特許 6720201 マルチロータ航空機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6720201

(24)【登録日】2020年6月19日

(45)【発行日】2020年7月8日

(54)【発明の名称】マルチロータ航空機

(51)【国際特許分類】

   B64D 35/04 20060101AFI20200629BHJP

   B64C 39/02 20060101ALI20200629BHJP

   B64C 29/00 20060101ALI20200629BHJP

   B64C 27/08 20060101ALN20200629BHJP

   B64C 27/59 20060101ALN20200629BHJP

【ＦＩ】

   B64D35/04

   B64C39/02

   B64C29/00 A

   !B64C27/08

   !B64C27/59

【請求項の数】24

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2017-543702(P2017-543702)

(86)(22)【出願日】2015年10月28日

(65)【公表番号】特表2017-533863(P2017-533863A)

(43)【公表日】2017年11月16日

(86)【国際出願番号】SE2015051142

(87)【国際公開番号】WO2016068784

(87)【国際公開日】20160506

【審査請求日】2018年10月11日

(31)【優先権主張番号】PCT/SE2014/051288

(32)【優先日】2014年10月30日

(33)【優先権主張国】SE

(73)【特許権者】

【識別番号】517150146

【氏名又は名称】アーセーセー イノヴァチオン アーベー

(74)【代理人】

【識別番号】110001416

【氏名又は名称】特許業務法人 信栄特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ユング アンダース

【審査官】 長谷井 雅昭

(56)【参考文献】

【文献】 特公昭５３−００６４３５（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特表２０１３−５３１５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１５８３５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１３０２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５０−０１９１９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５２−０６７２００（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許第０４８５６７３２（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６４Ｄ ３５／０４

Ｂ６４Ｃ ２９／００

Ｂ６４Ｃ ３９／０２

Ｂ６４Ｃ ２７／０８

Ｂ６４Ｃ ２７／５９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

マルチロータ航空機であって、
少なくとも三つの油圧モータ（１１、２１、３１）と、
それぞれが前記少なくとも三つの油圧モータ（１１、２１、３１）の一つにより回転可能な少なくとも三つのロータ（１０、２０、３０）と、
少なくとも一つのパワーユニット（２）と、
それぞれが前記少なくとも三つの油圧モータ（１１、２１、３１）の一つに加圧流体を供給して駆動することにより前記少なくとも三つのロータ（１０、２０、３０）の一つを回転させるための少なくとも三つの油圧ポンプ（１２、２２、３２）と、
前記少なくとも三つの油圧モータ（１１、２１、３１）へ分配される加圧流体の流れを変更することによって、前記マルチロータ航空機の動作制御を行なう制御ユニット（６）と、
を備えており、
前記少なくとも三つの油圧ポンプ（１２、２２、３２）から前記少なくとも三つの油圧モータ（１１、２１、３１）への加圧流体の流れのそれぞれを制御する少なくとも一つの制御弁（１３、２３、３３）によって、前記少なくとも三つの油圧モータ（１１、２１、３１）へ分配される加圧流体の流れが個別に制御可能である、
マルチロータ航空機（１、１’、１''、１'''、１''''、１'''''、１''''''）。

【請求項2】

前記マルチロータ航空機の遠隔制御コマンドを受信するための送受信ユニット（８）をさらに備えている、
請求項１に記載のマルチロータ航空機（１、１’、１''、１'''、１''''、１'''''、１''''''）。

【請求項3】

前記パワーユニット（２）は、可燃性の燃料を使用する、
請求項１または２に記載のマルチロータ航空機（１、１’、１''、１'''、１''''、１'''''、１''''''）。

【請求項4】

前記燃料は、前記マルチロータ航空機が備える燃料源（５０）から前記パワーユニット（２）へ供給される、
請求項３に記載のマルチロータ航空機（１、１’、１''、１'''、１''''、１'''''、１''''''）。

【請求項5】

前記パワーユニット（２）により使用される前記燃料は、地上に位置している外部燃料源（６０）から燃料ライン（５９）を通じてポンプ供給される、
請求項３または４に記載のマルチロータ航空機（１、１’、１''、１'''、１''''、１'''''、１''''''）。

【請求項6】

前記パワーユニット（２）は、ガスタービンである、
請求項１から５のいずれか一項に記載のマルチロータ航空機（１、１’、１''、１'''、１''''、１'''''、１''''''）。

【請求項7】

前記制御ユニット（６）と関連付けられたジャイロユニット（９）を備えており、
前記ジャイロユニット（９）から入力を受け付けた前記制御ユニット（６）は、前記マルチロータ航空機の制御を独立して適切に行なう、
請求項１から６のいずれか一項に記載のマルチロータ航空機（１、１’、１''、１'''、１''''、１'''''、１''''''）。

