特許 7144047 移動体、及び高空移動システム

(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】

(24)【登録日】2022-09-20

(45)【発行日】2022-09-29

(54)【発明の名称】移動体、及び高空移動システム

(51)【国際特許分類】

   B64C 39/02 20060101AFI20220921BHJP

   B64B 1/50 20060101ALI20220921BHJP

   B64C 31/06 20200101ALI20220921BHJP

   B64D 27/24 20060101ALI20220921BHJP

   B64F 1/12 20060101ALI20220921BHJP

【ＦＩ】

B64C39/02

B64B1/50

B64C31/06

B64D27/24

B64F1/12

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2018215489

(22)【出願日】2018-11-16

(65)【公開番号】P2020082788

(43)【公開日】2020-06-04

【審査請求日】2021-07-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(72)【発明者】

【氏名】市毛 敬介

(72)【発明者】

【氏名】河上 充佳

(72)【発明者】

【氏名】深川 建

(72)【発明者】

【氏名】板倉 英二

【審査官】林 政道

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－２２２２４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１７４９３２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１１４９８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０１９５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－００５９４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１９８１８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０９２０５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００１－５２６６０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／０１７６４３２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６４Ｃ ３９／００－３９／０２

Ｂ６４Ｂ １／５０

Ｂ６４Ｃ ３１／０６

Ｂ６４Ｄ ２７／２４

Ｂ６４Ｆ １／１２

Ｂ６１Ｂ ９／００

Ｂ６６Ｂ ９／０２

Ｂ６６Ｂ １／００－ １／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

地上または海上と高空との間に架け渡された索道に係合する移動体本体と、
前記移動体本体に設けられ、前記索道に密着して前記索道へ回転駆動力を伝達し、前記移動体本体を前記索道に沿って移動させる駆動力伝達部と、
前記移動体本体に設けられ、風を受けて揚力により前記移動体本体へ上方向の移動力を作用させる、揚力発生部と、
前記揚力発生部からの揚力による移動中、及び、下方向への重力による移動中に、前記駆動力伝達部からの回転駆動力を受けて発電する発電部と、
電力により回転駆動力を発生させ、前記駆動力伝達部を介して前記移動体本体を前記索道に沿って移動させる駆動部と、
前記発電部による発電により得られた電力を蓄電すると共に、電力を前記駆動部へ供給する蓄電部と、
を備えた移動体。

【請求項2】

前記駆動力伝達部は、前記索道を挟持するように外周面が配置されたローラー対と、前記ローラー対の外周面を前記索道へ押し付ける押付部と、を有する、請求項１に記載の移動体。

【請求項3】

前記発電部及び前記駆動部は、モータジェネレータで兼用とされている、請求項１に記載の移動体。

【請求項4】

前記揚力発生部は、受ける風に対する迎角を変えて、前記移動体本体へ作用させる移動力の方向を上方向または下方向に切換える切換部を有している、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の移動体。

【請求項5】

前記移動体本体に設けられ、前記索道をグリップして前記索道と前記移動体本体との相対移動を阻止して前記移動体本体の高度を保持する落下防止装置、を備えた、請求項１～４のいずれか１項に記載の移動体。

【請求項6】

前記移動体本体の上端及び下端の少なくとも一方から延出されつつ前記索道に沿って配置され、前記移動体本体の前記索道と離れる方向の移動を規制する索道姿勢安定部、を備えた、請求項１～５のいずれか１項に記載の移動体。

【請求項7】

前記揚力発生部により前記移動体本体へ上方向の移動力を作用させる風力が発生している風力有状態か否かを判断する風力判断部と、
前記風力判断部により風力有状態であると判断された場合には、前記駆動部の駆動を停止すると共に前記揚力発生部からの揚力により前記移動体本体を前記索道に沿って移動させる制御部と、
を備えた、請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の移動体。

【請求項8】

前記風力判断部により風力有状態であると判断された場合、または、前記移動体本体の移動方向が下方向である場合に、前記制御部は、前記駆動力伝達部からの回転駆動力を受けて前記発電部で発電するように前記駆動力伝達部及び前記発電部を制御する、請求項７に記載の移動体。

【請求項9】

地上または海上に設置されたベース施設と、
高空に配置された高空飛翔体と、
前記ベース施設と前記高空飛翔体との間に架け渡された索道と、
前記索道に係合し、前記ベース施設と前記高空飛翔体との間を移動する、請求項１～請求項８のいずれか１項に記載の移動体と、
を備えた高空移動システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、風力と電力を動力源として移動する移動体、及び、この移動体を備えた高空移動システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、高空に基地を設置し、通信、観測、輸送、発電などに使用するアイデアが提案されている。例えば、特許文献１では、飛行船を成層圏プラットフォームとして活用される技術が開示されている。成層圏では、地上付近と比較して風が強いため、飛行船を滞空させるために大量のエネルギーを消費してしまう。

【0003】

一方、特許文献２には、高空の空気静力浮揚体と地上設備を固定用のケーブルでつなぐ技術が開示されている。地上設備に固定用ケーブルで係留することにより、高空の空気静力浮揚体を滞空させるためのエネルギー消費量を低減することができる。また、特許文献２では、輸送用ケーブルの巻き出し、巻き込みにより、輸送用ケーブルに固定したキャビンを、高空と地上の間で移動させ、乗客輸送用として用いている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００４－０９８７２１号公報

【文献】特表２００１－５２６６０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このように、高空と地上の間で、物資や人の輸送のために移動体を移動させる場合、移動のための動力が必要であり、どのように動力を確保するかについて、工夫が必要である。

