JP2020066392A - Rotary vane type flight device and attachment for flight device - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書で開示する技術は回転翼式の飛行装置および飛行装置用のアタッチメントに関するものである。 The technology disclosed herein relates to a rotary wing flight device and an attachment for a flight device.
回転翼式の飛行装置はバッテリーやエンジンを搭載し、これを動力源としてローター(回転翼、プロペラともいう)を回すことにより揚力と推力を得て飛行する。バッテリーを用いる場合であっても、エンジンを搭載し、そのエンジンの動力で発電機を動かし、発生した電力でバッテリーを充電する方式をとることも可能である。飛行を長時間継続するとこれらのバッテリー、エンジン、発電機は自身の発熱によりかなりの高温となって動作不良(オーバーヒート)を起こしやすいため、しばしば冷却が必要となる。例えば特開2017−193209号公報には、エンジンにより回転する冷却ファンと、そこからエンジンへの通路を形成するファンカバーとを設けることによってエンジンを冷却できるようにした飛行装置が開示されている。 The rotary wing type flight device is equipped with a battery and an engine, and uses this as a power source to rotate the rotor (also known as a rotary wing and a propeller) to obtain lift and thrust to fly. Even in the case of using a battery, it is also possible to adopt a system in which an engine is mounted, a generator is driven by the power of the engine, and the battery is charged with the generated electric power. When a flight is continued for a long time, these batteries, engines, and generators are apt to overheat due to their own heat generation, which often requires cooling. For example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2017-193209 discloses a flight device capable of cooling an engine by providing a cooling fan that is rotated by the engine and a fan cover that forms a passage from the cooling fan to the engine.
上記の公報に記載されている技術では、冷却ファンがそれなりの重量物であるため飛行装置全体の重量を増加させてしまい、飛行時に揚力を得るための電力が余分に必要となる。したがって、電力消費を抑えながら発熱体を冷却できるようにすることが望まれる。 In the technique described in the above publication, since the cooling fan is a heavy object of some weight, the weight of the entire flight device is increased, and extra power is required to obtain lift during flight. Therefore, it is desirable to be able to cool the heating element while suppressing power consumption.
本明細書で開示する技術のひとつの態様はマルチコプター等の回転翼式の飛行装置であって、機体と、機体の中央に設けられたエンジンや発電機などの発熱体と、機体の周囲に配置された複数のローターとを備え、ローターの回転で生じた下方への気流を発熱体に向けて転向させる誘導壁をローターの下側に備えている。これにより軽量な構造で発熱体を冷却することが可能となるため、飛行装置の重量増加を抑制でき、飛行に要する電力を抑えることができる。 One aspect of the technology disclosed in the present specification is a rotary wing type flight device such as a multicopter, in which a fuselage, a heating element such as an engine or a generator provided in the center of the fuselage, and a periphery of the fuselage are provided. A plurality of rotors arranged, and a guide wall provided below the rotor for diverting a downward airflow generated by the rotation of the rotor toward the heating element. As a result, it is possible to cool the heating element with a lightweight structure, so that it is possible to suppress an increase in weight of the flight device and to suppress electric power required for flight.
実施形態によっては、誘導壁はローターの回転領域の下側の一部だけを覆っている。これにより、ローターから下方に生じる気流を極力妨げないようにすることができる。 In some embodiments, the guide wall only covers a portion of the underside of the rotor rotation region. This makes it possible to prevent the air flow generated below the rotor from being obstructed as much as possible.
実施形態によっては、誘導壁の下端部が発熱体の上面よりも高い位置にある。これにより、誘導壁で転向された気流を確実に発熱体に当てることができ、冷却効率を高められる。 In some embodiments, the lower end of the guide wall is higher than the upper surface of the heating element. As a result, the airflow deflected by the guide wall can be reliably applied to the heating element, and the cooling efficiency can be improved.
実施形態によっては、誘導壁がローターの回転軸に対して発熱体側にある。これにより、ローターからの気流を確実に発熱体へと転向させることができ、冷却効率を高められる。 In some embodiments, the guide wall is on the heating element side with respect to the axis of rotation of the rotor. As a result, the airflow from the rotor can be reliably turned to the heating element, and the cooling efficiency can be improved.
