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技術 ヘリコプター

出願人 ヤンマー株式会社
発明者 尾崎英一
出願日 2014年10月29日 (5年4ヶ月経過) 出願番号 2014-220462
公開日 2016年5月23日 (3年10ヶ月経過) 公開番号 2016-088110
状態 特許登録済
技術分野 飛行船・気球・飛行機
主要キーワード 主電力源 ローターシステム 機械的軸 充電切替スイッチ 給電スイッチ 車輪用モータ 飛行フェーズ 搭載個数
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

主動力源であるバッテリーによる長時間飛行を実現できるヘリコプターを提供する。

解決手段

マルチプター100は、複数のプロペラ1を有し、電動モータ2と、少なくとも1つのメインバッテリー3と、発電機4と、エンジン5と、を備える。電動モータ2は、プロペラ1を駆動する。メインバッテリー3は、電動モータ2へ電力を供給する第1電力源である。発電機4は、電動モータ2へ電力を供給する第2電力源である。エンジン5は、発電機4を駆動する。発電機4は、メインバッテリー3の残量が閾値より少なくなると、エンジン5からの動力を変換した電力でメインバッテリー3を充電する。

概要

背景

従来から、機体の上部に設けられたロータ高速回転することにより揚力を発生し、上昇ないし飛行するヘリコプターが知られている。2つ以上のロータを搭載したヘリコプターはマルチプターと呼ばれている。特許文献1は、この種のヘリコプターを開示する。

特許文献1の多機能ヘリコプターは、2つのロータと、当該2つのロータを互いに反対方向に回転する同軸反転器と、エンジンの回転を同軸反転器及びロータに伝達するシャフトと、補助プロペラと、垂直尾翼と、水平尾翼と、電気モータで駆動する車輪と、緊急時のメイン・ロータ用モータ、補助プロペラ用モータ及び車輪用モータ電力を供給する発電機及び蓄電池と、メイン・ロータ及び発電機を駆動するエンジンと、ギアボックスと、を具備している。ロータのブレードピッチ角は、それぞれ全方位角で一定とし、補助プロペラは前後、左右及び上下方向の推力を発生する。

特許文献1は、この構成により、ヘリコプターのヒンジ部を簡単化し、故障率が少なく、安全運行を可能とする。

特許文献2は、無人空中輸送手段UAV)として用いられ、ヘリコプターと同じように回転翼を利用して飛行する回転翼輸送手段を開示する。この回転翼輸送手段は、細長い管状の背骨又は芯を有する本体構造と、第1ローターシステムと、第2ローターシステムと、ブースターモジュールと、を備える。ローターシステムへの、及び2つのローターシステムの間の電力伝達は、機械的軸伝達ではなく、主に電気配線によって行われる。また、当該回転翼輸送手段は、ブースターモジュールを脱落させ、UAVの重量を軽減することができる。

特許文献2は、この構成により、製造をやり易くできるとともに、第一飛行フェーズ終わりにブースターモジュールを脱落させてUAVの重量を軽減することにより、第二飛行フェーズで引続く飛行を可能とする。

非特許文献1は、上記のマルチコプターを開示する。非特許文献1のマルチコプターにおいては、エンジンがメイン動力として推力と発電を兼任し、エンジンとモータのハイブリッドで駆動される。非特許文献1は、この構成により、長時間の連続航行を可能とする。

概要

主動力源であるバッテリーによる長時間飛行を実現できるヘリコプターを提供する。マルチコプター100は、複数のプロペラ1を有し、電動モータ2と、少なくとも1つのメインバッテリー3と、発電機4と、エンジン5と、を備える。電動モータ2は、プロペラ1を駆動する。メインバッテリー3は、電動モータ2へ電力を供給する第1電力源である。発電機4は、電動モータ2へ電力を供給する第2電力源である。エンジン5は、発電機4を駆動する。発電機4は、メインバッテリー3の残量が閾値より少なくなると、エンジン5からの動力を変換した電力でメインバッテリー3を充電する。

目的

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、主動力源であるバッテリーによる長時間飛行を実現できるヘリコプターを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

複数のロータを有する電動式ヘリコプターであって、前記ロータを駆動する電動モータと、前記電動モータへ電力を供給する第1電力源である少なくとも1つのバッテリーと、前記電動モータへ電力を供給する第2電力源である発電機と、前記発電機を駆動するエンジンと、を備え、前記発電機は、前記バッテリーの残量が閾値より少なくなると、前記エンジンからの動力を変換した電力で前記バッテリーを充電することを特徴とするヘリコプター。

請求項2

請求項1に記載のヘリコプターであって、前記バッテリーを複数備え、複数の前記バッテリーのうち1つの前記バッテリーで前記電動モータを駆動し、当該バッテリーの残量が閾値より少なくなると、他の前記バッテリーに切り替えて前記電動モータを駆動し、前記発電機は、前記エンジンからの動力を変換した電力で、残量が前記閾値より少なくなった前記バッテリーを充電することを特徴とするヘリコプター。

