WO2024116275A1 - ファラデーケージ付き無人飛行体 - Google Patents
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- WO2024116275A1 WO2024116275A1 PCT/JP2022/043949 JP2022043949W WO2024116275A1 WO 2024116275 A1 WO2024116275 A1 WO 2024116275A1 JP 2022043949 W JP2022043949 W JP 2022043949W WO 2024116275 A1 WO2024116275 A1 WO 2024116275A1
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
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- B64C39/02—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use
Definitions
- This disclosure relates to an unmanned air vehicle with a Faraday cage.
- Non-Patent Document 1 discloses a technology for capturing lightning strikes and safely guiding the captured lightning strikes to ground by flying a drone equipped with a lightning rod and an induction wire with one end grounded.
- Non-Patent Document 2 discloses a technology for protecting a drone from lightning strikes by equipping the drone with a spherical Faraday cage. As a result, it is possible to guide lightning strikes to a safe or desired location (e.g., an electric vehicle, a battery storage device) while protecting the drone from lightning strikes.
- a safe or desired location e.g., an electric vehicle, a battery storage device
- the drone In order to use a drone to induce lightning (hereafter referred to as "lightning triggering"), the drone must be able to withstand lightning surges. However, there is a risk that the shape of the Faraday cage surrounding the drone will change due to the electromagnetic force of a lightning surge, causing the drone to crash.
- This disclosure has been made in light of the above circumstances, and the purpose of this disclosure is to provide technology that can reduce the risk of an unmanned aerial vehicle with a Faraday cage crashing.
- the Faraday cage is configured to include a conductor connected in series or parallel to a first coil made of a conductor wound in a predetermined direction and a second coil made of a conductor wound in a direction opposite to the predetermined direction.
- This disclosure provides technology that can reduce the risk of an unmanned aerial vehicle with a Faraday cage crashing.
- FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a drone with a Faraday cage according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a diagram showing the magnetic field generated in each of the coils connected in series.
- FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a drone with a Faraday cage according to the second embodiment.
- FIG. 4 is a diagram showing the magnetic field generated in each of the coils connected in parallel.
- FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a drone 1 with a Faraday cage according to the first embodiment.
- the drone 1 with a Faraday cage comprises a spherical Faraday cage 11 and a drone 12 fixedly connected to a part of the Faraday cage 11 and disposed inside the Faraday cage 11.
- the Faraday cage 11 is a conductor cage designed to protect drones from lightning strikes, and has the effect of shielding the internal space from external electric fields.
- the Faraday cage 11 is constructed by combining multiple conductors vertically and horizontally, and is formed into a spherical shape as a whole.
- the overall shape of the Faraday cage 11 may be a rectangular parallelepiped, a hexagonal prism, a cylinder, etc.
- the Faraday cage 11 is constructed using two types of conductor coils that are wound in opposite directions.
- the magnetic fields generated by the two types of conductor coils are cancelled (reduced, offset) by the magnetic fields of the other, thereby suppressing the electromagnetic force (the attractive force toward the inside of the sphere) during a lightning strike.
- the Faraday cage 11 is configured by connecting in series a first coil 11A made of a conductor wound in a specified direction (specified rotation direction) and a second coil 11B made of a conductor wound in the opposite direction (opposite rotation direction) to the specified direction.
- the multiple vertical conductors are each composed of a second coil 11B, a first coil 11A, a first coil 11A, and a second coil 11B connected in series in that order.
- the first coil 11A and the second coil 11B connected in series generate magnetic fields H A and H B , respectively, as shown in Fig. 2.
- a current is input from the left side of the paper in Fig. 2 and flows through the second coil 11B and the first coil 11A connected in series, in that order, to the right side of the paper.
- the second coil 11B on the left side is wound in a clockwise direction as viewed from the left side of the paper.
- the first coil 11A on the right side is wound in a counterclockwise direction as viewed from the left side of the paper.
- a current iB flows in the second coil 11B in a clockwise direction as viewed from the left side of the paper.
- the direction of the internal magnetic field H B(1) is from left to right.
- the direction of the external magnetic field H B(2) is from the current output side, via the outside, back to the current input side.
- a current iA flows in the first coil 11A in a counterclockwise direction as viewed from the left side of the paper.
- the direction of the internal magnetic field H A(1) is from right to left.
