(57)【要約】      （修正有）【課題】有線による給電をするモータの駆動力によって飛行する飛行体のシステムであって、地上に設置された電源部と飛行体との距離を長くする。【解決手段】地上に設置される地上部１０と、第一の端部が地上部１０に接続された複合ケーブル２０と、複合ケーブル２０の第二の端部に接続された飛行体３０とを備え、地上部１０は、２００Ｖ以上の直流電圧を発生する電源装置１１と、飛行体３０から送られてきた光信号を電気信号に変換する光電気変換器１２とを有し、複合ケーブル２０は、給電用の導電線２１と、光ファイバ２２と、アラミド繊維からなるテンションメンバとを有し、飛行体３０は、主回転翼３２を駆動するＤＣモータ３３と、２００Ｖ以上の直流電圧をＤＣモータの定格電圧まで降圧させるＤＣ−ＤＣコンバータ４１と、撮影装置３５と、撮影装置３５から出力された電気信号を光信号に変換する電気光変換器４２とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの駆動力によって飛行する飛行体のシステムであって、
地上に設置される地上部と、
第一の端部が前記地上部に接続された複合ケーブルと、
前記複合ケーブルの第二の端部に接続された飛行体とを備え、
前記地上部は、
２００Ｖ以上の直流電圧を発生する電源装置と、
前記飛行体から送られてきた光信号を電気信号に変換する第一の光電気変換器とを有し、
前記複合ケーブルは、
給電用の導電線と、
光ファイバと、
アラミド繊維からなるテンションメンバとを有し、
前記飛行体は、
主回転翼を駆動するＤＣモータと、
前記２００Ｖ以上の直流電圧を前記ＤＣモータの定格電圧まで降圧させるＤＣ−ＤＣコンバータと、
静止画や動画を撮影する撮影装置と、
前記撮影装置から出力された電気信号を光信号に変換する第一の電気光変換器とを有する飛行体システム。
【請求項２】
前記電源装置は、前記導電線が短絡又は断線した場合、電力の供給を自動的に停止する請求項１に記載の飛行体システム。
【請求項３】
前記飛行体は、最高高度で飛行中に前記複合ケーブルからの電力が停止した場合であっても、安全に着陸可能な容量のバッテリをさらに備えた請求項１又は２に記載の飛行システム。
【請求項４】
前記地上部は、
前記飛行体を操縦するコントローラと、
前記コントローラから出力される電気信号を光信号に変換する第二の電気光変換器とをさらに備え、
前記飛行体は、
前記地上部から送られてきた光信号を電気信号に変換する第二の光電気変換器をさらに備えた請求項１〜３のいずれかに記載の飛行体システム。
【請求項５】
前記地上部は、エンジン式の発電機をさらに備えた請求項１〜４に記載の飛行体システム。
【請求項６】
前記飛行体は、
自らの高度を認識する高度認識手段と、
自らの位置を認識する飛行体位置認識手段と、
前記高度認識手段及び飛行体位置認識手段で認識した高度及び位置を基に、設定された飛行経路を自律飛行する自律飛行制御手段とをさらに備えた請求項１〜５のいずれかに記載の飛行体システム。
【請求項７】
前記地上部は、
移動手段と、
自らの位置を認識する地上部位置認識手段と、
前記地上部位置認識手段で認識した位置を基に、設定された移動経路を自律移動する自律移動制御手段とをさらに備えた請求項６に記載の飛行体システム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の飛行体システムに用いる複合ケーブルであって、
２本の給電用の導電線と、
１本又は２本の光ファイバと、
１本以上のアラミド繊維からなるテンションメンバとを備え、
前記導電線は、軟銅撚線であり、
前記テンションメンバは、前記複合ケーブルの中心に１本又は同心円状に複数本配置されている飛行体システムに用いる複合ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの駆動力によって飛行する飛行体のシステムに関するものであり、より具体的には、地上に設置された電源部から有線で飛行体に給電する飛行体のシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の飛行体システムとして、特許文献１の図７に記載のものが提案されている。これによれば、バッテリの残量を気にすることなく、長時間の飛行が可能となる。
【０００３】
