本发明涉及一种进行遥控的无人飞行器。
背景技术：
以往，作为玩具或产业用而已广泛周知遥控式的无人飞行器(无人机)(例如，参照专利文献1)。
这样的无人飞行器如下，近几年尤其在产业用途中关注其出色的机动性，例如，为了从上空散布农药，或者搭载相机对人无法进入的区域进行空中拍摄而取得信息，而且还可以为了搬送物品而使用。
专利文献1：日本国特开2006-334422号公报
技术实现要素：
但是，由于这样的无人飞行器一般在室外进行飞行，因此经常暴露于雨水以及自身卷起的沙尘、水花等，但是为了实现其构造的简单化，对于来自外部的水滴、尘埃的侵入一般处于无防备状态。
尤其，现有的无人飞行器如下，收容用于旋转驱动螺旋桨的马达的马达壳的防尘对策、防水对策并不充分，因此有可能因水滴、尘埃等异物侵入马达壳内部(尤其是马达内部、齿轮箱内部等动力部内部)而无法发挥所希望的性能。
本发明是着眼于上述问题而进行的，所要解决的技术问题是提供一种无人飞行器，其防止水滴、尘埃等异物尤其侵入动力部内部而能够确保所希望的性能。
为了实现上述目的，本发明是一种无人飞行器，在框体具备具有螺旋桨的驱动部而构成，通过马达驱动使所述螺旋桨旋转而进行飞行，其特征为，具备：固定部，具有用于收容所述马达及/或减速器的壳；及旋转部，具有介由轴承可旋转地支撑于所述壳的螺旋桨轴，与所述螺旋桨呈一体地进行旋转，在构成所述固定部的固定侧构成要素与构成所述旋转部的旋转侧构成要素相对的相对部，设置防止异物侵入所述壳内部的异物侵入防止机构。
根据上述构成，由于在有可能形成异物向壳内部的侵入路径的固定侧构成要素与旋转侧构成要素的相对部，设置防止异物侵入壳内部的异物侵入防止机构，因此能够有效地防止水滴、尘埃等异物侵入壳内部尤其侵入动力部，从而，能够确保无人飞行器的所希望的性能。
并且，上述构成中，异物侵入防止机构既可以由插入于相对部之间的磁密封结构所形成，或者，还可以通过将轴承作为具有磁密封结构的轴承而构成来形成。根据这些构成，确实地对相对部之间的间隙进行磁密封，与以往相比能够飞跃地提高防水性及防尘性，另外，由于磁密封件位于相对部之间(或者轴承内)而并不向外部露出，因此磁密封结构的寿命也得到延长。
另外，上述构成中，异物侵入防止机构还可以由插入于相对部之间的弹性密封构件所形成。此时，虽然还可以设想用橡胶材料形成弹性密封构件，但是即使在此情况下，由于橡胶材料也位于相对部之间而并不向外部露出，因此能够抑制因紫外线而发生的老化。另外，此时，优选对弹性密封构件实施防水处理。如果实施这样的防水处理，则通过伴随该处理的水珠形成作用，即使在相对部之间存在细微的间隙，也能够有效地抑制水浸入，因此能够提高防水性。另外，通过防水效果，能够在确保所希望的防水性能的同时容许相对部之间存在细微的间隙，因此也能够通过设置这样的间隙来减少转矩损失。
另外，上述构成中，异物侵入防止机构还可以由迷宫式构造形成，其通过交互连续设置多个在驱动部的径向上相对的相对部及在驱动部的轴向上相对的相对部而构成。根据这样的迷宫式构造，由于能够并不新设置密封结构等的其他构件而确保防水、防尘性能，因此能够实现轻量化、构造的简单化等。
另外，上述构成中，异物侵入防止机构还可以由气流产生机构形成，其设置于旋转侧构成要素，同时伴随螺旋桨的旋转而在相对部内生成与异物的侵入方向呈相反方向的气流。根据该气流产生机构，由于能够直接利用螺旋桨的旋转作用来得到异物排除效果，因此能够高效地确保防水、防尘性能，也能够实现构造的简单化，另一方面，由于通过气流积极地排出侵入相对部的异物，因此能够确实地防止异物侵入壳内的动力部。