請求項3

請求項2に記載のヘリコプターであって、前記エンジンは、残量が前記閾値より少なくなった前記バッテリーの充電完了後に、稼動を停止することを特徴とするヘリコプター。

請求項4

請求項1から3までの何れか一項に記載のヘリコプターであって、前記発電機は、当該ヘリコプターの上昇時に、前記エンジンからの動力を変換した電力を前記電動モータへ直接に供給可能に構成されていることを特徴とするヘリコプター。

請求項5

請求項2から4までの何れか一項に記載のヘリコプターであって、前記電動モータを駆動している前記バッテリーの残量が前記閾値より少なくなった場合に、他の前記バッテリーに切り替えて前記電動モータを駆動することで、当該バッテリーに予備残量を残し、異常時の安全着陸のために、前記バッテリーに残っている電力を供給可能に構成されていることを特徴とするヘリコプター。

請求項6

請求項1から4までの何れか一項に記載のヘリコプターであって、前記電動モータを駆動するバッテリーとは別に補助バッテリーを備え、前記補助バッテリーは、異常時の安全着陸に使用されることを特徴とするヘリコプター。

請求項7

請求項6に記載のヘリコプターであって、前記補助バッテリーが前記発電機により充電できることを特徴とするヘリコプター。

技術分野

0001

本発明は、ヘリコプターに関し、特に2以上のロータ回転翼)を備えるヘリコプターに関する。

背景技術

0002

従来から、機体の上部に設けられたロータが高速回転することにより揚力を発生し、上昇ないし飛行するヘリコプターが知られている。2つ以上のロータを搭載したヘリコプターはマルチプターと呼ばれている。特許文献1は、この種のヘリコプターを開示する。

0003

特許文献1の多機能ヘリコプターは、2つのロータと、当該2つのロータを互いに反対方向に回転する同軸反転器と、エンジンの回転を同軸反転器及びロータに伝達するシャフトと、補助プロペラと、垂直尾翼と、水平尾翼と、電気モータで駆動する車輪と、緊急時のメイン・ロータ用モータ、補助プロペラ用モータ及び車輪用モータ電力を供給する発電機及び蓄電池と、メイン・ロータ及び発電機を駆動するエンジンと、ギアボックスと、を具備している。ロータのブレードピッチ角は、それぞれ全方位角で一定とし、補助プロペラは前後、左右及び上下方向の推力を発生する。

0004

特許文献1は、この構成により、ヘリコプターのヒンジ部を簡単化し、故障率が少なく、安全運行を可能とする。

0005

特許文献2は、無人空中輸送手段UAV)として用いられ、ヘリコプターと同じように回転翼を利用して飛行する回転翼輸送手段を開示する。この回転翼輸送手段は、細長い管状の背骨又は芯を有する本体構造と、第1ローターシステムと、第2ローターシステムと、ブースターモジュールと、を備える。ローターシステムへの、及び2つのローターシステムの間の電力伝達は、機械的軸伝達ではなく、主に電気配線によって行われる。また、当該回転翼輸送手段は、ブースターモジュールを脱落させ、UAVの重量を軽減することができる。

0006

特許文献2は、この構成により、製造をやり易くできるとともに、第一飛行フェーズ終わりにブースターモジュールを脱落させてUAVの重量を軽減することにより、第二飛行フェーズで引続く飛行を可能とする。

0007

非特許文献1は、上記のマルチコプターを開示する。非特許文献1のマルチコプターにおいては、エンジンがメイン動力として推力と発電を兼任し、エンジンとモータのハイブリッドで駆動される。非特許文献1は、この構成により、長時間の連続航行を可能とする。

0008

特開平8−150818号公報
特開2010−120641号公報

先行技術

0009

「マルチコプター進化論」、ラジコン技術、株式会社電波実験社、平成26年4月10日、p.35

発明が解決しようとする課題

0010

しかしながら、上記特許文献1は、エンジンによりメインロータを駆動する構成になっているので、エンジンに異常があるとその時点で飛行が不可能になってしまう。また、エンジンに起因する騒音及び排気を抑制することが難しい。

0011

また、上記特許文献2は、2段飛行ができる構成になっている。つまり、第1飛行が完了したとき、第1飛行の動力源が脱落し、UAVの重量を軽減して、第2飛行で引き続き飛行させる。しかしながら、動力源を飛行のたびに投棄する構成では、コストが大幅に増大してしまう。

0012

また、非特許文献1においては、エンジンとモータのハイブリッドで駆動する構成になっているものの、推力を発生させるためにエンジンが用いられるため、エンジンを常時稼動し続ける必要がある。従って、特許文献1の構成と同様に、エンジンに異常があるとその時点で飛行が不可能になってしまう。

