特開 2022-167541 マルチコプタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022167541

(43)【公開日】2022-11-04

(54)【発明の名称】マルチコプタ

(51)【国際特許分類】

   B64D 35/04 20060101AFI20221027BHJP

   B64C 27/08 20060101ALI20221027BHJP

   B64D 27/24 20060101ALI20221027BHJP

   B64C 39/02 20060101ALI20221027BHJP

   B64D 27/04 20060101ALI20221027BHJP

   F16F 15/02 20060101ALI20221027BHJP

【ＦＩ】

B64D35/04

B64C27/08

B64D27/24

B64C39/02

B64D27/04

F16F15/02 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021073392

(22)【出願日】2021-04-23

(71)【出願人】

【識別番号】000116574

【氏名又は名称】愛三工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】竹川 翔一朗

【テーマコード（参考）】

3J048

【Ｆターム（参考）】

3J048AA07

3J048AB08

3J048AB12

3J048AD01

3J048CB21

3J048EA36

(57)【要約】

【課題】エンジン振動を抑制して、飛行安定性を向上させることができるマルチコプタを提供する。
【解決手段】本開示の一態様は、機体１１と、機体１１に複数設けられるプロペラ２１と、機体１１を飛行させる電力を発電するために駆動するエンジン４１と、を有するマルチコプタ１において、複数のプロペラ２１の回転数の差を変化させることにより、エンジン４１のクランクシャフト６１の回転数の変動により機体１１に作用するモーメントＭＥを相殺する相殺制御を行う制御部３２を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

機体と、前記機体に複数設けられるプロペラと、前記機体を飛行させる電力を発電するために駆動するエンジンと、を有するマルチコプタにおいて、
複数の前記プロペラの回転数の差を変化させることにより、前記エンジンのクランクシャフトの回転数の変動により前記機体に作用するモーメントを相殺する相殺制御を行う制御部を有すること、
を特徴とするマルチコプタ。

【請求項2】

請求項１のマルチコプタにおいて、
複数の前記プロペラが前記クランクシャフトよりも上側に存在するようにして、前記クランクシャフトの軸方向から前記マルチコプタを見たときに、
前記制御部は、
前記エンジンの燃焼行程に伴う前記クランクシャフトの加減速で前記クランクシャフトの回転数が上昇する場合に、
前記相殺制御として、
前記クランクシャフトの回転が右回転であるときには、前記クランクシャフトに対して左側に存在する前記プロペラの回転数を上げ、かつ、前記クランクシャフトに対して右側に存在する前記プロペラの回転数を下げ、
前記クランクシャフトの回転が左回転であるときには、前記クランクシャフトに対して右側に存在する前記プロペラの回転数を上げ、かつ、前記クランクシャフトに対して左側に存在する前記プロペラの回転数を下げること、
を特徴とするマルチコプタ。

【請求項3】

請求項１または２のマルチコプタにおいて、
複数の前記プロペラが前記クランクシャフトよりも上側に存在するようにして、前記クランクシャフトの軸方向から前記マルチコプタを見たときに、
前記制御部は、
前記エンジンの燃焼行程に伴う前記クランクシャフトの加減速で前記クランクシャフトの回転数が低下する場合に、
前記相殺制御として、
前記クランクシャフトの回転が右回転であるときには、前記クランクシャフトに対して右側に存在する前記プロペラの回転数を上げ、かつ、前記クランクシャフトに対して左側に存在する前記プロペラの回転数を下げ、
前記クランクシャフトの回転が左回転であるときには、前記クランクシャフトに対して左側に存在する前記プロペラの回転数を上げ、かつ、前記クランクシャフトに対して右側に存在する前記プロペラの回転数を下げること、
を特徴とするマルチコプタ。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか１つのマルチコプタにおいて、
前記制御部は、前記相殺制御を行うときには、前記クランクシャフトの軸方向と直交する方向にて前記クランクシャフトから最も遠い位置に存在する前記プロペラの回転数を制御すること、
を特徴とするマルチコプタ。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれか１つのマルチコプタにおいて、
前記制御部は、
前記クランクシャフトのクランク角を取得し、
前記クランク角と前記モーメントとの関係を規定したマップを用いて、取得した前記クランク角をもとに前記モーメントを算出し、
算出した前記モーメントをもとに前記相殺制御を行うこと、
を特徴とするマルチコプタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、マルチコプタに関する。

