JP-2026076739-A - 飛行体用回転支持装置

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Abstract

【課題】大型化を防止または抑制しつつ、重量を軽減することができる、飛行体用回転支持装置を提供する。【解決手段】飛行体用回転支持装置１は、ハウジング７と、軸部材８と、ハウジング７の内周面と軸部材８の外周面との間に、軸方向に離隔して配置され、かつ、それぞれが、ハウジング７に内嵌された外輪１５ａ、１５ｂ、軸部材８に外嵌された内輪１６ａ、１６ｂ、および外輪１５ａ、１５ｂと内輪１６ａ、１６ｂとの間に転動自在に配置された複数個の転動体１７ａ、１７ｂを有する、２つの転がり軸受９ａ、９ｂとを備える。ハウジング７および／または軸部材８の少なくとも一部分が、炭素繊維複合材料により構成されている。【選択図】図１

Inventors

浜崎紘至
伊藤雷
齋藤智治

Assignees

日本精工株式会社

Dates

Publication Date: 20260512
Application Date: 20241024

Claims (7)

モータステータを支持可能なハウジングと、前記ハウジングの径方向内側に該ハウジングと同軸に配置され、前記ハウジングよりも軸方向一方側に位置する部分にモータロータおよびプロペラを支持可能な軸部材と、前記ハウジングの内周面と前記軸部材の外周面との間に、軸方向に離隔して配置され、かつ、それぞれが、前記ハウジングに内嵌された外輪、前記軸部材に外嵌された内輪、および前記外輪と前記内輪との間に転動自在に配置された複数個の転動体を有する、２つの転がり軸受と、を備え、前記ハウジングおよび／または前記軸部材の少なくとも一部分が、炭素繊維複合材料により構成されている、飛行体用回転支持装置。
前記２つの転がり軸受の前記転動体に、背面組み合わせ型の接触角および予圧が付与されている、請求項１に記載の飛行体用回転支持装置。
前記２つの転がり軸受の前記外輪同士の間に配置される、スペーサおよび／または弾性部材を備える、請求項２に記載の飛行体用回転支持装置。
前記スペーサの少なくとも一部分が、炭素繊維複合材料により構成されている、請求項３に記載の飛行体用回転支持装置。
前記ハウジングは、前記２つの転がり軸受のうちの一方の転がり軸受の前記外輪の、軸方向に関して前記２つの転がり軸受のうちの他方の転がり軸受と反対側の軸方向側面を抑える内向フランジを有する、請求項１に記載の飛行体用回転支持装置。
前記モータロータおよび前記プロペラを支持するための回転フランジを備え、前記回転フランジが、前記軸部材と一体に造られている、または、前記軸部材に固定された別部材に備えられている、請求項１に記載の飛行体用回転支持装置。
前記軸部材に固定され、かつ、前記２つの転がり軸受のうちの一方の転がり軸受の前記内輪の、軸方向に関して前記２つの転がり軸受のうちの他方の転がり軸受と反対側の軸方向側面を抑える抑え部材を備える、請求項１に記載の飛行体用回転支持装置。

