(57)【要約】      （修正有）【課題】無人機のサイズ縮減に有効であり。且つローターの取り外しが容易である、ロータ取り付けシステムを提案する。【解決手段】無人機の各推進ユニットは、プロペラ２０と、ステーターが無人機本体に結合されている回転ケージ同期電気モーターとを含む。推進ユニットはギアレス型であり、モーターのローターは、プロペラハブ２４と回転的に一体である。ローターは、回転軸に対して径方向平面に延在している上側フランジ５６と一体である。プロペラをローターに迅速に連結する逆戻し可能手段が設けられ、この逆戻し可能手段は、拡大ヘッド部がフランジに形成されているスタッド６２を具現している。スタッド６２は、ハブに形成されている相同の湾曲ボタン穴３２と協働する。切離し位置から係止位置への切替えは、モーターの回転方向に対して反対方向に、数分の１回転ずつプロペラハブがフランジに対して相対回転することにより操作される。【選択図】図５ａ
2015110413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無人機本体（１６）及び複数の推進ユニット（１２）を備える回転翼無人機（１０）であって、前記推進ユニット（１２）は、それぞれ、
ハブ（２４）及び複数のブレード（２６）を有するプロペラ（２０）と、
回転ケージブラシレス同期型の電気モーター（１４）であって、前記無人機本体に結合されているステーターと、前記プロペラを駆動する該モーターの回転軸の回りに可動なローターとを備える電気モーター（１４）と、
を含み、
前記推進ユニットはギアレス型であり、
前記ローターは、前記プロペラハブと回転的に一体であるとともに、前記回転軸に対して径方向平面に延在する上側フランジ（５６）と一体であり、
前記フランジを把持する手段が設けられ、
該無人機は、
前記ハブが前記フランジと相互係止することを可能にする切離し位置と、前記ハブが、機械的に、前記フランジと回転的に一体になっている係止位置と、の間で前記プロペラを前記ローターに迅速に連結する逆戻し可能手段を更に備え、
前記切離し位置から前記係止位置への切替えは、前記電気モーターの回転方向に対して反対方向に、数分の１回転ずつ前記プロペラハブが前記フランジに対して相対回転することにより操作され、前記フランジを把持する手段は、前記フランジを前記係止位置に把持する手段であることを特徴とする、無人機。
【請求項２】
前記逆戻し可能な迅速連結手段は、
前記フランジに前記回転軸から径方向に遠隔して配置されている複数のスタッド（６２）であって、各スタッドは、前記フランジに対する前記ハブの保持を確実にするように構成されている拡大ヘッド部（６６）が頂部にあるロッド部（６４）を有する、複数のスタッド（６２）と、
数及び配置構成が前記フランジの前記スタッドの数及び配置構成に対応している、前記ハブの複数のボタン穴（３２）であって、各ボタン穴は、周縁に沿って延在している湾曲スロット（３４）を有し、該スロットの幅は、対応する前記スタッドの前記ロッド部に対応しており、該スロットは、第１の端部（３８）に、前記スタッドヘッド部の挿入を可能にするサイズの拡大部を有する、複数のボタン穴（３２）と、
を有する、請求項１に記載の無人機。
【請求項３】
前記係止位置では、前記スタッドヘッド部は、前記ハブの上面を超えて突出する、請求項２に記載の無人機。
【請求項４】
前記フランジを把持する手段は、前記スタッドヘッド部に形成されリッジを有する突出部を有する、請求項２に記載の無人機。
【請求項５】
前記スロットの縁部は、前記第１の端部とは反対側の第２の端部近くで厚さが増大しており、この厚さは、前記フランジの前記上面と前記スタッドヘッド部の下面との間の間隔に関して、前記切離し位置では遊び嵌めを、また前記係止位置ではプレス嵌めを、前記スタッドヘッド部と形成するように規定されている、請求項２に記載の無人機。
【請求項６】
前記ローターは、前記上側フランジから延出する円筒形側方スカート（５２）を有し、このスカートは、前記回転ケージの磁気素子（５４）を担持するとともに、前記モーターステーターの巻線（４６）を収容する内部容積を前記フランジとともに画定している、請求項１に記載の無人機。
【請求項７】
前記ローターの軸を含むフールプルーフ手段が更に設けられ、該フールプルーフ手段は、前記フランジを超えて突出する（７６）、又は突出せず（７６’）、前記ハブに中央オリフィス（７４）が形成されるか又は形成されず、中央オリフィスがないハブは、突出する軸が設けられているフランジに相互係止するのを妨げるようになっている、請求項１に記載の無人機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クアッドリコプター（quadricopters：４翼ヘリコプター）等の回転翼無人機に関する。
