(57)【要約】      （修正有）【課題】小型かつ軽量で大きな出力を得られるモータを提供する。【解決手段】柱形状の固定シャフト２０と、前記固定シャフトによって該固定シャフトに対して回転可能に支持される第一のロータ１３０と、前記第一のロータとは軸方向において異なる位置において前記固定シャフトによって該固定シャフトに対して回転可能に支持される第二のロータ１４０と、前記固定シャフトに固定され、第一のロータに対して前記固定シャフトに対する回転トルクを付与可能な第一のステータ３１と、前記固定シャフトに固定され、第二のロータに対して前記固定シャフトに対する回転トルクを付与可能な第二のステータ１４１と、備え、前記第一のステータおよび前記第二のステータは、前記固定シャフトが伸びる方向に沿って並び、前記第二のステータは、前記第一のステータが第一のステータに付与するトルクとは逆方向のトルクを前記第ニのロータに付与可能である、モータ４。【選択図】図７
2017225325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱形状の固定シャフトと、
前記固定シャフトによって該固定シャフトに対して回転可能に支持される第一のロータと、
前記固定シャフトに固定され、該固定シャフトの周方向一方側に向けて前記第一のロータを回転させる回転トルクを付与可能な第一のステータと、
前記第一のロータとは軸方向において異なる位置に配置され、前記固定シャフトに対して相対的に回転可能な第二のロータと、
前記固定シャフトに固定され、該固定シャフトの周方向他方側に向けて前記第二のロータを回転させる回転トルクを付与可能な第二のステータと、
を備える、
モータ。
【請求項２】
前記第一のロータと前記第二のロータの間の間隔は、前記第一のステータの軸方向高さおよび前記第二のステータの軸方向高さの何れよりも小さい、
請求項１のモータ。
【請求項３】
何れもが前記固定シャフトの外周面に固定される、第一の軸受、第二の軸受、第三の軸受、および第四の軸受と、
を更に有し、
前記第一の軸受、および前記第二の軸受は、前記固定シャフトと前記第一のロータの間に介在して、前記第一のロータを前記固定シャフトに対して相対的に回転可能に支持し、
前記第三の軸受、および前記第四の軸受は、前記固定シャフトと前記第二のロータの間に介在して、前記第二のロータを前記固定シャフトに対して相対的に回転可能に支持し、
前記第一の軸受、前記第二の軸受、前記第三の軸受、および前記第四の軸受は、この順に前記固定シャフトの軸方向に沿って配置される、
請求項２のモータ。
【請求項４】
前記第一のステータは、前記第一の軸受と前記第二の軸受の間に位置し、
前記第二のステータは、前記第三の軸受と前記第四の軸受の間に位置する、
請求項３のモータ。
【請求項５】
回転シャフトと、
第一の軸受、第二の軸受、第三の軸受、および第四の軸受と、
を更に有し、
前記第二のロータは前記回転シャフトの他端に接続され、
前記第二のロータは前記回転シャフトの他端から径方向外方に広がるハブ部を有し、
前記固定シャフトは、少なくとも他端側において内側が空洞である円筒部を有し、
前記回転シャフトの少なくとも一端側は前記円筒部の内側に収容され、
前記第一の軸受と前記第二の軸受は前記円筒部よりも一端側の位置において前記固定シャフトの外周面に固定され、
前記第三の軸受と前記第四の軸受は前記円筒部の内周面に固定され、
前記第三の軸受と前記第四の軸受は前記回転シャフトと前記円筒部の間に介在して該回転シャフトを該円筒部に対して回転可能に支持する、
請求項1のモータ。
【請求項６】
少なくとも一部が前記固定シャフトの軸方向に対して交差する方向に伸びる支持腕を更に備え、
前記支持腕は、前記固定シャフトの軸方向に対して交差する方向に伸びる中空の主部と、主部の先端部から前記固定シャフトの軸方向に沿って伸びる支持腕側取り付け部とを含み、
前記支持腕側取り付け部は円筒形状の周面を有し、
前記固定シャフトは少なくとも一端部において円筒形状の周面を有し、
前記固定シャフトの一端部の周面は、前記支持腕側取り付け部の周面に接触し、固定される、
請求項１から５の何れかのモータ。
【請求項７】
前記固定シャフトは、少なくとも一端側に中空部を有し、
前記中空部は前記固定シャフトの一端側に開口し、
前記固定シャフトは、前記中空部に達する少なくとも一つの貫通孔を側面に有し、