【背景技術】

【0002】

マルチコプタに関する文献として、特許文献１には、駆動源であるエンジンを有する無人航空機が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１００３８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示される無人航空機において、エンジンをエンジンフレームに取り付けるアダプタ部材であるエンジンマウントと、エンジンフレームとは、弾性体を用いた防振部材であるダンパを介して接合されている。しかしながら、特許文献１に開示される無人航空機において、このようにダンパのような物理的な緩衝材を設けたとしても、エンジン振動を十分に抑えることができず、飛行安定性が低下するおそれがある。

【0005】

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、エンジン振動を抑制して、飛行安定性を向上させることができるマルチコプタを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

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、前記機体に複数設けられるプロペラと、前記機体を飛行させる電力を発電するために駆動するエンジンと、を有するマルチコプタにおいて、複数の前記プロペラの回転数の差を変化させることにより、前記エンジンのクランクシャフトの回転数の変動により前記機体に作用するモーメントを相殺する相殺制御を行う制御部を有すること、を特徴とする。

【0007】

この態様によれば、相殺制御を行ってエンジンのクランクシャフトの回転数の変動により機体に作用するモーメントを相殺することにより、前記モーメントによって機体に生じるエンジン振動を抑制できる。そのため、マルチコプタの飛行の安定性を向上させることができる。

【0008】

上記の態様においては、複数の前記プロペラが前記クランクシャフトよりも上側に存在するようにして、前記クランクシャフトの軸方向から前記マルチコプタを見たときに、前記制御部は、前記エンジンの燃焼行程に伴う前記クランクシャフトの加減速で前記クランクシャフトの回転数が上昇する場合に、前記相殺制御として、前記クランクシャフトの回転が右回転であるときには、前記クランクシャフトに対して左側に存在する前記プロペラの回転数を上げ、かつ、前記クランクシャフトに対して右側に存在する前記プロペラの回転数を下げ、前記クランクシャフトの回転が左回転であるときには、前記クランクシャフトに対して右側に存在する前記プロペラの回転数を上げ、かつ、前記クランクシャフトに対して左側に存在する前記プロペラの回転数を下げること、が好ましい。

【0009】

この態様によれば、プロペラの総推力を保ちながら、クランクシャフトの回転数が上昇してエンジン回転数が上昇する場合に発生しうるエンジン振動を抑制できる。

【0010】

上記の態様においては、複数の前記プロペラが前記クランクシャフトよりも上側に存在するようにして、前記クランクシャフトの軸方向から前記マルチコプタを見たときに、前記制御部は、前記エンジンの燃焼行程に伴う前記クランクシャフトの加減速で前記クランクシャフトの回転数が低下する場合に、前記相殺制御として、前記クランクシャフトの回転が右回転であるときには、前記クランクシャフトに対して右側に存在する前記プロペラの回転数を上げ、かつ、前記クランクシャフトに対して左側に存在する前記プロペラの回転数を下げ、前記クランクシャフトの回転が左回転であるときには、前記クランクシャフトに対して左側に存在する前記プロペラの回転数を上げ、かつ、前記クランクシャフトに対して右側に存在する前記プロペラの回転数を下げること、が好ましい。

【0011】

この態様によれば、プロペラの総推力を保ちながら、クランクシャフトの回転数が低下してエンジン回転数が低下する場合に発生しうるエンジン振動を抑制できる。

【0012】

上記の態様においては、前記制御部は、前記相殺制御を行うときには、前記クランクシャフトの軸方向と直交する方向にて前記クランクシャフトから最も遠い位置に存在する前記プロペラの回転数を制御すること、が好ましい。

