(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機体と、前記機体から突き出た複数の支柱と、前記支柱の先端に設けられた原動機と、前記原動機によって回転する回転翼ローターとを備え、前記機体が炭素繊維と熱硬化型合成樹脂および金属からなる複合材で円筒形または馬蹄型の筒形に成形されており、複数の前記支柱は、U字型の形状を有する第一支柱と、前記第一支柱より穏やかな曲線で上向きの凹状に湾曲した形状を有する第二支柱とから成り、前記第一支柱と前記第二支柱が前記機体の前後方向に交互に配置され、かつ、前記機体から左右対称に突き出して構成されていることを特徴とするマルチコプターにおいて、前記機体の前頭部および後尾部にそれぞれ取り付けた２個の推進器が首振りの動きをして舵として働く機能を持ち、前記機体を左右に旋回させるときに、前記２個の推進器が前頭部と後尾部で互いに左右逆方向に向きを変えて動くことによって、飛行中の機体の敏捷な操縦性を確保できることを特徴とするマルチコプター。
【請求項２】
機体と、前記機体から突き出た複数の支柱と、前記支柱の先端に設けられた原動機と、前記原動機によって回転する回転翼ローターとを備え、前記機体が炭素繊維と熱硬化型合成樹脂および金属からなる複合材で円筒形または馬蹄型の筒形に成形されており、複数の前記支柱は、U字型の形状を有する第一支柱と、前記第一支柱より穏やかな曲線で上向きの凹状に湾曲した形状を有する第二支柱とから成り、前記第一支柱と前記第二支柱が前記機体の前後方向に交互に配置され、かつ、前記機体から左右対称に突き出して構成されていることを特徴とするマルチコプターにおいて、前記機体の前頭部および後尾部に固定された２個の推進器の後ろにそれぞれ２枚の方向舵を取り付けて、前記機体を左右に旋回させるときに、前記２個の推進器の後ろにそれぞれ取り付けた前記２枚の方向舵が、前頭部と後尾部で互いに左右逆方向に向くように動くことによって、飛行中の機体の敏捷な操縦性を確保できることを特徴とするマルチコプター。
【請求項３】
前記マルチコプターの前記機体底部にゴンドラが取り付けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマルチコプター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明はマルチコプターに関する。更に詳しくは、本願発明はマルチコプターの舵および操舵方法に関し、それに付随して生じる機体改良に関する。前記マルチコプターは公開特許公報２０１７−２００８１３の段落００１９〜００２４に記載されているように、円筒形機体または筒形機体の左右両側に均等に多数の回転翼、即ち、８〜４４個の回転翼が配置された飛行体である。
【０００２】
前記マルチコプターは固定翼を有していないので、滑空して飛翔するタイプの飛行体ではなく、多数の回転翼が発生する揚力を利用して滞空し飛行する方式の飛行体である。そのため、垂直離着陸や空中静止滞空およびホバリングが可能な飛行体である。
【０００３】
前記マルチコプターは、その飛行特性または飛行性能が従来のヘリコプターに似ている飛行体である。しかし、従来のヘリコプターはひとつの大きな単軸回転翼ローターが生み出す揚力により浮揚し飛行する方式であるのに対して、マルチコプターでは径の小さな回転翼を機体両側に多数個を配置している。そして、円筒形機体の両側にそれぞれ４〜２２個の回転翼を均等に、また、シンメトリカルに配置して機体全体に対して均一な揚力を作り出して浮揚し飛行する方式である。そのため、ヘリコプターに較べて前記マルチコプターは飛行安定性、滞空安定性および耐風能力に優れていると本発明者は考えている。その理由を本願明細書の段落００１７、００２２、００２５および００３１において説明する。
【背景技術】
【０００４】
例えば、従来のヘリコプターは単軸回転翼の径が機体長よりも大きく、大出力ターボファンエンジンにより駆動されて回転するので、径の大きな回転翼ローターは大きな遠心力を発生する。そして、ヘリコプターの機体に慣性モーメントが働いて機体が振り回されるので、機体後尾部に小さなプロペラを取り付けてある。この小さなプロペラが慣性モーメントを打ち消すことによりヘリコプターの機体は滞空姿勢の安定性を確保している。
【０００５】
ヘリコプターの舵は、この機体後尾部に取り付けられた電動プロペラの出力を電気的に制御することによって操舵される。すなわち、後尾部のプロペラの出力を調節して機体を右方向または左方向へ機体姿勢の向きを変えるようにして操縦される。
【０００６】
ヘリコプターが前進飛行するときには、機体をすこし前傾姿勢に保つことにより、回転翼ローター  が発生する揚力の一部を推進力に変えて前進飛行する。
【０００７】
ヘリコプターとは別に、10年ほど前からドローンと呼ばれる模型機のような小型の無人機が実用化されて、空撮用途やマニア向けのホビー用途に市販されている。最近では、高性能のカメラを搭載して測量用途や観測・観察用途にも使われている。
【０００８】
軍事用途のドローンは主としてイスラエルや米国で十数年前より研究開発が進んでいて、現在では、航続距離にしろ、滞空性能にしろ、高度に技術進化していると伝えられる。しかし、詳細は不明であるが、機体構造に関しては軍事用途ドローンも民間用途ドローンも同じである。
【０００９】
このドローンと呼ばれる模型機のような小型の飛行体は４〜８個の回転翼が機体の中心点から等距離の円周上に均等に配置された機体構造を有しており、マルチコプターの一種である。回転翼の径は１０〜３０センチメートルほどであり、それぞれDCモーターによって駆動される。電源として、リチウムイオン電池などの二次電池が使われている。充電一回当たりの滞空時間は民間用途ドローンでは１０〜１５分間ほどである。このように、滞空時間もしくは航続距離が短いことは民間用途ドローンの弱点であり、無人機のドローンが実用的用途に使用されるとき、例えば、測量用、観測用、監視用などに使用されるときには、もっと長時間滞空できるドローンが必要になると考えられる。
