WO2018193522A1 - プロペラ式飛行体 - Google Patents

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WO2018193522A1
WO2018193522A1 PCT/JP2017/015598 JP2017015598W WO2018193522A1 WO 2018193522 A1 WO2018193522 A1 WO 2018193522A1 JP 2017015598 W JP2017015598 W JP 2017015598W WO 2018193522 A1 WO2018193522 A1 WO 2018193522A1
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WO
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rotational force
propeller
propellers
force transmission
differential mechanism
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PCT/JP2017/015598
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English (en)
French (fr)
Inventor
大橋 俊夫
Original Assignee
インダストリーネットワーク株式会社
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64UUNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00Type of UAV
    • B64U10/25Fixed-wing aircraft
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64DEQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64UUNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U50/00Propulsion; Power supply
    • B64U50/10Propulsion
    • B64U50/11Propulsion using internal combustion piston engines
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64UUNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U50/00Propulsion; Power supply
    • B64U50/20Transmission of mechanical power to rotors or propellers
    • B64U50/23Transmission of mechanical power to rotors or propellers with each propulsion means having an individual motor

Definitions

  • the present invention relates to a propeller type aircraft.
  • an unmanned aerial vehicle also referred to as a drone that obtains at least one of propulsive force and lift force by a rotating propeller (including those generally referred to as a rotor in the present specification).
  • a rotating propeller including those generally referred to as a rotor in the present specification.
  • These propeller-type flying bodies include a wing portion having an aerodynamic surface and obtain propulsive force by a propeller (so-called propeller aircraft; see, for example, Patent Document 1), and three or more propellers are radially separated.
  • the so-called multi-copter see, for example, Patent Document 2) that can be lifted by a propeller can be exemplified.
  • propeller-type aircraft can fly freely in the air, they can be used in various fields such as shooting landscapes, observing and monitoring from the air, inspection of dangerous places, transportation of goods, various competitions, etc. Has been attracting attention in recent years.
  • the propeller is driven by an electric motor corresponding to the propeller, whether it is the propeller type aircraft described in the cited document 1 or the propeller type aircraft described in the cited document 2.
  • the electric motor is operated by electric power supplied from a battery (battery) mounted on the propeller type aircraft, but there is a problem in that sufficient operating time (flight time) may not be obtained in such a system.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and can obtain a longer operating time than a conventional propeller type aircraft (a propeller type aircraft that drives a propeller only by an electric motor).
  • An object is to provide a simple propeller type aircraft.
  • a propeller type aircraft corresponds to a plurality of propellers constituted by fixed pitch type propellers, an internal combustion engine capable of generating a rotational force, and the number of the plurality of propellers based on the internal combustion engine.
  • a rotational force transmission mechanism that transmits the rotational force generated by the internal combustion engine to the plurality of propellers, and corresponds to the plurality of propellers on a one-to-one basis, and is connected to the rotational force transmission mechanism.
  • Each electric motor constituting the plurality of electric motors is configured to generate at least one of a rotational force and a braking force, and the rotational force transmission mechanism includes the plurality of electric motors.
  • a differential mechanism capable of generating an arbitrary rotational speed difference between the propellers constituting the propeller, and generated by the rotational force generated by the internal combustion engine and the electric motor; Rotational force or synthesized and the braking force, characterized in that it is configured to be transmitted to the plurality of propeller.
  • the conventional propeller type flying body (propeller is driven only by an electric motor) is provided with an internal combustion engine and the rotational force of the internal combustion engine is transmitted to the propeller by the rotational force transmission mechanism.
  • the propeller type air vehicle can obtain a longer operating time than the propeller type air vehicle).
  • the propeller type aircraft of the present invention it is possible to control the number of revolutions of the propeller using an electric motor that is more responsive to output control than the internal combustion engine. It is possible to control the rotation speed of the propeller more precisely than when controlling the rotation speed of the propeller, and it is possible to obtain control performance comparable to that of a propeller type aircraft that drives the propeller only by an electric motor Become.
  • the rotational force transmission mechanism has a differential mechanism, and the rotational force generated by the internal combustion engine and the rotational force or braking force generated by the plurality of electric motors. Can be transmitted to a plurality of propellers, which makes it possible to create a rotational speed difference between the propellers while using a fixed-pitch propeller that is lightweight, inexpensive to manufacture, and easy to maintain. It becomes possible.
  • each propeller when each electric motor can generate a rotational force, each propeller is driven by each electric motor even if the internal combustion engine stops for some reason during the flight. By doing so, it is possible to prevent or alleviate the fall of the aircraft due to sudden loss of propulsive force or lift.
  • the propeller type aircraft of the present invention even if each electric motor stops for some reason during flight, the propulsion or lift is suddenly lost by driving each propeller by the internal combustion engine. It is possible to prevent or mitigate the fall of the resulting aircraft.
  • the differential mechanism has one differential mechanism input shaft and two differential mechanism output shafts, and from the one differential mechanism input shaft. An arbitrary rotational speed difference is generated between the two differential mechanism output shafts while distributing the input rotational force to the two differential mechanism output shafts.
  • each propeller is connected to the end of the branched torque transmission mechanism one by one, and each electric motor is 1 between the differential mechanism and each propeller. It is preferable that they are connected one by one.
  • the rotational force transmission mechanism is disposed on a distal side of the rotational force transmission mechanism as viewed from the differential mechanism, and the rotational force transmission direction of the rotational force transmission mechanism is determined. It is preferable to further have a bending mechanism for bending.
  • each propeller can be directed in an appropriate direction.
  • the rotational force transmission mechanism is configured such that the rotational force input from one branch mechanism input shaft has the same rotational speed to two or more branch mechanism output shafts.
  • the differential mechanism further includes a branch mechanism for branching, and at the branch mechanism, the differential mechanism includes a plurality of differential mechanisms that correspond one-to-one with the plurality of propellers.
  • the differential mechanism is disposed one by one between the branch mechanism and each propeller, the differential mechanism has one differential mechanism input shaft and two differential mechanism output shafts, and the one An arbitrary rotational speed difference is generated between the two differential mechanism output shafts while distributing the rotational force input from the differential mechanism input shafts to the two differential mechanism output shafts.
  • Each propeller and each electric motor are connected to each differential mechanism. Kicking of said two differential mechanism output shaft, it is preferably connected one in each different differential mechanism output shaft.
  • the rotational force transmission mechanism includes a first clutch capable of intermittently rotating the internal combustion engine and the differential mechanism.
  • the rotational force of the internal combustion engine can be transmitted to the rotational force transmission mechanism after the internal combustion engine has reached a rotational speed that generates an appropriate torque.
  • the rotational force transmission mechanism includes a second clutch capable of intermittently rotating between the differential mechanism and a position where the electric motor is connected. It is preferable to have.
  • the rotational force transmission mechanism has a second clutch capable of intermittently connecting the rotational force between the branch point and the differential mechanism.
  • the propeller type aircraft further includes a main wing having a tailless aerodynamic surface, and moving blades disposed on the left and right sides of the trailing edge of the main wing.
  • the propellers are preferably disposed on the left and right sides of the main wing.
  • Such a configuration makes it possible to obtain a propeller-type flying body suitable for high-speed and long-time flight using the aerodynamics of the main wing.
  • the propellers are disposed symmetrically on the left and right sides of the front edge of the main wing.
  • This configuration makes it possible to achieve tail-sitter vertical takeoff and landing.
  • propeller type aircraft of the present invention it is preferable that three or more propellers are provided, and the propellers are radially spaced apart.
  • Such a configuration makes it possible to obtain a propeller type aircraft suitable for hovering and fine operation.
  • FIG. 1 is a view for explaining a propeller type aircraft 1 according to a first embodiment.
  • FIG. 6 is a top view of a propeller type aircraft 2 according to a second embodiment.
  • FIG. 6 is a view for explaining a propeller type aircraft 3 according to a third embodiment.
  • FIG. 6 is a view for explaining a propeller type aircraft 4 according to a fourth embodiment.
  • FIG. 6 is a view for explaining a propeller type aircraft 5 according to a fifth embodiment.
  • FIG. 10 is a view for explaining a propeller type aircraft 6 according to a sixth embodiment.
  • FIG. 10 is a top view of a propeller type aircraft 7 according to a seventh embodiment.
  • FIG. 6 is a top view of a propeller type aircraft 3a according to Modification 1.
  • FIG. FIG. 10 is a top view of a propeller type aircraft 5a according to Modification 2.
  • FIG. 10 is a top view of a propeller type aircraft 6a according to Modification 3.
  • FIG. 1 is a view for explaining a propeller type aircraft 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 1 (a) is a top view of the propeller-type aircraft 1
  • FIG. 1 (b) is a front view of the propeller-type vehicle 1 (viewed along the direction d1 in FIG. 1 (a))
  • FIG. 1C is a side view of the propeller type aircraft 1 (a view taken along the direction d2 in FIG. 1B).
  • the internal combustion engine 20 the rotational force transmission mechanism 30, all or part of which is disposed inside the propeller type aircraft 1
  • Electric motors 40a and 40b are also shown. Unless otherwise specified, the internal combustion engine, the rotational force transmission mechanism, and the electric motor are displayed in the same manner as in FIG.
  • the propeller type aircraft 1 includes propellers 10a and 10b, an internal combustion engine 20, a rotational force transmission mechanism 30, electric motors 40a and 40b, main wings 50a and 50b, and moving blades 52a and 52b. And a fuselage 60.
  • the propeller type aircraft 1 is a so-called propeller aircraft.
  • the propeller-type aircraft 1 includes a plurality of propellers (two propellers 10a and 10b in the first embodiment) configured by fixed-pitch propellers.
  • Each propeller 10a, 10b is connected to the end of the branched rotational force transmission mechanism 30 one by one.
  • Each propeller 10a, 10b is disposed on both the left and right sides of the main wings 50a, 50b. More specifically, the propellers 10a and 10b are arranged symmetrically on the left and right sides of the front edge portions of the main wings 50a and 50b.
  • the propeller 10a is disposed on the main wing 50a side
  • the propeller 10b is disposed on the main wing 50b side.
  • “both left and right sides of the main wing” do not mean both the left and right sides of one main wing, but both the left and right sides when viewing the entire main wing (the entire main wings 50a and 50b in the first embodiment).
  • the internal combustion engine 20 is an engine (engine) that can generate rotational force.
  • a reciprocating engine such as a gasoline engine or a diesel engine can be suitably used.
  • the internal combustion engine 20 is shown in FIG. 1 as being entirely disposed in the fuselage 60, but an intake mechanism, an exhaust mechanism, a cooling mechanism (some of which is attached to a part of the main body and the internal combustion engine 20) Or the like may be exposed to the outside of the body 60.
  • rotational force refers to a force that attempts to rotate a certain object.
  • the rotational force transmission mechanism 30 branches from the internal combustion engine 20 according to the number of propellers (two in the first embodiment). Further, the rotational force transmission mechanism 30 transmits the rotational force generated by the internal combustion engine 20 to the plurality of propellers 10a and 10b.
  • the rotational force transmission mechanism 30 can transmit the rotational force generated by the internal combustion engine 20 and the rotational force or braking force (described later) generated by the electric motors 40a and 40b to the plurality of propellers 10a and 10b. .
  • the rotational force transmission mechanism 30 makes the terminal the position connected with each propeller 10a, 10b.
  • the rotational force transmission mechanism 30 includes a differential mechanism (also referred to as a differential device) 32 that can generate an arbitrary rotational speed difference between the propellers 10a and 10b constituting the plurality of propellers 10a and 10b.
  • the differential mechanism 32 has one differential mechanism input shaft and two differential mechanism output shafts, and the rotational force input from one differential mechanism input shaft is used as two differential mechanism output shafts. While being distributed, an arbitrary rotational speed difference can be generated between the two differential mechanism output shafts.
  • various differential gears for example, those using bevel gears or planetary gears
  • be suitably used for example, those using bevel gears or planetary gears.
