(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機体ベースと、
少なくとも前記機体ベースが空中に浮遊し得る推力を発生させる推力発生ユニットと、
前記推力発生ユニットに電力を供給する発電ユニットと、
シリンダと、シリンダの内部で一方側に往復運動する第１ピストンと、シリンダの内部で他方側に往復運動する第２ピストンと、を有し、前記発電ユニットを駆動するエンジンと、
前記第１ピストンの往復運動で回転する前記発電ユニットの第１ロータと、
前記第２ピストンの往復運動で回転する前記発電ユニットの第２ロータと、
前記第１ロータの回転方向と、前記第２ロータの回転方向とを、逆とする反転機構と、を具備し、
前記第１ロータおよび前記第２ロータの回転軸は、水平面に対して平行または略平行とされていることを特徴とするエンジン搭載型飛行装置。
【請求項２】
前記発電ユニットは、前記エンジンの前方側に配置されることを特徴とする請求項１に記載のエンジン搭載型飛行装置。
【請求項３】
前記第１ロータおよび前記第２ロータは、ファンカバーで覆われ、
前記ファンカバーの前面を開口することで開口部が形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジン搭載型飛行装置。
【請求項４】
前記第１ロータおよび前記第２ロータに、夫々、冷却ファンが締結されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のエンジン搭載型飛行装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛行装置に関し、特に、複数の推力ユニットを駆動するエンジンを備えて無人で飛行可能なエンジン搭載型飛行装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、無人で空中を飛行することが可能な飛行装置が知られている。このような飛行装置は、垂直軸回りに回転駆動するプロペラの推力で、空中を飛行することが可能とされている。
【０００３】
飛行装置の適用分野としては、例えば、輸送分野、測量分野および撮影分野等が考えられる。このような分野に飛行装置を適用させる場合は、測量機器や撮影機器を飛行装置に備え付ける。飛行装置をかかる分野に適用させることで、人が立ち入れない地域に飛行装置を飛行させ、そのような地域の輸送、撮影および測量を行うことができる。かかる飛行装置に関する発明は、例えば、特許文献１や特許文献２に記載されている。
【０００４】
一般的な飛行装置では、飛行装置に搭載された電池から供給される電力で上記したプロペラは回転する。しかしながら、電池による電力の供給ではエネルギーの供給量に限りがあるため、飛行装置を長時間に渡り連続して飛行させるために、エンジンを搭載した飛行装置も出現している。このような飛行装置では、エンジンの駆動力で発電機を回転させ、かかる発電機で発電された電力でプロペラを回転駆動しているので、長時間に渡り連続して飛行装置を飛行させることができる。よって、このような飛行装置を用いて撮影や測量を行うことで、広範囲な撮影や測量を行うことができる。エンジンが搭載された飛行装置は、例えば特許文献３に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−５１５４５号公報
【特許文献２】特開２０１４−２４０２４２号公報
【特許文献３】特開２０１１−２５１６７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した特許文献３に記載されたようなエンジンを備えた飛行装置では、搭載されるエンジンや発電機が回転体を内蔵するため、飛行装置の姿勢制御が不安定化してしまう課題があった。
【０００７】
具体的には、エンジンや発電ユニットの内部には、ロータやクランクシャフトなどの回転体（フライホイルマス）が存在している。従って、飛行装置が飛行時の姿勢を変位しようとすると、これらの回転体に起因したジャイロ効果により姿勢制御が不安定化してしまい、飛行装置を所定の姿勢とすることができず、飛行装置を所望の方向に飛行させることが難しい課題があった。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、飛行時において正確に姿勢制御を行うことができるエンジン搭載型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】
【０００９】
