DE102020200746B4

DE102020200746B4 - Multicopter and method of operating a multicopter

Info

Publication number: DE102020200746B4
Application number: DE102020200746.2A
Authority: DE
Inventors: Christian Meißner; Hendrik Schröder; Christoph Käppner
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-01-22
Filing date: 2020-01-22
Publication date: 2022-03-31
Anticipated expiration: 2040-01-23
Also published as: DE102020200746A1

Abstract

Multicopter (1) aufweisend mindestens zwei Rotoren (12, 13), wobei die Rotoren (12, 13) relativ zueinander beweglich sind und während der Bewegung die Richtung der Drehachse der mindestens zwei Rotoren (12, 13) konstant bleibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren (12, 12) von einer Start- und Landesposition in eine Flugposition und umgekehrt verlagerbar sind, die Rotoren (12, 13) sich jeweils in einer horizontalen Position befinden, die Drehachsen sich jeweils in einer vertikalen Position befinden, die Rotoren (12, 13) über horizontale Schwenkachsen horizontal entlang jeweils einer Schwenkbahn (124, 134) verschwenkbar sind und die mindestens zwei relativ zueinander beweglichen Rotoren (12, 13) in die Start- und Landeposition bewegbar sind, in der die Rotoren (12, 13) sich zumindest teilweise überschneiden.Multicopter (1) having at least two rotors (12, 13), the rotors (12, 13) being movable relative to one another and the direction of the axis of rotation of the at least two rotors (12, 13) remaining constant during the movement, characterized in that the rotors (12, 12) can be shifted from a take-off and landing position to a flight position and vice versa, the rotors (12, 13) are each in a horizontal position, the axes of rotation are each in a vertical position, the rotors (12 , 13) are pivotable over horizontal pivoting axes horizontally along a pivoting web (124, 134) and the at least two relatively movable rotors (12, 13) are movable into the start and landing position in which the rotors (12, 13) are movable in which the rotors (12, 13) at least partially overlap.

Description

Die Erfindung betrifft einen Multicopter und ein Verfahren zum Betreiben eines Multicopters.The invention relates to a multicopter and a method for operating a multicopter.

Multicopter sind Luftfahrzeuge, die analog zu einem Hubschrauber jedoch mit mindestens drei Rotoren einen nach unten gerichteten Luftstrom erzeugen und die so in der Lage sind, vertikal zu starten und zu landen. Multicopter sind in den letzten Jahren Gegenstand von Forschung und Entwicklung, da unter anderem ein großes Anwendungspotential in den Bereichen Personentransport als Lufttaxis oder auch als Frachtlieferdienst gesehen wird. Dabei liegt eine wesentliche Motivation darin, dass städtische Verkehrsräume durch zunehmendes Fahrzeugaufkommen überlastet sind. Zudem können Multicopter, insbesondere im Kurzstreckenbetrieb, emissionsfrei elektrisch betrieben werden. Nicht zuletzt eignen sich Multicopter auch für einen autonomen Flugbetrieb.Multicopters are aircraft that, like a helicopter, produce a downward airflow with at least three rotors and are therefore able to take off and land vertically. Multicopters have been the subject of research and development in recent years because, among other things, great application potential is seen in the areas of passenger transport as air taxis or as freight delivery services. One of the main reasons for this is that urban traffic areas are overloaded due to the increasing volume of vehicles. In addition, multicopters can be operated electrically without emissions, especially for short-distance operations. Last but not least, multicopters are also suitable for autonomous flight operations.

Für die Multicopter existieren verschiedene Antriebskonzepte hinsichtlich Anzahl und Anordnung der Rotoren. Prinzipiell gilt dabei, dass Rotoren mit einem großen Durchmesser einen größeren aber langsameren Luftstrom erzeugen, wobei ein Rotor mit kleinerem Durchmesser für den gleichen Schub mit deutlich höherer Drehzahl arbeiten muss. Ein Rotor mit großem Durchmesser hat somit Vorteile hinsichtlich der Energieeffizienz bei gleichzeitig erheblich geringeren Lärmemissionen aufgrund der geringeren Drehzahl.There are different drive concepts for the multicopters with regard to the number and arrangement of the rotors. In principle, rotors with a large diameter produce a larger but slower airflow, whereas a rotor with a smaller diameter has to work at a significantly higher speed for the same thrust. A rotor with a large diameter therefore has advantages in terms of energy efficiency while at the same time having significantly lower noise emissions due to the lower speed.