  • an arbitrary rotational speed difference is generated between the propellers constituting the plurality of propellers” is different from any one propeller of the plurality of propellers and any one propeller. It means that an arbitrary rotational speed difference is generated with other propellers.
  • the torque transmission mechanism 30 branches off at the differential mechanism 32.
  • the input shaft of the differential mechanism 32 is connected to the internal combustion engine 20 side.
  • the rotational force transmission mechanism 30 further includes bending mechanisms 33 a and 33 b that are disposed on the distal end side of the rotational force transmission mechanism 30 when viewed from the differential mechanism 32 and that bend the rotational force transmission direction of the rotational force transmission mechanism 30.
  • As the bending mechanisms 33a and 33b for example, a combination of bevel gears (bevel gears) can be suitably used.
  • the rotational force transmission mechanism 30 includes, as components other than the differential mechanism 32, a rotational shaft for transmitting rotational force, various gears, a universal joint, and the like. Since these are general means for power transmission, detailed description and specific illustration are omitted.
  • the rotational force transmission mechanism 30 includes a first clutch 34 between the internal combustion engine 20 and the differential mechanism 32 that can connect and disconnect rotational force.
  • Various clutches can be used as the first clutch 34. If the first clutch 34 is used only when the internal combustion engine 20 is started, a mechanical centrifugal clutch can be preferably used.
  • a clutch that can be connected to a rotational force even when there is a difference in rotational speed an electromagnetic clutch, a friction clutch, a fluid clutch, or the like
  • the “clutch” refers to a mechanical device capable of intermittently (disconnecting and connecting) power (rotational force in this specification) under a specific condition or a specific operation.
  • the plurality of electric motors 40a and 40b correspond one-to-one with the plurality of propellers 10a and 10b.
  • “corresponding to a plurality of propellers on a one-to-one basis” means that the number of propellers and the number of electric motors are the same, and a specific propeller and a specific electric motor correspond to each other. Say something.
  • the plurality of electric motors 40 a and 40 b are connected to the rotational force transmission mechanism 30.
  • Each of the electric motors 40a and 40b constituting the plurality of electric motors 40a and 40b is configured to be able to generate at least one of a rotational force and a braking force.
  • “connected to a rotational force transmission mechanism” for an electric motor means that at least one of rotational force and braking force can be added to at least a part of the rotational force transmission mechanism. It means being done.
  • the electric motor may be provided with a part of a rotating shaft constituting the rotating force transmission mechanism as a rotating shaft, and the rotating force transmitting mechanism may be provided with a rotating force and a braking force by a gear or a one-way clutch. You may arrange
  • the “braking force” in the present specification refers to a force for stopping rotation.
  • Each electric motor 40a, 40b is connected one by one between the differential mechanism 32 and each propeller 10a, 10b.
  • the electric motors 40a and 40b according to the first embodiment use a part of a rotating shaft constituting the rotational force transmission mechanism 30 as a rotating shaft.
  • rotational force can be added to the rotational force transmission mechanism 30 to control the rotational speed of the propellers 10a and 10b.
  • rotational force short brake, power generation brake, regenerative brake
  • rotational force battery driven
  • the rotational force from the internal combustion engine 20 and the rotational force from the electric motors 40a and 40b are constant, there is a rotational speed difference between the propellers 10a and 10b. Even in this case, the sum of the rotational speeds of the propellers 10a and 10b is constant.
  • the internal combustion engine 20 When controlling the rotation speed of the propellers 10a and 10b, the internal combustion engine 20 is operated while maintaining an efficient condition (mainly the rotation speed in the case of a reciprocating engine), and the internal combustion engine 20 generates. It is preferable not to positively increase or decrease the rotational force. That is, it is preferable to control the rotation speed of the propellers 10a and 10b mainly using the electric motors 40a and 40b.
  • the internal combustion engine 20 can be operated while maintaining specific conditions by using a mechanical governor or an electronic control system.
  • the propeller type aircraft 1 can be accelerated or decelerated by increasing or decreasing the rotation speed of the entire propellers 10a and 10b, and by increasing or decreasing the individual rotation speed of the propellers 10a and 10b, Rotation control (yaw control) is possible.
  • the propeller type aircraft 1 can be raised and lowered by increasing / decreasing the rotation speed of the entire propellers 10a, 10b, and tilting the aircraft by increasing / decreasing the individual rotation speeds of the propellers 10a, 10b (balance) It is possible to move left and right at least by
  • the electric motors 40a and 40b are used only as a device for generating a braking force, electric power for actively rotating the electric motors 40a and 40b is not necessary, so that a large capacity battery is required. Therefore, it is possible to reduce the weight of the aircraft. Further, when the electric motors 40a and 40b are used as a device for generating a rotational force, the high-speed flight can be performed by adding the rotational force of the electric motors 40a and 40b to the rotational force of the internal combustion engine 20. .
  • the propeller type aircraft 1 includes a rechargeable battery
  • the braking force is applied to the rotational force transmission mechanism 30 by the electric motors 40a and 40b (when the rotational speed of the propellers 10a and 10b is reduced)
  • Electric power is generated by the electric motors 40a and 40b, and the battery can be charged.
  • the main wings 50a, 50b have tailless aerodynamic surfaces.
  • the propeller type aircraft 1 according to the first embodiment includes not only a horizontal tail but also a vertical tail.
  • the rotor blades 52a and 52b are disposed on the left and right sides of the rear edge portion of the main wings 50a and 50b.
  • the moving blades 52a and 52b are so-called elevons.
  • the fuselage 60 is the base of the main wings 50a and 50b.
  • the body 60 houses the internal combustion engine 20 and the like.
  • the propeller type aircraft 1 since the internal combustion engine 20 is provided and the rotational force of the internal combustion engine 20 is transmitted to the propellers 10a and 10b by the rotational force transmission mechanism 30, the conventional propeller type aircraft (propeller) Compared with a propeller-type aircraft that is driven only by an electric motor, the propeller-type aircraft can obtain a longer operating time.
  • the propeller type aircraft 1 it is possible to control the rotation speeds of the propellers 10a and 10b using the electric motors 40a and 40b that are more responsive to the output control than the internal combustion engine 20. Therefore, it is possible to control the rotation speed of the propellers 10a and 10b more precisely than the case where the rotation speed of the propellers 10a and 10b is controlled only by the internal combustion engine 20, and the propeller type that drives the propeller only by the electric motor. Control performance comparable to that of a flying object can be obtained.
  • the rotational force transmission mechanism 30 includes the differential mechanism 32, and the rotational force generated by the internal combustion engine 20 and the plurality of electric motors 40a and 40b.
  • the rotation force or braking force generated in step 1 can be combined and transmitted to the plurality of propellers 10a and 10b, so that a fixed-pitch propeller that is lightweight, inexpensive to manufacture, and easy to maintain is used.
  • An arbitrary rotational speed difference can be generated between the propellers 10a and 10b.
  • the propeller type aircraft 1 even when the electric motors 40a and 40b are stopped for some reason during the flight, the propellers 10a and 10b are driven by the internal combustion engine 20 to drive the propellers 10a and 10b. It is possible to prevent or alleviate the fall of the aircraft due to sudden loss of force or lift.
  • the rotational force transmission mechanism 30 is branched at the differential mechanism 32, and each propeller 10a, 10b is 1 at the end of the branched rotational force transmission mechanism 30. Since the electric motors 40a and 40b are connected one by one between the differential mechanism 32 and the propellers 10a and 10b, the number of the differential mechanisms 32 is smaller than the number of the propellers 10a and 10b. It is possible to cause an arbitrary rotational speed difference between the propellers 10a and 10b, and as a result, it is possible to reduce the weight of the aircraft as compared with the case where the same number of differential mechanisms as the number of propellers is used. Become.
  • the rotational force transmission mechanism 30 is disposed on the distal side of the rotational force transmission mechanism 30 when viewed from the differential mechanism 32, and the rotational force of the rotational force transmission mechanism 30 is Since the bending mechanisms 33a and 33b for bending the transmission direction are further provided, the propellers 10a and 10b can be directed in an appropriate direction.
  • the rotational force transmission mechanism 30 includes the first clutch 34 that can intermittently connect the rotational force between the internal combustion engine 20 and the differential mechanism 32.
  • the rotational force of the internal combustion engine 20 can be transmitted to the rotational force transmission mechanism 30 after the rotational speed at which the internal combustion engine 20 generates an appropriate torque is reached.
  • each propeller using only the electric motors 40a and 40b is obtained by cutting the rotational force with the first clutch 34. Can be controlled.
  • the main wings 50a and 50b having a tailless aerodynamic surface and the moving blades 52a and 52b disposed on the left and right sides of the rear edge of the main wings 50a and 50b.
  • the propellers 10a and 10b are disposed on the left and right sides of the main wings 50a and 50b, so that the aerodynamics of the main wings 50a and 50b are used to make a propeller-type flying body suitable for high-speed and long-time flight. It becomes possible.
  • the propeller type aircraft 1 it is possible to perform rotation control (yaw control) in the left-right direction of the nose by causing an arbitrary rotational speed difference between the propellers 10a and 10b. It is not necessary to provide a ladder, and as a result, the air resistance of the aircraft can be reduced.
  • the propellers 10a and 10b are symmetrically arranged on the left and right sides of the front edge portions of the main wings 50a and 50b. Can be realized.
  • FIG. 2 is a top view of the propeller type aircraft 2 according to the second embodiment.
  • the propeller type aircraft 2 according to the second embodiment has basically the same configuration as the propeller type aircraft 1 according to the first embodiment, but the configuration of the rotational force transmission mechanism is the propeller type aircraft according to the first embodiment. Different from 1. That is, the rotational force transmission mechanism 31 according to the second embodiment includes a second clutch capable of intermittently rotating between the differential mechanism 32 and the position where the electric motors 40a and 40b are connected, as shown in FIG. 38a, 38b.
  • the second clutches 38a and 38b are disposed between the differential mechanism 32 and the bending mechanisms 33a and 33b.
  • the second clutches 38a and 38b may be disposed between the bending mechanisms 33a and 33b and the electric motors 40a and 40b.
  • the second clutches 38a and 38b those that can be connected to a rotational force even when there is a difference in rotational speed (such as an electromagnetic clutch, a friction clutch, and a fluid clutch) can be suitably used.
  • the second clutches 38a and 38b may be a one-way clutch or a combination of a one-way clutch and another clutch.
  • the propeller type aircraft 2 according to the second embodiment is different from the propeller type aircraft 1 according to the first embodiment in the configuration of the rotational force transmission mechanism, but includes the internal combustion engine 20 and the rotational force of the internal combustion engine 20.
  • a conventional propeller type aircraft propeller type aircraft that drives the propeller only by an electric motor. Compared to the propeller type aircraft, it is possible to obtain a longer operating time.
  • the propeller type aircraft 2 according to the second embodiment, only the electric motors 40a and 40b are received without receiving resistance due to the presence of the internal combustion engine 20 by cutting the rotational force with the second clutches 38a and 38b. It becomes possible to control the propellers 10a and 10b using.
  • the propeller type aircraft 1 according to the first embodiment has the same configuration as the propeller type aircraft 1 according to the first embodiment except for the configuration of the rotational force transmission mechanism, the propeller type aircraft 1 according to the first embodiment has the same configuration. It also has a corresponding effect among the effects it has.
  • FIG. 3 is a view for explaining the propeller type aircraft 3 according to the third embodiment.
  • FIG. 3A is a top view of the propeller type aircraft 3
  • FIG. 3B is a diagram of the propellers 110a, 110b, 110c, and 110d, the internal combustion engine 120, the first clutch 134, and the electric motors 140a, 140b, 140c, and 140d.
  • FIG. 3C is a top view of the propeller-type flying body 3 (not shown), and FIG. 3C is a front view of the propeller-type flying body 3 (viewed along the direction d3 in FIG. 3A).