本発明のエンジン搭載型飛行装置は、機体ベースと、少なくとも前記機体ベースが空中に浮遊し得る推力を発生させる推力発生ユニットと、前記推力発生ユニットに電力を供給する発電ユニットと、シリンダと、シリンダの内部で一方側に往復運動する第１ピストンと、シリンダの内部で他方側に往復運動する第２ピストンと、を有し、前記発電ユニットを駆動するエンジンと、前記第１ピストンの往復運動で回転する前記発電ユニットの第１ロータと、前記第２ピストンの往復運動で回転する前記発電ユニットの第２ロータと、前記第１ロータの回転方向と、前記第２ロータの回転方向とを、逆とする反転機構と、を具備し、前記第１ロータおよび前記第２ロータの回転軸は、水平面に対して平行または略平行とされていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のエンジン搭載型飛行装置では、前記発電ユニットは、前記エンジンの前方側に配置されることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のエンジン搭載型飛行装置では、前記第１ロータおよび前記第２ロータは、ファンカバーで覆われ、前記ファンカバーの前面を開口することで開口部が形成されることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のエンジン搭載型飛行装置では、前記第１ロータおよび前記第２ロータに、夫々、冷却ファンが締結されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のエンジン搭載型飛行装置は、機体ベースと、少なくとも前記機体ベースが空中に浮遊し得る推力を発生させる推力発生ユニットと、前記推力発生ユニットに電力を供給する発電ユニットと、シリンダと、前記シリンダの内部で一方側に往復運動する第１ピストンと、前記シリンダの内部で他方側に往復運動する第２ピストンと、を有し、前記発電ユニットを駆動するエンジンと、前記第１ピストンの往復運動で回転する前記発電ユニットの第１ロータと、前記第２ピストンの往復運動で回転する前記発電ユニットの第２ロータと、前記第１ロータの回転方向と、前記第２ロータの回転方向とを、逆とする反転機構と、を具備し、前記第１ロータおよび前記第２ロータの回転軸は、水平面に対して平行または略平行とされていることを特徴とする。従って、第１ロータと第２ロータとが互いに逆方向に回転することで、エンジン搭載型飛行装置が空中で姿勢を変える際に、これらのロータで大きなジャイロモーメントが生じたとしても、第１ロータから生じるジャイロモーメントと、第２ロータから生じるジャイロモーメントとが、互いに打ち消し合う。このことから、ジャイロモーメントに起因して、エンジン搭載型飛行装置の空中における姿勢制御が不安定に成ることが抑止される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係るエンジン搭載型飛行装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係るエンジン搭載型飛行装置の接続構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係るエンジン搭載型飛行装置を示す図であり、（Ａ）はエンジンおよび発電ユニットを前方から見た斜視図であり、（Ｂ）はエンジンおよび発電ユニットを後方から見た斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係るエンジン搭載型飛行装置を示す図であり、エンジンおよび発電ユニットを前方から見た斜視図である。
【図５】本発明の実施形態に係るエンジン搭載型飛行装置を示す図であり、エンジンが備える駆動系を前方から見た斜視図である。
【図６】本発明の実施形態に係るエンジン搭載型飛行装置を示す図であり、エンジンが備える駆動系を後方から見た斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図を参照して本形態の飛行装置１０（エンジン搭載型飛行装置）の構成を説明する。
【００１９】
図１に、本形態の飛行装置１０を示す。飛行装置１０は、機体ベース１１と、機体ベース１１の中央部付近に搭載されたエンジン２０および発電ユニット４０と、燃料タンク３３と、機体ベース１１の四方端部に配置されたプロペラ１２Ａ等を主要に具備している。以下の説明では、前後上下左右の各方向を適宜用いて説明するが、左右とは、飛行装置１０を前方から見た場合の左右を示している。
【００２０】
