JP2021146822A - Thrust generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、推力発生装置に関する。 The present invention relates to a thrust generator.
油圧を用いることなく、電動でプロペラ(回転翼)のピッチを変更する技術としては、例えば、特許文献1に開示がある。この技術では、回転主軸が中空状に形成され、この回転主軸内に操作ロッドが軸線方向にのみ移動可能に同心状に配設され、その操作ロッドの下端に固着されたアームが、リンクおよびレバー機構を介して羽根の各支持軸に連結されている。そして、操作ロッドを軸線方向に往復移動させることによって、リンクおよびレバー機構を介して各羽根の取付角度が変化される。
For example,
マルチコプター、飛行機、回転翼機、飛行可能な自動車などの飛行可能な飛翔体の軽量化のためには、飛翔体に推力を与える推力発生装置が小型で軽量であることが望ましい。 In order to reduce the weight of a flyable projectile such as a multicopter, an airplane, a rotorcraft, and a flyable automobile, it is desirable that the thrust generator that gives thrust to the projectile is small and lightweight.
そこで、本発明は、小型化および軽量化を実現することができる推力発生装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a thrust generator capable of realizing miniaturization and weight reduction.
本発明のある態様に係る推力発生装置は、複数の回転翼を有するプロペラを回転させて推力を発生させる推力発生モータと、前記回転翼のピッチ角を変更するピッチ角変更モータと、前記ピッチ角変更モータに連結された回転伝達部と、直動軸と、前記回転伝達部と前記直動軸に連結され前記回転伝達部の回転を前記直動軸の直線運動に変換する運動変換機構を有する第1の運動変換部と、前記直動軸の直線運動を回転運動に変換して、前記回転翼のピッチ角を変更する第2の運動変換部とを備える。前記第1の運動変換部の前記運動変換機構は、前記回転伝達部によって回転させられる送りねじ軸と、前記送りねじ軸を回転可能に支持する支持部材と、前記送りねじ軸に噛み合わせられており、前記直動軸に固定されたナットと、前記ナットの回転を規制し、前記送りねじ軸の回転時に前記ナットが直線運動するように案内する直動案内部とを備える。前記直動案内部は、前記支持部材に支持された一対の平行な案内平坦面を有する。前記ナットと前記直動軸の少なくとも一方の外周面は、前記直動案内部の前記案内平坦面にそれぞれ対向する一対の平行な被案内平坦面を有する。
この態様においては、回転伝達部によって回転させられる送りねじ軸に噛み合わせられたナットと、ナットに固定された直動軸の少なくとも一方の外周面が、一対の平行な被案内平坦面を有する。一方、直動案内部は一対の平行な案内平坦面を有する。ナットと直動軸の少なくとも一方は、直動案内部の案内平坦面に挟まれており、送りねじ軸の回転時に、回転が規制された状態で送りねじ軸に沿って直線運動する。直動案内部は、送りねじ軸を回転可能に支持する支持部材に支持されており、第1の運動変換部ひいては推力発生装置を大型化する必要がない。したがって、推力発生装置の小型化および軽量化を実現することができる。
The thrust generator according to an aspect of the present invention includes a thrust generating motor that generates thrust by rotating a propeller having a plurality of rotary blades, a pitch angle changing motor that changes the pitch angle of the rotary blades, and the pitch angle. It has a rotation transmission unit connected to a change motor, a linear motion shaft, and a motion conversion mechanism connected to the rotation transmission unit and the linear motion shaft to convert the rotation of the rotation transmission unit into a linear motion of the linear motion axis. It includes a first motion conversion unit and a second motion conversion unit that converts the linear motion of the linear motion axis into rotary motion to change the pitch angle of the rotary blade. The motion conversion mechanism of the first motion conversion unit is meshed with a feed screw shaft rotated by the rotation transmission unit, a support member that rotatably supports the feed screw shaft, and the feed screw shaft. It is provided with a nut fixed to the linear motion shaft and a linear motion guide portion that regulates the rotation of the nut and guides the nut to linearly move when the feed screw shaft rotates. The linear motion guide portion has a pair of parallel guide flat surfaces supported by the support member. At least one outer peripheral surface of the nut and the linear motion shaft has a pair of parallel guided flat surfaces facing the guide flat surface of the linear motion guide portion.
In this embodiment, the nut meshed with the feed screw shaft rotated by the rotation transmission portion and at least one outer peripheral surface of the linear motion shaft fixed to the nut have a pair of parallel guided flat surfaces. On the other hand, the linear motion guide portion has a pair of parallel guide flat surfaces. At least one of the nut and the linear motion shaft is sandwiched between the guide flat surfaces of the linear motion guide portion, and when the feed screw shaft rotates, it linearly moves along the feed screw shaft in a state where the rotation is restricted. The linear motion guide portion is supported by a support member that rotatably supports the feed screw shaft, and it is not necessary to increase the size of the first motion conversion unit and thus the thrust generator. Therefore, it is possible to reduce the size and weight of the thrust generator.
好ましくは、前記第1の運動変換部の前記運動変換機構は、さらに、前記案内平坦面と前記被案内平坦面の間に配置された樹脂製の一対の摺動部材を有し、前記摺動部材は前記案内平坦面または前記被案内平坦面に形成された凹部に配置されている。
この場合には、直動案内部の案内平坦面と、ナットと直動軸の少なくとも一方の被案内平坦面の間に、樹脂製の摺動部材が配置されている。樹脂製の摺動部材は、直動軸の直線運動時に発生する摩擦を低減することができる。摺動部材は、直動案内部の案内平坦面と、ナットと直動軸の少なくとも一方の被案内平坦面の間に配置されおり、第1の運動変換部ひいては推力発生装置を大型化する必要がない。
Preferably, the motion conversion mechanism of the first motion conversion unit further has a pair of resin sliding members arranged between the guide flat surface and the guided flat surface, and the sliding. The member is arranged in the guide flat surface or the recess formed in the guided flat surface.
In this case, a resin sliding member is arranged between the guide flat surface of the linear motion guide portion and the guided flat surface of at least one of the nut and the linear motion shaft. The resin sliding member can reduce the friction generated during the linear motion of the linear motion shaft. The sliding member is arranged between the guide flat surface of the linear motion guide portion and the guided flat surface of at least one of the nut and the linear motion shaft, and it is necessary to increase the size of the first motion conversion unit and thus the thrust generator. There is no.