Description

本開示は、飛行体のプロペラおよび駆動用モータを支持するための飛行体用回転支持装置に関する。ドローンなどの飛行体は、機体フレームと、それぞれが上向きの揚力を得るための複数のプロペラと、プロペラごとに１つずつ設けられ、該プロペラを機体フレームに対して回転可能に支持し、かつ、回転駆動するための飛行体用回転駆動装置とを備える。特開２０２０－０７２５３０号公報などに記載されているように、従来構造の飛行体用回転駆動装置は、ハウジング、軸部材（シャフト）、および軸受を含んで構成される飛行体用回転支持装置と、モータステータおよびモータロータを含んで構成される駆動用モータとを組み合わせてなる。前記ハウジングは、筒形状を有し、その中心軸を上下方向に向けた状態で、飛行体の機体フレームに支持固定される。前記軸部材は、前記ハウジングの径方向内側に該ハウジングと同軸に配置され、前記軸受により、前記ハウジングに対して回転可能に支持されている。前記軸受は、前記ハウジングの内周面と前記軸部材の外周面との間に、軸方向に離隔して配置された２つの単列玉軸受により構成される。前記２つの単列玉軸受のそれぞれは、前記ハウジングに内嵌された外輪と、前記軸部材に外嵌された内輪と、前記外輪と前記内輪との間に転動自在に配置された複数個の玉とを備える。前記モータステータは、複数のティースを有する磁性材製のコアと、前記複数のティースに巻き付けられたコイルとを含み、全体を円筒状に構成される。前記モータロータは、全体を円筒状に構成されており、内周面にＳ極とＮ極とが円周方向に関して交互に配置されている。前記モータロータは、前記モータステータの周囲に、該モータステータと同軸に、かつ、該モータステータに対する相対回転を可能に配置されている。前記モータロータは、ヨークにより前記軸部材に支持固定されている。前記ヨークは、前記軸部材の軸方向一方側（上下方向の上側）部分に外嵌固定された中空円板状の側板部と、該側板部の径方向外側の端部から軸方向他方側に向けて伸長する円筒部とを備える。前記モータロータは、前記円筒部の内周面に内嵌固定されている。飛行体のプロペラは、その回転中心軸が前記軸部材の中心軸に一致するように、前記軸部材の軸方向一方側の端部に支持固定される。前記モータステータを構成するコイルへの通電がなされると、前記モータステータの複数のティースが磁極化して、該複数のティースと前記モータロータの複数ずつのＳ極およびＮ極との間に、前記モータステータに対して前記モータロータを回転させる電磁力が発生する。これにより、前記軸部材および前記プロペラが回転駆動される。特開２０２０－０７２５３０号公報図１は、本開示の実施の形態の１例の飛行体用回転支持装置を含む飛行体用回転駆動装置の断面図である。図２は、前記飛行体用回転支持装置の断面図である。本開示の実施の形態の１例の飛行体用回転支持装置について、図１および図２を用いて説明する。本開示の飛行体用回転支持装置を適用可能なドローンなどの飛行体については、無人型、有人型の種別や、小型、大型の種別は、特に問わない。飛行体用回転支持装置１は、飛行体用回転駆動装置２の一部を構成する。すなわち、飛行体用回転駆動装置２は、飛行体用回転支持装置１と、駆動用モータ３とを備える。なお、本開示において、軸方向、径方向、および円周方向とは、特に断らない限り、飛行体用回転支持装置１の軸方向、径方向、および円周方向をいう。飛行体用回転支持装置１の軸方向、径方向、および円周方向は、駆動用モータ３の軸方向、径方向、および円周方向と一致する。また、軸方向一方側とは、図１および図２の上側をいい、軸方向他方側とは、図１および図２の下側をいう。飛行体用回転支持装置１は、飛行体のプロペラ４を、該飛行体の機体フレームに対して回転可能に支持する。駆動用モータ３は、アウタロータ型であり、モータステータ５と、モータステータ５の周囲に配置されるモータロータ６とを備え、モータステータ５とモータロータ６との間で、プロペラ４を回転駆動するための回転力を発生させる。飛行体用回転支持装置１は、ハウジング７と、軸部材８と、２つの転がり軸受９ａ、９ｂとを備える。ハウジング７は、モータステータ５を支持可能である。ハウジング７の内周面には、該ハウジング７の径方向内側に軸部材８を回転可能に支持する２つの転がり軸受９ａ、９ｂの外輪１５ａ、１５ｂが径方向のがたつきなく内嵌される。ハウジング７は、機体フレームに支持固定され、プロペラ４が回転する際にも回転しない。ハウジング７は、２つの転がり軸受９ａ、９ｂのうちの一方の転がり軸受の外輪の、軸方向に関して２つの転がり軸受９ａ、９ｂのうちの他方の転がり軸受と反対側の軸方向側面を抑える内向フランジ１０を有することができる。本例では、ハウジング７は、２つの転がり軸受９ａ、９ｂのうちの軸方向一方側の転がり軸受９ａの外輪１５ａの軸方向一方側の側面を抑える内向フランジ１０を有する。内向フランジ１０は、ハウジング７の軸方向一方側の端部から径方向内側に向けて突出しており、その軸方向他方側の側面により、軸方向一方側の転がり軸受９ａの外輪１５ａの軸方向一方側の側面を抑える。これにより、軸方向一方側の転がり軸受９ａの外輪１５ａの軸方向の位置決めを可能としている。また、ハウジング７は、軸方向他方側の端部に径方向外側に向けて突出し、該ハウジング７を機体フレームに支持固定するための静止フランジを有することができる。たとえば、静止フランジとして、円周方向複数箇所に軸方向に貫通するフランジ側支持孔を有するものを採用することができる。この場合、結合部材である支持ボルトを、機体フレームに備えられたフレーム側支持孔に挿通し、かつ、フランジ側支持孔に螺合することで、機体フレームに対してハウジングを支持固定する、あるいは、フランジ側支持孔に挿通した支持ボルトを、機体フレームに備えられたフレーム側支持孔に螺合することで、機体フレームに対してハウジングを支持固定する。