特開 2024-70150 無人飛行体の推進装置及び無人飛行体

(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】P2024070150

(43)【公開日】2024-05-22

(54)【発明の名称】無人飛行体の推進装置及び無人飛行体

(51)【国際特許分類】

   B64D 9/00 20060101AFI20240515BHJP

   B64C 27/10 20230101ALI20240515BHJP

   B64C 39/02 20060101ALI20240515BHJP

   B64D 27/24 20240101ALI20240515BHJP

   B64D 33/10 20060101ALI20240515BHJP

   H02K 7/14 20060101ALI20240515BHJP

【ＦＩ】

B64D9/00

B64C27/10

B64C39/02

B64D27/24

B64D33/10

H02K7/14 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022180588

(22)【出願日】2022-11-10

(71)【出願人】

【識別番号】000114215

【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100135633

【弁理士】

【氏名又は名称】二宮 浩康

(74)【代理人】

【識別番号】100110733

【弁理士】

【氏名又は名称】鳥野 正司

(74)【代理人】

【識別番号】100120846

【弁理士】

【氏名又は名称】吉川 雅也

(72)【発明者】

【氏名】大塚 誠

【テーマコード（参考）】

5H607

【Ｆターム（参考）】

5H607AA12

5H607BB01

5H607BB14

5H607BB25

5H607BB27

5H607CC05

5H607DD04

5H607FF04

(57)【要約】

【課題】部品の配置の自由度を向上させることができる無人飛行体の推進装置及び無人飛行体を提供する。
【解決手段】無人飛行体１の推進装置４は、２つのプロペラ４３、４４と、２つのプロペラ４３、４３の間にある２つのモータ４１、４２と、モータ４１、４２の回転軸ｘ２方向に延びる部材４５と、を備えている。部材４５は、モータ４１、４２のうちの一方のモータ４２の内部を通過している。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

２つのプロペラと、
前記２つのプロペラの間にある２つのモータと、
前記モータの回転軸方向に延びる部材と、を備え、
前記部材は前記モータのうちの一方のモータの内部を通過している、無人飛行体の推進装置。

【請求項2】

前記一方のモータは筒状の部材を備え、
前記筒状の部材は、空間を有し、
前記部材は、前記空間を通過しており、
前記部材が前記空間から前記プロペラに対して反対側に延びている、請求項１に記載の無人飛行体の推進装置。

【請求項3】

２つの回路基板を備え、
前記２つのモータの間に前記２つの回路基板が配置されている、請求項１又は２に記載の無人飛行体の推進装置。

【請求項4】

前記２つの回路基板のうち、前記一方のモータの側にある一方の回路基板は、前記一方のモータに電気的に接続され、他方の回路基板は、前記２つのモータのうちの他方のモータに電気的に接続されている、請求項３に記載の無人飛行体の推進装置。

【請求項5】

ヒートシンクを備え、
前記ヒートシンクは、前記２つの回路基板の間にある、請求項３に記載の無人飛行体の推進装置。

【請求項6】

ケースを備え、
前記２つの回路基板は、前記ケースに収容されている、請求項３に記載の無人飛行体の推進装置。

【請求項7】

請求項１に記載の推進装置を備える、無人飛行体。

【請求項8】

本体と、前記本体から延在するアームと、を備え、
前記アームは前記２つのモータと前記部材とを支持している、請求項７に記載の無人飛行体。

【請求項9】

前記モータの回転軸方向において、前記２つのモータのうちの他方のモータは、前記アームに対して前記一方のモータの反対側にある、請求項８に記載の無人飛行体。

【請求項10】

前記モータの回転軸方向において、２つの回路基板が、前記アームに対して前記他方のモータの側にある、請求項８又は９に記載の無人飛行体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無人飛行体の推進装置及び無人飛行体に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に開示されるように、無人飛行体の一例であるマルチコプタが広く知られている。このマルチコプタは、フレームと、フレームから放射状に延在する複数のアームと、各アームの先端に取り付けられる１以上のロータユニットと、を備えている。マルチコプタは、フレームの底面に取り付けられる脚部ユニットによって例えば地面に着陸することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－６９６５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

