特許 7582006 推力発生装置

(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】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】推力発生装置

(51)【国際特許分類】

   B64C 27/68 20060101AFI20241106BHJP

   B64D 27/30 20240101ALI20241106BHJP

   B64C 11/32 20060101ALI20241106BHJP

   B64C 27/605 20060101ALI20241106BHJP

   F16H 25/08 20060101ALI20241106BHJP

   F16H 25/22 20060101ALI20241106BHJP

   F16C 35/077 20060101ALI20241106BHJP

   H02K 7/14 20060101ALI20241106BHJP

   H02K 7/06 20060101ALI20241106BHJP

   H02K 7/08 20060101ALI20241106BHJP

【ＦＩ】

B64C27/68

B64D27/30

B64C11/32

B64C27/605

F16H25/08

F16H25/22 Z

F16C35/077

H02K7/14 A

H02K7/06 A

H02K7/08 Z

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021050763

(22)【出願日】2021-03-24

(65)【公開番号】P2022033690

(43)【公開日】2022-03-02

【審査請求日】2023-10-11

(31)【優先権主張番号】P 2020137315

(32)【優先日】2020-08-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109380

【弁理士】

【氏名又は名称】小西 恵

(74)【代理人】

【識別番号】100109036

【弁理士】

【氏名又は名称】永岡 重幸

(72)【発明者】

【氏名】郡司 大輔

(72)【発明者】

【氏名】熊谷 浩保

(72)【発明者】

【氏名】居 超

【審査官】結城 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－５２２２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３４５９９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－２０７５９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５９－５０８９９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２００８／０１１１３９９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－１３８９１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６４Ｃ ２７／６８，２７／５９，１１／３０，

Ｂ６４Ｄ ２７／３０，

Ｂ６４Ｕ １０／１３，３０／２１，５０／１９，５０／２３，

Ｈ０２Ｋ ７／０６， ７／０８， ７／１４，

Ｆ１６Ｃ ３５／０７７，

Ｆ１６Ｈ ２５／０８，２５／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転翼の推力を発生させる第１モータと、
前記回転翼のピッチ角を変化させる回転運動を発生させる第２モータと、
前記第２モータの回転運動を直線運動に変換する第１変換部と、
前記第１変換部で変換された直線運動を回転運動に変換する第２変換部とを備え、
前記第１モータは、
ロータと、
ステータと、
前記ロータと対向する位置に前記ステータを収容可能なステータケースと、
前記ロータのロータ軸を回転自在に支持する軸受とを備え、
前記ステータケースは、前記軸受にかかるアキシアル荷重を受ける第１荷重受部を備え、
前記第１荷重受部は、前記アキシアル荷重の方向に応じて耐荷重が異なる一方、前記軸受の外輪の軸方向端面のうちの飛翔体の装着面側にのみ設けられ、かつ、前記軸受の外輪の当該装着面側の軸方向端面に接触可能な第１段差を備え、
前記ロータ軸は、当該ロータ軸に一体形成された前記軸受にかかるアキシアル荷重を受ける第２荷重受部を備え、
前記第２荷重受部は、前記アキシアル荷重の方向に応じて耐荷重が異なる一方、前記飛翔体の装着面の反対側にのみ設けられ、かつ、前記軸受の内輪の当該反対側の軸方向端面に接触可能な第２段差を備え、
前記回転翼の回転運動によって、前記第１モータを前記装着面の反対側から前記装着面側に押す推力を発生する推力発生装置。

【請求項2】

前記軸受の外輪の軸方向端面のうちの、飛翔体の装着面の反対側に設けられ、前記ステータケースに装着可能なプレートを備えることを特徴とする請求項１に記載の推力発生装置。

【請求項3】

前記ステータケースは、
前記軸受を介して前記ロータ軸を支持する内径部と、
前記内径部の径方向外側に設けられ、前記ロータと対向する位置で前記ステータを支持するフレームとを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の推力発生装置。

【請求項4】

前記軸受の内輪の軸方向端面のうちの、飛翔体の装着面側に設けられ、前記ロータ軸に装着可能なスナップリングを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の推力発生装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、推力発生装置に関する。

【背景技術】

【0002】

油圧を用いることなく、電動でプロペラ(回転翼)の回転軸に対する取付角度であるピッチを可変にする技術として、例えば、特許文献１に開示がある。この技術では、回転主軸は水車軸と発電機軸とからなり、入力軸は発電機軸の先端に配置され、駆動源である電動機からの動力が減速機および作動装置を介して入力軸に伝達増幅される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１０－１３８９１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

飛翔体の推力を発生させるために、電動機が飛翔体に搭載されることがある。この場合、飛翔体の推力を向上させるために、電動機を軽量化するのが好ましいが、特許文献１には、電動機の軽量化に関する開示はない。
そこで、本発明は、回転翼の推力を受け止めつつ、推力を発生させるモータを軽量化することが可能な推力発生装置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】

【0005】

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る推力発生装置によれば、回転翼の推力を発生させる第１モータと、前記回転翼のピッチ角を変化させる回転運動を発生させる第２モータと、前記第２モータの回転運動を直線運動に変換する第１変換部と、前記第１変換部で変換された直線運動を回転運動に変換する第２変換部とを備え、前記第１モータは、ロータと、ステータと、前記ロータと対向する位置に前記ステータを収容可能なステータケースと、前記ロータのロータ軸を回転自在に支持する軸受とを備え、前記ステータケースは、前記軸受にかかるアキシアル荷重を受ける第１荷重受部を備え、前記第１荷重受部は、前記アキシアル荷重の方向に応じて耐荷重が異なる。

【0006】

これにより、軸受にかかるアキシアル荷重をステータケース側で受ける場合、アキシアル荷重が大きい方向では耐荷重を大きくし、アキシアル荷重が小さい方向では耐荷重を小さくすることができる。このため、アキシアル荷重が大きい方向では第１荷重受部の強度を大きくし、アキシアル荷重が小さい方向では第１荷重受部の強度を小さくすることができ、回転翼の推力を受け止めつつ、推力を発生させる第１モータを軽量化することができる。

【0007】

また、本発明の一態様に係る推力発生装置によれば、前記第１荷重受部は、単方向のアキシアル荷重に対してのみ耐荷重を有する。

【0008】

これにより、軸受にかかるアキシアル荷重をステータケース側で受ける場合、アキシアル荷重がかかる方向にのみ耐荷重を持たせることができ、アキシアル荷重がかからない方向では耐荷重を持たせるための構造を省略することができる。このため、双方向のアキシアル荷重に対して耐荷重を持たせた場合に比べて、ステータケースを軽量化することができ、回転翼の推力を受け止めつつ、推力を発生させる第１モータを軽量化することができる。

【0009】

また、本発明の一態様に係る推力発生装置によれば、前記第１荷重受部は、前記ステータケースに設けられた第１段差を備え、前記第１段差は、前記軸受の外輪の軸方向端面に接触可能である。

【0010】

これにより、軸受を介して回転自在にロータ軸を支持しつつ、軸受の外輪にかかるアキシアル荷重を第１段差で受け止めることができる。このため、ステータケースの構成の複雑化を抑制しつつ、回転翼の推力を受け止めることができ、推力を発生させる第１モータを軽量化することができる。

【0011】

また、本発明の一態様に係る推力発生装置によれば、前記第１段差は、前記軸受の外輪の軸方向端面のうちの、飛翔体の装着面側にのみ設けられる。

【0012】

これにより、軸受の外輪の軸方向端面のうちの、飛翔体の装着面側にかかるアキシアル荷重を第１段差で受け止めることが可能となるとともに、軸受の外輪の軸方向端面の他方の側では段差を設ける必要がなくなり、ステータケースを薄肉化することができる。このため、回転翼の推力を受け止めつつ、推力を発生させる第１モータを軽量化することができる。

【0013】

また、本発明の一態様に係る推力発生装置によれば、前記軸受の外輪の軸方向端面のうちの、飛翔体の装着面の反対側に設けられ、前記ステータケースに装着可能なプレートを備える。

【0014】

これにより、軸受の外輪の軸方向端面のうちの、飛翔体の装着面側にのみ第１段差が設けられている場合においても、第１モータの高重量化を抑制しつつ、軸受を位置決めすることができる。

【0015】

また、本発明の一態様に係る推力発生装置によれば、前記ステータケースは、前記軸受を介して前記ロータ軸を支持する内径部と、前記内径部の径方向外側に設けられ、前記ロータと対向する位置で前記ステータを支持するフレームとを備える。

【0016】

これにより、ロータ軸の径方向外側にロータが設けられている場合においても、ロータ軸を回転自在に支持させつつ、ステータとロータとを対向配置することができる。

【0017】

また、本発明の一態様に係る推力発生装置によれば、前記ロータ軸は、前記軸受にかかるアキシアル荷重を受ける第２荷重受部を備え、前記第２荷重受部は、前記アキシアル荷重の方向に応じて耐荷重が異なる。