另外，上述构成中，优选螺旋桨具有：平板部，在水平面内或垂直面内旋转；及罩部，与该平板部呈分体而与固定侧构成要素相对。由此，能够用不同材料分别形成平板部及罩部，因此能够实现轻量化、成形的简单化等。
另外，上述构成中，优选对形成相对部的固定侧构成要素及旋转侧构成要素实施防水处理。如果实施这样的防水处理，则通过伴随该处理的水珠形成作用，即使在相对部之间存在细微的间隙，也能够有效地抑制水浸入，因此能够提高防水性。另外，通过防水效果，能够在确保所希望的防水性能的同时容许相对部之间存在细微的间隙，因此也能够通过设置这样的间隙来减少转矩损失。
根据本发明，能够得到一种无人飞行器，其防止水滴、尘埃等异物尤其侵入动力部内部而能够确保所希望的性能。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式所涉及的无人飞行器的概要立体图。
图2是表示用于旋转驱动图1的无人飞行器螺旋桨的驱动马达的一个构成例的概要立体图。
图3是具有图1的无人飞行器螺旋桨的驱动部的第1实施例的概要半剖视图。
图4是设置在图3的驱动部的具有磁密封结构的轴承的剖视图。
图5(a)是图4的具有磁密封结构的轴承的立体图，(b)是图4的具有磁密封结构的轴承的分解立体图。
图6是具有图1的无人飞行器螺旋桨的驱动部的第2实施例的概要半剖视图。
图7是具有图1的无人飞行器螺旋桨的驱动部的第3实施例的概要半剖视图。
图8是具有图1的无人飞行器螺旋桨的驱动部的第4实施例的概要半剖视图。
图9是具有图1的无人飞行器螺旋桨的驱动部的第5实施例的概要半剖视图。
图10是具有图1的无人飞行器螺旋桨的驱动部的第6实施例的概要半剖视图。
图11是具有图1的无人飞行器螺旋桨的驱动部的第7实施例的概要半剖视图。
符号说明
1-轴承；1a-具有磁密封结构的轴承(异物侵入防止机构)；10a-磁密封结构(异物侵入防止机构)；30-螺旋桨；30a-平板部；30b-罩部；40-密封构件；50-驱动马达；51-马达壳；60-气流产生机构(异物侵入防止机构)；70-弹性密封构件(异物侵入防止机构)；80、82-防水处理；200-构架部(框体)；300-驱动部；500-无人飞行器；a、b、c、d、e-相对部。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明所涉及的无人飞行器的实施方式进行具体说明。并且，本说明书中，“无人飞行器”并不是指有人搭乘而进行操纵的飞行器，而是指可遥控的飞行器，例如是具有多个螺旋桨的多旋翼直升机，具体而言是包括具有3个螺旋桨的3旋翼直升机、具有4个螺旋桨的4旋翼直升机、具有5个螺旋桨的5旋翼直升机、具有6个螺旋桨的6旋翼直升机、具有8个螺旋桨的8旋翼直升机等全部的概念。从而，以下为了便于说明，虽然以4旋翼直升机为一个例子进行说明，但是本发明并不局限于此，而是可应用于具有任意数量螺旋桨的任意方式的无人飞行器。
图1中示出作为本发明的一个实施方式所涉及的4旋翼直升机的无人飞行器500。如图所示，本实施方式所涉及的无人飞行器500具有从中央的本体部100以放射状延伸的4个构架部(框体)200，在各构架部200的顶端安装驱动部300。此时，本体部100例如具备电池、控制部、通信部(信号收发部)、传感器、相机等(全部未图示)。另外，驱动部300具有：马达壳51，收容驱动马达50(参照后述的图3)；及螺旋桨30，被驱动马达50所旋转驱动。即，本实施方式所涉及的无人飞行器500具备具有螺旋桨30的驱动部300，能够通过驱动马达50的驱动使螺旋桨30旋转而进行飞行。