フレームの底面には、脚部ユニットに加えて、カメラや散布装置といった部品が取り付けられている。これらの部品は、脚部ユニットを構成する複数の脚部によって囲まれる空間に配置されなければならない。言い換えると、複数の脚部は、部品の配置スペースの増大を阻む要因となっている。したがって、配置スペースにおける部品の配置の自由度を向上させたいとの要望がある。

【0005】

そこで、本発明は、部品の配置の自由度を向上させることができる無人飛行体の推進装置及び無人飛行体を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る無人飛行体の推進装置は、２つのプロペラと、前記２つのプロペラの間にある２つのモータと、前記モータの回転軸方向に延びる部材と、を備え、前記部材は前記モータのうちの一方のモータの内部を通過している。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の第１実施形態に係る無人飛行体１の構造を概略的に示す部分断面図である。

【図2】一具体例に係る第１モータ４１の構造を概略的に示す推進装置４の一部の断面を示す部分断面図である。

【図3】一具体例に係る第２モータ４２の構造を概略的に示す推進装置４の一部の断面を示す部分断面図である。

【図4】本発明の第２実施形態に係る無人飛行体１Ａの構造を概略的に示す部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る無人飛行体１の構造を概略的に示す部分断面図である。無人飛行体１は、複数のロータすなわち推進装置を搭載したいわゆるマルチコプタである。第１実施形態に係る無人飛行体１は、本体２と、本体２から延在する複数のアーム３と、各アーム３の先端に配置される推進装置４と、を備えている。なお、図１は、本体２の一部と、本体２から延在する複数のアーム３のうちの１つのアーム３と、当該アーム３の先端に配置された推進装置４と、を含む無人飛行体１の一部の断面を示している。

【0009】

以下、説明の便宜上、無人飛行体１の機体中心を通過する中心線ｘ１に沿った方向において、上方向ＵＤの側を上側と規定し、下方向ＤＤの側を下側と規定する。同様に、中心線ｘ１に直交する方向において、中心線ｘ１に向かう内方向ＩＤの側を内側と規定し、中心線ｘ１から離れる外方向ＯＤの側を外側と規定する。なお、本実施形態では、中心線ｘ１は本体２の平面視における中心位置に一致する。また、上側及び下側は、上述したように、説明の便宜上用いるものであり、例えば、無人飛行体１の飛行中の姿勢等における上側及び下側を特定するものではない。ただし、無人飛行体１は、下側に規定される本体２の底面を下側に向けた姿勢で地面等に着陸する。

【0010】

本体２は、中心線ｘ１の周りに広がる筐体１１を備える。図１において、本体２は、中心線ｘ１から一方の側の半分が図示されている。筐体１１内には無人飛行体１の１以上の部品（図示せず）が組み込まれる。部品には、例えば、主回路基板、カメラ、１以上のバッテリ、慣性計測ユニット（ＩＭＵ）、ＧＰＳアンテナ及び方位センサ等が含まれる。主回路基板上の電子部品の働きで例えば無人飛行体１の駆動が制御される。カメラは、例えば筐体１１の底面に３軸回りで回転可能に取り付けられるカメラであってもよい。また、慣性計測ユニット、ＧＰＳアンテナ及び方位センサによって、無人飛行体１の位置や方位、高度、姿勢等が制御される。バッテリは、他の各種部品や後述の推進装置４に電流を供給することができる。

【0011】

各アーム３の先端には推進装置４が配置されている。推進装置４は、２つの第１モータ４１及び第２モータ４２と、２つの第１プロペラ４３及び第２プロペラ４４と、を備える。第１モータ４１及び第２モータ４２は、相互に同軸の回転軸線ｘ２を規定する。回転軸線ｘ２は、例えば、中心線ｘ１に平行に規定される。第１モータ４１は、第１モータ４１より上側に配置される第１プロペラ４３を回転軸線ｘ２回りで回転させる。同様に、第２モータ４２は、第２モータ４２より下側に配置される第２プロペラ４４を回転軸線ｘ２回りで回転させる。すなわち、２つの第１プロペラ４３及び第２プロペラ４４の間に２つの第１モータ４１及び第２モータ４２が配置されている。