【0006】

本発明は、上記事実を考慮して成されたものであり、省エネルギーで、地上と高空との間を移動することが可能な移動体、及び高空移動システム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】

【0007】

請求項１に記載の移動体は、地上または海上と高空との間に架け渡された索道に係合する移動体本体と、前記移動体本体に設けられ、前記索道に密着して前記索道へ回転駆動力を伝達し、前記移動体本体を前記索道に沿って移動させる駆動力伝達部と、前記移動体本体に設けられ、風を受けて揚力により前記移動体本体へ上方向の移動力を作用させる、揚力発生部と、前記揚力発生部からの揚力による移動中、及び、下方向への重力による移動中に、前記駆動力伝達部からの回転駆動力を受けて発電する発電部と、電力により回転駆動力を発生させ、前記駆動力伝達部を介して前記移動体本体を前記索道に沿って移動させる駆動部と、前記発電部による発電により得られた電力を蓄電すると共に、電力を前記駆動部へ供給する蓄電部と、を備えている。

【0008】

請求項１に係る移動体は、移動体本体を備えている。移動体本体は、地上または海上と高空との間に架け渡された索道に係合している。移動体本体には、駆動力伝達部、揚力発生部が設けられている。駆動力伝達部は、索道に密着して索道へ回転駆動力を伝達し、移動体本体を索道に沿って移動させる。揚力発生部は、風を受けて揚力により移動体本体へ上方向の移動力を作用させる。

【0009】

また、移動体は、発電部、駆動部、蓄電部を備えている。発電部は、揚力発生部からの揚力による移動中、及び、下方向への重力による移動中に、駆動力伝達部からの回転駆動力を受けて発電する。駆動部は、電力により回転駆動力を発生させ、駆動力伝達部を介して移動体本体を索道に沿って移動させる。蓄電部は、発電部による発電により得られた電力を蓄電すると共に、電力を駆動部へ供給する。

【0010】

本発明の移動体は、揚力発生部を有しているので、風力を利用して、移動体本体を上方向へ移動させることができる。また、駆動部を有しているので、風力を利用できない時には、電力により移動体を索道に沿って移動させることができる。すなわち、風力の有無により、移動体本体を移動させるための動力源を切り換えて、省エネルギーで、地上と高空との間で移動体を移動させることができる。

【0011】

また、揚力発生部からの揚力による移動中、及び、下方向への重力による移動中に発電部で発電し、発電により得られた電力を蓄電部に蓄電して、当該電力を駆動部へ供給する。したがって、移動中の運動エネルギーを電力に変換して、効率的に電力を蓄えることができる。

【0012】

請求項２に記載の移動体は、前記駆動力伝達部は、前記索道を挟持するように外周面が配置されたローラー対と、前記ローラー対の外周面を前記索道へ押し付ける押付部と、を有する。

【0013】

請求項２に係る移動体では、駆動力伝達部が、ローラー対と、押付部を有している。ローラー対は、索道を挟持するように外周面が配置されている。押付部でローラー対の外周面を索道へ押し付けることにより、移動体本体に駆動部からの回転駆動力を伝達することができると共に、移動体本体の移動により発生する回転駆動力を受けることもできる。

【0014】

請求項３に記載の移動体は、前記発電部及び前記駆動部は、モータジェネレータで兼用とされている。

【0015】

請求項３に係る移動体では、発電部及び駆動部を、モータジェネレータで兼用することにより、部品点数を少なくすることができる。

【0016】

請求項４に記載の移動体は、前記揚力発生部は、受ける風に対する迎角を変えて、前記移動体本体へ作用させる移動力の方向を上方向または下方向に切換える切換部を有している。

【0017】

請求項４に係る移動体によれば、切換部により風を動力として移動する場合の移動方向を切り換えることができる。

【0018】

請求項５に記載の移動体は、前記移動体本体に設けられ、前記索道をグリップして前記索道と前記移動体本体との相対移動を阻止して前記移動体本体の高度を保持する落下防止装置、を備えている。

【0019】

請求項５に係る移動体によれば、落下防止装置により、移動体本体の落下を阻止することができる。

【0020】

請求項６に記載の移動体は、前記移動体本体の上端及び下端の少なくとも一方から延出されつつ前記索道に沿って配置され、前記移動体本体の前記索道と離れる方向の移動を規制する索道姿勢安定部、を備えている。

【0021】

請求項６に係る移動体によれば、索道姿勢安定部を備えているので、移動体本体が索道と離れる方向の移動が移動体本体の上端及び下端から延出された位置で規制され、索道に対する移動体本体の姿勢を安定させることができる。

【0022】

請求項７に記載の移動体は、前記揚力発生部により前記移動体本体へ上方向の移動力を作用させる風力が発生している風力有状態か否かを判断する風力判断部と、前記風力判断部により風力有状態であると判断された場合には、前記駆動部の駆動を停止すると共に前記揚力発生部からの揚力により前記移動体本体を前記索道に沿って移動させる制御部と、を備えている。

【0023】

請求項７に記載の移動体では、風力判断部により風力有状態であると判断された場合には、駆動部の駆動を停止すると共に揚力発生部からの揚力により移動体本体を索道に沿って移動させる。したがって、風力の状態に応じて、適切に移動体の動力源を用いることができる。

