JP7137222B2 - Propellers, motor parts, and aircraft equipped with the same - Google Patents

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Description

本発明は、プロペラ、モータ部品及びこれを備えた飛行体に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to propellers, motor parts, and aircraft equipped with the same.

近年、様々な用途に利用されるドローン（Ｄｒｏｎｅ）や無人航空機（ＵＡＶ：Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などの回転翼機（以下、単に「回転翼機」と総称する）を利用した様々なサービスが提供されている。かかる回転翼機のプロペラは、機構の簡素化、低価格化のため、固定ピッチプロペラが採用されている機種が多い。 In recent years, various services using rotary wing aircraft (hereinafter collectively referred to as "rotary wing aircraft") such as drones and unmanned aerial vehicles (UAVs) that are used for various purposes have been provided. ing. As for the propellers of such rotorcraft, fixed-pitch propellers are often used in order to simplify the mechanism and reduce the cost.

一方、特許文献１には、複数のスラスタのいずれかに異常が生じても他のスラスタを停止することなく安定した飛行の継続が図られる飛行装置を提供する（例えば、特許文献１参照）。 On the other hand, Patent Document 1 provides a flight device capable of continuing stable flight without stopping other thrusters even when an abnormality occurs in one of a plurality of thrusters (see Patent Document 1, for example).

特開２０１８－３０５６８号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-30568

特許文献１の飛行装置は、ピッチ変更機構部によってプロペラのピッチが変更される。特に、飛行装置が有する姿勢制御部は、複数のスラスタのうちスラスタで異常が検出されると、正常なスラスタを停止することなく、プロペラのピッチを変更する。これにより、常なスラスタで飛行の継続に必要な推進力を確保しつつ、トルクの不均衡にともなう姿勢の変化が低減されるものである。 In the flight device of Patent Document 1, the pitch of the propeller is changed by the pitch changing mechanism. In particular, the attitude control unit of the flight device changes the pitch of the propeller without stopping normal thrusters when an abnormality is detected in a thruster among a plurality of thrusters. As a result, the attitude change due to the torque imbalance is reduced while securing the propulsive force necessary to continue flight with the normal thrusters.

しかしながら、可変ピッチプロペラはその機構が複雑であることから固定ピッチプロペラよりも故障率が多く飛行効率が悪い。 However, since the variable-pitch propeller has a complicated mechanism, it has a higher failure rate and lower flight efficiency than the fixed-pitch propeller.

そこで、本発明は、飛行効率を向上し得るプロペラ及びそれを用いた飛行体を提供することを一つの目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a propeller capable of improving flight efficiency and an aircraft using the propeller.

本発明によれば、飛行効率を向上し得るプロペラ及びそれを用いた飛行体を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the propeller which can improve flight efficiency and an aircraft using the same can be provided.

本発明によれば、飛行効率を向上し得る回転翼機を提供し得る。 According to the present invention, it is possible to provide a rotorcraft capable of improving flight efficiency.

本発明によるプロペラの上面図である。1 is a top view of a propeller according to the invention; FIG. 本発明によるプロペラの他の上面図である。Fig. 4 is another top view of a propeller according to the invention; 本発明によるプロペラの更に他の上面図である。FIG. 5 is yet another top view of a propeller according to the invention; 本発明によるプロペラの更に他の上面図である。FIG. 5 is yet another top view of a propeller according to the invention; 図１のプロペラを備えた回転翼機の側面図である。2 is a side view of a rotorcraft with the propeller of FIG. 1; FIG. 図５の回転翼機の上面図である。Figure 6 is a top view of the rotorcraft of Figure 5; 本発明による回転翼機の機能ブロック図である。1 is a functional block diagram of a rotorcraft according to the invention; FIG.