【０００２】
このような無人機は、それぞれのモーターにより駆動されるプロペラを１つにつき１つ有する、いくつかの推進ユニットを備える。異なるモーターを異なるように制御し、無人機を姿勢及び速度に関して操縦することができる。
【背景技術】
【０００３】
このような無人機の典型的な一例は、パリに所在するParrot SA社のＡＲ．Ｄｒｏｎｅである。
【０００４】
特許文献１は、この無人機の推進ユニットの構造をより精確に記載している。この推進ユニットは、それぞれ、このモーターの概して非常に高い回転速度を減少させるシステムを介して電気モーターにより駆動されるプロペラを含む。さらに、推進ユニットは、パッドを形成する余剰部（excrescence）により下部が延長されており、地上に置かれている場合、無人機をこのパッド上に支えることができる。これにより、無人機本体に追加の脚部を設ける必要が回避される。
【０００５】
推進ユニットは、例えば障害物に衝突した後にプロペラが損傷を受けた場合におけるモーターの交換及びプロペラの交換を可能にするように、容易に取外し可能である必要がある。
【０００６】
無人機のサイズを縮減することが望ましい場合、このような縮減はプロペラのサイズにも適用される。したがって、より小さいプロペラを用いて同じ揚力を得るには、プロペラの回転速度を大幅に増大させることが得策である。このことは、減速器が用いられないギアレスモーターの使用につながる。ギアレスモーターは、特に、回転ケージブラシレス同期型のモーターとすることができ、無人機本体に結合されているステーターを備えるとともに、磁気素子を有する回転ケージよりなるローターと共同する巻線を担持している。
【０００７】
プロペラは、この場合、ローターのケージに直接取り付けられ、ローターのケージと同速で回転する。具体的には、プロペラは、ねじにより回転ケージに締結されているか、又は、プロペラをケージの上部に押し付ける中央ナットにより、回転ケージに取り付けられる。
【０００８】
特許文献２は、無人機にプロペラを取り付けるシステムを記載している。
【０００９】
このような構成は２つの欠点を有する。
【００１０】
第１に、ギアレス駆動部に起因して、回転ケージに続いてプロペラがモーターの上方に配置されることが必要であるとき、推進ユニットの垂直方向の大きさには、主にブレードの高さに相当するプロペラの厚さを加えたモーターの高さが含まれる。この大きさは、上述した無人機のサイズ縮減に反する。
【００１１】
第２に、各プロペラを取付け及び取外しするために、ねじ回し若しくはレンチ等の工具を用いるか、又は、経時により損失する傾向がある追加の係止部品を設ける必要がある。相互係止締結システムが望ましい場合、プロペラが回転ケージと一体であること、及び、モーターが給電されていない場合、回転ケージは完全に回転が自由であることにより、難点が生じる。プロペラの手動回転を試みる場合に、モーターとプロペラとの間に介在する減速ギア列がプロペラの回転に対する抵抗に逆らう従来のシステムと異なり、取外しの時点で、制動されることがないケージと相互係止されているプロペラを分離することが非常に困難である。
【００１２】
特許文献３及び特許文献４は、飛行玩具のプロペラを取り付けるまた他のシステムを記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０５８２５７号
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２００５０１０３３６号
【特許文献３】中国特許第３３３９６７号
【特許文献４】仏国特許第２１１７３７６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、プロペラと同期モーターの回転ケージとを連結する新規のシステムを提案することにより、これらの２つの難点を解決することである。このシステムは、
モーター−プロペラユニットの垂直方向の大きさを最小化し、
工具を用いることなく、モーターの回転ケージに対して（to/from）プロペラを締結及び取外しすることを可能にし、
プロペラが取り付けられているローターのケージを片手のみで容易に保持及び固定（immobilize）することを可能にし、それにより、使用者がモーターからプロペラを取り外すのに他方の手でプロペラを取ることができる。
【００１５】