Nachteilig an Rotoren mit großem Durchmesser ist der hohe Platzbedarf. Vor dem Hintergrund, dass ein Multicopter zumeist vier oder mehr Rotoren aufweist, führt der Einsatz von Rotoren mit großem Durchmesser zu einem erheblich gestiegenen Platzbedarf, der insbesondere bei der notwendigen Größe eines Parkplatzes als auch der Start- und Landeplätze (auch als Vertiports oder Airhubs bezeichnet) zum Tragen kommt.A disadvantage of rotors with a large diameter is the high space requirement. In view of the fact that a multicopter usually has four or more rotors, the use of rotors with a large diameter leads to a significantly increased space requirement, which is particularly important given the necessary size of a parking lot and the take-off and landing areas (also known as vertiports or airhubs ) comes into play.

Zur Reduktion der erforderlichen Fläche zum Landen und Starten kommen häufig Doppelrotoren zum Einsatz. Dabei sind zwei Rotorblätter mit identischer Drehachse und Schubrichtung übereinander angeordnet. Häufig drehen dabei die Rotorblätter zum Ausgleich resultierender Drehmomente in entgegengesetzten Richtungen.Double rotors are often used to reduce the area required for landing and take-off. Two rotor blades with an identical axis of rotation and direction of thrust are arranged one above the other. The rotor blades often turn in opposite directions to compensate for the resulting torques.

Zur Reduktion der Parkfläche wird in der DE 10 2018 002 532 A1 ein vertikal startendes und landendes Flugauto beschrieben, bei dem die Rotoren im Ruhezustand seitlich einklappbar sind. Nachteilig kann der Platzbedarf des Flugautos bei Starts und Landungen nicht reduziert werden, da die Rotoren im eingeklappten Zustand keinen Schub erzeugen können.To reduce the parking space in the DE 10 2018 002 532 A1 describes a flying car that takes off and lands vertically, in which the rotors can be folded in at rest. The disadvantage is that the space required by the flying car cannot be reduced during takeoffs and landings, since the rotors cannot generate any thrust when they are folded in.

WO 2017/ 183 551 A1 offenbart ein unbemanntes Flugobjekt, bei dem an einem Grundkörper eine Mehrzahl von Rotoren vorgesehen sind. Diese Rotoren sind um eine vertikale Drehachse in horizontaler Richtung verschwenkbar, so dass diese in eine platzsparende Kargoposition verstaut werden können. Zum bestimmungsgemäßen Flugeinsatz werden die Rotoren ausgeklappt und verbleiben in dieser Position.WO 2017/183 551 A1 discloses an unmanned flying object in which a plurality of rotors are provided on a base body. These rotors can be pivoted horizontally around a vertical axis of rotation, so that they can be stowed away in a space-saving cargo position. For intended flight use, the rotors are unfolded and remain in this position.

EP 3 730 405 A1 offenbart eine Drohne bei der an einem Zentralkörper über Schwenkarme Rotoren gelagert sind. Mittels dieser Schwenkarme können die Rotoren während des Fluges in ihrer horizontalen Position verändert werden. EP 3 730 405 A1 discloses a drone in which rotors are mounted on a central body via swivel arms. Using these swivel arms, the rotors can be changed in their horizontal position during flight.

Die US 2016 / 0 159 472 A1 offenbart ein Verfahren zur Umkonfigurierung eines Luftfahrzeugs durch Positionierung eines ersten und eines zweiten Rotors relativ zur Basis um die Flugcharakteristik anzupassen. So ist vorgesehen, dass am Arm der den Rotor mit der Basis des Luftfahrzeugs verbindet, ein Gelenk eine Veränderung der Positionierung in der vertikalen Richtung ermöglicht.US 2016 / 0 159 472 A1 discloses a method for reconfiguring an aircraft by positioning a first and a second rotor relative to the base in order to adapt the flight characteristics. Thus, it is provided that on the arm connecting the rotor to the base of the aircraft, a joint allows the positioning to be varied in the vertical direction.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Multicopter und ein Verfahren zu dessen Betreiben vorzuschlagen, die die notwendige Fläche bei Start- und Landevorgängen reduzieren, bei gleichzeitig hoher energetischer Effizienz und geringen Lärmemissionen der Rotoren.The invention is now based on the object of proposing a multicopter and a method for its operation, which reduce the necessary area for take-off and landing processes, while at the same time having high energy efficiency and low noise emissions from the rotors.

Ein Multicopter bezeichnet im Sinne dieser Anmeldung ein Luftfahrzeug mit mindestens zwei Rotoren, die durch den vertikalen Schub der Rotoren geeignet für senkrechte Start- und Landevorgänge sind. Der Umstand, ob das Luftfahrzeug durch einen Piloten, per Fernsteuerung oder autonom gesteuert wird, ist für die Verwirklichung der vorliegenden Erfindung unerheblich. Gleichfalls für die Verwirklichung der Erfindung unerheblich ist die Antriebsart der Rotoren, so kann der Antrieb elektrisch oder mittels eines Verbrennungsmotors oder anderweitig erfolgen.For the purpose of this application, a multicopter denotes an aircraft with at least two rotors, which are suitable for vertical take-off and landing processes due to the vertical thrust of the rotors. Whether the aircraft is piloted, remotely controlled, or autonomously controlled is immaterial to the practice of the present invention. The type of drive of the rotors is also irrelevant for the realization of the invention, the drive can be electric or by means of an internal combustion engine or otherwise.