前記第一のステータは、導線製の第一のコイルと該第一のコイルから伸びる第一の引き出し線を含み、
前記第二のステータは、導線製の第二のコイルと該第二のコイルから伸びる第二の引き出し線を含み、
前記第一の引き出し線および前記第二の引き出し線の少なくとも一方は、前記少なくとも一つの貫通孔を通って前記中空部に入り、更に、該固定シャフトの一端に達する、
請求項１から６の何れかのモータ。
【請求項８】
電源線を更に備え、
前記電源線の少なくとも一部は前記支持腕の前記主部に収容されると共に、該電源線の一端部は前記支持腕側取り付け部に達し、
前記固定シャフトの一端に達する前記引き出し線の端部は、前記電源線の端部に接続される、
請求項７のモータ。
【請求項９】
請求項１から８の何れかのモータと、
前記第一のロータから放射状に伸びる複数の第一種の翼を含む第一の回転翼と、
前記第二のロータから放射状に伸びる複数の第二種の翼を含む第二の回転翼と、
を備える、
プロペラ式推力発生装置。
【請求項１０】
前記第一種の翼の基部と前記第二種の翼の基部の軸方向における間隔は、軸方向における前記第一のステータと前記第二のステータとの間の間隙よりも小さい、
請求項９のプロペラ式推力発生装置。
【請求項１１】
前記第二の回転翼のピッチは、前記第一の回転翼のピッチよりも大きい、
請求項９または１０のプロペラ式推力発生装置。
【請求項１２】
前記固定シャフトの軸方向一方側から見通した場合、
前記第一種の翼の先端は基部に対して、前記固定シャフトの前記周方向他方側に位置し、
前記第二種の翼の先端は基部に対して、前記固定シャフトの前記周方向一方側に位置する、
請求項９から１１の何れかのプロペラ式推力発生装置。
【請求項１３】
前記固定シャフトの軸方向一方側から見通した場合、
前記第一種の翼の各々は、前記固定シャフトの前記周方向一方側が凸となる形状を有し、
前記第二種の翼の各々は、前記固定シャフトの前記周方向他方側が凸となる形状を有する、
請求項９から１２の何れかのプロペラ式推力発生装置。
【請求項１４】
前記第一の回転翼を構成する前記第一種の翼の枚数は、前記第二の回転翼を構成する前記第二種の翼の枚数よりも多い、
請求項９から１３の何れかのプロペラ式推力発生装置。
【請求項１５】
軸方向において、前記第一の回転翼は前記第二の回転翼よりも前記支持腕に近い側に配置され、
軸方向において、前記第一種の翼の基部と前記第二種の翼の基部の軸方向の間隔は、前記第一種の翼の先端における前記第一種の翼と前記支持腕との間隔よりも小さい、
請求項９から１４の何れかのプロペラ式推力発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ、およびプロペラ式推力発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動モータで回転翼を駆動して飛行するマルチコプタが、近年様々の場面で利用されるようになっている。しかし、バッテリー容量に制約があるため、連続飛行可能な時間、航続距離、或いは搭載可能な運搬物の重量等が制限され、用途が限定されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
電動モータで駆動されるプロペラ式推力発生装置の効率を改善する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
柱形状の固定シャフトと、前記固定シャフトによって該固定シャフトに対して回転可能に支持される第一のロータと、前記第一のロータとは軸方向において異なる位置において前記固定シャフトによって該固定シャフトに対して回転可能に支持される第二のロータと、前記固定シャフトに固定され、該固定シャフトの周方向一方に向けて前記第一のロータを回転させる回転トルクを付与可能な第一のステータと、前記固定シャフトに固定され、該固定シャフトの周方向他方に向けて前記第二のロータを回転させる回転トルクを付与可能な第二のステータと、を備え、前記第一のステータおよび前記第二のステータは、前記固定シャフトが伸びる方向に沿って並ぶ、モータ。
また、前記第一のロータと前記第二のロータの間の間隔は、前記第一のステータの軸方向高さおよび前記第二のステータの軸方向高さの何れよりも小さくしても良い。
【発明の効果】
【０００５】