0013

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、主動力源であるバッテリーによる長時間飛行を実現できるヘリコプターを提供することにある。

課題を解決するための手段及び効果

0014

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

0015

本発明の観点によれば、以下の構成のヘリコプターが提供される。即ち、このヘリコプターは、複数のロータを有し、電動モータと、少なくとも1つのメインバッテリーと、発電機と、エンジンと、を備える。前記電動モータは、前記ロータを駆動する。前記メインバッテリーは、前記電動モータへ電力を供給する第1電力源である。前記エンジンは、前記発電機を駆動する。前記発電機は、前記電動モータへ電力を供給する第2電力源であって、前記メインバッテリーの残量が閾値より少なくなると、前記エンジンからの動力を変換した電力で前記メインバッテリーを充電する。

0016

これにより、バッテリーで電動モータを駆動することで、騒音を低減することができるとともに、バッテリーの残量が閾値より少なくなった場合にエンジンの稼動により充電することができるので、ヘリコプターの長時間飛行を実現することができる。

0017

前記のヘリコプターにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、このヘリコプターは、前記バッテリーを複数備える。複数の前記バッテリーのうち1つの前記バッテリーで前記電動モータを駆動し、当該バッテリーの残量が閾値より少なくなると、他の前記バッテリーに切り替えて前記電動モータを駆動する。前記発電機は、前記エンジンからの動力を変換した電力で、残量が前記閾値より少なくなった前記バッテリーを充電する。

0018

これにより、バッテリーの残量が閾値より少なくなった場合、自動的に他のバッテリーに切り替えて電動モータを駆動することができるとともに、エンジンの稼動により、残量が閾値より少なくなったバッテリーを充電することができる。即ち、1つのバッテリーが電動モータを駆動するのと並行して、エンジンを稼動して他のバッテリーを充電できるため、満充電に近い状態のバッテリーを常に1つ以上確保することができる。従って、複数のバッテリーを交替しながら電動モータを長時間にわたって確実に駆動できるので、飛行可能時間を効果的に延ばすことができる。

0019

前記のヘリコプターにおいて、前記エンジンは、残量が前記閾値より少なくなった前記メインバッテリーの充電完了後に、稼動を停止することが好ましい。

0020

これにより、エンジンを必要なときのみ稼動することで、燃料を節約できるとともに、エンジンの稼動による騒音及び排気の発生も良好に抑えることができる。

0021

前記のヘリコプターにおいて、前記発電機は、当該ヘリコプターの上昇時に、前記エンジンからの動力を変換した電力を前記電動モータへ直接に供給可能に構成されていることが好ましい。

0022

これにより、ヘリコプターが上昇するとき、エンジンが発電機を駆動して電動モータの電力を直接に供給することにより、電動モータを力強く駆動してロータを高速回転させることができ、ヘリコプターを好適に上昇させることができる。

0023

前記のヘリコプターにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記電動モータを駆動している前記バッテリーの残量が前記閾値より少なくなった場合に、他の前記バッテリーに切り替えて前記電動モータを駆動することで、当該バッテリーに予備残量を残す。異常時の安全着陸のために、前記バッテリーに残っている電力を供給可能に構成されている。

0024

これにより、バッテリーに所定の予備残量を残した状態を保つことができるので、他のバッテリー、ロータ、電動モータ、エンジンなどが故障した異常な状況が発生しても、バッテリーに残っている電力を利用してヘリコプターの安全着陸を確保することができる。

0025

前記のヘリコプターにおいては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、このヘリコプターは、前記電動モータを駆動するバッテリーとは別に補助バッテリーを備える。前記補助バッテリーは、異常時の安全着陸に使用される。

0026

これにより、ヘリコプターに異常な状況が発生した場合の安全着陸専用の電力源が設けられているため、メインバッテリーが全部故障しても異常時にヘリコプターの安全着陸を確保することができる。

0027

前記のヘリコプターにおいては、前記補助バッテリーが前記発電機により充電できることが好ましい。

0028

これにより、他の充電装置を要せずに、補助バッテリーを簡単に充電することができる。

図面の簡単な説明

0029

本発明の第1実施形態に係るマルチコプターの全体的な構成を示す斜視図。
マルチコプターの各プロペラの回転を示す概略平面図。
マルチコプターの構成の概略を示すブロック図。
2つのメインバッテリーを交替させながら電力を供給する制御の例を示すフローチャート
2つのメインバッテリーを交替させながら電力を供給する制御の他の例を示すフローチャート。
マルチコプターの上昇時に発電機により電力を供給させる制御のフローチャート。
第1実施形態の変形例に係るマルチコプターのブロック図。
第2実施形態に係るマルチコプターのブロック図。
第2実施形態のマルチコプターにおいて、メインバッテリーの充電に関して制御部で行われる制御のフローチャート。