【0012】

回転軸線ｘ２の方向において、第１モータ４１及び第１プロペラ４３はアーム３より上側に配置される一方で、第２モータ４２及び第２プロペラ４４は、アーム３に対して第１モータ４１及び第１プロペラ４３の反対側すなわちアーム３より下側に配置される。本実施形態では、第１プロペラ４３及び第２プロペラ４４は、相互に逆向きに回転するように構成される。推進装置４は、いわゆる二重反転ロータとして機能する。第１プロペラ４３及び第２プロペラ４４は、例えば、回転軸線ｘ２に直行する方向に相互に反対向きに延在する一対の羽根から構成される。第１プロペラ４３及び第２プロペラ４４はシングルブレードのプロペラである。なお、第１モータ４１及び第２モータ４２の詳細については後述する。

【0013】

推進装置４は、アーム３から下側に向かって回転軸線ｘ２の方向に延在する部材４５を備えている。部材４５は、第２モータ４２の内部を通過して第２モータ４２から下側に突出している。部材４５は、アーム３に取り付けられることが好ましいが、アーム３に一体的に形成されてもよい。例えばアーム３は、中空の円筒状に形成されてもよい。一方で、部材４５は、中空の円筒状又は中実の円柱状に形成されてもよい。各アーム３からこの部材４５が下側に延在することによって、部材４５は、無人飛行体１の支持脚を構成する。すなわち、部材４５は、無人飛行体１の着陸時に地面等に受け止められて本体２を支持する。なお、複数の部材４５で無人飛行体１が支持される限り、すべてのアーム３から部材４５が延在している必要はない。

【0014】

推進装置４は、２つの第１回路基板４６及び第２回路基板４７を備える。第１回路基板４６及び第２回路基板４７は、電子式スピードコントローラ（ＥＳＣ）であり、例えば平板状のプリント回路基板である。上側に配置された第１回路基板４６は、第１モータ４１に電気的に接続されて、第１モータ４１の回転速度を制御する。一方で、下側に配置された第２回路基板４７は、第２モータ４２に電気的に接続されて、第２モータ４２の回転速度を制御する。第１モータ４１及び第２モータ４２には、筐体１１内に組み込まれたバッテリからそれぞれ電流が供給される。電流の供給にあたって、筐体１１のバッテリからアーム３内の空間を通って第１回路基板４６及び第２回路基板４７まで延びる配線（図示せず）が用いられる。第１回路基板４６及び第２回路基板４７には、１又は複数の電子部品が搭載されている。

【0015】

推進装置４は、第１回路基板４６及び第２回路基板４７の間に配置された放熱部品すなわちヒートシンク４８を備えている。ヒートシンク４８は、例えば、平板状の金属板から形成される。金属板は例えばアルミニウム等の高熱伝導性の金属材料から形成される。ヒートシンク４８は、一方の表面すなわち上面で第１回路基板４６の下面に実装された電子部品（図示せず）に接触する一方で、他方の表面すなわち下面で第２回路基板４７の上面に実装された電子部品（図示せず）に接触する。こうして、第１回路基板４６及び第２回路基板４７上の電子部品で発生した熱は、ヒートシンク４８に伝導されてヒートシンク４８から空気中に放出される。

【0016】

推進装置４は、第１回路基板４６及び第２回路基板４７並びにヒートシンク４８を収容するケース４９を備えている。ケース４９は、アーム３の先端の近傍に取り付けられることが好ましいが、アーム３の先端に一体的に形成されてもよい。なお、本体２の筐体１１、アーム３、部材４５及びケース４９は、例えば、樹脂材料から形成される。本実施形態では、ケース４９は、アーム３の上側に取り付けられている。ケース４９の上側に第１モータ４１が取り付けられている。このようにして、アーム３は、第１モータ４１、第２モータ４２、第１プロペラ４３、第２プロペラ４４、部材４５、第１回路基板４６、第２回路基板４７、ヒートシンク４８及びケース４９を支持している。