【0013】

この態様によれば、相殺制御としてクランクシャフトから最も遠い位置に存在するプロペラの回転数を制御することにより、クランクシャフトの回転数の変動により機体に作用するモーメントをより効果的に相殺できるので、前記モーメントによって機体に生じるエンジン振動をより効果的に抑制できる。

【0014】

クランクシャフトの回転数の変動により機体に作用するモーメントは、クランクシャフトのクランク角と相関関係にある。
そこで、上記の態様においては、前記制御部は、前記クランクシャフトのクランク角を取得し、前記クランク角と前記モーメントとの関係を規定したマップを用いて、取得した前記クランク角をもとに前記モーメントを算出し、算出した前記モーメントをもとに前記相殺制御を行うこと、が好ましい。

【0015】

この態様によれば、制御部が予めクランク角とクランクシャフトの回転数の変動により機体に作用するモーメントとの関係を規定したマップを備えておき、このマップを用いてクランク角から前記モーメントを算出して相殺制御を行う。これにより、機体に前記モーメントが実際に作用してからフィードバック制御を行って前記モーメントを相殺するのではなく、機体に前記モーメントが実際に作用する前にフィードフォワード制御を行って前記モーメントを相殺することができる。そのため、前記モーメントによって機体に生じるエンジン振動をすぐに抑制できる。したがって、より効果的に、マルチコプタの飛行の安定性を向上させることができる。

【発明の効果】

【0016】

本開示のマルチコプタによれば、エンジン振動を抑制して、飛行安定性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本実施形態のマルチコプタの外観斜視図である。

【図2】本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。

【図3】エンジンの角運動量ベクトルやエンジンの加減速に伴う力のモーメントを示す図である。

【図4】エンジン加速時とエンジン減速時において、エンジンの加減速に伴う力のモーメントが作用する方向を示す図である。

【図5】エンジン加速時にてエンジンの加減速に伴う力のモーメントを打ち消すことを示す図である。

【図6】エンジン減速時にてエンジンの加減速に伴う力のモーメントを打ち消すことを示す図である。

【図7】プロペラの数が８個である場合において、制御対象のプロペラの一例を示す図である。

【図8】プロペラの数が８個である場合において、制御対象のプロペラの一例を示す図である。

【図9】プロペラの数が６個である場合において、制御対象のプロペラの一例を示す図である。

【図10】プロペラの数が６個である場合において、制御対象のプロペラの一例を示す図である。

【図11】プロペラの数が４個である場合において、制御対象のプロペラの一例を示す図である。

【図12】プロペラの数が４個である場合において、制御対象のプロペラの一例を示す図である。

【図13】本実施形態で行われる制御の内容を示すフローチャート図である。

【図14】エンジン回転数とスロットル開度から発電機動作点を取得するためのマップを示す図である。

【図15】発電機動作点が燃費動作点である場合に使用するクランク角とエンジンの加減速に伴う力のモーメントとの関係を規定したマップの一例を示す図である。

【図16】発電機動作点が出力動作点である場合に使用するクランク角とエンジンの加減速に伴う力のモーメントとの関係を規定したマップの一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

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。

【0019】

＜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。

【0020】

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。

【0021】

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。なお、プロペラ２１は、複数設けられていればよく、図１に示す例では８個設けられているが、これに限定されず、例えば４個や６個でもよい。なお、図２では、８個のプロペラ２１（プロペラ＃１～＃８）が設けられている例を示している。

【0022】

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ＥＳＣ３４（インバータ（不図示））とパワーコントロールユニット３３とを介して、後述するバッテリ３１やジェネレータ４２に電気的に接続されている。これにより、ジェネレータ４２にて発電された電力やバッテリ３１から放電される電力が、パワーコントロールユニット３３とＥＳＣ３４とを介して、モータ２２に供給される。なお、図２では、８個のモータ２２（モータ＃１～＃８）が設けられている例を示している。

