特開 2024-136971 無人飛行体及びプロペラ

(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】P2024136971

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】無人飛行体及びプロペラ

(51)【国際特許分類】

   B64U 50/13 20230101AFI20240927BHJP

   B64U 10/13 20230101ALI20240927BHJP

   B64U 20/30 20230101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

B64U50/13

B64U10/13

B64U20/30

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023048293

(22)【出願日】2023-03-24

(71)【出願人】

【識別番号】000201814

【氏名又は名称】双葉電子工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003410

【氏名又は名称】弁理士法人テクノピア国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉岡 佑基

(57)【要約】

【課題】プロペラが障害物と接触した際に無人飛行体の急な落下を防ぎ、無人飛行体の安全性の向上を図る。
【解決手段】プロペラを備える無人飛行体であって、プロペラは、回転中心から先端部までの長さが第１の長さとされた第１のブレードと、回転中心から先端部までの長さが第２の長さとされた第２のブレードとを有し、第２の長さが第１の長さより短くされ、第２のブレードが弾性変形可能とされている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

プロペラを備える無人飛行体であって、
前記プロペラは、回転中心から先端部までの長さが第１の長さとされた第１のブレードと、回転中心から先端部までの長さが第２の長さとされた第２のブレードとを有し、
前記第２の長さが前記第１の長さより短くされ、
前記第２のブレードが弾性変形可能とされた、
無人飛行体。

【請求項2】

前記第１のブレードが弾性変形可能とされていない、
請求項１に記載の無人飛行体。

【請求項3】

前記第１のブレードと前記第２のブレードがそれぞれ二つ設けられ、
二つの前記第１のブレードは回転中心を挟んで第１の方向に直線状に配置され、
二つの前記第２のブレードは回転中心を挟んで前記第１の方向とは直交する第２の方向に直線状に配置されている
請求項１又は請求項２に記載の無人飛行体。

【請求項4】

前記第２のブレードのピッチ角が前記第１のブレードのピッチ角より大きくされた、
請求項１又は請求項２に記載の無人飛行体。

【請求項5】

無人飛行体に装着可能なプロペラであって、
回転中心から先端部までの長さが第１の長さとされた第１のブレードと、回転中心から先端部までの長さが第２の長さとされた第２のブレードとを有し、
前記第２の長さが前記第１の長さより短くされ、
前記第２のブレードが弾性変形可能とされた、
プロペラ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無人飛行体及び無人飛行体に装着されるプロペラの技術分野に関する。

【背景技術】

【0002】

無人飛行体として、複数のプロペラを回転させることで飛行するドローンがある。ドローンのプロペラには、障害物との接触に備えて対策が施されたものがある。下記非特許文献１には、障害物に接触した際に折れ曲がり変形するプロペラを備えたドローンが開示されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】山下裕毅，“衝突しても曲がって復活する柔らかドローン用ローター 北陸先端大など「トンボプロペラ」開発”，［online］，２０２１年５月１２日，ITmedia NEWS，［令和５年１月１０日検索］，インターネット，＜URL：https://www.itmedia.co.jp/news/articles/2105/12/news045.html＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ドローンは複数のプロペラを回転させることで揚力や推力を得て飛行するため、プロペラが障害物に接触して破損すると、揚力や推力を失い落下する虞がある。そこでプロペラが障害物と接触して破損した場合であっても、ドローンが急に落下せず安全な場所まで移動できるようにすることが求められる。

【0005】

本提案はこのような背景に基づいて発明されたもので、無人飛行体のプロペラが障害物と接触した場合であっても、無人飛行体の急な落下を防ぎ、無人飛行体の安全性の向上を図ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る無人飛行体は、プロペラを備える無人飛行体であって、前記プロペラは、回転中心から先端部までの長さが第１の長さとされた第１のブレードと、回転中心から先端部までの長さが第２の長さとされた第２のブレードとを有し、前記第２の長さが前記第１の長さより短くされ、前記第２のブレードが弾性変形可能とされたものである。
また本発明に係るプロペラは、上記の第１のブレードと第２のブレードにより構成されたものである。
例えばプロペラが障害物と接触した場合でも、回転中心から先端部までの長さが第１のブレードよりも短い第２のブレードは、障害物と接触し難くされている。また、第２のブレードは、仮に障害物と接触した場合でも、弾性変形により元の形状に復帰可能にされている。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、第１のブレードが障害物と接触して破損した場合にも、第２のブレードにより揚力や推力を得ることができ、また、第２のブレードまでもが障害物と接触した場合にも、弾性変形により元の形状に復帰した第２のブレードによって揚力や推力を得ることができるため、プロペラが障害物と接触した際に無人飛行体の急な落下を防ぎ、無人飛行体の安全性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施の形態の無人飛行体の斜視図である。