飛行装置１０は、エンジン２０の駆動力を用いて発電ユニット４０を回転させることで発電を行い、発生した電力でプロペラ１２Ａ等を所定の回転速度で回転させ、空中を飛行することを可能としている。後述するように、本形態の飛行装置１０では、ジャイロ効果に起因した姿勢制御の不安定さを抑止しているので、飛行装置１０の飛行時における姿勢制御を安定化することができる。
【００２１】
飛行装置１０に備えられる積載物１５としては、飛行装置１０が測量の用途に用いられる場合は、測量を行うための測量装置、例えば、光学測量装置が採用される。また、飛行装置１０が撮影の用途で用いられる場合は、積載物１５として、カメラなどの撮像装置が飛行装置１０に備えられる。積載物１５は、姿勢変化を抑制するために、図示しないジンバルを介して機体ベース１１に取り付けられることもある。
【００２２】
後述するように、本形態の飛行装置１０は、姿勢制御を安定化することができるので、飛行装置１０を測量用途で用いる場合は、地形などを精密に測量することができる。また、飛行装置１０を撮影の用途で用いる場合は、より高品質な動画像や静止画像を撮影することができる。
【００２３】
機体ベース１１は、アルミニウム等の金属や合成樹脂から成る部材であり、中央部に配置された搭載部１１Ｅと、搭載部１１Ｅから周囲に伸びるアーム部１１Ａ等と、搭載部１１Ｅの下方に配置されたスキッド１６と、を有している。アーム部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄは、それぞれ、左前方、左後方、右後方、右前方に向かって伸びる棒状の部材である。アーム部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄの長さは互いに同程度とされ、これらの先端部には後述するプロペラ１２Ａ等が配置される。搭載部１１Ｅは、中央部に配された板状の部材から成り、エンジン２０や発電ユニット４０を支持する。積載物１５は搭載部１１Ｅの下方側に配置される。スキッド１６は、前後方向に伸びる棒状の部材を有し、左右方向に対向する位置に２つ設けられ、飛行装置１０が着地する際に地面に接し、飛行装置１０を支持する。
【００２４】
プロペラ１２Ａ等は、機体ベース１１のアーム部１１Ａ等の先端部に配置されている。プロペラ１２Ａ等は、垂直軸回りに回転することで機体ベース１１等を浮遊させる推力を発生させる推力発生ユニットである。プロペラ１２Ａ等は、ロータと称される場合もある。
【００２５】
具体的には、プロペラ１２Ａはアーム部１１Ａの外側端部に配置され、プロペラ１２Ｂはアーム部１１Ｂの外側端部に配置され、プロペラ１２Ｃはアーム部１１Ｃの外側端部に配置され、プロペラ１２Ｄはアーム部１１Ｄの外側端部に配置される。また、プロペラ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄを回転させるためのモータ１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄが、アーム部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄの先端に取り付けられている。ここでは、飛行装置１０には４つのプロペラ１２Ａ等が設けられているが、プロペラ１２Ａ等の数は４個以外でも良く、例えば８個でも良いし１６個でも良い。
【００２６】
モータ１７Ａ等には、図示しない導線を介して、発電ユニット４０で発電された電流が供給される。プロペラ１２Ａ等を駆動するモータ１７Ａの回転速度は、図示しない制御装置で制御されている。ここで、飛行装置１０の姿勢を安定化させるために、偶数個のプロペラの内、半数と残り半数は互いに逆転する。ここでは、対向して配置されるプロペラ１２Ａとプロペラ１２Ｃとは、逆方向に回転し、同様に、対向して配置されるプロペラ１２Ｂとプロペラ１２Ｄとは、逆方向に回転する場合を説明する。
【００２７】
アーム部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄの夫々には、円環状に形成された合成樹脂等から成るプロペラガード１３が形成されている。各プロペラガード１３は、プロペラ１２Ａ等を周囲から囲み、高速で回転するプロペラ１２Ａ等が外部と接触することを防止している。
【００２８】
図２を参照して、飛行装置１０の接続構成を説明する。飛行装置１０は、動作制御装置２１と、センサ１８と、通信装置５０と、エンジン２０と、発電ユニット４０と、電池ユニット４３と、出力制御装置４４と、モータ１７Ａ等と、を有している。
【００２９】
