Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7569262B2 - Multicopter - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7569262B2 - Multicopter - Google Patents

Multicopter Download PDF

Info

Publication number
JP7569262B2
JP7569262B2 JP2021073393A JP2021073393A JP7569262B2 JP 7569262 B2 JP7569262 B2 JP 7569262B2 JP 2021073393 A JP2021073393 A JP 2021073393A JP 2021073393 A JP2021073393 A JP 2021073393A JP 7569262 B2 JP7569262 B2 JP 7569262B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
multicopter
battery
altitude
aircraft
soc
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021073393A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022167542A (en
Inventor
翔一朗 竹川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aisan Industry Co Ltd
Original Assignee
Aisan Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aisan Industry Co Ltd filed Critical Aisan Industry Co Ltd
Priority to JP2021073393A priority Critical patent/JP7569262B2/en
Publication of JP2022167542A publication Critical patent/JP2022167542A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7569262B2 publication Critical patent/JP7569262B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Description

本開示は、マルチコプタに関する。 This disclosure relates to a multicopter.

マルチコプタに関する文献として、特許文献1には、バッテリと、このバッテリに電力を供給する発電機と、を有するマルチコプタが開示されている。そして、この特許文献1に開示されるマルチコプタでは、バッテリの充電残量が少ない場合に、マルチコプタの飛行を制限しつつ、飛行するための電力を発電機から供給しつつ、残余分をバッテリに供給している。 As a document related to multicopters, Patent Document 1 discloses a multicopter having a battery and a generator that supplies power to the battery. In the multicopter disclosed in Patent Document 1, when the remaining charge in the battery is low, the flight of the multicopter is restricted, power for flight is supplied from the generator, and the remaining power is supplied to the battery.

特開2020-138594号公報JP 2020-138594 A

マルチコプタの飛行中に異常事態が発生して発電機が停止した場合、マルチコプタを緊急着陸させることが望ましい。ここで、バッテリは通常、そのSOC(State Of Charge、充電率)が所定の使用範囲内に保持されるように、発電機でバッテリ残量が管理されているが、その使用範囲はマルチコプタの機体の高度によらず、一定に定められていることが多い。そのため、仮にSOCの使用範囲の下限値付近で発電機が停止した場合に、機体の高度によっては、着陸に必要なエネルギ量が不足して、バッテリ単体で安定して緊急着陸できないおそれがある。なお、特許文献1においては、このように機体の高度によっては安定して緊急着陸できないおそれに関しては、何ら開示されていない。 If an abnormality occurs during flight of a multicopter and the generator stops, it is desirable to make an emergency landing of the multicopter. Here, the remaining battery charge of the battery is usually managed by the generator so that the SOC (State of Charge) is maintained within a predetermined usage range, but the usage range is often set to a fixed value regardless of the altitude of the multicopter's aircraft. Therefore, if the generator stops near the lower limit of the SOC usage range, depending on the altitude of the aircraft, the amount of energy required for landing may be insufficient, and a stable emergency landing may not be possible with the battery alone. Note that Patent Document 1 does not disclose anything about the possibility of a stable emergency landing not being possible depending on the altitude of the aircraft.

そこで、本開示は上記した課題を解決するためになされたものであり、どの高度からでも安定して緊急着陸できるマルチコプタを提供することを目的とする。 Therefore, this disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a multicopter that can make a stable emergency landing from any altitude.

上記課題を解決するためになされた本開示の一形態は、機体と、前記機体を飛行させる電力を充放電可能なバッテリと、前記バッテリに前記電力を供給する発電機と、を有するマルチコプタにおいて、前記機体の高度が高いほど前記バッテリの充電率使用範囲の下限値を高くする制御部を有すること、を特徴とする。 One form of the present disclosure made to solve the above problems is characterized in that a multicopter having an aircraft, a battery capable of charging and discharging power to fly the aircraft, and a generator that supplies the power to the battery has a control unit that raises the lower limit of the battery's charging rate usage range the higher the altitude of the aircraft.

この態様によれば、機体の高度が高いほどバッテリの充電率使用範囲の下限値を高くすることにより、マルチコプタの飛行中に発電機が異常停止した場合であっても、バッテリ単体でマルチコプタを安定して緊急着陸させることができるように最低限のバッテリの充電率を常に確保しておくことができる。そのため、マルチコプタは、どの高度からでも、バッテリの電力のみを使用して、安定して緊急着陸できる。 According to this embodiment, by setting the lower limit of the battery charging rate usage range higher as the altitude of the aircraft increases , even if the generator stops abnormally during flight of the multicopter, a minimum battery charging rate can be always ensured so that the multicopter can make a stable emergency landing using only the battery power, regardless of the altitude.

上記の態様においては、前記制御部は、前記バッテリの充電率が前記充電率使用範囲の下限値未満である場合に、前記発電機を前記バッテリに前記電力を急速充電させるための充電モードで運転させること、が好ましい。 In the above aspect, it is preferable that the control unit operates the generator in a charging mode for rapidly charging the battery with the power when the charging rate of the battery is less than the lower limit of the charging rate usage range.