【００１０】
このドローンは固定翼を持たないので、方向舵を操作して機体を操縦することはできない。また、ドローンはヘリコプターとも機体構成が異なるので、ヘリコプターのような操縦方法も採用できない。
そのため、中国DJIのファントムと呼ばれる商品名のドローンは機体の中心点から等距離の円周上に配置された４〜８個の回転翼の個々の出力をCPUでそれぞれ細かく精密に制御することによって飛行中の機体姿勢をコントロールしていると言われる。
【００１１】
ドローンは無人機であり、ラジコン模型飛行機のように無線でCPUに電気信号を送って飛行中の機体を制御している。
【００１２】
例えば、機体の重心を中心点とした円周上に均等に配置された回転翼の個々の出力を皆同じにすればドローンは空中で静止した状態で滞空する。また、機体後方に位置する回転翼の出力を少し増して飛行中の機体を前傾姿勢に保つことによって、ドローンの機体は前進飛行する。
【００１３】
また、機体を左旋回させたい時には、機体左側に位置する回転翼の出力を少し落として機体を左方向へ傾ける。また、機体を右旋回させたい時には、機体右側に位置する回転翼の出力を少し落として機体を右方向へ傾ける。といった具合である。上記の方法で、ドローンの機体は操縦性および飛行安定性を確保している。
【００１４】
これらの４〜８個の回転翼の出力をそれぞれ精密に制御して飛行中の機体の安定性を保つために、中国DJIが作るファントムやその他のドローンに搭載されているCPUに組み込まれたソフトウエアは高度なレベルに仕上がっていると言われる。
【００１５】
機体重心の中心点から等距離の円周上に配置された４〜８個の回転翼を有するドローンのような機体構造では横風を受けた時に飛行中の機体姿勢を安定させることが難しいことが欠点ではないかと推測される。
【００１６】
ドローンの場合は、機体に取り付けた各種のセンサー、すなわち、気圧計、速度計、ジャイロ、高度計、GPSなどのセンサーからCPUがデータを取り込んで計算し、各回転翼の出力を精密に細かく制御することによって、この欠点をカバーしていると考えられる。
【００１７】
それに比べて、公開特許公報２０１７−２００８１３の段落００１９〜００２４に記載されたマルチコプターは、本願明細書の段落００３１において述べるように、その機体構造の特徴から横風に対する機体自身の安定性が、ヘリコプターやドローンに較べれば、機体設計的にもともと優れていると考える。即ち、直線状の円筒形機体に多数の回転翼を機体両側に均等に、かつ、シンメトリカルに配置すれば、その飛行体は優れた滞空安定性を獲得できると本発明者は考える。
【００１８】
公開特許公報２０１７−２００８１３の段落００１９〜００２４に記載のマルチコプターは低空域を  比較的低速度で飛行することを想定している。例えば、固定翼機の飛行機の場合で言えば、失速して  墜落するような程度の飛行速度である。そのため、ヘリコプターが搭載しているターボファンエンジ  ンのような大出力の原動機を必要としない。その代り、公開特許公報２０１７−２００８１３に記載  のマルチコプターには８〜４４個の径の小さな回転翼が取り付けられている。また、回転翼とは別に  推進器も機体に取り付けられている。これらはすべてDCモーターで駆動される。
【００１９】
前記マルチコプターには電源として燃料電池またはリチウムイオン電池などの二次電池が利用され  る。公開特許公報２０１７−２００８１３の段落００２３では主として水素燃料電池を電源とするマ  ルチコプターについて記載されているが、前記マルチコプターはリチウムイオン電池を電源にするこ  ともできる。公開特許公報２０１７−２００８１３は特許第６１５６６６９号として登録されている  。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】公開特許公報２０１７−２００８１３号
【特許文献２】公開特許公報２００８−２５５４１５号
【非特許文献】
【００２１】
【非特許文献１】週刊東洋経済２０１５年６月２０日号  ３８〜４９ページ、「ドローン襲来」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
ドローンと比較してみると公開特許公報２０１７−２００８１３に記載のマルチコプターは直線状  の円筒形機体または筒形機体の両側に均等に、そして、シンメトリカルに配置された８〜４４個の回  転翼を有している。ドローンと比べれば、回転翼の配置個数が二倍以上多い。回転翼の数が多いほど  マルチコプター機体の滞空安定性は良くなる。それ故、公開特許公報２０１７−２００８１３に記載  されたマルチコプターは直線形状の円筒形機体の特徴を生かしてドローンとは異なる回転翼の配置構  成を有する飛行体である。
【００２３】
そのため、公開特許公報２０１７−２００８１３に記載されたマルチコプターの機体姿勢制御方法  および機体操縦法は当然のことながらドローンとは異なるものになる。しかしながら、公開特許公報  ２０１７−２００８１３には前記マルチコプターの機体姿勢制御方法および機体操縦法について記述  されていない。
【００２４】
ヘリコプターやドローンに較べて、公開特許公報２０１７−２００８１３に記載されたマルチコプ  ターでは、飛行中において機体が常に水平姿勢を保っており、前進飛行する時も機体を前傾姿勢にす  ることはない。前記マルチコプターの機体両側に均等に配置されている多数個の、即ち、８−４４個  の回転翼ローターは揚力のみを発生して、推進力を発生しない方式である。この点がヘリコプターや  ドローンとは異なる。そのため、前記マルチコプターでは多数個の回転翼とは別に、機体の後尾部に  推進器が取り付けられていることが公開特許公報２０１７−２００８１３の図３および図４にスケッ  チ画として示されている。
