで、飛行時において電力変換部１９１および電力変換部１９２が熱干渉することを防止できる効果を更に顕著にできる。

　図７は、他の形態に係る飛行装置１０を示す側面図である。図７に示す飛行装置１０の構成は、図１等に示したものと基本的には同様であり、収納部２８およびコンバータ２９を有する点が主に異なる。

　ここでは、機体ベース１４の下方に収納部２８およびコンバータ２９が配置される。

　収納部２８は、制御基板や配線等の電装品が収納されるボックス状の部位である。

　コンバータ２９は、前述した発電機２３が生成した交流電流を直流電流に変換する回路である。コンバータ２９により変換された直流電力は、例えば、図３に示した各電力変換部１９のインバータ回路に供給される。

　コンバータ２９の下部にはヒートシンク３０が接続する。ヒートシンク３０は、アルミニウム等の金属からなり、コンバータ２９から発生した熱を大気中に積極的に放出するための部位である。ヒートシンク３０を機体ベース１４の下方側に設けることで、飛行装置１０が飛行中に発生する飛行風を利用して、ヒートシンク３０およびコンバータ２９を積極的に冷却できる。

　図８および図９を参照して、電力変換部１９の構成を更に詳述する。図８は、アーム１１を透視することで、アーム１１の内部に電力変換部１９が配設される構成を示す斜視図である。図９は、電力変換部１９２をアーム１１の内壁に取り付ける構成を示す分解斜視図である。

　図８を参照して、前述したように、アーム１１の内部には、電力変換部１９２および電力変換部１９１が配設されている。

　図９を参照して、電力変換部１９２は、取付板３２および取付板３３を介して、前述したアーム１１の肉厚部１１５の平坦面１１２に取り付けられる。

　電力変換部１９２では、略箱状の金属製の収納容器に、大電流を高速でスイッチングするパワー系の半導体素子を含むインバータ回路が内蔵される。

　取付板３２は、電力変換部１９２の前面に当接する、アルミニウム等の金属から成る板状部材である。取付板３２は、左右方向において電力変換部１９２によも外側に突出する。取付板３２は、ネジ等の締結手段により電力変換部１９２の前面に設置される。

　取付板３３は、取付板３２の前面に当接する、アルミニウム等の金属から成る板状部材である。また、取付板３３の前面は、図８に示したアーム１１の平坦面１１２に当接する。取付板３３は、左右方向において、電力変換部１９２よりも外側に突出するように構成されている。また、取付板３３は、ここでは図示しない締結手段により、電力変換部１９２の前面に当接するように固定される。更に、左右方向において、取付板３３の両端部は、取付板３２の両端部に、ネジ等の締結手段により接合される。また、取付板３３は、ネジ３４を介して、図８に示した、アーム１１の肉厚部１１５に締結される。即ち、ネジ３４は、肉厚部１１５に形成された孔部を貫通し、取付板３３に形成された締結孔に締結される。

　係る構成により、電力変換部１９２を、取付板３２および取付板３３を介して、アーム１１の内部に取り付け、取付板３２および取付板３３を、シートシンクとして機能させることができる。よって、電力変換部１９２が動作することで発生する熱を、取付板３２、取付板３３およびアーム１１を経由して、効果的に放熱できる。よって、飛行装置１０の飛行時における電力変換部１９２の過熱を抑制できる。

　また、電力変換部１９２の固定に取付板３２および取付板３３を用いることで、略楕円の断面形状を有するアーム１１の内壁に、略直方体形状の電力変換部１９２を固定することができる。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。また、前述した各形態は相互に組み合わせることが可能である。

　例えば、図１を参照して、アーム１１の内部を、モータ１７に供給される配線（ハーネス）が通過する経路として用いることができる。具体的には、当該配線は、機体ベース１４に形成された孔部、筒状のアーム１１の内側開口、アーム１１の内部、アーム１１の外側開口を通過するように敷設される。このようにすることで、アーム１１の内部を配線経路として用いることができる。また、当該配線は、前述した電力変換部１９を接続する。

