(57)【要約】      （修正有）【課題】二重反転式ローターを用いた垂直離着陸機において、機体の推進方向とは反対側に機体重心をより大きく変位できる安定性の高いヘリコプターの姿勢制御装置の構築。【解決手段】ローターの傾斜に応じて機体重心を変位させて、その重心モーメントでローターの必要以上の傾斜を抑制することを特徴とするが、そのチルト支点をローター面より上部に設置していることを最大の特徴とする。【選択図】図１
2006021741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二重反転式ヘリコプターの姿勢制御装置において、ローター直径を上回るメインフレームを設け、前記メインフレームの上部に自在継手を設け、前記自在継手の端末から主軸を吊り下げ、主軸の他端に原動機を設け、原動機の外周に伸縮手段を配置したことを特徴とするヘリコプターの姿勢制御装置。
【請求項２】
自在継手は公知のボールジョイントであることを特徴とする請求項１のヘリコプターの姿勢制御装置。
【請求項３】
二重反転式ヘリコプターの姿勢制御装置において、ローター直径を上回るメインフレームを設け、前記メインフレームの下部にモーターベース体を設け、前記モーターベース体に直流モーターと主軸を設け、前記モーターベース体はその外周に均等配置された伸縮手段を備えることを特徴とするヘリコプターの姿勢制御装置。
【請求項４】
二重反転式ヘリコプターの姿勢制御装置において、ローター直径を上回るメインフレームを設け、前記メインフレームの下部にモーターベース体を設け、前記モーターベース体に直流モーターと主軸とを設け、前記モーターベース体はその外周に段違いに均等配置された伸縮手段と略球状体とを備えてなることを特徴とするヘリコプターの姿勢制御装置
【請求項５】
請求項４の直流モーターのハウジングは界磁部とブラシホルダ部に少なくとも２分割され、前記ハウジング間に公知のベアリングを設けていることを特徴とするヘリコプターの姿勢制御装置。
【請求項６】
二重反転式ヘリコプターの姿勢制御装置において、ローター直径を上回るメインフレームを設け、前記メインフレームの上部に公知の自在継手を設け、前記自在継手の端末から公知の推力発生手段を吊り下げ、前記推力発生手段の外周に公知の伸縮手段を設けていることを特徴とするヘリコプターの姿勢制御装置。
【請求項７】
二重反転式ヘリコプターの姿勢制御装置において、ローター直径を上回るメインフレームを設け、前記メインフレームの下部に公知の推力発生手段を設け、前記推力発生手段の外周に均等配置された公知の伸縮手段を備えたことを特徴とするヘリコプターの姿勢制御装置。
【請求項８】
モーターのハウジングは界磁部とブラシホルダ部に少なくとも２分割され、前記ハウジング間に公知のベアリングを設けていることを特徴とする直流モーター。
【請求項９】
伸縮手段は公知のサーボモーター機構であることを特徴とする請求項１、３、４、６、７のヘリコプターの姿勢制御装置。
【請求項１０】
伸縮手段は公知のウォームラック機構であるとことを特徴とする請求項１、３、４、６、７のヘリコプターの姿勢制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、二重反転式ヘリコプターの姿勢制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】二重反転式のヘリコプターはテールローターが必要ないため、
コンパクトな垂直離着陸機としての可能性がある。【０００３】先行技術としてはチルトローターと呼ばれ、原動機とローターを一体的に傾斜させてローターの推力を垂直成分と水平成分に分けられるものがある。
チルトローター方式でも垂直離着陸機としては機能できる。【０００４】しかし、従来のチルトローターのヘリコプターは、ピッチコントロール等行う一般的ヘリコプターの単なる置換に留まるため、推力発生点と原動機重心点までの距離を充分に取ることができない。そのため、機体重心が高くなり一般的ヘリコプターよりも安定性に劣る。また本件発明者による特願２００４−１４８４３０号でも機体重心と推力発生点が近いため、操縦性に問題があった。
【特許文献】特許３３４３２５２
【特許文献】特開昭６２−２３８１９６
【特許文献】特開昭６３−２２７４９７
【特許文献】特開平１１−１４７４９９
【特許文献】米国特許２７７７６４９
【特許文献】米国特許４０６５８７３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  解決しようとする課題は、二重反転式ローターを用いた垂直離着陸機において、機体の推進方向とは反対側に機体重心をより大きく変位できるヘリコプターの姿勢制御装置の構築とローターの傾斜及び機体重心の変位が、独立して制御できるヘリコプターの姿勢制御装置の構築である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  第１の本発明はローターの傾斜に応じて機体重心を変位させて、その重心モーメントでローターの必要以上の傾斜を抑制することを特徴とするが、そのチルト支点をローター面より上部に設置していることを最大の特徴とする。第２の本発明はモーター、ローター、主軸等のユニットに均等配置した伸縮手段を設け、それぞれの伸縮手段を独立制御することを最大の特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】  第１の本発明（図１、図３）の伸縮手段を作用させると、原動機は傾斜揺動し、それにより主軸及びローターがボールジョイントを支点にして傾斜する。
