(57)【要約】【課題】飛行装置の飛行に要する電力消費を抑えながらエンジンや発電機などの発熱体を冷却できるようにする。【解決手段】マルチコプター等の回転翼式の飛行装置（１０）であって、機体（１８）と、機体（１８）の中央に設けられたエンジンや発電機などの発熱体（２０、２２）と、機体（１８）の周囲に配置された複数のローター（３０）とを備え、ローター（３０）の回転で生じた下方への気流を発熱体（２０、２２）に向けて転向させる誘導壁（４０）をローター（３０）の下側に備えている。【選択図】図１
2020066392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチコプター等の回転翼式の飛行装置であって、
機体と、機体の中央に設けられたエンジンや発電機などの発熱体と、機体の周囲に配置された複数のローターとを備え、
ローターの回転で生じた下方への気流を発熱体に向けて転向させる誘導壁をローターの下側に備えている飛行装置。
【請求項２】
請求項１の飛行装置であって、誘導壁はローターの回転領域の下側の一部だけを覆っている飛行装置。
【請求項３】
請求項１または２の飛行装置であって、誘導壁の下端部が発熱体の上面よりも高い位置にある飛行装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの飛行装置であって、誘導壁がローターの回転軸に対して発熱体側にある飛行装置。
【請求項５】
請求項４の飛行装置であって、着陸時に機体を支持する脚部を備えており、誘導壁がこの脚部に取り付けられている飛行装置。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれかの飛行装置であって、誘導壁がローターの回転軸に対して外側にあり、誘導壁がローターの回転領域の外側を覆っている飛行装置。
【請求項７】
マルチコプター等の回転翼式の飛行装置に用いるアタッチメントであって、
飛行装置の機体の周囲に配置されたローターの回転で生じた下方への気流を機体の中央に設けられたエンジンや発電機などの発熱体に向けて転向させる誘導壁と、この誘導壁を機体に着脱可能とする固定手段とを備えたアタッチメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する技術は回転翼式の飛行装置および飛行装置用のアタッチメントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転翼式の飛行装置はバッテリーやエンジンを搭載し、これを動力源としてローター（回転翼、プロペラともいう）を回すことにより揚力と推力を得て飛行する。バッテリーを用いる場合であっても、エンジンを搭載し、そのエンジンの動力で発電機を動かし、発生した電力でバッテリーを充電する方式をとることも可能である。飛行を長時間継続するとこれらのバッテリー、エンジン、発電機は自身の発熱によりかなりの高温となって動作不良（オーバーヒート）を起こしやすいため、しばしば冷却が必要となる。例えば特開２０１７−１９３２０９号公報には、エンジンにより回転する冷却ファンと、そこからエンジンへの通路を形成するファンカバーとを設けることによってエンジンを冷却できるようにした飛行装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１９３２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の公報に記載されている技術では、冷却ファンがそれなりの重量物であるため飛行装置全体の重量を増加させてしまい、飛行時に揚力を得るための電力が余分に必要となる。したがって、電力消費を抑えながら発熱体を冷却できるようにすることが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書で開示する技術のひとつの態様はマルチコプター等の回転翼式の飛行装置であって、機体と、機体の中央に設けられたエンジンや発電機などの発熱体と、機体の周囲に配置された複数のローターとを備え、ローターの回転で生じた下方への気流を発熱体に向けて転向させる誘導壁をローターの下側に備えている。これにより軽量な構造で発熱体を冷却することが可能となるため、飛行装置の重量増加を抑制でき、飛行に要する電力を抑えることができる。
【０００６】
実施形態によっては、誘導壁はローターの回転領域の下側の一部だけを覆っている。これにより、ローターから下方に生じる気流を極力妨げないようにすることができる。
【０００７】
実施形態によっては、誘導壁の下端部が発熱体の上面よりも高い位置にある。これにより、誘導壁で転向された気流を確実に発熱体に当てることができ、冷却効率を高められる。
【０００８】
実施形態によっては、誘導壁がローターの回転軸に対して発熱体側にある。これにより、ローターからの気流を確実に発熱体へと転向させることができ、冷却効率を高められる。
【０００９】
実施形態によっては、着陸時に機体を支持する脚部を備えており、誘導壁がこの脚部に取り付けられている。こうすることにより、誘導壁を少なくとも脚部とのユニットとして設計することができ、様々な基本形状を有する飛行装置に適応させやすい。
【００１０】