１０　飛行装置
１１　アーム
１１１　内部空間
１１２　平坦面
１１３　上側肉薄部
１１４　下側肉薄部
１１５　肉厚部
１１６　上側突出部
１１７　下側突出部
１１８　取付孔
１１９　取付孔
１２　ロータ
１３　蓋部
１２１　上側ロータ
１２２　下側ロータ
１３　取付部
１４　機体ベース
１６　肉盗部
１７　モータ
１７１　上側モータ
１７２　下側モータ
１８　センサ
１９　電力変換部
１９１　電力変換部
１９２　電力変換部
２０　エンジン
２１　演算制御装置
２２　通信装置
２３　発電機
２４　回転範囲
２５　電池ユニット
２６　脚部
２７　出力制御装置
２８　収納部
２９　コンバータ
３０　ヒートシンク
３１　取付部
３２　取付板
３３　取付板
３４　ネジ

Claims

　機体ベースと、
　電源部と、
　前記機体ベースから周囲に向かって伸びるアームと、
　前記アームの端部側に配設されたロータと、
　前記ロータを回転駆動するモータと、
　前記電源部から前記モータに供給される電力を変換する電力変換部と、を具備し、
　前記電力変換部は、前記ロータの回転範囲の下方において、前記アームの内部に備えられることを特徴とする飛行装置。
　前記アームは、軸方向に沿って伸びる内部空間を有し、
　前記電力変換部は、前記内部空間に収納されることを特徴とする請求項１に記載の飛行装置。
　前記アームは、周囲に向かって伸びる略筒形状を呈し、
　前記電力変換部は、前記アームの内面に当接し、
　前記アームの内面であって、前記電力変換部が当接する部分は、平坦面とされることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の飛行装置。
　前記電源部は、交流電力を発生させる発電機を有し、
　前記電力変換部は、前記交流電力を直流電力に変換するコンバータ部と、前記直流電力を所定の周波数の前記交流電力に変換するインバータ部と、を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の飛行装置。
　前記アームの前記電力変換部が当接する部分は、前記アームの他部分よりも肉厚とされることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の飛行装置。
　前記アームは、上側肉薄部と、下側肉薄部と、前記上側肉薄部と前記下側肉薄部との間に配設された肉厚部と、を有し、
　前記電力変換部は、前記肉厚部の内側面に当接するように配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の飛行装置。
　前記アームの下端側を、上方に向かって連続して突出させた下側突出部を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の飛行装置。
　前記アームの上端側を、下方に向かって連続して突出させた上側突出部を更に具備することを特徴とする請求項１または請求項７に記載の飛行装置。
　前記電力変換部の外側端部と、前記機体ベースが前記アームに接続する部分との距離は、前記アームの長さの２／３以下であることを特徴とする請求項１に記載の飛行装置。
　前記ロータは、上側ロータと下側ロータとを有し、
　前記電力変換部は、前記上側ロータおよび前記下側ロータに対応して設けられ、
　全ての前記電力変換部が前記アームに内蔵されることを特徴とする請求項１に記載の飛行装置。
　前記電力変換部どうしは、前記ロータの回転範囲の下方において、離間して配置されることを特徴とする請求項１に記載の飛行装置。
　前記アームは、押出成形または引抜成形された金属から成ることを特徴とする請求項１に記載の飛行装置。
　機体ベースと、
　電源部と、
　前記機体ベースから周囲に向かって伸びる、略筒形状のアームと、
　前記アームの端部側に配設されたロータと、
　前記ロータを回転駆動するモータと、
　前記電源部から前記モータに供給される電力を変換する電力変換部と、を具備し、
　前記電力変換部は、前記ロータの回転範囲の下方において、前記アームの内部に備えられ、
　前記アームは、
　略筒形状の上方部分である上側肉薄部と、
　略筒形状の下方部分である下側肉薄部と、
　前記上側肉薄部と前記下側肉薄部との間に配設され、前記上側肉薄部および前記下側肉薄部よりも平坦に形成され、且つ、上側肉薄部および下側肉薄部よりも厚い肉厚部と、を有し、
　前記電力変換部は、前記アームの内部において、前記肉厚部の内側面に面的に当接するように配置されることを特徴とする飛行装置。