JP7265957B2 - 冗長系推進装置及び電動航空機 - Google Patents
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Description
そのため、プロペラを駆動する電動モータを複数にして冗長性を持たせた推進装置(以下、冗長系推進装置という。)を比較的容易に構成することができる。
また、複数の電動モータを直列に並べて配置する方法もある(以下、アキシャル配置という。)。
そして、このように、複数の電動モータ102をラジアル配置にする場合、プロペラ軸101の延在方向の1か所に取り付けられた第2ギヤ105に、各電動モータ102の出力軸にそれぞれ取り付けられた第1ギヤ104を噛み合わせるように複数の電動モータ102をラジアル配置にすると、多数の電動モータ102をプロペラ軸101周りに配置しなければならなくなり、複数の電動モータ102の外接円の径が大きくなる。
そのため、それらの電動モータ102等を収容するナセル103のサイズが大きくなるが、ナセル103のサイズが大きくなると、その分、ナセル103による空気抵抗が大きくなり、電動航空機に対する抗力が増大してしまう。
そのため、後側の電動モータ102で駆動性能が低下したり、場合によっては焼損したりする可能性がある。
プロペラと、前記プロペラを駆動する複数の電動モータと、を備える冗長系推進装置において、
前記複数の電動モータは、
前記プロペラのプロペラ軸に対してその延在方向の複数箇所に少なくとも1基ずつ前記プロペラ軸の周囲に配置されており、
かつ、前記プロペラ側から前記プロペラ軸に沿う方向に見た場合に、前記複数の電動モータの各出力軸が他の前記電動モータの前記出力軸のいずれとも重ならない位置にそれぞれ配置されていることを特徴とする。
プロペラと、前記プロペラを駆動する複数の電動モータと、を備える冗長系推進装置において、
前記複数の電動モータは、
前記プロペラのプロペラ軸に対してその延在方向の複数箇所に配置されており、前記複数箇所のうちの1箇所で1基の前記電動モータが前記プロペラのプロペラ軸に直接連結され、他の箇所では少なくとも1基の前記電動モータが前記プロペラ軸の周囲に配置されており、
かつ、前記プロペラ側から前記プロペラ軸に沿う方向に見た場合に、前記複数の電動モータの各出力軸が他の前記電動モータの前記出力軸のいずれとも重ならない位置にそれぞれ配置されていることを特徴とする。
前記複数箇所が3か所以上であり、
前記プロペラに近いほど、前記電動モータの数が多くなるように配置されていることを特徴とする。
前記複数箇所が2か所以上であり、
前記プロペラ側から前記プロペラ軸に沿う方向に見た場合に、前記プロペラから最も遠い側の前記電動モータが前記プロペラのプロペラ軸に直接連結された前記1基の電動モータとされていることを特徴とする。
前記複数の電動モータはナセル内に収容されており、
前記ナセル内には、空気取入口から流入した空気を前記各電動モータにそれぞれ導くための導風板が設けられていることを特徴とする。
なお、以下では、電動航空機の機首側を前側、機尾側を後側として説明する。
電動航空機10は、プロペラ21やナセル22、後述する複数の電動モータ23等を備える冗長系推進装置20が翼11に取り付けられており、複数の電動モータ23でプロペラ21を駆動して推進力を得るように構成されている。なお、図1では、冗長系推進装置20が固定翼に取り付けられている場合が示されているが、これに限定されず、例えば冗長系推進装置20が折りたたみ翼等に取り付けられていてもよいし、ティルトウイング等の稼働する翼に取り付けられていてもよい。また、電動航空機10は無人機であってもよい。
本実施形態に係る冗長系推進装置20では、プロペラ21を駆動するための電動モータ23の配置が冗長系のモータ配置とされており、複数の電動モータ23A~23Eでプロペラ21を駆動するようになっている。
このように、この構成例では、複数の電動モータ23が、プロペラ21のプロペラ軸21aに対してその延在方向(すなわち前後方向)の複数箇所に複数基ずつプロペラ軸21aの周囲に配置されている。
なお、図3(A)では、電動モータ23が4基の場合を示したが、4基以外の場合でも同様である。また、図3(A)では、プロペラ軸21aの延在方向の複数箇所のうち1箇所に1基の電動モータ23を配置した場合が示されているが、複数箇所にそれぞれ1基の電動モータ23を配置するように構成することも可能である。
そして、各電動モータ23は図示しない各コントローラによってそれぞれ駆動されるようになっており、各電動モータ23を駆動してプロペラ軸21aを回転させることで、プロペラ21がプロペラ軸21a周りに回転駆動されるようになっている。