Der erfindungsgemäße Multicopter weist mindestens zwei Rotoren auf, die relativ zueinander beweglich sind. Durch die relative Beweglichkeit der Rotoren kann der Flächenbedarf des Multicopters für Start- und Landevorgänge verringert werden, indem die Rotoren aufeinander zu bewegt werden, also deren Abstand verkleinert wird. Als Abstand wird hier die Distanz der Mittelpunkte der Rotorblätter definiert. Die Rotoren sind dabei mit weitestgehend parallelen Rotationsachsen derart am Multicopter befestigt, dass der erzeugte Schub größtenteils vertikal nach unten gerichtet ist. Es versteht sich, dass der Abstand der Rotoren nur soweit reduziert werden kann, dass Kollisionen der Rotorblätter miteinander oder mit anderen Bauteilen vermieden wird. Dabei bleibt während der Bewegung die Rotationsachse der beiden Rotoren weitestgehend gleich, wodurch die Bewegung im Flug ausführbar ist.The multicopter according to the invention has at least two rotors that can be moved relative to one another. Due to the relative mobility of the rotors, the space requirement of the multicopter for take-off and landing processes can be reduced by moving the rotors towards each other, i.e. reducing their distance. The distance between the centers of the rotor blades is defined as the distance. The rotors are attached to the multicopter with largely parallel axes of rotation in such a way that the thrust generated is mostly directed vertically downwards. It goes without saying that the distance between the rotors can only be reduced to such an extent that collisions of the rotor blades with one another or with other components are avoided. Included During the movement, the axis of rotation of the two rotors remains largely the same, which means that the movement can be carried out in flight.

Eine besonders hohe Reduktion der notwendigen Fläche für Starts und Landungen kann erzielt werden, wenn die Rotoren sich dabei teilweise überdecken. Dabei müssen die Rotationsebenen der Rotoren beabstandet sein, so dass die Rotorblätter nicht kollidieren. In einer Untersuchung wurde ermittelt, dass bei einer Überdeckung von 50% von zwei Rotoren diese immer noch 90% des Schubes ohne Überdeckung leisten. Somit müssen lediglich circa 10% durch eine höhere Drehzahl ausgeglichen werden.A particularly large reduction in the area required for take-offs and landings can be achieved if the rotors partially overlap. The planes of rotation of the rotors must be spaced apart so that the rotor blades do not collide. In an investigation it was determined that with an overlap of 50% of two rotors, they still provide 90% of the thrust without overlap. Thus, only about 10% must be compensated by a higher speed.

Die Position der Rotoren, in der diese einen möglichst geringen Abstand aufweisen wird dabei als Start- und Landeposition bezeichnet. Die Position in der die Rotoren beabstandet sind, wird als Flugposition bezeichnet. In der Flugposition sind die Rotoren bevorzugt so weit beabstandet, dass sie sich nicht überdecken und der erzeugte Luftstrom auch nicht durch die Kabine oder andere Bauteile des Multicopters behindert wird.The position of the rotors in which they are as close together as possible is referred to as the take-off and landing position. The position at which the rotors are spaced apart is referred to as the flight position. In the flight position, the rotors are preferably spaced far enough apart that they do not overlap and the air flow generated is also not impeded by the cabin or other components of the multicopter.

Vorteilhaft wird so für Start und Landung eines erfindungsgemäßen Multicopters eine erheblich geringere Fläche benötigt, als für Multicopter nach dem Stand der Technik. Somit wird weiter vorteilhaft die Möglichkeit gegeben, bei gleichem Flächenbedarf Rotoren mit einem größeren Durchmesser zum Einsatz zu bringen, wodurch der Energiebedarf des Multicopters bei gleichzeitig geringeren Lärmemissionen gemindert werden kann. Beim Start und Landebetrieb, wenn die Rotoren einen geringen Abstand zueinander aufweisen beziehungsweise sich überdecken, muss die dadurch geringere Effizienz der Rotoren durch eine höhere Drehzahl ausgeglichen werden. Dieser Nachteil erscheint jedoch im Hinblick auf oben genannte erhebliche Vorteile nicht relevant.Advantageously, a significantly smaller area is required for takeoff and landing of a multicopter according to the invention than for multicopters according to the prior art. Thus, the further advantageous possibility is given of using rotors with a larger diameter with the same area requirement, as a result of which the energy requirement of the multicopter can be reduced while at the same time reducing noise emissions. During take-off and landing, when the rotors are at a small distance from one another or overlap, the resulting lower efficiency of the rotors must be compensated for by a higher speed. However, this disadvantage does not appear to be relevant in view of the considerable advantages mentioned above.

