(57)【要約】【課題】回転駆動部の出力が増大されても、スラスタに生じる振動や騒音を低減する飛行装置を提供する。【解決手段】飛行装置１０は、基体１１と、複数のスラスタ１４と、支持部材４０とを備える。スラスタ１４は、基体１１に設けられ、回転駆動部１５、回転駆動部１５によって回転する回転軸部材１６、および回転軸部材１６とともに回転するプロペラ１７を有している。スラスタ１４は、回転駆動部１５でプロペラ１７を回転することによって推進力を発生する。支持部材４０は、回転軸部材１６の回転駆動部１５と反対側の端部４１を支持している。【選択図】図１
2018199444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体（１１）と、
前記基体（１１）に設けられ、回転駆動部（１５）、前記回転駆動部（１５）によって回転する回転軸部材（１６）、および前記回転軸部材（１６）とともに回転するプロペラ（１７）を有し、前記プロペラ（１７）の回転によって推進力を発生する複数のスラスタ（１４）と、
前記回転軸部材（１６）の前記回転駆動部（１５）と反対側の端部（４１）を支持する支持部材（４０）と、
を備える飛行装置。
【請求項２】
前記プロペラ（１７）のピッチを変更するピッチ変更機構部（２０、５０）をさらに備える請求項１記載の飛行装置。
【請求項３】
前記ピッチ変更機構部（２０、５０）は、前記プロペラ（１７）を挟んで前記回転駆動部（１５）側および前記支持部材（４０）側の双方に設けられている請求項２記載の飛行装置。
【請求項４】
前記ピッチ変更機構部（５０）は、前記支持部材（４０）に設けられている請求項２記載の飛行装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛行装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、いわゆるドローンと称される飛行装置の普及が進んでいる。このような飛行装置は、例えばモータなどの回転駆動部によってプロペラを回転することにより、推進力を発生する。従来の飛行装置の場合、回転駆動部から伸びる回転軸部材にプロペラが取り付けられ、回転駆動部の回転力は回転軸部材を通してプロペラに伝達されている。そのため、プロペラに回転力を伝達する回転軸部材は、一方の端部が回転駆動部によって支持されている。
【０００３】
しかしながら、飛行装置の普及にともなって、飛行装置のさらなる大型化および要求されるペイロードが増加している。そのため、回転駆動部は、大型化または高回転化などによる出力の増大への要求が高まっている。このように回転駆動部の出力が増大されると、回転駆動部、回転軸部材あるいはプロペラに生じるわずかなずれに起因するスラスタの振動や騒音は無視できない。特に振動が大きくなると、飛行装置の飛行安定性にも影響を及ぼすおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平７−４７３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の目的は、回転駆動部の出力が増大されても、スラスタに生じる振動や騒音を低減する飛行装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明では、支持部材を備えている。支持部材は、回転軸部材の回転駆動部と反対側の端部を支持している。従来のスラスタの場合、揚力など推進力の確保の観点から、プロペラの周囲は可能な限り開放することが求められている。すなわち、プロペラの回転にともなう空気の排出側は、可能な限り障害物を排除し、開口面積を拡大することが求められている。しかし、上述のようにスラスタに要求される出力が増大すると、スラスタが大型化する。スラスタの大型化は、振動や騒音の影響を増大させる一方で開口面積の影響を低減する。すなわち、スラスタの大型化にともない、空気の排出側における障害物が飛行性能へ及ぼす影響は減少し、振動や騒音が飛行性能へ及ぼす影響が増加するという傾向にある。そこで、請求項１記載の発明では、支持部材で回転軸部材の端部を支持している。これにより、空気の排出側における開口面積が減少するものの、回転軸部材は支持部材と回転駆動部によって両端が支持される。そのため、回転軸部材は安定して支持され、回転軸部材の振動、およびこれにともなう騒音は低減される。したがって、回転駆動部の出力を増大しても、スラスタに生じる振動や騒音を低減することができ、飛行安定性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態による飛行装置を示す模式図