センサ１８は、飛行装置１０自体およびその周囲の状況をセンシングする。具体的には、センサ１８としては、飛行装置１０が傾斜する角度を計測するジャイロセンサ、飛行装置１０の向きを計測するコンパス、飛行装置１０の位置を計測するＧＰＳセンサ(Global Positioning System)、飛行装置１０の高度を計測する気圧センサ、飛行装置１０の移動速度等を計測する加速度センサ、の何れかまたは複数が採用される。センサ１８で計測された各物理量を示す情報は、動作制御装置２１に伝送される。
【００３０】
通信装置５０は、地上で飛行装置１０を操作する操作者が有する図示しない地上通信装置との間で、情報を送受信することができる。操作者が地上通信装置を操作することで、飛行装置１０の高度、進行方向および移動速度等を操作することができる。また、操作者は、通信装置５０から発せられた情報を図示しない地上通信装置で受信することで、飛行装置１０で得られた測量データや映像データを得ることができる。
【００３１】
動作制御装置２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）から成る演算装置、およびＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）から成る記憶装置を有しており、飛行装置１０全体の動作を制御する。
【００３２】
エンジン２０の駆動動作は、動作制御装置２１で制御されており、エンジン２０と駆動的に接続されている発電ユニット４０が発電した電力は、出力制御装置４４に供給される。
【００３３】
出力制御装置４４は、電力変換回路等を有し、発電ユニット４０から供給された電力を、飛行装置１０を飛行させるのに適した電力に変換した後に、モータ１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄに供給する。後述するように、飛行装置１０の空中での姿勢を変更する際には、動作制御装置２１の指示に基づいて、出力制御装置４４が、モータ１７Ａ等に供給する電力を変化させる。ここで、発電ユニット４０から出力制御装置４４に供給された電力の一部は、充電電池である電池ユニット４３を充電するために用いられ、電池ユニット４３から供給される電力でモータ１７Ａ等を回転させても良い。
【００３４】
例えば、図１を参照して、飛行装置１０を上昇させる場合は、動作制御装置２１が、プロペラ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの回転速度を早くする。一方、飛行装置１０を下降させる場合は、動作制御装置２１が、プロペラ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの回転速度を遅くする。また、飛行装置１０を前進させる場合は、動作制御装置２１が、プロペラ１２Ａおよびプロペラ１２Ｄの回転速度を、プロペラ１２Ｂおよびプロペラ１２Ｃの回転速度よりも、遅くし、飛行装置１０を前傾姿勢とする。逆に、飛行装置１０を後進させる場合は、動作制御装置２１が、プロペラ１２Ａおよびプロペラ１２Ｄの回転速度を、プロペラ１２Ｂおよびプロペラ１２Ｃの回転速度よりも、速くし、飛行装置１０を後傾姿勢とする。
【００３５】
図３を参照して、上記したエンジン２０および発電ユニット４０の構成を説明する。図３（Ａ）および図３（Ｂ）では、図１に示した飛行装置１０の搭載部１１Ｅに据え付けられるエンジン２０および発電ユニット４０を抜き出して示している。図３（Ａ）はファンカバー４６が備えられている状態のエンジン２０等を前方から示し、図３（Ｂ）はその状態のエンジン２０等を後方から示している。
【００３６】
図３（Ａ）および図３（Ｂ）を参照して、エンジン２０の前方に発電ユニット４０が配置され、エンジン２０および発電ユニット４０は、前方からファンカバー４６で覆われている。ファンカバー４６は、少なくとも発電ユニット４０を前方から被覆し得る形状を呈しており、所定形状に成形された合成樹脂や鋼板から成る。ファンカバー４６の前面を円形に開口することで２つの開口部４７が形成されている。ファンカバー４６で、発電ユニット４０を被覆することで、稼働時には高速で回転する発電ユニット４０が外部と接触することを防止すると共に、エンジン２０を冷却するための風路を、ファンカバー４６の内部に形成することができる。それぞれの開口部４７には、ここでは図示しない発電ユニット４０のロータ４１Ａ、４１Ｂに締結された冷却ファン４２Ａ、４２Ｂが臨んでいる。
【００３７】