【0023】

機体本体部２３には、図２に示すように、バッテリ３１と、制御部３２と、パワーコントロールユニット３３と、ＥＳＣ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｓｐｅｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）３４などが設けられている。

【0024】

バッテリ３１は、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、パワーコントロールユニット３３を介して、ジェネレータ４２と電気的に接続されており、ジェネレータ４２で発電された電力を充電する。また、バッテリ３１は、パワーコントロールユニット３３とＥＳＣ３４とを介して、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。

【0025】

制御部３２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、制御部３２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。

【0026】

パワーコントロールユニット３３は、モータ２２へ供給される電力を制御する装置である。このパワーコントロールユニット３３は、ジェネレータ４２で発電された電力を受給したり、バッテリ３１との間で電力の供給および受給を行ったり、ＥＳＣ３４へ電力を供給したりする。

【0027】

ＥＳＣ３４は、モータ２２の回転数を制御する装置である。このＥＳＣ３４は、パワーコントロールユニット３３から供給される電力を、駆動電力として、モータ２２に供給する。なお、図２では、８個のＥＳＣ３４（ＥＳＣ＃１～＃８）が設けられている例を示している。

【0028】

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。なお、本実施形態では、後述する図３～図１２に示すように、エンジン４１のクランクシャフト６１の軸方向（すなわち、中心軸の方向）は、マルチコプタ１の前進および後進方向と直交している。

【0029】

また、マルチコプタ１は、図２に示すように、コントローラ５１を有する。コントローラ５１は、マルチコプタ１の使用者が持つ操作部であり、例えば、ジョイスティックである。

【0030】

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。

【0031】

（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。

【0032】

＜エンジン振動の抑制について＞
マルチコプタ１において、ジャイロ連成による飛行への影響として、エンジン４１の各行程（吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程）で、エンジン４１のクランクシャフト６１が加減速して角運動量が変化すると、それに伴うモーメント、すなわち、エンジン４１の加減速に伴う力のモーメントＭＥ（以下、適宜、単に「モーメントＭＥ」とも言う。）が図３に示すように機体１１に作用する。このモーメントＭＥは、言い換えれば、クランクシャフト６１の回転数の変動により機体１１に作用するモーメントである。そして、このようなモーメントＭＥが機体１１に作用すると、これが機体１１に生じるエンジン振動となって、マルチコプタ１の飛行に影響しうる。なお、図３は、マルチコプタ１の重心ＣＧを基点として互いに直交するＸｂ軸とＹｂ軸とＺｂ軸のＸＹＺ軸系を想定するときに、モーメントＭＥは、Ｙｂ軸回りに作用する例を示している。

【0033】

ここで、ジャイロ連成とは、ある機体にエンジンなどの回転体（角運動量）が設けられていると、推力等によるモーメントを受けて角運動量の向きが変化するときに、機体に意図しない向きの角速度ベクトルが発生することをいう。

【0034】

そして、回転体が設けられた機体の運動方程式（機体座標系）は、以下の数式で表される。

【数1】

【0035】

なお、「

」は機体を剛体とみなした場合の回転速度変化に関する値である。「－ΩＪωは、慣性クロス連成に関する値である。「Ｍ_ａ」は空力の値であり、「Ｍ_ｔ」は推力の値である。「

」は、エンジンの加減速の値である。「ΩＣ_ｂ／ｔ」は、エンジン角運動量影響に関する値である。「C_ｂ／ｔΩ_ｔ」は、エンジン角運動量方向アクティブ変化に関する値である。「Ｊ_ｅ」はエンジンの慣性イナーシャの値であり、「ωｅ」はエンジンの角速度の値である。