【図２】図１の矢印ＩＩ方向から見た模式図
【図３】第１実施形態による飛行装置のピッチ変更機構部を示す模式的な斜視図
【図４】第１実施形態による飛行装置のスラスタを示す模式図
【図５】第１実施形態による飛行装置のプロペラを示す断面図
【図６】第１実施形態による飛行装置のプロペラを示す断面図
【図７】第２実施形態による飛行装置のスラスタを示す模式図
【図８】第３実施形態による飛行装置のスラスタを示す模式図
【図９】第４実施形態による飛行装置のスラスタを示す模式図
【図１０】その他の実施形態による飛行装置のスラスタを示す模式図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、飛行装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
図１および図２に示すように第１実施形態による飛行装置１０は、基体１１を備えている。基体１１は、本体１２および腕部１３を有している。本体１２は、基体１１の重心位置に設けられている。腕部１３は、この本体１２から外側に突出している。第１実施形態の場合、基体１１は、本体１２の周方向へ等間隔に４本の腕部１３を有している。腕部１３の本数は、２本以上であれば、４本に限らず任意に設定することができる。
【０００９】
飛行装置１０は、スラスタ１４を備えている。スラスタ１４は、腕部１３の本体１２と反対側の端部にそれぞれ設けられている。スラスタ１４は、いずれも回転駆動部としてのモータ１５、回転軸部材１６およびプロペラ１７を有している。回転駆動部としてのモータ１５は、プロペラ１７を駆動する回転力を発生する。回転軸部材１６は、モータ１５の図示しない回転子と一体に接続されている。これにより、モータ１５の回転は、回転軸部材１６を通してプロペラ１７に伝達される。スラスタ１４は、モータ１５の駆動力によってプロペラ１７が回転することにより推進力を発生する。
【００１０】
飛行装置１０は、プロペラ１７のピッチを変更するピッチ変更機構部２０を備えている。ピッチ変更機構部２０の一例を図３および図４に基づいて説明する。なお、図３および図４に示すピッチ変更機構部２０は、一例であり、プロペラ１７のピッチを変更可能な構成であって、飛行装置１０のスラスタ１４に適用可能な構成であればこの例に限らない。ピッチ変更機構部２０は、サーボモータ２１、レバー部材２２、リンク部材２３および変更部材２４を有している。第１実施形態の場合、ピッチ変更機構部２０は、モータ１５とプロペラ１７との間に設けられている。この場合、サーボモータ２１は、スラスタ１４に設けられている。サーボモータ２１の回転は、レバー部材２２、リンク部材２３および変更部材２４を通してプロペラ１７に伝達される。このとき、サーボモータ２１の回転は、レバー部材２２、リンク部材２３および変更部材２４を経由することにより、図３に示すように回転軸部材１６と垂直なプロペラ軸Ｐを中心とするプロペラ１７の回転に変換される。すなわち、サーボモータ２１が回転すると、回転軸部材１６の先端に設けられたプロペラ１７は、プロペラ軸Ｐを中心に回転する。これにより、プロペラ１７は、図５に示す上向きの推力を発生するピッチ角θ１と、図６に示す下向きの推力を発生するピッチ角θ２との間で変化する。このプロペラ１７のピッチ角θ１とピッチ角θ２との中間の位置は、プロペラ１７が回転しても推進力が発生しない中立位置となる。プロペラ１７のピッチがピッチ角θ２からピッチ角θ１へ向けて変化するとき、プロペラ１７のピッチは上昇方向の推進力が増加するプラス側へ変化する。一方、プロペラ１７のピッチがピッチ角θ１からピッチ角θ２へ向けて変化するとき、プロペラ１７のピッチは上昇方向の推進力が減少するマイナス側へ変化することになる。プロペラ１７のピッチの変化量は、サーボモータ２１の回転角度に対応する。
【００１１】
飛行装置１０は、図１に示すように制御ユニット３１およびバッテリ３２を備えている。制御ユニット３１およびバッテリ３２は、本体１２に収容されている。制御ユニット３１は、図示しないマイクロコンピュータを有している。また、制御ユニット３１は、図示しない加速度センサや高度センサなどの各種のセンサと接続しており、飛行装置１０の飛行姿勢や飛行高度を取得する。制御ユニット３１は、これら各種のセンサで検出した基体１１の飛行姿勢や飛行高度に基づいて、スラスタ１４のモータ１５およびサーボモータ２１を駆動する。これにより、制御ユニット３１は、基体１１の飛行を制御する。