エンジン２０が稼動すると、冷却ファン４２Ａ、４２Ｂは、図示しないロータ４１Ａ、４１Ｂと共に回転する。その結果、開口部４７からファンカバー４６の内部に取り入れられた空気は、エンジン２０を冷却した後に、後方に逃されるように成る。
【００３８】
図３（Ｂ）に示すように、エンジン２０のシリンダブロック２２の後方側には、後述するエンジン２０および発電ユニット４０に含まれる複数のフライホイルマスを、互いに逆方向に回転させるための反転機構１９が配設されている。この反転機構１９は、プーリ２４および反転ベルト２３を含むが、係る事項は図６を参照して後述する。
【００３９】
図４を参照して、エンジン２０および発電ユニット４０の構成を詳述する。上記したように、発電ユニット４０はエンジン２０の前方に配置されており、エンジン２０の駆動力で発電ユニット４０が回転することで、発電ユニット４０は所定の電力を発電する。また、この図では左右方向におけるエンジン２０および発電ユニット４０の中心位置を、点線である中心線ＣＬで示している。ここで、中心線ＣＬは、図１に示す機体ベース１１の重心位置に対応している。
【００４０】
エンジン２０は、左右方向に伸びるシリンダブロック２２を有している。本形態のエンジン２０は、例えば鋳造により成形され、後述するように左右方向で対向する２つのピストン２５Ａ、２５Ｂが内蔵される。エンジン２０の内部構造は、図５および図６を参照して後述する。また、シリンダブロック２２の右方側には、デコンプレッション機構を操作するためのデコンプハンドル４８が備えられていても良い。
【００４１】
発電ユニット４０は、エンジン２０の前方に配置されており、ここでは図示しない２つのステータと、ステータの前方に配置されたロータ４１Ａ、４１Ｂを有している。ステータは円形に形成され、その半径方向における外側部分には、複数のコイル２８が円周方向に沿って等間隔に配置されている。
【００４２】
ロータ４１Ａは中心線ＣＬよりも左方側に配置され、ロータ４１Ｂは中心線ＣＬよりも右方側に配置されている。ロータ４１Ａ、４１Ｂは、略円皿形状を呈するアルミニウム等の金属材料から成り、外周部の内側側面に、複数のマグネット３９が略等間隔に配置されている。各ロータ４１Ａ、４１Ｂに配置された各マグネット３９は、ステータに配置された各コイル２８の、半径方向における外側直近に配置されている。また、ロータ４１Ａ、４１Ｂは、ここでは図示しないエンジン２０のクランクシャフト２７Ａ、２７Ｂと同軸的に接続されており、クランクシャフト２７Ａ、２７Ｂと同期して回転する。
【００４３】
エンジン２０の下方には、エンジン２０を構成するクランクシャフト等の駆動系に供給される潤滑油を貯留するためのオイルタンク３４が配置されている。
【００４４】
本形態では、エンジン２０および発電ユニット４０に、フライホイルマスである回転体を複数有している。この回転体として、例えば、発電ユニット４０のロータ４１Ａ、４１Ｂが挙げられる。ここで、ロータ４１Ａが第１フライホイルマスである第１回転体であり、ロータ４１Ｂが第２フライホイルマスである第２回転体である。
【００４５】
飛行装置１０を空中に浮上させる推力を発生させるために、比較的大きな電力が必要とされることから、ロータ４１Ａ、４１Ｂは大型なものとなっている。更に、比重が大きいマグネット３９は、ロータ４１Ａ、４１Ｂの外周端部付近に多数が配置されている。このことから、ロータ４１Ａ、４１Ｂの慣性モーメントは大きくなる。
【００４６】
仮に、ロータ４１Ａ、４１Ｂの回転方向を同一とした場合、飛行装置１０が空中でその姿勢を変位させようとすると、ロータ４１Ａ、４１Ｂが回転することで、飛行装置１０を不用意な方向に回転させようとする大きなジャロモーメントが発生し、飛行装置１０の位置姿勢を制御することが困難になることが考えられる。
【００４７】
そこで本形態では、ロータ４１Ａの回転方向と、ロータ４１Ｂの回転方向とを、逆としている。具体的には、図４に示すように、発電ユニット４０を前方から見た場合、ロータ４１Ａの回転方向Ｒ１は時計回りであり、ロータ４１Ｂの回転方向Ｒ２は反時計回りである。更に、ロータ４１Ａと、ロータ４１Ｂとは、回転速度、重量および慣性モーメントが同一とされている。また、ロータ４１Ａ、４１Ｂは左右方向に沿って配列されており、ロータ４１Ａ、４１Ｂの回転軸は水平面に対して平行または略平行とされている。ここで、水平面とは、図１を参照して、複数のプロペラ１２Ａ等を通過する面である。
【００４８】