本発明の実施形態の内容を列記して説明する。本発明の実施の形態によるプロペラ、モータ部品及びこれを備えた飛行体は、以下のような構成を備える。
［項目１］
少なくとも1翅の固定ピッチブレードと、少なくとも1翅の可変ピッチブレードを備えるプロペラ。
［項目２］
項目１に記載のプロペラであって、
前記固定ピッチブレードの数と、前記可変ピッチブレードの数とが同一である、
プロペラ。
［項目３］
項目１に記載のプロペラであって、
前記固定ピッチブレードの数と、前記可変ピッチブレードの数とが異なる、
プロペラ。
［項目４］
項目３に記載のプロペラであって、
前記固定ピッチブレードの数が、前記可変ピッチブレードの数よりも多い、
プロペラ。
［項目５］
項目３に記載のプロペラであって、
前記固定ピッチブレードの数が、前記可変ピッチブレードの数よりも少ない、
プロペラ。
［項目６］
項目１乃至項目５のいずれかに記載のプロペラと、当該プロペラを回転させるためのモータとを備えるモータ部品。
［項目７］
項目６に記載のモータ部品と、当該モータ部品を支持するフレームと、当該モータ部品を制御するための制御部を備える飛行体。
［項目８］
項目７に飛行体であって、
前記制御部は、前記可変ピッチブレードの以上を知らせる異常信号を受信すると、揚力を補うために前記モータの部品の回転数を制御する、
飛行体。 The contents of the embodiments of the present invention are listed and explained. A propeller, a motor component, and an aircraft including the same according to an embodiment of the present invention are configured as follows.
[Item 1]
A propeller with at least one fixed pitch blade and at least one variable pitch blade.
[Item 2]
A propeller according to item 1,
the number of the fixed pitch blades and the number of the variable pitch blades are the same;
propeller.
[Item 3]
A propeller according to item 1,
The number of fixed pitch blades and the number of variable pitch blades are different,
propeller.
[Item 4]
A propeller according to item 3,
the number of fixed pitch blades is greater than the number of variable pitch blades;
propeller.
[Item 5]
A propeller according to item 3,
the number of fixed pitch blades is less than the number of variable pitch blades;
propeller.
[Item 6]
A motor component comprising the propeller according to any one of items 1 to 5 and a motor for rotating the propeller.
[Item 7]
An aircraft comprising the motor component according to item 6, a frame supporting the motor component, and a controller for controlling the motor component.
[Item 8]
Item 7 is an aircraft,
When the control unit receives an abnormal signal indicating that the variable pitch blade is abnormal, the control unit controls the rotation speed of the parts of the motor to compensate for the lift force.
Airplane.

＜本発明による実施の形態の詳細＞
以下、本発明の実施の形態によるプロペラ、モータ部品及びこれを備えた飛行体について、図面を参照しながら説明する。 <Details of the embodiment according to the present invention>
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, propellers, motor parts, and flying objects having the same according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

＜本発明による実施の形態の詳細＞
図２に示されるように、本発明の実施の形態によるプロペラ２は、少なくとも1翅の固定ピッチブレード２０と、少なくとも1翅の可変ピッチブレード３０を備えている。 <Details of the embodiment according to the present invention>
As shown in FIG. 2, propeller 2 according to an embodiment of the present invention comprises at least one fixed-pitch blade 20 and at least one variable-pitch blade 30 .

プロペラ２は、モータ１０からの出力を受けて回転する。プロペラ２が回転することによって、回転翼機２００（図５及び図６参照）を出発地から離陸させ、水平移動させ、目的地に着陸させるための推進力が発生する。なお、プロペラ２は、右方向への回転、停止及び左方向への回転が可能である。 The propeller 2 rotates upon receiving an output from the motor 10 . Rotation of the propeller 2 generates a propulsive force for taking off the rotorcraft 200 (see FIGS. 5 and 6) from the starting point, moving horizontally, and landing at the destination. The propeller 2 can rotate rightward, stop, and rotate leftward.

