特許 7632927 移動体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-02-10

(45)【発行日】2025-02-19

(54)【発明の名称】移動体

(51)【国際特許分類】

   B64U 50/37 20230101AFI20250212BHJP

   B64U 50/34 20230101ALI20250212BHJP

   B64U 50/19 20230101ALI20250212BHJP

   B64U 10/17 20230101ALI20250212BHJP

   B64U 10/13 20230101ALI20250212BHJP

   B63H 20/00 20060101ALI20250212BHJP

   B63H 21/17 20060101ALI20250212BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20250212BHJP

   B60L 58/21 20190101ALI20250212BHJP

   B63G 8/08 20060101ALI20250212BHJP

【ＦＩ】

B64U50/37

B64U50/34

B64U50/19

B64U10/17

B64U10/13

B63H20/00 600

B63H21/17

B60L50/60

B60L58/21

B63G8/08 A

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2024083789

(22)【出願日】2024-05-23

【審査請求日】2024-05-27

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】524128279

【氏名又は名称】高藤総合研究所合同会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000235

【氏名又は名称】弁理士法人 天城国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高藤 恭胤

【審査官】塚本 英隆

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２３３３７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１９６４４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１３６３４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６４Ｕ ５０／３７

Ｂ６４Ｕ ５０／３４

Ｂ６４Ｕ ５０／１９

Ｂ６４Ｕ １０／１７

Ｂ６４Ｕ １０／１３

Ｂ６３Ｈ ２０／００

Ｂ６３Ｈ ２１／１７

Ｂ６０Ｌ ５０／６０

Ｂ６０Ｌ ５８／２１

Ｂ６３Ｇ ８／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転駆動することで本体の位置を移動させる回転体と、
前記回転体を回転駆動する第１のモータと、
前記第１のモータに電力を供給する電源と、
回転軸が前記第１のモータの回転軸と接続され、前記第１モータの回転軸の回転にともなって電力を生成し、前記電源に電力を供給する第２のモータと、
前記第１のモータ、および、前記電源を制御する制御部と、
を有し、
前記電源は、
第１蓄電池と、
第２蓄電池と、
前記第１のモータの電力源として使用する蓄電池を前記第１蓄電池もしくは前記第２蓄電池に切り替える第１切替器と、
前記第２のモータの出力を動力源として動作し、前記第１蓄電池および前記第２蓄電池を充電するバッテリーチャージャーと、
前記バッテリーチャージャーの出力を前記第１蓄電池もしくは前記第２蓄電池に接続する第２切替器、
を有し、
前記制御部は、前記第１切替器と前記第２切替器を制御する、
移動体。

【請求項2】

回転駆動することで本体の位置を移動させる回転体と、
前記回転体を回転駆動する第１のモータと、
前記第１のモータに電力を供給する電源と、
回転軸が前記第１のモータの回転軸と接続され、前記第１モータの回転軸の回転にともなって電力を生成し、前記電源に電力を供給する第２のモータと、
を有し、
前記電源は、
第１蓄電池と、
前記第２のモータの出力を動力源として動作し、前記第１蓄電池を充電するバッテリーチャージャーと、
を有する移動体。

【請求項3】

前記回転体がプロペラであり、
前記本体が空中を飛行するドローンもしくはヘリコプター、水上を移動するモーターボート、水中を移動する潜水艦の何れかである、
請求項１または２に記載の移動体。

【請求項4】

前記回転体がタイヤであり、
前記本体が地上を走行する電動キックスケータもしくは電動自転車である、
請求項１または２に記載の移動体。

【請求項5】

前記制御部は、前記第１切替器が選択している前記第１蓄電池もしくは前記第２蓄電池の残容量が所定の閾値以下になった場合、切替前までに前記第１切替器が選択していない前記第１蓄電池もしくは前記第２蓄電池を選択するように前記第１切替器を制御する、
請求項１に記載の移動体。

【請求項6】

前記第１蓄電池への充電電流をモニタする第１電流モニタと、
前記第１蓄電池から出力される電流を計測する第２電流モニタと、
前記第２蓄電池への充電電流をモニタする第３電流モニタと、
前記第２蓄電池から出力される電流を計測する第４電流モニタと、
を備え、
前記制御部は、前記第１蓄電池への前記充電電流と前記第１蓄電池から出力される電流に基づいて前記第１蓄電池の残容量を推定し、前記第２蓄電池への前記充電電流と前記第２蓄電池から出力される電流に基づいて前記第２蓄電池の残容量を推定する、
請求項１に記載の移動体。