【0024】

請求項８に記載の移動体は、前記風力判断部により風力有状態であると判断された場合、または、前記移動体本体の移動方向が下方向である場合に、前記制御部は、前記駆動力伝達部からの回転駆動力を受けて前記発電部で発電するように前記駆動力伝達部及び前記発電部を制御する。

【0025】

請求項８に記載の移動体では、風力判断部により風力有状態であると判断された場合、または、移動体本体の移動方向が下方向である場合に、駆動力伝達部からの回転駆動力を受けて発電部で発電する。したがって、移動体の移動状態に応じて、適切に移動体での発電を行うことができる。

【0026】

請求項９に記載の高空移動システムは、地上または海上に設置されたベース施設と、高空に配置された高空飛翔体と、前記ベース施設と前記高空飛翔体との間に架け渡された索道と、前記索道に係合し、前記ベース施設と前記高空飛翔体との間を移動する、請求項１～請求項８のいずれか１項に記載の移動体と、を備えている。

【0027】

請求項９に記載の高空移動システムは、風力を利用して、移動体本体を上方向へ移動させると共に、風力を利用できない時には、電力により索道に沿って移動させることができる移動体を有しているので、移動体本体を移動させるための動力源を切り換えて、省エネルギーで、地上（海上）と高空との間で移動体を移動させることができる。

【0028】

また、揚力発生部からの揚力による移動中、及び、下方向への重力による移動中に発電部で発電し、発電により得られた電力を蓄電部に蓄電して、当該電力を駆動部へ供給するので、移動中の運動エネルギーを電力に変換して、効率的に電力を蓄えることができる。

【発明の効果】

【0029】

以上説明したように、本発明によれば、省エネルギーで、地上と高空との間を移動することができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】本実施形態に係る高空移動システムの概略図である。

【図2】本実施形態に係る移動体の正面図である。

【図3】本実施形態に係る移動体の側面図である。

【図4】本実施形態に係る移動体の上面図である。

【図5】本実施形態に係る移動体の制御系の構成を示すブロック図である。

【図6】本実施形態の主翼部の（Ａ）は上昇位置に配置された状態、（Ｂ）は下降位置に配置された状態、を示す説明図である。

【図7】本実施形態に係る移動体の上面図であり、主翼部が移動体本体に対して回転した状態を示す図である。

【図8】本実施形態の駆動伝達部とケーブルとの関係を示す図であり、（Ａ）はケーブルの長さ方向から見た図であり、（Ｂ）はケーブルの側方から見た図である。

【図9】本実施形態のブレーキ機構の説明図である。

【図10】本実施形態の駆動モードを説明する表である。

【図11】本実施形態の駆動モードの駆動エネルギーの流れを示す説明図である。

【図12】本実施形態の移動運転処理のフローチャートである。

【図13】本実施形態の空気力駆動非発電モード処理のフローチャートである。

【図14】本実施形態の空気力駆動発電モード処理のフローチャートである。

【図15】本実施形態の電気力駆動非発電モード処理のフローチャートである。

【図16】本実施形態の落下駆動発電モード処理のフローチャートである。

【図17】本実施形態の第１ローラー及び第２ローラーがケーブルとの間で相対移動する動作を説明する図である。

【図18】本実施形態の変形例であり、第１ローラーにケーブルが巻き架けられた状態を示す図である。

【図19】本実施形態の変形例の落下駆動非発電モードのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0031】

本実施形態の高空移動システム１０について、図面を参照して説明する。なお、図中の矢印ＵＰは鉛直上方向を示し、矢印ＤＮは鉛直下方向を示している。図1に示すように、本実施形態の高空移動システム１０は、地上ステーション１２、高空飛翔体１４、ケーブル１６、を備えている。

【0032】

地上ステーション１２は、地上に設置されている。高空飛翔体１４は、成層圏に浮遊する飛翔体であり、成層圏プラットフォームとして機能する。ケーブル１６は、地上ステーション１２と高空飛翔体１４の間にかけ渡され、両者を接続し、高空飛翔体１４を地上ステーション１２に係留している。なお、地上ステーションは、海上に設置された海上ステーションであってもよい。

【0033】

ケーブル１６には、移動体２０が係合されている。移動体２０は、図２～図４に示すように、移動体本体２２、揚力発生部３０、駆動力伝達部４０、モータジェネレータ５０、バッテリー５８、制御部６０を備えている。

【0034】

移動体本体２２は、筐体２４、ベース部２６を備えている。筐体２４は、中空の箱状とされている。筐体２４内には、駆動力伝達部４０、モータジェネレータ５０、バッテリー５８、高度計５９、制御部６０が配置されている。ベース部２６は、板状とされており、板面で筐体２４の上部開口を閉鎖するように筐体２４の上部に配置されている。筐体２４及びベース部２６には、ケーブル１６を挿通するための孔２４Ｈ、２６Ｈが、各々形成されている。

【0035】

ベース部２６の上側で孔２６Ｈを避けた位置には、回転台２７が配置されている。回転台２７は、円板状とされ、円板の中心Ｏ周りに回転可能にベース部２６へ取り付けられている。

【0036】

図５に示されるように、制御部６０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：プロセッサ）６０Ａ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）６０Ｂ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）６０Ｃ、ストレージ６０Ｄ、入出力インターフェース（Ｉ／Ｆ）６０Ｅ、を有する。各構成は、バス６２を介して相互に通信可能に接続されている。