本発明は、視覚的に類似しているが反対方向に回転するように設計されているプロペラを区別するのに用いる単純なフールプルーフ手段を得ることを可能にすることもわかる。実際、クアッドリコプターでは、直径方向反対側にある２つのプロペラが同じ方向に回転し、この方向は、他の２つのプロペラの回転方向とは反対である。順回転プロペラ及び逆回転プロペラは同一ではないが、順回転プロペラ及び逆回転プロペラの視覚的区別を行うことは困難である。そのため、例えば、所与の型のプロペラを、これらのプロペラが設計されている回転方向に対して反対方向に回転するモーターに取り付けることを阻止するフールプルーフシステムを有することが有用とすることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した目的を達成するために、本発明は、例えば、上述した特許文献２から既知の型の回転翼無人機を提案する。すなわち、本回転翼無人機は、無人機本体及び複数の推進ユニットを備え、
前記複数の推進ユニットは、それぞれ、
ハブ及び複数のブレードを有するプロペラと、
回転ケージブラシレス同期型の電気モーターであって、前記無人機本体に結合されているステーターと、前記プロペラを駆動する該モーターの回転軸の回りに可動なローターとを備える電気モーターと、
を含む。
前記推進ユニットはギアレス型であり、
前記ローターは、前記プロペラハブと回転的に一体であるとともに、前記回転軸に対して径方向平面に延在する上側フランジと一体であり、
このフランジを把持する手段が設けられている。
【００１７】
本発明の特徴として、
前記ハブが前記フランジと相互係止することを可能にする切離し位置と、前記ハブが、機械的に、前記フランジと回転的に一体になっている係止位置と、の間で前記プロペラを前記ローターに迅速に連結する逆戻し可能（reversible：可逆）手段が設けられている。
前記切離し位置から前記係止位置への切替えは、前記電気モーターの回転方向に対して反対方向に、数分の１回転ずつ前記プロペラハブが前記フランジに対して相対回転することにより操作され、前記フランジを把持する手段は、前記フランジを前記係止位置に把持する手段である。
【００１８】
特定の一実施形態において、
前記逆戻し可能な迅速連結手段は、
前記フランジに前記回転軸から径方向に遠隔して配置されている複数のスタッドであって、各スタッドは、前記フランジに対する前記ハブの保持を確実にするように構成されている拡大ヘッド部が頂部にあるロッド部を有する、複数のスタッドと、
数及び配置構成が前記フランジの前記スタッドの数及び配置構成に対応している、前記ハブの複数のボタン穴であって、各ボタン穴は、周縁に沿って延在している湾曲スロットを有し、該スロットの幅は、対応する前記スタッドの前記ロッド部に対応しており、該スロットは、第１の端部に、前記スタッドヘッド部の挿入を可能にするサイズの拡大部を有する、複数のボタン穴と、
を有することが有利である。
【００１９】
種々の有利な従属的特徴によれば、
前記係止位置では、前記スタッドヘッド部は、前記ハブの上面を超えて突出する。
前記フランジを把持する手段は、前記スタッドヘッド部に形成されリッジを有する突出部を有する。
前記スロットの縁部は、前記第１の端部とは反対側の第２の端部近くで厚さが増大しており、この厚さは、前記フランジの前記上面と前記スタッドヘッド部の下面との間の間隔に関して、前記切離し位置では遊び嵌めを、また前記係止位置ではプレス嵌めを、前記スタッドヘッド部と形成するように規定されている。
前記ローターは、前記上側フランジから延出する円筒形側方スカートを有し、このスカートは、前記回転ケージの磁気素子を担持するとともに、前記モーターステーターの巻線を収容する内部容積を前記フランジとともに画定している。
前記ローターの軸を含むフールプルーフ手段が更に設けられ、該フールプルーフ手段は、前記フランジを超えて突出するか又は突出せず、前記ハブに中央オリフィスが形成されるか又は形成されず、中央オリフィスがないハブは、突出する軸が設けられているフランジに相互係止するのを妨げるようになっている。
【００２０】
これより、添付図面を参照しながら本発明の例示的な一実施形態を記載する。添付図面において、同じ参照符号は図面を通して同一の要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】４つの推進システムを備える、本発明に係る無人機の斜視図である。
【図２】本発明に係る無人機の、分離して検討されるプロペラの中央部の詳細斜視図であり、ハブとブレードの根元とを示している。
【図３】プロペラの取付け前の、分離して検討される回転ケージ駆動モーターの斜視図である。
【図４】軸平面に沿った推進システムの断面図であり、プロペラはモーターに締結されており、この図は、特に、回転ケージモーターの内部構造と、この回転ケージに対するプロペラハブの締結方法を示している。