【0036】

そして、エンジン４１の加減速に伴う力のモーメントＭＥは、以下の数式で表される。

【数2】

【0037】

また、エンジン４１の加減速に伴う力のモーメントＭＥは、エンジン加速時（ピッチ下げ時、すなわち、クランクシャフト６１の回転数の上昇時）と、エンジン減速時（ピッチ上げ時、すなわち、クランクシャフト６１の回転数の低下時）とにおいて、それぞれ、図４に示すように、機体１１に作用する。

【0038】

すなわち、図４に示すように、プロペラ２１がクランクシャフト６１よりも上側に存在するようにしてマルチコプタ１をクランクシャフト６１の軸方向から見たとする。このとき、図４にて破線の矢印で示すように、クランクシャフト６１が右回りに回転（以下、単に「右回転」という。）していれば、モーメントＭＥは、マルチコプタ１の重心ＣＧを中心に、エンジン加速時には左回りに作用する一方、エンジン減速時には右回りに作用する。なお、クランクシャフト６１が左回りに回転（以下、単に「左回転」という。）していれば、モーメントＭＥは、マルチコプタ１の重心ＣＧを中心に、エンジン加速時には右回りに作用する一方、エンジン減速時には左回りに作用する。

【0039】

本実施形態では、モーメントＭＥによって機体１１に生じるエンジン振動を抑制するため、制御部３２は、複数のプロペラ２１の回転数の差を変化させることにより、モーメントＭＥを相殺する相殺制御を行う。

【0040】

具体的には、マルチコプタ１がホバリングしている時を想定したときに、制御部３２は、エンジン加速時（すなわち、クランクシャフト６１の回転数が上昇する場合）に、相殺制御として、図５に示すように、クランクシャフト６１の回転が右回転であるときに、クランクシャフト６１に対して左側に存在するフロント側（すなわち、マルチコプタ１が前進するときの進行方向側（図５の左側））のプロペラ２１Ｆの回転数を上げ、かつ、クランクシャフト６１に対して右側に存在するリア側（すなわち、マルチコプタ１が後進するときの進行方向側（図５の右側））のプロペラ２１Ｒの回転数を下げる。このようにして、エンジン加速時には、図５に示すように、ピッチ下げ（すなわち、機体１１のフロント側が下がること）を打ち消すように、プロペラ２１の総推力を保ちながら、フロント側のプロペラ２１Ｆの推力をリア側のプロペラ２１Ｒの推力よりも強くする。なお、図５は、複数のプロペラ２１がクランクシャフト６１よりも上側に存在するようにして、クランクシャフト６１の軸方向からマルチコプタ１を見たときの図である。

【0041】

一方、制御部３２は、クランクシャフト６１の回転数が低下する場合に、相殺制御として、図６に示すように、クランクシャフト６１の回転が右回転であるときに、クランクシャフト６１に対して右側に存在するリア側（図６の右側）のプロペラ２１Ｒの回転数を上げ、かつ、クランクシャフト６１に対して左側に存在するフロント側（図６の左側）のプロペラ２１Ｒの回転数を下げる。このようにして、エンジン減速時には、図６に示すように、ピッチ上げ（すなわち、機体１１のフロント側が上がること）を打ち消すように、プロペラ２１の総推力を保ちながら、リア側のプロペラ２１Ｒの推力をフロント側のプロペラ２１Ｆの推力よりも強くする。なお、図６は、複数のプロペラ２１がクランクシャフト６１よりも上側に存在するようにして、クランクシャフト６１の軸方向からマルチコプタ１を見たときの図である。

【0042】

ここで、フロント側のプロペラ２１Ｆとリア側のプロペラ２１Ｒは、８個のプロペラ２１のうち、クランクシャフト６１の軸方向（図５や図６の紙面奥行き手前方向）と直交する方向（図５や図６の左右方向）にてクランクシャフト６１から最も遠い位置に存在するプロペラ２１である。このようにして、本実施形態では、制御部３２は、相殺制御を行うときには、クランクシャフト６１の軸方向と直交する方向にてクランクシャフト６１から最も遠い位置に存在するプロペラ２１の回転数を制御する。