Für die Verwirklichung der Erfindung ist zudem die konkrete Anzahlt der Rotoren des Multicopters unerheblich. In jedem Fall wird durch eine Verringerung des Abstandes zweier Rotoren die Gesamtausdehnung in mindestens einer Richtung gemindert und damit der Flächenbedarf verringert.In addition, the specific number of rotors of the multicopter is irrelevant for the realization of the invention. In any case, by reducing the distance between two rotors, the overall expansion is reduced in at least one direction and the area required is thus reduced.

Besonders vorteilhaft ist die Erfindung bei einer größeren Anzahl an Rotoren. Häufig weisen Multicopter eine Vielzahl von Rotoren auf, die kreisförmig um die Kabine des Multicopters angeordnet sind, da so der Luftstrom der Rotoren nicht durch die Kabine gestört wird. Bevorzugt würden bei einer derartigen Anordnung der Rotoren diese in Richtung der Kabine, also in Richtung der Mitte des Kreises in dem sie angeordnet sind, bewegt werden und so die zum Landen und Starten benötigte Fläche deutlich reduziert werden. Dabei würden die Rotoren zumindest teilweise über die Kabine bewegt werden, die daraus sinkende Effizienz der Rotoren müsste dann durch eine höhere Drehzahl ausgeglichen werden. Eine Überdeckung der Rotoren ist auch möglich, gleichfalls muss dabei eine Kollision der Rotorblätter untereinander durch eine Höhenschichtung vermieden werden.The invention is particularly advantageous with a larger number of rotors. Multicopters often have a large number of rotors, which are arranged in a circle around the cabin of the multicopter, since the airflow from the rotors is not disturbed by the cabin. With such an arrangement of the rotors, they would preferably be moved in the direction of the cabin, ie in the direction of the center of the circle in which they are arranged, and the area required for landing and take-off would thus be significantly reduced. The rotors would be moved at least partially over the cabin, and the resulting reduction in rotor efficiency would then have to be compensated for by a higher speed. An overlapping of the rotors is also possible, but a collision of the rotor blades with each other must also be avoided by vertical stratification.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Multicopter mindestens einen Doppelrotor auf. Ein Doppelrotor ist dabei ein Rotor aufweisend zwei Rotorblätter die direkt übereinander angeordnet sind und um dieselbe Achse drehen. Vorteilhaft kann durch den Einsatz von Doppelrotoren der Platzbedarf weiter reduziert werden. Besonders bevorzugt haben die Rotorblätter dabei entgegengesetzte Drehrichtungen, wodurch sich vorteilhaft resultierende Momente ausgleichen.In a preferred embodiment, the multicopter has at least one double rotor. A double rotor is a rotor with two rotor blades that are arranged directly one above the other and rotate about the same axis. Advantageously, the space requirement can be further reduced by using double rotors. The rotor blades particularly preferably have opposite directions of rotation, as a result of which advantageously resulting torques are balanced.

Weiter bevorzugt sind die beiden Rotorblätter des Doppelrotors direkt übereinander angeordnet. Direkt übereinander bedeutet hier, dass die Verbindung des Doppelrotors mit dem Multicopter über ein Verbindungselement erfolgt, das über oder unter dem Doppelrotor angeordnet ist und nicht zwischen den beiden Rotorblättern. Vorteilhaft kann so eine Schwenkbarkeit des Doppelrotors gewährleistet werden, ohne dass die Gefahr einer Kollision eines Rotorblattes mit dem Schwenkmechanismus besteht.More preferably, the two rotor blades of the double rotor are arranged directly one above the other. Directly above each other here means that the double rotor is connected to the multicopter via a connecting element that is arranged above or below the double rotor and not between the two rotor blades. Pivotability of the double rotor can advantageously be ensured in this way without the risk of a rotor blade colliding with the pivoting mechanism.

In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung weist der Doppelrotor zwei Antriebseinheiten, beispielsweise Elektromotoren, auf, wobei jede Antriebseinheit ein Rotorblatt antreibt. Vorteilhaft sind die beiden Rotoren so getrennt ansteuerbar und es ist Redundanz für den Ausfall einer Antriebseinheit gegeben, wodurch die Flugsicherheit des Multicopters erhöht wird.In a further preferred embodiment, the double rotor has two drive units, for example electric motors, with each drive unit driving a rotor blade. Advantageously, the two rotors can be controlled separately and there is redundancy in the event of a drive unit failure, which increases the flight safety of the multicopter.