【請求項7】

前記第１蓄電池の出力電圧をモニタする第１電圧モニタと、
前記第２蓄電池の出力電圧をモニタする第２電圧モニタと、
を備え、
前記制御部は、前記第１蓄電池の出力電圧に基づいて前記第１蓄電池の残容量を推定し、前記第２蓄電池の出力電圧に基づいて前記第２蓄電池の残容量を推定する、
請求項１に記載の移動体。

【請求項8】

前記制御部は、前記第１切替器が選択していない前記第１蓄電池もしくは前記第２蓄電池に、前記バッテリーチャージャーの出力を接続するように前記第２切替器を制御する、
請求項１に記載の移動体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、移動体に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、多くの分野においてドローンが利用されている。例えば、ドローンにカメラを搭載して遠隔操作することで、大型の有人ヘリコプターで飛行できない場所の撮影を行っている。また、ドローンを利用した宅配サービスの実証試験も進められている。

【0003】

ドローンは、搭載している蓄電池によりプロペラを駆動して飛行する。ドローンの飛行時間を長くするためには、蓄電池の容量を大きくする必要がある。しかし、蓄電池は、容量を大きくするほど重量が重くなる。重い蓄電池を搭載して飛行するためには、大きなプロペラと大きなモータが必要となり、ドローンの製造コストが高くなるという問題がある。ドローンの飛行時間を長くすることは、大きな課題である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０２１－１１８４１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

例えば、電動キックスケータ、電動自転車、モーターボート、潜水艦などの移動体も、蓄電池に充電された電力で動作する。このように、蓄電池の電力で動作する移動体の動作時間を長くすることは、同様に大きな課題である。

【0006】

本発明は、上述の事情の下になされたもので、蓄電池の電力で動作する移動体の動作時間を長くすることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、実施形態に係る移動体は、回転駆動することで本体の位置を移動させる回転体と、回転体を回転駆動する第１のモータと、第１のモータに電力を供給する電源と、回転軸が第１のモータの回転軸と接続され、第１モータの回転軸の回転にともなって電力を生成し、電源に電力を供給する第２のモータと、第１のモータ、および、電源を制御する制御部と、を有する。電源は、第１蓄電池と、第２蓄電池と、第１のモータの電力源として使用する蓄電池を第１蓄電池もしくは第２蓄電池に切り替える第１切替器と、第２のモータの出力を動力源として動作し、第１蓄電池および第２蓄電池を充電するバッテリーチャージャーと、バッテリーチャージャーの出力を第１蓄電池もしくは第２蓄電池に接続する第２切替器を有する。制御部は、第１切替器と第２切替器を制御する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態１に係るドローンの外観図である。

【図2】実施形態１に係るドローンのブロック図である。

【図3】実施形態１に係る電源の構成図である。

【図4】実施形態１に係る駆動部の斜視図である。

【図5】実施形態１に係る帰還部の斜視図である。

【図6】実施形態１に係る接続部について説明するための図である。

【図7】実施形態１に係る電源の切替制御処理について説明するためのフローチャートである。

【図8】実施形態１に係る電源の充電制御処理について説明するためのフローチャートである。

【図9】実施形態２に係る電源の構成図である。

【図10】実施形態３に係る移動体のバッテリーの残容量とバッテリーの出力電圧との関係を示すグラフである。

【図11】実施形態４に係る移動体について説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（実施形態１）
本実施形態では、移動体がドローンである場合を例にして説明する。以下、実施形態に係る移動体（ドローン）について、図を参照して説明する。説明にあたっては、相互に直行するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなるＸＹＺ座標系を適宜用いる。

【0010】

図１は、実施形態に係るドローン１の外観図である。ドローン１は、ドローン本体１０と複数のプロペラ２０を有する。図１では、プロペラ２０が４個ある場合を記載しているが、プロペラ２０の数は制限されない。ドローン本体１０には、電源、制御部等が搭載される。

