特開 2022-151416 マルチコプター用フレーム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022151416

(43)【公開日】2022-10-07

(54)【発明の名称】マルチコプター用フレーム

(51)【国際特許分類】

   B64D 27/26 20060101AFI20220929BHJP

   B64C 27/08 20060101ALI20220929BHJP

   B64C 25/06 20060101ALI20220929BHJP

   B64C 39/02 20060101ALI20220929BHJP

【ＦＩ】

B64D27/26

B64C27/08

B64C25/06

B64C39/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】書面

(21)【出願番号】P 2021081287

(22)【出願日】2021-03-24

(71)【出願人】

【識別番号】521202880

【氏名又は名称】酒井 仁

(72)【発明者】

【氏名】酒井 仁

(57)【要約】

【課題】 荷重だけでなく飛行時や離着陸時に発生する応力にも対応し、部品搭載部の設計の自由度も高いマルチコプター用フレームを、少ない部品点数で提供する。
【解決手段】
一端にマウント部を備え、他端に連結部が接続された４本のアーム部を、マウント部が外側に突出するように配置し、各アーム部の中途部において、連結部により相互に連結してフレームを構成する。各アーム部の外側突出部の長さは、アーム部の長さの１／２より長く設定される。アーム部の長さ、外側突出部、および連結がなされるアーム部の中途部は、以下のような関係により決定することができる。アーム部の長さと、当該アーム部の連結部により連結された被連結アーム部の外側突出部の２辺は直角を挟む２辺となり、両アーム部に設置された回転翼の隣接軸距を斜辺とする直角三角形となる。また、アーム部の中途部は、連結に係る２本のアーム部の中心軸が直角に交差する点となる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一端に回転翼を回転させる動力部を設置するためのマウント部を備え、他端に連結部が接続された４本のアーム部を、前記マウント部が外側に突出するように配置し、各アーム部の中途部において、前記連結部により相互に連結して構成され、かつ、各アーム部の外側突出部の長さが、アーム部の長さの１／２より長いことを特徴とするマルチコプター用フレーム。

【請求項2】

前記アーム部の連結部に、脚部が連結されることを特徴とする請求項１に記載のマルチコプター用フレーム。

【請求項3】

前記アーム部が中空の棒状に形成され、前記連結部において配線引き出し孔が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のマルチコプター用フレーム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は複数の回転翼を用いる飛行体、いわゆるマルチコプター用のフレームに関する。

【背景技術】

【0002】

マルチコプターに用いられるフレームには、搭載される部品による荷重だけでなく、移動、ホバリング等の飛行時や離着陸時に発生する応力も加えられる。したがって、マルチコプター用のフレームは、これらの荷重や応力が加えられてもフレームが損傷せず、かつ慣性系センサ等の構成部品が悪影響を受けないように対応する必要がある。

【0003】

一般的に、マルチコプター用フレームは、回転翼および回転翼を回転させる動力部を支持するアーム部と本体部により構成される。この場合、アーム部はすべて本体部に接続されているため、本体部の剛性の確保はフレームとしての剛性を得るうえで不可欠となる。特許文献１において開示されているマルチコプター用フレームでは、動力源を収容するフレーム本体部にフランジ部を設けることで、搭載される部品による荷重だけでなく、飛行時や離着陸時に発生する応力にも対応できる剛性を確保している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６５２２０７４号公報（段落番号０００８～０００９、図３）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１が示すように、従来技術においてマルチコプター用フレームは、一般的にアーム部と本体部からなり、本体部は搭載される部品による荷重だけではなく、飛行時や離着陸時に発生する応力にも耐えられるものとしなければならない。この本体部は実質的に部品搭載部でもあるため、搭載部品に変更があった場合など、本体部の形状を変更する必要が生じた際でも、荷重だけでなく飛行時や離着陸時に発生する応力にも対応可能な剛性が必要となるため設計の自由度は制限される。また、アーム部と本体部からなるメインフレームとは別に、部品搭載部を設置した場合、部品点数が多くなるという問題がある。

【0006】

本発明の目的は、荷重だけでなく飛行時や離着陸時に発生する応力にも対応し、部品搭載部の設計の自由度も高いマルチコプター用フレームを、少ない部品点数で提供することにある。

【課題を解決する手段】

【0007】

上述の目的を達成するために、一端に回転翼を回転させる動力部を設置するためのマウント部を備え、他端に連結部が接続された４本のアーム部を、前記マウント部が外側に突出するように配置し、各アーム部の中途部において、前記連結部により相互に連結して構成され、かつ、各アーム部の外側突出部の長さが、アーム部の長さの１／２より長いことを特徴とするマルチコプター用フレームが提供される。

【0008】

この発明によれば、少ない部品点数で、荷重だけでなく飛行時に発生する応力にも対応可能なマルチコプター用フレームを構成することが可能となる。また本発明に係るフレームにおいては、部品搭載部を設置する場合であっても、その部品搭載部は、飛行時に発生する応力に対処する必要はないので設計の自由度も高い。

