(57)【要約】      （修正有）【課題】従来のマルチロータヘリコプタの主たる動力となる電動モータ駆動の電動ロータに加えて、燃料式レシプロエンジンにより駆動されるメインロータを搭載し、この２つの動力にそれぞれ異なる役割を持たせて動力のハイブリッド化を行い、マルチロータヘリコプタの長時間・長距離飛行とペイロードの確保の実現を可能とするマルチロータヘリコプタを提供する。【解決手段】マルチロータヘリコプタに次の手段を採用する。第１に、中央に中空部２１を有する機体とする。第２に、該機体の周辺に電動モータ４４，６４により駆動される複数の制御ロータ４３，６３をその回転軸を垂直方向として配置したマルチロータヘリコプタ１とする。第３に、上記中央の中空部２１に燃料式レシプロエンジン２４で駆動されるメインロータ２２をその回転軸を垂直方向として配置する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央に中空部を有する機体の周辺に電動モータにより駆動される複数の制御ロータを該制御ロータの回転軸を垂直方向として配置したマルチロータヘリコプタにおいて、該中央の中空部に燃料式レシプロエンジンで駆動されるメインロータを該メインロータの回転軸を垂直方向として配置したことを特徴とするマルチロータヘリコプタ。
【請求項２】
上記メインロータが、昇降用に限定されたものである請求項１記載のマルチロータヘリコプタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチロータヘリコプタの改良に関するもので、詳しくは、レシプロエンジンで駆動されるメインロータと電動モータにより駆動される複数の制御ロータを有するマルチロータヘリコプタに関するものである。主としてマルチロータヘリコプタの長時間の飛行と一定のペイロードの確保を目的とするものである。
【背景技術】
【０００２】
マルチロータヘリコプタは、特許文献１に記載されるように、３個以上のロータを機体周辺に配置したヘリコプタである。このマルチロータヘリコプタのロータは、一般的にバッテリを電源とする電動モータにより駆動される。
【０００３】
近年、マルチロータヘリコプタは航空写真撮影や橋梁点検などに多用されている。その理由として、垂直離着陸及び空中静止が可能であること、機体構造が単純で堅牢であることなどがあげられる。マルチロータヘリコプタは、普及とともに更なる長時間の飛行や、ペイロードの増加が求められている。
【０００４】
ところが、従来の電動モータを用いたマルチロータヘリコプタの飛行可能時間は、実務における運用で最大４０分程度である。この時間は、広範囲の航空写真撮影や橋梁点検に用いる場合には、決して十分な飛行時間とはいえない。また、飛行可能時間は機体にカメラやセンサなどを搭載し機体重量が大きくなるとさらに短くなる。そのため、長時間・長距離の飛行を必要とするミッションや重量の大きいものを積載しての飛行は、従来のマルチロータヘリコプタでは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２２８９４４号公開特許公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、従来のマルチロータヘリコプタの主たる動力となる電動モータ駆動の電動ロータに加えて、燃料式レシプロエンジンにより駆動されるメインロータを搭載し、この２つの動力にそれぞれ異なる役割を持たせて動力のハイブリッド化を行い、マルチロータヘリコプタの長時間・長距離飛行とペイロードの確保の実現を可能とするマルチロータヘリコプタを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、マルチロータヘリコプタに次の手段を採用する。
第１に、中央に中空部を有する機体とする。
第２に、該機体の周辺に電動モータにより駆動される複数の制御ロータを該制御ロータの回転軸を垂直方向として配置したマルチロータヘリコプタとする。
第３に、上記中央の中空部に燃料式レシプロエンジンで駆動されるメインロータを該メインロータの回転軸を垂直方向として配置する。
【０００８】
尚、本発明では、上記メインロータが、昇降用に限定されたものとすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、メインロータを駆動させる燃料式レシプロエンジンは燃料で作動するため、バッテリーで作動する電動モータと比較して、ロータを長時間駆動させることが可能となる。その上、マルチロータヘリコプタの飛行時間が経過するほどメインロータのための燃料は減っていくため、機体全体の重量は軽くなる特徴がある。そのため、より長い飛行時間が確保できるものとなった。
【００１０】
また、本発明では、メインロータのエネルギを昇降用に用いることにより、制御ロータを機体の昇降のエネルギのために使用させる必要がなくなった。従って、制御ロータが担当する電動モータの消費するエネルギは、姿勢制御のためのものだけとなり、制御ロータの消費エネルギは、従来のマルチロータヘリコプタの消費エネルギと比べてメインロータの昇降用エネルギ分小さいものとなる。そのため、搭載する電動モータを駆動するためのバッテリを小型化することが可能となった。このことは、小型化による軽量化を達成させることになり、その分のペイロードの増加の実現が可能となった。
【００１１】
加えて、本発明では、燃料式レシプロエンジンと電動モータの両方で機体の揚力を発生させることができるため片方の動力系で異常が発生した際でも、即座に墜落する可能性を下げることが可能である。すなわち、燃料式レシプロエンジンおよび電動モータのどちらかが正常に作動しない場合に於いて、もう片方の動力系で揚力を発生させることが可能であるため、機体の姿勢安定を保ちつつ、安全に着陸することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例であるマルチロータヘリコプタの平面説明図
【図２】同マルチロータヘリコプタの正面説明図