好ましくは、前記直動軸はフランジを有し、前記ナットはフランジを有し、前記直動軸のフランジと前記ナットのフランジの各々は、円筒を平行な2つの平面で切り取った形状であり、2つの円弧状の突出部分と2つの平面部分を有する。前記直動軸のフランジの前記突出部分と前記ナットのフランジの前記突出部分が固定ねじにより固定されており、前記直動軸のフランジの前記平面部分は前記被案内平坦面の部分であり、前記ナットのフランジの前記平面部分は、前記案内平坦面に接触せずに、前記案内平坦面に対向する。
この場合には、直動軸とナットのフランジに平面部分を設けることにより、直動案内部のサイズを小さくすることができ、推力発生装置のさらなる小型化および軽量化を実現することができる。
Preferably, the linear motion shaft has a flange, the nut has a flange, and each of the flange of the linear motion shaft and the flange of the nut has a shape obtained by cutting a cylinder in two parallel planes. It has two arcuate protruding parts and two flat parts. The protruding portion of the flange of the linear motion shaft and the projecting portion of the flange of the nut are fixed by a fixing screw, and the flat surface portion of the flange of the linear motion shaft is a portion of the guided flat surface. The flat portion of the flange of the nut faces the guide flat surface without contacting the guide flat surface.
In this case, by providing a flat portion on the linear motion shaft and the flange of the nut, the size of the linear motion guide portion can be reduced, and the thrust generator can be further reduced in size and weight.
あるいは、前記直動軸はフランジを有し、前記ナットはフランジを有し、前記直動軸のフランジと前記ナットのフランジの各々は、円筒を平行な2つの平面で切り取った形状であり、2つの円弧状の突出部分と2つの平面部分を有してもよい。前記直動軸のフランジの前記突出部分と前記ナットのフランジの前記突出部分が固定ねじにより固定されており、前記直動軸のフランジの前記平面部分は、前記案内平坦面に接触せずに、前記案内平坦面に対向し、前記ナットのフランジの前記平面部分は前記被案内平坦面の部分であってよい。
この場合にも、直動軸とナットのフランジに平面部分を設けることにより、直動案内部のサイズを小さくすることができ、推力発生装置のさらなる小型化および軽量化を実現することができる。
Alternatively, the linear motion shaft has a flange, the nut has a flange, and each of the flange of the linear motion shaft and the flange of the nut has a shape obtained by cutting a cylinder in two parallel planes. It may have one arcuate projecting portion and two planar portions. The protruding portion of the flange of the linear motion shaft and the projecting portion of the flange of the nut are fixed by a fixing screw, and the flat portion of the flange of the linear motion shaft does not come into contact with the guide flat surface. The flat portion of the flange of the nut facing the guide flat surface may be a portion of the guided flat surface.
Also in this case, by providing a flat portion on the linear motion shaft and the flange of the nut, the size of the linear motion guide portion can be reduced, and the thrust generator can be further reduced in size and weight.
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態は本発明を限定するものではなく、実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の構成に必須のものとは限らない。実施形態の構成は、本発明が適用される装置の仕様や各種条件(使用条件、使用環境等)によって適宜修正または変更され得る。本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定され、以下の個別の実施形態によって限定されない。図面の縮尺は必ずしも正確ではなく、一部の特徴は誇張または省略されることもある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments do not limit the invention, and not all combinations of features described in the embodiments are essential to the configuration of the invention. The configuration of the embodiment may be appropriately modified or changed depending on the specifications of the apparatus to which the present invention is applied and various conditions (use conditions, use environment, etc.). The technical scope of the present invention is defined by the claims and is not limited by the following individual embodiments. Drawing scales are not always accurate and some features may be exaggerated or omitted.
以下の説明では、推力発生装置で駆動される回転翼が3枚の場合を例にとるが、推力発生装置で駆動される回転翼は、必ずしも3枚に限定されることなく、N(Nは正の整数)枚であればよい。 In the following description, the case where the number of rotor blades driven by the thrust generator is three is taken as an example, but the number of rotor blades driven by the thrust generator is not necessarily limited to three, and N (N is Any positive integer) may be used.
図1は、回転翼が取り付けられた実施形態に係る推力発生装置を示す斜視図である。図2および図3は、回転翼が取り付けられた実施形態に係る推力発生装置を示す側面図であり、回転翼のピッチ角が異なる。 FIG. 1 is a perspective view showing a thrust generator according to an embodiment to which a rotor blade is attached. 2 and 3 are side views showing a thrust generator according to an embodiment to which a rotary blade is attached, and the pitch angles of the rotary blades are different.