例えば図2(A)に示した構成例では、3基の電動モータ23と2基の電動モータ23がそれぞれ前後に分散してラジアル配置される。そして、3基(あるいは2基)の電動モータ23をラジアル配置する場合、図10に示したようにプロペラ軸101の延在方向の1か所に5基の電動モータ102をラジアル配置する場合に比べて、第2ギヤ25の径を小さくしても各電動モータ23が干渉し合わないため、第2ギヤ25の径を小さくすることができる。
このように、本実施形態に係る冗長系推進装置20や電動航空機10では、電動モータ23等を収容するナセル22のサイズが増大することを防止することが可能となる。
そのため、プロペラ21の回転で生じた空気の流れに乗って前側の電動モータ23の熱が後方に流れてきても、後側の電動モータ23がその熱をまともに受けることがない。
そのため、プロペラ21の回転で生じた空気の流れによって、前側の電動モータ23は勿論、後側の電動モータ23も十分に冷却することが可能となり、複数の電動モータ23を適切に冷却することが可能となる。
そのため、各電動モータ23を十分に冷却することが可能となるとともに、ナセル22による空気抵抗をより小さく抑えることができるため、電動航空機10に対する抗力が増大することを的確に防止することが可能となる。
すなわち、電動モータ23の連続定格でのモータ出力に対する短時間定格でのモータ出力の比をaとするとき、短時間定格時の電動モータ23の基数は1/(a-1)で求められる。
例えば、上記の比aが1.25であれば、1/(a-1)=4となり、故障して停止する電動モータ23の基数を1とする場合には、冗長系推進装置20における電動モータ23の最適な基数は4+1=5基ということになる。
そのため、冗長系推進装置20における電動モータ23の基数は、電動モータ23の性能すなわち上記の比a等によって、図2(A)、(B)に示した5基や図3(A)、(B)に示したように4基になる場合もあるが、4基や5基以外の基数にもなり得る。
そのため、この場合も、図2(A)、(B)や図3(A)、(B)に示した各構成例の場合と同様に、ナセル22のサイズを増大させることなく、プロペラ21を駆動する複数の電動モータ23を適切に冷却することが可能となる。
そのため、この場合も、上記の各場合と同様に、ナセル22のサイズを増大させることなく、プロペラ21を駆動する複数の電動モータ23を適切に冷却することが可能となる。
このように構成しても、プロペラ21側からプロペラ軸21aに沿う方向に見た場合に、電動モータ23Dの出力軸23aは、他の電動モータ23A~23Cの各出力軸23aのいずれとも重ならないため、上記の各場合と同様に、冗長系推進装置20において、ナセル22のサイズを増大させることなく、プロペラ21を駆動する複数の電動モータ23を適切に冷却することが可能となる。
また、図2(A)、(B)や図3(A)、(B)、図6(A)、(B)では、冗長系推進装置20のナセル22内の前側に配置された電動モータ23の基数が後側に配置された電動モータ23の基数より多い場合を示したが、後側の電動モータ23の基数が前側の電動モータ23の基数より多くなるように構成することも可能である。
しかし、例えば、上記の複数の電動モータ23を収容するナセル22内に、空気取入口から流入した空気を各電動モータ23にそれぞれ導くための導風板を設けるように構成することも可能である。
なお、以下では、冗長系推進装置20の複数の電動モータ23が図2(A)、(B)に示したように配置されているものとして説明するが、電動モータ23が別の態様で配置されている場合にも同様に説明される。
また、ナセル22内には、空気取入口22aから流入した空気を各電動モータ23A~23Eにそれぞれ導くための導風板22bが設けられている。
同様に、導風板22bにより、図中右側の空気取入口22aの上側から取り込まれた空気が電動モータ23Bに導かれ、図中右側の空気取入口22aの下側から取り込まれた空気が電動モータ23Eに導かれる。
このようにして、空気取入口22aから流入した空気を導風板22bによって各電動モータ23A~23Eにそれぞれ導くように構成することで、各電動モータ23A~23Eを確実に冷却することが可能となる。
しかし、このように構成すると、大きく湾曲した導風板22bのためにナセル22内で空気がスムーズに流れにくくなり、ナセル22内での空気抵抗が大きくなって電動航空機10に対する抗力が増大する可能性がある。
そのため、本実施形態では、導風板22bに沿ってナセル22内を空気がスムーズに流れるため、ナセル22内での空気抵抗が小さくなる。そのため、電動航空機10に対する抗力が増大することを的確に防止することが可能となる。