【0037】

ＣＰＵ６０Ａは、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、各部を制御したりする。すなわち、ＣＰＵ６０Ａは、ＲＯＭ６０Ｂまたはストレージ６０Ｄからプログラムを読み出し、ＲＡＭ６０Ｃを作業領域としてプログラムを実行する。ＣＰＵ６０Ａは、ＲＯＭ６０Ｂまたはストレージ６０Ｄに記録されているプログラムにしたがって、上記各構成の制御および各種の演算処理を行う。

【0038】

ＲＯＭ６０Ｂは、各種プログラムおよび各種データを格納する。ＲＡＭ６０Ｃは、作業領域として一時的にプログラムまたはデータを記憶する。ストレージ６０Ｄは、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）またはＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）により構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラム、および各種データを格納する。本実施形態では、ＲＯＭ６０Ｂまたはストレージ６０Ｄには、後述する移動体運転処理を実行するためのプログラム等が格納されている。入出力Ｉ／Ｆ６０Ｅは、信号線を介して翼アクチュエーター３６、伝達アクチュエーター４６、ブレーキアクチュエーター７２、モータジェネレータ５０、スイッチ４５、バッテリー５８、風速計５７、及び高度計５９と接続されている。

【0039】

回転台２７の上には、一対の支持部２８が立設されており、支持部２８に揚力発生部３０が取り付けられている。揚力発生部３０は、翼状とされ、図２に示されるように、正面から見て支持部２８の両外側へ延出される主翼部３２と、主翼部３２の両端部から上方へ屈曲する垂直翼部３４を有している。主翼部３２には、正面から見て左右方向の中央部に長尺円柱状の軸部３２Ａが形成されている。軸部３２Ａは、一対の支持部２８に形成された軸受孔２８Ａに挿通され、軸受孔２８Ａに回転可能に軸支持されている。

【0040】

主翼部３２の前方上部には、風速計５７が設けられている。風速計５７は、前方から受ける風速を計測する。風速計５７は、制御部６０と接続されており、制御部６０へ風速を出力する。

【0041】

回転台２７の回転により、揚力発生部３０は、ベース部２６に対して中心Ｏ周りに回転可能となっている。揚力発生部３０における前後方向は、主翼部３２の前後方向となり、図６に矢印Ｆで前方が示され、矢印Ｒで後方が示されている。

【0042】

図３に示されるように、回転台２７上には、支持部２８を挟んでベース部２６の孔２６Ｈと反対側に、翼アクチュエーター３６が設けられている。翼アクチュエーター３６は、箱状の本体部３６Ａ、及び本体部３６Ａから上方へ立設された上下動軸３６Ｂを有している。本体部３６Ａの内部には、駆動源となるアクチュエーターや配線等が配置されている。アクチュエーターとしては、例えば、電気系のソレノイドを用いることができる。翼アクチュエーター３６は、制御部６０と接続されており、制御部６０からの信号によりオン／オフが制御される。

【0043】

上下動軸３６Ｂは、アクチュエーターによる駆動力を上下動に変換する。上下動軸３６Ｂは、連結プレート３２Ｂに取り付けられている。連結プレート３２Ｂは、図４に示されるように、一対の板で形成されており、一端が上下動軸３６Ｂに対して回転可能に取り付けられており、主翼部３２の前方へ延出されている。延出された前部は、軸部３２Ａに固定されている。上下動軸３６Ｂが上下方向に移動することにより、揚力発生部３０は軸部３２Ａを中心に回動し、主翼部３２の迎角が調整される。

【0044】

図６（Ａ）に示すように、上下動軸３６Ｂが下方向に移動して、主翼部３２が矢印Ｚ１方向へ回転して前側が上向きとなると、前方からの風Ｗを受けて主翼部３２へ鉛直方向上向きの空気力（揚力）（矢印ＵＰ）が作用する。一方、図６（Ｂ）に示すように、上下動軸３６Ｂが上方向に移動して、主翼部３２が矢印Ｚ２方向へ回転しての前側が下向きとなると、前方からの風Ｗを受けて主翼部３２へ鉛直方向下向きの空気力（矢印ＤＮ）が作用する。主翼部３２へ鉛直方向上向きの空気力（揚力）を作用させる主翼部３２の位置を「上昇位置Ｐ１」と称し、主翼部３２へ鉛直方向下向きの空気力を作用させる主翼部３２の位置を「下降位置Ｐ２」と称する。なお、上昇位置Ｐ１、下降位置Ｐ２は、迎角を調整することで、各々風の強さに応じて複数の位置をとることができる。

【0045】

垂直翼部３４は、主翼部３２に対して、回転台２７の中心Ｏよりも後方に配置されている。垂直翼部３４には、風に対して正対するように空気力が作用し、回転台２７が中心Ｏを中心に回転する。すなわち、垂直翼部３４により、主翼部３２が風に対して常に正対する方向へ向くように、ヨーモーメントが発生する。例えば、図７に示されるように、矢印Ｗ１方向の風向きであった場合、ベース部２６に対して位置Ｙ１に配置されていた主翼部３２は、矢印Ｙ方向に回転して、位置Ｙ２に配置される。

【0046】

図２及び図３に示されるように、ケーブル１６は、筐体２４及びベース部２６を貫通し、駆動力伝達部４０は、筐体２４の内部でケーブル１６を保持している。図８（Ａ）（Ｂ）に示されるように、駆動力伝達部４０は、 第１ローラー４２、 第２ローラー４３、ローラー保持部４４、伝達アクチュエーター４６、 コイルスプリング４８、を備えている。第１ローラー４２は、後述するモータジェネレータ５０の軸部５２に取り付けられており、当該軸部５２を中心に軸部５２と共に回転可能となっている。第１ローラー４２は、外周に溝４２Ａが形成されており、溝４２Ａにケーブル１６が係合されている。