図1から図3に示すように、推力発生装置1は、複数の回転翼H1〜H3を有するロータまたはプロペラRを回転させる。プロペラRは推力発生装置1の真下に配置されている。プロペラRは、グリップP1〜P3を有し、グリップP1〜P3は、推力発生装置1から水平方向に放射状に延びるように回転翼H1〜H3を支持する。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
推力発生装置1は、上方の装着部1Aを介して飛翔体の機体に装着される。推力発生装置1が装着された飛翔体は、例えば、モータで飛行するマルチコプター、飛行機、回転翼機および飛行機能を備える自動車などの飛行可能な機体または車体である。図示しないが、飛翔体の機体には、プロペラRが取り付けられた複数の推力発生装置1が装着されてよい。
The
推力発生装置1は、推力発生モータ2、ピッチ角変更モータ5A、および運動伝達ユニット6を備える。推力発生モータ2は、プロペラRを回転させて、飛翔体に与えられる推力を発生させる。ピッチ角変更モータ5Aは、回転翼H1〜H3のピッチ角θ1〜θ3を変更する。回転翼H1〜H3のピッチ角θ1〜θ3を変更することにより、飛翔体に与えられる推力を変化させることができる。運動伝達ユニット6は、ピッチ角変更モータ5Aの回転運動を回転翼H1〜H3に伝達する。
The
図4および図5は、推力発生装置1の分解斜視図である。図6は推力発生装置1の平面図であり、図7は図6のVII−VII線矢視断面図である。図4から図7に示すように、推力発生モータ2は、ステータ2A、ロータ2Bおよびフレーム2Cを備える。ロータ2Bは、径方向内側にロータ軸4および中空部3A,3Cを備える。
4 and 5 are exploded perspective views of the
ステータ2Aは、電磁鋼鈑と巻線により構成され、ロータ2Bの外側に位置する。ステータ2Aは、ステータ2Aの外側に配置されたフレーム2Cの円環部に固定されている。推力発生装置1の装着部1Aは、フレーム2Cの中央に設けることができる。装着部1Aは開口1Bを備え、開口1Bには運動伝達ユニット6が挿入される。装着部1Aは、放射状に延びる複数のスポーク1Cを介して円環部に連結されている。フレーム2Cには内側円筒部1Dが形成されており、内側円筒部1Dは軸受U1を介してロータ軸4を回転自在に支持する。円環部、装着部1A、スポーク1Cおよび内側円筒部1Dを含むフレーム2Cは、例えば、ジュラルミンなどの合金の切削加工で形成することができる。
The
推力発生モータ2のロータ2Bは、放射状に延びる複数のスポーク2Dを介してロータ軸4に連結されている。ロータ2Bは、中心軸線S0(図2および図3参照)を中心としてロータ軸4とともに回転する。ロータ2Bとロータ軸4は、軸受U1を介して、フレーム2Cに回転可能に支持されている。
The
中空部3Aは、ロータ2Bとロータ軸4の間に設けられている。中空部3Aには、ピッチ角変更モータ5Aが配置されている。ピッチ角変更モータ5Aはフレーム2Cに固定されている。
The
中空部3Cは、ロータ軸4の中心孔であり、ロータ軸4の軸線方向に沿って延びている。中空部3Cには、運動伝達ユニット6の一部が挿入されている。
The
推力発生モータ2のロータ軸4の下端面には、中空円筒であるエクステンション9が固定され、エクステンション9は、ロータRのハブ10に固定されている。したがって、ハブ10は、中心軸線S0周りに回転可能な状態でフレーム2Cに支持される。ハブ10には、回転翼H1〜H3を支持するグリップP1〜P3が取り付けられている。このようにして、推力発生モータ2は、回転翼H1〜H3を有するプロペラRを回転させる。すなわち、推力発生モータ2が動作して、ロータ2Bが回転すると、ロータ軸4が回転し、中心軸線S0を中心として回転翼H1〜H3が回転する。回転翼H1〜H3の回転に伴って、飛翔体に与えられる推力が発生する。
An
エクステンション9は、推力発生装置1の軸線方向において、推力発生モータ2と回転翼H1〜H3との間の間隔を保つためのスペーサであって、回転翼H1〜H3が推力発生モータ2に衝突するのを防止する。エクステンション9の材料は、例えば、ジュラルミンである。
The
回転翼H1〜H3のピッチ角を変更するピッチ角変更モータ5Aは、推力発生モータ2のフレーム2Cに固定されており、推力発生モータ2の内部、具体的には、中空部3Aに配置されている。ピッチ角変更モータ5Aの回転軸は、推力発生モータ2のロータ軸4と同様に鉛直方向に延びる。すなわち、ピッチ角変更モータ5Aの回転軸とロータ軸4は平行な異なる軸である。
The pitch
次に、ピッチ角変更モータ5Aの回転運動を回転翼H1〜H3に伝達する運動伝達ユニット6を説明する。運動伝達ユニット6は、回転伝達部6A、回転直動変換部7、および直動回転変換部8を備える。
Next, the
回転伝達部6Aは、ピッチ角変更モータ5Aの回転軸の回転を回転直動変換部7のボールねじ軸7Fに伝達する。ボールねじ軸7Fは、推力発生装置1の中心軸線S0に沿って鉛直方向に延び、ロータ軸4の中心孔である中空部3C内に配置されている。したがって、回転伝達部6Aはピッチ角変更モータ5Aの回転運動を中心軸線S0上の軸に伝達する。回転伝達部は、ピッチ角変更モータの回転軸の回転に伴って回転する回転部材を有する。回転伝達部6Aはフレーム2Cに固定される。
The
回転直動変換部(第1の運動変換部)7は、推力発生装置1の中心軸線S0に沿って鉛直方向に延びる直動伝達軸(直動軸)7Dと、回転伝達部6Aの回転を直動伝達軸7Dの直線運動に変換する運動変換機構を有する。回転直動変換部7の運動変換機構は、回転伝達部6Aと直動伝達軸7Dに連結されている。この運動変換機構は、直動伝達軸7Dの上方に同軸に配置されたボールねじ軸7Fを有する。回転直動変換部7の上部は、推力発生モータ2内に収容されているが、回転直動変換部7の下部は、推力発生モータ2から下方に突出する。回転直動変換部7は、フレーム2Cに固定される。
The rotation linear motion conversion unit (first motion conversion unit) 7 transmits the rotation of the rotation transmission shaft (linear motion shaft) 7D extending in the vertical direction along the central axis S0 of the
直動回転変換部(第2の運動変換部)8は、回転直動変換部7の直動伝達軸7Dの直線運動を回転運動に変換して、回転翼H1〜H3のピッチ角を変更する。直動回転変換部8は、推力発生用モータ2の下方に位置する。
The linear motion rotation conversion unit (second motion conversion unit) 8 converts the linear motion of the linear
ピッチ角変更モータ5A、回転伝達部6Aおよび回転直動変換部7は、推力発生モータ2のフレーム2Cに固定される。このため、ロータ軸4が回転しても、ピッチ角変更モータ5A、回転伝達部6Aおよび回転直動変換部7は、ロータ軸4の周りに回転しない。一方、直動回転変換部8は、ロータ軸4に支持される。このため、直動回転変換部8は、ロータ軸4の回転に伴ってロータ軸4の周りに回転する。