另外，图2是表示驱动马达50的一个构成例的概要立体图，图3是驱动部300的第1实施例的概要半剖视图。如这些图所示，驱动马达50如上所述地收容于马达壳51内，作为其构成要素而具备：多个棒状磁铁52；转子55，可一体旋转地安装有螺旋桨轴(旋转轴)53，同时因与磁铁52之间的电磁作用而被旋转驱动；及轴承1，用于将螺旋桨轴53可旋转地支撑于马达壳51。
磁铁52作为定子52a(永久磁铁型的定子)而安装于马达壳51的内面(参照图3)，其内侧配设卷绕有电线(线圈)的上述转子55。在转子55的中心部安装有螺旋桨轴53，当因磁铁52与转子55的电磁作用而螺旋桨轴53与转子55一起被旋转驱动时，可一体旋转地安装于螺旋桨轴53的螺旋桨30进行旋转。
另外，无人飞行器500作为整体而分为：从马达壳51到构架部200、本体部100的不可旋转的固定侧部分(固定部)；及具有介于轴承1可旋转地安装于马达壳51的螺旋桨轴53、转子55、螺旋桨30的可一体旋转的旋转侧部分(旋转部)。换言之，上述固定侧部分作为构成其的固定侧构成要素而至少具有马达壳51、构架部200及本体部100，另一方面，上述旋转侧部分作为构成其的旋转侧构成要素而至少具有螺旋桨轴53、转子55、螺旋桨30。而且，无人飞行器500具有上述固定侧构成要素与上述旋转侧构成要素相对的相对部，尤其在该图3所示的驱动部300的第1实施例中，具有马达壳51与螺旋桨轴53相对的相对部a。
另外，该第1实施例中，在相对部a设置防止异物侵入马达壳51内部的异物侵入防止机构。具体而言，该第1实施例中，上述异物侵入防止机构通过将轴承1作为具有磁密封结构的轴承1a而构成来形成。该具有磁密封结构的轴承1a呈将磁密封结构安装于轴承本体的结构，另外，安装于轴承本体的磁密封结构构成为，将轴承本体的内圈侧的外周面或外圈侧的内周面作为固定侧而安装环状的磁铁，从而形成磁回路，通过在相反侧的间隙(外圈侧内周面的间隙或内圈侧外周面的间隙)中保持磁性流体来防止异物侵入转动体。
如图4及图5所示，具有磁密封结构的轴承1a具备：圆筒状的内圈3；围绕内圈3的圆筒状的外圈5；及安装在内圈3与外圈5之间的多个转动体(转动构件)7。转动体7保持于以环状形成的护圈(保持器)8，能够使内圈3与外圈5相对旋转。
内圈3、外圈5、转动体7由具有磁性的材料例如铬系不锈钢(sus440c)所形成，护圈8由抗腐蚀性、耐热性出色的材料例如不锈钢材料(sus304)所形成。并且，关于转动体7，并不必须是磁性体。另外，虽然内圈3及外圈5构成为轴向(轴承的轴心方向)x上的长度相同(也可以是大致相同)，但是既可以形成为外圈5比内圈3在轴向上更长，还可以形成为内圈3比外圈5在轴向上更长，还可以利用该更长的部分来设置以下的磁密封结构。
在内圈3及外圈5的开口侧，设置有阻止异物向多个转动体7侧侵入的磁密封结构(磁性流体密封件)10。并且，本实施例中，虽然在内圈3、外圈5的两侧开口配设有相同结构的磁密封结构10，但是这样的磁密封结构既可以只配设在单侧开口，还可以在两开口侧呈不同结构。