【図2】実施の形態のプロペラ等を示す拡大斜視図である。

【図3】実施の形態のプロペラの正面図である。

【図4】実施の形態のプロペラの構成例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の無人飛行体の実施の形態を説明していく。実施の形態では無人飛行体の例としてドローンを挙げる。

【0010】

図１はドローン１の斜視図である。公知のとおりドローンと呼ばれる範疇の無人飛行体しては各種の形状、構造が知られており、図１は一例に過ぎない。

【0011】

実施の形態のドローン１は、本体部２が中央に配置される。そして本体部２には四方に突出する４本のアーム３が取り付けられ、各アーム３の先端付近にモータ４及びモータ４で回転されるプロペラ１０が装着されている。
また各アーム３の先端付近の下方には、スキッド５が取り付けられる。４本のスキッド５は、着地時の脚として機能する。

【0012】

本体部２の内部には、図示しないバッテリーやフライトコントローラが配置されている。フライトコントローラは、例えば受信機で受信する地上側の通信機からの指示に応じてＥＳＣ（Electric Speed Controller）を制御し、モータ４の駆動を制御することで機体の姿勢や速度などを制御する。またフライトコントローラは自律飛行などとして目的地への自動飛行のための制御も行うことができる。

【0013】

図２は、１本のアーム３の先端に装着されたプロペラ１０を示す拡大斜視図である。
プロペラ１０は、モータ４の回転軸に接続される複数のブレード１２を有している。プロペラ１０は、複数のブレード１２がモータ４の出力を受けて駆動されることで、モータ４の回転軸を回転中心Ｃｎとして回転する。

【0014】

図２の例では、プロペラ１０は、複数のブレード１２として、二つの第１のブレード１３と、二つの第２のブレード１４とから成る四つのブレード１２を有している。

【0015】

四つのブレード１２はプロペラ１０の回転中心Ｃｎから四方に延びるように配置されている（図２及び図３参照）。具体的には、二つの第１のブレード１３は、回転中心Ｃｎを挟んで第１の方向Ｄ１に直線状に配置され、二つの第２のブレード１４は回転中心Ｃｎを挟んで第１の方向Ｄ１とは直交する第２の方向Ｄ２に直線状に配置されている。

【0016】

二つの第１のブレード１３は、一つの第１のブレードユニット２０として一体に形成されている。第１のブレードユニット２０は、モータ４の回転軸に接続される接続部２１と、接続部２１から互いに反対の方向へ突出された二つの第１のブレード１３と、とを有する。二つの第１のブレード１３は、接続部２１がモータ４の回転軸に接続されることにより、それぞれモータ４の回転軸に接続されている。

【0017】

第１のブレード１３は、回転中心Ｃｎから先端部１３ａまでの長さが第１の長さＬ１とされている（図３参照）。さらに第１のブレード１３は、第１のピッチ角を有するように形成されている。ここでピッチ角（迎え角）とは、プロペラの回転面に対するブレードの傾斜角度のことをいう。

【0018】

第１のブレード１３は、例えば剛性の高い材料で形成されている。このため、第１のブレード１３は弾性変形可能とされていない。

【0019】

二つの第２のブレード１４は、一つの第２のブレードユニット３０として一体に形成されている。第２のブレードユニット３０は、モータ４の回転軸に接続される接続部３１と、接続部３１から互いに反対の方向へ突出された二つの第２のブレード１４と、を有する。二つの第２のブレード１４は、接続部３１がモータ４の回転軸に接続されることにより、それぞれモータ４の回転軸に接続されている。

【0020】

第２のブレード１４は、回転中心Ｃｎから先端部１４ａまでの長さが第２の長さＬ２とされている（図３参照）。第２の長さＬ２は、第１の長さＬ１より短くされている。さらに第２のブレード１４は、第２のピッチ角を有するように形成されている。第２のピッチ角は、第１のピッチ角より大きくされている。

【0021】

第２のブレード１４は、例えば柔軟性のある素材で形成されている。これにより、第２のブレード１４は弾性変形可能とされている。

【0022】

上記のように構成されたプロペラ１０を備えるドローン１（無人飛行体）にあっては、プロペラ１０が障害物と接触した場合に、回転中心Ｃｎから先端部までの長さが第１のブレード１３よりも短い第２のブレード１４が障害物と接触し難くされている。これにより、第１のブレード１３が障害物と接触して破損した場合にも、第２のブレード１４により揚力や推力を得ることができる。
また、第２のブレード１４は弾性変形可能とされている。これにより、第２のブレード１４までもが障害物と接触した場合でも、弾性変形により元の形状に復帰した第２のブレード１４によって揚力や推力を得ることができる。
従って、プロペラが障害物と接触した際にドローン１の急な落下を防ぐことができる。また、ドローン１の安全な場所への移動が可能にすることができる場合もある。よって、ドローン１の安全性の向上を図ることができる。