【請求項8】

前記少なくとも三つの油圧ポンプ（１２、２２、３２、４２）の各々は、前記少なくとも三つの油圧モータ（１１、２２、３２、４１）のそれぞれへ向かうフィードライン（１４、２４、３４、４４）を有しており、
前記フィードライン（１４、２４、３４、４４）の各々に設けられた専用の制御弁（１３、２３、３３、４３）の制御を通じて、前記少なくとも三つの油圧モータ（１１、２２、３２、４１）のそれぞれへ向かう流体の流れが制御され、
前記制御弁（１３、２３、３３、４３）は、前記制御ユニット（６）に関連付けられており、前記フィードライン（１４、２４、３４、４４）の各々から前記流体の流れをブリードするように構成されている、
請求項１から７のいずれか一項に記載のマルチロータ航空機（１、１’、１''、１'''、１''''、１'''''、１''''''）。

【請求項9】

前記少なくとも三つのロータは、四つのロータ（１０、２０、３０、４０）である、
請求項１から８のいずれか一項に記載のマルチロータ航空機（１、１’、１''、１'''）。

【請求項10】

前記少なくとも三つの油圧モータ（１１、２２、３２、４１）の各々と前記少なくとも三つのロータ（１０、２０、３０、４０）の各々は、独立したアーム（１８、２８、３８、４８）に配置されている、
請求項１から９のいずれか一項に記載のマルチロータ航空機（１、１’、１''、１'''、１''''、１'''''、１''''''）。

【請求項11】

前記四つのロータ（１０、２０、３０、４０）は、複数の対を形成するように関連付けられており、当該四つのロータ（１０、２０、３０、４０）のうち二つあるいは四つは、同じ大きさと構成を有している、
請求項９または１０に記載のマルチロータ航空機（１、１’、１''、１'''、１''''、１'''''、１''''''）。

【請求項12】

前記少なくとも三つのロータ（１０、２０、３０、４０）の各々の回転方向は、マルチロータ航空機の回転運動をゼロにできるように定められている、
請求項１から１１のいずれか一項に記載のマルチロータ航空機（１、１’、１''、１'''、１''''、１'''''、１''''''）。

【請求項13】

前記少なくとも三つのロータ（１０、２０、３０、４０）の各回転軸（７）は、前記少なくとも三つの油圧モータ（１１、２２、３２、４１）の各回転軸と同軸である、
請求項１から１２のいずれか一項に記載のマルチロータ航空機（１、１’、１''、１'''、１''''、１'''''、１''''''）。

【請求項14】

前記少なくとも三つのロータ（１０、２０、３０、４０）の少なくとも一つは、チルト可能である、
請求項１３に記載のマルチロータ航空機（１''）。

【請求項15】

セルフシール型の燃料タンク（５０）を備えている、
請求項１から１４のいずれか一項に記載のマルチロータ航空機（１、１’、１''、１'''、１''''、１'''''、１''''''）。

【請求項16】

流体媒質内を前進する際に揚力を加えるための固定翼（５３、５４）を備えている、
請求項１から１５のいずれか一項に記載のマルチロータ航空機（１''）。

【請求項17】

前記少なくとも三つの油圧ポンプ（１２、２２、３２、４２）の全てが同じ回転入力を受ける、
請求項１から１６のいずれか一項に記載のマルチロータ航空機（１、１’、１''、１'''、１''''、１'''''、１''''''）。

【請求項18】

前記パワーユニット（２）は、前記少なくとも三つの油圧ポンプ（１２、２２、３２、４２）の各々が同じ回転入力を受けるように、ギア（７０）を介して動力を伝達する、
請求項１から１７のいずれか一項に記載のマルチロータ航空機（１、１’、１''、１'''、１''''、１'''''、１''''''）。

【請求項19】

前記少なくとも三つの油圧ポンプ（１２、２２、３２、４２）は、前記パワーユニット（２）における単一の出力シャフト（３）上に配置されている、
請求項１から１７のいずれか一項に記載のマルチロータ航空機（１、１’、１''、１'''、１''''、１'''''、１''''''）。

【請求項20】

前記少なくとも三つのロータは、少なくとも五つのロータ（１０、２０、３０、４０）である、
請求項１から１９のいずれか一項に記載のマルチロータ航空機（１、１’、１''、１'''、１''''、１'''''、１''''''）。

【請求項21】

前記少なくとも三つの油圧ポンプ（１２、２２、３２、４２）の各々に対して専用のパワーユニット（２ａ、２ｂ、２ｃ）を備えており、
前記専用のパワーユニット（２ａ、２ｂ、２ｃ）は、前記制御ユニット（６）によって同期されることにより、前記少なくとも三つの油圧ポンプ（１２、２２、３２、４２）の各々は、同じ回転入力を受ける、
請求項１から２０のいずれか一項に記載のマルチロータ航空機（１'''''）。

【請求項22】

前記少なくとも三つのロータは、ピッチが固定されている、
請求項１から２１のいずれか一項に記載のマルチロータ航空機（１、１’、１''、１'''、１''''、１'''''、１''''''）。

【請求項23】

非稼働時において、前記少なくとも三つのロータ（１０、２０、３０、４０）のピッチは手動調節可能である、
請求項１から２１のいずれか一項に記載のマルチロータ航空機（１、１’、１''、１'''、１''''、１'''''、１''''''）。