【００１２】
飛行装置１０は、支持部材４０を備えている。第１実施形態の場合、支持部材４０は、基体１１の本体１２から腕部１３とほぼ平行に径方向外側へ伸びている。支持部材４０は、本体１２と反対側の端部がスラスタ１４まで伸び、回転軸部材１６のモータと反対側の端部４１を支持している。すなわち、支持部材４０は、回転軸部材１６の端部４１を回転可能に支持している。これにより、回転軸部材１６は、軸方向の一方の端部がモータ１５によって回転可能に支持されるとともに、他方の端部４１が支持部材４０によって回転可能に支持されている。支持部材４０は、すべり軸受として回転軸部材１６の端部４１と軸方向または周方向で接することによりこれを支持してもよい。また、支持部材４０は、回転軸部材１６との間に例えばボールベアリングなどの軸受部材を有することにより、回転軸部材１６を支持してもよい。
【００１３】
第１実施形態では、飛行装置１０は支持部材４０を備えている。支持部材４０は、回転軸部材１６のモータ１５と反対側の端部４１を支持している。これにより、空気の排出側、すなわちプロペラ１７のモータ１５と反対側における開口面積は減少するものの、回転軸部材１６は支持部材４０とモータ１５とによって両端が支持される。そのため、回転軸部材１６は安定して支持され、回転軸部材１６の振動および揺れ、ならびにこれらにともなう騒音は低減される。したがって、モータ１５の出力を増大しても、スラスタ１４に生じる振動や騒音を低減することができ、飛行安定性を高めることができる。
【００１４】
（第２実施形態）
第２実施形態による飛行装置を図７に示す。
第２実施形態では、ピッチ変更機構部５０は、支持部材４０とプロペラ１７との間に設けられている。すなわち、第２実施形態の場合、ピッチ変更機構部５０のサーボモータ５１は、支持部材４０に設けられている。支持部材４０に設けられているサーボモータ５１の回転は、レバー部材５２、リンク部材５３および変更部材５４を通してプロペラ１７に伝達される。この場合も、第１実施形態と同様に、サーボモータ５１が回転すると、回転軸部材１６に設けられたプロペラ１７はプロペラ軸Ｐを中心に回転する。
【００１５】
第２実施形態では、ピッチ変更機構部５０は支持部材４０とプロペラ１７との間に設けられている。このように、ピッチ変更機構部５０を支持部材４０とプロペラ１７との間に設けることにより、モータ１５とプロペラ１７との間の距離を小さくすることができる。すなわち、第２実施形態の場合、モータ１５とプロペラ１７との間にピッチ変更機構部５０を設ける必要がないので、プロペラ１７のピッチを変更する場合でも、モータ１５からプロペラ１７までの距離の低減が可能となる。モータ１５からプロペラ１７までの距離が小さくなることにより、モータ１５の出力が増大およびプロペラ１７の回転数が増加しても、回転軸部材１６の揺れや振動が低減される。さらに、回転軸部材１６のモータ１５と反対側の端部４１を支持部材４０で支持することにより、回転軸部材１６はより強固に支持され、回転軸部材１６の揺れや振動およびこれにともなう騒音は低減される。したがって、モータ１５の出力やプロペラ１７の回転数を増大しても、スラスタ１４に生じる振動や騒音をより低減することができ、飛行安定性をさらに高めることができる。
【００１６】
また、第２実施形態の場合、スラスタ１４はピッチ変更機構部５０のサーボモータ５１を設ける必要がない。そのため、モータ１５を覆うケーシングなどは不要となる。したがって、構造の簡略化および部品点数の低減にともなう軽量化を図ることができる。
【００１７】
（第３実施形態）
第３実施形態による飛行装置を図８に示す。
第３実施形態では、ピッチ変更機構部２０およびピッチ変更機構部５０を備えている。ピッチ変更機構部２０は、モータ１５とプロペラ１７との間に設けられている。一方、ピッチ変更機構部５０は、支持部材４０とプロペラ１７との間に設けられている。すなわち、第３実施形態の場合、ピッチ変更機構部２０のサーボモータ２１はスラスタ１４に設けられるとともに、ピッチ変更機構部５０のサーボモータ５１は支持部材４０に設けられている。スラスタ１４に設けられているサーボモータ２１の回転は、レバー部材２２、リンク部材２３および変更部材２４を通してプロペラ１７に伝達される。また、支持部材４０に設けられているサーボモータ５１の回転は、レバー部材５２、リンク部材５３および変更部材５４を通してプロペラ１７に伝達される。これらの場合、サーボモータ２１またはサーボモータ５１が回転すると、回転軸部材１６に設けられたプロペラ１７はプロペラ軸Ｐを中心に回転する。