一般的に原動機は機体の全重量に占める割合が大きいので
これを変位することで機体の重心点は容易に変位できる。
この時ローターの傾斜による横力が発生するが、重心の変位によるモーメントがローターの傾斜を水平に戻す方向に働くため、機体全体が回動し、ローターは水平回転に戻り、横力は抑制される。
横力が抑制されることで水平移動のスピードが抑制されるため、空中静止時の姿勢制御において時間的余裕ができる。特に第１の本発明（図１、図３）においてはチルト支点がローター面の上部に設置されているため、チルト支点と原動機重心点までの距離を長く取れる。そのためローターが傾斜した場合の重心の変位によるモーメントも大きくなる。そのため機体全体を水平に戻す力は従来技術のものより大きくなり、ローターの必要以上の傾斜を抑制できるので空中静止時の安定性は高くなる。
第２の本発明（図２、図４）ではそれぞれの伸縮手段は公知の技術で独立制御できるため、空中静止時においては機体重心を、ローターの傾斜による横力の推進方向とは反対側に変位できる仮想支点Ａをチルト支点にすることができる。水平飛行時にはチルト支点を無視して、モーター、主軸、ローター等からなるユニットを平行移動することで、機体重心を、ローターの傾斜による横力の推進方向に合わせることができるため、ローターの傾斜は機体重心によっては抑制されない。そのため発生する横力も抑制されず、水平飛行の速度を第１の発明より増すことができる。機体重心調整時にもチルト支点を無視して、モーター、主軸、ローター等からなるユニットを平行移動することで、機体重心位置を調整できる。仮想支点Ａは伸縮手段の作動範囲内においては任意の位置に設定し、自由に選択できる利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】  第１の本発明の構成は、メインフレームを設け、その上部にボールジョイントを設ける。ボールジョイントからローターを取り付けた主軸を吊り下げて、原動機を設ける。原動機に伸縮手段を設ける。（図１）
第２の本発明の構成はモーターベース体にモーター、主軸等を設け、モーターベース体に対して伸縮手段を均等配置する。モーターベース体は伸縮手段によって支持される。（図２）
【実施例】
【０００９】  図１は、第１の本発明の第１実施例であって機体の推進方向とは反対側に機体重心をより大きく変位できるヘリコプターの姿勢制御装置である。上部ローター５と下部ローター６が配置されており、それぞれは公知のプラネタリギヤボックス８により反転回動する。原動機１０にはシリンダー１３を図８のように２個配置する。メインフレーム１（板状）の上部にはボールジョイントのメス部２とボール部３を設ける。必要に応じて躯体９を設けて、その内にバッテリーや燃料タンクを設置してもよい。原動機は公知の内燃機関及び電気モーターが選択できる。伸縮手段は公知のサーボモーターによる往復クランク機構または公知のウォームラック機構でも構成できる。
【実施例】
【００１０】  図２は、第２の本発明の第１実施例であって、ローターの傾斜及び機体重心の変位が、独立して制御できるヘリコプターの姿勢制御装置である。モーターベース体４４は外周に２段の伸縮手段を図９と同様に均等配置する。横軸に関しては各シリンダー２４、２６、３８、４１によって支持されており、主軸１９、１６の横軸傾斜に関しては、機械的な支点はなく、公知の技術で独立制御される各ピストンロッド２７、２８、３７，４２の突き出し量によって定まる。また主軸１９、１６の横軸平行移動に関しても公知の技術で独立制御される各ピストンロッド２７、２８、３７，４２の突き出し量によって定まる。縦軸制御も前記横軸制御と同様となる。各ピストンロッド２７，２８，３７，４２の働きは公知のサーボモーターによる往復クランク機構または公知のウォームラック機構でも構成できる。モーターは公知の内燃機関でも構成できる。
【実施例】
【００１１】  図３は第１の本発明の第２実施例であって、機体の推進方向とは反対側に機体重心をより大きく変位できるヘリコプターの姿勢制御装置である。上部ローター４９と下部ローター５２が配置されており、それぞれは原動機６８、５４により二重反転回動する。構造体であるメインフレーム４５にはボールジョイントのメス部４６とボール部４７を設け、主軸、モーター、モーターベース体等を吊り下げる。モーターベース体５５には図９に示す通りシリンダー５７，７０、１５７、１６６を４個均等配置する。補助的に固定翼６２と可動翼６３、６６を設けている。伸縮手段は公知のサーボモーターによる往復クランク機構または公知のウォームラック機構でも構成できる。原動機は公知の内燃機関でも構成できる
【実施例】