【請求項24】

前記少なくとも三つのロータ（１０、２０、３０、４０）のピッチは、飛行中に調節可能である、
請求項１から２１のいずれか一項、または請求項２３に記載のマルチロータ航空機（１、１’、１''、１'''、１''''、１'''''、１''''''）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１の前段部に記載のマルチロータ航空機に関連する。

【背景技術】

【0002】

マルチロータ航空機が知られて随分経つが、当該航空機の中で最も一般的なクアドロコプタ用の制御システムが開発されたことに伴い、近年非常に有名となった。クアドロコプタは、電池により駆動される四つの電気モータを用いるものとして知られている。当該電気モータの制御が非常に正確になされるため、クアドロコプタは、非常に安定した飛行を行なう。当該制御には、カメラを備えた撮影プラットフォームや、安定飛行を指向した他のプラットフォームが使用されることが一般的である。

【0003】

電気モータを使用するクアドロコプタは、エネルギー効率について言及する特許文献１に記載されている。

【0004】

特許文献２は、安全上の理由からロータのフリーホイールを許容する回転翼機を記載している。特許文献２は、クアドロコプタにとっては一般的でないピッチ可変のプロペラを記載している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開第２０１４／１０８４５９号公報

【特許文献2】米国特許第４４５６４３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

既知のクアドロコプタは、電池を電源に使用している。残念ながら、当該電源は持続時間が限られており、良好に機能したとしても、通常のクアドロコプタが航続可能な時間はせいぜい１５分から２０分が一般的である。バッテリ容量が増すと、航空機の可積載量が減る。スポーツイベント中に使用される場合、航続時間の延長が強く望まれる。しかしながら、従来のクアドロコプタよりも可積載量を増すことも望まれる。例えば、特に低光量条件下で遠距離からの撮影が望まれる場合、より大きなカメラが使用されることになる。より大きな可積載量は、より重い物を搬送する必要がある別の用途においても望まれる。よって、航続時間が非常に長く、かつ可積載量が増したクアドロコプタの提供が望まれている。電気モータの出力と電池容量を増すことが、その一般的な対策である。各プロペラに一つの内燃機関を配置するなど、四つのロータの設計に内燃機関の利点を導入する幾つかの試みがなされている。内燃機関のスロットル制御は反応性や応答性に劣るという事実により、そのような試みは効を奏さないことが示されている。クアドロコプタが適切に機能するためには、非常に正確なロータの回転数制御が必要である。

【課題を解決するための手段】

【0007】

従来技術に係る問題の少なくとも一つは、本発明に係るマルチロータ航空機によって解決される。当該マルチロータ航空機は、
少なくとも三つの油圧モータと、
それぞれが前記少なくとも三つの油圧モータの一つにより回転可能な少なくとも三つのロータと、
少なくとも一つのパワーユニットと、
それぞれが前記少なくとも三つの油圧モータの一つに加圧流体を供給して駆動することにより前記少なくとも三つのロータの一つを回転させるための少なくとも三つの油圧ポンプと、
前記少なくとも三つの油圧モータへ分配される加圧流体の流れを変更することによって、前記マルチロータ航空機の動作制御を行なう制御ユニットと、
を備えており、
前記少なくとも三つの油圧ポンプから前記少なくとも三つの油圧モータへの加圧流体の流れのそれぞれを制御する少なくとも一つの制御弁によって、前記少なくとも三つの油圧モータへ分配される加圧流体の流れが個別に制御可能である。

【0008】

上記の構成の利点は、非常によく機能するマルチロータ航空機を得ることができる点である。また、圧力のブリーディングが生成する熱量が圧力を制限する場合よりも少ない点である。これにより、流体冷却器がより小型化されうる。また、流体の体積が削減されうる。さらに、流体冷却器が油圧回路のエクスパンジョンベッセルと組み合わせられうる。上記の航空機は、特に構造が簡潔であり、変更の少ない標準部品が使用されうる。また、電気モータを使用しないことにより、航続時間が延長されうる。

【0009】

上記のマルチロータ航空機は、マルチロータ航空機の遠隔制御コマンドを受信するための送受信ユニットをさらに備えうる。

【0010】

この構成の利点は、上記のマルチロータ航空機をＵＡＶにできる点である。ＵＡＶは、遠隔制御されうる。よって、有人航空機にとっては危険な領域に進入可能である。

【0011】

前記パワーユニットは、可燃性の燃料を使用しうる。

【0012】

可燃性燃料は、近年のマルチロータ航空機に使用されているバッテリのような代替エネルギーよりも高いエネルギー密度を有している点で有利である。

【0013】

前記燃料は、前記マルチロータ航空機が備える燃料源から前記パワーユニットへ供給されうる。

【0014】

この構成の利点は、マルチロータ航空機を地上との物理的接続なしに操作できる点である。

【0015】

前記パワーユニットにより使用される前記燃料は、地上に位置している外部燃料源から燃料ラインを通じてポンプ供給されうる。

【0016】

この構成の利点は、航続時間が大幅に延長されうる点である。また、必要な内部燃料源が非常に小さいか皆無であるため、可積載量が増加されうる。さらに、外部燃料源が地上にあれば、複雑な空中補給機が不要である。