効率の高いプロペラ式推力発生装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】プロペラ式推力発生装置の基本構成の限定的ではない第１の例を模式的に示す軸方向断面図である。
【図２】プロペラ式推力発生装置の基本構成の限定的ではない第２の例を模式的に示す軸方向断面図である。
【図３】プロペラ式推力発生装置の基本構成の限定的ではない第３の例を模式的に示す軸方向断面図である。
【図４】プロペラ式推力発生装置の第３の例の固定部の拡大図である。
【図５】プロペラ式推力発生装置の第３の例の固定部の分解図である。
【図６】プロペラ式推力発生装置の固定部の他の例を示す拡大図である。
【図７】プロペラ式推力発生装置の基本構成の限定的ではない第４の例を模式的に示す軸方向断面図である。
【図８】プロペラ式推力発生装置の基本構成の限定的ではない第４の例における回転翼の仰角の状態を示す模式図である。
【図９】プロペラ式推力発生装置の基本構成の限定的ではない第４の例における回転翼の形状を示す模式図である。
【図１０】プロペラ式推力発生装置の基本構成の限定的ではない第４の例の変形例における回転翼の形状を示す模式図である。
【図１１】プロペラ式推力発生装置を搭載したマルチコプタの全体図を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
同軸に配置した一対の回転翼を互いに逆方向に回転させる二重反転プロペラ式の推力発生装置は、プロペラ式の推力発生装置の中でも投入エネルギーを推進力に変換するエネルギー効率が高いことが知られている。しかし、このような二重反転プロペラ機構をターボプロップエンジンなどの内燃機関で駆動する場合、回転方向を反転させるためのギア機構が必要になって構造が複雑になり、一部でしか採用されていない。
これに対して電動モータで回転翼を駆動する場合は、モータ二つを背合わせにして固定し、それぞれを回転させることで、比較的容易に二重反転プロペラの推力発生装置を実現できる。
しかし、モータを背合わせに固定する為には、固定の為の付加構造が必要になって重量が増す。また、その様な付加構造は、同軸に配置される二つのロータの間に位置させざるを得ないため、二つのロータは、あまり近接して配置することが出来ない。二重反転プロペラ式の推力発生装置では、二つのプロペラの間の間隙小さいほど効率が良いため、上記のように二つのロータを近接して配置できないという制約は、二重反転構造を採用する利点を減ずる。
【０００８】
本開示で解説する二重反転プロペラ式の推力発生装置に用いられるモータは、一つのシャフトの上に二つのモータを構成することで、二つのロータを軸方向において近接して配置する事が出来る。また、二つのモータを固定する際に必要になる、固定構造も省略できる。
この様な特徴を有する本開示に係るモータは、プロペラ式推力発生装置を実現する為に最適である。しかし、この用途に限らず、二つのロータを互いに近接配置する必要がある用途一般において有用である。
【０００９】
以下の本開示に関する説明において、軸方向断面図とは、シャフトの中心軸を含む面でモータまたはプロペラ式推力発生装置切断した場合の、断面図を指す。また、特に限定することなく単に軸方向と形容する場合、その方向は、シャフトの中心軸に沿った方向を指す。本開示において、シャフトの中心軸は、そのシャフトが支持するロータの回転軸と一致する。
なお、回転翼を構成する個々の翼は放射状に広がっているため、プロペラ式推力発生装置全体の軸方向断面には、厳密にはそれらの翼の一部分しか現れない。しかし、本開示に係る断面図では、便宜上、各翼に対しては、断面ではなく各翼を横方向から見通した場合の形態を表示して、翼全体の形状の把握を容易にしている。
【００１０】
＜第一の実施形態＞
図１に、本開示の第一の実施形態に係るプロペラ式推力発生装置１の軸方向断面図を示す。プロペラ式推力発生装置１の固定シャフト２０は、支持腕１０の先端部にそれぞれ取り付けられる事でマルチコプタ９に取り付けられる。図１１に、プロペラ式推力発生装置１を含むマルチコプタ９の全体を示す。
【００１１】
マルチコプタ９は一例として、４つの二重反転プロペラ式推力発生装置１を備え、推力を得ると同時に回転翼の反力によって機体全体を回転させる力を打ち消すことが出来る。