【0011】

図２は、実施形態に係るドローン１のブロック図である。ドローン１は、電源３０、駆動部４０、プロペラ２０、帰還部５０、接続部６０、制御部７０を有する。

【0012】

図３は、電源３０の構成図である。電源３０は、第１バッテリー３１１（第１蓄電池）、第２バッテリー３１２（第２蓄電池）、第１切替器３２１、第２切替器３２２、バッテリーチャージャー３４、コンバータ３５を有する。第１バッテリー３１１の入力側には、第１バッテリー３１１に充電される充電電流を計測する第１電流モニタ３６１が設けられている。第１バッテリー３１１の出力側には、第１バッテリー３１１から出力される電流を計測する第２電流モニタ３６２が設けられている。第２バッテリー３１２の入力側には、第２バッテリー３１２に充電される充電電流を計測する第３電流モニタ３６３が設けられている。第２バッテリー３１２の出力側には、第２バッテリー３１２から出力される電流を計測する第４電流モニタ３６４が設けられている。

【0013】

第１切替器３２１の出力は、端子Ｐ１を介して駆動部４０の入力部に接続される。端子Ｐ１は、正極と負極の２端子で構成される。コンバータ３５の入力は、端子Ｐ２を介して帰還部５０の出力部（図５に示す第２のモータの端子５３ａと端子５３ｂ）に接続される。バッテリーチャージャー３４は、端子Ｐ３を介して商用電力に接続される。

【0014】

第１バッテリー３１１および第２バッテリー３１２は、例えば、リチウムイオンバッテリーで構成される。第１バッテリー３１１および第２バッテリー３１２の出力電圧は、駆動部４０を構成する第１のモータを駆動するのに適した電圧であり、例えば、直流電圧２４Ｖである。

【0015】

第１切替器３２１は、駆動部４０の電力源として使用するバッテリーを切り替えるための回路である。第１切替器３２１は、制御部７０による制御に基づいて、第１バッテリー３１１もしくは第２バッテリー３１２を駆動部４０の電力源として選択する。第２切替器３２２は、バッテリーチャージャー３４で充電するバッテリーを選択するための回路である。第２切替器３２２は、制御部７０による制御に基づいて、バッテリーチャージャー３４の出力を第１バッテリー３１１もしくは第２バッテリー３１２に接続する。第１切替器３２１および第２切替器３２２は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）、リレー等で構成することができる。

【0016】

コンバータ３５は、帰還部５０が出力する電力をバッテリーチャージャー３４の入力に適した電圧（電流）に変換する。帰還部５０の出力電圧がバッテリーチャージャー３４の入力に適した電圧である場合、コンバータ３５を省略することもできる。

【0017】

バッテリーチャージャー３４は、コンバータ３５を介して帰還部５０の出力を動力源として動作し、第１バッテリー３１１および第２バッテリー３１２に適した充電電圧および充電電流で、第１バッテリー３１１および第２バッテリー３１２を充電する。例えば、バッテリーチャージャー３４は、第１バッテリー３１１および第２バッテリー３１２を一定の充電電流で充電する。バッテリーチャージャー３４の許容入力電圧は、例えば、１００Ｖ乃至２２０Ｖである。バッテリーチャージャー３４は、端子Ｐ３を介して１００Ｖの商用電力を入力することができる。バッテリーチャージャー３４は、制御部７０による制御に基づいて、動力源を帰還部５０の出力から商用電源に切り替えて動作することもできる。

【0018】

図２に戻り、駆動部４０は、第１のモータ４１で構成される。ここでは、第１のモータ４１として直流モータを用いる場合について説明する。第１のモータ４１として交流モータを用いる場合は、電源３０と第１のモータ４１との間に、ＤＣ／ＡＣコンバータを設ける。図４は、駆動部４０を構成する第１のモータ４１の斜視図である。第１のモータ４１は、プロペラ２０を駆動する。第１のモータ４１は、複数のプロペラ２０それぞれに対して設けられる。ここでは、ドローン１が４個のプロペラ２０を搭載しているので、駆動部４０は、４個の第１のモータ４１を備える。第１のモータ４１は、Ｘ軸方向を軸方向とする回転軸４２を有する。回転軸４２には、３極タイプの回転子が固定され、回転子には巻き線が巻かれる。回転子に巻かれた巻き線の一端は端子４３ａに、他端は端子４３ｂに接続される。端子４３ａと端子４３ｂは、電源３０の端子Ｐ１に接続される。第１のモータ４１は、回転子を覆うように配置された固定子（磁石）を備えている。回転子は、回転軸４２を軸として固定子が形成する磁界の中を回転する。