【0017】

ケース４９に収容された第１回路基板４６及び第２回路基板４７並びにヒートシンク４８は、アーム３より上側に配置されている。上述したように、ケース４９の上側には第１モータ４１が取り付けられている。したがって、第１回路基板４６及び第２回路基板４７並びにヒートシンク４８は、回転軸線ｘ２の方向において、アーム３に対して第１モータ４１側に配置されている。一方で、第２モータ４２は、アーム３より下側に配置されている。したがって、第１回路基板４６及び第２回路基板４７は第１モータ４１及び第２モータ４２の間に配置されている。

【0018】

図２は、一具体例に係る第１モータ４１の構造を概略的に示す推進装置４の一部の断面を示す部分断面図である。第１モータ４１は、例えばアウターロータ型のモータである。第１モータ４１は、ステータ４１０と、回転軸線ｘ２回りにステータ４１０に回転可能に支持されるロータ４１１と、を備えている。ステータ４１０は、例えばねじ等の締結部品（図示せず）によって推進装置４のケース４９に取り付けられるベース４１２を備えている。ベース４１２の円筒状の外周面にはステータコア４１３が取り付けられている。このステータコア４１３には複数のコイル４１４が巻き付けられている。ステータコア４１３は、例えば磁性材料の積層体から形成されている。

【0019】

一方で、ロータ４１１は、上側からベース４１２に覆い被さる例えば円盤状のホルダ４１５を備えている。ホルダ４１５の外周縁には円筒状のヨーク４１６が取り付けられている。ヨーク４１６の内周面には円筒状のマグネット（永久磁石）４１７が取り付けられている。マグネット４１７の内周面は、ステータコア４１３の外周面に空隙を介して対向している。ホルダ４１５は、回転軸線ｘ２周りに円筒状に延びるシャフト４１５ａを備えている。一方で、ベース４１２は、シャフト４１５ａの外周側で回転軸線ｘ２周りに円筒状に延びるスリーブ４１２ａを備えている。シャフト４１５ａ及びスリーブ４１２ａの間には、回転軸線ｘ２の方向に配列された２つの軸受４１８、４１８が保持されている。軸受４１８は、例えばボールベアリングである。

【0020】

ホルダ４１５の上端には、例えばねじ等の締結部品（図示せず）によって第１プロペラ４３が取り付けられている。一方で、上述したように、ベース４１２は、推進装置４のケース４９に取り付けられている。このような第１モータ４１では、ステータ４１０のコイル４１４に電流が供給されると、ステータコア４１３で磁界が発生する。こうして発生した磁界と、ロータ４１１のマグネット４１７で生じた磁界との相互作用により、ロータ４１１すなわちシャフト４１５ａが、回転軸線ｘ２回りでステータ４１０に対して相対回転する。その結果、第１プロペラ４３は回転軸線ｘ２回りで回転することができる。

【0021】

図３は、一具体例に係る第２モータ４２の構造を概略的に示す推進装置４の一部の断面を示す部分断面図である。第２モータ４２は、第１モータ４１を上下逆さまに反転させた構成とほぼ同様の構成を有している。すなわち、第２モータ４２は、ステータ４２０と、回転軸線ｘ２回りにステータ４２０に回転可能に支持されるロータ４２１と、を備えている。ステータ４２０は、例えばねじ等の締結部品（図示せず）によってアーム３に取り付けられるベース４２２を備えている。ベース４２２の円筒状の外周面にはステータコア４２３が取り付けられている。このステータコア４２３には複数のコイル４２４が巻き付けられている。