本例では、ハウジング７は、静止フランジを有していない。本例では、ハウジング７は、その軸方向他方側の端部を、機体フレームに備えられた支持孔に内嵌固定されることで、機体フレームに支持固定される。ハウジング７は、その機能を発揮することができる限り、任意の形状を有することができる。ただし、ハウジング７の少なくとも一部分が、炭素繊維複合材料（ＣＦＲＰ）により構成される場合、炭素繊維複合材料により構成される部分は、筒状に構成されることが好ましい。本例では、ハウジング７は、全体が炭素繊維複合材料により構成され、かつ、全体が略円筒形状を有する。より具体的には、ハウジング７の外周面は、軸方向に関して外径が変化しない円筒面により構成されている。また、ハウジング７の内周面は、内向フランジ１０が備えられた軸方向一方側の端部を除き、軸方向に関して内径が変化しない円筒面により構成されている。軸部材８は、ハウジング７の径方向内側に該ハウジング７と同軸に配置され、ハウジング７よりも軸方向一方側に位置する部分にモータロータ６およびプロペラ４を支持可能である。軸部材８は、その機能を発揮することができる限り、任意の形状を有することができる。ただし、軸部材８の少なくとも一部分が、炭素繊維複合材料により構成される場合、炭素繊維複合材料により構成される部分は、筒状に構成されることが好ましい。本例では、軸部材８は、全体が炭素繊維複合材料により構成され、かつ、全体が円筒形状を有する。具体的には、軸部材８の外周面は、軸方向に関して外径が変化しない円筒面により構成されている。軸部材８の内周面は、軸方向に関して内径が変化しない円筒面により構成されている。本開示の飛行体用回転支持装置１では、ハウジング７および／または軸部材８の少なくとも一部分が、炭素繊維複合材料（ＣＦＲＰ）により構成される。すなわち、ハウジング７の一部または全部が、炭素繊維複合材料により構成される。追加的あるいは代替的に、軸部材８の一部または全部が、炭素繊維複合材料により構成される。炭素繊維複合材料を構成する合成樹脂、炭素繊維、および添加物の種類、含有量は、ハウジング７および／または軸部材８の必要な強度および剛性を確保することができる限り、特に限定されるものではない。炭素繊維複合材料に含まれる炭素繊維としては、たとえば、東レ株式会社製の商品名「トレカ」、三菱ケミカル株式会社製の商品名「パイロフィル」、帝人株式会社製の商品名「テナックス」などを使用することができる。ハウジング７および／または軸部材８の少なくとも一部分を炭素繊維複合材料により造る方法は、特に限定されないが、たとえば、芯材にプリプレグを巻き付けて加熱硬化させた後、該芯材を抜き取る方法を採用することができる。なお、ハウジング７および／または軸部材８のうち、炭素繊維複合材料により構成される部分以外の部分は、ハウジング７および／または軸部材８の必要な強度および剛性を確保することができる限り、金属、合成樹脂などの任意の材料により構成されることができる。ハウジング７および／または軸部材８の一部分を炭素繊維複合材料により構成し、かつ、残りの部分を他の材料により構成する場合、たとえば、外径側部分が炭素繊維複合材料により構成され、かつ、内径側部分が他の材料により構成された二層構造を採用することができる。この場合、芯材にプリプレグを巻き付けて加熱硬化させることで外径側部分を造り、該芯材を内径側部分として利用することができる。すなわち、外径側部分を造った後に、外径側部分の内側から芯材（内径側部分）を抜き取る作業を省略するようにして造ることができる。本例では、ハウジング７の全部および軸部材８の全部が、炭素繊維複合材料により構成されている。本開示の飛行体用回転支持装置１によれば、ハウジング７の全部および軸部材８の全部を金属材料により構成する場合と比較して、ハウジング７および／または軸部材８の重量を軽減することができ、かつ、ハウジング７の全部および軸部材８の全部を合成樹脂により構成する場合と比較して、高強度、高剛性となるので、ハウジング７および／または軸部材８の径方向寸法を小さく抑えることができる。すなわち、飛行体用回転支持装置１について、大型化を防止または抑制しつつ、重量を軽減しやすい。飛行体用回転支持装置１は、任意の構成要素として、モータロータ６およびプロペラ４を支持するための回転フランジ１１を備えることができる。回転フランジ１１は、軸部材８と一体に造られることもできるし、軸部材８に固定された別部材１２に備えられることができる。本例では、飛行体用回転支持装置１は、軸部材８に固定された別部材１２に備えられた回転フランジ１１を備える。別部材１２は、必要な強度および剛性を確保できる限り、金属、合成樹脂などの任意の材料により構成されることができる。本例では、別部材１２は、金属により構成されている。本例では、別部材１２は、円筒部１３と、円筒部１３の軸方向一方側の端部から径方向外側に向けて突出した回転フランジ１１とを有する。別部材１２は、ハウジング７よりも軸方向一方側に突出した軸部材８の軸方向一方側の端部に円筒部１３を圧入および／または接着などにより外嵌固定することで、軸部材８に相対回転および軸方向の相対変位を不能に固定されている。なお、円筒部１３の軸方向他方側の端面は、軸方向一方側の転がり軸受９ａの内輪１６ａの軸方向の位置決めを図るために、該内輪１６ａの軸方向一方側の側面を突き当てるための突き当て面として利用することもできる。本例では、回転フランジ１１は、中空円形平板状に構成されている。回転フランジ１１は、円周方向複数箇所を軸方向に貫通する取付孔１４を有する。軸部材８に対してモータロータ６を支持固定するためのヨーク２５、および、プロペラ４の