実施例

0030

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1はマルチコプター100の全体的な構成を示す斜視図である。

0031

図1に示すマルチコプター(ヘリコプター)100は、プロペラ(ロータ)1を複数個(本実施形態においては、6つ)搭載する無人マルチコプターとして構成されており、無線による遠隔操縦が可能になっている。当該マルチコプター100は、図1に示すように、機体10と、6つのプロペラ1と、電動モータ2と、メインバッテリー(バッテリー)3と、発電機4と、エンジン5と、を備えている。

0032

機体10は、マルチコプター100の中心部に配置されている。当該機体10には、電動モータ2と、メインバッテリー3と、発電機4と、エンジン5と、が設置されている。

0033

プロペラ1は、図1に示すように、機体10を中心とする円上に等間隔に配置されている。マルチコプター100は、それぞれのプロペラ1を同時に回転させることにより飛行する。

0034

電動モータ2は、それぞれのプロペラ1の下方に設置され、プロペラ1を駆動する。それぞれの電動モータ2がメインバッテリー3と電気的に繋がっている。メインバッテリー3は、それぞれの電動モータ2に電力を供給する。

0035

発電機4は、当該マルチコプター100の第2電力源であって、メインバッテリー3を充電できるように構成され、機体10の下部に設置されている。

0036

エンジン5は、発電機4の動力源であって、小型のディーゼルエンジンレシプロエンジンなどを用いることができる。

0037

本実施形態のマルチコプター100は、以上の構成で、メインバッテリー3の電力を電動モータ2に供給し、6つのプロペラ1を回転させることにより飛行する。

0038

マルチコプター100の飛行原理は公知であるが、以下、マルチコプター100の飛行について図2を参照して簡単に説明する。図2は、マルチコプター100の各プロペラ1の回転を示す概略平面図である。

0039

図2に示すように、マルチコプター100が備える6つのプロペラ1の回転方向は、周方向に隣接するプロペラ1同士の回転方向が互いに逆になるように設定されている。これにより、プロペラ1を回転させることにより発生した回転トルクが互いに相殺されるので、マルチコプター100自体がプロペラ1の回転により旋回することなく、上昇力を得て好適に上昇することができる。

0040

プロペラ1の回転数を制御し、プロペラ1の回転によって得られる揚力をマルチコプター100自体の重力バランスさせることで、マルチコプター100のホバリング水平飛行を実現することができる。また、プロペラ1により発生させる揚力を小さくすることで、マルチコプター100を下降させることができる。

0041

そして、それぞれのプロペラ1の回転数を制御して、6つのプロペラ1の回転によって発生する回転トルクに不均衡を生じさせることにより、マルチコプター100の旋回を実現することができる。

0042

このような構成のマルチコプターは、複数のプロペラを同時に回転させる必要があるため、大きな電力を消費する。このため、従来は、単一の電力源(バッテリー、又はエンジンと発電機)を有するマルチコプターにおいて長時間飛行を実現するために、電力源であるバッテリーの搭載個数を増やしたり、発電機の動力源であるエンジンの燃料を増やしたりすることが行われてきた。しかし、バッテリーの搭載個数や燃料を増やすことにより、コストが増加するとともに、マルチコプターの機体の小型化及び軽量化が困難になり、飛行するために消費する電力が更に大きくなる。このため、マルチコプターにおいて長時間の飛行を実現することが難しかった。また、エンジンを稼動してマルチコプターを飛行させる場合、エンジンに起因する騒音や排気が環境に及ぼす影響も大きい。

0043

この点、本実施形態のマルチコプター100は、バッテリーを主電力源として構成されており、少なくとも2つのメインバッテリー3と、発電機4と、エンジン5と、を備えている。これにより、一方のメインバッテリー3でマルチコプター100を飛行させて、当該メインバッテリー3の残量が少なくなると、他方のメインバッテリー3に切り替えてプロペラ1を回転させることができる。そして、残量が少なくなったメインバッテリー3を、エンジン5で発電機4を駆動することで充電することができる。

0044

以下、図3を参照して本実施形態のマルチコプター100の電気的な構成を説明する。図3は、マルチコプター100の構成の概略を示すブロック図である。

0045

マルチコプター100は、図3に示すように、第1メインバッテリー3aと、第2メインバッテリー3bと、制御部6と、残量検出装置7と、電力供給切替スイッチ8と、充電切替スイッチ9と、給電スイッチ14と、記憶部11と、を備えている。