- the direction of the external magnetic field H A(2) is from the current input side, via the outside, back to the current output side.
- the directions of the magnetic fields H A and H B generated in the first coil 11A and the second coil 11B connected in series are opposite to each other for both the internal and external magnetic fields. Therefore, the magnetic field of one coil is reduced by the magnetic field of the other coil. Since the magnetic fields generated in the multiple vertical conductors are reduced, the composite magnetic field caused by the lightning surge is reduced for both the internal and external magnetic fields, and the electromagnetic force (the attraction force toward the inside of the sphere) during a lightning strike can be reduced.
- the shape of the Faraday cage 11 can be maintained in its original shape, allowing the drone to fly stably even when lightning strikes.
- the first coil 11A and the second coil 11B also function as springs, so the elasticity of the springs can reduce the impact caused by the thermal expansion of the air when lightning strikes, allowing the drone to fly stably.
- the configuration is not limited to vertical conductors, and horizontal conductors may also be configured in a similar manner. It is also preferable that the number of turns of the conductors of the first coil 11A and the second coil 11B are the same. This ensures that the magnitude of the magnetic fields generated in each coil is equal, allowing the magnetic fields to be cancelled out.
- Drone 12 is an example of an unmanned aerial vehicle.
- the conductor of the Faraday cage 11 is configured by connecting in series a first coil 11A made of a conductor wound in a specified direction and a second coil 11B made of a conductor wound in the opposite direction to the specified direction, which reduces the risk of the drone crashing and enables the drone to fly stably.
- FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a drone 1 with a Faraday cage according to the second embodiment.
- the first coil 11A and the second coil 11B are connected in parallel.
- the multiple vertical conductors that make up the Faraday cage 11 are each composed of a conductor in which four first coils 11A are connected in series and a conductor in which four second coils 11B are connected in series, which are connected in parallel.
- the four first coils 11A and the four second coils 11B are arranged in adjacent positions.
- the magnetic fields H A and H B generated when the first coil 11A and the second coil 11B are connected in parallel are shown in Fig. 4.
- the magnetic fields H A and H B generated in the first coil 11A and the second coil 11B connected in parallel are opposite to each other in both the internal magnetic field and the external magnetic field, as in the case of the series connection. Therefore, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