【0017】

前記パワーユニットは、ガスタービンでありうる。

【0018】

ガスタービンは、信頼性が非常に高い点で有利である。他の利点は、様々な燃料を使用できる点である。ガスタービンは、非常に高い出力重量比を有しており、低振動かつ軽量であるとともに、重質燃料で動作可能である。

【0019】

上記のマルチロータ航空機は、前記制御ユニットと関連付けられたジャイロユニットを備えうる。この場合、前記ジャイロユニットから入力を受け付けた前記制御ユニットは、前記マルチロータ航空機の制御を独立して適切に行なう。

【0020】

この構成の利点は、マルチロータ航空機を大幅に簡素化できる点である。また、熟練者でなくとも特別な訓練なしにマルチロータ航空機を操作できる。

【0021】

前記少なくとも三つの油圧ポンプの各々は、前記少なくとも三つの油圧モータのそれぞれへ向かうフィードラインを有しうる。前記フィードラインの各々に設けられた専用の制御弁の制御を通じて、前記少なくとも三つの油圧モータのそれぞれへ向かう流体の流れが制御されうる。前記制御弁は、前記制御ユニットに関連付けられており、前記フィードラインの各々から前記流体の流れをブリードするように構成されうる。

【0022】

各弁が独立して精密に制御されうるため、制御が特に簡素で有利である。また、他の制御モデルよりも、発熱に関して好適である。

【0023】

前記少なくとも三つのロータは、四つのロータでありうる。

【0024】

この構成の利点は、安定性が非常に高く、構成が容易なマルチロータ航空機を提供できる点である。

【0025】

前記少なくとも三つの油圧モータの各々と前記少なくとも三つのロータの各々は、独立したアームに配置されうる。

【0026】

アームの長さを調節することにより、またロータのレバーアームにかかるダウンフォースを変更することにより、マルチロータ航空機の異なる制御が実現されうる。当該アームは、容易に取り外し可能とされうる。この場合、マルチロータ航空機は、ロータと油圧モータを含むアームを取り外すことにより、輸送のために分解されうる。また、アーム、ロータ、および油圧モータを含むパッケージを交換することにより、ロータと油圧モータが容易に変更されうるので、損傷したアームのメンテナンスがより容易とされうる。

【0027】

前記四つのロータは、複数の対を形成するように関連付けられており、当該四つのロータのうち二つあるいは四つは、同じ大きさと構成を有している。

【0028】

マルチロータ航空機の設計時における部品の再使用が簡単とされうるので有利である。

【0029】

前記少なくとも三つのロータの各々の回転方向は、マルチロータ航空機の回転運動をゼロにできるように定められうる。

【0030】

この構成の利点は、いずれのロータも揚力を得るために用いる必要がない点である。この点は、ヘリコプタなどとは異なる。

【0031】

前記少なくとも三つのロータの各回転軸は、前記少なくとも三つの油圧モータの各回転軸と同軸でありうる。

【0032】

この構成の利点は、動作のために複雑なスワッシュプレートを必要とする従来のヘリコプタなどと比較して、マルチロータ航空機の機械的構成が非常に簡素な点である。また、構成の保守がより容易であるという利点もある。使用されるロータは、特別な優位性を必要としない標準構成とされうる。さらに、より複雑なシステムと比較して、マルチロータ航空機の重量が低減されうる。

【0033】

前記少なくとも三つのロータの少なくとも一つは、チルト可能とされうる。

【0034】

この構成は、マルチロータ航空機が特定の方向に速度を上げることが必要とされる場合に有利である。

【0035】

上記のマルチロータ航空機は、セルフシール型の燃料タンクを備えうる。

【0036】

この構成の利点は、燃料タンクが外部物体により損傷しても、燃料が大量に漏れ出すことがなく、火災被害が大幅に軽減されうる点である。

【0037】

上記のマルチロータ航空機は、流体媒質内を前進する際に揚力を加えるための固定翼を備えうる。

【0038】

この構成の利点は、マルチロータ航空機の航続時間と航続距離を大幅に延ばすことができる点である。

【0039】

前記少なくとも三つの油圧ポンプの全てが同じ回転入力を受ける構成とされうる。

【0040】

この構成の利点は、全ての油圧ポンプが正確に同じ量の回転入力をパワーユニットから受ける点である。これにより、各油圧モータへの流体の流れ制御が非常に容易となる。各油圧ポンプからの油圧流体の出力流が常に同じとなるからである。

【0041】

前記パワーユニットは、前記少なくとも三つの油圧ポンプの各々が同じ回転入力を受けるように、ギアを介して動力を伝達しうる。

【0042】

ギアを用いる利点は、パワーユニットからの回転出力が、油圧ポンプに必要とされる回転入力と一致するように変更されうる点である。これにより、マルチロータ航空機の効率が向上する。このギアは、余分な荷重を負担する必要があることを意味する。

【0043】

前記少なくとも三つの油圧ポンプは、前記パワーユニットにおける単一の出力シャフト上に配置されうる。

【0044】

これは、各油圧ポンプへ全く同じ回転出力を供給する上で非常に容易な手法である。油圧ポンプを同期するための機械的制御の負担が特に低く、油圧ポンプの同期に係るフェールセーフ制御を提供できる。