電動式プロペラ式推力発生装置は、支持腕の下側に配置されている。但し、上側でも良い。支持腕の上側に配置される場合、二重反転プロペラ式推力発生装置１が発生する下向きの気流が支持腕に当たり、上向き推力の一部を打ち消してしまう事がある。よって、電動式プロペラ式推力発生装置は、支持腕の下側に配置されることがより好ましい。
【００１２】
図１に戻り、プロペラ式推力発生装置１について説明する。図１において、固定シャフト１０の軸方向に沿って、第一のロータ３０と第二のロータ４０が並ぶ。第一のロータ３０と第二のロータ４０は、それぞれロータマグネット３２および４２を備える。ロータマグネット３２および４２の内側には、第一のステータ３１および第二のステータ４１が配置され、それぞれの外周面はロータマグネット３２および４２に対向する。第一のステータ３１および第二のステータ４１は、それぞれ第一のコイル８０および第二のコイル８１を備える。
【００１３】
固定シャフト１０には、第一の軸受２５ａ、第二の軸受２５ｂ、第三の軸受２６ａ、および第四の軸受２６ｂが取り付けられており、図１において固定シャフト１０の上からこの順に並ぶ。第一の軸受２５ａと第二の軸受２５ｂとの間には、第一のステータ３１が位置し、第三の軸受２６ａと第四の軸受２６ｂとの間には、第二のステータ４１が位置する。軸受としては、一般的な玉軸受けを用いる事が出来る。その場合、各軸受けの内輪は、固定シャフト１０に取り付けられる。他方、各軸受けの外輪は、第一のロータ３０および第二のロータ４０にそれぞれ取り付けられる。なお、玉軸受け以外の軸受を用いる事もできる。例えば、流体動圧軸受けを用いる事もできる。
【００１４】
第一のロータ３０および第二のロータ４０の間には、各々が自由に回転できるようにするために、隙間が確保されている。この隙間の大きさは、第一のステータ３１の軸方向高さ、および第二のステータ４１の軸方向高さ、の何れよりも小さい。第一の実施形態においては、この隙間の大きさは、第一のステータ３１と第二のステータ４１の間の間隔よりも小さく、第二の軸受２５ｂ第三の軸受２６ａの間の間隔に等しい。
【００１５】
第一のステータ３１および第二のステータ４１は、それぞれ第一のコイル８０および第二のコイル８１に通電される事で回転磁場を発生させ、ロータマグネット３２および４２に回転トルクを付与する。本開示に係るモータ１は、プロペラ式推力発生装置１の用途で用いられる場合には、ロータマグネット３２および４２に対して互いに逆方向の回転トルクを付与出来る事が望ましい。例えば、図１において上方向から下方向に向かって見通した場合に、第一のステータ３１はロータマグネット３２に対して時計回り方向の回転トルクを付与し、第二のステータ４１はロータマグネット４２に対して反時計回り方向の回転トルクを付与する。この様な駆動様式は、プロペラ式推力発生装置１のエネルギー効率と高めるために有効である。
【００１６】
固定シャフト１０は、典型的には外周面が円筒面形状の棒または筒である。但し、外周面の少なくとも一部が角形形状を有していても良い。外周面が角形である場合、第一のステータ３１や第二のステータ４１の回り止めの為の構造を容易に導入する事が出来る。固定シャフト１０を構成する素材としては、炭素繊維強化プラスチックス用いる事が出来る。また、アルミニウム合金、或いは、鋼を用いる事も出来る。但しこれらに限られない。
【００１７】
第一のロータ３０は、外周面から径方向外方に向けて伸びる複数の第一種の翼５２を含む第一の回転翼５０を有する。第二のロータ４０は、外周面から径方向外方に向けて伸びる複数の第二種の翼６２を含む第二の回転翼６０を有する。第一の回転翼５０を構成する個々の第一種の翼５２の軸方向下端の縁は、該翼の基部において、第一のステータ３１の軸方向下端よりも下側に位置する。第一の実施形態では、この基部は第一のロータ３０の下端と一致する。第二の回転翼６０を構成する個々の第二種の翼６２の軸方向上端の縁は、該翼の基部において、第二のステータ４１の軸方向上端よりも上側に位置する。第一の実施形態では、この基部は第二のロータ４０の上端と一致する。
この様な構成とする事により、第一の回転翼５０と第二の回転翼６０の間の間隙が小さくなり、プロペラ式推力発生装置１の効率を向上させる事が出来る。
【００１８】
本開示に係るモータ１は、支持腕１０を更に備えても良い。モータ１が第一の回転翼５０および第二の回転翼６０を備える場合には、モータ１は、プロペラ式推力発生装置１の一部である。このプロペラ式推力発生装置１も、支持腕１０を更に備えても良い。