The pitch
図8〜図11に示すように、回転直動変換部7のボールねじ軸7Fの上端には、歯車G1が固定されている。回転伝達部6Aは、歯車G2,G3を有しており、歯車G3はピッチ角変更モータ5Aの回転軸に固定され、歯車G2は歯車G3と歯車G1に噛み合わせられている。したがって、回転伝達部6Aにおいて、歯車G3,G2はピッチ角変更モータ5Aの回転運動を歯車G1に固定されたボールねじ軸7Fに伝達することが可能である。歯車G1〜G3の材料は、例えば、炭素鋼である。
As shown in FIGS. 8 to 11, a gear G1 is fixed to the upper end of the
回転直動変換部7は支持部材F1に支持されている。図4、図6および図7に示すように、支持部材F1は、推力発生モータ2のフレーム2Cの装着部1Aの開口1Bの中に配置されている。支持部材F1は、例えば4つのボルトJ1(図8〜図11参照)によってフレーム2Cに支持されている。ボルトJ1は、例えば、支持部材F1の四隅に配置することができる。また、推力発生モータ2の中空部3Aには、支持部材F3が配置されている。支持部材F3もボルトJ3(図8、図9、図11参照)によってフレーム2Cに支持されている。中空部3A内の支持部材F3にはボルトJ4によってピッチ角変更モータ5Aが固定されている(図8〜図11参照)。
The rotation linear
図8〜図11に示すように、支持部材F1には支持部材F2がボルトJ2によって支持されており、支持部材F1と支持部材F2は、回転伝達部6Aの歯車G2を回転可能に支持する。支持部材F1〜F3の材料は、例えば、アルミニウム合金である。
As shown in FIGS. 8 to 11, the support member F2 is supported by the bolt J2 on the support member F1, and the support member F1 and the support member F2 rotatably support the gear G2 of the
この実施形態では、回転伝達部6Aにおいて、歯車がピッチ角変更モータ5Aの回転運動を回転直動変換部7のボールねじ軸7Fに伝達する。回転伝達部は、ベルト・プーリ機構またはチェーン・スプロケットを有してもよい。具体的には、ボールねじ軸7Fにプーリを固定し、このプーリとピッチ角変更モータ5Aの回転軸に固定されたプーリにベルトを巻いてもよい。ベルトとしてタイミングベルトを使用してもよい。ボールねじ軸7Fにスプロケットを固定し、このスプロケットとピッチ角変更モータ5Aの回転軸に固定されたスプロケットにチェーンを巻いてもよい。
In this embodiment, in the
この実施形態では、回転直動変換部7は、運動変換機構としてボールねじを用いて、ボールねじ軸7Fの回転運動を直動伝達軸7Dの直線運動に変換する。運動変換機構は、支持部材F1、ボールねじ軸7F、ボールねじナット7Gおよび一対の直動案内部7Eを備える。但し、ボールねじの代わりに、すべりねじ、またはその他の送りねじを用いてもよい。この実施形態では、回転直動変換部7の運動変換機構としてボールねじを用いることにより、すべりねじを用いた場合に比べて、ピッチ角変更に要する駆動トルクを低減することができ、ピッチ角変更モータ5Aの省電力化を図ることができる。
In this embodiment, the rotary linear
ボールねじ軸7Fは、鉛直方向に延びている。ボールねじ軸7Fは、図7に示すように、支持部材F1の筒状部分F1aに固定された軸受U2によって回転可能に支持されており、歯車G1の回転に伴ってボールねじ軸7Fの長手軸線を中心にして回転する。
The
図9および図10に示すように、ボールねじナット7Gは、ボールねじ軸7Fに噛み合わせられている。ボールねじナット7Gも鉛直方向に延びており、ボールねじナット7Gの下方に配置された鉛直方向に延びる直動伝達軸7Dに固定されている。
As shown in FIGS. 9 and 10, the
図9から図11に示すように、ボールねじナット7Gと直動伝達軸7Dは、支持部材F1の筒状部分F1aから突出する一対の平行な長尺な板壁である直動案内部7Eに挟まれており、一対の直動案内部7Eによって回転しないように規制されている。ボールねじ軸7Fの回転に伴って、ボールねじナット7Gと直動伝達軸7Dは、ボールねじ軸7Fの軸線方向に沿って鉛直方向に直線運動する。直動案内部7Eは、ボールねじナット7Gと直動伝達軸7Dの直線運動を許容する。換言すれば、直動案内部7Eは、ボールねじナット7Gと直動伝達軸7Dを直線運動するよう案内する。したがって、歯車G1とともにボールねじ軸7Fが回転すると、直動案内部7Eに案内されて、ボールねじナット7Gと直動伝達軸7Dが鉛直方向に直線運動する。直動案内部7Eは支持部材F1と一体的に設けることができる。
As shown in FIGS. 9 to 11, the
図9および図10に示すように、直動伝達軸7Dの上部には、鉛直方向に延びる空洞が形成されており、この空洞に、ボールねじ軸7Fに噛み合わせられたボールねじナット7Gが挿入されている。
As shown in FIGS. 9 and 10, a cavity extending in the vertical direction is formed in the upper part of the linear
図10および図11に示すように、直動伝達軸7Dの上部の外周面には、2つの被案内平坦面7Cが形成されている。2つの被案内平坦面7Cは互いに平行である。一方、2つの直動案内部7Eは、それぞれ案内平坦面7E1を有し、これらの案内平坦面7E1は互いに平行である。2つの被案内平坦面7Cは、2つの直動案内部7Eの案内平坦面7E1に対してそれぞれ対向する。但し、被案内平坦面7Cは案内平坦面7E1に接触せず、被案内平坦面7Cと案内平坦面7E1の間には微小なクリアランスが設けられている。
As shown in FIGS. 10 and 11, two guided
図10および図12に示すように、被案内平坦面7Cの各々には凹部が形成され、凹部には低摩擦材料、例えばフッ素樹脂から形成された摺動部材7Hが嵌め込まれている。摺動部材7Hの一部は凹部から突出し、直動案内部7Eの案内平坦面7E1に摺動可能に接触する。したがって、ボールねじナット7Gと直動伝達軸7Dが鉛直方向に直線運動する時、摺動部材7Hは直動案内部7Eとの摩擦を減少させる。摺動部材7Hは凹部に接着剤などで固定してもよい。摩擦をさらに低減するため、被案内平坦面7Cと案内平坦面7E1の間のクリアランスに、グリース等の潤滑剤をコーティングしてもよい。
As shown in FIGS. 10 and 12, recesses are formed in each of the guided
図9から図12に示すように、ボールねじナット7Gの上端にはフランジ7Aが形成され、直動伝達軸7Dの上端にもフランジ7Bが形成されている。フランジ7A,7Bは、円筒を平行な2つの平面で切り取った形状であり、フランジ7Aは2つの円弧状の突出部分7A1と2つの平面部分7A2を有し、フランジ7Bは2つの円弧状の突出部分7B1と2つの平面部分7B2を有する。