このようにすることで、ロータ４１Ａから発生するジャイロモーメントと、ロータ４１Ｂが回転することで発生するジャイロモーメントとが、打ち消し合う。詳しくは、図１を参照して、飛行装置１０を前方に向かって進行させる場合、先ず、前方に配置されたプロペラ１２Ａ、１２Ｄの回転速度を、後方に配置されたプロペラ１２Ｂ、１２Ｃの回転速度よりも遅くする。そのようにすると、飛行装置１０は、その前方部分が後方部分よりも下方に沈む前傾姿勢と成るようになる。飛行装置１０が前傾姿勢となろうとすると、ロータ４１Ａを前傾するように傾動させる力が作用する。ここで、上記したように、発電ユニット４０に含まれるロータ４１Ａの回転方向Ｒ１は、前方から見て時計回りである。これにより、前後方向に伸びるロータ４１Ａの回転軸５１と、左右方向に伸びる傾動の軸５２と直交するモーメント軸４９周りに、上方から見て反時計回りに飛行装置１０を回転させようとするジャイロモーメントＭ１が生じる。
【００４９】
一方、ロータ４１Ｂの回転方向Ｒ２は、前方から見て反時計回りである。よって、ロータ４１Ｂを前傾するように傾動させる力が作用すると、前後方向に伸びるロータ４１Ａの回転軸５３と、左右方向に伸びる傾動の軸５２と直交するモーメント軸４９周りに、上方から見て時計回りに飛行装置１０を回転させようとするジャイロモーメントＭ２が生じる。
【００５０】
上記したように、ロータ４１Ａとロータ４１Ｂとでは、回転速度や慣性モーメントが同一または略同一とされている。よって、ロータ４１Ａに起因して生じるジャイロモーメントＭ１と、ロータ４１Ｂに起因して生じるジャイロモーメントＭ２とは、大きさは略等しく且つ互いに逆方向に作用している。よって、両モーメントは、完全にまたは殆ど打ち消し合う。このことから、高速で回転するロータ４１Ａ、４１Ｂから発生するジャイロモーメントに起因して、飛行装置１０の姿勢制御が阻害されることが抑制されている。
【００５１】
また、後述するように、エンジン２０は、フライホイルマスと成る他の部材を複数有しているが、それらの部材も中心線ＣＬを挟んで互いに逆回転と成るように構成されている。このようにすることで、飛行装置１０が飛行時に姿勢を変更しようとすると、各フライホイルマスから生じるジャイロモーメントが相殺されるので、姿勢変更を安定して行うことができる。
【００５２】
図５および図６を参照して、上記したエンジン２０の構成を詳述する。図５ではエンジン２０の駆動系を前方から示し、図６ではエンジン２０の駆動系を後方から示している。
【００５３】
図５を参照して、シリンダ３５は、図４に示したシリンダブロック２２の内部に形成されており、左右方向に伸びる中心軸を有する円筒形状を呈する水平シリンダである。シリンダ３５の左方内部にはピストン２５Ａが摺動可能に内蔵されており、シリンダ３５の右方内部にはピストン２５Ｂが摺動可能に内蔵されている。エンジン２０が動作する際には、ピストン２５Ａは左方に向かって往復運動を行い、ピストン２５Ｂは右方に向かって往復運動を行う。ここで、ピストン２５Ａが第１ピストンであり、ピストン２５Ｂが第２ピストンである。
【００５４】
シリンダ３５の中央部分と連通して上方に伸びる空間である燃焼室３６が形成されている。燃焼室３６には、左方から吸気バルブ２９Ａの先端部が進退可能に面しており、右方から排気バルブ２９Ｂの先端部が進退可能に面している。また、ここでは図示しない点火プラグも燃焼室３６に面している。
【００５５】
この図では、ピストン２５Ａがその動作範囲において右端（上死点）に配置され、ピストン２５Ｂがその動作範囲において左端（上死点）に配置された場合を示している。この時、シリンダ３５の内部では、混合気が圧縮された状態となっている。
【００５６】
シリンダ３５の左右方向側の端部には、上記したピストン２５Ａ、２５Ｂの往復運動を回転運動に変換するためのクランクシャフト２７Ａ、２７Ｂが配置されている。クランクシャフト２７Ａが第１クランクシャフトであり、クランクシャフト２７Ｂが第２クランクシャフトである。
【００５７】
ピストン２５Ａとクランクシャフト２７Ａとは、コネクティングロッド２６Ａを介して連結されている。コネクティングロッド２６Ａの右方側端部はピストン２５Ａに回転可能に連結され、コネクティングロッド２６Ａの左方側端部はクランクシャフト２７Ａの偏心部分に回転可能に連結されている。
【００５８】
同様に、ピストン２５Ｂとクランクシャフト２７Ｂとは、コネクティングロッド２６Ｂを介して連結されている。コネクティングロッド２６Ｂの左方側端部はピストン２５Ｂに回転可能に連結され、コネクティングロッド２６Ｂの右方側端部はクランクシャフト２７Ｂの偏心部分に回転可能に連結されている。
【００５９】
クランクシャフト２７Ａは図４に示したロータ４１Ａと同軸的に一体に設けられており、クランクシャフト２７Ｂはロータ４１Ｂと同軸的に一体に設けられている。