この態様によれば、発電機を充電モードで運転させてバッテリに電力を急速充電させることにより、バッテリ単体でマルチコプタを安定して緊急着陸できるようにバッテリの充電率を確保しておくことができる。そのため、マルチコプタは、より確実に、どの高度からも安定して緊急着陸できる。 According to this embodiment, by operating the generator in charging mode to rapidly charge the battery, the battery charge rate can be ensured so that the multicopter can make a stable emergency landing using only the battery. This allows the multicopter to make a stable emergency landing from any altitude more reliably.

上記の態様においては、前記制御部は、風速に応じて緊急時着陸速度を算出し、前記緊急時着陸速度が遅いほど前記充電率使用範囲の下限値を高くすること、が好ましい。 In the above aspect, it is preferable that the control unit calculates an emergency landing speed in accordance with wind speed , and sets a lower limit value of the charging rate usage range higher as the emergency landing speed is slower .

この態様によれば、マルチコプタは、強風下においても機体の姿勢を崩さずに、どの高度からも安定して緊急着陸できる。 This allows the multicopter to make a stable emergency landing from any altitude without losing its aircraft attitude, even in strong winds.

本開示のマルチコプタによれば、どの高度からでも安定して緊急着陸できる。 The multicopter disclosed herein can perform a stable emergency landing from any altitude.

第1,2実施形態のマルチコプタの外観斜視図である。FIG. 1 is an external perspective view of a multicopter according to first and second embodiments. 第1実施形態のマルチコプタの構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a multicopter according to a first embodiment. 第1,2実施形態で行う制御の内容を示すフローチャート図である。FIG. 4 is a flowchart showing the contents of control performed in the first and second embodiments. 第1実施形態のSOC下限値の算出方法を表したフローチャート図である。FIG. 4 is a flowchart illustrating a method for calculating an SOC lower limit value according to the first embodiment. 機体の高度と着陸に必要なエネルギ量との関係を規定したマップの一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a map that defines the relationship between aircraft altitude and the amount of energy required for landing. 現在の満充電容量と着陸に必要なエネルギ量とを示した図である。FIG. 2 is a diagram showing the current full charge capacity and the amount of energy required for landing. マルチコプタの飛行の様子とSOC下限値とを示した図である。1 is a diagram showing the flight state of a multicopter and a lower limit value of SOC. 第2実施形態のマルチコプタの構成を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of a multicopter according to a second embodiment. 第2実施形態のSOC下限値の算出方法を表したフローチャート図である。FIG. 11 is a flowchart illustrating a method for calculating an SOC lower limit value according to a second embodiment. 対気速度と対地速度と風速との関係を説明した図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between airspeed, ground speed, and wind speed. 風速の大きさと緊急時着陸速度との関係を規定したマップの一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a map defining the relationship between wind speed and emergency landing speed. 機体の高度と着陸に必要なエネルギ量と緊急時着陸速度との関係を規定したマップの一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a map that defines the relationship between the aircraft altitude, the amount of energy required for landing, and the emergency landing speed.

以下、本開示のマルチコプタの実施形態について説明する。 The following describes an embodiment of the multicopter disclosed herein.

〔第1実施形態〕
まず、第1実施形態について説明する。
First Embodiment
First, the first embodiment will be described.

<マルチコプタの概要>
(マルチコプタの構成)
図1に示すように、本実施形態のマルチコプタ1は、機体11とエンジン発電ユニット12を有する。
<Overview of Multicopter>
(Multicopter configuration)
As shown in FIG. 1 , the multicopter 1 of this embodiment has an airframe 11 and an engine-generator unit 12 .

機体11には、プロペラ21とモータ22と機体本体部23が設けられている。 The aircraft 11 is provided with a propeller 21, a motor 22, and an aircraft main body 23.

プロペラ21は、複数設けられている。そして、この複数のプロペラ21を回転させることにより、マルチコプタ1は飛行する。 There are multiple propellers 21. The multicopter 1 flies by rotating these multiple propellers 21.

モータ22は、各々のプロペラ21に設けられ、プロペラ21を回転させる。モータ22は、図2に示すように、後述するパワーコントロールユニット(以下、「PCU」という。)32を介して、後述するバッテリ31やエンジン発電ユニット12(詳しくは、ジェネレータ42)に電気的に接続されている。これにより、エンジン発電ユニット12にて発電された電力(発電電流)やバッテリ31から放電される電力(放電電流)が、PCU32を介して、例えば供給電流として、モータ22に供給される。 The motor 22 is provided on each propeller 21 and rotates the propeller 21. As shown in FIG. 2, the motor 22 is electrically connected to a battery 31 and the engine generator unit 12 (more specifically, a generator 42) via a power control unit (hereinafter referred to as "PCU") 32, which will be described later. As a result, the power (generated current) generated by the engine generator unit 12 and the power (discharge current) discharged from the battery 31 are supplied to the motor 22 via the PCU 32, for example as a supply current.

機体本体部23には、図2に示すように、バッテリ31と、PCU32と、高度センサ33が設けられている。 As shown in FIG. 2, the aircraft main body 23 is provided with a battery 31, a PCU 32, and an altitude sensor 33.

バッテリ31は、機体11を飛行させる電力を充放電可能な充放電部(二次電池、蓄電池)である。図2に示すように、バッテリ31は、PCU32を介して、エンジン発電ユニット12(詳しくは、ジェネレータ42)と電気的に接続されており、エンジン発電ユニット12で発電された電力を充電する。また、バッテリ31は、PCU32を介して、モータ22と電気的に接続されており、モータ22に供給する電力を放電する。 The battery 31 is a charging/discharging unit (secondary battery, storage battery) that can charge and discharge the power to fly the aircraft 11. As shown in FIG. 2, the battery 31 is electrically connected to the engine generator unit 12 (more specifically, the generator 42) via the PCU 32, and charges the battery with the power generated by the engine generator unit 12. The battery 31 is also electrically connected to the motor 22 via the PCU 32, and discharges the power to be supplied to the motor 22.