図２乃至図５に示されるように、本発明のプロペラ２が備えるブレードは、２以上の任意の数（例えば、２、３、４、またはそれ以上のブレード）でよい。羽根の形状は、平らな形状、曲がった形状、よじれた形状、テーパ形状、またはそれらの組み合わせ等の任意の形状が可能である。 As shown in FIGS. 2-5, the propeller 2 of the present invention may have any number of blades greater than or equal to two (eg, 2, 3, 4, or more blades). The vane shape can be any shape, such as flat, curved, twisted, tapered, or combinations thereof.

なお、羽根の形状は変化可能である（例えば、伸縮、折りたたみ、折り曲げ等）。羽根は対称的（同一の上部及び下部表面を有する）または非対称的（異なる形状の上部及び下部表面を有する）であってもよい。 It should be noted that the shape of the wing can be changed (for example, stretched, folded, bent, etc.). The vanes may be symmetrical (having identical upper and lower surfaces) or asymmetrical (having differently shaped upper and lower surfaces).

ブレードはエアホイル、ウイング、または羽根が空中を移動される時に動的空気力（例えば、揚力、推力）を生成するために好適な幾何学形状に形成可能である。羽根の幾何学形状は、揚力及び推力を増加させ、抗力を削減する等の、羽根の動的空気特性を最適化するために適宜選択可能である。 The blades can be formed into suitable geometries to generate dynamic aerodynamic forces (eg, lift, thrust) as the airfoil, wing, or vane is moved through the air. The geometry of the blades can be selected to optimize the dynamic air properties of the blades, such as increasing lift and thrust and reducing drag.

モータ１０は、プロペラ２の回転を生じさせるものであり、例えば、駆動ユニットは、電気モータ又はエンジン等を含むことが可能である。ブレードは、モータによって駆動可能であり、時計方向に及び／または反時計方向に、モータの回転軸１２（例えば、モータの長軸）の周りに回転する。 A motor 10 is what causes the rotation of the propeller 2, for example the drive unit may comprise an electric motor or an engine or the like. The blades are drivable by a motor and rotate clockwise and/or counterclockwise about the motor's rotational axis 12 (eg, the motor's longitudinal axis).

ブレードは、すべて同一方向に回転可能であるし、独立して回転することも可能である。羽根のいくつかは一方の方向に回転し、他の羽根は他方方向に回転する。羽根は、同一回転数ですべて回転することも可能であり、夫々異なる回転数で回転することも可能である。回転数は移動体の寸法（例えば、大きさ、重さ）や制御状態（速さ、移動方向等）に基づいて自動又は手動により定めることができる。 The blades can all rotate in the same direction or can rotate independently. Some of the vanes rotate in one direction and others rotate in the other direction. The blades can all rotate at the same number of revolutions, or can each rotate at different numbers of revolutions. The number of rotations can be determined automatically or manually based on the dimensions (eg, size, weight) and control conditions (speed, direction of movement, etc.) of the moving body.

回転翼機２００の飛行時において、固定ピッチブレードのみを備えていた場合、上昇気流発生時の垂直下降などの際、姿勢を保つための最低限のプロペラ回転数を下回り、回転翼機の姿勢が乱れる、あるいは落下することがある。特許文献１では、これに対応するため、回転翼機の飛行に可変ピッチブレードを用いている。可変ピッチブレードを用いる際、固定ピッチプロペラと比較して構造が複雑であることから、故障率は高くなり、飛行効率は悪化する。 During flight of the rotorcraft 200, if only fixed-pitch blades are provided, during vertical descent when an updraft is generated, the minimum number of propeller rotations for maintaining the attitude of the rotorcraft is not reached, and the attitude of the rotorcraft is lost. It may become disturbed or fall. In order to address this, US Pat. When using variable-pitch blades, the structure is more complicated than fixed-pitch propellers, resulting in a higher failure rate and lower flight efficiency.

しかしながら、本実施のプロペラ形態においては、固定ピッチブレード２０と可変ピッチブレード３０を両方備えることにより、飛行効率を向上し得る。 However, in the propeller configuration of this embodiment, by providing both the fixed pitch blades 20 and the variable pitch blades 30, flight efficiency can be improved.