【0045】

前記少なくとも三つのロータは、少なくとも五つのロータでありうる。

【0046】

より多くのロータを設けることにより、一つのロータあるいは油圧モータが故障してもマルチロータ航空機の安定した飛行動作の継続が可能である。ロータの数は、五つに限定されるものではなく、さらに制御された飛行のために六つ以上のロータが設けられうる。

【0047】

上記のマルチロータ航空機は、前記少なくとも三つの油圧ポンプの各々に対して専用のパワーユニットを備えうる。この場合、前記専用のパワーユニットは、前記制御ユニットによって同期されることにより、前記少なくとも三つの油圧ポンプの各々は、同じ回転入力を受ける。

【0048】

これは、マルチロータ航空機の重量が増す変形例である。しかしながら、より小さなパワーユニットを使用して制御ユニットにより同期をとることにより、揚力やマルチロータ航空機のアンバランスに係る適合性が向上する。

【0049】

前記少なくとも三つのロータは、ピッチが固定されうる。

【0050】

この構成は、ロータが非常に簡素となり有利である。また、ロータの製造コストが低減されうる。さらに、ロータを堅牢にできる。

【0051】

上記のマルチロータ航空機の非稼働時において、前記少なくとも三つのロータのピッチは手動調節可能でありうる。

【0052】

この構成の利点は、動作条件を含む理由に応じてロータが調節されうる点である。当該条件の例としては、湿度、気温、動作高度の違いなどが挙げられる。

【0053】

前記少なくとも三つのロータのピッチは、飛行中に調節可能でありうる。

【0054】

この構成の利点は、ピッチの調節が非常に迅速とされうる点である。

【図面の簡単な説明】

【0055】

【図1】本発明に係るマルチロータ航空機の一実施形態を示している。

【図2】三つのロータを備えた本発明に係るマルチロータ航空機の一実施形態を示している。

【図3】四つのロータを備えた本発明に係るマルチロータ航空機の一実施形態を示している。

【図4】本発明に係るマルチロータ航空機の一部の構成を詳細に示している。

【図5】内部燃料源が不在あるいは非常に小さな本発明に係るマルチロータ航空機の一実施形態を示している。

【図6】前方への飛行中に揚力を得るために、ロータに加えて固定翼を備えた本発明に係るマルチロータ航空機の一実施形態を示している。

【図7】図５の実施形態が動作中の様子を示している。

【図8】油圧ポンプの前段にギアを備えた本発明に係るマルチロータ航空機の一実施形態を示している。

【図9】油圧ポンプの前段にギアを備えた本発明に係るマルチロータ航空機の一実施形態を示している。

【図10】各油圧ポンプがパワーユニットを備えた本発明に係るマルチロータ航空機の一実施形態を示している。

【発明を実施するための形態】

【0056】

本願においては、下記の定義が用いられる。

【0057】

「マルチロータ航空機」とは、回転翼による反作用に対抗する特定の回転動作を行なうことなく垂直離着陸が可能な航空機である。マルチロータ航空機は、ヘリコプタのようにロータ軸上にスワッシュプレートを備えていない。よって、ロータを駆動するモータの回転軸に対してロータ面が変化することを要しない。ロータは、通常の航空機におけるプロペラに相当するので、本発明に係るマルチロータ航空機は、垂直離着陸とホバリングが可能であることを要する。

【0058】

ロータの数は、以下に開示される実施形態に限られない。なお、ロータの数は、三つ以上の任意の数でありうる。最も好ましいロータの数は、四つである。

【0059】

本明細書におけるロータは、プロペラ、ブレード構成が異なるロータ、ファン状のロータを含む。

【0060】

「固定ピッチロータ」とは、各ロータ翼（すなわちロータブレード）のピッチが可変でないロータである。すなわち、ロータ翼あるいはブレードがその長手軸の中心として回転しない。以下の全ての実施形態について、固定ピッチロータが好ましい。

【0061】

「手動調節可能なロータピッチ」とは、マルチロータ航空機の非稼働時において、地面に対するロータ翼あるいはブレードの角度が調節されうることを意味する。要するに、航空機が稼働可能にあるときにはピッチが固定されるが、その前段階においては当該ピッチが調節可能であることを意味する。

【0062】

「飛行中に調節可能なロータピッチ」とは、ピッチ角を調節することにより、飛行中に各ロータ翼あるいはブレードのピッチが調節されうることを意味する。この手法は、マルチロータ航空機を動作させるにあたっては好適でないものの、可能ではある。

【0063】

「燃料源」とは、一般には液体燃料の容器を意味するが、気体燃料容器、強力な電池、分解されることにより発電する適当な物質を伴う燃料電池などの動力源でもよい。

【0064】

「パワーユニット」とは、一般には可燃燃料を燃焼することにより動作するパワーユニットを意味する。ガスタービンが一般的であるが、オットーモータ、ディーゼルモータ、電気モータなどの適当なモータでもよい。

【0065】

「燃料ライン」とは、一般に液体燃料をパワーユニットに供給するパイプを意味する。しかしながら、パワーユニットが電気モータである場合、燃料ラインは、電気ケーブルにより構成される。