【0018】

これにより、軸受にかかるアキシアル荷重をロータ軸側で受ける場合、アキシアル荷重が大きい方向では耐荷重を大きくし、アキシアル荷重が小さい方向では耐荷重を小さくすることができる。このため、アキシアル荷重が大きい方向では第２荷重受部の強度を大きくし、アキシアル荷重が小さい方向では第２荷重受部の強度を小さくすることができ、回転翼の推力を受け止めつつ、推力を発生させる第１モータを軽量化することができる。

【0019】

また、本発明の一態様に係る推力発生装置によれば、前記第２荷重受部は、単方向のアキシアル荷重に対してのみ耐荷重を有する。

【0020】

これにより、軸受にかかるアキシアル荷重をロータ軸側で受ける場合、アキシアル荷重がかかる方向にのみ耐荷重を持たせることができ、アキシアル荷重がかからない方向では耐荷重を持たせるための構造を省略することができる。このため、双方向のアキシアル荷重に対して耐荷重を持たせた場合に比べて、ステータケースを軽量化することができ、回転翼の推力を受け止めつつ、推力を発生させる第１モータを軽量化することができる。

【0021】

また、本発明の一態様に係る推力発生装置によれば、前記第２荷重受部は、前記ロータ軸に設けられた第２段差を備え、前記第２段差は、前記軸受の内輪の軸方向端面に接触可能である。

【0022】

これにより、軸受を介して回転自在にロータ軸が支持されるのを可能としつつ、軸受の内輪にかかるアキシアル荷重を第２段差で受け止めることができる。このため、ステータケースの構成の複雑化を抑制しつつ、回転翼の推力を受け止めることができ、推力を発生させる第１モータを軽量化することができる。

【0023】

また、本発明の一態様に係る推力発生装置によれば、前記第２段差は、前記軸受の内輪の軸方向端面のうちの、飛翔体の装着面の反対側にのみ設けられる。

【0024】

これにより、軸受の内輪の軸方向端面のうちの、飛翔体の装着面の反対側にかかるアキシアル荷重を第２段差で受け止めることが可能となるとともに、軸受の内輪の軸方向端面の他方の側では段差を設ける必要がなくなり、ロータ軸を薄肉化することができる。このため、回転翼の推力を受け止めつつ、推力を発生させる第１モータを軽量化することができる。

【0025】

また、本発明の一態様に係る推力発生装置によれば、前記軸受の内輪の軸方向端面のうちの、飛翔体の装着面側に設けられ、前記ロータ軸に装着可能なスナップリングを備える。

【0026】

これにより、軸受の内輪の軸方向端面のうちの、飛翔体の装着面の反対側にのみ第２段差が設けられている場合においても、第１モータの高重量化を抑制しつつ、軸受を位置決めすることができる。

【発明の効果】

【0027】

本発明の一つの態様によれば、回転翼の推力を受け止めつつ、推力を発生させるモータを軽量化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】図１（ａ）は、第１実施形態に係る推力発生装置に回転翼を取り付けた状態を示す斜視図、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、第１実施形態に係る推力発生装置に取り付けられた回転翼のピッチ角を変化させた状態を示す側面図である。

【図2】図２は、図１（ａ）の推力発生装置を回転軸の一端側から見たときの構成を分解して示す斜視図である。

【図3】図３は、図１（ａ）に示す推力発生装置を回転軸の他端側から見たときの構成を分解して示す斜視図である。

【図4】図４（ａ）は、図２に示す推力発生装置の組み立て後の構成を示す斜視図、図４（ｂ）は、図３に示す推力発生装置の組み立て後の構成を示す斜視図である。

【図5】図５（ａ）は、第１実施形態に係る推力発生装置の構成を示す平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ－Ａ線に沿って切断した断面図である。

【図6】図６（ａ）は、第１実施形態に係る推力発生装置の構成を示す平面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ－Ｂ線に沿って切断した断面図である。

【図7】図７（ａ）は、第１実施形態に係る推力発生装置の推力発生用モータの構成を示す平面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＣ－Ｃ線に沿って切断した断面図である。

【図8】図８（ａ）は、図６のピッチ可変用モータ、垂直伝達部および回転直動変換部の構成を示す斜視図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のピッチ可変用モータ、垂直伝達部および直動案内部を除去した構成を示す斜視図である。

【図9】図９は、図１（ｂ）のハブの構成を分解して示す斜視図である。

【図10】図１０は、ラックが取り付けられた直動体とピニオンとの位置関係を示す上面図である。

【図11】図１１（ａ）は、図１（ｂ）の回転翼のピッチ角に対応した直動体の位置を示す斜視図、図１１（ｂ）は、図１（ｃ）の回転翼のピッチ角に対応した直動体の位置を示す斜視図である。

【図12】図１２は、図７（ｂ）のＥＡ部を拡大して示す断面図である。

【図13】図１３は、図１（ａ）の推力発生用モータを斜め上方から見たときの構成を分解して示す斜視図である。

【図14】図１４は、図１（ａ）の推力発生用モータを斜め下方から見たときの構成を分解して示す斜視図である。

【図15】図１５（ａ）は、第２実施形態に係る推力発生装置に回転翼を取り付けた状態を示す斜視図、図１５（ｂ）および図１５（ｃ）は、第２実施形態に係る推力発生装置に取り付けられた回転翼のピッチ角を変化させた状態を示す側面図である。

【図16】図１６は、図１５（ａ）の推力発生装置を回転軸の一端側から見たときの構成を分解して示す斜視図である。

【図17】図１７は、図１５（ａ）に示す推力発生装置を回転軸の他端側から見たときの構成を分解して示す斜視図である。

【図18】図１８（ａ）は、図１６に示す推力発生装置の組み立て後の構成を示す斜視図、図１８（ｂ）は、図１７に示す推力発生装置の組み立て後の構成を示す斜視図である。

【図19】図１９（ａ）は、第２実施形態に係る推力発生装置の構成を示す平面図、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）のＡ－Ａ線に沿って切断した断面図である。

【図20】図２０（ａ）は、第２実施形態に係る推力発生装置の構成を示す平面図、図２０（ｂ）は、図２０（ａ）のＢ－Ｂ線に沿って切断した断面図である。

【図21】図２１は、図１５（ｂ）のハブおよびエクステンションの構成を分解して示す斜視図である。

【図22】図２２は、図１５（ｂ）の装着部、ケースおよびエクステンションの構成を分解して示す斜視図である。

【図23】図２３は、図２２のケースの構成を示す下面図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の実施形態は本発明を限定するものではなく、実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の構成に必須のものとは限らない。実施形態の構成は、本発明が適用される装置の仕様や各種条件（使用条件、使用環境等）によって適宜修正または変更され得る。本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定され、以下の個別の実施形態によって限定されない。また、以下の説明に用いる図面は、各構成を分かり易くするため、実際の構造と縮尺および形状などを異ならせることがある。

【0030】

以下の説明では、推力発生装置で駆動される回転翼が３枚の場合を例にとるが、推力発生装置で駆動される回転翼は、必ずしも３枚に限定されることなく、Ｎ（Ｎは２以上の整数）枚であればよい。
図１（ａ）は、第１実施形態に係る推力発生装置に回転翼を取り付けた状態を示す斜視図、図１（ｂ）および図１（ｃ）は、第１実施形態に係る推力発生装置に取り付けられた回転翼のピッチ角を変化させた状態を示す側面図、図２および図３は、図１（ａ）の推力発生装置の構成を分解して示す斜視図、図４（ａ）および図４（ｂ）は、図２および図３の推力発生装置の組み立て後の構成を示す斜視図である。

【0031】

図１（ａ）、図１（ｂ）および図１（ｃ）において、推力発生装置１は、回転翼Ｈ１～Ｈ３を電動で駆動する。回転翼Ｈ１～Ｈ３は、グリップＰ１～Ｐ３をそれぞれ介して推力発生装置１に装着される。グリップＰ１～Ｐ３は、推力発生装置１から水平方向に放射状に延びるように回転翼Ｈ１～Ｈ３を支持する。推力発生装置１は、装着面１Ａを介して飛翔体ＨＳＢに装着される。推力発生装置１が装着された飛翔体ＨＳＢは、例えば、モータで飛行するマルチコプター、飛行機、回転翼機および飛行機能を備える自動車などの飛行可能な機体または車体である。図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すように、回転翼Ｈ１～Ｈ３が飛翔体ＨＳＢの下部に装着されている形式をプッシャ式と言う。プッシャ式では、飛翔体ＨＳＢは、推力発生装置１により下から押し上げられながら飛行する。