  • the propeller type flying body 3 according to the third embodiment is a propeller type flying according to the first embodiment in that it includes a fixed pitch type propeller, an internal combustion engine, a rotational force transmission mechanism having a differential mechanism, and an electric motor. Although it has the same configuration as the body 1, the overall shape is different from the propeller type aircraft 1 according to the first embodiment.
  • the configuration of the propeller type aircraft according to the third embodiment will be described.
  • the propeller type flying body 3 includes propellers 110a, 110b, 110c, and 110d, an internal combustion engine 120, a rotational force transmission mechanism 130, electric motors 140a and 140b, and a casing 150.
  • the propeller type aircraft 3 is a so-called multicopter.
  • the propeller-type flying body 3 includes a plurality of propellers (four propellers 110a, 110b, 110c, and 110d in the third embodiment) configured by fixed-pitch propellers.
  • Each propeller 110a, 110b, 110c, 110d is connected to the end of the branched rotational force transmission mechanism 130 one by one.
  • Propellers 110a, 110b, 110c, and 110d are radially spaced apart.
  • the propellers 110a, 110b, 110c, and 110d are so-called vertical propellers.
  • the internal combustion engine 120 corresponds to the internal combustion engine 20 in the first embodiment. Although the internal combustion engine 120 is shown in FIG. 3 as being entirely disposed in the housing 150, an intake mechanism, an exhaust mechanism, a cooling mechanism (some of which is attached to a part of the main body and the internal combustion engine 120) Or the like may be exposed to the outside of the housing 150.
  • Rotational force transmission mechanism 130 branches from internal combustion engine 120 according to the number of propellers (four in the first embodiment). Moreover, the rotational force transmission mechanism 130 transmits the rotational force generated by the internal combustion engine 120 to the plurality of propellers 110a, 110b, 110c, and 110d. The rotational force transmission mechanism 130 synthesizes the rotational force generated by the internal combustion engine 120 and the rotational force or braking force generated by the electric motors 140a, 140b, 140c, 140d, and a plurality of propellers 110a, 110b, 110c, 110d. Can be communicated to.
  • the rotational force transmission mechanism 130 is a differential mechanism 132 that enables an arbitrary rotational speed difference to be generated between the propellers 110a, 110b, 110c, and 110d constituting the plurality of propellers 110a, 110b, 110c, and 110d.
  • 136a and 136b Each of the differential mechanisms 132, 136a, and 136b has one differential mechanism input shaft and two differential mechanism output shafts, and outputs the rotational force input from one differential mechanism input shaft to two differential mechanism outputs.
  • An arbitrary rotational speed difference can be generated between the two differential mechanism output shafts while being distributed to the shafts.
  • various differential gears for example, those using bevel gears or planetary gears
  • Rotational force transmission mechanism 130 branches at differential mechanisms 132, 136a, and 136b. More specifically, the rotational force transmission mechanism 130 branches in two directions at the differential mechanism 132 at the rear stage of the internal combustion engine 20, and each of the branched branches further branches in two directions at the differential mechanisms 136a and 136b. Therefore, in the third embodiment, the rotational force transmission mechanism 130 looks like an alphabet “H” when viewed from above.
  • the input shaft of the differential mechanism 132 is connected to the internal combustion engine 120 side.
  • the input shafts of the differential mechanisms 136a and 136b are connected to the differential mechanism 132 side.
  • the rotational force transmission mechanism 130 is disposed on the distal end side of the rotational force transmission mechanism 130 when viewed from the differential mechanisms 136a and 136b, and bending mechanisms 133a, 133b, 133c, and 133d that bend the rotational force transmission direction of the rotational force transmission mechanism 130. It has further.
  • bending mechanisms 133a, 133b, 133c, and 133d for example, a combination of bevel gears (bevel gears) can be suitably used.
  • the rotational force transmission mechanism 130 includes a rotary shaft, various gears, a universal joint, and the like. Since these are general means for power transmission, detailed description and specific illustration are omitted.
  • the rotational force transmission mechanism 130 has a first clutch 134.
  • the first clutch 134 corresponds to the first clutch 34 in the first embodiment.
  • the plurality of electric motors 140a, 140b, 140c, and 140d correspond one-to-one with the plurality of propellers 110a, 110b, 110c, and 110d.
  • the plurality of electric motors 140 a, 140 b, 140 c, and 140 d are connected to the rotational force transmission mechanism 130.
  • Each of the electric motors 140a, 140b, 140c, and 140d constituting the plurality of electric motors 140a, 140b, 140c, and 140d is configured to be able to generate at least one of a rotational force and a braking force.
  • Various motors can be used as the electric motors 140a, 140b, 140c, and 140d.
  • Each electric motor 140a, 140b, 140c, 140d is connected one by one between the differential mechanisms 136a, 136b and the propellers 110a, 110b, 110c, 110d.
  • the electric motors 140 a, 140 b, 140 c, and 140 d in the first embodiment use a part of the rotation shaft that constitutes the rotational force transmission mechanism 130 as a rotation axis.
  • the rotational speeds of the propellers 110a, 110b, 110c, 110d can be individually controlled.
  • the propeller type aircraft 3 can be raised or lowered by increasing or decreasing the rotation speed of the entire propellers 110a, 110b, 110c, and 110d, and by increasing or decreasing the rotation speed of each of the propellers 110a, 110b, 110c, and 110d. It is possible to move forward and backward and to the left and right by turning the aircraft.
  • the housing 150 houses the internal combustion engine 120, the rotational force transmission mechanism 130, and the like.
  • the propeller aircraft 3 according to the third embodiment is different from the propeller aircraft 1 according to the first embodiment in the overall shape, but includes the internal combustion engine 120 and rotates the rotational force of the internal combustion engine 120. Since the force transmission mechanism 130 transmits to the propellers 110a, 110b, 110c, and 110d, the conventional propeller type aircraft (propeller type flight in which the propeller is driven only by an electric motor) as in the case of the propeller type aircraft 1 according to the first embodiment.
  • the propeller type flying body can obtain a longer operation time than the body).
  • propeller type flying body 3 since three or more propellers are provided and the propellers 110a, 110b, 110c, and 110d are radially spaced apart, hovering and detailed operations are possible. A suitable propeller type aircraft can be obtained.
  • the propeller type aircraft 3 according to the third embodiment has the same configuration as the propeller type aircraft 1 according to the first embodiment except for the overall shape, the effects of the propeller type aircraft 1 according to the first embodiment are provided. Of these, there is a corresponding effect.
  • FIG. 4 is a view for explaining the propeller-type flying body 4 according to the fourth embodiment.
  • 4A is a top view of the propeller-type flying body 4
  • FIG. 4B is a front view of the propeller-type flying body 4 (viewed along the direction d4 in FIG. 4A).
  • the propeller type aircraft 4 according to the fourth embodiment basically has the same configuration as the propeller type aircraft 1 according to the first embodiment, but the configuration of the rotational force transmission mechanism and the position of the electric motor are the same as those of the first embodiment. It is different from the propeller type aircraft 1.
  • the rotational force transmission mechanism 70 in the fourth embodiment is such that the rotational speed input from one branch mechanism input shaft is the same as that of two or more (two in the fourth embodiment) branch mechanism output shafts.
  • a branching mechanism 73 for distributing is further provided and branches at the branching mechanism 73.
  • the rotational force transmission mechanism 70 branches in two directions at a branch mechanism 73 at the rear stage of the internal combustion engine 20.
  • the branch mechanism 73 for example, a combination of bevel gears can be suitably used.
  • the rotational force transmission mechanism 70 has a plurality of differential mechanisms 72a and 72b that correspond one-to-one with the plurality of propellers 10a and 10b as differential mechanisms.
  • “Multiple propellers have a one-to-one correspondence” means that the number of propellers and the number of differential mechanisms are the same, and a specific propeller and a specific differential mechanism correspond. It means having a relationship.
  • Each differential mechanism 72a, 72b is disposed one by one between the branch mechanism 73 and each propeller 10a, 10b.
  • the input shafts of the differential mechanisms 72a and 72b are connected to the internal combustion engine 20 side.
  • Each propeller 10a, 10b and each electric motor 40a, 40b are connected one by one to a different differential mechanism output shaft among the two differential mechanism output shafts in each differential mechanism 72a, 72b.
  • the propeller type aircraft 4 according to the fourth embodiment is different from the propeller type aircraft 1 according to the first embodiment in the configuration of the rotational force transmission mechanism and the position of the electric motor, but includes the internal combustion engine 20. Since the rotational force of the engine 20 is transmitted to the propellers 10a and 10b by the rotational force transmission mechanism 70, the conventional propeller aircraft (propeller is driven only by an electric motor) as in the case of the propeller aircraft 1 according to the first embodiment. Compared with the propeller type aircraft), the propeller type aircraft can obtain a longer operation time.
  • the rotational force transmission mechanism 70 further includes the branch mechanism 73 and branches at the branch mechanism 73, and a plurality of propellers 10 a, 10b and a plurality of differential mechanisms 72a and 72b corresponding one-to-one.
  • Each differential mechanism 72a and 72b is disposed between the branch mechanism 73 and each of the propellers 10a and 10b.
  • the propellers 10a and 10b and the electric motors 40a and 40b are connected to different differential mechanism output shafts of the two differential mechanism output shafts of the differential mechanisms 72a and 72b, respectively. It is possible to determine the rotational speed independently for each of the propellers 10a and 10b, while transmitting the rotational force from 20 to the propellers 10a and 10b.
  • the propeller type aircraft 4 according to the fourth embodiment has the same configuration as the propeller type aircraft 1 according to the first embodiment except for the configuration of the rotational force transmission mechanism and the position of the electric motor, the propeller according to the first embodiment is provided. It also has a corresponding effect among the effects of the aircraft 1.
  • FIG. 5 is a view for explaining the propeller-type flying object 5 according to the fifth embodiment.
  • FIG. 5A is a top view of the propeller-type flying body 5
  • FIG. 5B is a top view of the propeller-type flying body 5 that does not show the propellers 110a, 110b, 110c, and 110d, the internal combustion engine 120, and the first clutch 134.
  • FIG. 5C is a front view of the propeller-type flying body 5 (viewed along the direction d5 in FIG. 5A).
  • the propeller type aircraft 5 according to the fifth embodiment has basically the same configuration as the propeller type aircraft 3 according to the third embodiment, but the configuration of the rotational force transmission mechanism and the position of the electric motor are the same as those of the third embodiment. This is different from the propeller type aircraft 3.
  • the rotational force transmission mechanism 170 in the fifth embodiment is such that the rotational speed input from one branch mechanism input shaft is the same as that of two or more (two in the fifth embodiment) branch mechanism output shafts. Further, branching mechanisms 173a, 173b, and 173c for distributing are provided, and branching is performed at the branching mechanisms 173a, 173b, and 173c.
  • the rotational force transmission mechanism 170 branches in two directions at the branch mechanism 173a at the rear stage of the internal combustion engine 120, and each of the branched branches further in two directions at the branch mechanisms 173b and 173c. Therefore, in the fifth embodiment, the rotational force transmission mechanism 170 looks like an alphabet “H” when viewed from above.
  • the branch mechanisms 173a, 173b, and 173c for example, a combination of bevel gears can be suitably used.
  • the rotational force transmission mechanism 170 includes a plurality of differential mechanisms 172a, 172b, 172c, and 172d that correspond one-to-one with the plurality of propellers 110a, 110b, 110c, and 110d as differential mechanisms.
  • Each differential mechanism 172a, 172b, 172c, 172d is disposed one by one between the branch mechanisms 173b, 173c and the propellers 110a, 110b, 110c, 110d.
  • the input shafts of the differential mechanisms 172a, 172b, 172c, 172d are connected to the internal combustion engine 120 side.
  • the propellers 110a, 110b, 110c, and 110d and the electric motors 140a, 140b, 140c, and 140d are respectively different differential mechanism outputs from the two differential mechanism output shafts of the differential mechanisms 172a, 172b, 172c, and 172d. One shaft is connected to each other.