【0019】

図２に戻り、帰還部５０は、第２のモータ５１で構成される。図５は、帰還部５０を構成する第２のモータ５１の斜視図である。第２のモータ５１は、第１のモータ４１に対応して設けられる。ここでは、駆動部４０が４個の第１のモータ４１を備えているので、帰還部５０は、４個の第２のモータ５１を備える。第２のモータ５１は、第１のモータ４１の回転軸４２の回転に連動して回転する、Ｘ軸方向を軸方向とする回転軸５２を有する。回転軸５２には、３極タイプの回転子が固定され、回転子には巻き線が巻かれている。回転子に巻かれた巻き線の一端は端子５３ａに、他端は端子５３ｂに接続される。第２のモータ５１は、回転子を覆うように配置された固定子（磁石）を備えている。回転子は、回転軸５２を軸として固定子が形成する磁界の中を回転する。第２のモータ５１は、固定子の形成する磁界の中を回転子が回転することで、回転子に巻かれた巻き線に交流電流を発生する。端子５３ａと端子５３ｂは、電源３０の端子Ｐ２に接続される。

【0020】

図２に戻り、接続部６０は、第１のモータ４１の回転軸４２の回転を第２のモータ５１の回転軸５２に伝える。図６は、接続部６０について説明するための図である。接続部６０は、例えば、第１の歯車６１と第２の歯車６２とからなる。第１の歯車６１は、第１のモータ４１の回転軸４２に嵌合して設けられる。第２の歯車６２は、第２のモータ５１の回転軸５２に嵌合して設けられる。第１の歯車６１と第２の歯車６２は嵌合して配置され、第２の歯車６２は、第１の歯車６１の回転に連動して回転する。第１の歯車６１の歯数と第２の歯車６２の歯数の比をＮとする。

【0021】

図２に戻り、制御部７０は、通信部、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等で構成される。ＲＯＭには、ドローン１の制御用プログラムが記憶されている。制御部７０は、通信部で受信した制御情報に基づいて、駆動部４０を制御してプロペラ２０を駆動することで、ドローン１の飛行を制御する。詳細には、制御部７０は、電源３０と駆動部４０との間に電子スイッチや抵抗を介在させ、駆動部４０を構成する第１のモータ４１に供給する電流を制御することで、複数の第１のモータ４１それぞれの回転速度や回転のオン・オフを制御する。制御部７０による電源３０の制御については後述する。

【0022】

次に、ドローン１の動作について説明する。制御部７０は、通信部で受信した制御情報に基づいて、駆動部４０を制御してプロペラ２０を駆動する。ドローン１は、プロペラ２０の回転に基づいて飛行する。

【0023】

図４に示す駆動部４０を構成する第１のモータ４１の回転軸４２は、電源３０から電力を供給されて回転する。詳細には、第１のモータ４１の回転軸４２は、フレミングの法則に基づき、第１のモータ４１を構成する回転子に巻かれた電流の流れる巻き線が第１のモータ４１を構成する固定子（永久磁石）が形成する磁場から受ける力によって回転する。

【0024】

第２のモータ５１の回転軸５２は、第１のモータ４１の回転軸４２の回転速度と、接続部６０の第１の歯車６１の歯数と第２の歯車６２の歯数の比Ｎに応じた回転速度で回転する。第２のモータ５１を構成する固定子（永久磁石）が形成する磁場の中を回転軸５２に固定された回転子に巻かれた巻き線が回転することで、フレミングの法則に基づいて、第２のモータ５１の回転子に巻かれた巻き線に、回転軸５２の回転速度に比例した電流が発生する。第２のモータ５１は、発生した電流により電源３０を充電する。制御部７０による電源３０の制御については後述する。

【0025】

次に、図７に示すフローチャートを参照しながら、制御部７０による第１切替器３２１および第２切替器３２２の切替制御処理について説明する。ここでは、第１切替器３２１が第１バッテリー３１１を選択し、第２切替器３２２が第２バッテリー３１２を選択している状態から説明する。

【0026】

制御部７０は、第１バッテリー３１１および第２バッテリー３１２の入出力電流を計測する（ステップＳ１１）。図３に示すように、第１バッテリー３１１の入力側には、第１バッテリー３１１に充電される充電電流を計測する第１電流モニタ３６１が設けられている。第１バッテリー３１１の出力側には、第１バッテリー３１１から出力される電流を計測する第２電流モニタ３６２が設けられている。制御部７０は、第１電流モニタ３６１と第２電流モニタ３６２の計測値に基づいて、第１バッテリー３１１の残容量を算出する（ステップＳ１２）。