支持腕１０は、固定シャフト２０の軸方向と交差する方向に伸びる主部１２を有する。この主部１２は中空であってよい。主部１２によって１もしくはプロペラ式推力発生装置１は横方向から支持される。また、支持腕１０は、主部１２の先端部に取り付け部７０を有する。取り付け部７０には、軸方向に伸びる固定シャフト２０が固定される。支持腕１０の主部１２と、第一の回転翼５０を構成する第一種の翼５２の基部における、第一種の翼５２との軸方向間隔は、基部における第一種の翼５２と第二種の翼６２の間隔よりも大きい。取り付け部７０の軸方向寸法は、その様な寸法関係が実現可能な程度の大きさを備える。この様な寸法関係をとる事により、第一の回転翼５０が回転する際に、主部１２の直下を通過することから生ずる空気の流れの乱れが減り、騒音を低減することが可能である。
【００１９】
＜第二の実施形態＞
図２に、本開示の第二の実施形態に係るプロペラ式推力発生装置２の軸方向断面図を示す。第二の実施形態の内、第一の実施形態と同一の部分については説明を省略する。例えば、装置２の上半分、即ち、第一のステータ３１、第一のロータ３０、第一の回転翼５０、第一の軸受２５ａ、第二の軸受２５ｂ等は、第一の実施形態におけるものと同一である。他方、下半分装置２の下半分は、異なる。
【００２０】
第二の実施形態において、固定シャフト２１の下半分は、中空の円筒部２２となっており、その円筒部２２の内側に回転シャフト２３が収容される。また、回転シャフト２３と円筒部２２の間には第三の軸受２７ａおよび第四の軸受２７ｂが介在し、回転シャフト２３を円筒部２２に対して相対的に回転可能に支持している。第二のロータ４０ｂは、径方向に広がるハブ部２３を有しており、該ハブ部２３は径方向内縁において回転シャフト２３の下端部に接続する。第二のステータ４１０は、円筒部２２の外周面に固定される。円筒部２２の外径は、固定シャフト２１の第一のステータ３１が固定される部分の径よりも大きい。他方、第二のロータ４０ｂの外径は第一のロータ３０の外径と等しく、このため、第二のステータ４１０が収容される空間の径方向の広がりは、第一のステータ３１が収容される空間の径方向の広がりよりも小さい。このため、第二のステータ４１０は、第一のステータ３１よりも軸方向寸法を拡大することで、必要な体積を確保している。これに伴って、第二のロータマグネット４２ｂの軸方向長さも、第一のロータマグネット３２の軸方向長さよりも長くなっている。
【００２１】
このように、第二の実施形態におけるプロペラ式推力発生装置２は、第二のロータ４１を支持する軸受け構造が第一の実施形態とは異なる。しかし、各ロータに取り付けられる第一の回転翼５０および第二の回転翼６０に関しては、第一の実施形態と同様である。
【００２２】
＜第三の実施形態＞
図３に本開示の第三の実施形態に係るプロペラ式推力発生装置３の、軸方向断面図を示す。第一および第二のロータおよびステータ、更には軸受については、第一の実施形態と同様であり、説明は省略する。本実施形態は、固定シャフト２０の支持腕１０への取り付け構造に特徴がある。
【００２３】
図４に、支持腕１０の先端部に位置する、取り付け部７０ａ、および取り付け部７０ａに固定される固定シャフト２０の上端部の拡大図を示す。
固定シャフト２０は中空の円筒であり、上端部には内挿シャフト７２が中空部に収容される。内挿シャフト７２外周面は固定シャフト２０の内周面に固定される。内挿シャフト７２の外周面、及び固定シャフト２０内周面には不図示のネジ溝が刻まれており、内挿シャフト７２は、このネジ構造を利用して固定シャフト２０に固定される。内挿シャフト７２の上端部は固定シャフト２０から上方に突出した状態で固定される。このため、固定シャフト２０の上端面２１ａは内挿シャフト７２の上端部の周囲を囲む配置をとる。支持腕１０の取り付け部７０ａは、固定シャフト２０と同軸の支持腕側取り付け部円筒部７３を有し、該円筒部７３の内周面と固定シャフト２０の上端部の外周面７３ｂは接触した状態で、互いに固定される。支持腕側取り付け部円筒部７３の上端において、取り付け部７０ａは径方向内側に広がる内周リム７１ａを有する。内挿シャフト７２の上端部にはナット７４がねじ込まれ、このナット７４と固定シャフト２０の上端面２１ａが内周リム７１ａを上下から挟みこむ。この構造により、固定シャフト２０が支持腕１０に固定される。また、円筒部７３の内周面と固定シャフト２０の上端部の外周面７３ｂが接触した状態で固定される事により、固定シャフト２０の支持腕１０に対する固定方位のずれを減らす事が出来る。