【００２５】
飛行中に機体が常に水平姿勢を保つ飛行体は、将来において旅客輸送用の空輸機などに製品化され  商業的に利用される際には、滞空安定性が優れた長所として評価されると予想される。公開特許公報  ２０１７−２００８１３の図３および図４には、機体後尾部に推進器が取り付けられたマルチコプタ  ー機体の外観イメージ図が記載されている。この推進器は電動ＤＣモーターにフアンまたはプロペラ  が取り付けられた簡素な構造の推進器である。
【００２６】
公開特許公報２０１７−２００８１３に記載されたマルチコプターは円筒形のパイプ状の胴体を有する機体形状のため、従来飛行機のように方向舵を後尾部に取り付けるだけでは舵の効きが悪く、操舵性または操縦性能に問題があった。このたび、公開特許公報２０１７−２００８１３の段落００１９〜００２２に記載されているマルチコプターの機体前頭部と機体後尾部にそれぞれ推進器を取り付けて、これら二つの推進器にそれぞれ舵の機能を持たせて、前記マルチコプターの操縦性能を向上させることを発案した。公開特許公報２０１７−２００８１３に記載されているマルチコプターでは揚力のみを発生する回転翼ローターと推進力のみを発生する推進器とが明確にそれぞれの役割を分担しているので、上記の方策が可能になるのである。
【００２７】
本考案のマルチコプターの機体操縦法では、図４―Aに示すように、機体を左旋回させる時には機体前頭部に在る推進器１０の向きを、家庭用扇風機の首振りのように、すこし左へ向ける。同時に、機体後尾部に在る推進器１１の向きをすこし右へ向ける。また、機体を右旋回させる時には、図４―Bに示すように、前頭部に在る推進器１０の向きを、家庭用扇風機の首振りのように、すこし右へ向ける。そして、同様にして後尾部に在る推進器１１の向きをすこし左へ向ける。このようにして、本考案のマルチコプターの操縦法では、低速度で飛翔する飛行体で、機体長が長いにもかかわらず、敏捷な操縦性を確保できるようになる。
【００２８】
本考案の第二の操舵方法として、機体前頭部に在る推進器１０および機体後尾部に在る推進器１１を機体に固定しておき、首振りさせるのではなく、それぞれの推進器の後ろに方向舵を取り付けて、図５―Aに示すように、機体を左旋回させる時には機体前頭部に在る推進器１０の方向舵をすこし右へ向ける。同時に、機体後尾部に在る推進器１１の方向舵をすこし左へ向ける。また、機体を右旋回させる時には、図５―Bに示すように、前頭部に在る推進器１０の方向舵をすこし左へ向ける。同時に、後尾部に在る推進器１１の方向舵をすこし右へ向ける。このようにして、公開特許公報２０１７−２００８１３の段落００１９〜００２２に記載されているマルチコプターの機体前頭部と機体後尾部にそれぞれ推進器を取り付けて、それらの二つの推進器にそれぞれ舵の機能を持たせることによって敏捷な操縦性を確保できるようになる。
【００２９】
前記の二種類の舵および操縦法のうち、どちらの方法が優れているのかは、実際に試作機を飛ばして比較してみないと分からない。しかし、両者にはそれぞれ一長一短がある。前者の推進器を首振りさせる方式では操舵性が俊敏であり、操縦性能が優れていると思われる。その反面、重い推進器に首振り機構を取り付けるため、頑丈な作りが必要であり、機体重量が重くなる短所がある。他方、後者の推進器に方向舵を取り付ける方式では操舵性が鈍感であるが、その反面、推進器と方向舵の取り付けは簡単であり、機体重量も軽くなる長所がある。
【００３０】
このようにして、前記マルチコプターは常に機体を水平姿勢に保ちながら前進飛行して、また、方向転換も水平姿勢を維持したまま行うことができる。回転翼は揚力のみを発生して機体の上昇または下降のみを担当する。推進器は推進力のみを発生するとともに、推進器に舵としても働く機能を持たせて横方向の機体姿勢制御を担当する。上記のようにして、公開特許公報２０１７−２００８１３に記載されているマルチコプターの機体姿勢制御方法および機体操縦法の課題は解決されることが明らかになった。
【００３１】
公開特許公報２０１７−２００８１３に記載されたマルチコプターでは、ドローンに較べて、より多数の回転翼が円筒形機体の両側に均等に、また、シンメトリカルに配置されているので、機体構造的に滞空安定性がもともと優れている。そして、回転翼と推進器が別々に役割を分担しているので、個々の回転翼の出力を微調節して機体の滞空姿勢の安定化を図る必要が無いのである。この点がドローンと比較して大きく異なるところであり、公開特許公報２０１７−２００８１３に記載されたマルチコプターの特徴のひとつである。  この点は非常に重要である。何故なら、公開特許公報２０１７−２００８１３に記載されたマルチコプターでは、個々の回転翼の出力を複雑に精密に制御するソフトウエアを必要としないので、フライトコントロール用CPUのソフトウエアは簡易なもので済む。そのため、CPUの設計開発が非常に容易になるのである。その結果、前記マルチコプター無人機の製作および製品化が容易になる。
【００３２】
前記機体姿勢制御方法および機体操縦法の課題が解決されたことによって、いろいろな用途に使用されるマルチコプターを開発できるようになった。例えば、公開特許公報２０１７−２００８１３に記載されたマルチコプターの円筒形機体は機体内部空間の容積が大きく、従来のヘリコプターやドローンに比べて、大きな貨物積載スペースを確保できる特長を有している。其の特長を生かして、大容量のリチウムイオン電池パックを搭載して10時間連続滞空できるマルチコプター無人機を製作することも可能である。このような長時間連続滞空できる無人機には空撮用、観測用、測量用、監視用、偵察用など様々な用途で大きな潜在需要が在ると考えられる。
【００３３】