【００６０】
クランクシャフト２７Ａの後方には、図示しないクランクギアが同軸的に一体に設けられており、この図示しないクランクギアはカムギア３０Ａと噛み合っている。同様に、クランクシャフト２７Ｂの後方には、図示しないクランクギアが同軸的に一体に設けられており、この図示しないクランクギアはカムギア３０Ｂと噛み合っている。カムギア３０Ａの前方にはカム３１Ａが同軸的に設けられており、カムギア３０Ｂの前方にはカム３１Ｂが同軸的に設けられている。
【００６１】
回転軸に対して偏心した形状を呈するカム３１Ａが回転することで、吸気バルブ２９Ａを燃焼室３６に進出させ、吸気バルブ２９Ａの左方側に形成されたバルブスプリングの作用により吸気バルブ２９Ａを燃焼室３６から退出させている。同様に、回転軸に対して偏心した形状を呈するカム３１Ｂが回転することで、排気バルブ２９Ｂを燃焼室３６に進出させ、排気バルブ２９Ｂの右方側に形成されたバルブスプリングの作用により、排気バルブ２９Ｂを燃焼室３６から退出させている。
【００６２】
上記した構成のエンジン２０は、次のように動作する。先ず、吸込行程では、吸気バルブ２９Ａを進出させ且つ吸気バルブ２９Ａを退出させた状態で、ピストン２５Ａ、２５Ｂがシリンダ３５の内部で中央部から外側に向かって移動することで、燃料（ガソリン）と空気との混合物である混合気をシリンダ３５の内部に導入する。次に、圧縮行程では、吸気バルブ２９Ａおよび排気バルブ２９Ｂを退出させた状態で、回転するクランクシャフト２７Ａ、２７Ｂの慣性により、ピストン２５Ａ、２５Ｂが中央部に向かって押し出され、シリンダ３５の内部で混合気が圧縮される。次に、燃焼行程では、図示しない点火プラグが燃焼室３６で点火することで、シリンダ３５の内部で混合気が燃焼し、これによりピストン２５Ａ、２５Ｂが下死点である外側の端部まで押し出される。その後、排気行程では、吸気バルブ２９Ａを退出させ且つ排気バルブ２９Ｂを進出させた状態で、回転するクランクシャフト２７Ａ、２７Ｂの慣性によりピストン２５Ａ、２５Ｂが内側に押し出され、シリンダ３５の内部に存在する燃焼後のガスは、外部に排出される。
【００６３】
本形態のエンジン２０では、一つのシリンダ３５の内部で往復運動する２つのピストン２５Ａ、２５Ｂで、ストロークを分割することができるので、通常のガソリンエンジンと比較して、混合ガスの圧縮比を大きくすることができる。また、シリンダ３５の内部でピストン２５Ａ、２５Ｂが対向するので、一般的なエンジンで必要とされるシリンダヘッドが不要と成り、エンジン２０の構成が簡素であり且つ軽量とされている。また、エンジン２０を構成している各部材、即ち、ピストン２５Ａ、２５Ｂ、クランクシャフト２７Ａ、２７Ｂ等が対向して配置され、かつ対向するように動作している。このことから、エンジン２０の各部材から発生する振動が相殺され、エンジン２０全体から外部に発生する振動を少なくすることができる。これらのことから、本形態では、上記した構造のエンジン２０を搭載することで、飛行装置１０の小型化、軽量化および低振動化を達成することができる。特に、低振動化により、姿勢制御、モータ出力制御などの制御装置やＧＰＳセンサ等の精密機器への悪影響を防止することが出来る。
【００６４】
図６を参照して、エンジン２０には、左方側に配置されるロータ４１Ａ等の回転方向と、右方側に配置されるロータ４１Ｂ等の回転方向と、を逆にするために、反転機構１９として反転ベルト２３、プーリ２４、３７を有している。プーリ３７は、クランクシャフト２７Ｂに同軸的に接続されている。プーリ３７とプーリ２４との間には、反転ベルト２３が架けられている。プーリ２４は、プーリ２４の前方（紙面上奥側）に配置されたカムギア３０Ａと締結されており、カムギア３０Ａは、クランクシャフト２７Ａと同軸的に接続されている図示しないクランクギアと噛み合っている。
【００６５】
エンジン２０が稼働する際には、プーリ３７がクランクシャフト２７Ｂと共に、後方から見て時計回りに回転することで、反転ベルト２３が架けられているプーリ２４も時計回りに回転する。また、プーリ２４と締結されているカムギア３０Ａも、時計回りに回転する。そして、カムギア３０Ａと噛み合っている図示しないクランクギアは反時計回りに回転し、クランクギアと同軸的に接続されているクランクシャフト２７Ａも反時計回りに回転する。
【００６６】