0046

第1メインバッテリー3aと第2メインバッテリー3bのそれぞれは、電動モータ2に電力を供給できるように、電力供給切替スイッチ8を介して電動モータ2と電気的に接続されている。そして、当該2つのメインバッテリー3a,3bは、充電切替スイッチ9を介して発電機4と電気的に接続されており、発電機4により充電することができる。

0047

制御部6は小型のコンピュータとして構成されており、残量検出装置7により検出されたメインバッテリー3の残量に基づいて、電力供給切替スイッチ8に指令を送信して、電動モータ2へ電力を供給するメインバッテリー3を切り替えることができる。そして、制御部6は、エンジン5を稼動して、発電機4で発電した電力でメインバッテリー3を充電することができる。

0048

充電切替スイッチ9は、制御部6の指令に応じて、発電機4からの電力を第1メインバッテリー3a又は第2メインバッテリー3bに供給することができる。

0049

給電スイッチ14は、制御部6の指令に応じて、発電機4からの電力を充電切替スイッチ9に供給するか、電動モータ2に直接供給するかを切り替えることができる。

0050

記憶部11は、メインバッテリー3の残量に関して予め設定された各種の設定値(閾値)などを記憶している。

0051

本実施形態のマルチコプター100は、先に第1メインバッテリー3aを用いて、プロペラ1の駆動源である電動モータ2に電力を供給する。そして、当該第1メインバッテリー3aの残量が少なくなったことを残量検出装置7によって検出すると、制御部6は、電動モータ2に電力を供給する供給元を、第1メインバッテリー3aから第2メインバッテリー3bに切り替える。そして、制御部6は、エンジン5を稼動して発電機4を駆動し、発電機4が発電した電力によって第1メインバッテリー3aを充電する。この充電は、第1メインバッテリー3aが満充電になるまで継続される。第1メインバッテリー3aが満充電になると、エンジン5は停止される。

0052

そして、第2メインバッテリー3bの残量が少なくなったことを残量検出装置7によって検出すると、制御部6は、電動モータ2に電力を供給する供給元を、第2メインバッテリー3bから、満充電になった第1メインバッテリー3aに切り替える。そして、制御部6は、エンジン5を稼動して発電機4を駆動し、発電機4が発電した電力によって第2メインバッテリー3bを充電する。この充電は、第2メインバッテリー3bが満充電になるまで継続される。第2メインバッテリー3bが満充電になると、エンジン5は停止される。

0053

このように、本実施形態のマルチコプター100は、2つのメインバッテリー3a,3bを交互に交替させながら電動モータ2に電力を供給することができるので、長時間飛行を実現することができる。

0054

続いて、制御部6で実行される、2つのメインバッテリー3を交替しながら電動モータ2へ電力を供給する制御について、図4を参照して説明する。図4は、2つのメインバッテリー3を交替させながら電力を供給する制御の例を示すフローチャートである。

0055

図4に示すフローがスタートすると、制御部6は先ず、現在電動モータ2へ電力を供給しているメインバッテリー3が第1メインバッテリー3aであるか否かを判定する(ステップS101)。第1メインバッテリー3aで電動モータ2へ電力を供給している場合、制御部6は、残量検出装置7から入力された第1メインバッテリー3aの残量検出値Raを取得するとともに(ステップS102)、メインバッテリー3の残量に関して予め設定された所定値である閾値(切替残量)βLを記憶部11から読み取る(ステップS103)。制御部6は、得られた2つの値を比較する(ステップS104)。第1メインバッテリー3aの残量検出値Raが切替残量βL以上である場合、ステップS102に戻る。

0056

ステップS104の判断で、第1メインバッテリー3aの残量検出値Raが切替残量βLより小さい場合、制御部6は、電動モータ2への電力の供給元を第1メインバッテリー3aから第2メインバッテリー3bに切り替える(ステップS105)。また、制御部6は、エンジン5を稼動させることにより発電機4を発電させ、第1メインバッテリー3aを充電する(ステップS106)。これにより、第2メインバッテリー3bが電動モータ2へ電力を供給するとともに、第1メインバッテリー3aを充電して次に電動モータ2の電力源として交替できるように準備することができる。

0057

そして、制御部6は、残量検出装置7から第1メインバッテリー3aの残量検出値Raを取得するとともに(ステップS107)、メインバッテリー3の残量に関して予め設定された所定値(充電完了残量)βHを記憶部11から読み取って(ステップS108)、得られた2つの値を比較する。なお、充電完了残量βHは、メインバッテリー3のほぼ満充電状態に相当する残量に設定されている。第1メインバッテリー3aの残量Raが充電完了残量βHより小さい場合、ステップS106に戻る。当該第1メインバッテリー3aの残量Raが充電完了残量βH以上である場合、エンジン5の稼動を停止して充電を終了させ(ステップS110)、再びステップS101に戻る。これにより、エンジン5の稼動をメインバッテリー3の充電時だけに限定することができるので、エンジン5の稼動による騒音や排気などを効果的に抑えることができる。