実施形態によっては、着陸時に機体を支持する脚部を備えており、誘導壁がこの脚部に取り付けられている。こうすることにより、誘導壁を少なくとも脚部とのユニットとして設計することができ、様々な基本形状を有する飛行装置に適応させやすい。 Some embodiments include legs that support the aircraft during landing, and guide walls are attached to the legs. By doing so, the guide wall can be designed as a unit with at least the legs, and it is easy to adapt to flight devices having various basic shapes.
実施形態によっては、誘導壁がローターの回転軸に対して外側にあり、誘導壁がローターの回転領域の外側を覆っている。これにより、誘導壁にローターガードとしての機能を兼ねさせることができ、飛行装置の重量増加を抑えられる。 In some embodiments, the guide wall is outside of the rotor's axis of rotation and the guide wall covers the outside of the rotor's area of rotation. As a result, the guide wall can also serve as a rotor guard, and an increase in weight of the flight device can be suppressed.
本明細書で開示する技術の別の態様はマルチコプター等の回転翼式の飛行装置に用いるアタッチメントであって、飛行装置の機体の周囲に配置されたローターの回転で生じた下方への気流を機体の中央に設けられたエンジンや発電機などの発熱体に向けて転向させる誘導壁と、この誘導壁を機体に着脱可能とする固定手段とを備えている。 Another aspect of the technology disclosed in the present specification is an attachment used for a rotary wing type flight device such as a multicopter, which is configured to prevent downward airflow generated by rotation of a rotor arranged around a body of the flight device. The machine is provided with a guide wall provided in the center of the machine body and turned toward a heat generating body such as an engine or a generator, and a fixing means for detachably attaching the guide wall to the machine body.
本明細書で開示する各実施形態によれば、飛行装置の重量増加を抑制でき、飛行に要する電力を抑えることができる。 According to the embodiments disclosed in the present specification, it is possible to suppress an increase in weight of the flying device and suppress electric power required for flight.
以下、各種実施形態について図面を参照しながら説明する。なお以下の実施形態のうち実質的な差異がない部分については類似の符号を付して説明の繰り返しを避ける。 Hereinafter, various embodiments will be described with reference to the drawings. It should be noted that, in the following embodiments, portions having no substantial difference are denoted by similar reference numerals to avoid repetition of description.
本明細書で開示する実施形態は、回転翼式の飛行装置に関するものである。回転翼式の飛行装置は、搭載した動力源によってほぼ鉛直方向の軸をもつ一つ以上のローターを回転させることにより揚力と推力を得て飛行する。自律飛行可能な無人航空機(ドローン)として用いられる飛行装置は通常ローターを複数備えたマルチコプター(マルチローターヘリコプター)であり、各ローターの回転動作を独立して制御することにより様々な飛行動作を実現可能となっている。図1に、ひとつの実施形態としてのマルチコプター10を示す。一例としてローター30を8個備えたマルチコプター10を図示しているが、ローターの数は8個に限らず、4個、6個など任意の数とすることができる。
The embodiments disclosed herein relate to rotary-wing flight devices. The rotary wing type flight device obtains lift and thrust by rotating one or more rotors each having an axis in a substantially vertical direction by a power source installed therein, and thus fly. The flying device used as an unmanned aerial vehicle (drone) that can fly autonomously is a multi-copter (multi-rotor helicopter) that usually has multiple rotors, and realizes various flight operations by independently controlling the rotation operation of each rotor. It is possible. FIG. 1 shows a multi-copter 10 as one embodiment. Although the multi-copter 10 including eight