【0047】

第２ローラー４３は、第１ローラー４２と外周が対向するように配置されており、第１ローラー４２の外周と第２ローラー４３の外周との間で、ケーブル１６を挟持する。第２ローラー４３の回転軸４３Ａは、ローラー保持部４４に軸支持されている。ローラー保持部４４は、互いに離間配置された一対の受部４４Ａ、一対の受部４４Ａ同士を連結する保持本体４４Ｂを有している。

【0048】

保持本体４４Ｂの第１ローラー４２と反対側には、伝達アクチュエーター４６が配置されている。伝達アクチュエーター４６は、一例として、電気系アクチュエーターとして、ソレノイドを用いることができる。伝達アクチュエーター４６は、アクチュエーター本体部４６Ａ、及び軸部４６Ｂを有している。アクチュエーター本体部４６Ａは、筐体２４に固定されている。軸部４６Ｂは、伝達アクチュエーター４６の駆動により、第１ローラー４２と近づく方向及び離間する方向に移動可能となっている。軸部４６Ｂの一端側は、アクチュエーター本体部４６Ａに固定され、軸部４６Ｂの他端側は、保持本体４４Ｂに固定されている。

【0049】

軸部４６Ｂの外周には、コイルスプリング４８が配置されている。コイルスプリング４８は、軸部４６Ｂの軸方向に弾性変形可能とされており、一端側がアクチュエーター本体部４６Ａに固定され、他端側が保持本体４４Ｂに固定されている。コイルスプリング４８により、保持本体４４Ｂは、アクチュエーター本体部４６Ａと離れる方向、すなわち、第１ローラー４２へ近づく方向へ付勢される。アクチュエーターがオフ状態のとき、軸部４６Ｂは、コイルスプリング４８により付勢され、保持本体４４Ｂに当接されている。

【0050】

アクチュエーター本体部４６Ａは、作動により、第１ローラー４２側へ移動された状態が維持される。これにより、ローラー保持部４４が軸部４６Ｂにより、第２ローラー４３と共に第１ローラー４２側へ押圧され、第１ローラー４２の外周と第２ローラー４３の外周との間で、ケーブル１６が挟持される。この状態において、第１ローラー４２及び第２ローラー４３が回転すると、ケーブル１６と第１ローラー４２及び第２ローラー４３の間にはトラクションが発生し、移動体本体２２がケーブル１６に沿って移動する。当該状態を「伝達オン状態Ｓ－ＯＮ」と称する。一方、伝達アクチュエーター４６が非作動の状態で、ケーブル１６と第１ローラー４２及び第２ローラー４３の間にトラクションが発生しない状態を「伝達オフ状態Ｓ－ＯＦＦ」と称する。伝達アクチュエーター４６は、制御部６０と接続されており、制御部６０からの信号によりオン／オフが制御される。

【0051】

モータジェネレータ５０は、電気モーター（電動機）としての機能を有し、回転子、固定子、回転軸、軸受などの一般的なモータの部材を備えている。直流モータであっても交流モータであってもよい。モータジェネレータ５０は、軸部５２が回転することにより発電機としても機能する。図８（Ａ）に示されるように、モータジェネレータ５０には、充電路５１Ａ及び電力供給路５１Ｂを介してバッテリー５８が接続されている。充電路５１Ａは、モータジェネレータ５０が発電する際に、モータジェネレータ５０からの電力をバッテリー５８へ送って充電するためのラインである。一方、電力供給路５１Ｂは、バッテリー５８からモータジェネレータ５０へ電力を供給するためのラインである。モータジェネレータ５０は、制御部６０と接続されており、制御部６０からの信号により、電気の供給を受けて駆動する電力駆動モードと、軸部５２を外部からの力を受けて回転させることにより発電する発電モードと、に切り換えられる。

【0052】

充電路５１Ａ及び電力供給路５１Ｂは、切り換え用のスイッチ４５を介してモータジェネレータ５０と接続されている。スイッチ４５は、制御部６０と接続されている。モータジェネレータ５０とバッテリー５８は、制御部６０からの指示に応じて、スイッチ４５が切り換えられ、充電路５１Ａまたは電力供給路５１Ｂのいずれか一方を介して接続される。バッテリー５８は、モータジェネレータ５０が発電モードの時には、モータジェネレータ５０からの電力を蓄える。一方、モータジェネレータ５０が電力駆動モードの時には、モータジェネレータ５０へ駆動のための電力を供給する。

【0053】

バッテリー５８は、制御部６０と接続されており、バッテリー５８の残量が制御部６０へ出力される。また、バッテリー５８は、翼アクチュエーター３６、伝達アクチュエーター４６、ブレーキアクチュエーター７２と接続されており、これらの作動に必要な電力を供給している。

【0054】

高度計５９は、移動体２０の高度を計測する。高度計５９は、制御部６０と接続されており、計測した高度データを制御部６０へ出力する。

【0055】

ベース部２６の上部で穴２６Ｈに対応する部分には、ブレーキ機構７０が設けられている。図９に示されるように、ブレーキ機構７０は、ブレーキアクチュエーター７２及びブレーキパッド７４を備えている。ブレーキアクチュエーター７２は、一例として電気系アクチュエーター、例えばソレノイドを用いることができる。ブレーキアクチュエーター７２は、ブレーキアクチュエーター本体部７２Ａ及び軸部７２Ｂを有している。ブレーキパッド７４は、筐体７６内に配置されている。筐体７６には、ケーブル１６を挿通するための孔７６Ａ、７６Ｂが形成されている。ケーブル１６は、筐体７６を貫通するように配置されており、一対のブレーキパッド７４でケーブル１６を挟持可能とされている。