【0027】

また、第２バッテリー３１２の入力側には、第２バッテリー３１２に充電される充電電流を計測する第３電流モニタ３６３が設けられている。第２バッテリー３１２の出力側には、第２バッテリー３１２から出力される電流を計測する第４電流モニタ３６４が設けられている。制御部７０は、第３電流モニタ３６３と第４電流モニタ３６４の計測値に基づいて、第２バッテリー３１２の残容量を算出する（ステップＳ１２）。

【0028】

次に、制御部７０は、第１切替器３２１が選択している側のバッテリーの残容量が閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ１３）。ここでは、第１切替器３２１が第１バッテリー３１１を選択しているので、制御部７０は、第１バッテリー３１１の残容量が閾値以上であるか否かを判断する。閾値は、例えば、バッテリーが満充電状態の場合を１００％とした場合、４０％とか２０％等の値である。第１バッテリー３１１の残容量が閾値以上である場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、制御部７０は、第１切替器３２１および第２切替器３２２の接続状態を維持する。

【0029】

一方、バッテリーの残容量が閾値未満である場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、制御部７０は、第１切替器３２１と第２切替器３２２の切替制御を行う（ステップＳ１４）。具体的には、第１切替器３２１が第１バッテリー３１１と駆動部４０を接続している状態にあるので（第１切替器３２１が第１バッテリー３１１を選択している状態であるので）、制御部７０は、第２バッテリー３１２が駆動部４０に接続されるように第１切替器３２１を制御する。また、第２切替器３２２がバッテリーチャージャー３４と第２バッテリー３１２を接続している状態にあるので（第２切替器３２２が第２バッテリー３１２を選択している状態であるので）、制御部７０は、バッテリーチャージャー３４と第１バッテリー３１１が接続されるように第２切替器３２２を制御する。

【0030】

第１切替器３２１が第２バッテリー３１２を選択し、第２切替器３２２が第１バッテリー３１１を選択している場合は、制御部７０は、上記の説明において、第１バッテリー３１１と第２バッテリー３１２を読み替えた制御を行う。

【0031】

次に、図８に示すフローチャートを参照しながら、制御部７０によるバッテリーチャージャー３４からバッテリーへの充電制御処理について説明する。ここでは、バッテリーチャージャー３４が帰還部５０の出力に基づいて動作しており、第１切替器３２１が第１バッテリー３１１を選択し、第２切替器３２２が第２バッテリー３１２を選択している状態から説明する。

【0032】

制御部７０は、第１バッテリー３１１と第２バッテリー３１２の両方のバッテリーの残容量が閾値未満であるか否かを判断する（ステップＳ３１）。制御部７０は、第１電流モニタ３６１、第２電流モニタ３６２、第３電流モニタ３６３、第４電流モニタ３６４で計測したそれぞれの充放電電流の履歴に基づいて、第１バッテリー３１１と第２バッテリー３１２の残容量が閾値未満であるか否かを判断する。

【0033】

第１バッテリー３１１と第２バッテリー３１２の両方のバッテリーの残容量が閾値未満である場合（ステップＳ３１：Ｙｅｓ）、電源３０が保有するエネルギーが不足している状態であることを意味するので、ドローン１は飛行を継続することができなくなる。この場合、電源３０に外部からエネルギーを補充する必要がある。したがって、ドローン１が飛行中である場合、制御部７０は、ドローン１を充電可能な基地に移動するように制御する（ステップＳ３２）。なお、ステップＳ３１における閾値とステップＳ１３における閾値とは異なる値であってもよい。例えば、ステップＳ３１における閾値は、ドローン１が基地に帰還可能な電力を考慮して、ドローン１と基地との距離に応じて設定してもよい。

【0034】

基地に帰還すると、ドローン１の電源３０に商用電源が接続される。そして、制御部７０は、バッテリーチャージャー３４の入力を帰還部５０から商用電源に切り替える制御を行う（ステップＳ３３）。この切替制御は、人がスイッチ等を操作することで行ってもよい。