PCU32は、小型のコンピュータとして構成されており、マルチコプタ1の全体を制御する。例えば、PCU32は、エンジン41の駆動を制御して、ジェネレータ42での発電を制御する。このPCU32は、エンジン発電ユニット12で発電された電力を受給したり、バッテリ31との間で電力(充放電電流)の供給および受給を行ったり、モータ22へ電力(供給電流)を供給したりする。 The PCU 32 is configured as a small computer and controls the entire multicopter 1. For example, the PCU 32 controls the operation of the engine 41 and controls the power generation by the generator 42. The PCU 32 receives power generated by the engine generator unit 12, supplies and receives power (charging and discharging current) to and from the battery 31, and supplies power (supply current) to the motor 22.

高度センサ33は、機体11の高度(すなわち、マルチコプタ1の高度)を計測する高度取得部である。そして、PCU32は、この高度センサ33で計測した機体11の高度の情報(現在高度情報)を取得する。 The altitude sensor 33 is an altitude acquisition unit that measures the altitude of the aircraft 11 (i.e., the altitude of the multicopter 1). The PCU 32 then acquires information on the altitude of the aircraft 11 measured by this altitude sensor 33 (current altitude information).

エンジン発電ユニット12は、図1と図2に示すように、エンジン41とジェネレータ(すなわち、発電機)42を備えている。エンジン41は、ジェネレータ42の動力源であって、例えば、小型のディーゼルエンジンやレシプロエンジンなどである。すなわち、エンジン41は、モータ22またはバッテリ31へ供給する電力(すなわち、機体11を飛行させる電力)をジェネレータ42で発電するために駆動する。ジェネレータ42は、バッテリ31に電力を供給する。 As shown in Figures 1 and 2, the engine generator unit 12 includes an engine 41 and a generator (i.e., a power generator) 42. The engine 41 is the power source for the generator 42, and is, for example, a small diesel engine or a reciprocating engine. That is, the engine 41 drives the generator 42 to generate electricity to be supplied to the motor 22 or the battery 31 (i.e., the electricity to fly the aircraft 11). The generator 42 supplies power to the battery 31.

また、本実施形態のマルチコプタ1においては、モータ22とバッテリ31とエンジン41によりシリーズハイブリッドシステムが構成されている。すなわち、マルチコプタ1においては、エンジン41が発電のみに使用され、モータ22がプロペラ21の駆動に使用され、さらに電力を回収するためのバッテリ31を有するシステムが構成されている。このようにして、マルチコプタ1は、エンジン41の駆動によりジェネレータ42にて発電し、発電した電力でモータ22を駆動してプロペラ21を駆動することにより、飛行する。また、マルチコプタ1は、エンジン41の駆動によりジェネレータ42にて発電した際の余剰電力を、バッテリ31に一旦蓄え、必要に応じてモータ22の駆動に用いる。 In addition, in the multicopter 1 of this embodiment, a series hybrid system is configured with the motor 22, battery 31, and engine 41. That is, in the multicopter 1, the engine 41 is used only for generating electricity, the motor 22 is used to drive the propeller 21, and a system is configured with the battery 31 for recovering electricity. In this way, the multicopter 1 flies by generating electricity in the generator 42 driven by the engine 41, and using the generated electricity to drive the motor 22 and drive the propeller 21. In addition, the multicopter 1 temporarily stores surplus electricity generated by the generator 42 driven by the engine 41 in the battery 31, and uses it to drive the motor 22 as needed.

(マルチコプタの作用)
このような構成のマルチコプタ1は、モータ22に電力を供給し、複数のプロペラ21を回転させることにより飛行する。そして、プロペラ21の回転数を制御し、プロペラ21の回転によって得られる揚力をマルチコプタ1自体の重力とバランスさせることで、マルチコプタ1のホバリング飛行や前進・後進・左右移動飛行を実現させることができる。また、プロペラ21により発生させる揚力を大きくしてマルチコプタ1の上昇飛行を実現させることができ、プロペラ21により発生させる揚力を小さくしてマルチコプタ1の下降飛行を実現させることができる。
(Multicopter action)
The multicopter 1 configured as described above flies by supplying power to the motor 22 and rotating the multiple propellers 21. The rotation speed of the propellers 21 is controlled and the lift obtained by the rotation of the propellers 21 is balanced with the gravity of the multicopter 1 itself, thereby realizing hovering flight and forward, backward, and left-right movement flight of the multicopter 1. In addition, by increasing the lift generated by the propellers 21, the multicopter 1 can achieve ascending flight, and by decreasing the lift generated by the propellers 21, the multicopter 1 can achieve descending flight.

<SOCの管理について>
本実施形態では、エンジン発電ユニット12が何らかの原因により停止した場合でも、どの高度からもバッテリ31単体でマルチコプタ1を安定して緊急着陸できるように、PCU32によりバッテリ31のSOCを制御して管理する。
<SOC management>
In this embodiment, the SOC of the battery 31 is controlled and managed by the PCU 32 so that the multicopter 1 can make a stable emergency landing using only the battery 31 from any altitude, even if the engine generator unit 12 stops for some reason.