【0056】

一対のブレーキパッド７４の一方（パッド７４Ａ）は、筐体７６に固定されており、他方（パッド７４Ｂ）は、ブレーキアクチュエーター７２の軸部７２Ａに固定されている。軸部７２Ｂは、ブレーキアクチュエーター７２の駆動により、パッド７４Ａと近づく方向及び離間する方向に移動可能となっている。

【0057】

軸部７２Ｂの外周には、コイルスプリング７８が配置されている。コイルスプリング７８は、軸部７２Ｂの軸方向に弾性変形可能とされており、一端側がブレーキアクチュエーター本体部７２Ａに固定され、他端側がパッド７４Ｂに固定されている。コイルスプリング７８により、パッド７４Ｂは、ブレーキアクチュエーター本体部７２Ａと離れる方向、すなわち、ケーブル１６へ近づく方向へ付勢される。アクチュエーターがオフ状態のとき、軸部７２Ｂは、コイルスプリング７８により付勢され、パッド７４Ａは、ケーブル１６に近い非接触位置に配置されている。

【0058】

ブレーキアクチュエーター７２が作動すると、軸部７２Ｂの移動により、パッド７４Ｂがパッド７４Ａ側へ移動された状態が維持される。これにより、パッド７４Ａ、７４Ｂの間にケーブル１６が挟持され、移動体本体２２とケーブル１６との相対移動が阻止される。当該状態を「落下防止オン状態Ｄ－ＯＮ」と称する。一方、ブレーキアクチュエーター７２が非作動の時のブレーキアクチュエーター７２の状態を「落下防止オフ状態Ｄ－ＯＦＦ」と称する。ブレーキアクチュエーター７２を作動させることにより、移動体２０の落下を防止することができる。

【0059】

筐体７６の孔７６Ａに対応する部分には、ガイドパイプ８０が立設されている。ガイドパイプ８０は、長尺筒状とされ、筐体７６に固定されている。ガイドパイプ８０の内部に、ケーブル１６が挿通されている。ガイドパイプ８０により、ケーブル１６に対する移動体２０の水平方向に対して傾く動き（図２の矢印Ｃ参照）が抑制され、姿勢の安定化を図ることができる。

【0060】

次に、本実施形態の移動体２０の移動の動作モードについて説明する。

【0061】

移動体２０は、図１０に示されるように、移動時において、駆動源、移動の方向、及び発電の有無により、電気力駆動非発電モードＭ１、空気力駆動非発電モードＭ２、空気力駆動発電モードＭ３、落下駆動発電モードＭ４、の４つの動作モードを有している。電気力駆動非発電モードＭ１は、バッテリー５８からの電力を駆動源とし、移動の方向は上昇及び下降のいずれにも適用され、移動中の発電は行われない。空気力駆動非発電モードＭ２は、自然の風力を駆動源とし、移動の方向は上昇及び下降のいずれにも適用され、移動中の発電は行われない。空気力駆動発電モードＭ３は、自然の風力を駆動源とし、移動の方向は上昇及び下降のいずれにも適用され、移動中の発電が行われる。落下駆動発電モードＭ４は、位置エネルギーを駆動源都市、移動の方向は下降、移動中の発電が行われる。

【0062】

図１１（Ａ）～（Ｄ）には、各動作モードについて、エネルギーの流れの概略が示されている。図１１（Ａ）に示されるように、電気力駆動非発電モードＭ１では、バッテリー５８からの電力でモータジェネレータ５０が駆動し、駆動力伝達部４０によりモータジェネレータ５０の回転駆動力がケーブル１６に伝達される。これにより、移動体２０は、ケーブル１６との間でトラクションを発生させることにより移動（上昇または下降）する。図１１（Ｂ）に示されるように、空気力駆動非発電モードＭ２では、風力を受けた揚力発生部３０は、空気力を発生させ、空気力により、駆動力伝達部４０を介することなく移動体２０が移動（上昇または下降）する。

【0063】

図１１（Ｃ）に示されるように、空気力駆動発電モードＭ３では、風力を受けた揚力発生部３０は、空気力を発生させ、空気力により、移動体２０が移動（上昇または下降）する。移動により駆動力伝達部４０を介して、モータジェネレータ５０の軸部５２を回転させ、モータジェネレータ５０で発電が行われ、得られた電力がバッテリー５８に充電される。図１１（Ｄ）に示されるように、落下駆動発電モードＭ４では、位置エネルギー（重力）により、移動体２０が下降する。下降により駆動力伝達部４０を介して、モータジェネレータ５０の軸部５２を回転させ、モータジェネレータ５０で発電が行われ、得られた電力がバッテリー５８に充電される。

【0064】

次に、移動体２０の動作について説明する。
移動体２０の運転が開始されると、制御部６０により、図１２に示される移動体運転処理が実行される。

【0065】

まず、ステップＳ１０で移動するかどうかの判断を行う。移動を行わないと判断した場合には、ステップＳ１９で、ブレーキアクチュエーター７２を作動させ、「落下防止オン状態Ｄ－ＯＮ」とする。これにより、パッド７４Ａ、７４Ｂの間にケーブル１６が挟持され、移動体本体２２とケーブル１６との相対移動が阻止される。