  • the propeller type aircraft 5 according to the fifth embodiment is different from the propeller type aircraft 3 according to the third embodiment in the configuration of the rotational force transmission mechanism and the position of the electric motor, but includes the internal combustion engine 120 and the internal combustion engine. Since the rotational force of the engine 120 is transmitted to the propellers 110a, 110b, 110c, and 110d by the rotational force transmission mechanism 170, the conventional propeller aircraft (propeller is replaced by an electric motor) as in the case of the propeller aircraft 3 according to the third embodiment.
  • the propeller-type flying body can obtain a longer operating time than a propeller-type flying body that is driven only by the propeller type.
  • the rotational force transmission mechanism 170 further includes the branching mechanisms 173a, 173b, and 173c, and branches at the branching mechanisms 173a, 173b, and 173c.
  • a mechanism it has a plurality of differential mechanisms 172a, 172b, 172c, 172d that correspond one-to-one with a plurality of propellers 110a, 110b, 110c, 110d, and each differential mechanism 172a, 172b, 172c, 172d
  • One mechanism 173a, 173b, 173c and each propeller 110a, 110b, 110c, 110d are arranged, and each propeller 110a, 110b, 110c, 110d and each electric motor 140a, 140b, 140c, 140d 2 in the differential mechanism 172a, 172b, 172c, 172d
  • the propeller type aircraft 5 according to the fifth embodiment has the same configuration as the propeller type aircraft 3 according to the third embodiment except for the configuration of the rotational force transmission mechanism and the position of the electric motor, the propeller according to the third embodiment is provided. It also has a corresponding effect among the effects of the flying vehicle 3.
  • FIG. 6 is a view for explaining the propeller type aircraft 6 according to the sixth embodiment.
  • 6A is a top view of the propeller-type flying body 6
  • FIG. 6B is a top view of the propeller-type flying body 6 that does not show the propellers 110a, 110b, 110c, and 110d, the internal combustion engine 120, and the first clutch 134.
  • FIG. 6C is a front view of the propeller type aircraft 6 (viewed along the direction d6 in FIG. 6A).
  • the propeller type aircraft 6 according to the sixth embodiment has basically the same configuration as the propeller type aircraft 5 according to the fifth embodiment, but the configuration of the rotational force transmission mechanism is the propeller type aircraft according to the fifth embodiment. Different from 5.
  • the rotational force transmission mechanism 180 has two or more (four in the sixth embodiment) rotational force input from one branch mechanism input shaft so that the rotational speed is the same as that of the branch mechanism output shaft.
  • a branching mechanism 183 for distributing is further provided and branches at the branching mechanism 183.
  • the rotational force transmission mechanism 180 branches in four directions at the branch mechanism 183 at the rear stage of the internal combustion engine 120. For this reason, in the sixth embodiment, the rotational force transmission mechanism 180 looks like an alphabet “X” when viewed from above.
  • the propeller type aircraft 6 according to the sixth embodiment is different from the propeller type aircraft 5 according to the fifth embodiment in the configuration of the rotational force transmission mechanism, but includes the internal combustion engine 120 and the rotational force of the internal combustion engine 120. Is transmitted to the propellers 110a, 110b, 110c, and 110d by the rotational force transmission mechanism 180, similarly to the propeller-type aircraft 5 according to the fifth embodiment, a conventional propeller-type aircraft (propeller that drives the propeller only by an electric motor). (Propeller type aircraft) that can obtain a longer operating time than the type aircraft.
  • the propeller type aircraft 6 according to the sixth embodiment has the same configuration as the propeller type aircraft 5 according to the fifth embodiment except for the configuration of the rotational force transmission mechanism, the propeller type aircraft 5 according to the fifth embodiment has the same configuration. It also has a corresponding effect among the effects it has.
  • FIG. 7 is a top view of the propeller type aircraft 7 according to the seventh embodiment.
  • the propeller type aircraft 7 according to the seventh embodiment has basically the same configuration as the propeller type aircraft 4 according to the fourth embodiment, but the configuration of the rotational force transmission mechanism is the propeller type aircraft according to the fourth embodiment. Different from 4. That is, as shown in FIG. 7, the rotational force transmission mechanism 71 according to the seventh embodiment includes second clutches 78a and 78b capable of intermittent torque, between the branch mechanism 73 and the differential mechanisms 72a and 72b.
  • the second clutches 78a and 78b those that can be connected to a rotational force even when there is a difference in rotational speed (such as an electromagnetic clutch, a friction clutch, and a fluid clutch) can be suitably used.
  • the second clutches 78a and 78b may be a one-way clutch or a combination of a one-way clutch and another clutch.
  • the propeller type aircraft 7 according to the seventh embodiment is different from the propeller type aircraft 4 according to the fourth embodiment in the configuration of the rotational force transmission mechanism, but includes the internal combustion engine 20 and the rotational force of the internal combustion engine 20. Is transmitted to the propellers 10a and 10b by the rotational force transmission mechanism 71, similarly to the propeller-type aircraft 1 according to the first embodiment, the conventional propeller-type aircraft (propeller-type aircraft that drives the propeller only by the electric motor) Compared to the propeller type aircraft, it is possible to obtain a longer operating time.
  • the propeller type flying body 7 according to the seventh embodiment, only the electric motors 40a and 40b are received without receiving resistance due to the presence of the internal combustion engine 20 by cutting the rotational force with the second clutches 78a and 78b. It becomes possible to control the propellers 10a and 10b using.