【0022】

一方で、ロータ４２１は、下側からベース４２２に覆い被さる例えば円盤状のホルダ４２５を備えている。ホルダ４２５の外周縁には円筒状のヨーク４２６が取り付けられている。ヨーク４２６の内周面には円筒状のマグネット（永久磁石）４２７が取り付けられている。マグネット４２７の内周面は、ステータコア４２３の外周面に空隙を介して対向している。ホルダ４２５は、回転軸線ｘ２周りに円筒状に延びるシャフト４２５ａを備えている。一方で、ベース４２２は、シャフト４２５ａの外周側で回転軸線ｘ２周りに円筒状に延びるスリーブ４２２ａを備えている。シャフト４２５ａ及びスリーブ４２２ａの間には、回転軸線ｘ２の方向に配列された２つの軸受４２８、４２８が保持されている。

【0023】

ホルダ４２５の下端には、例えばねじ等の締結部品（図示せず）によって第２プロペラ４４が取り付けられている。本実施形態では、ホルダ４２５のシャフト４２５ａ又はベース４２２のスリーブ４２２ａが本発明の筒状の部材を構成する。ホルダ４２５のシャフト４２５ａ又はベース４２２のスリーブ４２２ａは、回転軸線ｘ２に沿ってほぼ円柱状の空間４２９を形成する。また、第２プロペラ４４には、空間４２９に連続するほぼ円柱状の空間４４ａが形成される。その結果、アーム３から回転軸線ｘ２に沿って延在する部材４５は、これらの空間４２９、４４ａを通過して第２プロペラ４４に対して反対側に延びている。

【0024】

このような第２モータ４２では、第１モータ４１と同様に、ステータ４２０のコイル４２４に電流が供給されると、ステータコア４２３で磁界が発生する。こうして発生した磁界と、ロータ４２１のマグネット４２７で生じた磁界との相互作用により、ロータ４２１すなわちシャフト４２５ａが、回転軸線ｘ２回りでステータ４２０に対して相対回転する。その結果、第２プロペラ４４は回転軸線ｘ２回りで回転することができる。なお、第２モータ４２がいわゆるインナーロータ型のモータである場合、円筒状のシャフトやマグネットが本発明の筒状の部材を構成する。

【0025】

以上のような無人飛行体１によれば、２つの第１プロペラ４３及び第２プロペラ４４の間に２つの第１モータ４１及び第２モータ４２が配置され、部材４５が第２プロペラ４２の内部を通過している。この部材４５は、例えば、無人飛行体１の支持脚として機能することができる。したがって、本体１０の底面から下側の下方空間における部品の配置スペースを拡大することができる。配置スペースにおける部品の配置の自由度を向上させることができる。具体的には、本体１０の底面に、これまでよりも大きな部品、例えば、薬品の散布装置用のタンクやカメラを取り付けることができる。

【0026】

また、本体１０に支持脚を取り付ける場合と比べて、アーム３の先端に支持脚としての部材４５を取り付けることによって本体１０から離れた位置で本体１０を支持することができる。したがって、本体１０はより安定的に支持される。さらに、第１回路基板４６及び第２回路基板４７がアーム３の上側に配置されるので、１つのケース４９が第１回路基板４６及び第２回路基板４７を収容することができる。その結果、第１回路基板４６及び第２回路基板４７をそれぞれケースで収容する場合に比べて、部品点数を削減することができる。しかも、１つのケース４９で容易に第１回路基板４６及び第２回路基板４７の防水防塵性能を確保することができる。また、第１回路基板４６及び第２回路基板４７に１つのヒートシンク４８を兼用することができる。

【0027】

またさらに、第２回路基板４７はアーム３の上側に配置されるので、アーム３から下側に延びる部材４５は第２回路基板４７に干渉しない。したがって、第２回路基板４７には、部材４５が通過するための空間すなわち孔を形成する必要性を低減し、第２回路基板４７の一面を、複数の電子部品を搭載するエリアにすることができる。一般に、電子式スピードコントローラ（ＥＳＣ）の部品集積率は高いので、第２回路基板４７に孔を形成することによる基板のサイズの増大や電子部品の配置変更に伴うコスト増加を回避することができる。また、第１回路基板４６及び第２回路基板４７がアーム３の先端の近傍すなわち第１モータ４１及び第２モータ４２の近傍に配置されるので、第１回路基板４６及び第２回路基板４７が本体１０の筐体１１内に配置される場合に比べて、基板及びモータ間の配線を短くすることができる。その結果、配線の長さが増大することによって生じる電圧ドロップ及び抵抗値の増大を回避することができる。