0058

そして、図4のステップS101で、第1メインバッテリー3aが電動モータ2へ電力を供給していないと判定した場合、制御部6は、残量検出装置7から入力された第2メインバッテリー3bの残量検出値Rbを取得するとともに(ステップS111)、上記の切替残量βLを読み取る(ステップS112)。制御部6は、得られた2つの値を比較する(ステップS113)。第2メインバッテリー3bの残量検出値Rbが切替残量βL以上である場合、ステップS111に戻る。

0059

ステップS113の判断で、第2メインバッテリー3bの残量検出値Rbが切替残量βLより小さい場合、制御部6は、電動モータ2への電力の供給元を第2メインバッテリー3bから第1メインバッテリー3aに切り替える(ステップS114)。また、制御部6は、エンジン5を稼動させることにより発電機4を発電させ、第2メインバッテリー3bを充電する(ステップS115)。

0060

そして、制御部6は、残量検出装置7から第2メインバッテリー3bの残量検出値Rbを取得するとともに(ステップS116)、上記の充電完了残量βHを読み取って(ステップS117)、得られた2つの値を比較する(ステップS118)。第2メインバッテリー3bの残量Rbが充電完了残量βHより小さい場合、ステップS116に戻る。第2メインバッテリー3bの残量Rbが充電完了残量βH以上である場合、エンジン5の稼動を停止して充電を終了させ(ステップS119)、再びステップS101に戻る。

0061

ただし、制御部6は、図5に示すような制御を行うように構成することもできる。以下、図5に示す他の例の制御について説明する。

0062

図5のフローがスタートすると、制御部6は、残量検出装置7から第1メインバッテリー3aの残量検出値Raと第2メインバッテリー3bの残量検出値Rbを取得するとともに(ステップS201)、上記の切替残量βLを読み取る(ステップS202)。そして、制御部6は、得られた第1メインバッテリー3aの残量Raと切替残量βLとを比較する(ステップS203)。

0063

ステップS203の判断で、第1メインバッテリー3aの残量検出値Raが切替残量βLより小さい場合、制御部6は、電動モータ2への電力の供給元を第1メインバッテリー3aから第2メインバッテリー3bに切り替える(ステップS204)。その後の制御(S205〜S209)は、図4のS106〜S110と同様であるため説明を省略する。

0064

ステップS203の判断で、第1メインバッテリー3aの残量Raが切替残量βL以上である場合、制御部6は、第2メインバッテリー3bの残量Rbを切替残量βLと比較する(ステップS210)。

0065

ステップS210の判断で、第2メインバッテリー3bの残量検出値Rbが切替残量βLより小さい場合、制御部6は、電動モータ2への電力の供給元を第2メインバッテリー3bから第1メインバッテリー3aに切り替える(ステップS211)。その後の制御(S212〜S216)は、図4のS115〜119と同様であるため説明を省略する。

0066

ステップS210の判断で、第2メインバッテリー3bの残量Rbが切替残量βL以上である場合、ステップS201に戻る。

0067

図5に示す制御は、図4で行われていた電力の供給元を判定する処理(ステップS101)を省略しているが、図4と実質的に同様の制御を実現することができる。ただし、上記で例として挙げた2つの制御フローに限定せず、他の制御を採用しても良い。

0068

次に、給電スイッチ14の制御について説明する。この給電スイッチ14は、必要に応じて発電機4と電動モータ2とを電気的に直接接続するものである。即ち、マルチコプターは離陸時又は上昇時に大きな動力を必要とするため、本実施形態のマルチコプター100においては、メインバッテリー3が主電力源として用いられる一方で、離陸時及び上昇時には力強くプロペラ1を回転させるように、エンジン5を稼動させることによって発電機4で発電した電力を電動モータ2へ直接供給することができるようになっている。

0069

具体的には、制御部6は、図6に示すように、マルチコプター100の上昇指示を受信すると(ステップS301)、エンジン5の稼動信号を送信してエンジン5を稼動させる(ステップS302)。そして、制御部6は給電スイッチ14に切替信号を送信し、メインバッテリー3からの電力の代わりに、発電機4によりエンジン5からの動力を変換した電力を電動モータ2へ供給する(ステップS303)。

0070

これにより、本実施形態のマルチコプター100は、離陸又は上昇するとき、エンジン5が発電機4を駆動して電動モータ2の電力を直接に供給することができるので、電動モータ2を力強く駆動してプロペラ1を高速回転させることにより強い上昇力を得ることができ、好適に上昇することができる。また、メインバッテリー3の電力も節約することができるので、一層長時間の飛行を実現することができる。