【図３】同実施例におけるメインロータ及び制御ロータを示す正面説明図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態につき実施例と共に説明する。図１は、本発明の一実施例であるマルチロータヘリコプタの平面説明図であり、図２は、同マルチロータヘリコプタの正面説明図であり、図３は、同実施例におけるメインロータ及び制御ロータを示す正面説明図である。
【００１４】
図１及び図２に示されるように、マルチロータヘリコプタ１は、中央に中空部２１を有するメインロータシュラウド２と、該メインロータシュラウド２の周辺の４カ所に連結され且つ中央に中空部３１，４１，５１，６１を有する制御ロータシュラウド３，４，５，６と、メインロータシュラウド２の下端に装着された制御翼７及び着陸脚８と、メインロータシュラウド２の外周面に装着された機材搭載部９とによりなる。メインロータシュラウド２の中空部２１が、本発明における機体の中央の中空部となる。
【００１５】
メインロータシュラウド２は、上下開口の円筒形のもので中央の中空部２１にはメインロータ２２が配置されている。具体的には、中空部２１には、エンジン支持パイプ２３が円筒内の中心部で交差するよう十字状に配設され、該エンジン支持パイプ２３の中央交差部にレシプロエンジン２４が取り付けられており、該レシプロエンジン２４の回転軸にメインロータ２２がスピンナ２５により取り付けられている。
【００１６】
メインロータ２２は、従来のマルチロータヘリコプタの電動ロータや本実施例での制御ロータ３３，４３，５３，６３と比較して、大直径のロータとしており、このメインロータ２２の駆動により大きな揚力を得ることが可能となり、機体のペイロードの増加にもつながった。
【００１７】
メインロータ２２は、メインロータシュラウド２の中心部すなわち機体の中心部に配置される。メインロータ２２は、機体に対し該メインロータ２２の回転軸が垂直方向となるように取り付けられており、垂直方向の動力を発生し、昇降用のエネルギとなる。すなわちレシプロエンジン２４で駆動されるメインロータ２２は、機体を浮上させるための揚力を発生させるのである。
【００１８】
レシプロエンジン２４は、燃料の燃焼による熱エネルギを作動流体の圧力（膨張力）としてまず往復運動に変換し、ついで回転運動の力学的エネルギとして取り出す原動機であり、この回転力によりメインロータ２２を駆動させる。燃料タンクは機材搭載部９に搭載される。
【００１９】
尚、図示の実施例ではメインロータ２２は一基のみのものであるが、回転トルクを解消するため上下に反対方向に回転するメインロータを二基配置したり、左右に反対方向に回転するメインロータを二基配置することもできる。
【００２０】
機体の周辺、即ちメインロータシュラウド２の外周の前後左右の等間隔位置の４カ所から放射状に延びるアーム３２，４２，５２，６２に制御ロータシュラウド３，４，５，６が連結される。制御ロータシュラウド３，４，５，６は、メインロータシュラウド２と比較すると小型の上下開口の円筒形のものである。
【００２１】
アーム３２，４２，５２，６２は、制御ロータシュラウド３，４，５，６の中心部まで延びており、該中心部に、電動モータ３４，４４，５４，６４により駆動する制御ロータ３３，４３，５３，６３が垂直方向に連結配置されている。すなわち、制御ロータ３３，４３，５３，６３は、機体の外周に４つ、その回転軸が垂直方向となるように配置されている。
【００２２】
制御ロータ３３，４３，５３，６３は、メインロータ２２に比較して小直径のロータであり、機体の姿勢制御のみに用いられる。姿勢の制御を担当する電動モータ３４，４４，５４，６４の消費するエネルギは、姿勢制御によるものだけであり、従来のマルチロータヘリコプタの消費エネルギと比べると小さい。そのため、搭載する電動モータを駆動するためのバッテリを小型化することが可能である。
【００２３】
制御ロータ３３，４３，５３，６３は、従来のマルチロータヘリコプタと同様、全ロータ数の半分が正回転のもの、もう半分が逆回転のものであり、隣り合う制御ロータは互いに反対方向に回転し、対面する制御ロータ同士は同じ方向に回転する。図１中制御ロータ３３，４３，５３，６３の近傍に示された矢印が回転方向を示している。この電動モータ３４，４４，５４，６４は図示されていない制御装置により回転数を制御され、マルチロータヘリコプタ１の位置及び飛行方向を制御する。すなわち，機体を制御する。
【００２４】
機体底部には、機体Ｚ軸周りの回転を制御するための制御翼７を備える。制御翼７は図示されていないサーボアクチュエータにより角度を変化させることが可能である。制御翼７でメインロータ２２の後流を受けることで、制御翼７の角度に応じた大きさの機体Ｚ軸周りのトルクが発生する。このトルクにより機体Ｚ軸周りの回転を制御する。
【００２５】
着陸脚８は、着陸時の衝撃を和らげ、離陸及び着陸時に機体の地上高をある程度確保するなどの役割を持つ。機材搭載部９には、図示されていないが、制御コンピュータやバッテリ等が搭載される。尚、運搬する荷物の搭載スペースもこの機材搭載部９がその役割を担う。
【符号の説明】
【００２６】
１・・・・・・・・・・マルチロータヘリコプタ
２・・・・・・・・・・メインロータシュラウド
３，４，５，６・・・・制御ロータシュラウド
７・・・・・・・・・・制御翼
８・・・・・・・・・・着陸脚
９・・・・・・・・・・機材搭載部
２１，３１，４１，５１，６１・・・中空部
２２・・・・・・・・・メインロータ
２３・・・・・・・・・エンジン支持パイプ
２４・・・・・・・・・レシプロエンジン
２５・・・・・・・・・スピンナ
３２，４２，５２，６２・・・・・・アーム
３３，４３，５３，６３・・・・・・制御ロータ
３４，４４，５４，６４・・・・・・電動モータ
【図１】
2017074804.tif 000003
【図２】
2017074804.tif 000004
【図３】
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