しかし、特許文献１に記載の技術では、送電線の単位長さ当たりの質量が大きく、電源部と飛行体の距離は、せいぜい２０〜３０メートル程度が限界であった。このため、使用用途が限られていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２１４４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、使用用途が広がるよう電源部と飛行体との距離を長くできる飛行体システムを提供することを目的としている。また、その飛行体システムに用いる複合ケーブルを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
有線の飛行体システムの場合、使用モータの定格電圧で送電するのが一般的である。そうでなければ、変圧機を飛行体に搭載しなければならず、その分飛行体が重くなるからである。しかし、発明者らは、飛行体に変圧器を搭載したとしても送電を高電圧にしたほうが全体として軽量化できると考え、鋭意実験を重ねた結果、本発明を完成するに至ったものである。
【０００７】
すなわち、本発明は、モータの駆動力によって飛行する飛行体のシステムであって、地上に設置される地上部と、第一の端部が地上部に接続された複合ケーブルと、複合ケーブルの第二の端部に接続された飛行体とを備え、地上部は、２００Ｖ以上の直流電圧を発生する電源装置と、飛行体から送られてきた光信号を電気信号に変換する第一の光電気変換器とを有し、複合ケーブルは、給電用の導電線と、光ファイバと、アラミド繊維からなるテンションメンバとを有し、飛行体は、主回転翼を駆動するＤＣモータと、２００Ｖ以上の直流電圧をＤＣモータの定格電圧まで降圧させるＤＣ−ＤＣコンバータと、静止画や動画を撮影する撮影装置と、撮影装置から出力される電気信号を光信号に変換する第一の電気光変換器とを有するものである。
【０００８】
送電の電圧を上げることにより、複合ケーブルを流れる電流を減らすことができ、複合ケーブルを細く（軽く）できるのである。また、送電を直流とすることで変圧器を軽くすることができる。発明者らの実験の結果、このような構成とすることにより、地上部と飛行体との距離を少なくとも８０メートル以上まで長くすることができた。
【０００９】
また、本発明では、電源装置は、導電線が短絡又は断線した場合、電力の供給を自動的に停止するものであることが望ましい。感電等の防止のためである。
【００１０】
また、本発明では、飛行体は、最高高度で飛行中に前記複合ケーブルからの電力が停止した場合であっても、安全に着陸可能な容量のバッテリをさらに備えたものであることが望ましい。
【００１１】
飛行体の落下損傷防止のためであるのと同時に、落下する飛行体が人や器物に損傷を与えないようにするためである。
【００１２】
また、本発明では、飛行体は、自己の高度及び位置を認識する手段を備え、設定された飛行経路を自律飛行するものとすることもできる。
【００１３】
本発明に係る飛行体システムでは、バッテリの残量を気にする必要がないため、例えば、Ａ地点、Ｂ地点及びＣ地点を１時間毎に監視するというような場合、完全に自動で監視映像を得ることができる。
【００１４】
また、本発明の飛行体システムに用いる複合ケーブルは、２本の給電用の導電線と、１本又は２本の光ファイバと、１本以上のアラミド繊維からなるテンションメンバとを備え、導電線は軟銅撚線であり、テンションメンバは複合ケーブルの中心に１本又は同心円状に複数本配置されているものである。
【００１５】
このような構成とすることにより、抗高張力で柔軟な複合ケーブルとなる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、地上部と飛行体との距離を長くすることができ、使用用途が増す。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第一の実施形態に係る飛行体システムの概略を示すブロック図である。
【図２】複合ケーブルの断面図である。
【図３】飛行体システムの概略を示す外観図である。
【図４】第二の実施形態に係る飛行体システムの概略を示すブロック図である。
【図５】複合ケーブルの変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明である飛行体システムを具現化した実施形態について、図面を用いて説明するが、本発明の技術的範囲は、もちろんこれだけに限定されるものではない。なお、周知の技術に関しては、詳細な説明を省略する。
【００１９】
（第一の実施形態）
まず、第一の実施形態である飛行体システム１の構成について、主に図１〜３を参照して説明する。飛行体システム１は、図３に示すように、地上部１０と、複合ケーブル２０と、飛行体３０で構成されている。地上部１０は、地上に設置されており、図示しないキャスタにより移動可能な構造になっている。複合ケーブル２０の一端は、地上部１０に接続され、他端は、飛行体３０に接続されている。すなわち、地上部１０と飛行体３０は、複合ケーブル２０によって繋がれている。