0071

次に、本実施形態のマルチコプター100において、異常が発生した場合の緊急着陸について説明する。

0072

本実施形態のマルチコプター100は、図3に示すように、緊急着陸装置13を備えている。当該緊急着陸装置13は、図略のパラシュートなどから構成されている。この構成で、プロペラ1の故障、電動モータ2の故障、又はメインバッテリー3の給電異常などの異常が発生した場合、緊急着陸装置13は、パラシュートを展開させ、マルチコプター100の安全な着陸を確保する。

0073

本実施形態のマルチコプター100においては、緊急着陸装置13に対してメインバッテリー3が電力を供給するように構成されている。具体的に説明すると、図3に示すように緊急着陸装置13が電力供給切替スイッチ8と接続されており、この電力供給切替スイッチ8は、制御部6からの指令により、メインバッテリー3の電力を緊急着陸装置13に供給するように切り替えることができる。

0074

ところで、本実施形態のマルチコプター100においては、上記で説明した切替残量βLが、緊急着陸装置13による緊急着陸に必要な残量以上となるように設定されている。従って、第1メインバッテリー3a及び第2メインバッテリー3bの何れにも、緊急時に緊急着陸装置13を駆動させるための予備残量を常に確保しておくことができる。

0075

ただし、図7の変形例に示すように、緊急着陸装置13を駆動するための補助バッテリー12を、2つのメインバッテリー3とは別に設けることもできる。図7に示すように、補助バッテリー12は緊急着陸装置13に電力を供給するように緊急着陸装置13と接続され、異常が発生すると、制御部6からの指令により、緊急着陸装置13へ電力を直接に供給するように構成されている。この補助バッテリー12は発電機4と接続されており、発電機4によって充電することもできる。この構成によっても、緊急時において緊急着陸装置13を確実に駆動することができる。

0076

以上に説明したように、本実施形態のマルチコプター100は、複数のプロペラ1を有し、電動モータ2と、少なくとも1つのメインバッテリー3と、発電機4と、エンジン5と、を備える。電動モータ2は、プロペラ1を駆動する。メインバッテリー3は、電動モータ2へ電力を供給する第1電力源である。発電機4は、電動モータ2へ電力を供給する第2電力源である。エンジン5は、発電機4を駆動する。発電機4は、メインバッテリー3の残量が切替残量βLより少なくなると、エンジン5からの動力を変換した電力でメインバッテリー3を充電する。

0077

これにより、メインバッテリー3で電動モータ2を駆動することで、騒音を低減することができるとともに、メインバッテリー3の残量が少なくなった場合にエンジン5の稼動により充電することができるので、マルチコプター100の長時間飛行を実現することができる。

0078

また、本実施形態のマルチコプター100は、メインバッテリー3を複数備える。複数のメインバッテリー3のうち1つのメインバッテリー3で電動モータ2を駆動し、当該メインバッテリー3の残量が少なくなると、他のメインバッテリー3に切り替えて電動モータ2を駆動する。発電機4は、エンジン5からの動力を変換した電力で、残量が切替残量βLより少なくなったメインバッテリー3を充電する。

0079

これにより、メインバッテリー3の残量が少なくなった場合、自動的に他のメインバッテリー3に切り替えて電動モータ2を駆動することができるとともに、エンジン5の稼動により、残量が少なくなったメインバッテリー3を充電することができる。即ち、1つのメインバッテリー3が電動モータ2を駆動するのと並行して、エンジン5を稼動して他のメインバッテリー3を充電できるため、満充電に近い状態のメインバッテリー3を常に1つ以上確保することができる。従って、複数のメインバッテリー3を交替しながら電動モータ2を長時間にわたって確実に駆動できるので、飛行可能時間を効果的に延ばすことができる。

0080

また、本実施形態のマルチコプター100において、エンジン5は、残量が少なくなったメインバッテリー3の充電完了後に、稼動を停止する。

0081

これにより、エンジン5を必要なときのみ稼動することで、燃料を節約できるとともに、エンジン5の稼動による騒音及び排気の発生も良好に抑えることができる。

0082

また、本実施形態のマルチコプター100において、発電機4は、当該マルチコプター100の上昇時に、エンジン5からの動力を変換した電力を電動モータ2へ直接に供給可能に構成されている。

0083

これにより、マルチコプター100が上昇するとき、エンジン5が発電機4を駆動して電動モータ2の電力を直接に供給することにより、電動モータ2を力強く駆動してプロペラ1を高速回転させることができ、マルチコプター100を好適に上昇させることができる。

0084

また、本実施形態のマルチコプター100においては、電動モータ2を駆動しているメインバッテリー3の残量が切替残量βLより少なくなった場合に、他のメインバッテリー3に切り替えて電動モータ2を駆動することで、当該メインバッテリー3に予備残量を残す。そして、異常時の安全着陸のために、メインバッテリー3に残っている電力を供給可能に構成されている。