具体的には、PCU32は、図3に示すフローチャートに基づく制御を行う。 Specifically, the PCU 32 performs control based on the flowchart shown in Figure 3.

図3に示すように、まず、PCU32は、SOC下限値を算出する(ステップS1)。ここで、「SOC下限値」は、バッテリ31のSOCの使用範囲(充電率使用範囲)の下限値である。 As shown in FIG. 3, first, the PCU 32 calculates the SOC lower limit (step S1). Here, the "SOC lower limit" is the lower limit of the SOC usage range (charging rate usage range) of the battery 31.

本実施形態では、PCU32は、図4に示すようにSOC下限値を算出する。図4に示すように、PCU32は、高度センサ33から現在の機体11の高度を取得する(ステップS11)。なお、PCU32は、高度センサ33から現在の機体11の高度を取得する代わりに、後述するGPS53から機体11の位置情報を取得して、この取得した位置情報から現在の機体11の高度を算出してもよい。 In this embodiment, the PCU 32 calculates the SOC lower limit value as shown in Figure 4. As shown in Figure 4, the PCU 32 acquires the current altitude of the aircraft 11 from the altitude sensor 33 (step S11). Note that instead of acquiring the current altitude of the aircraft 11 from the altitude sensor 33, the PCU 32 may acquire position information of the aircraft 11 from the GPS 53 described below and calculate the current altitude of the aircraft 11 from the acquired position information.

次に、PCU32は、例えば図5に示すマップを用いて、バッテリ31単体での着陸に必要な総エネルギ量、すなわち、エンジン発電ユニット12が停止した場合にバッテリ31単体でマルチコプタ1を安定して緊急着陸させるために必要な総エネルギ量(以下、「着陸に必要なエネルギ量」という。)を算出する(ステップS12)。 Next, the PCU 32 uses, for example, the map shown in FIG. 5 to calculate the total amount of energy required for landing using the battery 31 alone, i.e., the total amount of energy required for the battery 31 alone to make a stable emergency landing of the multicopter 1 if the engine generator unit 12 stops (hereinafter referred to as the "amount of energy required for landing") (step S12).

図5は、機体11の高度と着陸に必要なエネルギ量との関係を規定したマップである。図5に示すように、機体11の高度が高いほど、着陸に必要なエネルギ量が多くなる。なお、図5は、緊急時着陸速度が3m/sである場合の一例を示している。また、図5のマップにおいて、緊急時着陸速度が遅くなると、緊急着陸するために多くの時間を要するので、着陸に必要なエネルギ量が多くなる。一方、緊急時着陸速度が速くなると、緊急着陸するためにあまり時間を要しないので、着陸に必要なエネルギ量が少なくなる。 Figure 5 is a map that specifies the relationship between the altitude of the aircraft 11 and the amount of energy required for landing. As shown in Figure 5, the higher the altitude of the aircraft 11, the greater the amount of energy required for landing. Note that Figure 5 shows an example in which the emergency landing speed is 3 m/s. Also, in the map of Figure 5, if the emergency landing speed is slow, more time is required to make an emergency landing, so more energy is required for landing. On the other hand, if the emergency landing speed is fast, less time is required to make an emergency landing, so less energy is required for landing.

次に、PCU32は、ステップS12で算出した着陸に必要なエネルギ量を用いて、SOC下限値を算出する(ステップS13)。 Next, the PCU 32 calculates the lower limit SOC value using the amount of energy required for landing calculated in step S12 (step S13).

具体的には、PCU32は、図6に示すように、バッテリ31における「初期の満充電容量」からバッテリ31の劣化分の容量低下を考慮した「現在の満充電容量」と、「着陸に必要なエネルギ量」とに基づいて、下記の数式を用いて、SOC下限値を算出する。なお、「満充電容量」とは、バッテリ31が完全に充電された状態から取り出し可能な容量である。
[数1]
SOC下限値=(着陸に必要なエネルギ量)/(現在の満充電容量)
Specifically, as shown in Fig. 6, the PCU 32 calculates the SOC lower limit value using the following formula based on the "current full charge capacity" of the battery 31, which takes into account the capacity reduction due to deterioration of the battery 31 from the "initial full charge capacity" of the battery 31, and on the "amount of energy required for landing". Note that the "full charge capacity" is the capacity that can be taken out from the battery 31 in a fully charged state.
[Equation 1]
SOC lower limit = (amount of energy required for landing) / (current full charge capacity)

このようにして、PCU32は、SOC下限値を算出することにより、機体11の高度に応じてSOC下限値を変化させる。 In this way, the PCU 32 calculates the SOC lower limit value and changes the SOC lower limit value depending on the altitude of the aircraft 11.

そして、図3の説明に戻って、PCU32は、現在のSOCが、ステップS1で算出したSOC下限値未満であるか否かを判断する(ステップS2)。なお、PCU32は、バッテリ31からSOC情報(図2参照)として、現在のSOCを取得する。 Returning to the explanation of FIG. 3, the PCU 32 determines whether the current SOC is less than the SOC lower limit calculated in step S1 (step S2). The PCU 32 obtains the current SOC from the battery 31 as SOC information (see FIG. 2).