As shown in FIGS. 9 to 12, a
フランジ7A,7Bの円弧状の突出部分7A1,7B1は、一対の直動案内部7Eの間から露出している。フランジ7A,7Bの突出部分7A1,7B1はボルトJ5によって固定されており、したがって直動伝達軸7Dはボールねじナット7Gに固定されている。
The arcuate protruding portions 7A1 and 7B1 of the
一方、図10に示すように、フランジ7A,7Bの平面部分7A2,7B2は、2つの直動案内部7Eの案内平坦面7E1にそれぞれ対向する。フランジ7Aの平面部分7A2は、直動案内部7Eの案内平坦面7E1には接触しない。フランジ7Bの平面部分7B2は、被案内平坦面7Cの部分であり、ここに形成された凹部に摺動部材7Hが嵌め込まれている。このように、フランジ7A,7Bに平面部分7A2,7B2を設けることにより、一対の直動案内部7Eの外径を小さくすることができ、ロータ軸4の径の増大を抑制しつつ、回転直動変換部7をロータ軸4内に収納することが可能である。したがって、推力発生装置1のさらなる小型化および軽量化を実現することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 10, the flat portions 7A2 and 7B2 of the
図7に示すように、直動伝達軸7Dの上部を含む回転直動変換部7の大部分は推力発生モータ2の内部に配置されている一方、直動伝達軸7Dの下部は中空円筒であるエクステンション9の内部空間を貫通し、さらにプロペラRのハブ10の内部に到達する。
As shown in FIG. 7, most of the rotary linear
直動伝達軸7Dの下部は、回転翼H1〜H3のピッチ角を変更するために、回転直動変換部7の直線運動を回転運動に変換する直動回転変換部8に連結されている。この実施形態では、直動回転変換部8は、運動変換機構としてラックピニオンを用いて、回転直動変換部7の直動伝達軸7Dの直線運動を回転運動に変換する。
The lower portion of the linear
図4および図5に示すように、直動回転変換部8は、直動体11、ラックA1〜A3、ケース21、支持軸M1〜M3、軸受E1〜E3、シャフトアダプタD1〜D3およびピニオンB1〜B3を備える。
As shown in FIGS. 4 and 5, the linear
直動体11は正三角柱の形状を有し、その中央には空洞が形成されている。図7に示すように、直動伝達軸7Dの下端は、軸受U3の内輪に嵌め込まれており、軸受U3の外輪は直動体11の空洞に嵌め込まれている。したがって、直動体11は直動伝達軸7Dの周りを回転可能であり、直動伝達軸7Dとともに鉛直方向に直線運動する。軸受U3としては、例えば、複列アンギュラ玉軸受を用いることができる。
The linear moving
ラックA1〜A3は、直動体11の3つのコーナーに固定されており、直動体11とともに直線運動する。ラックA1〜A3は、それぞれピニオンB1〜B3と噛み合わせられ、ピニオンB1〜B3は、直動体11とラックA1〜A3の直線運動に伴って、同時に回転運動させられる。
The racks A1 to A3 are fixed to the three corners of the linear moving
支持軸M1〜M3は、プロペラRの回転翼H1〜H3を支持するグリップP1〜P3の延長線上にそれぞれ配置されている。すなわち、支持軸M1〜M3は、推力発生装置1から水平方向に放射状に延びるようにグリップP1〜P3をそれぞれ支持する。グリップP1と支持軸M1は一体的に設け、グリップP2と支持軸M2は一体的に設け、グリップP3と支持軸M3は一体的に設けることができる。グリップP1〜P3と支持軸M1〜M3の材料は、例えば、ジュラルミンである。但し、グリップP1〜P3と支持軸M1〜M3の耐久性を増大させるため、グリップP1〜P3と支持軸M1〜M3の材料として、例えば、チタンを用いてもよい。
The support shafts M1 to M3 are arranged on the extension lines of the grips P1 to P3 that support the rotary blades H1 to H3 of the propeller R, respectively. That is, the support shafts M1 to M3 support the grips P1 to P3 so as to extend radially in the horizontal direction from the
支持軸M1〜M3は、ケース21に固定された軸受E1〜E3によって、支持軸M1〜M3の軸回りに回転可能に支持されている。E1〜E3としては、例えば、複列アンギュラ玉軸受を用いることができる。
The support shafts M1 to M3 are rotatably supported around the axes of the support shafts M1 to M3 by bearings E1 to E3 fixed to the
ピニオンB1〜B3は、それぞれ支持軸M1〜M3の先端に固定されている。したがって、直動体11とラックA1〜A3の直線運動に伴って、ピニオンB1〜B3が回転すると、支持軸M1〜M3もグリップP1〜P3とともに回転する。ピニオンB1〜B3およびラックA1〜A3の材料は、例えば、クロムモリブデン鋼である。
The pinions B1 to B3 are fixed to the tips of the support shafts M1 to M3, respectively. Therefore, when the pinions B1 to B3 rotate with the linear motion of the
ケース21は、プロペラRのハブ10の一部である。ケース21は、直動体11、ラックA1〜A3、支持軸M1〜M3、軸受E1〜E3、シャフトアダプタD1〜D3およびピニオンB1〜B3を収容する。したがって、ケース21は、直動回転変換部8のケースであるとみなすこともできる。
The
ケース21の上部は、中空円筒であるエクステンション9の下端に固定され、エクステンション9の上端は、推力発生モータ2のロータ軸4に固定されている。したがって、ケース21はロータ2Bとロータ軸4とともに、推力発生装置1の軸線周りに回転する。
The upper portion of the
ケース21に固定された軸受E1〜E3は、推力発生装置1の軸線周りの回転時に、回転翼H1〜H3にかかる遠心力に対抗して支持軸M1〜M3を支持することができる。
The bearings E1 to E3 fixed to the
シャフトアダプタD1〜D3は、それぞれ支持軸M1〜M3の外側、かつ軸受E1〜E3の内側に配置され、それぞれ支持軸M1〜M3に支持される。各シャフトアダプタD1〜D3の内周面は、径が変化する支持軸M1〜M3の外周面にフィットするように形成され、各シャフトアダプタD1〜D3の外周面は、円柱形の軸受E1〜E3の内周面にフィットするように形成される。シャフトアダプタD1〜D3により、各支持軸M1〜M3の径の変化に対応しつつ、軸受E1〜E3は支持軸M1〜M3を支持することができる。ケース21およびシャフトアダプタD1〜D3の材料は、例えば、ジュラルミンである。