例えば、上記の実施形態では、冗長系推進装置20が電動航空機10の翼11に取り付けられている場合について説明したが(図1参照)、冗長系推進装置20は、電動航空機10の機首等に配置されていてもよい。
その際、例えば図8に示すように、プロペラ21のプロペラ軸21aの延在方向の3か所以上に複数の電動モータ23が配置され、プロペラ21に近いほど、電動モータ23の数が多くなるように配置することも可能である。
また、図8では、プロペラ21から最も遠い側の電動モータ23が、プロペラ21のプロペラ軸21aに直接(すなわち第1ギヤ24や第2ギヤ25を介さずに)連結された1基の電動モータ23とされている場合が示されているが、この電動モータ23を、例えば図3(B)に示した後側の電動モータ23Dのように、第1ギヤ24や第2ギヤ25を介してプロペラ軸21aに取り付けるように構成することも可能である。
さらに、複数の電動モータ23をプロペラ軸21aの延在方向の3か所以上に配置する場合も、後側の電動モータ23の数が前側の電動モータ23の数が多くなるように構成されていてもよい。
このように構成すれば、電動モータ23を駆動してプロペラ21を回転駆動させる際には電動モータ23の出力が出力軸23aから第1ギヤ24やプロペラ軸21aに確実に伝達されるが、電動モータ23が故障するなどして停止した際には電動モータ23の出力軸23aに対して第1ギヤ24やプロペラ軸21aが空回りする状態になる。
そのため、複数の電動モータ23のうち1基(あるいは2基等)の電動モータ23が故障するなどして停止しても、それによって各電動モータ23による駆動効率が低下してしまうことを的確に防止することが可能となる。
20 冗長系推進装置
21 プロペラ
21a プロペラ軸
22 ナセル
22a 空気取入口
22b 導風板
23 電動モータ
23a 出力軸
Claims (8)
- プロペラと、前記プロペラを駆動する複数の電動モータと、を備える冗長系推進装置において、
前記複数の電動モータは、
前記プロペラのプロペラ軸に対してその延在方向の複数箇所に少なくとも1基ずつ前記プロペラ軸の周囲に配置されており、
かつ、前記プロペラ側から前記プロペラ軸に沿う方向に見た場合に、前記複数の電動モータの各出力軸が他の前記電動モータの前記出力軸のいずれとも重ならない位置にそれぞれ配置されていることを特徴とする冗長系推進装置。 - プロペラと、前記プロペラを駆動する複数の電動モータと、を備える冗長系推進装置において、
前記複数の電動モータは、
前記プロペラのプロペラ軸に対してその延在方向の複数箇所に配置されており、前記複数箇所のうちの1箇所で1基の前記電動モータが前記プロペラのプロペラ軸に直接連結され、他の箇所では少なくとも1基の前記電動モータが前記プロペラ軸の周囲に配置されており、
かつ、前記プロペラ側から前記プロペラ軸に沿う方向に見た場合に、前記複数の電動モータの各出力軸が他の前記電動モータの前記出力軸のいずれとも重ならない位置にそれぞれ配置されていることを特徴とする冗長系推進装置。 - 前記複数箇所が2か所であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の冗長系推進装置。
- 前記プロペラに近い側の前記電動モータの数が前記プロペラから遠い側の前記電動モータの数以上であることを特徴とする請求項3に記載の冗長系推進装置。
- 前記複数箇所が3か所以上であり、
前記プロペラに近いほど、前記電動モータの数が多くなるように配置されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の冗長系推進装置。 - 前記複数箇所が2か所以上であり、
前記プロペラ側から前記プロペラ軸に沿う方向に見た場合に、前記プロペラから最も遠い側の前記電動モータが前記プロペラのプロペラ軸に直接連結された前記1基の電動モータとされていることを特徴とする請求項2に記載の冗長系推進装置。 - 前記複数の電動モータはナセル内に収容されており、
前記ナセル内には、空気取入口から流入した空気を前記各電動モータにそれぞれ導くための導風板が設けられていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の冗長系推進装置。 - 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載された冗長系推進装置を備えていることを特徴とする電動航空機。
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