【0028】

図４は、本発明の第２実施形態に係る無人飛行体１Ａの構成を概略的に示す部分断面図である。第１実施形態に係る無人飛行体１と同様の構成については同一の符号を付して、ここでの重複した説明を省略する。以下、第１実施形態に係る無人飛行体１の構成と相違する構成について説明する。第２実施形態に係る無人飛行体１Ａは推進装置４Ａを備えている。推進装置４Ａは、アーム３の上側に配置された第１回路基板４６と、アーム３の下側に配置された第２回路基板４７Ａと、を備えている。第２回路基板４７Ａは、第２モータ４２に電気的に接続されて、第２モータ４２の回転速度を制御する。

【0029】

第１回路基板４６は、アーム３の上側に取り付けられるケース４９Ａに収容される。第１モータ４１はケース４９Ａの上側に取り付けられる。一方で、第２回路基板４７Ａは、アーム３の下側に取り付けられるケース４９Ｂに収容される。ケース４９Ｂの下側に第２モータ４２が取り付けられる。第２回路基板４７Ａには、部材４５を通過させる空間すなわち孔５０が形成される。孔５０は、第２回路基板４７Ａの輪郭から内側に形成されてもよく、又は、第２回路基板４７Ａの輪郭に接して形成されてもよい。さらに、ケース４９Ｂには、同様に部材４５を通過させる空間すなわち孔５１が形成される。孔５０、５１は第２モータ４２の空間４２９に連続する。

【0030】

以上のような無人飛行体１Ａによれば、無人飛行体１と同様に、２つの第１プロペラ４３及び第２プロペラ４４の間に２つの第１モータ４１及び第２プロペラ４２が配置され、部材４５が第２プロペラ４２の内部を通過している。この部材４５は、例えば、無人飛行体１の支持脚として機能することができる。したがって、本体１０の底面から下側の下方空間における部品の配置スペースを拡大することができる。配置スペースにおける部品の配置の自由度を向上させることができる。具体的には、本体１０の底面に、これまでよりも大きな部品、例えば、薬品の散布装置用のタンクやカメラを取り付けることができる。

【0031】

以上、上記実施形態を通じて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に様々な変更又は改良を加えることができることが当業者には明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【0032】

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。上記実施形態が備える各構成要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。また、技術的に矛盾しない範囲において、異なる実施形態で示した構成要素同士を部分的に置換し又は組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0033】

１、１Ａ 無人飛行体、２ 本体、３ アーム、４、４Ａ 推進装置、４１ 第１モータ（モータ）、４１０ ステータ、４１１ ロータ、４１２ ベース、４１２ａ スリーブ、４１３ ステータコア、４１４ コイル、４１５ ホルダ、４１５ａ シャフト、４１６ ヨーク、４１７ マグネット、４１８ 軸受、４２ 第２モータ（モータ）、４２０ ステータ、４２１ ロータ、４２２ ベース、４２２ａ スリーブ、４２３ ステータコア、４２４ コイル、４２５ ホルダ、４２５ａ シャフト、４２６ ヨーク、４２７ マグネット、４２８ 軸受、４３ 第１プロペラ（プロペラ）、４４ 第２プロペラ（プロペラ）、４４ａ 空間、４５ 部材、４６ 第１回路基板（回路基板）、４７、４７Ａ 第２回路基板（回路基板）、４８ ヒートシンク、４９、４９Ａ、４９Ｂ ケース、５０ 孔（空間）、５１ 孔（空間）、ＵＤ 上方向、ＤＤ 下方向、ＩＤ 内方向、ＯＤ 外方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】