  • the propeller type aircraft 4 according to the fourth embodiment has the same configuration as the propeller type aircraft 4 according to the fourth embodiment except for the configuration of the rotational force transmission mechanism, the propeller type aircraft 4 according to the fourth embodiment has the same configuration. It also has a corresponding effect among the effects it has.
  • the number of propellers and motors is two, but the present invention is not limited to this. Although the number of propellers and motors may be more than two, it is preferable that the number of propellers and motors is an even number because of the symmetrical arrangement.
  • Embodiments 3, 5, and 6 the number of propellers and motors is four, but the present invention is not limited to this.
  • the number of propellers and motors may be three, or five or more.
  • the propeller type aircraft includes the main wing and the fuselage, but the present invention is not limited to this.
  • the propeller type aircraft of the present invention may be a so-called all-wing aircraft in which a portion corresponding to the fuselage is also a main wing.
  • the propeller type aircraft of the present invention has additional constituent elements (camera, various sensors, satellite positioning system, working or inspection use) according to the application.
  • FIG. 8 is a top view of the propeller type aircraft 3a according to the first modification.
  • the rotational force transmission mechanism 131 in the propeller type aircraft 3a includes second clutches 138a, 138b, 138c, and 138d.
  • the so-called multi-copter propeller type aircraft may also have a second clutch between the differential mechanism and the position where the electric motor is connected.
  • FIG. 9 is a top view of the propeller type aircraft 5a according to the second modification.
  • the rotational force transmission mechanism 171 in the propeller type aircraft 5a includes second clutches 178a, 178b, 178c, and 178d.
  • FIG. 10 is a top view of a propeller type aircraft 6a according to the third modification.
  • the rotational force transmission mechanism 181 in the propeller type aircraft 6a includes second clutches 188a, 188b, 188c, and 188d.
  • a propeller-type aircraft that is a so-called multicopter may also have a second clutch between the branch mechanism and the differential mechanism.
  • first clutch 38a, 38b, 78a, 78b, 138a, 138b, 138c, 138d, 178a, 178b, 178c, 178d, 188a, 188b, 188c, 188d ...

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Abstract

固定ピッチ式のプロペラから構成される複数のプロペラ10a,10bと、内燃機関20と、内燃機関20で生成された回転力を複数のプロペラ10a,10bに伝達する回転力伝達機構30と、複数のプロペラ10a,10bと1対1で対応する複数の電動モーター40a,40bとを備え、回転力伝達機構30は、差動機構32を有し、かつ、内燃機関20で生成された回転力と電動モーター40a,40bで生成された回転力又は制動力とを合成して複数のプロペラ10a,10bに伝達可能に構成されているプロペラ式飛行体1。 本発明のプロペラ式飛行体は、従来のプロペラ式飛行体(プロペラを電動モーターのみで駆動するプロペラ式飛行体)と比較して長い稼働時間を得ることが可能なプロペラ式飛行体となる。

Description

プロペラ式飛行体
 本発明は、プロペラ式飛行体に関する。
 従来、回転するプロペラ(本明細書においては、一般的にローターと呼称されるものも含む。)により推進力及び揚力のうち少なくとも一方を得る無人飛行体(ドローンといわれることもある。以下、プロペラ式飛行体という。)が広く知られている。これらのプロペラ式飛行体としては、空力面を有する翼部を備え、プロペラにより推進力を得るもの(いわゆるプロペラ機。例えば、特許文献1参照。)や、3つ以上のプロペラが放射状に離間して配設され、プロペラにより揚力を得るもの(いわゆるマルチコプター。例えば、特許文献2参照。)を例示することができる。
 これらのプロペラ式飛行体は、空中を自在に飛行させることが可能であることから、景観等の撮影、空中からの観察・監視、危険箇所の点検、物資輸送、各種競技等、さまざまな分野への活用可能性があると考えられ、近年注目されている。
特開2005-67398号公報 特開2014-240242号公報
 ところで、引用文献1に記載のプロペラ式飛行体にしても、引用文献2に記載のプロペラ式飛行体にしても、プロペラは、プロペラに対応する電動モーターにより駆動される。電動モーターはプロペラ式飛行体に搭載されたバッテリー(電池)から供給される電力により作動するが、このような方式では十分な稼働時間(飛行時間)が得られない場合があるという問題がある。
 そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、従来のプロペラ式飛行体(プロペラを電動モーターのみで駆動するプロペラ式飛行体)と比較して長い稼働時間を得ることが可能なプロペラ式飛行体を提供することを目的とする。
[1]本発明のプロペラ式飛行体は、固定ピッチ式のプロペラから構成される複数のプロペラと、回転力を生成可能な内燃機関と、前記内燃機関を基点として前記複数のプロペラの数に応じて分岐し、かつ、前記内燃機関で生成された回転力を前記複数のプロペラに伝達する回転力伝達機構と、前記複数のプロペラと1対1で対応し、かつ、前記回転力伝達機構に接続されている複数の電動モーターとを備え、前記複数の電動モーターを構成する各電動モーターは、回転力及び制動力のうち少なくとも一方を生成可能に構成され、前記回転力伝達機構は、前記複数のプロペラを構成する各前記プロペラの間に任意の回転数差を生じさせることを可能とする差動機構を有し、かつ、前記内燃機関で生成された回転力と前記電動モーターで生成された回転力又は制動力とを合成して前記複数のプロペラに伝達可能に構成されていることを特徴とする。
 ところで、バッテリーよりも燃料(ガソリン等)の方がエネルギー密度が高いため、同規模の装置で比較すると、一般的には、電動モーターを用いる場合よりも、内燃機関を用いる場合の方が稼働時間を長くすることができる。
 このため、本発明のプロペラ式飛行体によれば、内燃機関を備え、内燃機関の回転力を回転力伝達機構でプロペラに伝達するため、従来のプロペラ式飛行体(プロペラを電動モーターのみで駆動するプロペラ式飛行体)と比較して長い稼働時間を得ることが可能なプロペラ式飛行体となる。
 また、本発明のプロペラ式飛行体によれば、内燃機関よりも出力制御の即応性に優れている電動モーターを用いてプロペラの回転数を制御することが可能であるため、内燃機関のみでプロペラの回転数を制御する場合よりも緻密にプロペラの回転数を制御することが可能となり、プロペラを電動モーターのみで駆動するプロペラ式飛行体と比較しても遜色無い制御性能を得ることが可能となる。
 また、本発明のプロペラ式飛行体によれば、回転力伝達機構は、差動機構を有し、かつ、内燃機関で生成された回転力と複数の電動モーターで生成された回転力又は制動力とを合成して複数のプロペラに伝達可能であるため、軽量であり、製造コストが安く、かつ、メンテナンスが容易な固定ピッチ式のプロペラを用いつつ、プロペラ間に回転数差を生じさせることが可能となる。
 また、本発明のプロペラ式飛行体によれば、各電動モーターが回転力を生成可能である場合には、飛行中に何らかの原因で内燃機関が停止した場合でも、各電動モーターにより各プロペラを駆動することで、推進力又は揚力が急に失われることに起因する機体の落下を防止又は緩和することが可能となる。
 また、本発明のプロペラ式飛行体によれば、飛行中に何らかの原因で各電動モーターが停止した場合でも、内燃機関により各プロペラを駆動することで、推進力又は揚力が急に失われることに起因する機体の落下を防止又は緩和することが可能となる。
[2]本発明のプロペラ式飛行体においては、前記差動機構は、1つの差動機構入力軸と2つの差動機構出力軸とを有し、かつ、前記1つの差動機構入力軸から入力された回転力を前記2つの差動機構出力軸に分配しつつ前記2つの差動機構出力軸の間に任意の回転数差を生じさせることが可能に構成され、前記回転力伝達機構は、前記差動機構のところで分岐し、各前記プロペラは、分岐した前記回転力伝達機構の末端に1つずつ接続され、各前記電動モーターは、前記差動機構と各前記プロペラとの間に1つずつ接続されていることが好ましい。
 このような構成とすることにより、プロペラの数よりも少ない差動機構を用いてプロペラ間に回転数差を生じさせることが可能となり、その結果、プロペラの数と同数の差動機構を用いる場合と比較して、機体を軽量化することが可能となる。
[3]本発明のプロペラ式飛行体においては、前記回転力伝達機構は、前記差動機構から見て前記回転力伝達機構の末端側に配置され、前記回転力伝達機構の回転力伝達方向を屈曲させる屈曲機構をさらに有することが好ましい。
 このような構成とすることにより、各プロペラを適切な方向に向けることが可能となる。
[4]本発明のプロペラ式飛行体においては、前記回転力伝達機構は、1つの分岐機構入力軸から入力された回転力を2つ以上の分岐機構出力軸に回転数が同じになるように分配する分岐機構をさらに有し、前記分岐機構のところで分岐するとともに、前記差動機構として、前記複数のプロペラと1対1で対応する複数の差動機構を有し、各前記差動機構は、前記分岐機構と各前記プロペラとの間に1つずつ配設され、前記差動機構は、1つの差動機構入力軸と2つの差動機構出力軸とを有し、かつ、前記1つの差動機構入力軸から入力された回転力を前記2つの差動機構出力軸に分配しつつ前記2つの差動機構出力軸の間に任意の回転数差を生じさせることが可能に構成され、各前記プロペラ及び各前記電動モーターは、各前記差動機構における前記2つの差動機構出力軸のうち、それぞれ異なる差動機構出力軸に1つずつ接続されていることが好ましい。
 このような構成とすることにより、内燃機関からの回転力をプロペラに伝達しつつ、プロペラごとに独立して回転数を決定することが可能となる。
[5]本発明のプロペラ式飛行体においては、前記回転力伝達機構は、前記内燃機関と前記差動機構との間に、回転力の断続が可能な第1クラッチを有することが好ましい。
 このような構成とすることにより、内燃機関が適切なトルクを発生する回転数となってから、内燃機関の回転力を回転力伝達機構に伝達することが可能となる。
 また、上記のような構成とすることにより、第1クラッチで回転力の切断を行うことにより、各電動モーターのみを用いた各プロペラの制御が可能となる。
[6]本発明のプロペラ式飛行体においては、前記回転力伝達機構は、前記差動機構と前記電動モーターが接続されている位置との間に、回転力の断続が可能な第2クラッチを有することが好ましい。
 このような構成とすることにより、第2クラッチで回転力の切断を行うことにより、内燃機関の存在による抵抗を受けることなく各電動モーターのみを用いた各プロペラの制御が可能となる。
[7]本発明のプロペラ式飛行体においては、前記回転力伝達機構は、前記分岐箇所と前記差動機構との間に、回転力の断続が可能な第2クラッチを有することが好ましい。
 このような構成とすることにより、第2クラッチで回転力の切断を行うことにより、内燃機関の存在による抵抗を受けることなく各電動モーターのみを用いた各プロペラの制御が可能となる。
[8]本発明のプロペラ式飛行体においては、前記プロペラ式飛行体は、無尾翼型の空力面を有する主翼と、前記主翼の後縁部左右両側に配設された動翼とをさらに備え、各前記プロペラは、前記主翼の左右両側に配設されていることが好ましい。