【0043】

例えば、相殺制御が行われるときには、プロペラ２１の数が８個の場合には図７や図８に示すように、プロペラ２１の数が６個の場合には図９や図１０に示すように、プロペラ２１の数が４個の場合には図１１や図１２に示すように、フロント側のプロペラ２１Ｆ、または、リア側のプロペラ２１Ｒの回転数が制御される。

【0044】

このようにして相殺制御が行われる場合に、制御部３２は、例えば、図１３に示すフローチャートに基づいて制御する。図１３に示すように、まず、制御部３２は、発電機動作点を取得する（ステップＳ１）。詳しくは、制御部３２は、エンジン発電ユニット１２からエンジン回転数とスロットル開度（エンジン４１への吸気量を制御するスロットル弁（不図示）の開度）を取得し、図１４に示すマップを用いて、発電機動作点が、燃費動作点であるか、出力動作点であるかを判断する。なお、スロットル開度の代わりに、エンジンの現在のトルクがわかるものであれば、吸気量や発電電力などを用いてもよい。

【0045】

なお、発電機動作点とは、エンジン発電ユニット１２の動作モードである。そして、燃費動作点とは、エンジン４１の出力を高めることよりも、エンジン４１の燃費を向上させることを重視した動作モードである。また、出力動作点とは、エンジン４１の燃費を向上させるよりも、エンジン４１の出力を高めることを重視した動作モードである。

【0046】

次に、制御部３２は、ステップＳ１にて取得した発電機動作点に対応した「クランク角－モーメントマップ」を決定する（ステップＳ２）。ここで、「クランク角－モーメントマップ」とは、クランク角ＣＡと、エンジン４１の加減速に伴う力のモーメントＭＥとの関係を規定したマップである。そして、例えば、ステップＳ１にて取得した発電機動作点が「燃費動作点」である場合には、「クランク角－モーメントマップ」を図１５に示すマップに決定する。また、ステップＳ１にて取得した発電機動作点が「出力動作点」である場合には、「クランク角－モーメントマップ」を図１６に示すマップに決定する。

【0047】

次に、制御部３２は、エンジン発電ユニット１２からクランク角ＣＡの値を取得する（ステップＳ３）。なお、制御部３２は、クランク角ＣＡの代わりに、現在のクランクシャフト６１の回転方向の位置が分かるものであれば、吸気圧などを取得してもよい。

【0048】

次に、制御部３２は、ステップＳ３で取得したクランク角ＣＡの値をもとに、例えば図１５または図１６のマップを用いてモーメントＭＥを算出し、算出したモーメントＭＥをもとに相殺制御を行う。

【0049】

具体的には、制御部３２は、モータ補正トルクを算出する（ステップＳ４）。より具体的には、制御部３２は、ステップＳ３で取得したクランク角ＣＡの値をもとに、例えば図１５または図１６のマップを用いてモーメントＭＥを算出し、この算出したモーメントＭＥを打ち消すために必要なモータ補正トルク（すなわち、モータ２２のトルクの補正値）を算出する。

【0050】

次に、制御部３２は、各モータ推力補正値を算出する（ステップＳ５）。具体的には、制御部３２は、ステップＳ４で算出したモータ補正トルクを得るために必要な各モータ推力補正値（すなわち、各モータ２２（各プロペラ２１）の推力の補正値）を算出する。

【0051】

次に、制御部３２は、操縦者飛行要求（例えば、操縦者がコントローラ５１を操作して選択した飛行要求）に基づく各モータ２２（各プロペラ２１）の基本推力の値を算出する（ステップＳ６）。

【0052】

次に、制御部３２は、各モータ２２の推力の値を算出する（ステップＳ７）。具体的には、制御部３２は、ステップＳ６で算出した各モータ２２（各プロペラ２１）の基本推力の値に、ステップＳ５で算出した各モータ推力補正値を加算して、各モータ２２（各プロペラ２１）の推力の値を算出する。