図1に示すように、マルチコプター10は、基本的に、中央に位置する胴体12と、この胴体12から概して放射状に延びる複数のアーム14とを備えた構造の機体18を有している。アーム14の先端部にはモーター28が収容され、そこにローター30が取り付けられる。また、マルチコプター10は着陸時に機体18を支持するために胴体12から下方に延びる脚部16を備えている。
As shown in FIG. 1, the multi-copter 10 basically has a
図1に示すように、マルチコプター10は、ローター30の動力源としてエンジン20やバッテリー26を搭載することができる。マルチコプター10は、一例として、動力源となるエンジン20、エンジン20の燃料を貯蔵する燃料タンク24、エンジン20の動力を電力に変換する発電機22、発電機22の電力を蓄えるバッテリー26、バッテリー26によって駆動されてローター30を回転させるモーター28、これらの動作を統御する回路基板を有する制御装置32を備えた推進システムを搭載することができる。推進システムを構成するこれらの装置は任意の適切な箇所に取り付けることができる。エンジン20や発電機22は重量物であるため、マルチコプター10全体の重心が中央に来るように配置するのが好ましい。例えば、エンジン20と発電機22は脚部16にゴム製のマウントを介して吊り下げ、発生する振動が機体18に伝わりにくいようにすることができる。このエンジン20や発電機22は一般に発熱して非常に高温となる傾向があるため、その他の装置は熱影響を避けるためにこれらから離して配置するとよい。例えば、脚部16の上側に遮熱が可能な取付板を固定し、その上面に燃料タンク24とバッテリー26をボルト締結などで固定することができる。しかし、バッテリー26の発熱量も大きい場合は、バッテリー26もエンジン20や発電機22の近くに配置することもできる。また、制御装置32は胴体12の上部に格納することができる。
As shown in FIG. 1, the multi-copter 10 can mount the
図1に示すように、ローター30の下側には、ローター30の回転で生じた気流をエンジン20や発電機22などの発熱体に向けて転向させる誘導壁40を設ける。例えば、誘導壁40は、各ローター30の回転領域R(図2参照)の外側からローター30の下側に向かって傾斜する面状部材とすることができる。あるいは後述のように、誘導壁40はローター30の下側から発熱体に向かって傾斜する面状部材とすることもできる。誘導壁40の具体的な形状は、曲面状、平面状、複数の平面を組み合わせた形状など、自由な形状とすることができる。一例として、誘導壁40は、円弧状の上端と扇形の底部40bとを有する概して球面状(球面の一部を含む形状)のものとすることができる。しかしながら、誘導壁40の形状は図1に示した形状に限らず、発熱体の位置に応じて多様な形状をとることができる。
As shown in FIG. 1, a
図2〜図5に示すように、誘導壁40は、誘導壁40の側面をアーム14のモーター収容部に接続する径方向の支持梁44と、誘導壁40の底部40bをアーム14のモーター収容部に接続する縦方向(軸方向)の支柱46とでアーム14に支持させることができる。誘導壁40はアーム14と一体に形成することもできるが、所定の機種のアーム形状に適合させたアタッチメント式にすることもできる。具体例として、このような誘導壁アタッチメント50は、上述の誘導壁40、支持梁44、支柱46の他、アーム14のモーター収容部の外形と相補的な形状とした位置決め部52と、この位置決め部付近のアーム14に着脱可能な固定部54とで構成できる。誘導壁アタッチメント50は樹脂製とすることによりマルチコプター10の軽量化を図ることができる。
2 to 5, the
仮に誘導壁40がない場合、ローター30が回転すると周囲の空気はローター30の上側で回転軸に対して径方向に流入し、ローター30を軸方向下向きに通り抜け、ローター30の下側で径方向に流出する。上記のような誘導壁40を設けると、この軸方向に通り抜けようとする気流の一部を径方向に流出させないように、図5に矢印付きの線で示したように誘導壁40で径方向内方に強制的に転向させ、マルチコプター10の中央に向かう気流を作り出すことができる。したがって、複雑な構造の水冷装置や専用の冷却ファンを設けることなく飛行中にエンジン20や発電機22を冷却することができるため、重量増加を抑えることができ、ひいては飛行に要する電力消費を抑えることができる。誘導壁40は下端部(底部40b)がエンジン20あるいは発電機22の上面より高くなるような形状とするのが好ましい。こうすることにより、ローター30からの気流を誘導壁40で効果的に発熱体へ誘導でき、冷却効率が高まる。
If the
図2〜図5に示すように、誘導壁40はその一部でローター30の回転領域R(図2参照)の外側を覆うような形状とすることで、保護材としての機能を付与することも可能である。つまり、制御ミスにより他の物体に衝突したり地面に墜落したりした場合に、この誘導壁40によってマルチコプター10自身の機体18やローター30を保護したり、相手の物体を高速回転するローター30から保護することも可能である。誘導壁40には回転領域R(図2参照)の外側に対面する上端に補強のための外周枠42を設けることもできる。