In einer alternativen Ausgestaltung werden beide Rotorblätter des Doppelrotors von einer Antriebseinheit angetrieben, wobei eine Verteileinrichtung (zum Beispiel ein Planetengetriebe) die Antriebskraft auf die beiden Rotorblätter verteilt. Vorteilhaft kann so die Leistungsdichte des Doppelrotors erhöht und eine Übersetzung integriert werden.In an alternative embodiment, both rotor blades of the double rotor are driven by a drive unit, with a distribution device (for example a planetary gear) distributing the drive force between the two rotor blades. In this way, the power density of the double rotor can advantageously be increased and a transmission can be integrated.

In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung weist der Multicopter mindestens einen Schwenkmechanismus für mindestens einen Rotor auf, durch den der Abstand von mindestens zwei Rotoren verkleinert werden kann. Die Schwenkachse kann dabei horizontal oder vertikal ausgerichtet sein.In a further preferred embodiment, the multicopter has at least one pivoting mechanism for at least one rotor, through which the distance between at least two rotors can be reduced. The pivot axis can be aligned horizontally or vertically.

Vorteilhaft wird bei einem Schwenkmechanismus mit horizontalter Schwenkachse die Kabelführung nur auf Biegung beansprucht und ein großer Verstellbereich gewährleistet. Dem steht ein vergleichsweise hoher Energiebedarf für die Verstellung gegenüber, da für die Verstellung die Rotoren entgegen ihrer Schubrichtung zu bewegen sind. Zudem besteht bei Nutzung eines Doppelrotors ein hoher konstruktiver Aufwand zur Verhinderung einer Kollision zwischen einem Rotorblatt und dem Schwenkmechanismus.In a swivel mechanism with a horizontal swivel axis, the cable guide is advantageously only subjected to bending and a large adjustment range is ensured. A ver Equally high energy requirement for the adjustment, since the rotors have to be moved in the opposite direction to their thrust for the adjustment. In addition, when using a double rotor, there is a high level of design effort to prevent a collision between a rotor blade and the pivoting mechanism.

Bei einem Schwenkmechanismus mit vertikaler Achse ist vorteilhaft nur ein sehr geringer Energieaufwand für den Schwenkvorgang notwendig. Auch hier ist vorteilhaft die Beanspruchung der Kabel beim Schwenkvorgang gering, da diese nur auf Biegung beansprucht werden. Nachteilig sind hohe Biegebelastungen in den Befestigungen der Rotoren.In the case of a pivoting mechanism with a vertical axis, only a very small amount of energy is advantageously required for the pivoting process. Here, too, the stress on the cables during the pivoting process is advantageously low, since they are only subjected to bending stress. A disadvantage are high bending loads in the fastenings of the rotors.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die Rotoren im Flugbetrieb an Abstandselementen seitlich an der Kabine angeordnet. Seitlich bedeutet hier, dass die Kabine nicht im Luftstrom der Rotoren liegt. Erfindungsgemäß wird der Abstand von mindestens zwei Rotoren gemindert, indem mindestens ein Rotor über ein im Abstandselement angeordnetes Gelenk mit horizontal ausgerichteter Schwenkachse nach oben geschwenkt wird. Bevorzugt sind zwei oder mehr Rotoren nach oben schwenkbar, besonders bevorzugt sind alle Rotoren schwenkbar. Das Gelenk sollte dabei so innerhalb des Abstandselementes angeordnet sein, dass durch die Schwenkbewegung der Rotor nicht mit der Kabine oder einem anderen Rotor kollidiert.In a particularly preferred embodiment, the rotors are arranged on spacer elements on the side of the cabin during flight operation. Sideways here means that the cabin is not in the air flow of the rotors. According to the invention, the distance between at least two rotors is reduced in that at least one rotor is pivoted upwards via a joint arranged in the spacer element with a horizontally aligned pivot axis. Two or more rotors are preferably pivotable upwards, particularly preferably all rotors are pivotable. The joint should be arranged within the spacer element in such a way that the pivoting movement of the rotor does not collide with the cabin or another rotor.

Besonders bevorzugt sind dabei die Gelenke sich überschneidender Rotoren in unterschiedlichen Abständen zur Kabine angeordnet. So kann auf einfache Weise eine Beabstandung beziehungsweise Höhenschichtung der Rotationsebenen der Rotorblätter in der Start- und Landeposition realisiert werden.The joints of overlapping rotors are particularly preferably arranged at different distances from the cabin. In this way, spacing or vertical stratification of the planes of rotation of the rotor blades in the take-off and landing positions can be realized in a simple manner.

Besonders bevorzugt weist das Abstandselement einen Doppelarm auf, so dass eine Parallelogrammführung während eines Schwenkvorgangs verwirklicht ist. Vorteilhaft wird so auf einfache Weise die Richtung der Rotationsachse des Rotors während des Schwenkvorganges unverändert gehalten.The spacer element particularly preferably has a double arm, so that a parallelogram guidance is implemented during a pivoting process. Advantageously, the direction of the axis of rotation of the rotor is kept unchanged during the pivoting process in a simple manner.