従って、本形態では、図５に示すように、反転機構１９を有していることで、エンジン２０が稼働する際に、クランクシャフト２７Ａとクランクシャフト２７Ｂとは互いに反対方向に回転する。詳述すると、クランクシャフト２７Ａ、２７Ｂは、ピストン２５Ａ、２５Ｂの往復運動を回転運動に変換するため高い剛性を要求されることから、太い鋼材から成る。また、クランクシャフト２７Ａには、慣性力が考慮されてカウンターウェイトが備えられている。これらのことから、クランクシャフト２７Ａ、２７Ｂの慣性モーメントは大きい。本形態では、クランクシャフト２７Ａを前方から見て時計回りに回転させ、クランクシャフト２７Ｂを反時計回りに回転させている。更に、クランクシャフト２７Ａと、クランクシャフト２７Ｂとは、回転速度、重量および慣性モーメントが同一とされている。
【００６７】
このことから、エンジン２０を搭載する飛行装置１０が飛行姿勢を変更すると、クランクシャフト２７Ａ、２７Ｂにより大きなジャイロモーメントが生じるが、クランクシャフト２７Ａから生じるジャイロモーメントと、クランクシャフト２７Ｂから生じるジャイロモーメントとが打ち消し合う。よって、クランクシャフト２７Ａ、２７Ｂに起因して生じるジャイロモーメントで、飛行装置１０の姿勢制御が阻害されることが抑制されている。
【００６８】
このような作用は、図４を参照して説明したロータ４１Ａ、４１Ｂの場合と同様である。上記したクランクシャフト２７Ａ、２７Ｂは、駆動的にロータ４１Ａ、４１Ｂと接続されているので、ロータ４１Ａの回転方向とロータ４１Ｂの回転方向は、上記した反転機構１９で逆方向とされている。
【００６９】
以上、本発明の実施形態を示したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
【００７０】
例えば、図４を参照して、ロータ４１Ａ、４１Ｂは、それらの回転軸が前後方向を向くように配置されているが、それらの回転軸が上下方向を向くように配置されても良い。ロータ４１Ａ、４１Ｂは、それらの回転軸が上下方向を向くように配置されても、飛行装置１０が姿勢を変位させる際に生じるジャイロモーメントは、互いに打ち消し合うので、飛行装置１０の姿勢変位がシャイロモーメントで阻害されることはない。
【００７１】
また、図１では、機体ベース１１の搭載部１１Ｅの上方側にエンジン２０および発電ユニット４０が搭載されているが、エンジン２０および発電ユニット４０は、搭載部１１Ｅの下方側に配設されても良い。
【００７２】
更に、上記した本形態では、フライホイルマスとなる回転体として、ロータ４１Ａ、４１Ｂ、クランクシャフト２７Ａ、２７Ｂを例示したが、他の部材をフライホイルマスと見做すこともできる。例えば、図３（Ａ）に示した冷却ファン４２Ａ、４２Ｂ、図５に示したカムギア３０Ａ、３０Ｂを、フライホイルマスと見做すことができる。これらの部材も、互いに逆方向に回転しており、ほぼ等しい慣性モーメントを有しているので、ジャイロモーメントが相殺されることで飛行装置１０の姿勢制御が安定化する効果が奏されている。
【符号の説明】
【００７３】
１０   飛行装置
１１   機体ベース
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ アーム部
１１Ｅ 搭載部
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ プロペラ
１３   プロペラガード
１５   積載物
１６   スキッド
１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ モータ
１８   センサ
１９   反転機構
２０   エンジン
２１   動作制御装置
２２   シリンダブロック
２３   反転ベルト
２４   プーリ
２５Ａ、２５Ｂ ピストン
２６Ａ、２６Ｂ コネクティングロッド
２７Ａ、２７Ｂ クランクシャフト
２８    コイル
２９Ａ  吸気バルブ
２９Ｂ  排気バルブ
３０Ａ、３０Ｂ カムギア
３１Ａ、３１Ｂ カム
３３   燃料タンク
３４   オイルタンク
３５   シリンダ
３６   燃焼室
３７   プーリ
３９   マグネット
４０   発電ユニット
４１Ａ、４１Ｂ ロータ
４２Ａ、４２Ｂ 冷却ファン   
４３   電池ユニット
４４   出力制御装置
４６   ファンカバー
４７   開口部
４８   デコンプハンドル
４９   モーメント軸
５０   通信装置
５１   回転軸
５２   軸
５３   回転軸
【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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