【0032】

図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）、図２、図３、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、推力発生装置１は、推力発生用モータ（第１モータ）２、ピッチ可変用モータ（第２モータ）５、回転伝達部６、回転直動変換部（第１変換部）７、直動回転変換部（第２変換部）８、エクステンション９およびハブ１０を備える。推力発生用モータ２は、ステータ２Ａ、ロータ２Ｂ、外側フレーム２Ｃ、内径部２Ｄおよび内側フレーム２Ｅを備える。また、ロータ２Ｂは、内径側にロータ軸４および中空部３Ａ、３Ｂを備える。ロータ軸４の軸方向端部には、エクステンション９を介してハブ１０を装着する装着部４Ａが設けられる。

【0033】

内径部２Ｄの径方向外側には、内側フレーム２Ｅが位置し、内側フレーム２Ｅの径方向外側には、外側フレーム２Ｃが位置する。内径部２Ｄは、外側フレーム２Ｃ側に固定される。内側フレーム２Ｅは、ロータ軸４側に固定され、ロータ軸４とともに回転する。ロータ軸４は、内径部２Ｄ内に収容される。このとき、装着部４Ａは、内径部２Ｄの軸方向外側に位置する。内側フレーム２Ｅの外周面に沿ってロータ２Ｂが位置する。外側フレーム２Ｃの内周面に沿ってステータ２Ａが位置する。このとき、ロータ軸４、内径部２Ｄ、内側フレーム２Ｅ、ロータ２Ｂ、ステータ２Ａおよび外側フレーム２Ｃは、回転軸Ｓ０から径方向外側に向かって同心円状に配置される。

【0034】

推力発生用モータ２は、図１（ｂ）の回転軸Ｓ０の軸回りに回転翼Ｈ１～Ｈ３を回転させ、回転翼Ｈ１～Ｈ３の推力Ｆを発生させる。ステータ２Ａは、電磁鋼鈑と巻線を備え、ロータ２Ｂの外側に位置する。ステータ２Ａ、内径部２Ｄおよび装着面１Ａは、外側フレーム２Ｃに固定される。このとき、装着面１Ａは、支持部１Ｃを介して外側フレーム２Ｃに固定することができる。内径部２Ｄは、スペーサ２Ｆを介して装着面１Ａの裏側に固定することができる。スペーサ２Ｆは、推力発生用モータ２内に回転伝達部６を収容するための空間を確保することができる。

【0035】

装着面１Ａは、回転伝達部６を外側フレーム２Ｃ内に挿入可能な開口１Ｂを備える。支持部１Ｃは、装着面１Ａから外側フレーム２Ｃに向かって放射状に延びる。内径部２Ｄは、円筒形状であり、軸受Ｕ１を介してロータ軸４を回転自在に支持する。内側フレーム２Ｅは、円環状であり、ロータ２Ｂを支持する。外側フレーム２Ｃは、円環状であり、ステータ２Ａを支持する。

【0036】

装着面１Ａ、外側フレーム２Ｃ、内径部２Ｄ、内側フレーム２Ｅ、スペーサ２Ｆおよび支持部１Ｃは、例えば、ジュラルミンなどの合金で形成することができる。装着面１Ａ、外側フレーム２Ｃ、内径部２Ｄ、内側フレーム２Ｅ、スペーサ２Ｆおよび支持部１Ｃは、例えば、鋳造、鍛造または切削加工などの方法で一体的に形成することができる。

【0037】

ロータ２Ｂは、磁石などにより構成され、ロータ軸４の外側に位置する。ロータ２Ｂおよびロータ軸４は、内側フレーム２Ｅに固定される。このとき、ロータ軸４は、支持部２Ｇを介して内側フレーム２Ｅに固定することができる。支持部２Ｇは、ロータ軸４から内側フレーム２Ｅに向かって放射状に延びる。ロータ軸４は、軸受Ｕ１を介して、回転軸Ｓ０の軸回りに回転する。ロータ軸４の回転に伴ってロータ２Ｂおよび内側フレーム２Ｅも回転軸Ｓ０の軸回りに回転する。ロータ軸４、装着部４Ａ、内側フレーム２Ｅおよび支持部２Ｇは、例えば、ジュラルミンなどの合金で形成することができる。ロータ軸４、装着部４Ａ、内側フレーム２Ｅおよび支持部２Ｇは、例えば、鋳造、鍛造または切削加工などの方法で一体的に形成することができる。

【0038】

中空部３Ａ、３Ｂは、推力発生用モータ２内に位置する。また、中空部３Ａは、ロータ２Ｂの円周方向に沿ってロータ２Ｂとロータ軸４の間に位置する。中空部３Ｂは、ロータ軸４の軸方向に沿ってロータ軸４内径側に位置する。

【0039】

ピッチ可変用モータ５は、回転翼Ｈ１～Ｈ３のピッチ角θ１～θ３を変化させる回転運動を発生させる。ピッチ可変用モータ５は、内径部２Ｄに固定される。ピッチ可変用モータ５の少なくとも一部は、推力発生用モータ２内に収容される。このとき、ピッチ可変用モータ５は、中空部３Ａに位置することができる。ピッチ可変用モータ５の回転軸は、推力発生用モータ２の回転軸Ｓ０と並列に位置することができる。

【0040】

回転伝達部６は、ピッチ可変用モータ５で発生された回転運動を推力発生用モータ２の回転軸Ｓ０に対して垂直方向に伝える。すなわち、ピッチ可変用モータ５の回転軸と、推力発生用モータ２の回転軸Ｓ０は平行な異なる軸であり、回転伝達部６によりピッチ可変用モータ５で発生された回転運動を、推力発生用モータ２の回転軸Ｓ０の軸上に伝達する。回転伝達部６は、内径部２Ｄに固定される。回転伝達部６の少なくとも一部は、推力発生用モータ２内に収容される。

【0041】

回転直動変換部７は、ピッチ可変用モータ５で発生され、回転伝達部６を介して伝えられた回転運動を、回転軸Ｓ０の軸方向の直線運動ＬＭに変換する。回転直動変換部７の少なくとも一部は、推力発生用モータ２内に収容される。このとき、回転直動変換部７の少なくとも一部は、中空部３Ｂ内に位置することができる。この場合、回転直動変換部７の少なくとも一部は、回転軸Ｓ０の軸方向に沿って中空部３Ｂから回転翼Ｈ１～Ｈ３側に突出させることができる。回転直動変換部７は、内径部２Ｄに固定される。

【0042】

直動回転変換部８は、回転直動変換部７で変換された直線運動ＬＭを、各支持軸Ｍ１～Ｍ３の軸回りの回転運動に変換する。直動回転変換部８は、推力発生用モータ２の外部に位置する。

【0043】

エクステンション９は、回転軸Ｓ０の軸方向において、推力発生用モータ２と回転翼Ｈ１～Ｈ３との間の間隔を保つためのスペーサである。エクステンション９は、回転翼Ｈ１～Ｈ３が推力発生用モータ２に衝突するのを防止する。エクステンション９は、装着部４Ａを介してロータ軸４に固定され、ロータ軸４とともに回転する。

【0044】

ハブ１０は、直動回転変換部８を収容するとともに、グリップＰ１～Ｐ３がハブ１０から突出した状態でグリップＰ１～Ｐ３を支持する。ハブ１０は、エクステンション９を介して、ロータ軸４に固定される。すなわち、ハブ１０は、ロータ軸４を介して回転軸Ｓ０の軸回りに回転可能な状態で外側フレーム２Ｃに支持される。ハブ１０は、グリップＰ１～Ｐ３を介し、回転軸Ｓ０の軸方向に対して垂直方向に回転翼Ｈ１～Ｈ３を支持する。

【0045】

推力発生用モータ２が動作すると、ロータ２Ｂが回転軸Ｓ０を中心に回転することで、回転翼Ｈ１～Ｈ３が回転する。そして、各回転翼Ｈ１～Ｈ３の回転Ｒ１～Ｒ３に伴って回転翼Ｈ１～Ｈ３の推力Ｆが発生する。

【0046】

ここで、ピッチ可変用モータ５、回転伝達部６および回転直動変換部７は、外側フレーム２Ｃ側に固定される。このため、ロータ２Ｂが回転しても、ピッチ可変用モータ５、回転伝達部６および回転直動変換部７は、回転軸Ｓ０の軸回りに回転しない。

【0047】

また、ピッチ可変用モータ５が動作すると、各回転翼Ｈ１～Ｈ３は、各支持軸Ｍ１～Ｍ３の軸回りに回転し、回転翼Ｈ１～Ｈ３のピッチ角θ１～θ３が変化する。このとき、ピッチ可変用モータ５の回転運動は、回転伝達部６を介して回転直動変換部７に伝えられる。そして、ピッチ可変用モータ５の回転運動は、回転直動変換部７によって、回転軸Ｓ０の軸方向の直線運動ＬＭに変換される。そして、回転直動変換部７で変換された１つの直線運動ＬＭは、直動回転変換部８によって、各支持軸Ｍ１～Ｍ３の軸回りの３つの回転運動に変換される。そして、各支持軸Ｍ１～Ｍ３の回転運動は、グリップＰ１～Ｐ３をそれぞれ介し、各回転翼Ｈ１～Ｈ３に伝えられ、各回転翼Ｈ１～Ｈ３のピッチ角θ１～θ３が変化される。