プロペラ２が備えるブレードにおいて、固定ピッチブレード２０と、可変ピッチブレード３０の数は、同一でもよい。なぜなら、固定ピッチブレード２０と、可変ピッチブレード３０の大きさや重量が大きく異なる場合でも、モータ部品１全体のバランスをとることが容易となる効果がある。モータ部品１全体のバランスをとることは、モータ部品１を備える飛行体が不都合なく飛行するために重要であり、また、飛行時の振動を防ぎ、飛行体の運用において好適な効果を得ることが可能である。 Among the blades included in the propeller 2, the number of the fixed pitch blades 20 and the number of the variable pitch blades 30 may be the same. This is because even if the fixed pitch blades 20 and the variable pitch blades 30 are significantly different in size and weight, it is possible to easily balance the entire motor component 1 . Balancing the motor part 1 as a whole is important for the flying object equipped with the motor part 1 to fly without problems, and also prevents vibration during flight and obtains a favorable effect in the operation of the flying object. It is possible.

プロペラ２が備えるブレードにおいて、固定ピッチブレード２０と、可変ピッチブレード３０の数は、異なっていてもよい。固定ピッチブレード２０の数が、前記可変ピッチブレード３０の数よりも多い場合、飛行効率のよい固定ピッチブレードにより回転翼機２００の飛行時における燃費が向上するとともに、可変ピッチブレードによりトルクの不均衡にともなう姿勢の変化が低減される。 The number of fixed-pitch blades 20 and the number of variable-pitch blades 30 in the blades of the propeller 2 may be different. When the number of fixed-pitch blades 20 is greater than the number of variable-pitch blades 30, the fixed-pitch blades with good flight efficiency improve fuel efficiency during flight of the rotorcraft 200, and the variable-pitch blades reduce torque imbalance. The change in posture that accompanies this is reduced.

また、固定ピッチブレード２０の数が、前記可変ピッチブレードの数３０よりも少ない場合、従来可変ピッチブレードのみを備えたプロペラでなければ対応できなかった乱流、上昇気流などを想定した運用を可能にし、かつ、ピッチ制御モータ３２や制御３４などの可変ピッチ機構に障害が発生した際の信頼性を確保する。 In addition, when the number of fixed pitch blades 20 is less than the number of variable pitch blades 30, it is possible to operate assuming turbulence, updrafts, etc., which could not be handled by conventional propellers equipped only with variable pitch blades. In addition, reliability is ensured when a failure occurs in the variable pitch mechanism such as the pitch control motor 32 and the control 34.

以上説明したように、プロペラ２は、少なくとも1翅の固定ピッチブレード２０と、少なくとも1翅の可変ピッチブレード３０を備えていればよい。固定ピッチブレード２０と可変ピッチブレード３０との数、割合、個々のブレードの大きさ、配置については、所望とする用途や目的に応じて適宜最適なものを採用することができる。 As explained above, the propeller 2 may have at least one fixed-pitch blade 20 and at least one variable-pitch blade 30 . The number and ratio of the fixed-pitch blades 20 and the variable-pitch blades 30, and the size and arrangement of the individual blades can be appropriately selected according to the desired application and purpose.

なお、推力の調整は、同一のモータを使いつつプロペラのダイヤを変えること、同一のプロペラを使用しつつ低出力のモータと高出力のモータとを区別して用いることとしてもよい。また、プロペラのピッチを変更することとしてもよいし、ブレードの枚数を変更する等が例示できる。 The thrust may be adjusted by changing the diameter of the propeller while using the same motor, or by distinguishing between a low-output motor and a high-output motor while using the same propeller. Alternatively, the pitch of the propeller may be changed, or the number of blades may be changed.