Vorteilhaft kann mittels eines Schwenkmechanismus der Abstand von mindestens zwei Rotoren mit einfachen technischen Mitteln gemindert werden. Weiter vorteilhaft kann hiermit mit einfachen technischen Mitteln eine Höhenschichtung der Rotoren für eine Überdeckung realisiert werden und von der Kabine zum Rotor führende Kabel werden lediglich auf Biegung beansprucht.Advantageously, the distance between at least two rotors can be reduced with simple technical means by means of a pivoting mechanism. In a further advantageous manner, a vertical layering of the rotors for an overlap can hereby be realized with simple technical means and cables leading from the cabin to the rotor are only subjected to bending stress.

In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung ist der mindestens eine Schwenkmechanismus selbsthemmend ausgestaltet, beispielsweise mittels einer selbsthemmenden Gewindespindel. Vorteilhaft kann so die Funktionssicherheit des Schwenkmechanismus und damit auch die Flugsicherheit des Multicopters gesteigert werden.In a further preferred embodiment, the at least one pivoting mechanism is designed to be self-locking, for example by means of a self-locking threaded spindle. The functional reliability of the pivoting mechanism and thus also the flight safety of the multicopter can be advantageously increased in this way.

In einer alternativen Ausgestaltung des Multicopters ist mindestens ein Rotor im rechten Winkel zu seiner Schubrichtung verschiebbar ausgebildet. Für die Verschiebbarkeit des Rotors kann dieser beispielsweise in einer Zwangsführung gelagert sein und beispielsweise hydraulisch oder pneumatisch bewegt werden. Vorteilhaft sind verschiebbare Rotoren technisch einfach zu realisieren und benötigen nur wenig Energie für die Verschiebung, da diese nur einen oder einen sehr geringen Anteil in Schubrichtung hat. Der für eine Überdeckung der Rotoren notwendige Abstand der Rotationsebenen kann dabei vorteilhaft in die Zwangsführung integriert werden.In an alternative embodiment of the multicopter, at least one rotor is designed to be displaceable at right angles to its direction of thrust. For the displaceability of the rotor, it can be mounted, for example, in a positive guide and can be moved, for example, hydraulically or pneumatically. Advantageously, displaceable rotors are technically easy to implement and require only little energy for the displacement, since this has only one or a very small proportion in the thrust direction. The distance between the planes of rotation necessary for overlapping the rotors can advantageously be integrated into the forced guidance.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Multicopters aufweisend mindestens zwei Rotoren deren Abstand veränderlich ist, wobei eine Flugposition der Rotoren durch einen großen Abstand und eine Start- und Landeposition durch einen geringen Abstand gekennzeichnet ist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) Abheben des Multicopters in Start- und Landeposition der Rotoren und in einem anschließenden Schritt b) das Bewegen der Rotoren in Flugposition, wobei die Rotoren von einer Start- und Landesposition in eine Flugposition und umgekehrt verlagert werden, die Rotoren sich jeweils in einer horizontalen Position befinden, die Drehachsen sich jeweils in einer vertikalen Position befinden, die Rotoren über horizontale Schwenkachsen horizontal entlang jeweils einer Schwenkbahn verschwenkt werden und die mindestens zwei relativ zueinander beweglichen Rotoren in die Start- und Landeposition bewegt werden, in der die Rotoren sich zumindest teilweise überschneiden.The method according to the invention for operating a multicopter having at least two rotors whose distance is variable, with a flight position of the rotors being characterized by a large distance and a takeoff and landing position by a small distance, characterized by the following method steps: a) Lifting off the multicopter in the start - and landing position of the rotors and in a subsequent step b) moving the rotors into the flight position, the rotors being shifted from a take-off and landing position to a flight position and vice versa, the rotors each being in a horizontal position, the axes of rotation each are in a vertical position, the rotors are pivoted horizontally via horizontal pivot axes along a respective pivot path and the at least two rotors movable relative to one another are moved into the take-off and landing position in which the rotors at least partially overlap.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred configurations of the invention result from the remaining features mentioned in the dependent claims.

Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.Unless stated otherwise in the individual case, the various embodiments of the invention mentioned in this application can advantageously be combined with one another.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 einen Multicopter mit schwenkbaren Rotoren in Flugposition,
2 den Multicopter während des Schwenkens der Rotoren,
3 den Multicopter in Start- und Landeposition,
4 eine nähere Darstellung des Schwenkmechanismus, und
5 einen Multicopter mit verschiebbarem Rotor.

The invention is explained below in exemplary embodiments with reference to the associated drawings. Show it:

1 a multicopter with swiveling rotors in flight position,
2 the multicopter while swiveling the rotors,
3 the multicopter in take-off and landing position,
4 a more detailed representation of the swivel mechanism, and
5 a multicopter with a shiftable rotor.