また、公開特許公報２０１７−２００８１３に記載されたマルチコプターの円筒形機体は、従来のヘリコプターやドローンに比べて、機体前頭部から機体後尾部まで円筒形で機体横断面が同じ寸法のずん胴型の機体形状を持つ特徴を有している。このような機体形状を持つ飛行体は他の飛翔体、即ち、固定翼機やヘリコプターでは見られないものである。其の特徴を生かして、前記マルチコプターの機体底部に図８に示すようなゴンドラを取り付けることが出来る。其のゴンドラは図９に示すような客室キャビンに利用することも出来るし、或いは、図１４に示すような航空貨物コンテナを収容する貨物室の用途にも使える。
【００３４】
このように、小型の模型機のような無人機から大型の有人機に至るまで、様々な大きさのマルチコプターの機体を製作できることが公開特許公報２０１７−２００８１３に記載された円筒形機体のマルチコプターの優位性ある特長であると本発明者は考えている。それに比べて、ドローンのような機体構造では大型の空輸機を製作することは困難である。言い換えれば、機体の中心点から等距離の同心円上に多数の回転翼を配置した機体構造では商業的に利用される大型の空輸機を製作できないと本発明者は考える。
【００３５】
他方、ヘリコプターの機体を考察すると、ヘリコプターは機体の後尾部に長い尻尾を有して、オタマジャクシのような機体形状が特徴である。このしっぽの部分には人間を乗せたり貨物を載せたりできないので、商業利用の観点から見るとヘリコプターは空輸機として合理的な機体設計ではない。そのため、ヘリコプターは機体製作コストおよび運航コストの両方で高コストになると推測される。
【００３６】
それ故、公開特許公報２０１７−２００８１３に記載された円筒形機体のマルチコプターは機体姿勢制御方法および機体操縦法の課題が解決されると、将来において、ヘリコプターやドローンを代替して空輸機として世の中に広く普及すると予想される。そのために、機体をもう少し改良して、多くの貨物や乗客を搭載できるように改善されなければならなかった。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
本発明は、機体と、前記機体から突き出た複数の支柱と、前記支柱の先端に設けられた原動機と、前記原動機によって回転する回転翼ローターとを備え、前記機体が炭素繊維と熱硬化型合成樹脂および金属からなる複合材で円筒形または馬蹄型の筒形に成形されており、複数の前記支柱は、U字型の形状を有する第一支柱と、前記第一支柱より穏やかな曲線で上向きの凹状に湾曲した形状を有する第二支柱とから成り、前記第一支柱と前記第二支柱が前記機体の前後方向に交互に配置され、かつ、前記機体から左右対称に突き出して構成されていることを特徴とするマルチコプターにおいて、前記機体の前頭部および後尾部にそれぞれ取り付けた２個の推進器が首振りの動きをして舵として働く機能を持ち、前記各推進器の向きを変えることによって飛行中の機体の向きを変えることを特徴とするものである。
【００３８】
本発明は、機体と、前記機体から突き出た複数の支柱と、前記支柱の先端に設けられた原動機と、前記原動機によって回転する回転翼ローターとを備え、前記機体が炭素繊維と熱硬化型合成樹脂および金属からなる複合材で円筒形または馬蹄型の筒形に成形されており、複数の前記支柱は、U字型の形状を有する第一支柱と、前記第一支柱より穏やかな曲線で上向きの凹状に湾曲した形状を有する第二支柱とから成り、前記第一支柱と前記第二支柱が前記機体の前後方向に交互に配置され、かつ、前記機体から左右対称に突き出して構成されていることを特徴とするマルチコプターにおいて、前記機体の前頭部および後尾部に固定された２個の推進器の後ろにそれぞれ２枚の方向舵を取り付けて、前記各推進器の後ろに取り付けた前記方向舵を動かすことによって、飛行中の機体の向きを変えることを特徴とするものである。
【００３９】
また、本発明は、前記マルチコプターの前記機体底部にゴンドラが取り付けられていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００４０】
公開特許公報２０１７−２００８１３に記載されたマルチコプターは多数の回転翼を有して、従来のヘリコプターやドローンに似た飛行特性および滞空性能を持つ新しいタイプの飛行体である。前記マルチコプターの機体模型を製作したが、舵および操舵方法が考案されていなかったので、機体模型を実際に飛行させることは出来なかった。本願発明の舵および操舵方法を取り付けた前記マルチコプターの機体は実際に滞空飛行させることができる。公開特許公報２０１７−２００８１３に記載のマルチコプターが飛行安定性および耐風能力に優れていることを実際に証明することも出来る。これにより、公開特許公報２０１７−２００８１３に記載されたマルチコプターの製作および製品化が容易になった。
【００４１】
また、公開特許公報２０１７−２００８１３に記載されたマルチコプターの円筒形機体は、従来のヘリコプターやドローンに比べて、機体前頭部から機体後尾部まで機体横断面が同じ寸法の寸胴型の機体形状を持つ特徴を有している。このたび、前記マルチコプターの舵および操舵方法の課題が解決されたので、前記機体形状の特徴を生かして、前記マルチコプターの機体底部に図８に示すようなゴンドラを取り付けて、公開特許公報２０１７−２００８１３に記載されたマルチコプターを旅客輸送用や貨物輸送用の空輸機に利用できるようになった。公開特許公報２０１７−２００８１３に記載されたマルチコプターは高度数百メートルの低空域を時速数百キロのゆっくりした飛行速度で飛行することを想定した飛行体であるため、機体にゴンドラを取り付ける機体改良が可能になった。
【００４２】