【図５ａ】プロペラをモーターにいかに取り付けるかを説明することが意図されるモーター及びプロペラの斜視図であり、プロペラがモーターの回転ケージの上方に配置されている時点の図である。
【図５ｂ】プロペラをモーターにいかに取り付けるかを説明することが意図されるモーター及びプロペラの斜視図であり、これらの２つの部品を最終的に組み付けた後の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
これより、本発明の一実施形態を記載する。これは、本発明の枠組みから逸脱せずに勘案することができる、記載される様々な要素の多くの変形形態の非限定的な例としてのみ提供されている。
【００２３】
図１では、参照符号１０は、４つの推進システム１２を備えるクアッドリコプター型の無人機を全体的に示している。各推進システム１２は、駆動モーターを収容するとともにアーム１８により無人機の本体１６に結合されている固定部１４を有する。各推進システムのモーターは、略水平な平面において固定部１４及びアーム１８の上方に延在しているそれぞれのプロペラ２０を、駆動して回転させる。推進ユニットは、脚部を形成するスターラップ２２により下部が延長されており、地上では無人機はこの脚部上に支えることができる。
【００２４】
図２は、本発明に係る無人機の、分離して検討されるプロペラの中央部を斜視図で示している。
【００２５】
このプロペラは本質的にハブ２４を有し、ハブ２４から、例えば、図示の例では数が３つのブレード２６が径方向に延出している。ハブ２４及びブレード２６は、単一部品として作製される、例えば、プラスチック材料から単一部品として成形されることが有利である。
【００２６】
特徴として、ハブ２４は上壁２８を有し、上壁２８は、平坦な円盤の形態であり、ブレード２６を担持する円筒形外壁３０により周縁が延長されている。上壁２８には複数のボタン穴３２が設けられ、複数のボタン穴３２は、ブレードの数と等しい数であることが好ましく、それぞれ、略一定の幅のスロット３４よりなる。このスロットは、湾曲しており、周縁に沿ってハブの中心軸から遠隔して延在する。スロット３４は、２つの丸みがある端部を有し、このとき前方端部３６及び後方端部３８（これらの呼称は、矢印４０により示されているプロペラの回転方向に対応する）を有する。前方端部は、丸みがあるとともにスロットの幅と同一の幅を有する。一方、後方端部３８は拡大しており、例えば、スロットの残りの部分の幅の直径よりも僅かに大きい直径の円形状を有する。
【００２７】
図３及び図４は、回転ケージモーターの構造を示しており、分離して検討される（図３、斜視図）、又は上方にプロペラが示されている（図４、断面図）。モーター１４は、支持部を形成している固定部４２を有し、無人機本体に結合しているアーム１８と一体であるとともに取外し作業中の脚部２２のねじりを可能にするオリフィス４４が設けられている。
【００２８】
また、モーターの固定部は、複数の固定巻線４６をそれぞれのマンドレル４８に巻いて担持する。これらの巻線４６は、モーターの回転軸に対して径方向に向く軸の回りに巻かれ、同期モーターのステーターの異なる部材をなし、異なる巻線間の回転磁界（rotating field）の生成を可能にする。
【００２９】
モーターの他方の部材は、プロペラをギアレス駆動するようにプロペラが締結されている回転ケージ５０からなるローターである。
【００３０】
より精確には、回転ケージ５０は、外径がプロペラハブ２４の円筒形壁３０の内径に等しい円筒形側方スカート５２を有し、そのため、このハブは、非常に僅かな隙間を伴って回転ケージ５０に相互係止することができる。そのため、プロペラは、図５ａ及び図５ｂを参照して以下に説明するように、モーターに対するこのプロペラの取付け／取外し中にケージの回りに回転することができる。
【００３１】
側方スカート５２は、内側に磁気素子（永久磁石）５４を担持し、磁気素子（永久磁石）５４は、互いに反対に構成される巻線４６によって生成される回転磁界により、駆動されることが意図されている。
【００３２】
回転ケージは、上部に、平坦化面又は平坦な円盤の形態のフランジ５６を有する。この平坦化面又はフランジ５６には、プロペラハブが回転ケージに相互係止される場合、プロペラハブの上壁２８の内面が当接することが意図される。図示の例では、このフランジ５６は、径方向アーム５８により側方スカート５２に結合され、巻線を冷却することを可能にするとともに、相応に構造体をより軽くする利点を更に有する開口を形成するようになっている。
【００３３】