- the conductor of the Faraday cage 11 is configured by connecting in parallel a first coil 11A made of a conductor wound in a specified direction and a second coil 11B made of a conductor wound in the opposite direction to the specified direction, thereby reducing the risk of the drone crashing and enabling the drone to fly stably.
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Abstract
ファラデーケージ付き無人飛行体１において、前記ファラデーケージ１１は、所定の向きに巻かれた導体からなる第１のコイル１１Ａと、前記所定の向きと反対の向きに巻かれた導体からなる第２のコイル１１Ｂと、を直列又は並列に接続した導体を含んで構成される。
Description
本開示は、ファラデーケージ付き無人飛行体に関する。
非特許文献１は、避雷針及び片端が接地された誘導線を備えたドローンを飛行させることにより、落雷を捕捉し、捕捉した落雷を安全に接地に導く技術を開示する。非特許文献２は、ドローンに球体のファラデーケージを具備させることにより、雷撃からドローンを防護する技術を開示する。これらにより、雷撃からドローンを防護しながら、落雷を安全な場所や所望の場所（例えば、電気自動車、蓄電器）に導くことができる。
"E03 落雷制御・充電技術"、日本電信電話株式会社、NTT R&D Forum 2020 Connect、2020年
枡田、外3名、"ドローンの耐雷性向上に関する基礎的検討"、2021 信学ソ大、B-4-6、2021年、p.179
ドローンを活用して雷を誘発（以下、誘雷）するためには、誘雷用のドローンが雷サージに耐えることが必要である。しかしながら、ドローンを囲うファラデーケージの形状が雷サージによる電磁力により変化し、ドローンが墜落する恐れがある。
例えば、球体のファラデーケージがその頂点で雷撃を受け、垂直方向の４つの導体Ａ～Ｄのそれぞれに雷サージが下方向に並列に同時に流れると、ある導体Ａの電磁力は、他の導体Ｂ～Ｄの合成磁界と当該導体Ａの電流の向きとを考慮すると、フレミングの法則により球体の内部方向への吸引力となる。
そのため、雷サージのような大電流が流れると、ファラデーケージを構成している導体が球体の内部方向へ屈曲し、屈折した導体がドローンに接触してプロペラが切断され、ドローンが墜落する可能性がある。
本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、本開示の目的は、ファラデーケージ付き無人飛行体の墜落リスクを軽減可能な技術を提供することである。
本開示の一態様のファラデーケージ付き無人飛行体は、ファラデーケージ付き無人飛行体において、前記ファラデーケージは、所定の向きに巻かれた導体からなる第１のコイルと、前記所定の向きと反対の向きに巻かれた導体からなる第２のコイルと、を直列又は並列に接続した導体を含んで構成される。
本開示によれば、ファラデーケージ付き無人飛行体の墜落リスクを軽減可能な技術を提供できる。
以下、図面を参照して、本開示の実施形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付し説明を省略する。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るファラデーケージ付きドローン１の構成を示す図である。
図１は、第１実施形態に係るファラデーケージ付きドローン１の構成を示す図である。
ファラデーケージ付きドローン１は、球体のファラデーケージ１１と、ファラデーケージ１１の一部に固定接続され、ファラデーケージ１１の内部に配置されたドローン１２と、を備える。
ファラデーケージ１１は、雷撃からドローンを防護するための導体製の籠であり、内部空間を外部の電場から遮蔽する作用効果を有する。ファラデーケージ１１は、複数の導体を垂直方向や水平方向に組み合わせて構成され、全体が球体状に形成されている。ファラデーケージ１１の全体形状は、直方体、六角柱、円柱等でもよい。
本開示では、ファラデーケージ１１の構成要素である導体を改良する。具体的には、巻き方を反対にした２種類の導体コイルを用いてファラデーケージ１１を構成する。その２種類の導体コイルにそれぞれ発生する磁界を互いの磁界でキャンセリング（軽減、相殺）することで、落雷時の電磁力（球体の内部方向への吸引力）を抑制させる。
より具体的には、図１に示すように、第１実施形態に係るファラデーケージ１１は、ファラデーケージ１１の導体を、所定の向き（所定の回転方向）に巻かれた導体からなる第１のコイル１１Ａと、その所定の向きと反対の向き（反対の回転方向）に巻かれた導体からなる第２のコイル１１Ｂと、を直列接続して構成する。
図１では、ファラデーケージ１１を構成する垂直方向や水平方向の複数の導体のうち、垂直方向の複数の導体を、それぞれ、第２のコイル１１Ｂと第１のコイル１１Ａと第１のコイル１１Ａと第２のコイル１１Ｂとをその順で直列接続した導体で構成している。
直列接続された第１のコイル１１Ａと第２のコイル１１Ｂには、それぞれ、図２に示す磁界ＨＡ、ＨＢが発生する。例えば、図２の紙面左側から電流が入力し、直列接続された第２のコイル１１Ｂと第１のコイル１１Ａをその順に介して紙面右側へ流れるとする。左側の第２のコイル１１Ｂは紙面左側からみて右回転方向に巻かれているとする。右側の第１のコイル１１Ａは、紙面左側からみて左回転方向に巻かれているとする。
このとき、第２のコイル１１Ｂには、紙面左側からみて右回転方向に電流ｉＢが流れる。この場合、内部磁界ＨＢ（１）の向きは、左から右となる。外部磁界ＨＢ（２）の向きは、電流の出力側から外部を経由して電流の入力側へ戻る方向となる。一方、第１のコイル１１Ａには、紙面左側からみて左回転方向に電流ｉＡが流れる。この場合、内部磁界ＨＡ（１）の向きは、右から左となる。外部磁界ＨＡ（２）の向きは、電流の入力側から外部を経由して電流の出力側へ戻る方向となる。