【0048】

ここで、推力発生装置１は、回転翼Ｈ１～Ｈ３のピッチ角θ１～θ３を可変とすることにより、推力を変化させることができる。また、推力発生装置１は、ピッチ角θ１～θ３を可変とすることにより、推力変化の応答速度を速め、飛翔体の安定性を向上させることが可能となるとともに、ブレード長（回転翼Ｈ１～Ｈ３の長さ）を長くすることなく、飛翔体に必要な推力を確保することができ、推力発生装置１の大型化および重量増を抑制することができる。また、各状況で必要な推力は固定ピッチと比較した場合、推力発生用モータ２の低い回転数で発生できるので、回転数に依存する騒音を抑制することができる。

【0049】

また、推力発生装置１は、回転翼Ｈ１～Ｈ３のピッチ角θ１～θ３を電動で可変とすることにより、油圧を用いる必要がなくなる。このため、油の給排を制御する油圧制御ユニットおよび回転体に対してオイルシールを行うための複雑な回転シール機構を設ける必要がなくなり、推力発生装置１の大型化を抑制することが可能となるとともに、推力発生装置１のメンテナンス性を向上させることができる。

【0050】

また、直動回転変換部８は、回転直動変換部７で変換された１つの直線運動ＬＭを、各支持軸Ｍ１～Ｍ３の軸回りの３つの回転運動に変換することにより、回転直動変換部７で変換された１つの直線運動ＬＭに基づいて、３枚の回転翼Ｈ１～Ｈ３のピッチ角θ１～θ３を調整することができ、推力発生装置１の大型化を抑制することができる。

【0051】

さらに、回転直動変換部７の少なくとも一部を、推力発生用モータ２内に収容することにより、回転軸Ｓ０の軸方向において推力発生用モータ２からの回転直動変換部７の突出量を減らすことができる。このため、推力発生用モータ２で回転翼Ｈ１～Ｈ３の推進力を発生させ、ピッチ可変用モータ５で回転翼Ｈ１～Ｈ３のピッチ角θ１～θ３を可変とした場合においても、回転軸Ｓ０の軸方向に推力発生装置１をコンパクト化することが可能となる。

【0052】

さらに、回転直動変換部７の少なくとも一部を、中空部３Ｂ内に収容することにより、推力発生用モータ２を回転軸Ｓ０の軸方向に大型化することなく、回転直動変換部７の少なくとも一部を推力発生用モータ２内に収容することができ、回転軸Ｓ０の軸方向に推力発生装置１をコンパクト化することが可能となる。

【0053】

さらに、ピッチ可変用モータ５で発生された回転運動を、回転伝達部６を介して伝えることにより、推力発生用モータ２の回転軸Ｓ０とピッチ可変用モータ５の回転軸を並列に配置することが可能となり、ピッチ可変用モータ５を推力発生用モータ２内に収容することが可能となる。

【0054】

さらに、直動回転変換部８をハブ１０内に収容することにより、回転軸Ｓ０の軸方向に推力発生装置１をコンパクト化することが可能となるとともに、直動回転変換部８が外部に露出するのを防止することが可能となる。

【0055】

ここで、回転翼Ｈ１～Ｈ３がロータ軸４の軸回りに回転すると、各回転翼Ｈ１～Ｈ３には遠心力Ｆ１～Ｆ３がそれぞれかかる。各回転翼Ｈ１～Ｈ３にかかる遠心力Ｆ１～Ｆ３は、グリップＰ１～Ｐ３をそれぞれ介し、各支持軸Ｍ１～Ｍ３に伝わる。このとき、各支持軸Ｍ１～Ｍ３は、各支持軸Ｍ１～Ｍ３に伝わった各遠心力Ｆ１～Ｆ３に基づいて、各支持軸Ｍ１～Ｍ３の回転軸芯を自動調整し、各支持軸Ｍ１～Ｍ３の軸回りの回転精度を向上させることができる。

【0056】

以下、回転伝達部６、回転直動変換部７および直動回転変換部８の構成および動作について、より具体的に説明する。
図５（ａ）および図６（ａ）は、第１実施形態に係る推力発生装置の構成を示す平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ－Ａ線に沿って切断した断面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ－Ｂ線に沿って切断した断面図、図７（ａ）は、第１実施形態に係る推力発生装置の推力発生用モータの構成を示す平面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＣ－Ｃ線に沿って切断した断面図である。

【0057】

図７（ａ）および図７（ｂ）において、ロータ２Ｂは、軸受Ｕ１を介し、回転軸Ｓ０の軸回りに回転可能な状態で外側フレーム２Ｃにて支持される。また、推力発生用モータ２内において、ロータ２Ｂとロータ軸４の間には中空部３Ａが設けられ、ロータ軸４内には中空部３Ｂが設けられている。

【0058】

また、図２、図３、図５（ａ）、図５（ｂ）、図６（ａ）および図６（ｂ）において、回転伝達部６は、歯車Ｇ１～Ｇ３および支持部材ＢＪ１～ＢＪ３を備える。歯車Ｇ１～Ｇ３は、ピッチ可変用モータ５の回転運動を回転直動変換部７に伝える。歯車Ｇ１は、ボールねじ軸７Ｆの一端に取り付けられる。歯車Ｇ３は、ピッチ可変用モータ５の回転軸に取り付けられる。歯車Ｇ２は、歯車Ｇ１と歯車Ｇ３の間で歯車Ｇ１、Ｇ３と噛み合う位置に設けられる。

【0059】

内径部２Ｄは、支持部材ＢＪ１を介し、歯車Ｇ１およびボールねじ軸７Ｆが回転可能な状態で歯車Ｇ１および回転直動変換部７を支持する。また、内径部２Ｄは、支持部材ＢＪ３を介し、歯車Ｇ３およびピッチ可変用モータ５の回転軸を回転可能な状態で支持する。また、内径部２Ｄは、支持部材ＢＪ１、ＢＪ２を介し、歯車Ｇ２を回転可能な状態で支持する。このとき、歯車Ｇ２は、支持部材ＢＪ１、ＢＪ２で挟み込まれた状態で、歯車Ｇ１、Ｇ３と噛み合う位置に配置される。歯車Ｇ１～Ｇ３の材料は、例えば、炭素鋼であり、支持部材ＢＪ１～ＢＪ３の材料は、例えば、アルミ合金である。なお、回転伝達部の機構として、歯車の代わりにベルトを用いてもよい。

【0060】

回転直動変換部７の回転直動変換機構として、ボールねじを用いることができる。回転直動変換部７の回転直動変換機構として、すべりねじを用いるようにしてもよい。回転直動変換部７は、直動伝達軸７Ｄ、直動案内部７Ｅ、ボールねじ軸７Ｆおよびボールねじナット７Ｇを備える。

【0061】

直動案内部７Ｅは、回転軸Ｓ０に沿って直線運動する方向にボールねじナット７Ｇおよび直動伝達軸７Ｄを案内する。このとき、直動案内部７Ｅは、ボールねじ軸７Ｆの回転に伴ってボールねじナット７Ｇが回転運動するのを規制する。直動案内部７Ｅは、支持部材ＢＪ１から突出する形状である。直動案内部７Ｅは、支持部材ＢＪ１と一体的に設けることができる。

【0062】

ボールねじ軸７Ｆは、軸受Ｕ２を介し、回転可能な状態で支持部材ＢＪ１にて支持されている。ボールねじ軸７Ｆは、転動体を介してボールねじナット７Ｇと螺合した状態で歯車Ｇ１とともに回転し、ボールねじナット７Ｇを直線運動させる。
ボールねじナット７Ｇは、ボールねじ軸７Ｆの回転運動に伴って直線運動し、その直線運動ＬＭを直動伝達軸７Ｄに伝える。

【0063】

直動伝達軸７Ｄは、ボールねじナット７Ｇの直線運動ＬＭを直動回転変換部８に伝える。直動伝達軸７Ｄは、ボールねじナット７Ｇに固定され、直動伝達軸７Ｄの先端は、軸受Ｕ３の内輪に挿入される。直動伝達軸７Ｄは、ボールねじナット７Ｇおよびボールねじ軸７Ｆの一部を内包する形状である。

【0064】

直動回転変換部８の直動回転変換機構として、ラックアンドピニオンを用いることができる。直動回転変換部８は、直動体１１、ラックＡ１～Ａ３、ケース２１、支持軸Ｍ１～Ｍ３、軸受Ｅ１～Ｅ３、アダプタＤ１～Ｄ３およびピニオンＢ１～Ｂ３を備える。