円筒形機体にゴンドラを取り付けることによって、機体内部容積スペースに余裕が出来て、例えば、リチウムイオン電池の蓄電容量が大きい電池パックを多数個搭載することができる。そして、マルチコプター空輸機の航続距離を従来飛行機並みの５００〜８００キロメートルに延ばすことができるので、旅客輸送用や貨物輸送用の垂直離着陸可能な電気飛行機を実際に製品化できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は公開特許公報２０１７−２００８１３に記載されたマルチコプターの横断面図である。機体の後尾部に推進器が取り付けられているが、舵が付いていないことが見て取れる。
【図２】図２は前記マルチコプターの機体前頭部および機体後尾部にそれぞれ推進器を取り付けた横断面図である。これらの推進器は舵の機能を兼ね備えている。
【図３】図３は機体前頭部および機体後尾部にそれぞれ推進器を取り付けた図２のマルチコプターを上方から見た平面図である。これらの推進器は舵の機能を兼ね備えている。
【図４−Ａ】図４―Aは前記マルチコプターが左に舵を切る際に、機体前頭部および機体後尾部に取り付けたそれぞれの推進器の向きを示した説明図であり、上から見た平面図である。
【図４−Ｂ】図４―Bは前記マルチコプターが右に舵を切る際に、機体前頭部および機体後尾部に取り付けたそれぞれの推進器の向きを示した説明図であり、上から見た平面図である。
【図５−Ａ】図５―Aは前記マルチコプターが左に舵を切る際に、機体前頭部および機体後尾部に在る推進器に取り付けたそれぞれの方向舵の向きを示した説明図であり、上から見た平面図である。
【図５−Ｂ】図５―Bは前記マルチコプターが右に舵を切る際に、機体前頭部および機体後尾部の後ろに取り付けたそれぞれの方向舵の向きを示した説明図であり、上から見た平面図である。
【図６】図６は小型マルチコプター無人機の横断面図であり、リチウムイオン電池を電源として長時間飛行可能な無人機である。
【図７】図７は小型マルチコプター無人機の横断面図であり、水素燃料電池を電源として超長時間連続滞空が可能な無人機である。
【図８】図８は旅客輸送用マルチコプター有人機の横断面図である。
【図９】図９は旅客輸送用マルチコプター有人機が乗客を乗せて飛行する状態の横断面図である。
【図１０】図１０は旅客輸送用マルチコプター有人機の正面から見た断面図である。
【図１１】図１１は旅客輸送用マルチコプター有人機を後方から見た断面図である。
【図１２】図１２は旅客輸送用マルチコプター有人機が着陸した状態の断面図である。
【図１３】図１３は観光地における空中遊覧飛行用マルチコプター有人機の横断面図である。リチウムイオン電池パックを電源として低騒音の空飛ぶ観光バスである。
【図１４】図１４は貨物輸送用マルチコプター有人機の横断面図である。
【図１５】図１５は空飛ぶ消防車の横断面図である。
【図１６】図１６はマルチコプター有人機がプレハブ型の簡易居住施設を空輸する説明図である。
【図１７】図１７は長距離ミサイル用の空中移動式ランチャーを備えた大型マルチコプターである。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図１に示したのは、公開特許公報２０１７−２００８１３に製作法が記載されている円筒形機体マルチコプターの横断面図である。前記円筒形機体の後尾部に推進器７が取り付けられている。この推進器７は機体に固定されており、首振りしないので、舵の機能を持っていない。
【００４５】
図２に示したのは、前記円筒形機体の前頭部および後尾部にそれぞれ推進器を取り付けた本発明の円筒形機体マルチコプターの横断面図である。これらの推進器１０および推進器１１はそれぞれ首振り機構を備えて推進器の方角を変えることが出来るので、舵の機能を有している。また、第二の操舵方法として、推進器１０および推進器１１の後ろにそれぞれ二枚の方向舵を取り付けて、それらの方向舵を動かすことによって、前記マルチコプターの機体を操舵することもできる。
【００４６】
前記マルチコプターを上から見た平面図を図３に示す。前記マルチコプターは１４個の回転翼と二つの推進器を有していることが図３から見て取れる。図３において、機体前頭部の推進器１０の向きおよび機体後尾部の推進器１１の向きはそれぞれ機体前方を向いており、この状態では前記マルチコプターの飛行は機体前方へ直進して前進飛行していることを示している。
【００４７】
図４―Aは前記マルチコプターを上から見た平面図である。図４―Aにおいて、前記マルチコプターが左方向へ旋回する際に、機体前頭部の推進器１０の向きおよび機体後尾部の推進器１１の向きを示している。すなわち、前記マルチコプターが左旋回する時には機体前頭部の推進器１０を左方向へ向けて、機体後尾部の推進器１１を右方向へ向ける。この操舵方法により前記マルチコプターの飛行機体は左旋回を始める。
【００４８】
また、図４―Bは前記マルチコプターを上から見た平面図である。図４―Bにおいて、前記マルチコプターが右方向へ旋回する際に、機体前頭部の推進器１０の向きおよび機体後尾部の推進器１１の向きを示している。すなわち、前記マルチコプターが右旋回する時には機体前頭部の推進器１０を右方向へ向けて、機体後尾部の推進器１１を左方向へ向ける。この操舵方法により前記マルチコプターの飛行機体は右旋回を始める。
【００４９】
図５―Aは前記マルチコプターを上から見た平面図である。図５―Aにおいて、前記マルチコプターが左方向へ旋回する際に、機体前頭部の推進器１０に取り付けた方向舵３４の向きおよび機体後尾部の推進器１１に取り付けた方向舵３５の向きを示している。すなわち、前記マルチコプターが左旋回する時には機体前頭部の推進器１０に取り付けた方向舵３４を右方向へ向けて、機体後尾部の推進器１１に取り付けた方向舵３５を左方向へ向ける。この操舵方法により前記マルチコプターの飛行は左旋回を始める。
【００５０】