【0066】

「制御ユニット」とは、一般にプログラマブルなコンピュータユニット（ＣＰＵとしても知られる）である。当該コンピュータユニットは、プロセッサ、メモリ回路、および制御ユニットに関連するその他の一般的な特徴を備えている。全ての実施形態は、制御ユニットを備えている。

【0067】

以下の全ての実施形態は、本体を備えている。

【0068】

本明細書に記載されている全ての実施形態について、詳細な構成、要素、特徴などが同様のものは、同じ参照符号が付与されている。

【0069】

第一の実施形態を開示する図１においては、クアドラコプタの形態であるマルチロータ航空機１が記載されている。マルチロータ航空機１は、本体６５を有している。マルチロータ航空機１のロータ１０、２０、３０、４０の各々の動力は、図４に示されるように供給される。図４には、パワーユニット２が記載されている。パワーユニット２は、ガスタービンであることが好ましいが、上述のように任意の回転モータでありうる。パワーユニット２からは回転可能なシャフト３が延びている。このシャフト３上に油圧ポンプ１２が配置されている。このポンプは、シャフト３によって回転可能な回転要素を内部に有している。油圧ポンプ１２からは、流体ライン１４が加圧された流体を油圧モータ１１へ供給する。油圧モータ１１は、シャフト状の回転可能な軸７を有している。軸７上にはロータ１０が搭載されている。流体ライン１４上には、ブリードライン１７が設けられている。ブリードライン１７は、制御弁１３を有している。ブリードライン１７は、制御弁１３によって流体の流れをエクスパンジョンベッセル４へブリードできるように配置されている。制御弁１３は、制御ユニット６によって制御ライン６ａを介して制御される。よって、制御弁１３を調節することにより、油圧モータ１１への流体の流れが制御されうる。これにより、ロータ１０の回転速度と動力が精密に制御されうる。プロペラ１０の回転数の制御は、制御ユニット６によって制御ライン６ｃを介して行なわれる。これは、マルチロータ航空機の静圧駆動とも称される。各ロータ１０の回転数は、精密な制御弁１３を用いて作動油などの流体を圧力ライン１４から戻りライン１６へブリードすることによって制御される。制御弁１３は、飛行制御システムによって調節管理される。不図示のレゾルバは、ロータのブレード位置だけでなくロータの回転数の情報を、制御ライン６ｃを通じて提供する。その利点は、圧力レギュレータを圧力側に搭載する場合と異なり、圧力のブリーディングにより生じる熱の実質量が圧力を制限する場合よりも少ない点にある。これにより、流体冷却の必要性と流体の量が低減され、流体冷却器が油圧回路のエクスパンジョンベッセル４と組み合わせられうる。一つのロータ１０に係る構成のみが図４に示されているが、全てのロータが動力伝達について同一の構成を有している。各ロータは、本体６５から延びる独立したアーム１８、２８、３８、４８上に配置されている。アームの長さを調節することによって異なるマルチロータ航空機の制御が実現されうる点において有利である。アームは、容易に接続解除可能である。よって、マルチロータ航空機は、ロータと油圧モータを含むアームを取り外すことにより、運搬のために分解されうる。容易な保守が可能でもある。アームが破損した場合、アーム・ロータ・油圧モータのパッケージを交換することによって、ロータと油圧モータが容易に変更されうる。図１に示されるように、ロータ１０、２０、３０、４０の回転軸７は、それぞれ油圧モータ１１、２１、３１、４１の回転軸と同じである。図８、図９、および図１０に記載のマルチロータ航空機は、上述のように四つのロータ、油圧モータ、油圧ポンプなどを備えることも可能である。

【0070】

図２には、三つのロータ１０、２０、３０を有するマルチロータ航空機１'''が記載されている。したがって、三つの油圧ポンプ１２、２２、３２と三つの油圧モータ１１、２１、３１が設けられている。マルチロータ航空機１'''は、制御ユニット６も有している。送信・発信ユニット８と燃料源５０も設けられている。なお、図４に示された主な特徴は、本実施形態も有している。油圧ポンプ１２、２２、３２は、全て同じシャフト３上に搭載されている。よって、全ての油圧ポンプ１２、２２、３２は、シャフト３から同じ機械的伝達を受ける。冷却器と結合されたベッセル４も記載されている。ベッセル４は、モータとフィードライン１４、２４、３４のブリードライン１７、２７、３７の少なくとも一方からの戻り流体を受けるためのものである。ベッセル４から、全てのモータ１１、２１、３１まで油圧流体のフィードライン１７、２７、３７が延びており、各モータ１１、２１、３１において加圧するための流体を供給する。各モータ１１、２１、３１からは、流体ライン１５、２４、３５が冷却器と結合されたベッセル４へ戻っている。好ましくは、制御ユニット６に制御情報を加えるためのジャイロユニット９が備えられる。好ましい実施形態においては、ジャイロユニット９は、制御ユニット６内に備えられる。ジャイロユニット９は、マルチロータ航空機１内に配置される別ユニットでもよい。好ましくは、ジャイロユニット９は、マルチロータ航空機のヨー動作とピッチ動作の双方を検知可能であるべきである。