【００２０】
図１は、飛行体システム１の概略を示すブロック図である。図１において、電源装置１１から制御装置４４までの間は、ＤＣモータ３３を駆動するための電力の流れを示し、それ以外は電気信号又は光信号の流れを示している。図１に示すように、地上部１０は、３６０Ｖの直流電圧を発生する電源装置１１を備えている。電源装置１１は、周知の技術である。なお、本実施形態では、電源装置１１が発生する直流電圧は３６０Ｖであるが、２００Ｖ以上であれば、本発明の作用効果を奏する。
地上部１０と飛行体３０を所定の距離まで離間させて飛行させようとすると、飛行体３０のペイロード等から複合ケーブル２０の単位距離当たりの質量が決まる。複合ケーブル２０の単位距離当たりの質量が決まると、後述する複合ケーブル２０内の導電線２１の断面積も決まり、導電線２１を流れる電流の許容値も決まる。そうすると、飛行体３０の消費電力から送電する電圧も決まる。撮影機能を有する標準的なマルチコプターのペイロード及び消費電力を鑑みると、送電する電圧を２００Ｖ以上とすれば、従来例と比較して地上部１０と飛行体３０との距離を十分離間させることができる。
直流電圧の上限は特に定めないが、あまりに高圧だと後述のＤＣ−ＤＣコンバータ４１が大型に、またコスト高になることから、４００Ｖ程度までが望ましい。
また、電源装置１１は、後述する複合ケーブル２０内の導電線２１が短絡又は断線した場合、電力の供給を自動的に停止する機能を有している。この仕組みは周知の技術である。
【００２１】
また、地上部１０は、飛行体３０から送られてきた光信号を電気信号に変換する光電気変換器１２（第一の光電気変換器）を備えている。この光電気変換器１２も周知の技術である。
【００２２】
複合ケーブル２０は、図２に示すように、２本の給電用の導電線２１と、１本の光ファイバ２２と、アラミド繊維からなるテンションメンバ２３とで構成されている。
導電線２１は、断面積が略０．５平方ミリメートルの軟銅撚線である。より具体的には、直径０．１０ミリメートルの導線を６４本撚り合わせたものである。複合ケーブル２０に柔軟性を持たせるためには、本実施形態のように軟銅撚線が望ましい。導電線２１には、ポリプロピレン製の被覆２４が設けられている。
光ファイバ２２は、シングルモード（ＳＭ）の光ファイバである。光ファイバ２２は、０．９ｍｍ心線にアラミド繊維製の外被２５が設けられ、その外側にポリエチレン製の外被２６が設けられている。
テンションメンバ２３は、ポリパラフェニレンテレフタルアミドであり、同心円状に３本配設されている。
これら全ての導電線２１、光ファイバ２２及びテンションメンバ２３の外側に押え巻きテープ（プラスチックテープ）２７が設けられ、その外側にポリオレフィン製の外被２８が設けられている。複合ケーブル２０の質量は、１メートル当たり略３０グラムである。
【００２３】
図３に示すように、飛行体３０は、機体３１と、６個の主回転翼（ローター）３２と、６個のＤＣモータ３３と、撮影装置３５と、収容部４０で構成される。図１に示すように、収容部４０には、２個のＤＣ−ＤＣコンバータ４１と、電気光変換器４２（第一の電気光変換器）と、バッテリ４３と、制御装置４４と、ジャイロセンサ４５と、加速度センサ４６と、気圧センサ（高度計）４７と、無線通信部５１が収容されている。飛行体３０は、いわゆるヘキサコプター（６枚ローター）と呼ばれるタイプのマルチコプターであり、主な機構は周知の技術と同様のものである。例えば、姿勢制御には、ジャイロセンサ４５と加速度センサ４６を用いている。主回転翼３２の数は、６個に限定されるものではなく適宜選択されるものであるが、４個、６個、８個のいずれかが好ましい。
また、本実施形態ではＤＣ−ＤＣコンバータ４１の数は２個であるが、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１の出力電流と飛行体３０全体が消費する消費電力の関係によっては、１個とすることもできるし、３個以上とすることもできる。
【００２４】
ＤＣモータ３３は、定格電圧が２４Ｖのブラシレスモータであり、回転数は、制御装置４４によりＰＷＭ制御される。それぞれのＤＣモータ３３は、それぞれの主回転翼３２に連結されている。
【００２５】
ＤＣ−ＤＣコンバータ４１は、地上部１０から送電された高電圧の直流をＤＣモータ３３の定格電圧まで降圧させるものであり、周知の技術である。なお、電源装置１１が高電圧の電力を送電するのは、複合ケーブル２０内の導電線２１を流れる電流を少なくするためである。また、直流としているのは、交流だと高電圧を降圧する変圧器が直流の場合と比較して大きく重くなってしまうからである。