As shown in FIGS. 2 to 5, the
図2〜図5に示すように、誘導壁40の壁部はローター30の回転領域Rの下側を一部だけ覆うような形状とするのが好ましい。つまり、ローター30の回転領域Rから下方へ延びる円柱状領域C(図3参照)を部分的に遮るような形状とする。このようにすることにより、ローター30から下方に生じる気流をなるべく妨げないようにすることができる。しかしながら、誘導壁40の壁部はローター30の回転領域Rの下側を全部覆うような形状とするのも可能である。
As shown in FIGS. 2 to 5, the wall portion of the
なお、誘導壁40は全てのローター30に対して設ける必要はない。例えば、8個のローター30のうち一つ置きに4個のローター30だけに設けることもできる。また、誘導壁40は近接するものどうしを統合した形状とすることもでき、場合によっては全部を統合することもできる。例えば、マルチコプターとほぼ同じ直径を有し底の中央に開口を有する曲面状の構造体を用い、これをエンジン20や発電機22が開口内に入るように配置することにより、全ローター30からの気流をこの一つの構造体でまとめて発熱体へと送ることもできる。
The
図6に、図1とは別の実施形態としてのマルチコプター110を示す。このマルチコプター10は、二つの脚部16にそれぞれ取り付けられた誘導壁140を備える。この場合も誘導壁140はアタッチメントとして設計することができる。例えば、誘導壁アタッチメント60は誘導壁140と両側の支持側壁62とで構成し、支持側壁62をそれぞれブラケット64で脚部16に固定できるようにする。誘導壁140は一部のローター30の下側から発熱体の側面に向かって延びる。特に、誘導壁140はローター30の回転軸に対して発熱体側にあると好ましい。こうすることにより、ローター30からの気流を確実に発熱体へと転向させることができ、冷却効率を高められる。なお、誘導壁140は脚部16に固定する代わりに、支柱(例えば図3の支柱46と同様のもの)を介してアームに支持させることもできる。
FIG. 6 shows a
以上、具体的な実施形態を説明したが、本明細書はこれらの実施形態に限定しようとする意図はなく、当業者であれば技術の目的を逸脱することなく様々な置換、改良、変更を施すことが可能である。 Although specific embodiments have been described above, the present specification is not intended to limit the embodiments, and those skilled in the art can make various substitutions, improvements, and changes without departing from the technical purpose. It is possible to apply.
10、110 マルチコプター
12 胴体
14 アーム
16 脚部
18 機体
20 エンジン
22 発電機
24 燃料タンク
26 バッテリー
28 モーター
30 ローター
32 制御装置
40、140 誘導壁
40b 底部
42 外周枠
44 支持梁
46 支柱
50、60 誘導壁アタッチメント
52 位置決め部
54 固定部
62 支持側壁
64 ブラケット
R 回転領域
C 円柱状領域
10, 110 Multicopter 12
Claims (7)
機体と、機体の中央に設けられたエンジンや発電機などの発熱体と、機体の周囲に配置された複数のローターとを備え、
ローターの回転で生じた下方への気流を発熱体に向けて転向させる誘導壁をローターの下側に備えている飛行装置。 A rotary wing type flight device such as a multicopter,
An airframe, a heating element such as an engine or a generator provided in the center of the airframe, and a plurality of rotors arranged around the airframe,
A flight device equipped with a guide wall below the rotor that diverts the downward airflow generated by the rotation of the rotor toward the heating element.
飛行装置の機体の周囲に配置されたローターの回転で生じた下方への気流を機体の中央に設けられたエンジンや発電機などの発熱体に向けて転向させる誘導壁と、この誘導壁を機体に着脱可能とする固定手段とを備えたアタッチメント。 An attachment used for a rotary wing type flight device such as a multicopter,
A guide wall that redirects downward airflow generated by rotation of a rotor arranged around the body of the flight device toward a heating element such as an engine or a generator provided in the center of the body, and the guide wall. An attachment provided with a fixing means that can be attached to and detached from.
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|---|---|---|---|
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