【0066】

移動すると判断した場合には、ステップＳ１２で、風速計５７から取得した風速が所定の値Ｖ［ｍ／ｓ］よりも大きいかどうかを判断する。ここでの風速Ｖ［ｍ／ｓ］は、揚力発生部３０により移動体２０を上昇させることができる揚力を発生させることができる程度の風速が設定される。風速がＶ［ｍ／ｓ］よりも大きいと判断された場合には、ステップＳ１４へ進み、バッテリー５８から得られる残量データに基づき、バッテリー５８の残量がＸ［％］よりも大きいかどうかを判断する。バッテリー５８の残量がＸ［％］よりも大きいと判断された場合には、ステップＳ２０へ進み、空気力駆動非発電モードＭ２処理が実行される。

【0067】

空気力駆動非発電モードＭ２処理は、図１３に示されるように、ステップＳ２２で移動方向が上かどうかを判断する。移動方向が上であると判断された場合には、ステップＳ２４で、翼アクチュエーター３６へ信号を出力し、主翼部３２が上昇位置Ｐ１へ配置されるように制御する。ステップＳ２２で移動方向が上でない、すなわち、移動方向が下であると判断された場合には、ステップＳ２６で、翼アクチュエーター３６へ信号を出力し、主翼部３２が下降位置Ｐ２へ配置されるように制御する。

【0068】

次に、ステップＳ２８で、伝達アクチュエーター４６へ信号を出力し、伝達アクチュエーター４６をオフにして、伝達オフ状態Ｓ－ＯＦＦとする。これにより、上昇の場合には、ケーブル１６と第１ローラー４２及び第２ローラー４３の間にトラクションが発生しない状態で、主翼部３２が風を受けることによる揚力で、移動体２０がケーブル１６に沿って上昇する。また、下降の場合には、ケーブル１６と第１ローラー４２及び第２ローラー４３の間にトラクションが発生しない状態で、主翼部３２が風を受けることによる空気力、及び重力により、移動体２０がケーブル１６に沿って下降する。

【0069】

空気力駆動非発電モードＭ２処理によれば、風により得られる空気力により、移動体２０をケーブル１６に沿って上昇または下降させることができ、省エネルギーでの移動を実現することができる。

【0070】

ステップＳ１４で、バッテリーの残量がＸ［％］よりも多くないと判断された場合には、ステップＳ３０で、空気力駆動発電モードＭ３処理が実行される。空気力駆動発電モード Ｍ３処理は、図１４に示されるように、ステップＳ２２、ステップＳ２４、ステップＳ２６が、空気力駆動非発電モードＭ２と同様に行われる。次に、ステップＳ３２で、伝達アクチュエーター４６へ信号を出力し、伝達アクチュエーター４６をオンにして、伝達オン状態Ｓ－ＯＮとする。

【0071】

これにより、上昇の場合には、ケーブル１６と第１ローラー４２及び第２ローラー４３の間にトラクションを発生させながら、主翼部３２が風を受けることによる揚力で、移動体２０がケーブル１６に沿って上昇する。また、下降の場合には、ケーブル１６と第１ローラー４２及び第２ローラー４３の間にトラクションを発生させながら、主翼部３２が風を受けることによる空気力、及び重力により、移動体２０がケーブル１６に沿って下降する（図１７参照）。

【0072】

次に、ステップＳ３４で、スイッチ４５へ信号を出力し、充電路５１Ａを介してモータジェネレータ５０とバッテリー５８が接続されるように、スイッチ４５を切り換える。そして、ステップＳ３６で、モータジェネレータ５０を、発電モードに切り換える。これにより、移動体２０の移動によって生じるケーブル１６との間のトラクションにより、第１ローラー４２と共にモータジェネレータ５０の軸部５２が回転し、これにより発電が行われる。発電により得られた電力は、充電路５１Ａを経てバッテリー５８に蓄えられる。

【0073】

空気力駆動発電モードＭ３処理によれば、風により得られる揚力により、移動体２０をケーブル１６に沿って上昇または下降させることができ、省エネルギーでの移動を実現することができる。さらに、上昇または下降の際に、移動のエネルギーをモータジェネレータ５０へ伝達して発電し、バッテリー５８へ蓄電する。したがって、移動体２０の運転に必要な電力の外部からの供給量を少なくする、または、供給をなくして自己発電で賄うことができる。

【0074】

ステップＳ１２で、風速がＶ［ｍ／ｓ］よりも大きくないと判断された場合には、ステップＳ１６へ進み、バッテリー５８から得られる残量データに基づき、バッテリー５８の残量がＸ［％］よりも大きいかどうかを判断する。バッテリー５８の残量がＸ［％］よりも大きいと判断された場合には、ステップＳ４０へ進み、電気力駆動非発電モードＭ１処理が実行される。

【0075】

電気力駆動非発電モードＭ１処理は、図１５に示されるように、ステップＳ２２、ステップＳ２４、ステップＳ２６が、空気力駆動非発電モードＭ２処理と同様に行われ、ステップＳ３２が、電気力駆動発電モードＭ３処理と同様に行われる。ステップＳ４２で、スイッチ４５へ信号を出力し、電力供給路５１Ｂを介してモータジェネレータ５０とバッテリー５８が接続されるように、スイッチ４５を切り換える。そして、ステップＳ４４で、モータジェネレータ５０を、駆動モードに切り換える。これにより、第１ローラー４２及び第２ローラー４３の間でケーブル１６が挟持された状態で、第１ローラー４２及び第２ローラー４３が回転し、トラクションにより、移動体２０がケーブル１６に沿って移動する。