実施形態によっては、誘導壁がローターの回転軸に対して外側にあり、誘導壁がローターの回転領域の外側を覆っている。これにより、誘導壁にローターガードとしての機能を兼ねさせることができ、飛行装置の重量増加を抑えられる。
【００１１】
本明細書で開示する技術の別の態様はマルチコプター等の回転翼式の飛行装置に用いるアタッチメントであって、飛行装置の機体の周囲に配置されたローターの回転で生じた下方への気流を機体の中央に設けられたエンジンや発電機などの発熱体に向けて転向させる誘導壁と、この誘導壁を機体に着脱可能とする固定手段とを備えている。
【発明の効果】
【００１２】
本明細書で開示する各実施形態によれば、飛行装置の重量増加を抑制でき、飛行に要する電力を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ひとつの実施形態としてのマルチコプターの斜視図である。
【図２】図１のマルチコプターのアーム先端部とローターと誘導壁アタッチメントの平面図である。
【図３】図１のマルチコプターのアーム先端部とローターと誘導壁アタッチメントの側面図である。
【図４】図２のアーム先端部と誘導壁アタッチメントのＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】図２のアーム先端部と誘導壁アタッチメントのＶ−Ｖ断面図である。
【図６】別の実施形態としてのマルチコプターの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、各種実施形態について図面を参照しながら説明する。なお以下の実施形態のうち実質的な差異がない部分については類似の符号を付して説明の繰り返しを避ける。
【００１５】
本明細書で開示する実施形態は、回転翼式の飛行装置に関するものである。回転翼式の飛行装置は、搭載した動力源によってほぼ鉛直方向の軸をもつ一つ以上のローターを回転させることにより揚力と推力を得て飛行する。自律飛行可能な無人航空機（ドローン）として用いられる飛行装置は通常ローターを複数備えたマルチコプター（マルチローターヘリコプター）であり、各ローターの回転動作を独立して制御することにより様々な飛行動作を実現可能となっている。図１に、ひとつの実施形態としてのマルチコプター１０を示す。一例としてローター３０を８個備えたマルチコプター１０を図示しているが、ローターの数は８個に限らず、４個、６個など任意の数とすることができる。
【００１６】
図１に示すように、マルチコプター１０は、基本的に、中央に位置する胴体１２と、この胴体１２から概して放射状に延びる複数のアーム１４とを備えた構造の機体１８を有している。アーム１４の先端部にはモーター２８が収容され、そこにローター３０が取り付けられる。また、マルチコプター１０は着陸時に機体１８を支持するために胴体１２から下方に延びる脚部１６を備えている。
【００１７】
図１に示すように、マルチコプター１０は、ローター３０の動力源としてエンジン２０やバッテリー２６を搭載することができる。マルチコプター１０は、一例として、動力源となるエンジン２０、エンジン２０の燃料を貯蔵する燃料タンク２４、エンジン２０の動力を電力に変換する発電機２２、発電機２２の電力を蓄えるバッテリー２６、バッテリー２６によって駆動されてローター３０を回転させるモーター２８、これらの動作を統御する回路基板を有する制御装置３２を備えた推進システムを搭載することができる。推進システムを構成するこれらの装置は任意の適切な箇所に取り付けることができる。エンジン２０や発電機２２は重量物であるため、マルチコプター１０全体の重心が中央に来るように配置するのが好ましい。例えば、エンジン２０と発電機２２は脚部１６にゴム製のマウントを介して吊り下げ、発生する振動が機体１８に伝わりにくいようにすることができる。このエンジン２０や発電機２２は一般に発熱して非常に高温となる傾向があるため、その他の装置は熱影響を避けるためにこれらから離して配置するとよい。例えば、脚部１６の上側に遮熱が可能な取付板を固定し、その上面に燃料タンク２４とバッテリー２６をボルト締結などで固定することができる。しかし、バッテリー２６の発熱量も大きい場合は、バッテリー２６もエンジン２０や発電機２２の近くに配置することもできる。また、制御装置３２は胴体１２の上部に格納することができる。
【００１８】
図１に示すように、ローター３０の下側には、ローター３０の回転で生じた気流をエンジン２０や発電機２２などの発熱体に向けて転向させる誘導壁４０を設ける。例えば、誘導壁４０は、各ローター３０の回転領域Ｒ（図２参照）の外側からローター３０の下側に向かって傾斜する面状部材とすることができる。あるいは後述のように、誘導壁４０はローター３０の下側から発熱体に向かって傾斜する面状部材とすることもできる。誘導壁４０の具体的な形状は、曲面状、平面状、複数の平面を組み合わせた形状など、自由な形状とすることができる。一例として、誘導壁４０は、円弧状の上端と扇形の底部４０ｂとを有する概して球面状（球面の一部を含む形状）のものとすることができる。しかしながら、誘導壁４０の形状は図１に示した形状に限らず、発熱体の位置に応じて多様な形状をとることができる。
【００１９】