このように、直列接続された第１のコイル１１Ａと第２のコイル１１Ｂとにそれぞれ発生する磁界ＨＡ、ＨＢの向きは、内部磁界、外部磁界ともに互いに逆向きになる。そのため、一方のコイルの磁界は他方のコイルの磁界で軽減される。垂直方向の複数の導体にそれぞれ生じる各磁界がそれぞれ軽減するので、雷サージによる合成磁界が内部磁界、外部磁界ともに軽減され、落雷時の電磁力（球体の内部方向への吸引力）を軽減することができる。
その結果、ファラデーケージ１１の形状を原形状に保つことができ、落雷時にも安定してドローンを飛行させることができる。また、第１のコイル１１Ａ及び第２のコイル１１Ｂはバネとしても機能するので、当該バネの弾性により落雷時の空気の熱膨張による衝撃を軽減でき、ドローンの安定飛行が可能となる。
なお、垂直方向の導体に限らず、水平方向の導体を同様に構成してもよい。また、第１のコイル１１Ａ及び第２のコイル１１Ｂの導体の巻き数は、互いに同じであることが好ましい。これにより、それぞれに生じる磁界の大きさが同等になり、磁界を相殺することができる。
ドローン１２は、無人飛行体の例である。
以上より、第１実施形態によれば、ファラデーケージ１１の導体を、所定の向きに巻かれた導体からなる第１のコイル１１Ａと、その所定の向きと反対の向きに巻かれた導体からなる第２のコイル１１Ｂと、を直列接続して構成するので、ドローンの墜落リスクを軽減可能となり、ドローンの安定飛行が可能となる。
［第２実施形態］
図３は、第２実施形態に係るファラデーケージ付きドローン１の構成を示す図である。
図３は、第２実施形態に係るファラデーケージ付きドローン１の構成を示す図である。
第２実施形態では、第１のコイル１１Ａと第２のコイル１１Ｂとを並列接続する。例えば、ファラデーケージ１１を構成する垂直方向の複数の導体を、それぞれ、４つの第１のコイル１１Ａを直列接続した導体と４つの第２のコイル１１Ｂとを直列接続した導体とを並列に接続した導体で構成する。かつ、４つの第１のコイル１１Ａと４つの第２のコイル１１Ｂとをそれぞれ隣り合う位置に配置する。
第１のコイル１１Ａと第２のコイル１１Ｂとを並列接続した場合に発生するそれぞれの磁界ＨＡ、ＨＢの様子を図４に示す。並列接続された第１のコイル１１Ａと第２のコイル１１Ｂとにそれぞれ発生する磁界ＨＡ、ＨＢの向きは、直列接続した場合と同様に、内部磁界、外部磁界ともに互いに逆向きになる。したがい、第１実施形態と同様の効果が得られる。
以上より、第２実施形態によれば、ファラデーケージ１１の導体を、所定の向きに巻かれた導体からなる第１のコイル１１Ａと、その所定の向きと反対の向きに巻かれた導体からなる第２のコイル１１Ｂと、を並列接続して構成するので、ドローンの墜落リスクを軽減可能となり、ドローンの安定飛行が可能となる。
［その他の実施形態］
第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせることも可能である。
第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせることも可能である。
１ ファラデーケージ付きドローン
１１ ファラデーケージ
１１Ａ 第１のコイル
１１Ｂ 第２のコイル
１２ ドローン
１１ ファラデーケージ
１１Ａ 第１のコイル
１１Ｂ 第２のコイル
１２ ドローン
Claims (1)
- ファラデーケージ付き無人飛行体において、
前記ファラデーケージは、
所定の向きに巻かれた導体からなる第１のコイルと、前記所定の向きと反対の向きに巻かれた導体からなる第２のコイルと、を直列又は並列に接続した導体を含んで構成されるファラデーケージ付き無人飛行体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2022/043949 WO2024116275A1 (ja) | 2022-11-29 | 2022-11-29 | ファラデーケージ付き無人飛行体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2022/043949 WO2024116275A1 (ja) | 2022-11-29 | 2022-11-29 | ファラデーケージ付き無人飛行体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2024116275A1 true WO2024116275A1 (ja) | 2024-06-06 |
Family
ID=91323356
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2022/043949 WO2024116275A1 (ja) | 2022-11-29 | 2022-11-29 | ファラデーケージ付き無人飛行体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2024116275A1 (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170033625A (ko) * | 2015-09-17 | 2017-03-27 | 엘지전자 주식회사 | 드론 |
| US20190161204A1 (en) * | 2017-11-28 | 2019-05-30 | Thomas Riedel | Aircraft, lightning-protection system, and method of providing the lightning protection |
| WO2022102091A1 (ja) * | 2020-11-13 | 2022-05-19 | 日本電信電話株式会社 | 飛行体の耐雷撃構造 |
-
2022
- 2022-11-29 WO PCT/JP2022/043949 patent/WO2024116275A1/ja unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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