【0035】

一方、第１バッテリー３１１と第２バッテリー３１２のいずれかのバッテリーの残容量が閾値以上である場合（ステップＳ３１：Ｎｏ）、ドローン１は飛行を継続することができる。制御部７０は、第１切替器３２１が選択していない側のバッテリー（ここでは、第２バッテリー３１２）の残容量が閾値未満か否かを判断する（ステップＳ３４）。バッテリーの残容量が閾値以上である場合（ステップＳ３４：Ｎｏ）、制御部７０は、第２切替器３２２もしくはバッテリーチャージャー３４を制御して、第２バッテリー３１２への充電を停止する（ステップＳ３５）。この閾値は、バッテリーの残容量が満充電状態に対して所定の残容量（例えば、８０％とか９０％）になるように設定する。この制御により、バッテリーへの過充電を防止することができ、バッテリーの破損による事故を低減することができる。

【0036】

充電を再開する条件として、閾値にヒステリシスを持たせてもよい。例えば、充電を停止するための閾値が満充電状態の９０％に相当する残容量である場合、充電を再開するための閾値を満充電状態の８０％に相当する残容量とする。

【0037】

一方、バッテリーの残容量が閾値未満である場合（ステップＳ３４：Ｙｅｓ）、制御部７０は、第１切替器３２１が選択していない側のバッテリーを充電する（ステップＳ３６）。制御部７０は、ステップＳ３１乃至ステップＳ３６までの処理を継続して行う。

【0038】

以上に説明したように、実施形態に係るドローン１は、帰還部５０を設けることで、第１のモータ４１で消失する熱エネルギーを有効利用する。電源３０から駆動部４０の第１のモータ４１に供給されたエネルギーは、プロペラ２０の駆動に使用される。しかし、第１のモータ４１に供給されたエネルギーの一部は、第１のモータ４１で熱エネルギーとして消失する。実施形態に係るドローン１は、第１のモータ４１の回転エネルギーの一部を第２のモータ５１を介して電源３０に帰還することにより、第１のモータ４１で消失する熱エネルギーを有効利用することで、ドローン１の飛行時間を長くすることができる。

【0039】

また、実施形態に係るドローン１の電源３０は、第１バッテリー３１１と第２バッテリー３１２を切り替えて使用する。この構成を有することにより、ドローン１に搭載したバッテリーを使用しながら、バッテリーの充電をすることができる。

【0040】

第２のモータ５１の回転速度が急激に変化すると、第２のモータ５１は大きな電力（電圧、電流）を出力する可能性がある。回路構成にもよるが、蓄電池を放電しながら充電すると、充電と放電とを分離する回路を構成するダイオードなどの半導体に過電流や過電圧が印加されることがある。ダイオードなどの半導体素子は、絶対定格を超える電圧や電流が印加されると、ショートモードで破損する場合が多い。蓄電池を構成するダイオードなどがショートモードで破損すると、蓄電池の発煙発火事故の要因となる恐れがある。実施形態に係るドローン１の電源３０は、バッテリーチャージャー３４を介してバッテリーを充電することで、第２のモータ５１が出力する大きな電力（電圧、電流）がバッテリーに印加されることを防止している。また、実施形態に係るドローン１の電源３０は、第１切替器３２１と第２切替器３２２を用いることで、放電するバッテリーと充電するバッテリーとを物理的に分離している。これにより、バッテリーの発煙発火事故を防止することができる。

【0041】

なお、以上の説明では、本発明を移動体の一例としてドローンに適用した場合について説明したが、ヘリコプターやプロペラ飛行機にも適用できる。ヘリコプターやプロペラ飛行機のように大型機の場合、第１のモータ４１を交流電源で動作させることが多い。この場合、駆動部４０にＤＣ／ＡＣコンバータを設ける。

【0042】

また、上記の説明では、駆動部４０の第１のモータ４１が電源３０の電気エネルギーを動力源として回転する場合について説明した。しかし、第１のモータ４１は、他のエネルギーを動力源としてもよい。例えば、ヘリコプターやプロペラ飛行機の場合、第１のモータ４１は航空用ジェット燃料を動力源とするモータであってもよい。

【0043】

また、上記の説明では、図８のステップＳ３１の説明において、制御部７０が第１バッテリー３１１と第２バッテリー３１２の両方のバッテリーの残容量が閾値未満であるか否かを判断する場合について説明した。しかし、ステップＳ３１の処理において、制御部７０が第１バッテリー３１１と第２バッテリー３１２の両方のバッテリーの残容量の合計値と所定の閾値とを比較するようにしてもよい。

【0044】

また、上記の説明では、第１切替器３２１および第２切替器３２２の切替が行われるまでに、使用されていない側のバッテリーに所定量の充電がなされることを前提としている。この前提がない場合、第１切替器３２１が残容量の多いほうのバッテリーを選択するようにしてもよい。