図２〜図５に示すように、誘導壁４０は、誘導壁４０の側面をアーム１４のモーター収容部に接続する径方向の支持梁４４と、誘導壁４０の底部４０ｂをアーム１４のモーター収容部に接続する縦方向（軸方向）の支柱４６とでアーム１４に支持させることができる。誘導壁４０はアーム１４と一体に形成することもできるが、所定の機種のアーム形状に適合させたアタッチメント式にすることもできる。具体例として、このような誘導壁アタッチメント５０は、上述の誘導壁４０、支持梁４４、支柱４６の他、アーム１４のモーター収容部の外形と相補的な形状とした位置決め部５２と、この位置決め部付近のアーム１４に着脱可能な固定部５４とで構成できる。誘導壁アタッチメント５０は樹脂製とすることによりマルチコプター１０の軽量化を図ることができる。
【００２０】
仮に誘導壁４０がない場合、ローター３０が回転すると周囲の空気はローター３０の上側で回転軸に対して径方向に流入し、ローター３０を軸方向下向きに通り抜け、ローター３０の下側で径方向に流出する。上記のような誘導壁４０を設けると、この軸方向に通り抜けようとする気流の一部を径方向に流出させないように、図５に矢印付きの線で示したように誘導壁４０で径方向内方に強制的に転向させ、マルチコプター１０の中央に向かう気流を作り出すことができる。したがって、複雑な構造の水冷装置や専用の冷却ファンを設けることなく飛行中にエンジン２０や発電機２２を冷却することができるため、重量増加を抑えることができ、ひいては飛行に要する電力消費を抑えることができる。誘導壁４０は下端部（底部４０ｂ）がエンジン２０あるいは発電機２２の上面より高くなるような形状とするのが好ましい。こうすることにより、ローター３０からの気流を誘導壁４０で効果的に発熱体へ誘導でき、冷却効率が高まる。
【００２１】
図２〜図５に示すように、誘導壁４０はその一部でローター３０の回転領域Ｒ（図２参照）の外側を覆うような形状とすることで、保護材としての機能を付与することも可能である。つまり、制御ミスにより他の物体に衝突したり地面に墜落したりした場合に、この誘導壁４０によってマルチコプター１０自身の機体１８やローター３０を保護したり、相手の物体を高速回転するローター３０から保護することも可能である。誘導壁４０には回転領域Ｒ（図２参照）の外側に対面する上端に補強のための外周枠４２を設けることもできる。
【００２２】
図２〜図５に示すように、誘導壁４０の壁部はローター３０の回転領域Ｒの下側を一部だけ覆うような形状とするのが好ましい。つまり、ローター３０の回転領域Ｒから下方へ延びる円柱状領域Ｃ（図３参照）を部分的に遮るような形状とする。このようにすることにより、ローター３０から下方に生じる気流をなるべく妨げないようにすることができる。しかしながら、誘導壁４０の壁部はローター３０の回転領域Ｒの下側を全部覆うような形状とするのも可能である。
【００２３】
なお、誘導壁４０は全てのローター３０に対して設ける必要はない。例えば、８個のローター３０のうち一つ置きに４個のローター３０だけに設けることもできる。また、誘導壁４０は近接するものどうしを統合した形状とすることもでき、場合によっては全部を統合することもできる。例えば、マルチコプターとほぼ同じ直径を有し底の中央に開口を有する曲面状の構造体を用い、これをエンジン２０や発電機２２が開口内に入るように配置することにより、全ローター３０からの気流をこの一つの構造体でまとめて発熱体へと送ることもできる。
【００２４】
図６に、図１とは別の実施形態としてのマルチコプター１１０を示す。このマルチコプター１０は、二つの脚部１６にそれぞれ取り付けられた誘導壁１４０を備える。この場合も誘導壁１４０はアタッチメントとして設計することができる。例えば、誘導壁アタッチメント６０は誘導壁１４０と両側の支持側壁６２とで構成し、支持側壁６２をそれぞれブラケット６４で脚部１６に固定できるようにする。誘導壁１４０は一部のローター３０の下側から発熱体の側面に向かって延びる。特に、誘導壁１４０はローター３０の回転軸に対して発熱体側にあると好ましい。こうすることにより、ローター３０からの気流を確実に発熱体へと転向させることができ、冷却効率を高められる。なお、誘導壁１４０は脚部１６に固定する代わりに、支柱（例えば図３の支柱４６と同様のもの）を介してアームに支持させることもできる。
【００２５】
以上、具体的な実施形態を説明したが、本明細書はこれらの実施形態に限定しようとする意図はなく、当業者であれば技術の目的を逸脱することなく様々な置換、改良、変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００２６】
１０、１１０  マルチコプター
１２   胴体
１４   アーム
１６   脚部
１８   機体
２０   エンジン
２２   発電機
２４   燃料タンク
２６   バッテリー
２８   モーター
３０   ローター
３２   制御装置
４０、１４０  誘導壁
４０ｂ 底部
４２   外周枠
４４   支持梁
４６   支柱
５０、６０    誘導壁アタッチメント
５２   位置決め部
５４   固定部
６２   支持側壁
６４   ブラケット
Ｒ     回転領域
Ｃ     円柱状領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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