【0009】

好ましくは、アーム部の連結部に脚部が連結される。この構成によれば、部品搭載部を設置する場合であっても、その部品搭載部は、離着陸時に発生する応力に対処する必要はないので設計の自由度は高い。また部品点数も少なくできる。

【0010】

また好ましくは、アーム部は中空の棒状に形成し、連結部に配線引き出し孔が設けられる。この場合、回転翼を回転させる動力部の配線をアーム部内で実施することができる。

【発明の効果】

【0011】

本発明の効果として、荷重だけでなく飛行時や離着陸時に発生する応力にも対応し、部品搭載部の設計の自由度も高いマルチコプター用フレームを、少ない部品点数で得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明に係るフレームの斜視図である。

【図2】フレームを構成するアーム部の斜視図である。

【図3】アーム部の連結部の斜視図である。

【図4】アーム部の連結部の斜視図である。

【図5】アーム部の長さと相互連結の関係を示すフレームの概略図である。

【図6】アーム部の中途部に脚部が連結された一例を示した斜視図である。

【図7】アーム部の中途部に脚部が連結されたフレームの一例を示した斜視図である。

【図8】フレームの一実施形態となるマルチコプターを示した斜視図である。

【図9】フレームの一実施形態となるマルチコプターを示した斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明に係るフレームを示す斜視図であり、図２はフレームを構成するアーム部の斜視図である。図１に示すように、本発明に係るマルチコプター用フレームは、一端に回転翼を回転させる動力部を設置するためのマウント部２０を備え、他端に連結部３０が接続された４本のアーム部１０を、前記マウント部２０が外側に突出するように配置し、各アーム部１０の中途部において、前記連結部３０により相互に連結して構成される。各アーム部の外側突出部の長さは、アーム部の長さの１／２より長く設定される。なお、この実施形態でのマウント部２０は、マルチコプターにおいて一般的なブラシレスモーターの使用を想定した形状としているが、マウント部２０に設置される動力部は、回転翼を駆動することができるものであれば、特に制限されるものではない。電気モーター、小型エンジン、あるいはエンジン等の駆動源から各回転翼へ動力を伝達する機構であってもよい。

【0014】

図３および図４は連結部３０を示す斜視図である。図３に示すように、連結部３０においては、アーム締結部３６とアーム締結用ネジ３１ａおよび３１ｂにより、アーム部１０を連結する。連結部３０に接続されるアーム部１０を中空の棒状とすることにより、その内部で動力部への配線を実施することも可能である。この場合、アーム部１０内の配線は、配線引き出し孔３５より引き出される。図４に示すように、連結部３０には、脚部を連結、固定するために、脚部連結用ヒンジ部３２、脚部固定用雌ネジ部３３を設けている。また、部品の搭載に用いる筐体部を固定するための筐体部固定用雌ネジ部３４を設けている。

【0015】

アーム部の長さ、外側突出部、および連結がなされるアーム部の中途部は、以下のような関係により決定することができる。すなわち、アーム部の長さと、当該アーム部の連結部により連結された被連結アーム部の外側突出部の２辺は直角を挟む２辺となり、両アーム部に設置された回転翼の隣接軸距を斜辺とする直角三角形の関係となる。したがって、連結がなされるアーム部の中途部は、連結に係る両アーム部が直交する位置となる。図５により例示すれば、アーム部１０ａの長さ（５１ａから６１ａまでを指す）と、アーム部１０ａの連結部により連結された被連結アーム部１０ｂの外側突出部（６１ａから５１ｂまでを指す）は、直角を挟む２辺となり、両アーム部に設置された回転翼の隣接軸距（５１ａから５１ｂまでを指す）を斜辺とする直角三角形の関係となる。この例において、連結がなされるアーム部１０ｂの中途部は、アーム部１０ａと１０ｂの２本の中心軸が直角に交差する点６１ａとなる。

【0016】

本発明に係るマルチコプター用フレームにおけるアーム部の外側突出部は、実質的に、一般的なマルチコプター用フレームでの〈アーム部〉に相当するため、アーム部の外側突出部の長さが、アーム部の長さの１／２より短く設定された場合、搭載可能な回転翼の直径も制限される。したがって、アーム部の外側突出部の長さは、アーム部の長さの１／２より長く設定される。より具体的には、アーム部の外側突出部の長さは、回転翼の隣接軸距の１／２の長さを基準として、回転翼の後流がフレーム中央に形成された方形部により乱されない範囲で短く設定することが望ましい。この場合、４本のアーム部の連結によりフレーム中央に構成された方形部は、隣接する４個の回転翼の回転領域を回避できる中央部の平面において、効率的に面積を得ることができる。したがって、方形部内の空間において搭載部品等の配置の自由度が高くなる。なお、アーム部は、設計上の観点から直線形状を基調とするが、折れ曲がった形状としてもよい。

【0017】

図６および図７は、本発明に係るフレームのアーム部１０の中途部に脚部４０が連結される実施例を示す斜視図である。脚部４０は、アーム部１０の中途部に設けられた脚部連結用ヒンジ部３２に脚部連結用ピン４２ａを用いて連結され、脚部固定具４１と脚部固定用ネジ４２ｂにより固定される。