【００２４】
固定シャフト２０を支持腕１０に固定する為には、上述した方法以外を用いる事もできる。何れの固定方法を用いた場合でも、第一のロータ３０と第二のロータ４０を逆方向に回転させる駆動様式を採用する用途では、固定の信頼性が高まる。第一のロータ３０と第二のロータ４０を同一方向に駆動する駆動様式を採用した場合に、二つのロータを同時に起動すると、そのロータ二つ分の反力が、固定シャフト２０を支持腕１０に固定する部分に加わる。その様な場合には、二つ分の反力に耐えるだけの耐久性が固定する部分に要求される。これに対して、第一のロータ３０と第二のロータ４０を逆方向に駆動することが多い駆動様式を採用した場合は、逆方向に起動することで二つの反力の少なくとも一部が打ち消しあうため、固定シャフト２０を支持腕１０に固定する部分に加わる反力が小さくなる。よって、その分だけ、固定部分の耐久性が高まる。或いは、より小さな固定構造で必要な耐久性を実現できる。
【００２５】
第一のコイル８０から引き出された第一の引き出し線８２、および第二のコイル８１から引き出された第二の引き出し線８３は、何れも固定シャフト２０の側面に設けられた貫通孔８４を通って固定シャフト２０の内側に導かれ、次いで内挿シャフト７２の内側を通って内挿シャフト７２の上端に達する。第一および第二の引き出し線８２，８３の端部は、ここで支持腕１０の主部１２の内側を通って配線される電源線１１の端部に接続される。接続においては、双方の導線をはんだ付け等によって接続する。または、各々の導線の端部にコネクタに接続しておき、コネクタ同士を結び付けることで接続しても良い。
第一のステータ３１に電力を供給する第一の引き出し線８２は、第一のステータ３１の下方において固定シャフトに開けられた貫通孔を通して、第一のステータ３１から固定シャフト２０内に引き出される。内装シャフト７２を避けるためにこのような配置が選択される。
【００２６】
図５は、図４に示した取り付け部７０ａおよび固定シャフト２０を、分解した状態を示す。取り付け部７０ａと分離した状態においては、プロペラ式推力発生装置３はマルチコプタ９とは分離した状態で運搬・管理することが可能にある。このため、プロペラ式推力発生装置３のメンテナンスや修理作業が容易になる。
なお、プロペラ式推力発生装置３に関して、一例として、固定シャフト２０と内挿シャフト７２が別部材である場合について、ここまで説明してきたが、別部材である事は必須ではない。固定シャフト２０と内挿シャフト７２が一つの部材であっても良い。その場合、一つのシャフトの一端部の外周を切削加工等によって細くする、等の方法で、上端面２１ａを形成する。内周リム７１ａを、上端面２１ａとナット７４で挟みこんで固定できれば、本開示に係る固定構造は実現可能である。
【００２７】
第三の実施形態のプロペラ式推力発生装置３は、回転翼についても第一の実施形態とは差異がある。第一の実施形態において、第一の回転翼５０の軸方向下端縁と、第二の回転翼６０の軸方向上端縁との間の軸方向間隙は、翼がロータに接続する基部から先端部まで、同一であった。これに対して、プロペラ式推力発生装置３では、第二の回転翼６０ｂの軸方向上側の縁は、翼の先端に向かうに従って下方に移動しており、間隙の大きさも翼の先端に向かうに従って拡大している。このため、翼の先端部においては、当該間隙は、第一のステータ３１と第二のステータ４１との軸方向の隔たりよりも大きい。しかし、翼がロータに接続する基部においては第一の実施形態と同様であり、当該間隙は、第一のステータ３１と第二のステータ４１との軸方向の隔たりよりも小さい。
【００２８】
＜第三の実施形態の変形例＞
図６に、プロペラ式推力発生装置３の変形例を示す。この例においては、固定シャフト２０を支持腕１０に固定する為の取り付け部７０ｂの構造が異なる。他の部分については図４と同一である。
この変形例において、取り付け部７０ｂは固定シャフト２０の軸方向には広がりを持たない。しかし、内周リム７１ｂは径方向に広がりを持つ。また、固定シャフト２０は上端部にフランジ７１ｃを有する。そして、このフランジ７１ｃとナット７４が内周リム７１ｂを挟む込むことで、固定シャフト２０を支持腕１０に固定する。