 このような構成とすることにより、主翼の空力を利用し、高速かつ長時間の飛行に適したプロペラ式飛行体とすることが可能となる。
 また、このような構成とすることにより、プロペラ間に回転数差を生じさせることで機首左右方向の回転制御(ヨーイングの制御)が可能であるため、ラダーやラダーを配設するための垂直尾翼を備える必要がなくなり、その結果、機体の空気抵抗を低減することが可能となる。
[9]本発明のプロペラ式飛行体においては、各前記プロペラは、前記主翼の前縁部左右両側に左右対称に配設されていることが好ましい。
 このような構成とすることにより、テールシッター方式の垂直離着陸を実現することが可能となる。
[10]本発明のプロペラ式飛行体においては、前記プロペラを3つ以上備え、前記プロペラは、放射状に離間して配設されていることが好ましい。
 このような構成とすることにより、ホバリングや細かい動作に適したプロペラ式飛行体とすることが可能となる。
実施形態1に係るプロペラ式飛行体1を説明するために示す図である。 実施形態2に係るプロペラ式飛行体2の上面図である。 実施形態3に係るプロペラ式飛行体3を説明するために示す図である。 実施形態4に係るプロペラ式飛行体4を説明するために示す図である。 実施形態5に係るプロペラ式飛行体5を説明するために示す図である。 実施形態6に係るプロペラ式飛行体6を説明するために示す図である。 実施形態7に係るプロペラ式飛行体7の上面図である。 変形例1に係るプロペラ式飛行体3aの上面図である。 変形例2に係るプロペラ式飛行体5aの上面図である。 変形例3に係るプロペラ式飛行体6aの上面図である。
 以下、本発明のプロペラ式飛行体を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、図面に示す構造は全て模式的なものであり、寸法や角度等の表示は必ずしも現実に即したものとはなっていない。また、実質的に同一の構成要素については実施形態をまたいで同一の符号を付し、再度の説明は省略する。
[実施形態1]
 図1は、実施形態1に係るプロペラ式飛行体1を説明するために示す図である。図1(a)はプロペラ式飛行体1の上面図であり、図1(b)はプロペラ式飛行体1の正面図(図1(a)の方向d1に沿って見た図)であり、図1(c)はプロペラ式飛行体1の側面図(図1(b)の方向d2に沿って見た図)である。図1の上面図、正面図及び側面図においては、説明をわかりやすくするために、全部又は一部がプロペラ式飛行体1の内部に配設されている内燃機関20、回転力伝達機構30、電動モーター40a,40bについても表示している。内燃機関、回転力伝達機構及び電動モーターについては、特記しない限り、後述する他の図面においても図1と同様に表示する。
 実施形態1に係るプロペラ式飛行体1は、図1に示すように、プロペラ10a,10b、内燃機関20、回転力伝達機構30、電動モーター40a,40b、主翼50a,50b、動翼52a,52b及び胴体60を備える。プロペラ式飛行体1は、いわゆるプロペラ機である。
 なお、本明細書及び図面においては、主に本発明に特徴的な構成要素についての説明及び図示を行う。一般的な構成要素等(各構成要素を制御するための制御装置、操作信号の受信や各種情報を送信するための通信装置、内燃機関に付随する変速機、内燃機関に供給する燃料を貯蔵する燃料タンク、電力を供給するためのバッテリー、動翼を動かすためのアクチュエーター、離着陸時に地面と接触するランディングギア等)については、説明及び図示を省略する。
 プロペラ式飛行体1は、固定ピッチ式のプロペラから構成される複数のプロペラ(実施形態1においては2つのプロペラ10a,10b)を備える。
 各プロペラ10a,10bは、分岐した回転力伝達機構30の末端に1つずつ接続されている。
 各プロペラ10a,10bは、主翼50a,50bの左右両側に配設されている。さらにいえば、各プロペラ10a,10bは、主翼50a,50bの前縁部左右両側に、左右対称に配設されている。実施形態1においてはプロペラ10aは主翼50a側に配設され、プロペラ10bは主翼50b側に配設されている。
 なお、本明細書において「主翼の左右両側」とは、片方の主翼の左右両側のことではなく、主翼全体(実施形態1においては主翼50a,50b全体)を見たときの左右両側のことをいう。
 内燃機関20は、回転力を生成可能な機関(エンジン)である。内燃機関20としては、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等のレシプロエンジンを好適に用いることができる。内燃機関20は、図1においては全体が胴体60の中に配設されているように表示されているが、本体の一部や内燃機関20に付随する吸気機構、排気機構、冷却機構(いずれも図示せず。)等が胴体60の外部に露出していてもよい。
 本明細書において「回転力」とは、ある物体を回転させようとする力のことをいう。
 回転力伝達機構30は、内燃機関20を基点として複数のプロペラの数(実施形態1においては2つ)に応じて分岐する。また、回転力伝達機構30は、内燃機関20で生成された回転力を複数のプロペラ10a,10bに伝達する。回転力伝達機構30は、内燃機関20で生成された回転力と電動モーター40a,40bで生成された回転力又は制動力(後述)とを合成して複数のプロペラ10a,10bに伝達可能である。
 なお、回転力伝達機構30は、各プロペラ10a,10bと接続する位置を末端とする。
 回転力伝達機構30は、複数のプロペラ10a,10bを構成する各プロペラ10a,10bの間に任意の回転数差を生じさせることを可能とする差動機構(差動装置ともいう。)32を有する。差動機構32は、1つの差動機構入力軸と2つの差動機構出力軸とを有し、かつ、1つの差動機構入力軸から入力された回転力を2つの差動機構出力軸に分配しつつ2つの差動機構出力軸の間に任意の回転数差を生じさせることが可能に構成されている。
 差動機構32としては、各種ディファレンシャルギア(例えば、ベベルギアや遊星歯車を用いたもの)を好適に用いることができる。
 本明細書においては、「複数のプロペラを構成する各プロペラの間に任意の回転数差を生じさせる」とは、複数のプロペラのうち任意の1のプロペラと、任意の1のプロペラとは異なる他のプロペラとの間に任意の回転数差を生じさせることをいう。
 回転力伝達機構30は、差動機構32のところで分岐する。差動機構32の入力軸は、内燃機関20側に接続されている。
 回転力伝達機構30は、差動機構32から見て回転力伝達機構30の末端側に配置され、回転力伝達機構30の回転力伝達方向を屈曲させる屈曲機構33a,33bをさらに有する。屈曲機構33a,33bとしては、例えば、ベベルギア(傘歯車)を組み合わせたものを好適に用いることができる。
 回転力伝達機構30は、差動機構32以外の構成要素として、回転力を伝達するための回転シャフト、各種ギア、自在継手等を有する。これらは動力伝達の手段として一般的なものであるため、詳細な説明及び具体的な図示は省略する。
 また、回転力伝達機構30は、内燃機関20と差動機構32との間に、回転力の断続が可能な第1クラッチ34を有する。
 第1クラッチ34としては、種々のクラッチを用いることができる。第1クラッチ34を単に内燃機関20始動時にのみ活用するのであれば、機械式の遠心クラッチを好適に用いることができる。また、第1クラッチ34としては、回転数差があっても回転力の接続が可能であるもの(電磁クラッチ、摩擦クラッチ、流体クラッチ等)も好適に用いることができる。
 本明細書において「クラッチ」とは、特定の条件又は特定の操作により動力(本明細書においては回転力)の断続(切断及び接続)が可能な機械装置のことをいう。
 複数の電動モーター40a,40bは、複数のプロペラ10a,10bと1対1で対応する。複数の電動モーターについて「複数のプロペラと1対1で対応する」とは、プロペラの数と電動モーターの数とが同数であり、かつ、特定のプロペラと特定の電動モーターとが対応する関係にあることをいう。
 また、複数の電動モーター40a,40bは、回転力伝達機構30に接続されている。複数の電動モーター40a,40bを構成する各電動モーター40a,40bは、回転力及び制動力のうち少なくとも一方を生成可能に構成されている。
 本明細書においては、電動モーターについて「回転力伝達機構に接続されている」とは、回転力伝達機構の少なくとも一部に回転力及び制動力の少なくとも一方を付加することができるように配設されていることをいう。電動モーターは、後述するように回転力伝達機構を構成する回転シャフトの一部を回転軸として配設されていてもよいし、ギアやワンウェイクラッチ等により回転力伝達機構に回転力及び制動力の少なくとも一方を付加可能なように配設されていてもよい。
 本明細書における「制動力」とは、回転を止めようとする力のことをいう。
 電動モーター40a,40bとしては、種々のモーター(同期モーター、誘導モーター、直流整流子モーター等)を用いることができる。
 各電動モーター40a,40bは、差動機構32と各プロペラ10a,10bとの間に1つずつ接続されている。実施形態1における電動モーター40a,40bは、回転力伝達機構30を構成する回転シャフトの一部を回転軸としている。
 水平飛行中(主翼50a,50bの揚力を用いた飛行動作中)及び垂直飛行中(テールシッター式の垂直離着陸動作中)において、電動モーター40a,40bにより制動力(ショートブレーキ、発電ブレーキ、回生ブレーキ)や回転力(バッテリーによる駆動)を回転力伝達機構30に付加することで、プロペラ10a,10bの回転数を制御することが可能となる。なお、実施形態1においては、差動機構32の存在により、内燃機関20からの回転力及び電動モーター40a,40bからの回転力が一定であるとき、プロペラ10a,10b間に回転数差がある場合でも、プロペラ10a,10bの回転数の和は一定となる。
 なお、プロペラ10a,10bの回転数を制御する際には、内燃機関20については効率のよい条件(レシプロエンジンの場合には主に回転数)を保持しながら運転させ、内燃機関20が生成する回転力は積極的に増減させないことが好ましい。つまり、プロペラ10a,10bの回転数は、主に電動モーター40a,40bを用いて制御を行うことが好ましい。例えば、機械的な調速機(ガバナー)や電子的な制御システムを用いることで、内燃機関20について特定の条件を保持しながら運転させることができる。
 プロペラ式飛行体1は、水平飛行中は、プロペラ10a,10b全体の回転数を増減することで加速や減速が可能となり、プロペラ10a,10b個別の回転数を増減することで機首左右方向の回転制御(ヨーイングの制御)が可能となる。
 プロペラ式飛行体1は、垂直飛行中は、プロペラ10a,10b全体の回転数を増減することで上昇や下降が可能となり、プロペラ10a,10b個別の回転数を増減することで機体を傾ける(バランスを崩す)ことによる少なくとも左右への移動が可能となる。
 なお、電動モーター40a,40bを制動力を発生させる装置としてのみ用いる場合には、電動モーター40a,40bを積極的に回転駆動するための電力が不要となるため、大容量のバッテリーが必要とならず、機体を軽量化することが可能となる。
 また、電動モーター40a,40bを回転力を発生させる装置としても用いる場合には、内燃機関20の回転力に電動モーター40a,40bの回転力を足し合わせることで、高速での飛行が可能となる。
 プロペラ式飛行体1が充電可能なバッテリーを備えている場合には、電動モーター40a,40bにより制動力を回転力伝達機構30に付加する際(プロペラ10a,10bの回転数を下げる際)に、電動モーター40a,40bにより発電を行い、バッテリーを充電することが可能となる。
 主翼50a,50bは、無尾翼型の空力面を有する。実施形態1に係るプロペラ式飛行体1は、水平尾翼だけでなく、垂直尾翼も備えていない。
 動翼52a,52bは、主翼50a,50bの後縁部左右両側に配設されている。動翼52a,52bは、いわゆるエレボンである。
 胴体60は、主翼50a,50bの基部である。また、胴体60は、内燃機関20等を収納している。
 以下、実施形態1に係るプロペラ式飛行体1の効果を説明する。
 実施形態1に係るプロペラ式飛行体1によれば、内燃機関20を備え、内燃機関20の回転力を回転力伝達機構30でプロペラ10a,10bに伝達するため、従来のプロペラ式飛行体(プロペラを電動モーターのみで駆動するプロペラ式飛行体)と比較して長い稼働時間を得ることが可能なプロペラ式飛行体となる。
 また、実施形態1に係るプロペラ式飛行体1によれば、内燃機関20よりも出力制御の即応性に優れている電動モーター40a,40bを用いてプロペラ10a,10bの回転数を制御することが可能であるため、内燃機関20のみでプロペラ10a,10bの回転数を制御する場合よりも緻密にプロペラ10a,10bの回転数を制御することが可能となり、プロペラを電動モーターのみで駆動するプロペラ式飛行体と比較しても遜色無い制御性能を得ることが可能となる。
 また、実施形態1に係るプロペラ式飛行体1によれば、回転力伝達機構30は、差動機構32を有し、かつ、内燃機関20で生成された回転力と複数の電動モーター40a,40bで生成された回転力又は制動力とを合成して複数のプロペラ10a,10bに伝達可能であるため、軽量であり、製造コストが安く、かつ、メンテナンスが容易な固定ピッチ式のプロペラを用いつつ、プロペラ10a,10b間に任意の回転数差を生じさせることが可能となる。
 また、実施形態1に係るプロペラ式飛行体1によれば、各電動モーター40a,40bが回転力を生成可能である場合には、飛行中に何らかの原因で内燃機関が停止した場合でも、各電動モーター40a,40bにより各プロペラ10a,10bを駆動することで、推進力又は揚力が急に失われることに起因する機体の落下を防止又は緩和することが可能となる。
 また、実施形態1に係るプロペラ式飛行体1によれば、飛行中に何らかの原因で各電動モーター40a,40bが停止した場合でも、内燃機関20により各プロペラ10a,10bを駆動することで、推進力又は揚力が急に失われることに起因する機体の落下を防止又は緩和することが可能となる。
 また、実施形態1に係るプロペラ式飛行体1によれば、回転力伝達機構30は、差動機構32のところで分岐し、各プロペラ10a,10bは、分岐した回転力伝達機構30の末端に1つずつ接続され、各電動モーター40a,40bは、差動機構32と各プロペラ10a,10bとの間に1つずつ接続されているため、プロペラ10a,10bの数よりも少ない差動機構32を用いてプロペラ10a,10b間に任意の回転数差を生じさせることが可能となり、その結果、プロペラの数と同数の差動機構を用いる場合と比較して、機体を軽量化することが可能となる。