【００２６】
撮影装置３５は、静止画や動画を撮影するためのものであり、いわゆるカラーカメラである。
【００２７】
電気光変換器４２は、撮影装置３５から出力された電気信号を光信号に変換するものであり、周知の技術である。
【００２８】
バッテリ４３は、飛行体３０が最高高度で飛行中に、何らかの理由で地上部１０からの送電が停止した場合であっても、安全に着陸できる（数分程度飛行可能な）容量のものである。バッテリ４３は、通常時は、充電回路に接続されており、送電停止時に、自動的に制御装置４４に接続されるようになっている。
【００２９】
飛行体システム１は、飛行体３０への給電と飛行体からの映像及び画像信号の送信を複合ケーブル２０によって行うが、操縦は一般的な無線方式によって行う。無線方式の飛行体システムは一般に市販されており、その機能の多くを使用したほうが安価に製造できるためである。
操縦者は、飛行体３０を目視しながら、無線式コントローラ５０を用いて飛行体３０と撮影装置３５の角度を操縦する。その際、飛行体３０から送信された高度情報を参考にしてもよい。本実施形態では、飛行体３０に気圧センサ（高度計）４７を搭載しており、高度情報が制御装置４４、無線通信部５１を経由して無線式コントーラ５０に送信されるようになっている。高度情報は、無線式コントローラ５０に設けられた表示画面に表示されるようになっている。
無線通信部５１は、無線式コントローラ５０から無線送信された信号を受信し、制御装置４４と撮影装置３５に発信する。制御装置４４は、その信号を基にＤＣモータ３３の回転数を制御し、飛行体３０の高度や進行方向を制御する。撮影装置３５は、その信号を基に撮影方向を変える。
【００３０】
飛行体システム１では、バッテリの残量を気にすることなく長時間使用することができる。また、撮影装置３５とモニタディスプレイ６０とが有線で繋がっているため、ノイズのない綺麗な映像及び画像をリアルタイムに見ることができる。有線であるため、電波法の制約に縛られることもない。また、映像が機密情報等の場合、無線と比較して情報漏えいの危険が少ない。
モニタディスプレイ６０は、ノートパソコンやタブレットパソコン等を用いることができる。
【００３１】
（第二の実施形態）
次に、第二の実施形態である飛行体システム２の構成について、主に図４を参照して説明する。なお、以下の説明にあたって、飛行体システム１と同一もしくは均等な構成の部材には、図面において同一符号を付すこととし、説明を省略する。
飛行体システム２は、図４に示すように、地上部２１０と、複合ケーブル２２０と、飛行体２３０で構成されている。複合ケーブル２２０の一端は、地上部２１０に接続され、他端は、飛行体２３０に接続されている。
【００３２】
地上部２１０は、１００Ｖの交流電圧を発生するエンジン式の発電機２１３を備えている。地上部２１０は、１００Ｖの交流電圧から３６０Ｖの直流電圧を発生する電源装置１１を備えている。
【００３３】
地上部２１０は、飛行体２３０を手動で操縦するためのコントローラ２５０と、通信部２５１を備えている。地上部２１０は、通信部２５１から発信された電気信号を光信号に変換する電気光変換器２１４（第二の電気光変換器）を備えている。
これにより、無線障害によって飛行が不安定になるということがなくなる。
また、地上部２１０は、モニタディスプレイ６０を備えている。これにより、飛行体を目視できない状況でも、飛行体２３０から送られる映像及び情報（高度情報等）を見ながら、操縦することができる。
【００３４】
地上部２１０は、４個の車輪２１５と、４個のＤＣモータ２１６と、ＤＣモータを制御する制御装置２１７と、カメラ２１８を備えている。車輪２１５は、ＤＣモータ２１６に連結されており、この車輪２１５とＤＣモータ２１６とを合わせたものが本発明の移動手段に相当するものである。制御装置２１７は、カメラ２１８の映像によって目標物を認識し、それによって自らの位置を認識することができるようになっている。このカメラ２１８と制御装置２１７とを合わせたものが本発明の地上部位置認識手段に相当するものである。また制御装置２１７は、認識した自己の位置情報を基にＤＣモータ２１６を制御し、地上部２１０を設定された移動経路に沿って自律移動させる。この制御装置２１７が本発明の自律移動制御手段に相当するものである。これらの技術は、すべて周知の技術を用いている。
制御装置２１７の電源は、エンジン式発電機２１３から出力された１００Ｖの交流を図示しないＡＣ−ＤＣコンバータによって、直流の２４Ｖに降圧し、用いている。