【0053】

次に、制御部３２は、要求回転数を算出する（ステップＳ８）。具体的には、制御部３２は、ステップＳ７で算出した各モータ２２の推力の値をもとに、各モータ２２（各プロペラ２１）の要求回転数を算出する。

【0054】

次に、制御部３２は、各モータ２２の回転数をステップＳ８で算出した要求回転数に制御する（ステップＳ９）。そして、これにより、制御部３２は、各プロペラ２１の回転数を要求回転数に制御して、相殺制御を行う。

【0055】

このようにして、本実施形態では、制御部３２は、クランク角ＣＡを取得し、クランク角ＣＡとモーメントＭＥとの関係を規定したマップを用いて、取得したクランク角ＣＡをもとにモーメントＭＥを算出し、算出したモーメントＭＥをもとに各々のプロペラ２１の目標回転数を算出し、各々のプロペラ２１の回転数を目標回転数に制御することにより、相殺制御を行う。

【0056】

＜本実施形態の効果＞
以上のように、本実施形態によれば、制御部３２は、エンジン４１の加減速に伴う力のモーメントＭＥを相殺する相殺制御を行う。そして、制御部３２は、相殺制御を行うために、フロント側のプロペラ２１Ｆとリア側のプロペラ２１Ｒとの間の回転数の差を変化させる。例えば、マルチコプタ１がホバリングしており、フロント側のプロペラ２１Ｆとリア側のプロペラ２１Ｒとの間の回転数の差がない状態（すなわち、「０」である状態）から、フロント側のプロペラ２１Ｆとリア側のプロペラ２１Ｒとの間の回転数の差を持たせるようにして（すなわち、「０」よりも大きくして）、相殺制御を行う。

【0057】

このようにして、相殺制御を行ってエンジン４１の加減速に伴う力のモーメントＭＥを相殺することにより、モーメントＭＥによって機体１１に生じるエンジン振動を抑制できる。そのため、マルチコプタ１の飛行の安定性を向上させることができる。

【0058】

そして、具体的には、図５に示すように、複数のプロペラ２１がクランクシャフト６１よりも上側に存在するようにして、クランクシャフト６１の軸方向からマルチコプタ１を見たときに、制御部３２は、エンジン４１の燃焼行程に伴うクランクシャフト６１の加減速でクランクシャフト６１の回転数が上昇する場合に、相殺制御として、クランクシャフト６１の回転が右回転であるときには、クランクシャフト６１に対して左側に存在するフロント側のプロペラ２１Ｆの回転数を上げ、かつ、クランクシャフト６１に対して右側に存在するリア側のプロペラ２１Ｒの回転数を下げる。なお、制御部３２は、クランクシャフト６１の中心軸からフロント側のプロペラ２１Ｆまでの距離に応じて、フロント側のプロペラ２１Ｆの回転数を上げる量を調整する。また、制御部３２は、クランクシャフト６１の中心軸からリア側のプロペラ２１Ｒまでの距離に応じて、リア側のプロペラ２１Ｒの回転数を下げる量を調整する。

【0059】

なお、クランクシャフト６１の回転が左回転であるときには、制御部３２は、相殺制御として、クランクシャフト６１に対して右側に存在するリア側のプロペラ２１Ｒの回転数を上げ、かつ、クランクシャフト６１に対して左側に存在するフロント側のプロペラ２１Ｆの回転数を下げる。