【0045】

また、上記の説明では、バッテリーチャージャー３４の許容入力電圧は、例えば、１００Ｖ乃至２２０Ｖである場合について説明したが、これに限定する必要はない。例えば、コンバータ３５をＡＣ／ＤＣコンバータで構成した場合、バッテリーチャージャー３４の入力は直流電圧であってもよい。

【0046】

なお、ドローン１は、電源３０が第１バッテリー３１１もしくは第２バッテリー３１２の何れか１個しか実装していない状態でも動作可能である。バッテリーが１個の場合、例えば、他方のバッテリーの残容量がないものとして動作する。

【0047】

（実施液体２）
上記の説明では、電源３０が第１バッテリー３１１と第２バッテリー３１２の２個のバッテリーを有する場合について説明した。実施形態２では、電源３０が有するバッテリーが１個の場合について説明する。

【0048】

図９は、実施形態２に係る電源３０の構成図である。図３に示す実施形態１に係る電源３０と比較すると、第１切替器３２１、第２切替器３２２、第１電流モニタ３６１、第２電流モニタ３６２、第３電流モニタ３６３、第４電流モニタ３６４を省略することができる。この場合、バッテリーの切替制御を行う必要がないので、制御部７０の処理負荷を軽減することができるが、実施形態１に係る移動体と比較すると、電源３０の電力で動作する移動体の動作時間は短くなる。

【0049】

なお、実施形態２では、バッテリーが２個の場合について説明したが、バッテリーの数を３個とか４個としてもよい。バッテリーの数が多いほど蓄電容量が多くなり、移動体の動作時間を長くすることができる。また、バッテリーの出力に、キャパシターを追加してもよい。

【0050】

（実施形態３）
実施形態１の説明では、バッテリーへの入出力電流に基づいてバッテリーの残容量を算出する技術について説明した。実施形態３では、バッテリーの残容量を推定する他の技術について説明する。

【0051】

図１０は、バッテリーの残容量とバッテリーの出力電圧との関係を示すグラフである。バッテリーが満充電状態のとき、バッテリーの出力電圧は高くなる傾向がある。バッテリーの出力電圧は、残容量に応じて徐々に低下していく。そして、バッテリーの残容量がなくなると、出力電圧は急激に低下する傾向がある。このバッテリーの電圧特性に着目してバッテリーの残容量を推定するができる。

【0052】

実施形態３に係るドローン１の電源３０は、第１バッテリー３１１の出力電圧をモニタする第１電圧モニタと、第２バッテリー３１２の出力電圧をモニタする第２電圧モニタとを備える。制御部７０は、第１バッテリー３１１の出力電圧に基づいて第１バッテリー３１１の残容量を推定し、第２バッテリー３１２の出力電圧に基づいて第２バッテリー３１２の残容量を推定する。制御部７０は、バッテリーの出力電圧が図１０に示す所定の閾値電圧２になった場合、第１切替器３２１および第２切替器３２２の切替制御を行う。閾値電圧２は、例えば、バッテリーの残容量が所定の残容量（例えば、４０％とか２０％等）である場合の電圧の値に設定する。

【0053】

また、制御部７０は、図８に示すステップＳ３４の処理において、バッテリーの出力電圧が図１０に示す閾値電圧１以上であるか否かを判断する。閾値電圧１は、バッテリーの残容量が満充電状態に対して所定の残容量（例えば、８０％とか９０％）である場合の電圧の値に設定する。

【0054】

実施形態１の構成では、バッテリーの状態を監視するために４個の電流モニタを要した。そして、制御部７０がバッテリーの残容量の計算を常に行う必要があったので、制御部７０の処理負荷が重かった。実施形態３の構成では、バッテリーの状態を監視するために２個の電圧モニタがあればよい。バッテリーの残容量が閾値以下になったことをトリガーとして第１切替器３２１と第２切替器３２２の切替処理を行うようにすれば、制御部７０の処理負荷を軽減することができる。

【0055】

（実施形態４）
上記の説明では、第１の歯車６１と第２の歯車６２とからなる接続部６０を介して、第１のモータ４１が第２のモータ５１の回転軸５２を回転する場合について説明した。しかし、接続部６０を省略することもできる。例えば、図１１に示すように、第１のモータ４１の回転軸４２の＋Ｘ側の端部と第２のモータ５１の回転軸５２の－Ｘ側の端部とを直接接続する。もしくは、第１のモータ４１の回転軸４２を長くし、回転軸４２に第２のモータ５１の回転子を固定するようにしてもよい。