なお、本変形例において、フランジ７１ｃおよび内周リム７１ｂの径方向の広がりは、第三の実施形態における固定シャフト２０の上端面２１ａの径方向の広がりよりも大きい。このため、フランジ７１ｃと内周リム７１ｂを接触した状態で固定する事により、固定シャフト２０の支持腕１０に対する固定方位のずれを減らす事が出来る。
【００２９】
＜第四の実施形態＞
図７に、本開示の第四の実施形態に係るプロペラ式推力発生装置４の、軸方向断面図を示す。この実施形態は、主に回転翼１５０，１６０および、第二のステータ１４１、第二のロータマグネット１４２において、ここまでで紹介した他の実施形態と違いがある。他の実施形態と同様の部分についての説明は省略する。
本実施形態においては、第二のステータ１４１と第二のロータマグネット１４２によって発生可能な最大トルクは、第一のステータ３１と第一のロータマグネット３２によって発生可能な最大トルクよりも小さい。これは、回転方向が逆である回転翼を近接して配置するという構成に対して、最適化を行った結果得られた構成である。この際、第一の回転翼１５０と第二の回転翼１６０とは、互いに異なる形状が選択されている。
【００３０】
ステータを構成する鉄心とコイル、およびロータマグネットを構成する永久磁石の材料や着磁状態が同一である場合、要求されるトルクが小さいのならば、ステータやロータマグネットの体積は小さくすることができる。このため、図７においては、第二のステータ１４１および第二のロータマグネット１４２の軸方向高さは、何れも第一のステータ３１および第一のロータマグネット３２の軸方向高さよりも小さくなっている。
【００３１】
図８に、プロペラ式推力発生装置４を、固定シャフト２０の側方側から見た場合の図を示す。この図において、第一のロータ１３０は左方向に向けて駆動され、第二のロータ１４０は右方向に向けて駆動される。図中ＢおよびＢ’は、それぞれこの駆動方向に平行な直線を示す。また、ＡおよびＡ’は、翼の断面において、前縁と後縁を結ぶ直線を示す。なお、ここで翼の断面とは、それぞれ、第一の回転翼１５０を構成する個々の第一種の翼１５２、および第二の回転翼１６０を構成する個々の第二種の翼１６２を、それぞれ固定シャフト２０の軸と平行な面で切断した際の断面を指す。
図８から明らかな様に、直線Ａが直線Ｂと成す角α（仰角／ピッチ）は、直線Ａ’が直線Ｂ’と成す角α’（仰角／ピッチ）よりも小さい。この違いは、回転翼１５０の上方の空気が回転翼１５０に向かって流れ込む際と、回転翼１５０を通過した空気が回転翼１６０に流れ込む際とでは、個々の第一種の翼１５２、および第二種の翼１６２に対して空気が流れ込む方向が異なる事を反映させている。即ち、プロペラ式推力発生装置４が周囲の空気に対して軸方向の相対速度を持たない場合には、第一種の翼１５２に対して空気が流入する角度は図中のαに等しい。他方、空気は第一の回転翼１５０で軸方向下方に向けて加速されるため、第二種の翼１６２に対して空気が流入する角度は図中のα’よりも小さい。この様に、第一の回転翼１５０と第二の回転翼１６０とでは、流入してくる空気の方位が異なるため、双方の回転翼の回転速度に大きな開きがない場合は、α’をαよりも大きくした方が、第二の回転翼１６０は、推力を得るためにより好ましい条件で回転させられる。
【００３２】
図９Ａ、９Ｂ、９Ｃは、固定シャフト２０の上方から下方に向かって見下ろした際の、第一の回転翼１５０および第二の回転翼１６０の形状を示す。図９Ｂおよび図９Ｃに示すように、第一の回転翼１５０および第二の回転翼１６０は、何れも６枚の第一種の翼１５２，第二種の翼１６２をそれぞれ有し、それら翼は放射状に配置されている。第一の回転翼１５０はこの図において時計回り方向に回転駆動され、第二の回転翼１６０はこの図において反時計回り方向に回転駆動される。
個々の第一種の翼１５２は、先端部が基部に対して回転方向の後方側に位置する。言い換えれば、図９Ｂにおいて、第一のステータによって第一のロータおよび第一の回転翼に、時計回り方向の回転トルクが付与される場合、各第一種の翼１５２の先端部は基部に対して、反時計回り側に位置する。また、第二種の翼１６２は、先端部が基部に対して回転方向の後方側に位置する。言い換えれば、図９Ｃにおいて、第二のステータによって第二のロータおよび第二の回転翼に、反時計回り方向の回転トルクが付与される場合、各第二種の翼１６２の先端部は基部に対して、時計回り側に位置する。