【００１２】  図４は第２の本発明の第２実施例であって、ローターの傾斜及び機体重心の変位が、独立して制御できるヘリコプターの姿勢制御装置である。直流モーターの出力軸７９によってローター７８は駆動される。ローター７４、８０はローターフレーム７３に固定されており、ローターフレーム７３はハウジング１７０と固定される。このハウジング１７０はハウジング１７１とは２分割されており、ハウジング１７０はベアリング８４、８１とにより回動自在である。そのためローターコイル８２と界磁８３，１０５は反転回動するので、出力軸７９とハウジング１７０は反転回動する。ブラシホルダ８５，９９はハウジング１７１に固定されており、ハウジング１７１はベアリング８４の内側を支持し、他方をモーターベース体９４に固定される。モーターベース体９４は略球状体９５により支持され、略球状体９５はテーブル９２と接している。シリンダー８８、１０３、図５（１１９，１３５）は段違いに４個図９と同様に均等配置される。躯体９３の中にバッテリーや受信機等を装備できる。伸縮手段は公知のサーボモーターによる往復クランク機構または公知のウォームラック機構でも構成できる。第３の本発明の直流モーターは公知のプラネタリギヤを用いなくても、一つのモーターでローターを二重反転回動でき、また公知の減速機構を設けることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００１３】第１の本発明においては、水平飛行の速度が抑制できるので、空中静止が行ないやすい。第２の本発明においては機械的なチルト支点を持たないので、空中静止時の安定性と水平飛行時の速度を両立できる。いずれの発明においてもローターはメインフレーム内を回動するため、例えば屋内飛行時等において壁や柱に機体が接触してもローター事故には繋がりにくく、安全性も高いので、屋内用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】は第１の本発明第１実施例の正面図である。
【図２】は第２の本発明第１実施例の正面図である。
【図３】は第１の本発明第２実施例の正面図である。
【図４】は第２の本発明第２実施例の正面図である。
【図５】は第２の本発明第２実施例の側面図である。
【図６】は公知のウォームラック機構の模式図である。
【図７】は公知のサーボモーター機構の模式図である。
【図８】は第１の本発明第１実施例の伸縮手段の平面配置の概略図である。
【図９】は第１の本発明第２実施例の伸縮手段の平面配置の概略図である。
【符号の説明】
【００１５】１  メインフレーム
２  ボールジョイントのメス部
３  ボール部
４  上部ローター主軸
５  上部ローター
６  下部ローター
７  下部ローター主軸
８  プラネタリギヤボックス
９  躯体
１０  原動機
１１  ピストンロッドピン            １２  ピストンロッド
１３  シリンダー                    １４  シリンダーピン
１５  メインフレーム                １６  主軸
１７  上部ローター                  １８  ベアリング
１９  主軸                          ２０  主軸ギヤ
２１  ギヤ                          ２２  下部ローター
２３  シリンダーピン                ２４  シリンダー
２５  シリンダーピン                ２６  シリンダー
２７  ピストンロッド                ２８  ピストンロッド
２９  ピストンロッドピン            ３０  ピストンロッドピン
３１  モーター                      ３２  ベアリング
３３  主軸ギヤ                      ３４  ギヤ
３５  モーター                      ３６  ピストンロッドピン
３７  ピストンロッド                ３８  シリンダー
３９  シリンダーピン                ４０  シリンダーピン
４１  シリンダー                    ４２  ピストンロッド
４３  ピストンロッドピン            ４４  モーターベース体
４５  メインフレーム                ４６  ボールジョイントのメス部
４７  ボール部                      ４８  上部ローター主軸
４９  上部ローター                  ５０  ベアリング
５１  下部ローター主軸              ５２  下部ローター
５３  ギヤ                          ５４  原動機
５５  モーターベース体              ５６  シリンダーピン
５７  シリンダー                    ５８  ピストンロッド
５９  ピストンロッドピン            ６０  躯体
６１  ベアリング                    ６２  固定翼
６３  可動翼                        ６４  上部ローターギヤ
６５  ギヤ                          ６６  可動翼
６７  ピストンロッドピン            ６８  原動機
６９  ピストンロッド                ７０  シリンダー
７１  シリンダーピン                ７２  下部ローターギヤ
７３  ローターフレーム              ７４  ローター
７５  ローターボス部                ７６  ボール部