磁密封结构10具有：以环状构成的磁铁(以下，也称为磁铁)12；将该磁铁12安装于轴向内侧面的环状的极板(以下，也称为极板)14；及保持于由上述磁铁12形成的磁回路的磁性流体16，本实施例中，磁铁12及极板14将外圈5的内周面作为固定侧而在与内圈3的外周面之间形成规定的间隙。即，通过在内圈3的外周面与磁铁、极板14之间形成规定的间隙，向该间隙部分填充磁性流体16，从而具有以防止异物侵入转动体7内的方式进行密封的功能。
作为磁铁12可使用磁束密度较高、磁力较强的永久磁铁，例如可使用通过烧结制造法制作的钕磁铁，预先以磁极(s极、n极)朝向轴向(轴承的轴心方向)x的方式被磁化(图4中，关于左侧的磁密封结构的磁铁，图示磁化的形态)。另外，在磁铁12的轴向外侧面上以接触的方式配设极板14。极板14呈与磁铁12大致相同的环状的外观形状，由具有磁性的材料例如铬系不锈钢(sus440c)所形成。由此，在内圈3侧形成如图所示的磁回路m1，在外圈5侧形成如图所示的磁回路m2。
被磁回路所保持的磁性流体16如下，通过界面活性剂例如将像fe3o4这样的磁性微粒分散于基础油而构成，具备具有粘性且靠近磁铁时反应的特性。即，通过在与内圈3之间的间隙部分中保持如上所述的磁性流体16来密封间隙，具备防止异物侵入内部的功能。此时，由于磁铁12的磁回路如上所述地也形成在外圈5侧，因此还可以将磁性流体16填充于外圈5的内周面与磁铁12之间的微小的间隙内。
另外，在外圈5的转动体7侧的内周面上形成有阶梯部5a，因该阶梯部5a而外圈5的开口侧成为薄壁区域，转动体侧成为厚壁区域，轴向的外侧的内外圈间隔形成为大于内侧。该阶梯部5a具备顶住从开口侧插入(嵌入)且安装于规定位置的磁铁12(安装有极板14的磁铁12；与磁铁一起被单元化的极板)而进行定位固定的功能。
极板14以在与内圈3的外周面之间在整周的跨度上形成均等的间隙的方式安装于磁铁12。此时，极板14以比磁铁12的内圈侧缘面更向径向内侧突出的大小形成，磁铁12以如下方式形成，在安装于极板14的状态下，在与内圈3的外周面之间形成与上述的间隙大致相同程度的间隙。当通过吸水管等注入器具将磁性流体16填充于间隙时，因磁回路的磁力而在整周的跨度上被保持。关于磁铁12及极板14，既可以通过磁吸引来固定，还可以在磁吸引的基础上还通过粘接剂来固定。
另外，本实施例中，如图3所示，在构架部200与马达壳51之间还插入有o形圈等密封构件40。
如以上说明，根据该第1实施例，由于在有可能成为异物向马达壳51内部的侵入路径的马达壳51(固定侧构成要素)与螺旋桨轴53(旋转侧构成要素)的相对部a，设置防止异物侵入马达壳51内部的异物侵入防止机构1a，因此能够有效地防止水滴、尘埃等异物侵入马达壳51内部尤其侵入动力部(驱动马达50)，从而，能够确保无人飞行器500的所希望的性能。尤其，本实施例中，由于异物侵入防止机构通过将轴承1作为具有磁密封结构的轴承1a而构成来形成，因此确实地对相对部a之间的间隙进行磁密封，与以往相比能够飞跃地提高防水性及防尘性。另外，由于具有磁密封结构的轴承1a位于相对部a之间(轴承内)而并不向外部露出，因此具有磁密封结构的轴承1a(磁密封结构)10的寿命也得到延长。
图6是驱动部300的第2实施例的概要半剖视图。如图所示，该第2实施例中，防止异物侵入马达壳51内部的异物侵入防止机构由插入于马达壳51(固定侧构成要素)与螺旋桨轴53(旋转侧构成要素)的相对部a之间的磁密封结构10a所形成。从而，本实施例中，轴承1不同于前述的第1实施例，仅仅只是不具有磁密封结构10的球轴承(当然，还可以是具有磁密封结构的轴承1a)。