【0060】

このようにして、プロペラ２１の総推力を保ちながら、クランクシャフト６１の回転数が上昇してエンジン回転数が上昇する場合に発生しうるエンジン振動を抑制できる。

【0061】

一方、図６に示すように、複数のプロペラ２１がクランクシャフト６１よりも上側に存在するようにして、クランクシャフト６１の軸方向からマルチコプタ１を見たときに、制御部３２は、エンジン４１の燃焼行程に伴うクランクシャフト６１の加減速でクランクシャフト６１の回転数が低下する場合に、相殺制御として、クランクシャフト６１の回転が右回転であるときには、クランクシャフト６１に対して右側に存在するリア側のプロペラ２１Ｒの回転数を上げ、かつ、クランクシャフト６１に対して左側に存在するフロント側のプロペラ２１Ｆの回転数を下げる。なお、制御部３２は、クランクシャフト６１の中心軸からリア側のプロペラ２１Ｒまでの距離に応じて、リア側のプロペラ２１Ｒの回転数を上げる量を調整する。また、制御部３２は、クランクシャフト６１の中心軸からフロント側のプロペラ２１Ｆまでの距離に応じて、フロント側のプロペラ２１Ｆの回転数を下げる量を調整する。

【0062】

なお、クランクシャフト６１の回転が左回転であるときには、制御部３２は、相殺制御として、クランクシャフト６１に対して左側に存在するフロント側のプロペラ２１Ｆの回転数を上げ、かつ、クランクシャフト６１に対して右側に存在するリア側のプロペラ２１Ｒの回転数を下げる。

【0063】

このようにして、プロペラ２１の総推力を保ちながら、クランクシャフト６１の回転数が低下してエンジン回転数が低下する場合に発生しうるエンジン振動を抑制できる。

【0064】

そして、制御部３２は、相殺制御を行うときには、クランクシャフト６１の軸方向と直交する方向にてクランクシャフト６１から最も遠い位置に存在するフロント側のプロペラ２１Ｆ、または、リア側のプロペラ２１Ｒの回転数を制御する。

【0065】

これにより、相殺制御としてクランクシャフト６１から最も遠い位置に存在するプロペラ２１の回転数を制御することにより、エンジン４１の加減速に伴う力のモーメントＭＥをより効果的に相殺できるので、モーメントＭＥによって機体１１に生じるエンジン振動をより効果的に抑制できる。

【0066】

また、モーメントＭＥは、クランク角ＣＡと相関関係にある。そこで、制御部３２は、クランク角ＣＡを取得し、クランク角ＣＡとモーメントＭＥとの関係を規定したマップ（図１５や図１６参照）を用いて、取得したクランク角ＣＡをもとにモーメントＭＥを算出し、算出したモーメントＭＥをもとに、相殺制御を行う。

【0067】

このようにして、制御部３２が予めクランク角ＣＡとモーメントＭＥとの関係を規定したマップを備えておき、このマップを用いてクランク角ＣＡからモーメントＭＥを算出して相殺制御を行う。これにより、機体１１にモーメントＭＥが実際に作用してからフィードバック制御を行ってモーメントＭＥを相殺するのではなく、機体１１にモーメントＭＥが実際に作用する前にフィードフォワード制御を行ってモーメントＭＥを相殺することができる。そのため、モーメントＭＥによって機体に生じるエンジン振動をすぐに抑制できる。したがって、より効果的に、マルチコプタ１の飛行の安定性を向上させることができる。

【0068】

なお、制御部３２は、フロント側のプロペラ２１Ｆとリア側のプロペラ２１Ｒとともに、フロント側のプロペラ２１Ｆとリア側のプロペラ２１Ｒ以外のプロペラ２１の回転数を変化させて、相殺制御を行ってもよい。

【0069】

なお、上記の説明では、マルチコプタ１のホバリング飛行時に本開示の相殺制御が行われる例を示したが、これに限らず、マルチコプタ１の前進時や後進時や上昇時や下降時や回転時などに本開示の相殺制御が行われるとしてもよい。

【0070】

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。

【符号の説明】

【0071】

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
２１Ｆ フロント側のプロペラ
２１Ｒ リア側のプロペラ
２２ モータ
３２ 制御部
３４ ＥＳＣ
４１ エンジン
４２ ジェネレータ
５１ コントローラ
６１ クランクシャフト
ＭＥ モーメント
ＣＧ 重心
ＣＡ クランク角

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】