【0065】

直動体１１は、軸受Ｕ３を介し、直動伝達軸７Ｄの軸回りに回転可能な状態で支持される。このとき、直動体１１は、直動伝達軸７Ｄとともに、回転軸Ｓ０の軸方向に沿って直線運動可能である。

【0066】

ラックＡ１～Ａ３は、直動体１１にて支持される。各ラックＡ１～Ａ３は、ピニオンＢ１～Ｂ３とそれぞれ噛み合った状態で直動体１１とともに直線運動し、ピニオンＢ１～Ｂ３をそれぞれ回転運動させる。

【0067】

各支持軸Ｍ１～Ｍ３は、推力発生装置１から水平方向に放射状に突出するようにグリップＰ１～Ｐ３をそれぞれ支持する。各支持軸Ｍ１～Ｍ３は、軸受Ｅ１～Ｅ３をそれぞれ介し、各支持軸Ｍ１～Ｍ３の軸回りに回転可能な状態でケース２１にて保持される。グリップＰ１と支持軸Ｍ１は一体的に設け、グリップＰ２と支持軸Ｍ２は一体的に設け、グリップＰ３と支持軸Ｍ３は一体的に設けることができる。グリップＰ１～Ｐ３と支持軸Ｍ１～Ｍ３の材料は、例えば、ジュラルミンである。グリップＰ１～Ｐ３と支持軸Ｍ１～Ｍ３の耐久性を増大させるため、グリップＰ１～Ｐ３と支持軸Ｍ１～Ｍ３の材料として、例えば、チタンを用いてもよい。

【0068】

各ピニオンＢ１～Ｂ３は、各支持軸Ｍ１～Ｍ３にそれぞれ固定される。各ピニオンＢ１～Ｂ３は、各ラックＡ１～Ａ３の直線運動ＬＭに伴って回転運動し、その回転運動を各支持軸Ｍ１～Ｍ３に伝える。ピニオンＢ１～Ｂ３およびラックＡ１～Ａ３の材料は、例えば、クロムモリブデン鋼である。

【0069】

ケース２１は、ハブ１０の一部として用いることができる。ケース２１は、例えば、接合面のない非分割ケースである。非分割ケースは、インゴットからの削り出しで作製することができる。このとき、非分割ケースは、接着剤または溶接などで個片を繋ぎ合わせることなく作製することができる。非分割ケースは、繋ぎ目のないシームレスケースであってもよい。ケース２１は、直動体１１、ラックＡ１～Ａ３、支持軸Ｍ１～Ｍ３、軸受Ｅ１～Ｅ３、アダプタＤ１～Ｄ３およびピニオンＢ１～Ｂ３を収容する。このとき、ケース２１は、ロータ軸４の円周方向に１２０°の間隔で支持軸Ｍ１～Ｍ３を収容することができる。ケース２１は、エクステンション９を介してロータ２Ｂの端面に固定される。また、ケース２１は、回転軸Ｓ０の軸回りの回転時に各回転翼Ｈ１～Ｈ３にかかる遠心力Ｆ１～Ｆ３に対抗して各支持軸Ｍ１～Ｍ３を支持することができる。ケース２１は、例えば、ジュラルミンなどの切削加工で一体的に形成することができる。

【0070】

各アダプタＤ１～Ｄ３は、支持軸Ｍ１～Ｍ３と軸受Ｅ１～Ｅ３との間に設けられ、支持軸Ｍ１～Ｍ３にてそれぞれ支持される。各アダプタＤ１～Ｄ３の内周面は、支持軸Ｍ１～Ｍ３の外周面に沿うように形成され、各アダプタＤ１～Ｄ３の外周面は、軸受Ｅ１～Ｅ３の内周面に沿うように形成される。これにより、各アダプタＤ１～Ｄ３は、各支持軸Ｍ１～Ｍ３の径の変化に対応しつつ、各軸受Ｅ１～Ｅ３の内周側で各支持軸Ｍ１～Ｍ３を支持させることができる。アダプタＤ１～Ｄ３の材料は、例えば、ジュラルミンである。

【0071】

各軸受Ｕ３、Ｅ１～Ｅ３は、例えば、複列アンギュラ玉軸受を用いることができる。複列アンギュラ玉軸受は、単列アンギュラ玉軸受を背面組合せにし、外輪を一体にしてもよいし、単列アンギュラ玉軸受を正面組合せにし、内輪を一体にしてもよい。複列アンギュラ玉軸受は、ラジアル荷重と両方向のアキシアル荷重（スラスト荷重とも言う）を負荷することができ、背面組合せではモーメント荷重も負荷できる。

【0072】

エクステンション９は、フランジ９Ａを備える。フランジ９Ａは、エクステンション９と一体的に設けることができる。エクステンション９は、フランジ９Ａを介し、ロータ軸４の端面に取り付け可能である。ここで、ボルトＪ６にてフランジ９Ａをロータ軸４にねじ止めすることで、エクステンション９をロータ軸４に固定することができる。エクステンション９およびフランジ９Ａの材料は、例えば、ジュラルミンである。

【0073】

フランジ９Ａは、ロータ軸４の軸方向にフランジ９Ａを貫通する貫通孔９Ｋを備える。貫通孔９Ｋは、ボルトＪ６を挿入可能である。装着部４Ａは、ボルトＪ６をねじ込み可能な雌ねじ４Ｂを備える。雌ねじ４Ｂは、フランジ９Ａの装着面側に位置する。貫通孔９Ｋおよび雌ねじ４Ｂは、ボルトＪ６の挿入位置に対応させて配置することができる。ここで、貫通孔９Ｋを通してボルトＪ６を雌ねじ４Ｂにねじ込み、ボルトＪ６にてフランジ９Ａを装着部４Ａにねじ止めすることで、エクステンション９をロータ軸４に固定することができる。

【0074】

ピッチ可変用モータ５が回転すると、ピッチ可変用モータ５の回転運動に伴って歯車Ｇ１～Ｇ３が回転する。そして、歯車Ｇ１の回転運動に伴ってボールねじ軸７Ｆが回転し、ボールねじ軸７Ｆの回転運動に伴って、ボールねじナット７Ｇとともに直動伝達軸７Ｄが直線運動する。このとき、ボールねじナット７Ｇおよび直動伝達軸７Ｄの運動は、直動案内部７Ｅにて案内され、推力発生装置１内において、回転軸Ｓ０の軸方向に沿った直線運動に制限される。

【0075】

直動伝達軸７Ｄの直線運動ＬＭは、直動体１１に伝えられ、直動伝達軸７Ｄの直線運動ＬＭに伴って、直動体１１とともに各ラックＡ１～Ａ３が直線運動する。このとき、各ラックＡ１～Ａ３は、ピニオンＢ１～Ｂ３とそれぞれ噛み合った状態で直線運動し、各ピニオンＢ１～Ｂ３を回転させる。各ピニオンＢ１～Ｂ３の回転運動に伴って、各支持軸Ｍ１～Ｍ３がそれぞれの軸回りに回転する。そして、各支持軸Ｍ１～Ｍ３の回転運動は、グリップＰ１～Ｐ３をそれぞれ介し、各回転翼Ｈ１～Ｈ３に伝えられ、各回転翼Ｈ１～Ｈ３のピッチ角θ１～θ３が変化される。

【0076】

ここで、回転直動変換部７の回転直動変換機構としてボールねじを用いることにより、すべりねじを用いた場合に比べて、ピッチ可変に必要な駆動トルクを低減することができ、ピッチ可変用モータ５の省電力化を図ることができる。
また、回転直動変換部７に直動伝達軸７Ｄを設けることにより、ボールねじと直動体１１を回転軸Ｓ０の軸方向に離間して配置することができ、ボールねじを推力発生用モータ２内に収容しつつ、直動体１１をハブ１０内に収容することができる。
さらに、直動回転変換部８の直動回転変換機構として、ラックアンドピニオンを用いることにより、各ラックＡ１～Ａ３の長手方向を直動体１１の直動方向に揃えることが可能となるとともに、各ピニオンＢ１～Ｂ３の円周方向を各支持軸Ｍ１～Ｍ３の円周方向に揃えることが可能となる。このため、３個のラックアンドピニオンの配置を直動体１１の周囲でコンパクトにまとめることができ、各回転翼Ｈ１～Ｈ３に対応して３個のラックアンドピニオンを設けた場合においても、ハブ１０の大型化を抑制しつつ、直動回転変換部８をハブ１０内に収容することが可能となる。

【0077】

以下、回転伝達部６および回転直動変換部７の構成および動作について、さらに具体的に説明する。
図８（ａ）は、図６のピッチ可変用モータ、回転伝達部および回転直動変換部の構成を示す斜視図、図８（ｂ）は、図８（ａ）の回転直動変換部を支持する支持部材および直動案内部を除去した構成を示す斜視図である。