1 zeigt die Frontansicht eines erfindungsgemäßen Multicopters 1 mit zwei Rotoren 12 und 13 und einer Kabine 11. In der Figur sind die Rotoren des Multicopters 1 in Flugposition, also neben der Kabine 11 positioniert, so dass der Luftstrom s der Rotoren 12, 13 ungestört ist und diese mit maximaler Effizienz arbeiten. In der Flugposition hat der Multicopter 1 eine Breite bf. 1 shows the front view of a multicopter 1 according to the invention with two rotors 12 and 13 and a cabin 11. In the figure, the rotors of the multicopter 1 are in the flight position, i.e. positioned next to the cabin 11, so that the air flow s of the rotors 12, 13 is undisturbed and working with maximum efficiency. In the flight position, the multicopter 1 has a width bf.

Die Rotoren 12, 13 haben Rotorblätter 121, 131 und sind über Abstandshalter 122, 132 an der Kabine 11 befestigt. Die Abstandshalter 122, 132 sind dabei als Doppelarm ausgebildet, so dass die beiden Rotoren 12, 13 in Parallelogrammführung bewegt werden. Für die Schwenkbewegung weisen die Abstandshalter 122, 132 Gelenke 123, 133 auf, die eine horizontale Drehachse aufweisen.The rotors 12, 13 have rotor blades 121, 131 and are fixed to the cabin 11 via spacers 122, 132. The spacers 122, 132 are designed as a double arm, so that the two rotors 12, 13 are moved in a parallelogram. For the pivoting movement, the spacers 122, 132 have joints 123, 133 which have a horizontal axis of rotation.

2 zeigt den Multicopter 1 während des Schwenkvorgangs der Rotoren 12, 13. Das Schwenken der Rotoren 12, 13 erfolgt dabei auf einer Schwenkbahn 124, 134. 2 shows the multicopter 1 during the pivoting process of the rotors 12, 13. The pivoting of the rotors 12, 13 takes place on a pivot path 124, 134.

In der Darstellung in 3 ist die Schwenkbewegung der Rotoren 12, 13 beendet und diese sind, sich teilweise überdeckend, über der Kabine 11 positioniert. Durch die Überdeckung der Rotorblätter 121, 131 sowie durch die nun im Luftstrom befindliche Kabine 11 ist der Schub der Rotoren 12, 13 geringer, was durch eine höhere Drehzahl ausgeglichen werden muss. In der Start- und Landposition hat der Multicopter 1 eine Breite bs, die weniger als 60% der Breite bf in Flugposition entspricht und benötigt dadurch nur eine geringe Fläche 2 um zu landen.In the representation in 3 the pivoting movement of the rotors 12, 13 is complete and they are positioned above the cabin 11, partially overlapping. Due to the overlapping of the rotor blades 121, 131 and the cabin 11 now located in the air flow, the thrust of the rotors 12, 13 is lower, which has to be compensated for by a higher speed. In the take-off and landing position, the multicopter 1 has a width bs that corresponds to less than 60% of the width bf in the flight position and therefore requires only a small area 2 to land.

Das Gelenk 133 hat dabei einen größeren Abstand zur Kabine 11 als das Gelenk 123. Aus diesem unterschiedlichen Abstand resultiert die Höhenschichtung der Rotorblätter 121, 131. Das Rotorblatt 121 ist um die Abstandsdifferenz zwischen Gelenk 133, 123 und der Kabine 11 höher angeordnet als das Rotorblatt 131.The joint 133 is at a greater distance from the cabin 11 than the joint 123. This different distance results in the vertical stacking of the rotor blades 121, 131. The rotor blade 121 is arranged higher than the rotor blade by the difference in distance between the joint 133, 123 and the cabin 11 131

In 4 ist der Schwenkmechanismus näher dargestellt. Das Abstandselement 122 ist als Doppelarm ausgebildet. Innerhalb des Abstandselementes 122 ist das Kabel 125 zur Versorgung des Rotors 12 mit elektrischer Energie angeordnet. Vorteilhaft ist so die Beanspruchung des Kabels 125 sehr gering und es wird beim Schwenken nur auf Biegung beansprucht. Der Rotor 12 ist hier als Doppelrotor ausgebildet, mit zwei Rotorblättern 121 und 127. Die beiden Rotorblätter 121, 127 sind dabei direkt übereinander angeordnet, so dass diese die Schwenkbewegung nicht behindern. Die Kraft für die Schwenkbewegung wird durch eine selbsthemmende Gewindespindel 126 aufgebracht.In 4 the swivel mechanism is shown in more detail. The spacer element 122 is designed as a double arm. The cable 125 for supplying the rotor 12 with electrical energy is arranged inside the spacer element 122 . Advantageously, the stress on the cable 125 is very low and it is only subjected to bending stress during pivoting. The rotor 12 is designed here as a double rotor, with two rotor blades 121 and 127. The two rotor blades 121, 127 are arranged directly one above the other, so that they do not impede the pivoting movement. The force for the pivoting movement is applied by a self-locking threaded spindle 126.