 また、実施形態1に係るプロペラ式飛行体1によれば、回転力伝達機構30は、差動機構32から見て回転力伝達機構30の末端側に配置され、回転力伝達機構30の回転力伝達方向を屈曲させる屈曲機構33a,33bをさらに有するため、各プロペラ10a,10bを適切な方向に向けることが可能となる。
 また、実施形態1に係るプロペラ式飛行体1によれば、回転力伝達機構30は、内燃機関20と差動機構32との間に、回転力の断続が可能な第1クラッチ34を有するため、内燃機関20が適切なトルクを発生する回転数となってから、内燃機関20の回転力を回転力伝達機構30に伝達することが可能となる。
 また、実施形態1に係るプロペラ式飛行体1によれば、第1クラッチ34を有するため、第1クラッチ34で回転力の切断を行うことにより、各電動モーター40a,40bのみを用いた各プロペラの制御が可能となる。
 また、実施形態1に係るプロペラ式飛行体1によれば、無尾翼型の空力面を有する主翼50a,50bと、主翼50a,50bの後縁部左右両側に配設された動翼52a,52bとを備え、プロペラ10a,10bは、主翼50a,50bの左右両側に配設されているため、主翼50a,50bの空力を利用し、高速かつ長時間の飛行に適したプロペラ式飛行体とすることが可能となる。
 また、実施形態1に係るプロペラ式飛行体1によれば、プロペラ10a,10b間に任意の回転数差を生じさせることで機首左右方向の回転制御(ヨーイングの制御)が可能であるため、ラダーを備える必要がなくなり、その結果、機体の空気抵抗を低減することが可能となる。
 また、実施形態1に係るプロペラ式飛行体1によれば、プロペラ10a,10bは、主翼50a,50bの前縁部左右両側に、左右対称に配設されているため、テールシッター方式の垂直離着陸を実現することが可能となる。
[実施形態2]
 図2は、実施形態2に係るプロペラ式飛行体2の上面図である。
 実施形態2に係るプロペラ式飛行体2は、基本的には実施形態1に係るプロペラ式飛行体1と同様の構成を有するが、回転力伝達機構の構成が実施形態1に係るプロペラ式飛行体1とは異なる。すなわち実施形態2における回転力伝達機構31は、図2に示すように、差動機構32と電動モーター40a,40bが接続されている位置との間に、回転力の断続が可能な第2クラッチ38a,38bを有する。
 実施形態2においては、第2クラッチ38a,38bは差動機構32と屈曲機構33a,33bとの間に配設されている。なお、第2クラッチ38a,38bは、屈曲機構33a,33bと電動モーター40a,40bとの間に配設されていてもよい。
 第2クラッチ38a,38bとしては、回転数差があっても回転力の接続が可能であるもの(電磁クラッチ、摩擦クラッチ、流体クラッチ等)を好適に用いることができる。また、第2クラッチ38a,38bはワンウェイクラッチやワンウェイクラッチとその他のクラッチとを組み合わせたものであってもよい。
 このように、実施形態2に係るプロペラ式飛行体2は、回転力伝達機構の構成が実施形態1に係るプロペラ式飛行体1とは異なるが、内燃機関20を備え、内燃機関20の回転力を回転力伝達機構31でプロペラ10a,10bに伝達するため、実施形態1に係るプロペラ式飛行体1と同様に、従来のプロペラ式飛行体(プロペラを電動モーターのみで駆動するプロペラ式飛行体)と比較して長い稼働時間を得ることが可能なプロペラ式飛行体となる。
 また、実施形態2に係るプロペラ式飛行体2によれば、第2クラッチ38a,38bで回転力の切断を行うことにより、内燃機関20の存在による抵抗を受けることなく各電動モーター40a,40bのみを用いた各プロペラ10a,10bの制御が可能となる。
 実施形態2に係るプロペラ式飛行体2は、回転力伝達機構の構成以外については実施形態1に係るプロペラ式飛行体1と同様の構成を有するため、実施形態1に係るプロペラ式飛行体1が有する効果のうち該当する効果も有する。
[実施形態3]
 図3は、実施形態3に係るプロペラ式飛行体3を説明するために示す図である。図3(a)はプロペラ式飛行体3の上面図であり、図3(b)はプロペラ110a,110b,110c,110d、内燃機関120、第1クラッチ134及び電動モーター140a,140b,140c,140dを図示しないプロペラ式飛行体3の上面図であり、図3(c)はプロペラ式飛行体3の正面図(図3(a)の方向d3に沿って見た図)である。
 実施形態3に係るプロペラ式飛行体3は、固定ピッチ式のプロペラと、内燃機関と、差動機構を有する回転力伝達機構と、電動モーターとを備える点においては実施形態1に係るプロペラ式飛行体1と同様の構成を有するが、全体的な形状が実施形態1に係るプロペラ式飛行体1とは異なる。以下、実施形態3に係るプロペラ式飛行体の構成について説明する。
 実施形態3に係るプロペラ式飛行体3は、図3に示すように、プロペラ110a,110b,110c,110d、内燃機関120、回転力伝達機構130、電動モーター140a,140b、筐体150を備える。プロペラ式飛行体3は、いわゆるマルチコプターである。
 プロペラ式飛行体3は、固定ピッチ式のプロペラから構成される複数のプロペラ(実施形態3においては4つのプロペラ110a,110b,110c,110d)を備える。
 各プロペラ110a,110b,110c,110dは、分岐した回転力伝達機構130の末端に1つずつ接続されている。
 プロペラ110a,110b,110c,110dは、放射状に離間して配設されている。プロペラ110a,110b,110c,110dは、いわゆる垂直プロペラである。
 内燃機関120は、実施形態1における内燃機関20に相当する。内燃機関120は、図3において全体が筐体150の中に配設されているように表示されているが、本体の一部や内燃機関120に付随する吸気機構、排気機構、冷却機構(いずれも図示せず。)等が筐体150の外部に露出していてもよい。
 回転力伝達機構130は、内燃機関120を基点として複数のプロペラの数(実施形態1においては4つ)に応じて分岐する。また、回転力伝達機構130は、内燃機関120で生成された回転力を複数のプロペラ110a,110b,110c,110dに伝達する。回転力伝達機構130は、内燃機関120で生成された回転力と電動モーター140a,140b,140c,140dで生成された回転力又は制動力とを合成して複数のプロペラ110a,110b,110c,110dに伝達可能である。
 回転力伝達機構130は、複数のプロペラ110a,110b,110c,110dを構成する各プロペラ110a,110b,110c,110dの間に任意の回転数差を生じさせることを可能とする差動機構132,136a,136bを有する。差動機構132,136a,136bは、1つの差動機構入力軸と2つの差動機構出力軸とを有し、1つの差動機構入力軸から入力された回転力を2つの差動機構出力軸に分配しつつ2つの差動機構出力軸の間に任意の回転数差を生じさせることが可能に構成されている。
 差動機構132,136a,136bとしては、各種ディファレンシャルギア(例えば、ベベルギアや遊星歯車を用いたもの)を好適に用いることができる。
 回転力伝達機構130は、差動機構132,136a,136bのところで分岐する。さらに詳しく説明すると、回転力伝達機構130は、内燃機関20の後段の差動機構132のところで2方向に分岐し、分岐したそれぞれが差動機構136a,136bのところでさらに2方向に分岐する。このため、実施形態3においては、回転力伝達機構130は、上面視したときにアルファベットの「H」の字状に見える。
 差動機構132の入力軸は、内燃機関120側に接続されている。差動機構136a,136bの入力軸は、差動機構132側に接続されている。
 回転力伝達機構130は、差動機構136a,136bから見て回転力伝達機構130の末端側に配置され、回転力伝達機構130の回転力伝達方向を屈曲させる屈曲機構133a,133b,133c,133dをさらに有する。屈曲機構133a,133b,133c,133dとしては、例えば、ベベルギア(傘歯車)を組み合わせたものを好適に用いることができる。
 回転力伝達機構130は、回転シャフト、各種ギア、自在継手等を有する。これらは動力伝達の手段として一般的なものであるため、詳細な説明及び具体的な図示は省略する。
 回転力伝達機構130は、第1クラッチ134を有する。第1クラッチ134は、実施形態1における第1クラッチ34に相当する。
 複数の電動モーター140a,140b,140c,140dは、複数のプロペラ110a,110b,110c,110dと1対1で対応する。
 また、複数の電動モーター140a,140b,140c,140dは、回転力伝達機構130に接続されている。
 複数の電動モーター140a,140b,140c,140dを構成する各電動モーター140a,140b,140c,140dは、回転力及び制動力のうち少なくとも一方を生成可能に構成されている。
 電動モーター140a,140b,140c,140dとしては、種々のモーターを用いることができる。
 各電動モーター140a,140b,140c,140dは、差動機構136a,136bとプロペラ110a,110b,110c,110dとの間に1つずつ接続されている。実施形態1における電動モーター140a,140b,140c,140dは、回転力伝達機構130を構成する回転シャフトの一部を回転軸としている。
 飛行中、電動モーター140a,140b,140c,140dにより制動力や回転力を回転力伝達機構130に付加することで、プロペラ110a,110b,110c,110dの回転数を個別に制御することが可能となる。
 なお、プロペラ式飛行体3は、プロペラ110a,110b,110c,110d全体の回転数を増減することで上昇や下降が可能となり、プロペラ110a,110b,110c,110d個別の回転数を増減することで機体を傾ける(バランスを崩す)ことによる前後左右への移動や旋回が可能となる。
 筐体150は、内燃機関120や回転力伝達機構130等を収納している。
 このように、実施形態3に係るプロペラ式飛行体3は、全体的な形状が実施形態1に係るプロペラ式飛行体1とは異なるが、内燃機関120を備え、内燃機関120の回転力を回転力伝達機構130でプロペラ110a,110b,110c,110dに伝達するため、実施形態1に係るプロペラ式飛行体1と同様に、従来のプロペラ式飛行体(プロペラを電動モーターのみで駆動するプロペラ式飛行体)と比較して長い稼働時間を得ることが可能なプロペラ式飛行体となる。
 また、実施形態3に係るプロペラ式飛行体3によれば、プロペラを3つ以上備え、プロペラ110a,110b,110c,110dは、放射状に離間して配設されているため、ホバリングや細かい動作に適したプロペラ式飛行体とすることが可能となる。
 実施形態3に係るプロペラ式飛行体3は、全体的な形状以外については実施形態1に係るプロペラ式飛行体1と同様の構成を有するため、実施形態1に係るプロペラ式飛行体1が有する効果のうち該当する効果も有する。
[実施形態4]
 図4は、実施形態4に係るプロペラ式飛行体4を説明するために示す図である。図4(a)はプロペラ式飛行体4の上面図であり、図4(b)はプロペラ式飛行体4の正面図(図4(a)の方向d4に沿って見た図。)である。
 実施形態4に係るプロペラ式飛行体4は、基本的には実施形態1に係るプロペラ式飛行体1と同様の構成を有するが、回転力伝達機構の構成及び電動モーターの位置が実施形態1に係るプロペラ式飛行体1とは異なる。
 実施形態4における回転力伝達機構70は、1つの分岐機構入力軸から入力された回転力を2つ以上(実施形態4においては2つ)の分岐機構出力軸に回転数が同じになるように分配する分岐機構73をさらに有し、分岐機構73のところで分岐する。実施形態4においては、回転力伝達機構70は、内燃機関20の後段の分岐機構73のところで2方向に分岐する。分岐機構73としては、例えば、ベベルギアを組み合わせたものを好適に用いることができる。
 また、回転力伝達機構70は、差動機構として複数のプロペラ10a,10bと1対1で対応する複数の差動機構72a,72bを有する。
 複数の差動機構について「複数のプロペラと1対1で対応する」とは、プロペラの数と差動機構の数とが同数であり、かつ、特定のプロペラと特定の差動機構とが対応する関係にあることをいう。
 各差動機構72a,72bは、分岐機構73と各プロペラ10a,10bとの間に1つずつ配設されている。差動機構72a,72bの入力軸は、内燃機関20側に接続されている。
 各プロペラ10a,10b及び各電動モーター40a,40bは、各差動機構72a,72bにおける2つの差動機構出力軸のうち、それぞれ異なる差動機構出力軸に1つずつ接続されている。
 このように、実施形態4に係るプロペラ式飛行体4は、回転力伝達機構の構成及び電動モーターの位置が実施形態1に係るプロペラ式飛行体1とは異なるが、内燃機関20を備え、内燃機関20の回転力を回転力伝達機構70でプロペラ10a,10bに伝達するため、実施形態1に係るプロペラ式飛行体1と同様に、従来のプロペラ式飛行体(プロペラを電動モーターのみで駆動するプロペラ式飛行体)と比較して長い稼働時間を得ることが可能なプロペラ式飛行体となる。
 また、実施形態4に係るプロペラ式飛行体4によれば、回転力伝達機構70は、分岐機構73をさらに有し、分岐機構73のところで分岐するとともに、差動機構として、複数のプロペラ10a,10bと1対1で対応する複数の差動機構72a,72bを有し、各差動機構72a,72bは、分岐機構73と各プロペラ10a,10bとの間に1つずつ配設され、各プロペラ10a,10b及び各電動モーター40a,40bは、各差動機構72a,72bにおける2つの差動機構出力軸のうち、それぞれ異なる差動機構出力軸に1つずつ接続されているため、内燃機関20からの回転力をプロペラ10a,10bに伝達しつつ、プロペラ10a,10bごとに独立して回転数を決定することが可能となる。
 実施形態4に係るプロペラ式飛行体4は、回転力伝達機構の構成及び電動モーターの位置以外については実施形態1に係るプロペラ式飛行体1と同様の構成を有するため、実施形態1に係るプロペラ式飛行体1が有する効果のうち該当する効果も有する。
[実施形態5]
 図5は、実施形態5に係るプロペラ式飛行体5を説明するために示す図である。図5(a)はプロペラ式飛行体5の上面図であり、図5(b)はプロペラ110a,110b,110c,110d、内燃機関120及び第1クラッチ134を図示しないプロペラ式飛行体5の上面図であり、図5(c)はプロペラ式飛行体5の正面図(図5(a)の方向d5に沿って見た図)である。
 実施形態5に係るプロペラ式飛行体5は、基本的には実施形態3に係るプロペラ式飛行体3と同様の構成を有するが、回転力伝達機構の構成及び電動モーターの位置が実施形態3に係るプロペラ式飛行体3とは異なる。