【0078】

図８（ａ）および図８（ｂ）において、支持部材ＢＪ１は、ボルトＪ１により内径部２Ｄに固定することができる。ボルトＪ１は、例えば、支持部材ＢＪ１の四隅に配置することができる。支持部材ＢＪ２は、支持部材ＢＪ１との間に歯車Ｇ２を挟み込んだ状態で、ボルトＪ２と支柱３１により支持部材ＢＪ１に固定する。ボルトＪ２は、例えば、支持部材ＢＪ２の両端に配置することができる。歯車Ｇ２の両軸端は、軸受を介して支持部材ＢＪ１およびＢＪ２に対し回転自在に支持される。支持部材ＢＪ３は、ボルトＪ３により内径部２Ｄに固定することができる。ボルトＪ３は、例えば、支持部材ＢＪ３の端部の２か所に配置することができる。また、支持部材ＢＪ３は、ボルトＪ４によりピッチ可変用モータ５を固定することができる。

【0079】

ボールねじナット７Ｇは、フランジ７Ａを備える。フランジ７Ａは、円筒を平行な二平面で切り取った形状であり、直動案内部７Ｅの開口部にフランジ７Ａの突出部が配置される。フランジ７Ａは、ボールねじナット７Ｇと一体的に設けることができる。
直動伝達軸７Ｄは、フランジ７Ｂおよび案内面７Ｃを備える。案内面７Ｃは、摺動部材７Ｈを備える。フランジ７Ｂおよび案内面７Ｃは、円筒を平行な二平面で切り取った形状であり、直動案内部７Ｅの開口部にフランジ７Ｂが配置される。

【0080】

フランジ７Ｂの平坦面と案内面７Ｃは一体の平面であってもよい。この平坦面は、互いに反対方向を向く２つの面であってもよい。フランジ７Ａ、７Ｂの突出部には、ボルトＪ５を挿入可能な領域を設けることができる。フランジ７Ａ、７Ｂが重なった状態で、ボルトＪ５にてフランジ７Ａをフランジ７Ｂに固定することにより、直動伝達軸７Ｄをボールねじナット７Ｇに固定することができる。

【0081】

また、フランジ７Ｂの平坦面または案内面７Ｃには、摺動部材７Ｈを挿入可能な凹部を設けることができる。そして、その凹部に摺動部材７Ｈを挿入し、接着剤などでフランジ７Ｂに固定することができる。このとき、摺動部材７Ｈは、平坦面から突出する。摺動部材７Ｈの材料は、例えば、樹脂である。

【0082】

一方、直動案内部７Ｅの内側には、フランジ７Ａ、７Ｂおよび案内面７Ｃの平坦面と対向する平面を設けることができる。そして、直動伝達軸７Ｄの直線運動ＬＭに伴って摺動部材７Ｈが直動案内部７Ｅの平面を摺動することにより、直動伝達軸７Ｄの運動を回転軸Ｓ０の軸方向に制限することができる。

【0083】

ここで、フランジ７Ａ、７Ｂの外周部の一部および案内面７Ｃに平坦面を設けるとともに、ボルトＪ５を挿入可能な突出部をフランジ７Ａ、７Ｂに設け、突出部を直動案内部７Ｅの開口部に配置することにより、直動案内部７Ｅの外径を小さくすることができ、推力発生用モータ２内のロータ軸４の径の増大を抑制しつつ、回転直動変換部７をロータ軸４内に収納することが可能となる。

【0084】

以下、直動回転変換部８の構成および動作について、さらに具体的に説明する。
図９は、図１（ｂ）のハブの構成を分解して示す斜視図、図１０は、図３のラックが取り付けられた直動体とピニオンとの位置関係を示す上面図、図１１（ａ）は、図１（ｂ）の回転翼のピッチ角に対応した直動体の位置を示す斜視図、図１１（ｂ）は、図１（ｃ）の回転翼のピッチ角に対応した直動体の位置を示す斜視図である。

【0085】

図９、図１０、図１１（ａ）および図１１（ｂ）において、直動回転変換部８は、その直動方向の移動範囲を制限するため、リフトガイド１９およびナットＳ１～Ｓ３を備える。リフトガイド１９は、ガイドベース１３およびガイドピンＴ１～Ｔ３を備える。ガイドベース１３は、直動伝達軸７Ｄの先端を通過可能な開口１４を備える。直動体１１は、開口１２、開口Ｖ１～Ｖ３および面Ｚ１～Ｚ３を備える。ハブ１０は、ケース２１、外蓋２２および中蓋２３を備える。ケース２１は、収容部２１Ａ、中空部Ｑ１～Ｑ３、開口２１Ｂおよび開口Ｋ１～Ｋ３を備える。中蓋２３は、貫通孔２３Ａを備える。

【0086】

各面Ｚ１～Ｚ３は、直動体１１が回転軸Ｓ０の軸回りに３回の回転対称となる位置に設けられる。３回の回転対称では、回転軸Ｓ０の軸回りに直動体１１を１２０°だけ回転させる度に、回転後の形状を回転前の形状に重ねることができる。各面Ｚ１～Ｚ３は、ラックＡ１～Ａ３をそれぞれ支持可能である。このとき、各面Ｚ１～Ｚ３は、各ラックＡ１～Ａ３の歯がピニオンＢ１～Ｂ３の歯の方向を向く位置で各ラックＡ１～Ａ３を支持する。
開口１２には軸受Ｕ３が挿入され、さらに軸受Ｕ３の内輪には直動伝達軸７Ｄが挿入される。各開口Ｖ１～Ｖ３は、ガイドピンＴ１～Ｔ３をそれぞれ挿入可能である。

【0087】

直動体１１は、軸受Ｕ３の外輪で支持され、直動伝達軸７Ｄの先端はナット１５により軸受Ｕ３の内輪に固定される。軸受Ｕ３の外輪は、例えば、Ｃ型留め輪１６にて直動体１１に取り付けることができる。

【0088】

ガイドベース１３は、ガイドピンＴ１～Ｔ３を直立した状態で支持する。ガイドピンＴ１～Ｔ３は、ガイドベース１３と一体的に設けることができる。ガイドベース１３の平面形状は、直動体１１の平面形状と等しくすることができる。各開口Ｖ１～Ｖ３の位置は、ガイドピンＴ１～Ｔ３の位置に対応させることができる。

【0089】

開口２１Ｂは、ラックＡ１～Ａ３が取り付けられた直動体１１をガイドベース１３とともに収容部２１Ａに挿入可能である。各開口Ｋ１～Ｋ３は、各支持軸Ｍ１～Ｍ３をケース２１内に挿入可能である。

【0090】

収容部２１Ａは、ラックＡ１～Ａ３が取り付けられた直動体１１をガイドベース１３とともにケース２１内に収容する。収容部２１Ａは、例えば、ケース２１内に設けられた中空部または凹部である。収容部２１Ａの平面形状は、ガイドベース１３の平面形状に対応させることができる。このとき、収容部２１Ａの平面形状は、回転軸Ｓ０の軸回りに３回の回転対称とすることができる。

【0091】

一方、各支持軸Ｍ１～Ｍ３を挿入可能な開口Ｋ１～Ｋ３は、収容部２１Ａの外側の円周面に沿って配置することができる。このとき、支持軸Ｍ１、ピニオンＢ１、軸受Ｅ１およびアダプタＤ１を挿入可能な中空部Ｑ１と、支持軸Ｍ２、ピニオンＢ２、軸受Ｅ２およびアダプタＤ２を挿入可能な中空部Ｑ２と、支持軸Ｍ３、ピニオンＢ３、軸受Ｅ３およびアダプタＤ３を挿入可能な中空部Ｑ３をケース２１に設けることができる。各中空部Ｑ１～Ｑ３には、開口２１Ｂを介し、支持軸Ｍ１～Ｍ３、ピニオンＢ１～Ｂ３、軸受Ｅ１～Ｅ３およびアダプタＤ１～Ｄ３をそれぞれ挿入可能である。

【0092】

ガイドピンＴ１～Ｔ３の先端は、貫通孔２３Ａを介して中蓋２３の外側に突出する。そして、ガイドピンＴ１～Ｔ３の先端が中蓋２３の外側に突出した状態で、ナットＳ１～Ｓ３が各ガイドピンＴ１～Ｔ３の先端に装着されることで、収容部２１Ａ内にガイドベース１３を配置することができる。

【0093】

中蓋２３は、ケース２１にて支持される。中蓋２３は、ボルトＪ７にてケース２１に固定することができる。外蓋２２は、中蓋２３をカバーする。外蓋２２は、中蓋２３に固定することができる。中蓋２３の材料は、例えば、ジュラルミン、外蓋２２の材料は、例えば、樹脂である。