そして、PCU32は、現在のSOCがSOC下限値未満であると判断した場合(ステップS2:YES)には、発電機充電出力点動作指示を行う(ステップS3)。ここで、「発電機充電出力点動作指示を行う」とは、エンジン発電ユニット12に対してバッテリ31に電力を急速充電させる充電モードで運転するように指示を行う、ということである。そして、このようにして、PCU32は、現在のSOCがSOC下限値未満である場合に、エンジン発電ユニット12を充電モードで運転させる。 If the PCU 32 determines that the current SOC is less than the SOC lower limit (step S2: YES), it issues a generator charging output point operation instruction (step S3). Here, "issuing a generator charging output point operation instruction" means issuing an instruction to the engine generating unit 12 to operate in a charging mode that rapidly charges the battery 31 with power. In this way, the PCU 32 operates the engine generating unit 12 in the charging mode when the current SOC is less than the SOC lower limit.

一方、PCU32は、現在のSOCが、SOC下限値以上(ステップS2:NO)であって、かつ、SOC上限値以上であると判断した場合(ステップS4:YES)には、発電機最適燃費出力点動作指示を行う(ステップS5)。ここで、「発電機最適燃費出力点動作指示を行う」とは、エンジン発電ユニット12に対して最適な燃費で運転する燃費モードで運転するように指示を行う、ということである。そして、このようにして、PCU32は、現在のSOCがSOC上限値以上である場合に、エンジン発電ユニット12を燃費モードで運転させる。なお、「SOC上限値」は、バッテリ31のSOCの使用範囲の上限値である。 On the other hand, if the PCU 32 determines that the current SOC is equal to or greater than the SOC lower limit (step S2: NO) and equal to or greater than the SOC upper limit (step S4: YES), it issues a generator optimal fuel efficiency output point operation instruction (step S5). Here, "issuing a generator optimal fuel efficiency output point operation instruction" means issuing an instruction to the engine-generator unit 12 to operate in a fuel efficiency mode that provides optimal fuel efficiency. In this way, when the current SOC is equal to or greater than the SOC upper limit, the PCU 32 operates the engine-generator unit 12 in the fuel efficiency mode. The "SOC upper limit" is the upper limit of the usable range of the SOC of the battery 31.

また、PCU32は、現在のSOCが、SOC下限値以上(ステップS4:NO)であって、かつ、SOC上限値未満であると判断した場合(ステップS4:NO)には、ステップS1の処理に戻る。 If the PCU 32 determines that the current SOC is equal to or greater than the lower SOC limit (step S4: NO) and less than the upper SOC limit (step S4: NO), the process returns to step S1.

以上のような制御が行われることにより、図7に示すようなマルチコプタ1の飛行が行なわれる。図7に示すように、高度一定巡行(すなわち、機体11の高度を一定にした飛行)を行っている状態から、機体11の高度を上げると、着陸に必要なエネルギ量が多くなるので、SOC下限値を高くして、高度一定巡行を行う。そして、その後、機体11の高度を下げると、着陸に必要なエネルギ量が少なくなるので、SOC下限値を低くして、高度一定巡行を行う。 By carrying out the above-mentioned control, the multicopter 1 is flown as shown in Figure 7. As shown in Figure 7, when the altitude of the aircraft 11 is increased from a state of constant altitude cruising (i.e., flight with the aircraft 11 at a constant altitude), the amount of energy required for landing increases, so the SOC lower limit is increased and constant altitude cruising is performed. Then, when the altitude of the aircraft 11 is subsequently lowered, the amount of energy required for landing decreases, so the SOC lower limit is lowered and constant altitude cruising is performed.

本実施形態によれば、PCU32は、機体11の高度に応じて、バッテリ31のSOC下限値を変化させる。 According to this embodiment, the PCU 32 changes the lower limit of the SOC of the battery 31 depending on the altitude of the aircraft 11.

このようにして、機体11の高度に応じてSOC下限値を変化させておくことにより、マルチコプタ1の飛行中にエンジン発電ユニット12が異常停止した場合であっても、バッテリ31単体でマルチコプタ1を安定して緊急着陸させることができるように最低限のバッテリ31のSOCを常に確保しておくことができる。そのため、マルチコプタ1は、どの高度からでも、バッテリ31の電力のみを使用して、安定して緊急着陸できる。 In this way, by changing the SOC lower limit value according to the altitude of the aircraft 11, a minimum SOC of the battery 31 can always be ensured so that the multicopter 1 can make a stable emergency landing using only the battery 31, even if the engine generator unit 12 stops abnormally while the multicopter 1 is flying. Therefore, the multicopter 1 can make a stable emergency landing using only the power of the battery 31, regardless of the altitude.

また、従来は、図7の破線で示すように、SOC下限値を高めに設定して、SOCの使用範囲が狭かったので、バッテリ31の充放電回数が多くなる傾向にあった。これに対し、本実施形態では、SOC上限値を変えずにSOC下限値を低めに設定することにより、SOCの使用範囲が広がるので、バッテリ31の充放電回数が少なくなり、バッテリ31の劣化速度を抑えることができる。 Also, in the past, as shown by the dashed line in Figure 7, the SOC lower limit was set high and the usable range of SOC was narrow, which tended to increase the number of times the battery 31 was charged and discharged. In contrast, in this embodiment, the SOC lower limit is set low without changing the SOC upper limit, which widens the usable range of SOC, thereby reducing the number of times the battery 31 is charged and discharged, and suppressing the rate at which the battery 31 deteriorates.