【0018】

図８は、本発明に係るフレームをマルチコプターに適用した実施例を示す斜視図である。マウント部２０に動力部８２が搭載され回転翼８１を駆動する。フレーム中央に形成された方形部には筐体部７０が設置され、駆動源であるバッテリーや電装品（図示せず）が格納されている。電装品とは例えば、モーター駆動回路、無線通信装置、フライトコントローラー、慣性計測ユニット、ＧＰＳ受信機などが含まれる。動力部からの配線はアーム部１０内部を経由して、連結部３０に設けられた配線引き出し孔３５から筐体部７０へ導入され、筐体部７０は筐体部固定用雌ネジ部３４でネジ止めされる。

【0019】

本発明に係るフレームにおいては、４本のアーム部の長さは、回転翼の隣接軸距よりも必ず短くなり、また、各アーム部が中途部で相互に連結される構成であるため、少ない部品点数でありながら軽量かつ剛性の高いフレームとすることができる。例えば、両端に回転翼を回転させる動力部を設置するためのマウント部を備えた２本のアーム部を、そのアーム部の中央部で２本の管材部により連結されたＨ字型のフレームを比較の対象として例示することができる。４個の回転翼の隣接軸距が同一のフレーム構成とした場合、Ｈ字型のフレームでは、２本のアーム部および連結に用いる２本の管材部の長さは、隣接軸距とほぼ等しい長さとなる。したがって、本発明に係るフレームは、同一素材、同一管径のアーム部または管材部を用いた場合のＨ字型のフレームに比して軽量かつ剛性を高くすることが可能である。

【0020】

上記Ｈ字型のフレームでは、２本のアーム部および連結に用いる２本の管材部の長さが隣接軸距とほぼ等しい長さとなるため、移動、旋回等により各回転翼の回転数が非対称となった場合、２本の管材部間で曲げねじりが生じやすい。この曲げねじりが生じた場合、アーム部の一端が下方に引き下げられたならば、他端は上方に持ち上げられるといったシーソー状の変形となり、２本の管材部の弾性に由来する振動も発生しやすい。本発明に係るフレームにおいては、４本のアーム部の連結によりフレーム中央に構成された方形部の各辺の長さは、隣接軸距の１／２より短くなるため、Ｈ字型のフレームに比してねじり剛性が高い。また、各アーム部につきマウント部が１個設置される構成であるため、シーソー状の変形、振動も生じない。

【0021】

搭載部品等の配置のために、フレーム中央に形成された方形部に筐体を設置する場合、その筐体はフレームの剛性に資する必要はなく、搭載部品等による荷重にのみ耐えられればよいので、筐体の設計の自由度は高くなる。また筐体は、ゴム等の粘弾性素材によるダンパーを介してフレームに設置することもできるので、フレームに回転翼に由来する振動が生じた場合であっても、筐体への振動の絶縁が容易となる。また、脚部はアーム部の中途部に連結されるため、筐体は離着陸時に生じる応力に対応する剛性まで必要としない。

【0022】

フレーム中央に形成された方形部に筐体を設置する場合、当該筐体の側面部は、４本のアーム部により囲まれている。したがって、飛行中の接触など軽微な事故が生じた場合でも、バッテリーや電装品などの搭載部品を保護しやすい。また、軽微な事故により、アーム部が損傷した場合であっても、損傷したアーム部のみ交換すればよいので補修も容易である。

【0023】

本発明に係るマルチコプター用フレームは、４本のアーム部および脚部の連結により構成されているため、分解、組立が容易となる。したがって、可搬性およびメンテナンス性において利便性が高い。

【0024】

なお、図９に示すように、マウント部２０を上下対称の構成とすることにより、一本のアーム端の上下に２個の動力部を設置して、実質的に同軸二重反転ローターとする構成も可能である。

【0025】

本実施例では、４個の回転翼の軸の配置が正方形となる構成について説明したが、アーム１０の外側突出部を曲げる、あるいはマウント部２０をアーム１０の中心軸の外側に配置することにより、４個の回転翼の軸の配置を長方形または台形とする構成も可能である。

【0026】

以上、本発明の実施形態について図面を参照して記述したが、具体的な構成は、この実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等は本発明に含まれるものである。

【符号の説明】

【0027】

１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ アーム
２０ マウント部
３０ アームの連結部
３１ａ、３１ｂ アームの連結用ネジ
３２ 脚部連結用ヒンジ部
３３ 脚部固定用雌ネジ部
３４ 筐体部固定用雌ネジ部
３５ 配線引き出し孔
３６ アーム締結部材
４０ 脚部
４１ 脚部固定具
４２ａ 脚部連結用ピン
４２ｂ 脚部固定用ネジ
４３ 着地部
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ 回転翼の軸
６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ アームの連結部において各アーム中心軸が直角に交差する点
７０ 筐体
８１ 回転翼
８２ 動力部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】