【0094】

そして、ラックＡ１～Ａ３が取り付けられた直動体１１は、収容部２１Ａに収納される。各ピニオンＢ１～Ｂ３が取り付けられた各支持軸Ｍ１～Ｍ３は、各中空部Ｑ１～Ｑ３に収納される。このとき、図１０に示すように、各支持軸Ｍ１～Ｍ３は、それぞれの回転軸ＪＳ１～ＪＳ３が直動体１１の各面Ｚ１～Ｚ３に対して垂線方向ＪＤ１～ＪＤ３に向くように配置される。そして、各ラックＡ１～Ａ３は、各ピニオンＢ１～Ｂ３と噛み合う位置で各面Ｚ１～Ｚ３上にそれぞれ支持される。

【0095】

直動伝達軸７Ｄの直線運動に伴って、直動体１１とともに各ラックＡ１～Ａ３が直線運動する。このとき、直動体１１の運動は、ガイドピンＴ１～Ｔ３にて案内されるとともに、直動体１１の直動方向の移動範囲が、ガイドベース１３およびナットＳ１～Ｓ３にて制限される。各ラックＡ１～Ａ３の直線運動に伴ってピニオンＢ１～Ｂ３がそれぞれ回転運動し、ピニオンＢ１～Ｂ３の回転運動に伴って、各支持軸Ｍ１～Ｍ３がそれぞれの軸回りに回転する。そして、各支持軸Ｍ１～Ｍ３の回転運動に伴って各回転翼Ｈ１～Ｈ３が回転し、各回転翼Ｈ１～Ｈ３のピッチ角θ１～θ３が変化される。例えば、直動体１１が図１１（ａ）の位置にあるときは、各回転翼Ｈ１～Ｈ３のピッチ角θ１～θ３が図１（ｂ）に示すように設定され、直動体１１が図１１（ｂ）の位置にあるときは、各回転翼Ｈ１～Ｈ３のピッチ角θ１～θ３が図１（ｃ）に示すように設定される。

【0096】

ここで、回転軸Ｓ０の軸回りに３回の回転対称となる位置に各面Ｚ１～Ｚ３を設け、ラックＡ１～Ａ３を各面Ｚ１～Ｚ３に配置するようにしたので、１個の直動体１１を直線運動させることで、３個の各支持軸Ｍ１～Ｍ３の軸回りの３個の回転運動を発生させることができる。このため、直動回転変換部８をハブ１０内に収容することを可能としつつ、３枚の回転翼Ｈ１～Ｈ３のピッチを可変とすることができる。

【0097】

上記の実施形態においては、各回転翼Ｈ１～Ｈ３は推力発生装置１の真下に配置され、推力発生装置１は飛翔体の機体の下部に装着される。このとき、推力発生用モータ２には、上方向に推力がかかる。このため、推力発生用モータ２にかかる推力の方向に応じて、推力発生用モータ２の耐荷重を異ならせることで、推力発生用モータ２を軽量化することができる。

【0098】

以下、推力発生用モータ２の軸受の支持構造について具体的に説明する。
図１２は、図７（ｂ）のＥＡ部を拡大して示す断面図、図１３は、図１（ａ）の推力発生用モータを斜め上方から見たときの構成を分解して示す斜視図、図１４は、図１（ａ）の推力発生用モータを斜め下方から見たときの構成を分解して示す斜視図である。

【0099】

図１２から図１４において、推力発生用モータ２は、ステータケース４０を備える。ステータケース４０は、ロータ２Ｂと対向する位置にステータ２Ａを収容可能である。ステータケース４０は、軸受Ｕ１を介してロータ２Ｂのロータ軸４を回転自在に支持する。ステータケース４０は、軸受Ｕ１にかかるアキシアル荷重を受ける。ここで、ステータケース４０は、軸受Ｕ１にかかるアキシアル荷重の方向に応じて異なる耐荷重を有する。このとき、ステータケース４０は、単方向（プッシャ専用の推力発生装置１では上方向）のアキシアル荷重に対してのみ耐荷重を有することができる。

【0100】

また、ロータ軸４は、軸受Ｕ１にかかるアキシアル荷重の方向に応じて異なる耐荷重を有する。このとき、ロータ軸４は、単方向（プッシャ専用の推力発生装置１では上方向）のアキシアル荷重に対してのみ耐荷重を有することができる。

【0101】

具体的には、ステータケース４０は、外側フレーム２Ｃ、内径部２Ｄ、装着面１Ａ、支持部１Ｃおよびスペーサ２Ｆを備える。軸受Ｕ１は、外輪Ｕ１１および内輪Ｕ１２を備える。

【0102】

内径部２Ｄの内周面には、外輪Ｕ１１の外周面が接触可能である。内径部２Ｄの内周面には、外輪Ｕ１１の軸方向端面に接触可能な段差ＤＳ１（第１荷重受部）が設けられる。このとき、段差ＤＳ１は、外輪Ｕ１１の軸方向端面のうちの、飛翔体ＨＳＢの装着面側（プッシャ専用の推力発生装置１では上端面）にのみ設けることができる。

【0103】

ロータ軸４の外周面には、内輪Ｕ１２の内周面が接触可能である。ロータ軸４の外周面には、内輪Ｕ１２の軸方向端面に接触可能な段差ＤＳ２（第２荷重受部）が設けられる。このとき、段差ＤＳ２は、内輪Ｕ１２の軸方向端面のうちの、飛翔体ＨＳＢの装着面の反対側（プッシャ専用の推力発生装置１では下端面）にのみ設けることができる。

【0104】

ここで、プッシャ専用の推力発生装置１では、回転翼Ｈ１～Ｈ３の推力Ｆは、推力発生用モータ２が下から押されるように推力発生用モータ２にかかる。このとき、回転翼Ｈ１～Ｈ３の推力Ｆは、ロータ軸４の段差ＤＳ２を介して内輪Ｕ１２の下端面にかかり、内輪Ｕ１２の下端面にかかる推力Ｆの反作用としての荷重をロータ軸４の段差ＤＳ２で受け止めることができる。さらに、内輪Ｕ１２の下端面にかかる推力Ｆは、外輪Ｕ１１の上端面を介して内径部２Ｄの段差ＤＳ１にかかり、外輪Ｕ１１の上端面を介してかかる荷重を内径部２Ｄの段差ＤＳ１で受け止めることができる。このため、軸受Ｕ１を介して回転自在にロータ軸４を支持しつつ、軸受Ｕ１にかかるアキシアル荷重を段差ＤＳ１、ＤＳ２で受け止めることができる。

【0105】

ここで、内径部２Ｄの段差ＤＳ１は、外輪Ｕ１１の上端面側のみに設けることで、外輪Ｕ１１の下端面側に段差を設ける必要がなくなり、外輪Ｕ１１の下端面側で内径部２Ｄを薄肉化することができる。ロータ軸４の段差ＤＳ２は、内輪Ｕ１２の下端面側のみに設けることで、内輪Ｕ１２の上端面側に段差を設ける必要がなくなり、内輪Ｕ１２の上端面側でロータ軸４を薄肉化することができる。これにより、双方向のアキシアル荷重に対して耐荷重を持たせた場合に比べて、内径部２Ｄおよびロータ軸４を軽量化することができ、回転翼Ｈ１～Ｈ３の推力Ｆを受け止めつつ、推力発生用モータ２を軽量化することができる。

【0106】

一方、外輪Ｕ１１の軸方向端面の他方の側（プッシャ専用の推力発生装置１では外輪Ｕ１１の下端面）には、プレート４３が設けられる。プレート４３は、外輪Ｕ１１の軸方向端面の他方の側を支持する。プレート４３は、ボルトＪ８で内径部２Ｄに固定することができる。これにより、外輪Ｕ１１の軸方向端面のうちの、飛翔体ＨＳＢの装着面側にのみ段差ＤＳ１が設けられている場合においても、推力発生用モータ２の高重量化を抑制しつつ、外輪Ｕ１１を位置決めすることができる。

【0107】

また、内輪Ｕ１２の軸方向端面の他方の側（プッシャ専用の推力発生装置１では内輪Ｕ１２の上端面）には、スナップリング４１が設けられる。スナップリング４１は、内輪Ｕ１２の軸方向端面の他方の側を支持する。スナップリング４１は、ロータ軸４の外周面に固定することができる。これにより、内輪Ｕ１２の軸方向端面のうちの、飛翔体ＨＳＢの装着面の反対側にのみ段差ＤＳ２が設けられている場合においても、推力発生用モータ２の高重量化を抑制しつつ、内輪Ｕ１２を位置決めすることができる。

【0108】

また、軸受Ｕ１上には、カバー４２が設けられる。カバー４２は、軸受Ｕ１の上端面を覆うことができる。このとき、カバー４２は、軸受Ｕ１の上端面の平面形状に対応したリング状とすることができる。カバー４２は、ボルトなどにより内径部２Ｄの内周面に固定することができる。