例えば機体11の高度を上げた場合や、マルチコプタ1が風などの外乱の影響を受けた場合には、モータ22における電力の消費が多くなって、バッテリ31のSOCがSOC下限値未満になる可能性がある。 For example, if the altitude of the aircraft 11 is increased or if the multicopter 1 is affected by external disturbances such as wind, the power consumption of the motor 22 increases, and the SOC of the battery 31 may fall below the lower SOC limit.

そこで、PCU32は、バッテリ31のSOCがSOC下限値未満である場合に、エンジン発電ユニット12を充電モードで運転させる。 Therefore, when the SOC of the battery 31 is below the lower SOC limit, the PCU 32 operates the engine generator unit 12 in charging mode.

このようにして、エンジン発電ユニット12を充電モードで運転させてバッテリ31に電力を急速充電させることにより、バッテリ31単体でマルチコプタ1を安定して緊急着陸できるようにバッテリ31のSOCを確保しておくことができる。そのため、マルチコプタ1は、より確実に、どの高度からも安定して緊急着陸できる。 In this way, by operating the engine generator unit 12 in charging mode to rapidly charge the battery 31 with power, the SOC of the battery 31 can be secured so that the multicopter 1 can make a stable emergency landing using the battery 31 alone. Therefore, the multicopter 1 can make a stable emergency landing from any altitude more reliably.

〔第2実施形態〕
次に、第2実施形態について説明するが、第1実施形態と異なる点のみ説明し、第1実施形態と共通する点の説明は省略する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment will be described, but only the points different from the first embodiment will be described, and a description of the points in common with the first embodiment will be omitted.

マルチコプタ1が緊急着陸するため下降している時に、風速が大きいと、マルチコプタ1の姿勢が安定し難い。そして、このように風速が大きくマルチコプタ1の姿勢が安定し難い状況下で、緊急時着陸速度(すなわち、緊急着陸する際の下降速度)が速すぎると、マルチコプタ1が姿勢を崩して安定して緊急着陸できないおそれがある。 When the multicopter 1 is descending to make an emergency landing, if the wind speed is high, it is difficult for the attitude of the multicopter 1 to stabilize. In such a situation where the wind speed is high and the attitude of the multicopter 1 is difficult to stabilize, if the emergency landing speed (i.e., the descent speed during an emergency landing) is too fast, there is a risk that the multicopter 1 will lose its attitude and will not be able to make a stable emergency landing.

そこで、本実施形態では、PCU32は、現在の風速を常に算出して、算出した風速に応じて、緊急時着陸速度を変える。例えば、PCU32は、風速が大きいほど、緊急時着陸速度を遅くする。 Therefore, in this embodiment, the PCU 32 constantly calculates the current wind speed and changes the emergency landing speed according to the calculated wind speed. For example, the PCU 32 slows the emergency landing speed as the wind speed increases.

このようにして、本実施形態では、PCU32は、算出した風速に応じて緊急時着陸速度を変えるが、緊急時着陸速度が変わると、着陸までに要するエネルギ量も変わってしまう。例えば、緊急時着陸速度を遅くするほど、着陸までに要するエネルギ量が多くなってしまう。そうすると、機体11の高度によっては、着陸に必要なエネルギ量が不足して、バッテリ31単体で安定して緊急着陸できないおそれがある。 In this manner, in this embodiment, the PCU 32 changes the emergency landing speed according to the calculated wind speed, but when the emergency landing speed changes, the amount of energy required for landing also changes. For example, the slower the emergency landing speed, the greater the amount of energy required for landing. As a result, depending on the altitude of the aircraft 11, there is a risk that the amount of energy required for landing will be insufficient, making it impossible to perform a stable emergency landing using the battery 31 alone.

そこで、本実施形態では、PCU32は、風速に応じて算出した緊急時着陸速度に応じて、SOC下限値を変化させる。すなわち、PCU32は、機体11の高度と、風速に応じて算出した緊急時着陸速度とに応じて、SOC下限値を変化させる。このようにして、PCU32は、機体11の高度に応じてSOC下限値を変化させる際には、風速に応じて算出した緊急時着陸速度も考慮してSOC下限値を変化させる。 Therefore, in this embodiment, the PCU 32 changes the SOC lower limit value according to the emergency landing speed calculated according to the wind speed. That is, the PCU 32 changes the SOC lower limit value according to the altitude of the aircraft 11 and the emergency landing speed calculated according to the wind speed. In this way, when the PCU 32 changes the SOC lower limit value according to the altitude of the aircraft 11, it also changes the SOC lower limit value taking into account the emergency landing speed calculated according to the wind speed.

本実施形態では、図8に示すように、機体11の機体本体部23は、フライトコントローラ51と、対気速度センサ52と、GPS53を備えている。 In this embodiment, as shown in FIG. 8, the aircraft body 23 of the aircraft 11 is equipped with a flight controller 51, an airspeed sensor 52, and a GPS 53.

フライトコントローラ51は、マルチコプタ1の飛行の制御を行う飛行制御部である。対気速度センサ52は、対気速度を計測する対気速度計測部である。GPS(すなわち、GPSセンサ)53は、マルチコプタ1の位置を計測する位置計測部である。 The flight controller 51 is a flight control unit that controls the flight of the multicopter 1. The airspeed sensor 52 is an airspeed measurement unit that measures the airspeed. The GPS (i.e., a GPS sensor) 53 is a position measurement unit that measures the position of the multicopter 1.