【0023】

またドローン１においては、第１のブレード１３が弾性変形可能とされていない。
これにより、第１のブレード１３が第２のブレード１４と同様に柔軟性のある素材で形成されることによって弾性変形可能とされた場合と比較して、プロペラ１０の剛性が高まると共にプロペラ１０の重量増加が抑制される。従って、ドローン１の飛行性能を確保しつつドローン１の急な落下を防ぐことができる。

【0024】

さらにドローン１においては、第１のブレード１３と第２のブレード１４がそれぞれ二つ設けられ、二つの第１のブレード１３は回転中心Ｃｎを挟んで第１の方向Ｄ１に直線状に配置され、二つの第２のブレード１４は回転中心Ｃｎを挟んで前記第１の方向Ｄ１とは直交する第２の方向Ｄ２に直線状に配置されている。
これにより、異なる長さのブレード１２を有するプロペラ１０において、二つの第１のブレード１３と二つの第２のブレード１４が、直交する直線状に配置されていることにより、プロペラ１０の良好なバランスを確保することができる。

【0025】

ドローン１においては、第２のブレード１４のピッチ角が第１のブレード１３のピッチ角より大きくされている。
これにより、第１のブレード１３が破損した場合でも、例えばモータの回転数を上げることによって第２のブレード１４のみによっても高い揚力や推力を得ることができる。

【0026】

また上記には、プロペラ１０が、二つの第１のブレード１３を有する第１のブレードユニット２０と、二つの第２のブレード１４を有する第２のブレードユニット３０と、を備える構成を示した。このように構成されたプロペラ１０においては、同じ種類のブレードを一つの部品にまとめることで、部品点数の削減と組立工程の簡易化を図ることができる。

【0027】

なおプロペラ１０の構成は上記に限られない。例えばプロペラ１０においては、複数のブレード１２がそれぞれ別体として設けられていてもよい。
図４Ａに示すプロペラ１０Ａは、モータ４の回転軸に接続される接続部１５と、四つのブレード１２（二つの第１のブレード１３と二つの第２のブレード１４）と、を備えて構成されている。四つのブレード１２は、例えばネジ等の締結手段によりそれぞれ接続部１５に連結されている。プロペラ１０Ａにおいても、回転中心Ｃｎから第２のブレード１４の先端部１４ａまでの長さ（第２の長さＬ２）は、回転中心Ｃｎから第１のブレード１３の先端部１３ａまでの長さ（第１の長さＬ１）より短くされている。
このように構成されたプロペラ１０Ａにおいては、破損等により一部のブレード１２の交換が必要な場合に、当該一部のブレード１２のみを新しいブレード１２交換すればよいため、交換不要なブレード１２を廃棄する必要がなく資源の有効活用を図ることができる。

【0028】

またプロペラ１０においては、複数のブレード１２が一体に形成されていてもよい。
図４Ｂに示すプロペラ１０Ｂは、モータ４の回転軸に接続される接続部１０ａと、接続部１０ａにそれぞれ連続された四つのブレード１２（二つの第１のブレード１３と二つの第２のブレード１４）と、を備えて構成されている。プロペラ１０Ｂにおいても、回転中心Ｃｎから第２のブレード１４の先端部１４ａまでの長さ（第２の長さＬ２）は、回転中心Ｃｎから第１のブレード１３の先端部１３ａまでの長さ（第１の長さＬ１）より短くされている。この場合には、例えば形状や材料特性を変化させることにより、第１のブレードと第２のブレードのそれぞれの特性（弾性変形の有無）を出すことが考えられる。
なお、このように構成されたプロペラ１０Ｂにおいては、プロペラを一つの部品で構成できるため、部品点数の削減と組立工程の簡易化を図ることができる。

【0029】

なお上記には、第１のブレード１３と第２のブレード１４がそれぞれ直線状の先端部１３ａ、１４ａを有する例を示したが、ブレード１２の形状は上記には限られず適宜選択することが可能である。ブレード１２の形状に関わらず、ブレード１２において回転中心Ｃｎから最も離れた部分がブレード１２の先端部となる。

【0030】

また上記にはプロペラ１０が二つの第１のブレード１３と二つの第２のブレード１４の合計四つのブレードを有する例を示したが、プロペラ１０は、少なくとも一つの第１のブレード１３と一つの第２のブレード１４とを有するように構成されていれば、任意の数のブレードを有するように構成されていてもよい。

【符号の説明】

【0031】

１ ドローン
１０，１０А，１０Ｂ プロペラ
１３ 第１のブレード
１３ａ 先端部
１４ 第２のブレード
１４ａ 先端部
Ｃｎ 回転中心
Ｄ１ 第１の方向
Ｄ２ 第２の方向
Ｌ１ 第１の長さ
Ｌ２ 第２の長さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】