The shaft adapters D1 to D3 are arranged outside the support shafts M1 to M3 and inside the bearings E1 to E3, respectively, and are supported by the support shafts M1 to M3, respectively. The inner peripheral surfaces of the shaft adapters D1 to D3 are formed so as to fit the outer peripheral surfaces of the support shafts M1 to M3 whose diameters change, and the outer peripheral surfaces of the shaft adapters D1 to D3 are cylindrical bearings E1 to E3. It is formed to fit the inner peripheral surface of the. The shaft adapters D1 to D3 allow the bearings E1 to E3 to support the support shafts M1 to M3 while responding to changes in the diameters of the support shafts M1 to M3. The material of the
ケース21に収容された、直動体11、ラックA1〜A3、支持軸M1〜M3、軸受E1〜E3、シャフトアダプタD1〜D3およびピニオンB1〜B3は、ケース21とともに、推力発生装置1の軸線周りに回転する。上記の通り、直動体11は軸受U3の外輪に固定され、軸受U3の内輪に固定された直動伝達軸7Dとは独立して、推力発生装置1の軸線周りに回転することが可能である。図7に示すように、軸受U3の内輪は、例えば、ナット15によって直動伝達軸7Dの下端に固定することができ、軸受U3の外輪は、例えば、C型留め輪16にて直動体11に固定することができる。
The linear moving
図13は、図2の回転翼のピッチ角に対応した直動体11の位置を示し、図14は、図3の回転翼のピッチ角に対応した直動体11の位置を示す。図13および図14に示すように、直動回転変換部8は、直動体11の直動方向の移動範囲を制限するため、ベース13、リフトガイドT1〜T3およびナットS1〜S3を備える。ベース13は、輪郭が直動体11の輪郭と同じ正三角形の板であり、ベース13の中央には、直動伝達軸7Dの下端が通過可能な貫通した開口14が形成されている。ベース13は、鉛直方向に延びる棒である互いに平行なリフトガイドT1〜T3を支持する。リフトガイドT1〜T3は、ベース13と一体的に設けることができる。
FIG. 13 shows the position of the linear moving
正三角柱の形状を有する直動体11は、3つの側面Z1〜Z3を有する。側面Z1〜Z3には、ラックA1〜A3がそれぞれ固定されている。直動体11の中央には、空洞12が形成され、空洞12には、軸受U3(図7参照)が配置されている。
The linear moving
直動体11の3つのコーナーには、開口V1〜V3がそれぞれ形成されている。開口V1〜V3には、ベース13に固定されたリフトガイドT1〜T3がそれぞれ挿入される。リフトガイドT1〜T3の下端には、ナットS1〜S3がそれぞれ装着される。
Apertures V1 to V3 are formed at each of the three corners of the linear moving
図15はハブ10の分解斜視図である。ハブ10は、ケース21、外蓋22および中蓋23を備える。ケース21は、収容部21A、開口21B、中空部Q1〜Q3および開口K1〜K3(図4および図5参照)を備える。
FIG. 15 is an exploded perspective view of the
収容部21Aは、ケース21の中央に形成されており、ラックA1〜A3が取り付けられた直動体11をベース13とともに収容する。収容部21Aは、例えば、ケース21内に設けられた中空部または凹部である。収容部21Aの平面形状は、ベース13の平面形状に対応し、ほぼ正三角形にすることができる。開口21Bは、開口21Bを通じて、収容部21AにラックA1〜A3が取り付けられた直動体11とベース13を配備するために形成されている。
The accommodating portion 21A is formed in the center of the
中空部Q1〜Q3は、収容部21Aの外側に120度の角間隔をおいて配置され、収容部21Aに連通する。中空部Q1には、支持軸M1、ピニオンB1、軸受E1およびシャフトアダプタD1が配置され、中空部Q2には、支持軸M2、ピニオンB2、軸受E2およびシャフトアダプタD2が配置され、中空部Q3には、支持軸M3、ピニオンB3、軸受E3およびシャフトアダプタD3が配置される。これらの中空部Q1〜Q3には、開口21Bと収容部21Aを通じて、ピニオンB1〜B3、軸受E1〜E3およびシャフトアダプタD1〜D3を配備することが可能である。
The hollow portions Q1 to Q3 are arranged outside the accommodating portion 21A at an angular interval of 120 degrees and communicate with the accommodating portion 21A. The support shaft M1, the pinion B1, the bearing E1 and the shaft adapter D1 are arranged in the hollow portion Q1, and the support shaft M2, the pinion B2, the bearing E2 and the shaft adapter D2 are arranged in the hollow portion Q2. Is arranged with a support shaft M3, a pinion B3, a bearing E3, and a shaft adapter D3. Pinions B1 to B3, bearings E1 to E3, and shaft adapters D1 to D3 can be arranged in these hollow portions Q1 to Q3 through
開口K1〜K3は、ケース21の外側面に120度の角間隔をおいて形成されており、それぞれ中空部Q1〜Q3に連通する。支持軸M1〜M3をそれぞれ開口K1〜K3に挿入することにより、支持軸M1〜M3を収容部21A内に配備することが可能である。