【0109】

以下、第２実施形態に係る推力発生装置について説明する。上述した第１実施形態では、推力発生用モータ２と回転翼Ｈ１～Ｈ３との間の間隔を保つためのスペーサとして、フランジ９Ａを有するエクステンション９を用いた例について説明した。第２実施形態では、推力発生用モータ２と回転翼Ｈ１～Ｈ３との間の間隔を保つためのスペーサとして、フランジ９Ａがないエクステンション９´を用いる例について説明する。
以下の説明では、第１実施形態の構成と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

【0110】

図１５（ａ）は、第２実施形態に係る推力発生装置に回転翼を取り付けた状態を示す斜視図、図１５（ｂ）および図１５（ｃ）は、第２実施形態に係る推力発生装置に取り付けられた回転翼のピッチ角を変化させた状態を示す側面図、図１６および図１７は、図１５（ａ）の推力発生装置の構成を分解して示す斜視図、図１８（ａ）および図１８（ｂ）は、図１６および図１７の推力発生装置の組み立て後の構成を示す斜視図、図１９（ａ）および図２０（ａ）は、第２実施形態に係る推力発生装置の構成を示す平面図、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）のＡ－Ａ線に沿って切断した断面図、図２０（ｂ）は、図２０（ａ）のＢ－Ｂ線に沿って切断した断面図である。

【0111】

図１５（ａ）、図１５（ｂ）、図１５（ｃ）、図１６、図１７、図１８（ａ）、図１８（ｂ）、図１９（ａ）、図１９（ｂ）、図２０（ａ）および図２０（ｂ）において、推力発生装置１´は、図１（ｂ）の推力発生装置１のエクステンション９の代わりにエクステンション９´を備える。推力発生装置１´のそれ以外の構成は図１（ｂ）の推力発生装置１の構成と同様である。

【0112】

エクステンション９´は、回転軸Ｓ０の軸方向において、推力発生用モータ２と回転翼Ｈ１～Ｈ３との間の間隔を保つためのスペーサである。エクステンション９´は、回転翼Ｈ１～Ｈ３が推力発生用モータ２に衝突するのを防止する。エクステンション９´は、装着部４Ａを介してロータ軸４に固定され、ロータ軸４とともに回転する。このとき、ハブ１０は、エクステンション９´を介して、ロータ軸４に固定される。エクステンション９´は、ロータ軸４の軸方向に直動伝達軸７Ｄを通すために円筒状とすることができる。エクステンション９´は、図２のエクステンション９のフランジ９Ａがないという点以外はエクステンション９と同様に構成することができる。

【0113】

以下、エクステンション９´を介したロータ軸４の端面側へのハブ１０の取り付け方法について具体的に説明する。
図２１は、図１５（ｂ）のハブおよびエクステンションの構成を分解して示す斜視図、図２２は、図１５（ｂ）の装着部、ケースおよびエクステンションの構成を分解して示す斜視図、図２３は、図２２のケースの構成を示す下面図である。

【0114】

図２１から図２３において、ケース２１の収容部２１Ａは、頂面２１Ｄを備える。頂面２１Ｄは、エクステンション９´の装着側に位置する。頂面２１Ｄには、円形状の開口２１Ｃおよび貫通孔ＷＡ１～ＷＡ３が設けられている。貫通孔ＷＡ１～ＷＡ３は、開口２１Ｃの周囲の３か所に配置することができる。各貫通孔ＷＡ１～ＷＡ３は、ボルトＷ１～Ｗ３の挿入可能である。エクステンション９´は、段差９Ｂおよび貫通孔ＷＢ１～ＷＢ３を備える。段差９Ｂは、エクステンション９´の内周面側でロータ軸４の軸方向に突出する。段差９Ｂは、開口２１Ｃに挿入可能である。貫通孔ＷＢ１～ＷＢ３は、ロータ軸４の軸方向にエクステンション９´を貫通する。各貫通孔ＷＢ１～ＷＢ３は、ボルトＷ１～Ｗ３の挿入可能である。装着部４Ａは、雌ねじＷＣ１～ＷＣ３を備える。雌ねじＷＣ１～ＷＣ３は、エクステンション９´の装着面側に位置する。各貫通孔ＷＡ１～ＷＡ３、ＷＢ１～ＷＢ３および各雌ねじＷＣ１～ＷＣ３は、各ボルトＷ１～Ｗ３の挿入位置に対応させて配置することができる。中蓋２３は、ねじＪ７を挿入可能な貫通孔２３Ｄを備える。このとき、外蓋２２は、貫通孔２３Ｄを塞ぐように中蓋２３をカバーすることができる。

【0115】

そして、段差９Ｂを開口２１Ｃに挿入し、ケース２１の頂面２１Ｄをエクステンション９´の下端側に突き合わせる。そして、ボルトＷ１～Ｗ３を収容部２１Ａ内に挿入し、貫通孔ＷＡ１～ＷＡ３をそれぞれ介してケース２１から突出させ、さらに貫通孔ＷＢ１～ＷＢ３をそれぞれ介してエクステンション９´から突出させ、雌ねじＷＣ１～ＷＣ３にねじ止めすることで、ケース２１およびエクステンション９´を装着部４Ａに固定することができる。このとき、ケース２１内およびエクステンション９´内にボルトＷ１～Ｗ３を収めた状態でケース２１およびエクステンション９´を装着部４Ａに固定することができる。このため、ボルトＷ１～Ｗ３が推力発生装置１´の外部に露出するのを防止することが可能となるとともに、図１（ａ）の推力発生装置１に比べて図１５（ａ）の推力発生装置１´の軽量化を図りつつ、推力発生装置１´からのボルトＷ１～Ｗ３の脱落を防止することができる。

【0116】

ここで、図２１に示すように、ケース２１とエクステンション９´の対向面にノックピン９Ｅを挿入し、装着部４Ａとエクステンション９´の対向面にマーカピン９Ｆを挿入することができる。なお、ノックピン９Ｅおよびマーカピン９Ｆはそれぞれ、ボルトＷ１～Ｗ３の個数に合わせて３個ずつ設けることができる。このとき、エクステンション９´の下端面側において、ノックピン９ＥとボルトＷ１～Ｗ３を円周方向に交互に配置することができる。また、装着部４Ａにおいて、マーカピン９ＦとボルトＷ１～Ｗ３を円周方向に交互に配置することができる。これにより、ケース２１およびエクステンション９´を装着部４Ａにねじ止めするためのクリアランスを確保しつつ、ケース２１およびエクステンション９´の位置決め精度を向上させることが可能となるとともに、ボルトＷ１～Ｗ３にかかる周方向のトルクを逃がすことができる。

【0117】

そして、直動体１１、ラックＡ１～Ａ３およびピニオンＢ１～Ｂ３が収容部２１Ａ内に配置された状態で、開口２１Ｂを塞ぐように中蓋２３がケース２１に装着される。そして、ねじＪ７が貫通孔２３Ｄに挿入された状態で、ねじＪ７がケース２１にねじ込まれることで中蓋２３がケース２１に固定される。そして、ねじＪ７が挿入された貫通孔２３Ｄを塞ぐように外蓋２２が中蓋２３に装着される。これにより、ねじＪ７が推力発生装置１´の外部に露出するのを防止することが可能となるとともに、ねじＪ７の脱落を防止することができる。

【0118】

なお、ケース２１と装着部４Ａは、図１（ｂ）の推力発生装置１と図１５（ｂ）の推力発生装置１とで共通である。このため、図１６のエクステンション９´では装着強度が不足する場合に、ケース２１および装着部４Ａを改変することなく、図２のエクステンション９に交換することができる。

【0119】

また、上述した実施形態では、推力発生用モータ２と回転翼Ｈ１～Ｈ３との間の間隔を保つために、図１（ｂ）のエクステンション９または図１５（ｂ）のエクステンション９´を設けた構成について示したが、エクステンション９またはエクステンション９´がなくても、推力発生用モータ２と回転翼Ｈ１～Ｈ３との間の間隔を十分維持できる場合は、エクステンション９またはエクステンション９´がなくてもよい。図１（ｂ）のエクステンション９がない場合、フランジ９Ａをケース２１に設けてもよい。図１５（ｂ）のエクステンション９´がない場合、エクステンション９´による間隔分だけボルトＷ１～Ｗ３を短くし、ボルトＷ１～Ｗ３を用いてケース２１を装着部４Ａに直接固定することができる。

【符号の説明】

【0120】

１ 推力発生装置、Ｈ１～Ｈ３ 回転翼、Ｐ１～Ｐ３ グリップ、２ 推力発生用モータ、２Ａ ステータ、２Ｂ ロータ、３Ａ、３Ｂ 中空部、４ ロータ軸、５ ピッチ可変用モータ、６ 回転伝達部、７ 回転直動変換部、８ 直動回転変換部、９ エクステンション

【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】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】