本実施形態では、四輪駆動であるが、二輪駆動としてもよい。また、自らの位置を認識するために、ＧＰＳ受信機を設けてもよい。車輪２１５は、手押しの場合は、フリーになるようになっている。地上部２１０の位置信号は、通信部２５１に送られ、電気光変換器２１４を経由して飛行体２３０に送られるようになっている。
飛行体２３０に加えて、地上部２１０も自律移動することで、より広範囲を自動監視することができる。
【００３５】
複合ケーブル２２０は、図５に示すように、２本の給電用の導電線２１と、２本の光ファイバ２２と、アラミド繊維からなるテンションメンバ２３とで構成されている。
テンションメンバ２３は、複合ケーブル２２０の中心に１本配設されている。複合ケーブル２２０の質量は、１メートル当たり略３４グラムである。
【００３６】
飛行体２３０は、飛行体３０と同様に、機体３１と、６個の主回転翼（ローター）３２と、６個のＤＣモータ３３と、撮影装置３５と、収容部４０で構成され、図４に示すように、収容部４０には、２個のＤＣ−ＤＣコンバータ４１と、電気光変換器４２と、バッテリ４３と、制御装置４４と、ジャイロセンサ４５と、加速度センサ４６と、気圧センサ（高度計）４７と、ＧＰＳ受信機２４８と、光電気変換器２４９（第二の光電気変換器）が収容されている。本実施形態ではＤＣ−ＤＣコンバータ４１の数は２個であるが、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１の出力電流と飛行体２３０全体が消費する消費電力の関係によっては、１個とすることもできるし、３個以上とすることもできるのは、飛行体システム１と同様である。
【００３７】
光電気変換器２４９は、地上部１００から送られた光信号を電気信号に変換するものであり、周知の技術である。
【００３８】
飛行体２３０は、気圧センサ（高度計）４７により、高度を認識することができるようになっている。この気圧センサ４７は、本発明の高度認識手段に相当するものである。また、撮影装置３５と制御装置４４により、目標物を認識し、自らの位置を認識することができるようになっている。この撮影装置３５と制御装置４４とを合わせたものが本発明の飛行体位置認識手段に相当するものである。また制御装置４４は、認識した高度情報と自己の位置情報を基にＤＣモータ３３を制御し、飛行体２３０を設定された飛行経路に沿って自律飛行させる。この制御装置４４が本発明の自律飛行制御手段に相当するものである。これらの技術は、すべて周知の技術を用いている。
なお、本実施形態では、自らの位置を認識するのを補助する目的でＧＰＳ受信機２４８を備えているが、ＧＰＳ受信機２４８は、本発明に必須なものではない。
【００３９】
上述した内容は、あくまでも本発明の一実施形態に関するものであって、本発明が上記内容に限定されることを意味するものではない。例えば、飛行体システム２では、２本の光ファイバ２２を有する複合ケーブル２２０を用いているが、飛行体システム１と同様に光ファイバ２２が１本の複合ケーブル２０を用いてもよいことはもちろんである。この場合は、１本の光ファイバ２２で双方向の通信をする周知の技術を用いればよい。また、本実施形態で記載されている数値（寸法）は、これに限られるものでなく、設計的な事項である。
【符号の説明】
【００４０】
１飛行体システム（第一の実施形態）
２飛行体システム（第二の実施形態）
１０ 地上部
１１ 電源装置    １２ 光電気変換器（第二の光電気変換器）
２０ 複合ケーブル    ２１ 導電線    ２２ 光ファイバ    ２３ テンションメンバ
３０ 飛行体
３１ 機体    ３２ 主回転翼    ３３ ＤＣモータ    ３５ 撮影装置    
４０ 収容部
４１ ＤＣ−ＤＣコンバータ    ４２ 電気光変換器（第一の電気光変換器）
４３ バッテリ    ４４ 制御装置    ４５ ジャイロセンサ
４６ 加速度センサ    ４７ 気圧センサ
２１０ 地上部    ２１３ エンジン式発電機
２１４ 電気光変換器（第二の電気光変換器）    ２１５ 車輪
２１６ モータ    ２１７ 制御装置    ２１８ カメラ
２２０ 複合ケーブル
２３０ 飛行体
２４８ ＧＰＳ受信機    ２４９ 光電気変換器（第二の光電気変換器）
２５０ コントローラ    ２５１ 通信部
【図１】
2016074257.tif 000003
【図２】
2016074257.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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