The openings K1 to K3 are formed on the outer surface of the
中蓋23は、複数のボルトJ7によってケース21に固定される。さらに中蓋23をカバーする外蓋22が中蓋23に固定される。中蓋23の材料は、例えば、ジュラルミンであり、外蓋22の材料は、例えば、樹脂である。
The
中蓋23には、複数の貫通孔23Aが形成されている。リフトガイドT1〜T3(図13および図14参照)の下端は、中蓋23の貫通孔23Aにそれぞれ挿入されて、中蓋23の外側に突出する。中蓋23の外側において、リフトガイドT1〜T3の下端にはナットS1〜S3が装着される。これにより、ケース21の収容部21A内にベース13を配置することができる。
A plurality of through
上記の構成の下、ピッチ角変更モータ5Aが回転すると、回転伝達部6Aにおいて、歯車G3,G2がピッチ角変更モータ5Aの回転運動を歯車G1に伝達する(図8〜図11参照)。歯車G1は、回転直動変換部7のボールねじ軸7Fに固定されているので、ピッチ角変更モータ5Aの回転運動はボールねじ軸7Fに伝達される。ボールねじ軸7Fが回転すると、ボールねじナット7Gと直動伝達軸7Dは、直動案内部7Eに案内されて、鉛直方向に直線運動する(図9〜図11参照)。
Under the above configuration, when the pitch
直動伝達軸7Dの直線運動は、直動体11に伝達される。直動伝達軸7Dの直線運動に伴って、直動体11とともに直動体11に固定されたラックA1〜A3が鉛直方向に直線運動する。直動体11とともにラックA1〜A3が直線運動するとき、リフトガイドT1〜T3は、直動体11を案内する(図13および図14参照)。直動体11の移動範囲は、ベース13およびナットS1〜S3にて制限される。ラックA1〜A3には、それぞれピニオンB1〜B3が噛み合わせられており、ラックA1〜A3が直線運動すると、支持軸M1〜M3に固定されたピニオンB1〜B3が同時に回転する(図4および図5参照)。したがって、ピニオンB1〜B3の回転運動に伴って、支持軸M1〜M3がそれぞれの軸線周りに回転する。支持軸M1〜M3には、回転翼H1〜H3を支持するグリップP1〜P3が取り付けられており、支持軸M1〜M3の回転運動は回転翼H1〜H3に伝達される。したがって、回転翼H1〜H3のピッチ角が同時に変更される。例えば、直動体11が図13の位置にあるときは、回転翼H1〜H3のピッチ角が図2に示すように設定され、直動体11が図14の位置にあるときは、回転翼H1〜H3のピッチ角が図3に示すように設定される。
The linear motion of the linear
推力発生装置1は、ピッチ角変更モータ5Aの回転角ひいては回転翼H1〜H3のピッチ角を変更することにより、飛翔体に与えられる推力を変化させることができる。ピッチ角の変更により推力を変化させることで、推力発生モータ2の回転数を変えて推力を変化させる方法に比べ、推力変化の応答速度を高めることができ、飛翔体の安定性を向上させることが可能である。また、回転翼H1〜H3のピッチ角を変更することにより、飛翔体に与えられる推力を変更できるので、回転翼H1〜H3を大きくする必要がなく、推力発生モータ2の回転数を過剰に増加させる必要もない。回転翼H1〜H3を大きくする必要がないので、飛翔体の大型化および重量増を抑制することができる。また、推力発生モータ2の回転数の増加が抑制されるので、回転数に依存する騒音を抑制することができる。
The
また、推力発生装置1では、回転翼H1〜H3のピッチ角を電動で変更することにより、油圧を用いる必要がなくなる。このため、油の給排を制御する油圧制御ユニットおよび回転体に対してオイルシールを行うための複雑な回転シール機構を設ける必要がなくなり、推力発生装置1の大型化を抑制することが可能となるとともに、推力発生装置1の維持および修理を容易にすることができる。
Further, in the
この実施形態では、直動回転変換部8の運動変換機構として、ラックピニオンを用いることにより、ラックA1〜A3の各々の長手方向を直動体11の直動方向に揃えることが可能であり、ピニオンB1〜B3の各々を支持軸と同心に揃えることが可能である。このため、3個のラックピニオンの配置をコンパクトにまとめることができ、ハブ10の大型化を抑制しつつ、直動回転変換部8をハブ10内に収容することが可能である。
In this embodiment, by using a rack and pinion as the motion conversion mechanism of the linear motion
この実施形態では、回転直動変換部7において、ボールねじナット7Gと直動伝達軸7Dは、直動案内部7Eの案内平坦面7E1に挟まれており、ボールねじ軸7Fの回転時に、回転が規制された状態でボールねじ軸7Fに沿って直線運動する。直動案内部7Eは、ボールねじ軸7Fを回転可能に支持する支持部材F1に支持されており、回転直動変換部7ひいては推力発生装置1を大型化する必要がない。したがって、推力発生装置1の小型化および軽量化を実現することができる。
In this embodiment, in the rotation linear
また、直動案内部7Eの案内平坦面7E1と、直動伝達軸7Dの被案内平坦面7Cの間に、樹脂製の摺動部材7Hが配置されている。樹脂製の摺動部材7Hは、直動伝達軸7Dの直線運動時に発生する摩擦を低減することができる。摺動部材7Hは、直動案内部7Eの案内平坦面7E1と、直動伝達軸7Dの被案内平坦面7Cの間に配置されおり、回転直動変換部7ひいては推力発生装置1を大型化する必要がない。
Further, a
さらに、直動伝達軸7Dとボールねじナット7Gのフランジ7A,7Bに平面部分7A2,7B2を設けることにより、直動案内部7Eのサイズを小さくすることができ、推力発生装置1のさらなる小型化および軽量化を実現することができる。
Further, by providing the flat portions 7A2 and 7B2 on the
以上、本発明の好ましい実施形態を参照しながら本発明を図示して説明したが、当業者にとって特許請求の範囲に記載された発明の範囲から逸脱することなく、形式および詳細の変更が可能であることが理解されるであろう。このような変更、改変および修正は本発明の範囲に包含されるはずである。 Although the present invention has been illustrated and described above with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can change the form and details without departing from the scope of the invention described in the claims. It will be understood that there is. Such changes, modifications and modifications should be within the scope of the present invention.