図５―Bは前記マルチコプターを上から見た平面図である。図５―Bにおいて、前記マルチコプターが右方向へ旋回する際に、機体前頭部の推進器１０に取り付けた方向舵３４の向きおよび機体後尾部の推進器１１に取り付けた方向舵３５の向きを示している。すなわち、前記マルチコプターが右旋回する時には機体前頭部の推進器１０に取り付けた方向舵３４を左方向へ向けて、機体後尾部の推進器１１に取り付けた方向舵３５を右方向へ向ける。この操舵方法により前記マルチコプターの飛行は右旋回を始める。
【００５１】
前記の二種類の操舵方法のどちらかを採用することにより、公開特許公報２０１７−２００８１３の図２に示した円筒形マルチコプター機体を実際に飛行させることが出来るようになった。尚、本発明の主体は円筒形機体マルチコプターへの舵の実装および操舵方法ならびに機体構造の改良にあるので、電子、機構系の説明は省略する。
【００５２】
次に、図２に示したマルチコプターの円筒形機体にゴンドラを取り付ける方法を説明する。公開特許公報２０１７−２００８１３に記載のマルチコプターは炭素繊維強化樹脂複合材（CFRP）で円筒形に成形されており、十分に大きな機体剛性および機体強度を有している。そのため、大きなゴンドラを取り付けても機体強度に問題はない。また、前記マルチコプターは垂直離着陸する飛行体であり、低空域を低速度で飛行するので、大きなゴンドラを取り付けても飛行性能に影響を及ぼさない。そのため、図８に示すように、大きなゴンドラをマルチコプターの円筒形機体底部に取り付けることが出来る。
【００５３】
マルチコプターにゴンドラを取り付ける理由は次のように説明される。公開特許公報２０１７−２００８１３に記載のマルチコプターは電動空輸機として使用されることを想定しているので、従来飛行機に匹敵する航続距離が必要である。そのため、大きな蓄電容量の電池を搭載する必要がある。前記マルチコプターは多数の回転翼を有して、回転翼はDCモーターで駆動される。電源として二次電池または燃料電池が利用されるので、機体内部に大きな空間スペースが必要である。電池は石油系燃料に比べてエネルギー密度が小さいので、前記マルチコプター機体内部に大きな搭載収納スペースが必要になる。従来飛行機に匹敵する航続距離を有する電動空輸機を製品化するには、マルチコプターの円筒形機体にゴンドラを取り付ける方策が最も合理的な解決手段であると考える。
【００５４】
前記ゴンドラは炭素繊維強化樹脂複合材で成型して作られる。前記マルチコプターの円筒形機体にゴンドラを取り付けるには、図８に示すように、ゴンドラ取り付け用CFRP製の帯２０と接着剤を使用する。図８においては、８本のゴンドラ取り付け用CFRP製の帯２０が使用されているが、円筒形機体の大きさとゴンドラの大きさを勘案してCFRP製帯２０の数が決められる。また、大きな重量の負荷が予想される貨物搭載用のゴンドラには、例えば、公開特許公報２００８−２５５４１５号に記載されている製法で作られる炭素繊維強化金属複合材フィルムを積層し接着して作られるゴンドラ取り付け用帯を使用することもできる。
【実施例１】
【００５５】
本願発明のマルチコプターの舵および操舵方法を利用して、空撮用、観察用、観測用、測量用、監視用、偵察用に使われる小型マルチコプター無人機を製作する実施例を説明する。前記小型マルチコプター無人機の横断面図を図６および図７に示した。円筒形機体内部の電源および機器の配置を透視的に描画した。図６はリチウムイオン電池１２を電源とする小型マルチコプター無人機の横断面図であり、大容量のリチウムイオン電池１２を電源として長時間飛行可能な無人機である。図７は水素燃料電池１６を電源とする小型マルチコプター無人機の横断面図であり、大容量の圧縮水素ガスボンベ１７を搭載して長時間飛行可能な無人機である。
【００５６】
これらの図６および図７に示した小型マルチコプター無人機は機体底部に夜間照明用LEDパネル１８が取り付けられており、空撮用、観察用、観測用、測量用、監視用、偵察用に使われる小型マルチコプター無人機が夜間でも活動できることが特長である。公開特許公報２０１７−２００８１３に製作法が記載されている円筒形機体マルチコプターの図２に示した機体が広い機体内部空間を有して、大容量の電源を搭載できる特長のために夜間でも活動できることが可能になった。
【実施例２】
【００５７】
旅客輸送用の大型マルチコプター有人機を製作する実施例を説明する。図８は旅客輸送用大型マルチコプター有人機の横断面図である。図９は旅客輸送用マルチコプター有人機が乗客を乗せて飛行する状態の横断面図である。図１０は旅客輸送用大型マルチコプター有人機を正面から見た断面図である。図１１は旅客輸送用マルチコプター有人機を後方から見た断面図である。図１２は旅客輸送用マルチコプター有人機が着陸した状態の横断面図である。図１３は観光地における空中遊覧飛行用マルチコプター有人機の横断面図である。図１３の空中遊覧飛行用マルチコプターはリチウムイオン電池パック２７を電源として低騒音の空飛ぶ観光バスである。客室用ゴンドラ１９は透明アクリル樹脂製の展望用客室キャビン２２であり、乗客は数百メートル上空に滞空する空中遊覧飛行用マルチコプター有人機から地上のパノラマ風景を楽しむことができる。
【実施例３】
【００５８】
貨物輸送用のマルチコプター有人機を製作する実施例を説明する。図１４は貨物輸送用大型マルチコプター空輸機の横断面図である。航空貨物コンテナ３０は機体下部に取り付けられたゴンドラに収納される。
【実施例４】
【００５９】
消防用のマルチコプター有人機を製作する実施例を説明する。図１５は空飛ぶ消防車の横断面図である。機体下部のゴンドラに取り付けられた水タンク３１から火災現場の数百メートル上空から消防ホースを使って放水する。消防ホースは消防ホース巻き取り機３２の中に収納されている。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
公開特許公報２０１７−２００８１３の段落００１９〜００２２に記載されている円筒形機体マルチコプターに本願発明の舵を取り付けることによって、いろいろな用途に使えるマルチコプター空輸機を製品化できるようになった。次に各種用途に使用されるマルチコプター空輸機の製作例を挙げる。