【0076】

電気力駆動非発電モードＭ１処理によれば、風力が得られない場合でも、電力により、移動体２０をケーブル１６に沿って上昇または下降させることができる。

【0077】

ステップＳ１６で、バッテリー５８の残量がＸ［％］よりも大きくないと判断された場合には、ステップＳ１８へ進む。ステップＳ１８では、高度計５９からの高度データに基づき、移動体２０の高度がＨ［ｍ］よりも高いかどうかを判断する。移動体２０の高度がＨ［ｍ］よりも高いと判断された場合には、ステップＳ５０へ進み、落下駆動発電モードＭ４処理が実行される

【0078】

落下駆動発電モードＭ４処理は、図１６に示されるように、ステップＳ２６で、空気力駆動非発電モードＭ２処理と同様に、主翼部３２を下降位置Ｐ２に配置する。ステップＳ３２で、電気力駆動発電モードＭ３処理と同様に、伝達アクチュエーター４６を伝達オン状態Ｓ－ＯＮとし、ステップＳ３４で、スイッチ４５へ信号を出力し、充電路５１Ａを介してモータジェネレータ５０とバッテリー５８が接続されるように、スイッチ４５を切り換える。そして、ステップＳ３６で、モータジェネレータ５０を、発電モードに切り換える。

【0079】

落下駆動発電モードＭ４処理によれば、風力が得られない場合でも、位置エネルギーにより落下させることにより、移動体２０を下降させることができる。また、移動体２０を、位置エネルギーにより下降させつつ、バッテリー５８の充電を行うことができる。

【0080】

ステップＳ１８で、高度がＨ［ｍ］よりも高くないと判断された場合には、ステップＳ１９へ進む。前述のように、ステップＳ１９では、ブレーキアクチュエーター７２を作動させ、「落下防止オフ状態Ｄ－ＯＦＦ」とする。これにより、パッド７４Ａ、７４Ｂの間にケーブル１６が挟持され、移動体本体２２とケーブル１６との相対移動が阻止される。

【0081】

ステップＳ２０、Ｓ３０、Ｓ４０、Ｓ５０、Ｓ１９の後、ステップＳ６０で運転を終了するかどうかを判断し、運転を終了しない場合には、ステップＳ１０へ戻る。運転を終了する場合には、本移動体運転処理を終了する。

【0082】

上記の移動体運転処理によれば、風力が利用できるときには、風力を利用して移動体２０を移動させ、風力が利用できないときには、電力を利用してモータジェネレータ５０を駆動することにより、移動体２０を移動させる。このように、風力の有無により、移動体２０を移動させるための動力源を切り換えることにより、省エネルギーで、地上と高空との間で移動体２０を移動させることができる。

【0083】

また、風力や位置エネルギーを利用して移動体２０を移動させている時に、モータジェネレータ５０により、運動エネルギーを電力に変換し、得られた電力をバッテリー５８に蓄電するので、効率的に電力を蓄えることができる。

【0084】

なお、本実施形態では、モータジェネレータ５０を用いたが、モータとジェネレータを別々に備えていてもよい。本実施形態のモータジェネレータ５０は、駆動部として機能すると共に、発電部としても機能するので、移動体２０に搭載する部品点数を少なくすることができる。

【0085】

また、本実施形態では、第１ローラー４２にケーブル１６を巻き架けないで第１ローラー４２と第２ローラー４３との間にケーブル１６を挟持したが、第１ローラー４２にケーブル１６を巻き架けてもよい。この場合には、図１８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１ローラー４２の溝４２Ａを螺旋状に形成し、第１ローラー４２の溝４２Ａにケーブル１６を巻き架けることができる。

【0086】

また、本実施形態では、風力がＶ［ｍ／ｓ］以下で、バッテリー５８の残量がＸ［％］より多い場合、移動方向が下降する場合でも、電力駆動非発電モードＭ１で運転を行ったが、下降する場合には、落下駆動非発電モードＭ５で運転してもよい。落下駆動非発電モードＭ５は、図１９に示されるように、ステップＳ２６で、主翼部３２を下降位置Ｐ２へ配置し、ステップＳ２８で、伝達オフ状態Ｓ－ＯＦＦとする。これにより、ケーブル１６と第１ローラー４２及び第２ローラー４３の間にトラクションが発生しない状態で、重力により、移動体２０がケーブル１６に沿って下降する。落下駆動非発電モードＭ５では、電力を用いることなく、重力により移動体２０を移動させるので、バッテリー５８の残量が確保され、省エネルギーで運転を行うことができる。

【符号の説明】

【0087】

１０ 高空移動システム
１２ 地上ステーション（ベース施設）
１４ 高空飛翔体
１６ ケーブル（索道）
２０ 移動体
２２ 移動体本体
３０ 揚力発生部
３６ 翼アクチュエーター（切換部）
４０ 駆動力伝達部
４２ 第１ローラー（ローラー）
４３ 第２ローラー（ローラー）
４６ 伝達アクチュエーター（押付部）
４６Ａ アクチュエーター本体部
５０ モータジェネレータ（駆動部、発電部）
５７ 風速計（風力判断部）
５８ バッテリー（蓄電部）
６０ 制御部（風力判断部）
７０ ブレーキ機構（落下防止装置）
８０ ガイドパイプ（索道姿勢安定部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】