【0056】

（実施形態５）
実施形態１乃至４の説明では、移動体がプロペラを用いて飛行するドローン、ヘリコプター、プロペラ飛行機などの飛行体である場合について説明した。実施形態５では、移動体がモーターボートや潜水艦などの水上もしくは水中を移動する移動体である場合について説明する。本発明をモーターボートや潜水艦などの水中もしくは水上を移動する移動体に使用した場合、「回転駆動することで本体の位置を移動させる回転体」は、スクリューとなる。モーターボートや潜水艦などのように大型機の場合、第１のモータ４１を交流電源で動作させることが多い。この場合、駆動部４０にＤＣ／ＡＣコンバータを設ける。

【0057】

帰還部５０を設けることで、第１のモータ４１で消失する熱エネルギーを有効利用することができる。具体的には、第１のモータ４１の回転エネルギーの一部を第２のモータ５１を介して電源３０に帰還することで、モーターボートや潜水艦などの水中もしくは水上を移動する移動体の動作時間を長くすることができる。

【0058】

本発明を潜水艦に適用した場合、潜水艦を移動させる駆動部（モータ）で消失していた熱エネルギーを有効利用することができる。これにより、潜水艦の温度上昇を低減することができ、熱センサにより潜水艦の位置を特定されることを抑制することができる。

【0059】

また、実施形態５の説明では、駆動部４０の第１のモータ４１が電源３０の電気エネルギーを動力源として回転する場合について説明した。しかし、第１のモータ４１は、他のエネルギーを動力源としてもよい。例えば、モーターボートの場合、第１のモータ４１はガソリンや軽油を動力源とするモータであってもよい。また、潜水艦の場合、第１のモータ４１は核燃料を動力源とするモータであってもよい。

【0060】

（実施形態６）
実施形態１乃至４の説明では、移動体がプロペラを用いて飛行するドローン、ヘリコプター、プロペラ飛行機などの飛行体である場合について説明した。実施形態６では、移動体が電動キックスケータ、電動自転車等の地上を走行する移動体である場合について説明する。本発明を電動キックスケータや電動自転車などの地上を移動する移動体に使用した場合、「回転駆動することで本体の位置を移動させる回転体」は、車輪（タイヤ）である。その他の説明については、実施形態１乃至４の説明と同じである。

【0061】

帰還部５０を設けることで、第１のモータ４１で消失する熱エネルギーを有効利用することができる。具体的には、第１のモータ４１の回転エネルギーの一部を第２のモータ５１を介して電源３０に帰還することで、電動キックスケータや電動自転車等の地上を走行する移動体の動作時間を長くすることができる。

【0062】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施しうるものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0063】

１…ドローン
１０…ドローン本体
２０…プロペラ
３０…電源
３１１…第１バッテリー（第１蓄電池）
３１２…第２バッテリー（第２蓄電池）
３２１…第１切替器
３２２…第２切替器
３４…バッテリーチャージャー
３５…コンバータ
３６１…第１電流モニタ
３６２…第２電流モニタ
３６３…第３電流モニタ
３６４…第４電流モニタ
４０…駆動部
４１…第１のモータ
４２…第１のモータの回転軸
５０…帰還部
５１…第２のモータ
５２…第２のモータの回転軸
６０…接続部
６１…第１の歯車
６２…第２の歯車
７０…制御部

【要約】

【課題】蓄電池の電力で動作する移動体の動作時間を長くする。
【解決手段】実施形態に係る移動体は、回転駆動することで本体の位置を移動させる回転体と、回転体を回転駆動する第１のモータと、第１のモータに電力を供給する電源と、第１のモータの回転軸の回転に連動して回転する回転軸を有し、回転軸の回転にともなって電力を生成し、電源に電力を供給する第２のモータと、第１のモータ、および、電源を制御する制御部と、を有する。電源は、第１蓄電池と、第２蓄電池と、第１のモータの電力源として使用する蓄電池を第１蓄電池もしくは第２蓄電池に切り替える第１切替器と、第２のモータの出力を動力源として動作し、第１蓄電池および第２蓄電池を充電するバッテリーチャージャーと、バッテリーチャージャーの出力を第１蓄電池もしくは第２蓄電池に接続する第２切替器を有する。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】