【0071】

図３には、図１および図５に記載されたものと同様に、四つのロータを有するマルチロータ航空機１が記載されている。パワーユニット２、制御ユニット６、ジャイロユニット９などのその他の事項は、図２および図４の実施形態と共通である。この航空機のロータ１０、２０、３０、４０は、異なる二方向に回転する。具体的には、ロータ１０と４０が同方向に回転し、ロータ２０と３０が同方向に回転する。これにより、同じパワー出力が各ロータ１０、２０、３０、４０へ伝達された際にマルチロータ航空機１が回転することを防止している。なお、同じ油圧モータ１１、２１、３１、４１が使用され、かつ全てのロータ１０、２０、３０、４０が同じである場合、伝達されるパワー出力は、各油圧モータ１１、２１、３１、４１への加圧流体の流れに対して等しくなる。

【0072】

図５には、本発明の一実施形態に係るマルチモータ航空機１’が記載されている。図３と図４に関して記載された構成、あるいは図８、図９、および図１０に関連して記載された構成が適用可能である。マルチモータ航空機１’は、本体６５を有している。しかしながら、大きな違いがある。マルチモータ航空機１’は、主燃料源６０を有することができるように構成されている。主燃料源６０は、マルチロータ航空機１’自身には設けられていない。代わりに外部燃料源が設けられる。しかしながら、図４によれば、燃料をバッファするために、より小型の燃料源５０がマルチロータ航空機１’を有しうる。あるいは、外部燃料源が断たれた場合、小型の内部燃料源が緊急動作および着陸に使用されうる。内部燃料源は、５〜１５分の航続時間を提供することが一般的である（１０分間の航続時間が必須であることが一般的）。図５の実施形態は、救助作業や消火作業の用途とされうる。動作の一例は、図７に確認できる。燃料は、パイプ５９を通じてポンプ供給される。あるいは、電気が電源ラインを通じて供給される。外部燃料源６０の位置は、地上でありうる。外部燃料源の位置は、マルチロータ航空機１’の傍で動作しうる別の航空機上でもよい。この場合、空中で燃料補給あるいは充電が行なわれる。本実施形態の航続時間は、延長可能かつ実質的に無制限である。マルチロータ航空機１’の燃料源５０が非常に小型かつ小容量であることにより、すなわち先の実施形態よりも非常に軽量であるため、当該重量に対応する分だけマルチロータ航空機１’の可積載量が増加されうる。この実施形態の場合、有線制御の送信・発信ユニット８も使用できる。この航空機への制御コマンドは、ワイヤを通じて送信される。ワイヤは外部繚乱から保護されうるので、マルチロータ航空機１’の安全性が向上する点において非常に有利である。図５のマルチロータ航空機１’に加えられうる（図１、図２、図３、および図６に記載の実施形態にも適用可能）特徴は、保護シールド５１である。これにより重量が増すものの、建物６１のような外部物体付近での動作時において特に有利である。図５には、放水銃５２も描かれている。放水銃５２は、例えば水、泡などの消火液を炎へ供給するノズルである。消火液は、マルチロータ航空機１’によって運搬されるのではなく、マルチロータ航空機１’の動作時にラインを通じて供給されることが好ましい。なお、図５の実施形態は、例えば救急作業用のホイストシステムを代わりに備えうる。さらに、本実施形態は、図５に示されるように、独立したアーム１８、２８、３８、４８に配置されたロータ１０、２０、３０、４０および油圧モータ１１、２１、３１、４１を有している。この構成により得られる利点は、図１に係る実施形態について説明した通りである。図５に示されるように、ロータ１０、２０、３０、４０の回転軸７は、各油圧モータ１１、２１、３１、４１の回転軸と同じである。ホイスト、放水銃５２が他の実施形態に適用可能であることは勿論である。

【0073】

図６には、本発明の第三実施形態に係るマルチロータ航空機１''が記載されている。先の実施形態と同様、図１、図２、図３、および図４に記載の特徴または図８、図９、および図１０に記載の特徴の全てが適用可能である。マルチロータ航空機１''は、本体６５を有している。先の実施形態と比較して大きな違いが二つある。マルチロータ航空機１''は、固定翼５３、５４を備えている。また、フィン５５、５６およびラダー５７、５８も設けられている。マルチロータ航空機１''のもう一つの特徴は、二つのロータ２０、３０が二つの平行な面内でチルト可能な点にある。当該平面は、翼の延びる方向と直交かつマルチロータ航空機１''の長手軸と平行に、翼の先端から延びている。ロータ２０、３０をチルトさせることにより、マルチロータ航空機１''は、前方に移動する固定翼航空機に変形する。また、油圧モータ２１、３１がロータ２０、３０とともにチルトする。他の実施形態と比較すると、航続距離が大幅に延びる。このモードにおいては、燃料消費もまた大幅に減る。ロータ１０、４０の双方は、主揚力を得るために翼５３、５４が使用される際は停止される。マルチロータ航空機１''がホバリングに移行すると、完全ホバリング状態に達するまで、油圧モータ１１、４１を通じてそれぞれ前部ロータ１０と後部ロータ４０に供給される動力が増加される。この制御は、制御ユニット６により行なわれる。さらに、本実施形態においては、図６に示される独立したアーム１８、２８、３８、４８にロータ１０、２０、３０、４０および油圧モータ１１、２１、３１、４１が配置されることが好ましい。この構成は、図１、図２、図３、および図４の実施形態について前述した利点を提供する。しかしながら、本実施形態のモジュール性および変形可能性を高めるために、翼５３、５４もまたマルチロータ航空機１''から取り外し可能とされうる。一般に、前部に配置されたロータ１０と油圧モータ１１は、アーム上に位置しない構成とされうる。特に自己支持本体６５が使用される場合、ロータ１０と油圧モータ１１は、マルチロータ航空機１''の本体６５に懸架されうる。図６に示されるように、ロータ１０、２０、３０、４０の回転軸７は、それぞれ油圧モータ１１、２１、３１、４１の回転軸と同じである。