そして、本実施形態では、PCU32は、前記の図3のステップS3においてSOC下限値を算出するときに、図9に示すようにしてSOC下限値を算出する。 In this embodiment, when the PCU 32 calculates the SOC lower limit value in step S3 of FIG. 3, the PCU 32 calculates the SOC lower limit value as shown in FIG. 9.

図9に示すように、まず、PCU32は、対気速度センサ52により対気速度を計測する(ステップS21)。具体的には、PCU32は、対気速度情報として、フライトコントローラ51を介して対気速度センサ52から対気速度の計測値を取得する。 As shown in FIG. 9, first, the PCU 32 measures the airspeed using the airspeed sensor 52 (step S21). Specifically, the PCU 32 acquires the measured airspeed value from the airspeed sensor 52 via the flight controller 51 as the airspeed information.

次に、PCU32は、GPS53により対地速度を計測する(ステップS22)。具体的には、PCU32は、対地速度情報として、フライトコントローラ51を介してGPS53から対地速度の計測値を取得する。 Next, the PCU 32 measures the ground speed using the GPS 53 (step S22). Specifically, the PCU 32 acquires the ground speed measurement value from the GPS 53 via the flight controller 51 as the ground speed information.

次に、PCU32は、図10に示すように対気速度と対地速度に基づいて、風速を算出する(ステップS23)。 Next, the PCU 32 calculates the wind speed based on the airspeed and ground speed as shown in FIG. 10 (step S23).

次に、PCU32は、ステップS23で算出した風速に基づいて、例えば図11に示すマップを用いて、緊急時着陸速度を算出する(ステップS24)。なお、図11は、風速の大きさと、緊急時着陸速度との関係を規定したマップである。このようにして、風速に応じて、緊急時着陸速度を変える。すなわち、風速が大きいほど、緊急時着陸速度を遅くする。 Next, the PCU 32 calculates the emergency landing speed based on the wind speed calculated in step S23, for example using the map shown in FIG. 11 (step S24). Note that FIG. 11 is a map that specifies the relationship between the magnitude of the wind speed and the emergency landing speed. In this way, the emergency landing speed is changed according to the wind speed. In other words, the higher the wind speed, the slower the emergency landing speed is.

次に、PCU32は、前記のステップS11と同様にして、現在の機体11の高度を取得する(ステップS25)。 Next, the PCU 32 obtains the current altitude of the aircraft 11 in the same manner as in step S11 above (step S25).

次に、PCU32は、例えば図12に示すマップを用いて、着陸に必要なエネルギ量を算出する(ステップS26)。図12は、機体11の高度と着陸に必要なエネルギ量と緊急時着陸速度との関係を規定したマップである。なお、図12では、一例として、緊急時着陸速度が1m/sである場合と、緊急時着陸速度が3m/sである場合について、機体11の高度と着陸に必要なエネルギ量との関係を規定している。図12に示すように、緊急時着陸速度が遅くなると、緊急着陸するために多くの時間を要するので、着陸に必要なエネルギ量が多くなる。一方、緊急時着陸速度が速くなると、緊急着陸するためにあまり時間を要しないので、着陸に必要なエネルギ量が少なくなる。 Next, the PCU 32 calculates the amount of energy required for landing using, for example, a map shown in FIG. 12 (step S26). FIG. 12 is a map that specifies the relationship between the altitude of the aircraft 11, the amount of energy required for landing, and the emergency landing speed. Note that, as an example, FIG. 12 specifies the relationship between the altitude of the aircraft 11 and the amount of energy required for landing when the emergency landing speed is 1 m/s and when the emergency landing speed is 3 m/s. As shown in FIG. 12, when the emergency landing speed is slow, more time is required to make an emergency landing, so more energy is required for landing. On the other hand, when the emergency landing speed is fast, less time is required to make an emergency landing, so less energy is required for landing.

次に、PCU32は、ステップS26で算出した着陸に必要なエネルギ量を用いて、前記のステップS13と同様にして、SOC下限値を算出する(ステップS27)。 Next, the PCU 32 calculates the SOC lower limit value (step S27) using the amount of energy required for landing calculated in step S26, in the same manner as in step S13 described above.

本実施形態によれば、PCU32は、風速に応じて緊急時着陸速度を算出し、機体11の高度に応じてSOC下限値を変化させる際には、風速に応じて算出した緊急時着陸速度も考慮してSOC下限値を変化させる。 According to this embodiment, the PCU 32 calculates the emergency landing speed according to the wind speed, and when changing the SOC lower limit value according to the altitude of the aircraft 11, the PCU 32 changes the SOC lower limit value taking into account the emergency landing speed calculated according to the wind speed.

これにより、マルチコプタ1は、強風下においても機体11の姿勢を崩さずに、どの高度からも安定して緊急着陸できる。 This allows the multicopter 1 to make a stable emergency landing from any altitude without compromising the attitude of the aircraft 11, even in strong winds.

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本開示を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。 The above-described embodiments are merely examples and do not limit the present disclosure in any way. Needless to say, various improvements and modifications are possible without departing from the spirit of the present disclosure.