例えば、上記の実施形態においては、直動伝達軸7Dの上部の外周面に形成された被案内平坦面7Cの一部である、直動伝達軸7Dのフランジ7Bの平面部分7B2に摺動部材7Hが固定されている。しかし、摺動部材7Hは、被案内平坦面7Cの他の部分に固定されてもよい。
For example, in the above embodiment, the sliding member is attached to the flat surface portion 7B2 of the
また、ボールねじナット7Gのフランジ7Aの平面部分7A2も、直動案内部7Eの案内平坦面7E1に対向する被案内平坦面であるとみなすことができる。摺動部材7Hはフランジ7Aの平面部分7A2に固定されてもよい。ボールねじナット7Gと直動伝達軸7Dの両方の被案内平坦面に摺動部材が固定されてもよい。
Further, the flat surface portion 7A2 of the
さらには、摺動部材は、被案内平坦面ではなく、直動案内部7Eの案内平坦面7E1に固定されてもよい。
Further, the sliding member may be fixed to the guide flat surface 7E1 of the linear
上記の実施形態においては、プロペラRは推力発生装置1の真下に配置され、推力発生装置1は飛翔体の機体の下部に装着されるが、プロペラRは推力発生装置1の真上に配置され、推力発生装置1は飛翔体の機体の上部に装着されてもよい。
In the above embodiment, the propeller R is arranged directly below the
1 推力発生装置
2 推力発生モータ
2A ステータ
2B ロータ
2C フレーム
R プロペラ
H1〜H3 回転翼
P1〜P3 グリップ
4 ロータ軸
5A ピッチ角変更モータ
6 運動伝達ユニット
6A 回転伝達部
7 回転直動変換部
7A フランジ
7A1 突出部分
7A2 平面部分
7B フランジ
7B1 突出部分
7B2 平面部分
7C 被案内平坦面
7D 直動伝達軸
7E 直動案内部
7E1 案内平坦面
7F ボールねじ軸
7G ボールねじナット
7H 摺動部材
8 直動回転変換部
F1 支持部材
1
Claims (4)
前記回転翼のピッチ角を変更するピッチ角変更モータと、
前記ピッチ角変更モータに連結された回転伝達部と、
直動軸と、前記回転伝達部と前記直動軸に連結され前記回転伝達部の回転を前記直動軸の直線運動に変換する運動変換機構を有する第1の運動変換部と、
前記直動軸の直線運動を回転運動に変換して、前記回転翼のピッチ角を変更する第2の運動変換部とを備え、
前記第1の運動変換部の前記運動変換機構は、
前記回転伝達部によって回転させられる送りねじ軸と、
前記送りねじ軸を回転可能に支持する支持部材と、
前記送りねじ軸に噛み合わせられており、前記直動軸に固定されたナットと、
前記ナットの回転を規制し、前記送りねじ軸の回転時に前記ナットが直線運動するように案内する直動案内部とを備え、
前記直動案内部は、前記支持部材に支持された一対の平行な案内平坦面を有し、
前記ナットと前記直動軸の少なくとも一方の外周面は、前記直動案内部の前記案内平坦面にそれぞれ対向する一対の平行な被案内平坦面を有する
ことを特徴とする推力発生装置。 A thrust generation motor that generates thrust by rotating a propeller with multiple rotor blades,
A pitch angle changing motor that changes the pitch angle of the rotor blades,
A rotation transmission unit connected to the pitch angle changing motor and
A linear motion shaft, a first motion conversion unit connected to the rotation transmission unit and the linear motion shaft, and having a motion conversion mechanism for converting the rotation of the rotation transmission unit into a linear motion of the linear motion axis.
It is provided with a second motion conversion unit that converts the linear motion of the linear motion axis into rotary motion and changes the pitch angle of the rotary blade.
The motion conversion mechanism of the first motion conversion unit is
The feed screw shaft rotated by the rotation transmission unit and
A support member that rotatably supports the feed screw shaft and
With a nut that is meshed with the feed screw shaft and fixed to the linear motion shaft,
It is provided with a linear motion guide portion that regulates the rotation of the nut and guides the nut to linearly move when the feed screw shaft rotates.
The linear motion guide portion has a pair of parallel guide flat surfaces supported by the support member.
A thrust generator characterized in that at least one outer peripheral surface of the nut and the linear motion shaft has a pair of parallel guided flat surfaces facing the guide flat surface of the linear motion guide portion.
ことを特徴とする請求項1に記載の推力発生装置。 The motion conversion mechanism of the first motion conversion unit further includes a pair of resin-made sliding members arranged between the guide flat surface and the guided flat surface, and the sliding member is the sliding member. The thrust generator according to claim 1, wherein the thrust generator is arranged in a guide flat surface or a recess formed in the guided flat surface.
前記ナットはフランジを有し、
前記直動軸のフランジと前記ナットのフランジの各々は、円筒を平行な2つの平面で切り取った形状であり、2つの円弧状の突出部分と2つの平面部分を有しており、
前記直動軸のフランジの前記突出部分と前記ナットのフランジの前記突出部分が固定ねじにより固定されており、
前記直動軸のフランジの前記平面部分は前記被案内平坦面の部分であり、
前記ナットのフランジの前記平面部分は、前記案内平坦面に接触せずに、前記案内平坦面に対向する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の推力発生装置。 The linear motion shaft has a flange and has a flange.
The nut has a flange
Each of the flange of the linear motion shaft and the flange of the nut has a shape in which a cylinder is cut out by two parallel planes, and has two arc-shaped protrusions and two flat surfaces.
The protruding portion of the flange of the linear motion shaft and the protruding portion of the flange of the nut are fixed by a fixing screw.
The flat surface portion of the flange of the linear motion shaft is a portion of the guided flat surface.
The thrust generator according to claim 1 or 2, wherein the flat portion of the flange of the nut faces the guide flat surface without contacting the guide flat surface.
前記ナットはフランジを有し、
前記直動軸のフランジと前記ナットのフランジの各々は、円筒を平行な2つの平面で切り取った形状であり、2つの円弧状の突出部分と2つの平面部分を有しており、
前記直動軸のフランジの前記突出部分と前記ナットのフランジの前記突出部分が固定ねじにより固定されており、
前記直動軸のフランジの前記平面部分は、前記案内平坦面に接触せずに、前記案内平坦面に対向し、
前記ナットのフランジの前記平面部分は前記被案内平坦面の部分である
ことを特徴とする請求項1または2に記載の推力発生装置。 The linear motion shaft has a flange and has a flange.
The nut has a flange
Each of the flange of the linear motion shaft and the flange of the nut has a shape in which a cylinder is cut out by two parallel planes, and has two arc-shaped protrusions and two flat surfaces.
The protruding portion of the flange of the linear motion shaft and the protruding portion of the flange of the nut are fixed by a fixing screw.
The flat portion of the flange of the linear motion shaft faces the guide flat surface without contacting the guide flat surface.
The thrust generator according to claim 1 or 2, wherein the flat portion of the flange of the nut is a portion of the guided flat surface.
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