【００６１】
公開特許公報２０１７−２００８１３の段落００１９〜００２２に記載されている円筒形機体のマルチコプターは本願発明の舵および操舵法を取り付けることによって、無人機としていろいろな用途に使用することができる。段落００４１で述べたように、円筒形機体の特長である広い内部容積を活用して大容量のリチウムイオン電池を搭載することができる。そのため、ドローンに比べて長時間の滞空飛行が可能になり、実用的なマルチコプター無人機を提供する。
【００６２】
そのため、前記マルチコプター無人機は空撮用、観察用、観測用、測量用、監視用、偵察用の長時間飛行に使われて高い実用性を示す。また、大容量のリチウムイオン電池を搭載するので、図６及び図７に示すように、機体底部にLEDパネル１８を張り付けて夜間広域照明が可能である。そのため、農業、漁業、建設業など屋外で活動することが多い作業現場では夜間作業が可能になり、これら産業の生産性向上に効果がある。
【００６３】
また、前記マルチコプター無人機を港湾地区上空に滞空させて夜間広域照明を行うと、船舶の荷役作業が夜間でも可能になり、コンテナ船などの船舶の運航効率が向上する。また、港湾荷役作業の生産性も向上する。
【００６４】
近年、スポーツ競技が夜間に行われることも多くなった。図６または図７に示したマルチコプター無人機を競技場の上空数百メートルの高度に滞空させて競技場全体を照明する。競技場の真上から照明するので競技者の影を作らない。テレビのスポーツ競技中継放映番組の画像品質が良くなる。
【００６５】
現在の日本漁業は漁船が海上を走り回って魚群を探す方法で行われる。漁船の燃料費は漁業コストの大きな部分を占めるので、小型漁船による沿岸漁業は著しく生産性が低い。図６および図７に示したマルチコプター無人機による夜間照明は大型集魚灯として利用できるので、漁業の生産性向上に役立つと予想される。また、マルチコプター無人機からロープで魚群探知機を吊り下げて広い海域で魚群を探すことができるので、漁船が走り回る必要がなく、燃料費節減に効果がある。
【００６６】
また、図１４に示す貨物輸送用マルチコプター空輸機を使って、漁船から都市部の食品スーパーへ直接空輸すれば、新鮮な魚を消費者へ短時間で届けることができる。魚価を高く維持できるので、漁業の収益性が改善される。そして、新鮮な魚が買えるスーパーには集客力が付いてスーパーの売上高も増加することが予想される。
【００６７】
図１４に示す貨物輸送用マルチコプター空輸機は垂直離着陸できる利点を生かして、貨物出荷地点から配送目的地まで短時間でノンストップ直送することができる。これによって物流コストの大幅な削減につながる。
【００６８】
例えば、郊外に立地するスーパーは広い駐車場を有している。駐車場を総二階建てにして屋上ヘリポートを作る。図１４に示す貨物輸送用マルチコプター空輸機を使って地方の生産地から農産物をスーパーへ直送することができる。空輸では振動が殆んど無いので、商品の傷みが少なく、新鮮な野菜、果物、魚を揃えるスーパーは集客力を増す。
【００６９】
図１４に示す貨物輸送用マルチコプター空輸機は将来の物流手段の主要な部分を担うと予想される。何故なら、地上の道路を走るトラック便による配送は、道路渋滞が毎日のように生じる大都市近郊の交通事情からも明らかなように、効率が悪くほぼ限界に近付いている。それに比べて、地上数百メートルの空路は利用されていないので、将来の物流ルートとして有望である。
【００７０】
図１４に示す貨物輸送用マルチコプター空輸機は空中で停止して静止滞空が可能である。回転翼および推進器はそれぞれ独立して役割分担しているので、飛行中にブレーキをかけて停止することも可能である。推進器の向きを180度逆にすればよい。マルチコプター空輸機では自動運転化が容易であり、無人運転による物流網の構築が可能である。空路での立体交差を可能にする航空法の整備が望まれる。
【００７１】
図８から図１２に示した旅客輸送用マルチコプターは比較的短距離の旅客輸送に適している。乗り合いバスに代わり、山間部や離島の公共交通手段として有効である。人口希薄な山間へき地や離島の観光資源開発にも役立つ。
【００７２】
図１３に示した観光地における空中遊覧飛行用マルチコプター有人機はリチウムイオン電池を電源として低騒音の空飛ぶ観光バスである。空から観光地の眺望を楽しめるので、観光地に新しい魅力が付け加えられる。足が弱くなった老人でもマルチコプターで山頂近くまで運んでもらう簡易登山が可能になる。また、太平洋で鯨の遊泳を空から間近に見ることが出来る。空から観光する新しいタイプのレジャーが出現する。
【００７３】
大都市近郊のスーパーには広い駐車場がある。駐車場の上に屋上ヘリポートを作って空中遊覧観光マルチコプターの発着場にする。観光地や温泉地または登山など、空中遊覧飛行用マルチコプターに乗って日帰り、一泊旅行でも豪華な観光ツアーを楽しめる。朝、出発するときに、スーパーで弁当とお酒を買って機内で飲食しながら空中遊覧観光ツアーを楽しむレジャーは想像しただけでも楽しさが伝わってくる。
【００７４】
図１５に示した空飛ぶ消防車は公開特許公報２０１７−２００８１３に製作法が記載されている円筒形機体のマルチコプターに取り付けた貨物用ゴンドラに水タンク３１と放水用ホースの巻取り機３２を搭載したものである。円筒形機体内部に水素燃料電池１６および圧縮水素ガスボンベ１７を有して、長時間滞空することが可能で、大量の水を自ら運ぶことができるので、道路を走る消防車の機能をすべて持っている。１９９０年の神戸大地震の時には神戸の街は大火災に見舞われたが、道路を走る消防車は役に立たなかった。倒壊した建物や電柱によって道路が塞がれて、火災現場に近づけなかったのである。図１５の空飛ぶ消防車は火災発生の通報から短時間で火災現場上空に到達できるため、消防活動の機動性に優れている。空飛ぶ消防車は高層建築物の火災や森林火災にも対応できる。