上述した回転翼機は、図７に示される機能ブロックを有している。なお、図１０の機能ブロックは最低限の参考構成である。フライトコントローラは、所謂処理ユニットである。処理ユニットは、プログラマブルプロセッサ（例えば、中央処理ユニット（ＣＰＵ））などの１つ以上のプロセッサを有することができる。処理ユニットは、図示しないメモリを有しており、当該メモリにアクセス可能である。メモリは、１つ以上のステップを行うために処理ユニットが実行可能であるロジック、コード、および／またはプログラム命令を記憶している。メモリは、例えば、ＳＤカードやランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの分離可能な媒体または外部の記憶装置を含んでいてもよい。カメラやセンサ類から取得したデータは、メモリに直接に伝達されかつ記憶されてもよい。例えば、カメラ等で撮影した静止画・動画データが内蔵メモリ又は外部メモリに記録される。 The rotorcraft described above has the functional blocks shown in FIG. Note that the functional blocks in FIG. 10 are a minimum reference configuration. A flight controller is a so-called processing unit. A processing unit may have one or more processors, such as a programmable processor (eg, central processing unit (CPU)). The processing unit has a memory (not shown) and can access the memory. The memory stores logic, code, and/or program instructions executable by the processing unit to perform one or more steps. The memory may include, for example, removable media or external storage devices such as SD cards and random access memory (RAM). Data acquired from cameras and sensors may be communicated directly to and stored in memory. For example, still image/moving image data captured by a camera or the like is recorded in a built-in memory or an external memory.

処理ユニットは、回転翼機の状態を制御するように構成された制御モジュールを含んでいる。例えば、制御モジュールは、６自由度（並進運動ｘ、ｙ及びｚ、並びに回転運動θｘ、θｙ及びθｚ）を有する回転翼機の空間的配置、速度、および／または加速度を調整するために回転翼機の推進機構（モータ等）を制御する。制御モジュールは、搭載部、センサ類の状態のうちの１つ以上を制御することができる。 The processing unit includes a control module configured to control the state of the rotorcraft. For example, the control module may adjust the spatial orientation, velocity, and/or acceleration of a rotorcraft having six degrees of freedom (translational motions x , y , and z , and rotational motions θx, θy, and θz). control the propulsion mechanism (motor, etc.) of the rotorcraft. The control module can control one or more of the states of the mount, sensors.

処理ユニットは、１つ以上の外部のデバイス（例えば、端末、表示装置、または他の遠隔の制御器）からのデータを送信および／または受け取るように構成された送受信部と通信可能である。送受信機は、有線通信または無線通信などの任意の適当な通信手段を使用することができる。例えば、送受信部は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、赤外線、無線、ＷｉＦｉ、ポイントツーポイント（Ｐ２Ｐ）ネットワーク、電気通信ネットワーク、クラウド通信などのうちの１つ以上を利用することができる。送受信部は、センサ類で取得したデータ、処理ユニットが生成した処理結果、所定の制御データ、端末または遠隔の制御器からのユーザコマンドなどのうちの１つ以上を送信および／または受け取ることができる。 The processing unit can communicate with a transceiver configured to send and/or receive data from one or more external devices (eg, terminals, displays, or other remote controls). The transceiver may use any suitable means of communication such as wired or wireless communication. For example, the transceiver utilizes one or more of local area networks (LAN), wide area networks (WAN), infrared, wireless, WiFi, point-to-point (P2P) networks, telecommunications networks, cloud communications, etc. be able to. The transceiver is capable of transmitting and/or receiving one or more of data acquired by sensors, processing results generated by the processing unit, predetermined control data, user commands from a terminal or remote controller, and the like. .

本実施の形態によるセンサ類は、慣性センサ（加速度センサ、ジャイロセンサ）、ＧＰＳセンサ、近接センサ（例えば、ライダー）、またはビジョン／イメージセンサ（例えば、カメラ）を含み得る。 Sensors according to this embodiment may include inertial sensors (accelerometers, gyro sensors), GPS sensors, proximity sensors (eg lidar), or vision/image sensors (eg cameras).