 実施形態5における回転力伝達機構170は、1つの分岐機構入力軸から入力された回転力を2つ以上(実施形態5においては2つ)の分岐機構出力軸に回転数が同じになるように分配する分岐機構173a,173b,173cをさらに有し、分岐機構173a,173b,173cのところで分岐する。実施形態5においては、回転力伝達機構170は、内燃機関120の後段の分岐機構173aのところで2方向に分岐し、分岐したそれぞれがさらに分岐機構173b,173cのところで2方向に分岐する。このため、実施形態5においては、回転力伝達機構170は、上面視したときにアルファベットの「H」の字状に見える。分岐機構173a,173b,173cとしては、例えば、ベベルギアを組み合わせたものを好適に用いることができる。
 また、回転力伝達機構170は、差動機構として複数のプロペラ110a,110b,110c,110dと1対1で対応する複数の差動機構172a,172b,172c,172dを有する。
 各差動機構172a,172b,172c,172dは、分岐機構173b,173cと各プロペラ110a,110b,110c,110dとの間に1つずつ配設されている。差動機構172a,172b,172c,172dの入力軸は、内燃機関120側に接続されている。
 各プロペラ110a,110b,110c,110d及び各電動モーター140a,140b,140c,140dは、各差動機構172a,172b,172c,172dにおける2つの差動機構出力軸のうち、それぞれ異なる差動機構出力軸に1つずつ接続されている。
 このように、実施形態5に係るプロペラ式飛行体5は、回転力伝達機構の構成及び電動モーターの位置が実施形態3に係るプロペラ式飛行体3とは異なるが、内燃機関120を備え、内燃機関120の回転力を回転力伝達機構170でプロペラ110a,110b,110c,110dに伝達するため、実施形態3に係るプロペラ式飛行体3と同様に、従来のプロペラ式飛行体(プロペラを電動モーターのみで駆動するプロペラ式飛行体)と比較して長い稼働時間を得ることが可能なプロペラ式飛行体となる。
 また、実施形態5に係るプロペラ式飛行体5によれば、回転力伝達機構170は、分岐機構173a,173b,173cをさらに有し、分岐機構173a,173b,173cのところで分岐するとともに、差動機構として、複数のプロペラ110a,110b,110c,110dと1対1で対応する複数の差動機構172a,172b,172c,172dを有し、各差動機構172a,172b,172c,172dは、分岐機構173a,173b,173cと各プロペラ110a,110b,110c,110dとの間に1つずつ配設され、各プロペラ110a,110b,110c,110d及び各電動モーター140a,140b,140c,140dは、各差動機構172a,172b,172c,172dにおける2つの差動機構出力軸のうち、それぞれ異なる差動機構出力軸に1つずつ接続されているため、内燃機関120からの回転力をプロペラ110a,110b,110c,110dに伝達しつつ、プロペラ110a,110b,110c,110dごとに独立して回転数を決定することが可能となる。
 実施形態5に係るプロペラ式飛行体5は、回転力伝達機構の構成及び電動モーターの位置以外については実施形態3に係るプロペラ式飛行体3と同様の構成を有するため、実施形態3に係るプロペラ式飛行体3が有する効果のうち該当する効果も有する。
[実施形態6]
 図6は、実施形態6に係るプロペラ式飛行体6を説明するために示す図である。図6(a)はプロペラ式飛行体6の上面図であり、図6(b)はプロペラ110a,110b,110c,110d、内燃機関120及び第1クラッチ134を図示しないプロペラ式飛行体6の上面図であり、図6(c)はプロペラ式飛行体6の正面図(図6(a)の方向d6に沿って見た図)である。
 実施形態6に係るプロペラ式飛行体6は、基本的には実施形態5に係るプロペラ式飛行体5と同様の構成を有するが、回転力伝達機構の構成が実施形態5に係るプロペラ式飛行体5とは異なる。
 実施形態6における回転力伝達機構180は、1つの分岐機構入力軸から入力された回転力を2つ以上(実施形態6においては4つ)の分岐機構出力軸に回転数が同じになるように分配する分岐機構183をさらに有し、分岐機構183のところで分岐する。
 実施形態6においては、回転力伝達機構180は、内燃機関120の後段の分岐機構183のところで4方向に分岐する。このため、実施形態6においては、回転力伝達機構180は、上面視したときにアルファベットの「X」の字状に見える。
 このように、実施形態6に係るプロペラ式飛行体6は、回転力伝達機構の構成が実施形態5に係るプロペラ式飛行体5とは異なるが、内燃機関120を備え、内燃機関120の回転力を回転力伝達機構180でプロペラ110a,110b,110c,110dに伝達するため、実施形態5に係るプロペラ式飛行体5と同様に、従来のプロペラ式飛行体(プロペラを電動モーターのみで駆動するプロペラ式飛行体)と比較して長い稼働時間を得ることが可能なプロペラ式飛行体となる。
 実施形態6に係るプロペラ式飛行体6は、回転力伝達機構の構成以外については実施形態5に係るプロペラ式飛行体5と同様の構成を有するため、実施形態5に係るプロペラ式飛行体5が有する効果のうち該当する効果も有する。
[実施形態7]
 図7は、実施形態7に係るプロペラ式飛行体7の上面図である。
 実施形態7に係るプロペラ式飛行体7は、基本的には実施形態4に係るプロペラ式飛行体4と同様の構成を有するが、回転力伝達機構の構成が実施形態4に係るプロペラ式飛行体4とは異なる。すなわち実施形態7における回転力伝達機構71は、図7に示すように、分岐機構73と差動機構72a,72bとの間に、回転力の断続が可能な第2クラッチ78a,78bを有する。
 第2クラッチ78a,78bとしては、回転数差があっても回転力の接続が可能であるもの(電磁クラッチ、摩擦クラッチ、流体クラッチ等)を好適に用いることができる。また、第2クラッチ78a,78bはワンウェイクラッチやワンウェイクラッチとその他のクラッチとを組み合わせたものであってもよい。
 このように、実施形態7に係るプロペラ式飛行体7は、回転力伝達機構の構成が実施形態4に係るプロペラ式飛行体4とは異なるが、内燃機関20を備え、内燃機関20の回転力を回転力伝達機構71でプロペラ10a,10bに伝達するため、実施形態1に係るプロペラ式飛行体1と同様に、従来のプロペラ式飛行体(プロペラを電動モーターのみで駆動するプロペラ式飛行体)と比較して長い稼働時間を得ることが可能なプロペラ式飛行体となる。
 また、実施形態7に係るプロペラ式飛行体7によれば、第2クラッチ78a,78bで回転力の切断を行うことにより、内燃機関20の存在による抵抗を受けることなく各電動モーター40a,40bのみを用いた各プロペラ10a,10bの制御が可能となる。
 実施形態7に係るプロペラ式飛行体7は、回転力伝達機構の構成以外については実施形態4に係るプロペラ式飛行体4と同様の構成を有するため、実施形態4に係るプロペラ式飛行体4が有する効果のうち該当する効果も有する。
 以上、本発明を上記の各実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。
(1)上記各実施形態において記載した構成要素の数、形状、位置、大きさ、角度等は例示であり、本発明の効果を損なわない範囲において変更することが可能である。
(2)上記実施形態1,2,4,7においては、プロペラ及びモーターの数は2つであったが、本発明はこれに限定されるものではない。プロペラ及びモーターの数は2つより多くてもよいが、左右対称に配置する関係上、偶数個であることが好ましい。
(3)上記実施形態3,5,6においては、プロペラ及びモーターの数は4つであったが、本発明はこれに限定されるものではない。プロペラ及びモーターの数は3つであってもよいし、5つ以上であってもよい。
(4)上記実施形態1,2,4,7においては、プロペラ式飛行体は主翼と胴体とを備えるが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明のプロペラ式飛行体は、胴体に相当する部分も主翼である、いわゆる全翼機であってもよい。
(5)本発明のプロペラ式飛行体は、上記各実施形態で記載した構成要素の他にも、用途に応じた追加の構成要素(カメラ、各種センサー、衛星測位システム、作業用又は検査用のアーム、貨物保持用のラック等)をさらに備えていてもよい。
(6)上記実施形態3に係るプロペラ式飛行体3における回転力伝達機構130は、差動機構136a,136bと電動モーター140a,140b、140c,140dが接続されている位置との間に第2クラッチを有していないが、本発明はこれに限定されるものではない。図8は、変形例1に係るプロペラ式飛行体3aの上面図である。プロペラ式飛行体3aにおける回転力伝達機構131は、第2クラッチ138a,138b,138c,138dを有する。例えば、図8に示すように、いわゆるマルチコプターであるプロペラ式飛行体も、差動機構と電動モーターが接続されている位置との間に第2クラッチを有していてもよい。
(7)上記実施形態5,6に係るプロペラ式飛行体5,6における回転力伝達機構170,180は、分岐機構173b,173c,183と差動機構172a,172b,172c,172dとの間に第2クラッチを有していないが、本発明はこれに限定されるものではない。図9は、変形例2に係るプロペラ式飛行体5aの上面図である。プロペラ式飛行体5aにおける回転力伝達機構171は、第2クラッチ178a,178b,178c,178dを有する。図10は、変形例3に係るプロペラ式飛行体6aの上面図である。プロペラ式飛行体6aにおける回転力伝達機構181は、第2クラッチ188a,188b,188c,188dを有する。例えば、図9,10に示すように、いわゆるマルチコプターであるプロペラ式飛行体も、分岐機構と差動機構との間に第2クラッチを有していてもよい。
1,2,3,3a,4,5,5a,6,6a,7…プロペラ式飛行体,10a,10b,110a,110b,110c,110d…プロペラ、20,120…内燃機関、30,31,70,71,130,131,170,171,180,181…回転力伝達機構、32,72a,72b,132,136a,136b,172a,172b,172c,172d…差動機構、33a,33b,133a,133b,133c,133d…屈曲機構、34,134…第1クラッチ、38a,38b,78a,78b,138a,138b,138c,138d,178a,178b,178c,178d,188a,188b,188c,188d…第2クラッチ、40a,40b,140a,140b,140c,140d…電動モーター、50a,50b…主翼、52a,52b…動翼、60…胴体、73,173a,173b,173c,183…分岐機構、150…筐体

Claims (10)

  1.  固定ピッチ式のプロペラから構成される複数のプロペラと、
     回転力を生成可能な内燃機関と、
     前記内燃機関を基点として前記複数のプロペラの数に応じて分岐し、かつ、前記内燃機関で生成された回転力を前記複数のプロペラに伝達する回転力伝達機構と、
     前記複数のプロペラと1対1で対応し、かつ、前記回転力伝達機構に接続されている複数の電動モーターとを備え、
     前記複数の電動モーターを構成する各電動モーターは、回転力及び制動力のうち少なくとも一方を生成可能に構成され、
     前記回転力伝達機構は、前記複数のプロペラを構成する各前記プロペラの間に任意の回転数差を生じさせることを可能とする差動機構を有し、かつ、前記内燃機関で生成された回転力と前記電動モーターで生成された回転力又は制動力とを合成して前記複数のプロペラに伝達可能に構成されていることを特徴とするプロペラ式飛行体。
  2.  前記差動機構は、1つの差動機構入力軸と2つの差動機構出力軸とを有し、かつ、前記1つの差動機構入力軸から入力された回転力を前記2つの差動機構出力軸に分配しつつ前記2つの差動機構出力軸の間に任意の回転数差を生じさせることが可能に構成され、
     前記回転力伝達機構は、前記差動機構のところで分岐し、
     各前記プロペラは、分岐した前記回転力伝達機構の末端に1つずつ接続され、
     各前記電動モーターは、前記差動機構と各前記プロペラとの間に1つずつ接続されていることを特徴とする請求項1に記載のプロペラ式飛行体。
  3.  前記回転力伝達機構は、前記差動機構から見て前記回転力伝達機構の末端側に配置され、前記回転力伝達機構の回転力伝達方向を屈曲させる屈曲機構をさらに有することを特徴とする請求項2に記載のプロペラ式飛行体。
  4.  前記回転力伝達機構は、1つの分岐機構入力軸から入力された回転力を2つ以上の分岐機構出力軸に回転数が同じになるように分配する分岐機構をさらに有し、前記分岐機構のところで分岐するとともに、前記差動機構として、前記複数のプロペラと1対1で対応する複数の差動機構を有し、
     各前記差動機構は、前記分岐機構と各前記プロペラとの間に1つずつ配設され、
     前記差動機構は、1つの差動機構入力軸と2つの差動機構出力軸とを有し、かつ、前記1つの差動機構入力軸から入力された回転力を前記2つの差動機構出力軸に分配しつつ前記2つの差動機構出力軸の間に任意の回転数差を生じさせることが可能に構成され、
     各前記プロペラ及び各前記電動モーターは、各前記差動機構における前記2つの差動機構出力軸のうち、それぞれ異なる差動機構出力軸に1つずつ接続されていることを特徴とする請求項1に記載のプロペラ式飛行体。
  5.  前記回転力伝達機構は、前記内燃機関と前記差動機構との間に、回転力の断続が可能な第1クラッチを有することを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載のプロペラ式飛行体。
  6.  前記回転力伝達機構は、前記差動機構と前記電動モーターが接続されている位置との間に、回転力の断続が可能な第2クラッチを有することを特徴とする請求項2に記載のプロペラ式飛行体。
  7.  前記回転力伝達機構は、前記分岐機構と前記差動機構との間に、回転力の断続が可能な第2クラッチを有することを特徴とする請求項4に記載のプロペラ式飛行体。
  8.  前記プロペラ式飛行体は、無尾翼型の空力面を有する主翼と、前記主翼の後縁部左右両側に配設された動翼とをさらに備え、
     各前記プロペラは、前記主翼の左右両側に配設されていることを特徴とする請求項1~7のいずれかに記載のプロペラ式飛行体。
  9.  各前記プロペラは、前記主翼の前縁部左右両側に左右対称に配設されていることを特徴とする請求項8に記載のプロペラ式飛行体。
  10.  前記プロペラを3つ以上備え、
     前記プロペラは、放射状に離間して配設されていることを特徴とする請求項1~7のいずれかに記載のプロペラ式飛行体。
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