【００７５】
公開特許公報２０１７−２００８１３に記載されている円筒形機体のマルチコプターは大型建築構造物の運搬にも適している。例えば、簡易居住施設のプレハブ型居住施設を、図１６に示すように、円筒形機体の下に固定して遠隔地の必要な場所へ空輸して数時間以内に簡易居住施設を設営することができる。
【００７６】
日本の大都市では高度成長期に人口集中が進んだ。人口構成が老齢化して、斎場の設備が老朽化して処理能力が足りない。斎場の新設には建設候補地の地元住民が反対して、新斎場の建設場所が決まらない。関東の都市では斎場の順番待ちで棺の冷凍保存が数週間続くと言われる。課題解決のために、市街地から百キロ以上離れた人が住んでいない僻地や離島に新斎場を建設して、図８に示すマルチコプター有人機で棺を空輸すれば問題は解決する。葬儀関係者は図９に示すマルチコプターで新斎場まで空路で葬送する案は自治体にとって採択し易い最良の解決策と思われる。
【００７７】
公開特許公報２０１７−２００８１３に記載されている円筒形機体の大型マルチコプターは、本願発明の舵および操舵方法を取り付けることによって、防衛用分野でも様々な用途に使えると予想される。一例として、図１７に長距離ミサイル用空中移動式ランチャーを示した。
【００７８】
東京などの大都市では夏期の猛暑酷暑は耐え難い気候である。ビル群から吐き出される空調排熱は外気温を高くするヒートアイランド現象をますます悪化させる。高度５０００メートルの上空では夏でも気温がマイナス10度であるから、公開特許公報２０１７−２００８１３に記載のマルチコプター無人機を高度５０００メートルから地表近くまで５０メートル間隔でタテに一列に並べて８０機ほどを定点滞空させることによって、上空の冷気を地表まで吹き降ろす下降気流を人工的に作ることが出来ると考えられる。この方法で都市全体の外気温を数度下げると夏の電力需要を大幅に節減できる。何よりも、東京の気温が下がって湿度も低くなり快適な夏の気候になると予想される。このプロジェクトには数千機のマルチコプター無人機が必要になるかも知れないが、欧米諸国が持っていない新しい産業を作ることができると予想される。
【００７９】
南極大陸の昭和基地に毎年越冬観測隊と物資を送り届けるために砕氷船しらせが使われている。日本から出発して南極大陸の氷棚に接岸するまでに三か月近く要する。公開特許公報２０１７−２００８１３に記載のマルチコプターに４４基の回転翼を取り付けた長距離用大型マルチコプターで南太平洋上に停泊したヘリ空母から昭和基地まで一気に人員と貨物を空輸する方法が経費節減になる。砕氷船しらせは北海道根室を母港として、北極海航路の開発調査研究用に転用したい。
【符号の説明】
【００８０】
１・・・円筒形機体
２・・・DCモーター
３・・・回転翼
４・・・支柱
５・・・機体前頭部
６・・・機体後尾部
７・・・特開２０１７−２００８１３に記載されているマルチコプター機体に固定された推進器
８・・・機体前頭部の半球型カバー
９・・・機体後尾部の開閉扉
１０・・・機体前頭部に取り付けられた舵の機能を持つ首振り推進器
１１・・・機体後尾部に取り付けられた舵の機能を持つ首振り推進器
１２・・・リチウムイオン電池パック
１３・・・気象レーダー照射設備
１４・・・空撮用ビデオカメラ
１５・・・地表観測用機器
１６・・・水素燃料電池
１７・・・圧縮水素ガスボンベ
１８・・・夜間照明用LEDパネル
１９・・・客室用ゴンドラ
２０・・・ゴンドラ取り付け用CFRP製帯
２１・・・乗降用タラップおよび扉
２２・・・透明アクリル樹脂製展望客室キャビン
２３・・・客席
２４・・・運転席（操縦士）
２５・・・着陸用脚
２６・・・乗降口
２７・・・リチウムイオン電池パック
２８・・・トイレ室
２９・・・階段
３０・・・航空貨物コンテナ
３１・・・水タンク
３２・・・放水ホース巻き取り機
３３・・・プレハブ型の簡易居住施設
３４・・・機体前頭部の推進器１０に取り付けられた方向舵
３５・・・機体後尾部の推進器１１に取り付けられた方向舵
３６・・・長距離ミサイル用の空中移動式ランチャー
【要約】      （修正有）【課題】操縦性能を向上させたマルチコプターを提供する。【解決手段】円筒形または筒形機体１の前頭部および後尾部に取り付けた二つの推進器１０、１１にそれぞれ舵として働く機能を持たせて、家庭用扇風機の首振りのように、推進器の向きを変えることによって、または、推進器の後ろに取り付けた方向舵を動かすことによって飛行中の機体の向きを変える。【選択図】図３【図１】
0006764207.tif 000002
【図２】
0006764207.tif 000003
【図３】
0006764207.tif 000004
【図４−Ａ】
0006764207.tif 000005
【図４−Ｂ】
0006764207.tif 000006
【図５−Ａ】
0006764207.tif 000007
【図５−Ｂ】
0006764207.tif 000008
【図６】
0006764207.tif 000009
【図７】
0006764207.tif 000010
【図８】
0006764207.tif 000011
【図９】
0006764207.tif 000012
【図１０】
0006764207.tif 000013
【図１１】
0006764207.tif 000014
【図１２】
0006764207.tif 000015
【図１３】
0006764207.tif 000016
【図１４】
0006764207.tif 000017
【図１５】
0006764207.tif 000018
【図１６】
0006764207.tif 000019
【図１７】
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