5 zeigt einen Multicopter 1 mit verschiebbarem Rotor 12. Der Rotor 12 ist dafür in einer Schiene 128 beweglich angeordnet. Der Rotor 12 wird dabei ebenfalls über eine in der Figur nicht ersichtliche selbsthemmende Gewindespindel bewegt. Das Rotorblatt 121 ist dabei über der Schiene 128 und das Rotorblatt 127 unter der Schiene 128 angeordnet. Durch diese Anordnung können die auf die Schiene 128 wirkenden Kräfte reduziert werden. Der Rotor 12 kann entlang der Schiene 128 auf einem Verschiebeweg v verschoben werden. Innerhalb der Schiene 128 ist das Kabel 125 für die Versorgung des Rotors12 mit elektrischer Energie angeordnet. 5 1 shows a multicopter 1 with a displaceable rotor 12. The rotor 12 is movably arranged in a rail 128 for this purpose. The rotor 12 is also moved via a self-locking threaded spindle that cannot be seen in the figure. The rotor blade 121 is arranged above the rail 128 and the rotor blade 127 below the rail 128 . With this arrangement, the forces acting on the rail 128 can be reduced. The rotor 12 can be displaced along the rail 128 on a displacement path v. The cable 125 for supplying the rotor 12 with electrical energy is arranged inside the rail 128 .

BezugszeichenlisteReference List

11: Multicoptermulticopter
1111: Kabinecabin
1212: Rotorrotor
1313: Rotorrotor
121121: Rotorblattrotor blade
131131: Rotorblattrotor blade
122122: Abstandselementspacer element
132132: Abstandselementspacer element
123123: Gelenkjoint
133133: Gelenkjoint
124124: Schwenkbahnswivel track
134134: Schwenkbahnswivel track
125125: Kabelcable
126126: Gewindespindellead screw
127127: Rotorblattrotor blade
128128: Schienerail
22: Landeplatzlanding pad
bfbf: Breite FlugpositionWide flight position
bsbs: Breite StartpositionWide starting position
ss: Schubrichtungthrust direction
vv: Verschiebewegdisplacement path

Claims

Multicopter (1) having at least two rotors (12, 13), the rotors (12, 13) being relatively are movable in relation to one another and the direction of the axis of rotation of the at least two rotors (12, 13) remains constant during the movement, characterized in that the rotors (12, 12) can be displaced from a take-off and landing position to a flight position and vice versa, the rotors (12, 13) are each in a horizontal position, the axes of rotation are each in a vertical position, the rotors (12, 13) can be pivoted horizontally via horizontal pivot axes along a respective pivot path (124, 134) and the at least two relatively mutually movable rotors (12, 13) can be moved into the take-off and landing position in which the rotors (12, 13) at least partially overlap.

Multicopter (1) after claim 1 , characterized in that at least one rotor (12, 13) is designed as a double rotor.

Multicopter (1) after claim 2 , characterized in that the rotor blades (121, 127) of at least one double rotor are arranged directly one above the other.

Multicopter (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the multicopter (19) has at least one pivoting mechanism, by means of which at least two rotors (12, 13) can be moved relative to one another.

Multicopter (1) after claim 1 , characterized in that the pivoting mechanism is designed to be self-locking.

Multicopter (1), after claim 1 , characterized in that the pivoting mechanism has a parallelogram guide.

Multicopter (1) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one rotor (12, 13) is displaceably arranged.

Procedure for operating a multicopter (1) with the im claim 1 said features, wherein a flight position of the rotors (12, 13) is characterized by a large distance between the rotors (12, 13) and a take-off and landing position by a small distance between the rotors (12, 13), comprising the following method steps: a ) Lifting off the multicopter (1) in the take-off and landing position of the rotors (12, 13) and in a subsequent step b) moving the rotors (12, 13) into the flight position for the further flight, the rotors (12, 12) be shifted from a take-off and landing position to a flight position and vice versa, the rotors (12, 13) are each in a horizontal position, the axes of rotation are each in a vertical position, the rotors (12, 13) are horizontal via horizontal pivot axes are pivoted along a respective pivot path (124, 134) and the at least two rotors (12, 13) movable relative to one another are moved into the take-off and landing position in which the rotors (12, 13) are at least partially overlap.

procedure after claim 8 , characterized in that before the multicopter (1) lands, the rotors (12, 13) are moved in a further step c) into the take-off and landing positions.