形成异物侵入防止机构的磁密封结构10a位于从外侧密封配置在马达壳51内侧的轴承1的位置。具体而言，磁密封结构10a在与和螺旋桨轴53呈一体或分体的金属体53a(例如铁片等)之间形成磁回路，通过该磁回路保持磁性流体16而防止异物向轴承1侧侵入。
更具体而言，磁密封结构10a具有：相对于金属体53a(或螺旋桨轴53)隔着环状间隙而配置的磁铁111；及夹持保持该磁铁111的环状保持构件(由磁性体构成的磁极板)112、113，由此，在金属体53a与保持构件112、113之间形成磁回路。
并且，除此以外的结构与图3所示的第1实施例相同。从而，该第2实施例的异物侵入防止机构(磁密封结构10a)也具有与第1实施例相同的作用效果(异物侵入防止)。
图7是驱动部300的第3实施例的概要半剖视图。如图所示，该第3实施例在第2实施例的结构的基础上还具有作为异物侵入防止机构的迷宫式构造。具体而言，该迷宫式构造通过交互连续设置多个在驱动部300的径向上相对的相对部及在驱动部300的轴向上相对的相对部而构成。
即，如图7所示，构架部200具有在与马达壳51的结合点处在驱动部300的轴向上延伸的轴向延展部200a，另外，螺旋桨30具有：从与螺旋桨轴53的结合点附近沿着马达壳51在驱动部300的径向上延伸的径向延展部30a；及从该径向延展部30a的末端以进入构架部200的轴向延展部200a与马达壳51之间的方式进一步在驱动部300的轴向上延伸的轴向延展部30b。从而，在驱动部300除了前述的(第1)相对部a之外还存在：构架部200的轴向延展部200a与螺旋桨30的轴向延展部30b在径向上相对的第2相对部b；螺旋桨30的轴向延展部30b与马达壳51在轴向上相对的第3相对部c；螺旋桨30的轴向延展部30b与马达壳51在径向上相对的第4相对部d；及螺旋桨30的径向延展部30a与马达壳51在轴向上相对的第5相对部e，上述相对部b、c、d、e形成作为异物侵入防止机构的迷宫式构造。
如果如上所述地以迷宫式构造形成有可能成为异物向马达壳51内部的侵入路径的部分，则能够有效地防止异物侵入。另外，根据这样的迷宫式构造，由于能够并不新设置密封结构等的其他构件而确保防水、防尘性能，因此能够实现轻量化、构造的简单化等。
图8是驱动部300的第4实施例的概要半剖视图。如图所示，该第4实施例在第2实施例的结构的基础上还具有第3实施例中的螺旋桨30的径向延展部30a及轴向延展部30b(从而，在相对部a的基础上还具有相对部c、d、e)，同时还具有作为异物侵入防止机构的气流产生机构60。
如图所示，气流产生机构60设置于任意的旋转侧构成要素，本实施例中作为一个例子而设置于与马达壳51相对的螺旋桨30的径向延展部30a的内面(从而，是第5相对部e)，伴随螺旋桨30的旋转而在相对部c、d、e内生成与异物的侵入方向呈相反方向的气流(图8中用箭头示出)。
作为这样的气流产生机构60的方式，可考虑在径向延展部30a的内面形成机翼型的异形状部，或者设置伴随螺旋桨30的旋转而进行旋转的从动旋转体(风扇等)等。
根据这样的气流产生机构60，由于能够直接利用螺旋桨30的旋转作用来得到异物排除效果，因此能够高效地确保防水、防尘性能，也能够实现构造的简单化，另一方面，由于通过气流积极地排出侵入相对部c、d、e的异物，因此能够确实地防止异物侵入马达壳51内的动力部。