７７  ピン                          ７８  ローター
７９  出力軸                        ８０  ローター
８１  ベアリング                    ８２  ローターコイル
８３  界磁                          ８４  ベアリング
８５  ブラシホルダ                  ８６  ブラシ
８７  シリンダーピン                ８８  シリンダー
８９  ピストンロッド                ９０  ピストンロッドピン
９１  ブラケット                    ９２  テーブル
９３  躯体                          ９４  モーターベース体
９５  略球状体                      ９６  コミテーター
９７  ベアリング                    ９８  ブラシ
９９  ブラシホルダ                  １００  ブラケット
１０１  ピストンロッドピン          １０２  ピストンロッド
１０３  シリンダー                  １０４  シリンダーピン
１０５  界磁                        １０６  ローターフレーム
１０７  ローターボス部              １０８  ボール部
１０９  ピン                        １１０  ローター
１１１  ローター                    １１２  出力軸
１１３  ローター                    １１４  ベアリング
１１５  界磁                        １１６  ローターコイル
１１７  ベアリング                  １１８  シリンダーピン
１１９  シリンダー                  １２０  ピストンロッド
１２１  ピストンロッドピン          １２２  ブラケット
１２３  テーブル                    １２４  躯体
１２５  球状体                      １２６  ブラシホルダ
１２７  ブラシ                      １２８  コミテーター
１２９  ベアリング                  １３０  ブラシ
１３１  ブラシホルダ                １３２  ピストンロッドピン
１３３  ブラケット                  １３４  ピストンロッド
１３５  シリンダー                  １３６  シリンダーピン
１３７  界磁                        １３８  カラー
１３９  メインフレーム              １４０  ピストンロッドピン
１４１  メインフレーム              １４２  シリンダーピン
１４３  シリンダー                  １４４  カラー
１４５  メインフレーム              １４６  シリンダー
１４７  ピストンロッド              １４８  メインフレーム
１４９  メインフレーム              １５０  原動機の出力軸
１５１  メインフレーム              １５２  メインフレーム
１５３  カラー                      １５４  メインフレーム
１５５  ピストンロッドピン          １５６  ピストンロッド
１５７  シリンダー                  １５８  メインフレーム
１５９  シリンダーピン              １６０  カラー
１６１  メインフレーム              １６２  メインフレーム
１６３  カラー                      １６４  ピストンロッドピン
１６５  ピストンロッド              １６６  シリンダー
１６７  メインフレーム              １６８  カラー
１６９  シリンダーピン              １７０  ハウジング（断面塗りつぶし）
１７１  ハウジング（断面塗りつぶし）１７４  ピストンロッドピン同径ピン穴
１７５  ラックギヤ                  １７６  シリンダーピン同径ピン穴
１７７  ウォームギヤ                １７８  モーター
１７９  ピストンロッドピン同径ピン穴１８０  シャフト
１８１  ボールジョイント            １８２  サーボホーン
１８３  シリンダーピン同径ピン穴    １８４  サーボ本体
【図１】
2006021741.tif 000003
【図２】
2006021741.tif 000004
【図３】
2006021741.tif 000005
【図４】
2006021741.tif 000006
【図５】
2006021741.tif 000007
【図６】
2006021741.tif 000008
【図７】
2006021741.tif 000009
【図８】
2006021741.tif 000010
【図９】
2006021741.tif 000011