【００１８】
第３実施形態では、プロペラ１７のピッチは、スラスタ１４に設けられているサーボモータ２１、または支持部材４０に設けられているサーボモータ５１によって変更される。これにより、第３実施形態では、第１実施形態や第２実施形態に比較して冗長性が向上し、飛行安定性および安全性を高めることができる。飛行装置１０は、空間を飛行するため、高い安全性が求められる。プロペラ１７のピッチは飛行性能に大きな影響を与えることから、プロペラ１７のピッチが変更できなくなると飛行性能の大幅な低下を招くことになる。仮にピッチ変更機構部２０またはピッチ変更機構部５０に異常が生じると、モータ１５が正常に作動する場合でも飛行装置１０は飛行の継続が困難になる。そこで、第３実施形態のようにプロペラ１７のピッチを変更する機構を二重化することにより、プロペラ１７のピッチの確実な変更が確保される。したがって、より安全性を高め、安定した飛行を継続することができる。
【００１９】
（第４実施形態）
第４実施形態による飛行装置を図９に示す。
第４実施形態では、支持部材４０は接続部材６１を有している。接続部材６１は、支持部材４０と腕部１３とを接続している。支持部材４０は、腕部１３と概ね平行に本体１２から径方向外側へ伸びている。接続部材６１は、この支持部材４０の本体１２と反対側の端部において、支持部材４０と腕部１３とを接続している。これにより、支持部材４０の端部は、接続部材６１によって基体１１と一体に接続される。そのため、支持部材４０は、端部の振動が低減される。したがって、回転軸部材１６をより強固に支持することができ、振動や騒音をより低減することができる。
【００２０】
また、支持部材４０とプロペラ１７との間の距離の変化は、プロペラ１７のピッチ角θの変化につながる。すなわち、支持部材４０とプロペラ１７との間の距離が変化すると、この距離の変化に対応してリンク部材５３および変更部材５４が回転し、プロペラ１７のピッチ角θの変化を招くおそれがある。そこで、第４実施形態のように支持部材４０と腕部１３とを接続部材６１で接続することにより、支持部材４０のたわみ、およびたわみにともなうピッチ角θの変化が回避される。したがって、プロペラ１７のピッチ角θの微小な変化にともなう推進力の変化が低減され、より安定した飛行を継続することができる。
なお、接続部材６１は、腕部１３ではなく、スラスタ１４と支持部材４０とを接続する構成としてもよい。
【００２１】
（その他の実施形態）
上述の複数の実施形態では、基体１１の本体１２から外側へ伸びる支持部材４０を設ける例について説明した。しかし、支持部材４０は、例えば腕部１３の途中から立ち上がり、外側へ伸びる構成としてもよい。また、支持部材４０は、スラスタ１４の外周を覆う図示しない筒状のケーシングから回転軸部材１６側へ伸びる構成としてもよい。このように、支持部材４０は、回転軸部材１６のモータ１５と反対側の端部４１を支持する構成であれば任意の構成とすることができる。
【００２２】
また、図１０に示すように、ピッチ変更機構部２０の冗長性を確保する場合、サーボモータ２１は、スラスタ１４と一体に２つ設ける構成としてもよい。これにより、ピッチ変更機構部２０の冗長性は向上する。したがって、安定した飛行を継続することができる。当然ながら、支持部材４０にサーボモータ５１を２つ設ける構成としてもよい。
【００２３】
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。また、上記実施形態では、複数の実施形態を個別に説明したが、複数の実施形態を組み合わせて飛行装置１０に適用してもよい。
【００２４】
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
【符号の説明】
【００２５】
図面中、１０は飛行装置、１１は基体、１４はスラスタ、１５はモータ（回転駆動部）、１６は回転軸部材、１７はプロペラ、２０、５０はピッチ変更機構部、４０は支持部材、４１は端部、５０はピッチ変更機構部を示す。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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