【0074】

図８と図９に示されるように、マルチロータ航空機１''''と１'''''には、パワーユニット２の出力軸と油圧ポンプ１２、２２、３２との間にギア７０が設けられうる。ギア７０は、パワーユニット２のシャフトから得られる回転数を、油圧ポンプ１２、２２、３２の動作に適したものに変更できる。大半の用途において、パワーユニット出力の回転数は、ギア７０によって低減される。しかしながら、当該回転数は、必要に応じてギア７０により増加されうる。特定のギアを使用することにより、図９に示されるように、ポンプ１２、２２、３２は、異なる回転シャフト３、３’上に配置されうる。しかしながら、ポンプ１２、２２、３２は、常に同じ回転出力を受けることが好ましい。図８と図９に関し、その他の特徴は同じである。なお、ロータ、油圧ポンプ、および油圧モータなどの数は、任意に選ばれうる。図９は、加圧油圧流体ライン１４’と油圧フィードライン１６の表示が異なっているが、図の簡略化を意図したものに過ぎない。ギア７０は、これまで記載した全ての実施形態（図１から図７）に適用可能である。図１０に示されるように、ギアはパワーユニット２ａ、２ｂ、２ｃごとに設けられうる。

【0075】

図１０に記載されているように、マルチロータ航空機１''''''は、各油圧ポンプ１２、２２、３２が同じ回転入力を受けるように専用のパワーユニットを有しうる。当該回転入力は、制御ユニットにより制御されることにより、パワーユニット２ａ、２ｂ、２ｃが相互に同期する。燃料タンク５０は、パワーユニット２ａ、２ｂ、２ｃに共通である。ロータの数は、油圧モータ、弁などの数とともに、先の実施形態と同様に任意に選ばれうる。各油圧ポンプ１２、２２、３２は、各専用パワーユニット２ａ、２ｂ、２ｃから延びる独立したシャフト３ａ、３ｂ、３ｃにより駆動される。

【0076】

全ての実施形態において、パワーユニット２は、ガスタービンであることが好ましい。ガスタービンを用いることの利点は、信頼性が非常に高いことにある。別の利点は、様々な燃料を使用できることにある。ガスタービンは、非常に高い出力重量比を有するとともに低振動・低重量であり、かつ重質燃料で動作可能である。

【0077】

本発明の課題を解決するために、電気燃料供給を用いる実施形態については、高い出力重量比を有する電気エネルギー源を設ける必要がある。そのために、燃料電池あるいは現存するものよりも容量を増したバッテリが使用されうる。あるいは、第二の航空機（好ましくはマルチロータ航空機）からの充電を通じて容量を稼ぐことも可能である。

【0078】

上記全ての実施形態において、マルチロータ航空機は、いわゆる無人航空機（ＵＡＶ）でもよいし、有人航空機でもよい。マルチロータ航空機をパイロットが搭乗可能に構成する場合、当該航空機の操作制御系を設ける必要がある。マルチロータ航空機は、搭乗していないパイロットによっても制御されうる。この場合、当該マルチロータ航空機には、乗員、技術者、救助隊員などが搭乗していてもよい。

【0079】

本発明の趣旨は、三つまたは四つのロータを備えるマルチロータ航空機に限定されない。任意の数（例えば五つ、六つ、七つ、八つなど）のロータが、用途に応じて使用されうる。この点は、図１、図２、図３、図５、図６、図７、図８、図９、図１０に記載されたものを含む全ての実施形態に適用可能である。

【0080】

図１、図２、図３、図５、図６、図７、図８、図９、図１０に記載されたものを含む全ての実施形態について、同じ回転入力を受ける油圧ポンプの仕様は、同様に構成された油圧ポンプの仕様に依存する。例えば、サイズの異なる油圧ポンプが異なるロータに使用される場合、回転入力は、各油圧ポンプから出力される油圧流体の流れが同じになるように定められることを要する。しかしながら、異なるサイズのロータが異なるサイズの異なる油圧ポンプとともに使用される場合、システム全体は、各ロータが同じ上昇力を提供するように構成されることを要する。この点は、当業者における技術常識の範囲内と言える。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】