1 マルチコプタ
11 機体
12 エンジン発電ユニット
21 プロペラ
22 モータ
23 機体本体部
31 バッテリ
32 PCU(パワーコントロールユニット)
33 高度センサ
41 エンジン
42 ジェネレータ
51 フライトコントローラ
52 対気速度センサ
53 GPS
1 Multicopter 11 Airframe 12 Engine generator unit 21 Propeller 22 Motor 23 Airframe main body 31 Battery 32 PCU (Power Control Unit)
33 Altitude sensor 41 Engine 42 Generator 51 Flight controller 52 Airspeed sensor 53 GPS

Claims (3)

機体と、前記機体を飛行させる電力を充放電可能なバッテリと、前記バッテリに前記電力を供給する発電機と、を有するマルチコプタにおいて、
前記機体の高度が高いほど前記バッテリの充電率使用範囲の下限値を高くする制御部を有すること、
を特徴とするマルチコプタ。
A multicopter having an aircraft, a battery capable of charging and discharging power for flying the aircraft, and a generator that supplies the power to the battery,
a control unit that increases a lower limit of a range of a charging rate of the battery as the altitude of the aircraft increases ;
A multicopter that features:
請求項1のマルチコプタにおいて、
前記制御部は、前記バッテリの充電率が前記充電率使用範囲の下限値未満である場合に、前記発電機を前記バッテリに前記電力を急速充電させるための充電モードで運転させること、
を特徴とするマルチコプタ。
The multicopter of claim 1,
the control unit, when the charging rate of the battery is less than a lower limit value of the charging rate use range, operates the generator in a charging mode for rapidly charging the battery with the power;
A multicopter that features:
請求項1または2のマルチコプタにおいて、
前記制御部は、
風速に応じて緊急時着陸速度を算出し
記緊急時着陸速度が遅いほど前記充電率使用範囲の下限値を高くすること、
を特徴とするマルチコプタ。
In the multicopter according to claim 1 or 2,
The control unit is
Calculate emergency landing speed according to wind speed ,
The lower limit value of the charging rate usage range is set higher as the emergency landing speed is slower .
A multicopter that features:
JP2021073393A 2021-04-23 2021-04-23 Multicopter Active JP7569262B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021073393A JP7569262B2 (en) 2021-04-23 2021-04-23 Multicopter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021073393A JP7569262B2 (en) 2021-04-23 2021-04-23 Multicopter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022167542A JP2022167542A (en) 2022-11-04
JP7569262B2 true JP7569262B2 (en) 2024-10-17

Family

ID=83852676

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021073393A Active JP7569262B2 (en) 2021-04-23 2021-04-23 Multicopter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7569262B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4620841A1 (en) * 2022-12-27 2025-09-24 Kubota Corporation Unmanned aircraft

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020138594A (en) 2019-02-27 2020-09-03 愛三工業株式会社 Multicopter

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6425968B2 (en) * 2014-10-29 2018-11-21 ヤンマー株式会社 helicopter
CN109416889A (en) * 2016-06-13 2019-03-01 深圳市大疆创新科技有限公司 Unmanned aerial vehicle, delivery system, control method of unmanned aerial vehicle, and program for controlling unmanned aerial vehicle
JP2018055463A (en) * 2016-09-29 2018-04-05 セコム株式会社 Flight robot control system and flight robot

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020138594A (en) 2019-02-27 2020-09-03 愛三工業株式会社 Multicopter

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022167542A (en) 2022-11-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7590898B2 (en) Hybrid aircraft
US11254219B2 (en) Systems and methods for maintaining attitude control under degraded energy source conditions using multiple propulsors
KR101615486B1 (en) Vertical take off and landing aircraft using hybrid-electric propulsion system
US20210276723A1 (en) Power assembly, power system and unmanned aerial vehicle
EP3931079A1 (en) Systems and methods for in-flight operational assessment
JP2019077361A (en) Control system for aircraft, control method for aircraft, control program for aircraft, and aircraft
KR101638964B1 (en) Vertical take off and landing aircraft using hybrid-electric propulsion system
KR101667330B1 (en) Vertical take off and landing aircraft using hybrid-electric propulsion system
JP7094232B2 (en) Multicopter
US20160052626A1 (en) Hybrid gyrodyne aircraft employing a managed autorotation flight control system
CN110155344B (en) Hybrid power unmanned helicopter energy control system and helicopter with same
EP3895993B1 (en) Charging scheme for electric propulsion systems
KR20170010295A (en) Vertical take off and landing aircraft using hybrid-electric propulsion system
US20220289395A1 (en) Propulsion system for aircraft and method of manufacturing aircraft
JP7594391B2 (en) Multicopter
CN110683059A (en) aircraft
KR102700323B1 (en) Serial hybrid electric powertrain system and method for sizing of an aircraft with the same
JP7569262B2 (en) Multicopter
CN109383787B (en) Power assisting system of aero-engine
CN114655429A (en) Propulsion system for aircraft
CN109335003A (en) Aero engine booster
KR102698819B1 (en) Hybrid power ratio for serial hybrid electric owertrain system
JP7542461B2 (en) Aircraft Propulsion Systems
US20230249839A1 (en) Control device for flight vehicle
JP7355726B2 (en) Aircraft propulsion system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230808

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240131

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240305

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20240426

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240606

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240910

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20241004

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7569262

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150