回転ケージ５０は、モーターの固定中心シャフト６０に取り付けられ、固定中心シャフト６０上で自由に回転することができ、モーターが給電されていない場合、制動されることがない。
【００３４】
回転ケージのフランジ５６は、プロペラハブのボタン穴３２の数及び配置構成に対応している数及び配置構成の複数のスタッド６２を支持している。各スタッドは、拡大ヘッド部６６が頂部にある円筒形中央部６４から形成されている。フランジ５６の表面と、スタッドのヘッド６６の下面との間の間隔６８は、プロペラハブの上壁２８の厚さと等しい。これにより、プロペラがモーターに取り付けられると、プロペラハブを垂直方向に拘束することが可能になる。
【００３５】
スタッド６２の別の機能は、プロペラを、プロペラハブの上壁２８から突出する突出ヘッド部６６によりモーター（図４及び図５ｂの構成）に取り付ける場合、ローターを片手で把持することを可能にすることである。スタッド６６のヘッド部上で指が滑ることを回避するために、これらのヘッド部は、把持するのに十分な高さ及び直径を有し、リッジ及び別の角のある形状を有することも可能とすることができる。最後に、スタッド６２は、スロット３２の前方端部３６におけるハブの厚さに当接するスタッドの円筒形ロッド６４により、モーターによるプロペラの駆動を確実にする。
【００３６】
スタッド６２は、種々の方法で作製することができ、例えば、回転ケージの上部に成形又は機械加工するか、又は、肩付きねじ若しくはオーバーモールドインサート若しくはプレス嵌めインサート等の追加部材から形成することができる。
【００３７】
図５ａ及び図５ｂはプロペラをモーターにいかに取り付けるかを説明するモーター及びプロペラの斜視図であり、図５ａではプロペラがモーターの回転ケージの上方に配置されている時点であり、図５ｂではこれらの２つの部品を最終的に組み付けた後である。
【００３８】
図５ａに示されている第１の作業フェーズは、スタッド６２のヘッド部がボタン穴３２のそれぞれの後方拡大端部３８とは反対側に位置するように、プロペラをモーターの上方に配置することからなる。次に、スタッド６２のヘッド部をボタン穴３２の拡大端部に通して、プロペラを回転ケージ５０に相互係止する。
【００３９】
図５ｂに示されている続くフェーズは、プロペラを、モーター及びプロペラの回転方向（矢印７２）とは反対である方向（矢印７０）に、数分の１回転ずつ回転させることからなる。この作業は、前方端部３６に対して各スタッドの円筒形ロッド６４を位置決めすることを可能にし、したがって、モーターの回転ケージによるプロペラへの駆動力の伝達を可能にする。
【００４０】
フランジの厚さは前方端部３６の領域において僅かに増大し、最終作業位置におけるスタッドとプロペラハブとのプレス嵌めを伴う係止効果がもたらされるようになっており、これにより、スタッドの寸法の過度に厳格な寸法公差が回避されることが有利である。プロペラの型によって、プロペラハブ２４の中心の中央開口７４（図２及び図５ａ）を形成するか又は形成しないことにより、また、モーターの中心軸６０に対して突出部７６（図４）又は対照的に非突出部（図３及び図５ａの７６’）をフランジに作製する措置を行うことにより、無人機の順回転プロペラ及び逆回転プロペラそれぞれの間の単純なフールプルーフを設けることが可能である。したがって、中央オリフィス７４がないプロペラは、突出する軸７６を有するモーターに取り付けることが不可能になり、使用者は、正しい回転の構成とは別様に無人機の４つのプロペラを取り付けることが不可能になる。
【図１】
2015110413.tif 000003
【図２】
2015110413.tif 000004
【図３】
2015110413.tif 000005
【図４】
2015110413.tif 000006
【図５ａ】
2015110413.tif 000007
【図５ｂ】
2015110413.tif 000008
【外国語明細書】
2015110413.tif 000009
2015110413.tif 000010
2015110413.tif 000011
2015110413.tif 000012
2015110413.tif 000013
2015110413.tif 000014
2015110413.tif 000015
2015110413.tif 000016
2015110413.tif 000017
2015110413.tif 000018
2015110413.tif 000019
2015110413.tif 000020
2015110413.tif 000021
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