図９Ｂにおいて、個々の第一種の翼は時計回り方向に向かって凸の形状を有する。また、個々の第二種の翼は反時計回り方向に向かって凸の形状を有する。
この様な構成とする事で、回転駆動時に、第一種の翼１５２の縁と第二種の翼１６２の縁とが交差する瞬間を分散させられる。これにより、プロペラ式推力発生装置４駆動時の騒音を低減する事が出来る。
図９Ａは、第一の回転翼１５０と第二の回転翼１６０を、固定シャフト２０の軸方向に沿って見通した際の状態を示す。傾斜と凸方向の異なる二つの回転翼が重なって見える状態となっている。
【００３３】
＜第四の実施形態の変形例＞
図１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃに、第四の実施形態の変形例に係る回転翼の図を示す。図９と同じく、固定シャフト２０の上方から下方に向かって見下ろした際の形状を示している。他の部位は、第四の実施形態と同様である。また、図１０Ｂに示す第一の回転翼１５０は、図９Ｂに示す第一の回転翼１５０と同一である。違いは、図１０Ｃに示す、第二の回転翼１６０ｂにある。回転翼を構成する翼の枚数が異なる。第四の実施形態においては、第二の回転翼１６０は、６枚の第二種の翼１６２を有している。これに対して、本変形例においては、第二の回転翼１６０ｂは、５枚の第二種の翼１６２を有している。個々の第二種の翼１６２の形状は、第四の実施形態と同一である。第一の回転翼１５０と第二の回転翼１６０ｂとで、翼の数を異ならせる事により、プロペラ式推力発生装置４駆動時の騒音を低減する事が出来る。
【００３４】
なお、上記で説明した第四の実施形態とその変形例においては、回転翼を構成する翼の仰角（ピッチ）は、固定されている。しかし、これに限らない。ピッチを変更可能な回転翼（可変ピッチプロペラ）を採用しても良い。しかし、その場合でも、第二の回転翼のピッチは、第一の回転翼のピッチよりも大きな状態で運転される事が好ましい。また、仮に、第一の回転翼と第二の回転翼を全く同一のものとする場合は、第二の回転翼の方をより高速に回転可能にする事が好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本開示に係るモータ、該モータを利用した二重反転プロペラ式推進装置は、空気中のみならず、水中や他の流体中において、軸方向の流れを誘起する目的で使用することが可能である。また、そのような流れの誘起手段としてではなく、回転駆動力を得るための目的一般においても使用され得る。
【符号の説明】
【００３６】
１，２，３，４・・・二重反転プロペラ式推力発生装置（モータ）
１０・・・支持腕
１１・・・電源線
１２・・・支持腕の主部
２０・・・固定シャフト
２１ａ・・・上端面（固定シャフト）
２２・・・ベアリングカップ（円筒部）
２３・・・回転シャフト
２４・・・ハブ部
２５ａ・・・第一の軸受
２５ｂ・・・第二の軸受
２６ａ、２７ａ・・・第三の軸受
２６ｂ、２７ｂ・・・第四の軸受
３０、１３０・・・第一のロータ
４０、４０ｂ、１４０・・・第二のロータ
３１・・・第一のステータ
３２、４２、４２ｂ、１４２・・・ロータマグネット
４１、４１０・・・第二のステータ
５０、１５０・・・第一の回転翼
６０、６０ｂ、１６０、１６０ｂ・・・第ニの回転翼
５２、１５２・・・第一種の翼
６２、１６２、１６２ｂ・・・第二種の翼
７０、７０ａ、７０ｂ・・・取り付け部
７１ａ、７１ｂ・・・内周リム
７１ｃ・・・フランジ
７２・・・内装シャフト
７３・・・支持腕側取り付け部円筒部
７３ａ・・・支持腕側取り付け部円筒部の内周面
７３ｂ・・・固定シャフト外周面
７４・・・ナット
８０・・・第一のコイル
８１・・・第二のコイル
８２・・・第一の引き出し線
８３・・・第二の引き出し線
８４・・・貫通孔
９・・・マルチコプタ
α、α’・・・回転翼のピッチ（仰角）
【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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【図１１】
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