图9是驱动部300的第5实施例的概要半剖视图。如图所示，该第5实施例在第3实施例的结构的基础上还具有作为异物侵入防止机构的弹性密封构件70。该弹性密封构件70例如由橡胶材料形成，虽然可设置于任意相对部，但是本实施例中配设成在第5相对部e附近邻接于磁密封结构10a，其顶端的唇部接触螺旋桨30的径向延展部30a的内面。
与前述的实施例同样，通过这样的弹性密封构件70也能够有效地防止异物侵入马达壳51内部。另外，本实施例中，由于弹性密封构件70位于相对部之间而并不向外部露出，因此即使在弹性密封构件70由橡胶材料形成的情况下也能够抑制因紫外线而发生的老化。并且，本实施例中，还可以对弹性密封构件70实施防水处理。如果实施这样的防水处理，则通过伴随该处理的水珠形成作用，即使在相对部之间存在细微的间隙，也能够有效地抑制水浸入，因此能够提高防水性。另外，通过防水效果，能够在确保所希望的防水性能的同时容许相对部之间存在细微的间隙，因此也能够通过设置这样的间隙来减少转矩损失。
图10是驱动部300的第6实施例的概要半剖视图。如图所示，该第6实施例在第3实施例的结构的基础上，螺旋桨30还具有：在水平面内旋转(其他实施方式中还可以在垂直面内旋转)的平板部30a；与该平板部30a呈分体而与固定侧构成要素(本实施例中是马达壳51及构架部200)相对的罩部30b(包括径向延展部30a及轴向延展部30b)。
从而，根据本实施例，具有与第3实施例同样的作用效果(异物侵入防止效果)，同时由于螺旋桨30由平板部30a及罩部30b所形成，因此能够用不同材料分别形成平板部30a及罩部30b，能够实现轻量化、成形的简单化等。
图11是驱动部300的第7实施例的概要半剖视图。如图所示，该第7实施例在第3实施例的结构的基础上，还对形成相对部的固定侧构成要素及旋转侧构成要素实施了防水处理。具体而言，对形成相对部b、c(形成迷宫式构造的一部分)的螺旋桨30的轴向延展部30b的表面，实施涂敷具有防水性的例如包括氟树脂或硅胶树脂的材料的防水处理86(用较粗的虚线示出)，同时对形成相对部b、c(形成迷宫式构造的一部分)的构架部200的部位(轴向延展部200a)及马达壳51的部位的表面也实施防水处理82(用较粗的虚线示出)。另外，对螺旋桨30的适当部位(例如连结于螺旋桨轴53的部位及径向延展部30a)的表面也实施防水处理86(用较粗的虚线示出)，而且，对包括轴向延展部200a的构架部200的外表面实施防水处理84(用较粗的虚线示出)，同时对马达壳51的外表面也实施防水处理85(用较粗的虚线示出)。或者，还可以用具有防水性的材料来形成必要的部位。
如果实施这样的防水处理80、82，则通过伴随该处理的水珠形成作用，即使在相对部之间存在细微的间隙，也能够有效地抑制水浸入，因此能够提高防水性。另外，通过防水效果，能够在确保所希望的防水性能的同时容许相对部之间存在细微的间隙，因此也能够通过设置这样的间隙来减少转矩损失。
以上，虽然对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不局限于上述的实施方式，而是可进行各种变形。例如，关于如上所述的驱动部及驱动马达的构造(定子、转子、壳等的构造)，可进行各种变形，另外，与此相对应，关于异物侵入防止机构的结构及配置，也可以适当进行变形。另外，本发明中，可以任意地组合图3、图6～图11的结构而实施。另外，在前述的实施方式中，虽然以收容驱动马达50的马达壳51为例进行了说明，但是还可以用收容马达及/或减速器的壳取代马达壳51。