0085

これにより、メインバッテリー3に所定の予備残量を残した状態を保つことができるので、他のメインバッテリー3、プロペラ1、電動モータ2、エンジン5などが故障した異常な状況が発生しても、メインバッテリー3に残っている電力を利用してマルチコプター100の安全着陸を確保することができる。

0086

また、図7に示す変形例のマルチコプターにおいては、電動モータ2を駆動するメインバッテリー3とは別に補助バッテリー12を備える。補助バッテリー12は、異常時の安全着陸に使用される。

0087

これにより、マルチコプター100に異常な状況が発生した場合の安全着陸専用の電力源が設けられているため、メインバッテリー3が全部故障しても異常時にマルチコプター100の安全着陸を確保することができる。

0088

また、図7に示す変形例のマルチコプターにおいては、補助バッテリー12が発電機4により充電可能に構成されている。

0089

これにより、他の充電装置を要せずに、補助バッテリー12を簡単に充電することができる。

0090

続いて、メインバッテリー3を1つのみ備える第2実施形態のマルチコプター100xについて、図8及び図9を参照して説明する。図8は、第2実施形態に係るマルチコプター100xのブロック図である。なお、本実施形態の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。

0091

図8に示すように、本実施形態のマルチコプター100xにおいて搭載されるメインバッテリー3の数は1つになっている。この場合、メインバッテリー3は、電動モータ2へ電力を供給する主電源として構成される。当該メインバッテリー3の残量が少なくなったことを残量検出装置7によって検出すると、制御部6は、エンジン5を稼動して発電機4を駆動させ、発電機4が発電した電力によってメインバッテリー3を充電する。即ち、メインバッテリー3の残量が所定量以下である場合、当該メインバッテリー3は、発電機4によってエンジン5からの動力を変換した電力で充電しながら、電動モータ2へ電力を供給する。メインバッテリー3の充電が完了すると、制御部6は、エンジン5及び発電機4を停止させる。

0092

図9には、本実施形態のマルチコプター100におけるメインバッテリー3の充電に関する制御の例が示されている。図9のフローがスタートすると、制御部6は先ず、残量検出装置7からメインバッテリー3の残量検出値Rを取得するとともに(ステップ401)、メインバッテリー3の残量に関して予め設定された所定値(充電開始残量)βL1を読み取る(ステップ402)。そして、制御部6は、得られたメインバッテリー3の残量Rと充電開始残量βL1とを比較する(ステップS403)。メインバッテリー3の残量検出値Rが充電開始残量βL1以上である場合、ステップS401に戻る。

0093

ステップS403の判断で、メインバッテリー3の残量Rが充電開始残量βL1より小さい場合、制御部6は、エンジン5を稼動させることにより発電機4を駆動させ、メインバッテリー3を充電する(ステップ404)。

0094

その後、制御部6は、残量検出装置7からメインバッテリー3の残量検出値Rを取得するとともに(ステップS405)、上記の充電完了残量βHを記憶部11から読み取って(ステップ406)、得られた当該2つの値を比較する。メインバッテリー3の残量Rが充電完了残量βHより小さい場合、ステップS405に戻る。メインバッテリー3の残量Rが充電完了残量βH以上である場合、制御部6は、エンジン5の稼動を停止して充電を完了させ、再びステップS401に戻る。

0095

このように、本実施形態のマルチコプター100は、エンジン5及び発電機4を用いて、電動モータ2の電力源であるメインバッテリー3を充電することができるので、1つのメインバッテリー3のみを備える構成でも、長時間飛行を実現することができる。また、1つのメインバッテリー3のみを備えているので、マルチコプター100の構成を簡素化することができる。

0096

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。

0097

メインバッテリー3の数は、上記の実施形態のように1つ又は2つとすることに限定せず、3つ以上であっても良い。

0098

上記の第1実施形態のマルチコプター100においては、メインバッテリー3に予備残量が確保され、変形例のマルチコプター(図7)においては、補助バッテリー12が設けられている。しかし、上記の実施形態と変形例とを組み合わせて、メインバッテリー3に予備残量を確保するのに加えて補助バッテリー12を備える構成として、緊急着陸装置13に電力を提供しても良い。同様に、上記の第2実施形態のマルチコプター100xに、図7と同様の補助バッテリー12を設けるように構成しても良い。

0099

プロペラ1の数は、上記の実施形態のように6つとすることに限定せず、5つ以下としても良いし、7つ以上としても良い。

0100

1プロペラ(ロータ)
2電動モータ
3メインバッテリー(バッテリー)
4発電機
5エンジン
6 制御部
7残量検出装置
8電力供給切替スイッチ
9充電切替スイッチ
10機体
11 記憶部
12補助バッテリー
13緊急着陸装置
14給電スイッチ
100マルチコプター(ヘリコプター)

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