本発明の回転翼機は、宅配業務専用の回転翼機としての利用、及び倉庫、工場内における産業用の回転翼機としての利用が期待できる。また、本発明の回転翼機は、マルチコプター・ドローン等の飛行機関連産業において利用することができ、さらに、本発明は、カメラ等を搭載した空撮用の回転翼機としても好適に使用することができる他、セキュリティ分野、農業、インフラ監視等の様々な産業にも利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The rotary wing aircraft of the present invention can be expected to be used as a rotary wing aircraft dedicated to home delivery services and as an industrial rotary wing aircraft in warehouses and factories. In addition, the rotorcraft of the present invention can be used in the aircraft-related industry such as multicopter drones, and the present invention can also be suitably used as a rotorcraft for aerial photography equipped with a camera or the like. In addition, it can be used in various industries such as security field, agriculture, and infrastructure monitoring.

上述した実施の形態は、本発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良することができると共に、本発明にはその均等物が含まれることは言うまでもない。 The above-described embodiments are merely examples for facilitating understanding of the present invention, and are not intended to limit and interpret the present invention. It goes without saying that the present invention can be modified and improved without departing from its spirit, and that equivalents thereof are included in the present invention.

１ モータ部品
２ プロペラ
１０ モータ
１２ 軸
２０ 固定ピッチブレード
３０ 可変ピッチブレード
３２ ピッチ制御モータ
３４ 制御ロッド
１００ 本体部
１２０ アーム
２００ 回転翼機

REFERENCE SIGNS LIST 1 motor part 2 propeller 10 motor 12 shaft 20 fixed pitch blade 30 variable pitch blade 32 pitch control motor 34 control rod 100 main body 120 arm 200 rotorcraft

Claims (6)

少なくとも１翅の固定ピッチブレードと、少なくとも１翅の可変ピッチブレードを同一のモータに対して備えるモータ部品と、当該モータ部品を支持するフレームと、を備える飛行体であって、
前記飛行体に備えられる複数のモータ部品の全ては同じ構成である、
飛行体。 An aircraft comprising: a motor component having at least one fixed pitch blade and at least one variable pitch blade for the same motor; and a frame supporting the motor component,
All of the plurality of motor parts provided in the aircraft have the same configuration,
Airplane . 請求項１に記載の飛行体であって、
前記モータ部品は、前記固定ピッチブレードの数と、前記可変ピッチブレードの数とが同一である、
飛行体。 The aircraft according to claim 1,
The motor component has the same number of fixed pitch blades and the same number of variable pitch blades.
Airplane . 請求項１に記載の飛行体であって、
前記モータ部品は、前記固定ピッチブレードの数と、前記可変ピッチブレードの数とが異なる、
飛行体。 The aircraft according to claim 1,
The motor component has a different number of fixed pitch blades and a different number of variable pitch blades.
Airplane . 請求項３に記載の飛行体であって、
前記モータ部品は、前記固定ピッチブレードの数が、前記可変ピッチブレードの数よりも多い、
飛行体。 The aircraft according to claim 3,
The motor component has more fixed pitch blades than variable pitch blades.
Airplane . 請求項３に記載の飛行体であって、
前記モータ部品は、前記固定ピッチブレードの数が、前記可変ピッチブレードの数よりも少ない、
飛行体。 The aircraft according to claim 3,
The motor component has fewer fixed pitch blades than variable pitch blades.
Airplane . 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の飛行体であって、
さらに前記モータ部品を制御するための制御部を備え、
前記制御部は、前記可変ピッチブレードの異常を知らせる異常信号を受信すると、揚力を補うために前記モータ部品の回転数を制御する、
飛行体。
The aircraft according to any one of claims 1 to 5 ,
Further comprising a control unit for controlling the motor component,
When the controller receives an abnormality signal that indicates an abnormality of the variable pitch blade, the control unit controls the rotation speed of the motor component to compensate for lift.
Airplane.
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