特許 7512242 マルチコプタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-28

(45)【発行日】2024-07-08

(54)【発明の名称】マルチコプタ

(51)【国際特許分類】

   B64D 27/24 20240101AFI20240701BHJP

   B60K 6/46 20071001ALI20240701BHJP

   B60W 10/08 20060101ALI20240701BHJP

   B60W 10/06 20060101ALI20240701BHJP

   B64D 27/08 20060101ALI20240701BHJP

   B64D 31/06 20240101ALI20240701BHJP

   B64C 39/02 20060101ALI20240701BHJP

   B64C 27/08 20230101ALI20240701BHJP

   F02D 29/00 20060101ALI20240701BHJP

   B64U 10/16 20230101ALI20240701BHJP

   B64U 50/19 20230101ALI20240701BHJP

   B64U 50/33 20230101ALI20240701BHJP

   B60W 20/00 20160101ALN20240701BHJP

【ＦＩ】

B64D27/24

B60K6/46 ZHV

B60W10/08 900

B60W10/06 900

B64D27/08

B64D31/06

B64C39/02

B64C27/08

F02D29/00 A

B64U10/16

B64U50/19

B64U50/33

B60W20/00 900

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021160395

(22)【出願日】2021-09-30

(65)【公開番号】P2023050343

(43)【公開日】2023-04-11

【審査請求日】2023-12-21

(73)【特許権者】

【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

【審査官】林 政道

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１８３２１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１１７０２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国登録特許第１０－２０４１２５０（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１１５２６５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】独国特許出願公開第１０２０１７２００３４１（ＤＥ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－０９４５２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６４Ｄ ２７／０４，２７／０８，２７／３３，３１／０６，３１／１８，３５／０２４

Ｂ６０Ｋ ６／４６

Ｂ６０Ｗ １０／０８

Ｂ６０Ｗ １０／０６

Ｂ６０Ｗ ２０／００

Ｂ６４Ｃ ３９／０２

Ｂ６４Ｃ ２７／０８

Ｆ０２Ｄ ２９／００－２９／０６

Ｂ６４Ｕ １０／１６，５０／１９，５０／３３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のロータと、
前記各ロータを回転駆動するためのモータと、
前記モータへ供給する電力を充放電可能に構成されるバッテリと、
前記モータに供給される電力及び前記バッテリに充電される電力を発電するための発電機と、
前記発電機を駆動するためのエンジンと、
前記エンジンの運転、前記発電機から前記モータへの電力の供給、前記発電機から前記バッテリへの充電及び前記バッテリから前記モータへの放電を制御するための制御手段と
を備え、前記モータへ電力を供給して前記各ロータを回転させることにより飛行するマルチコプタにおいて、
前記マルチコプタに要求される飛行応答速度を取得するための取得手段を更に備え、
前記制御手段は、前記マルチコプタの離陸に必要な飛行電力を充足させるために、前記発電機から前記モータへ発電電力を供給すると共に前記発電電力のみでは不足する電力を補うために前記バッテリから前記モータへバッテリ電力を放電させるように構成され、
前記制御手段は、前記マルチコプタの離陸時に前記取得手段により取得される前記飛行応答速度に合わせて前記発電機の出力応答速度を変化させるために前記エンジンを制御すると共に、前記発電機から前記モータへ流れる発電電流を制御する
ことを特徴とするマルチコプタ。

【請求項2】

請求項１に記載のマルチコプタにおいて、
前記制御手段は、前記マルチコプタの着陸に必要な飛行電力を充足させるために、前記発電機から前記モータへ発電電力を供給すると共に、前記発電電力の余りを前記バッテリへ充電させるように構成され、
前記制御手段は、前記マルチコプタの着陸時に前記取得手段により取得される前記飛行応答速度に合わせて前記発電機の出力応答速度を変化させるために前記エンジンを制御すると共に、前記発電機から前記モータへ流れる発電電流を制御する
ことを特徴とするマルチコプタ。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のマルチコプタにおいて、
前記エンジンの出力を調節するための出力調節手段を更に備え、
前記制御手段は、取得される前記飛行応答速度に合わせて前記出力調節手段を制御して前記エンジンの出力を調節することにより、前記発電機の前記出力応答速度を変化させる
ことを特徴とするマルチコプタ。

【請求項4】

請求項３に記載のマルチコプタにおいて、
前記制御手段は、取得される前記飛行応答速度が速いほど前記発電機の前記出力応答速度が速くなるように前記出力調節手段を制御し、取得される前記飛行応答速度が遅いほど前記発電機の前記出力応答速度が遅くなるように前記出力調節手段を制御する
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】

この明細書に開示される技術は、エンジンで駆動する発電機と、充放電可能なバッテリとを備え、モータへ電力を供給して複数のロータを回転させることにより飛行するマルチコプタに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載されるマルチコプタが知られている。このマルチコプタは、複数のロータ、モータ及びバッテリの他に、電力を発電するエンジン発電ユニットと、マルチコプタを制御する制御部とを備える。エンジン発電ユニットは、エンジンと、エンジンで駆動する発電機とを含む。発電機は、モータへ供給する又はバッテリへ充電する電力を発電する。制御部は、発電機での発電を制御するためにエンジンを制御したり、発電機からモータへの電力の供給及び発電機からバッテリへの電力の充電を制御したり、バッテリからモータへの電力の放電を制御したり、マルチコプタの飛行を制御したりするようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－１３８５９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、エンジンで駆動する発電機と、充放電可能なバッテリとを備えたマルチコプタにおいて、離陸時の飛行において、発電機で発電される発電電力をモータへ供給しようとしても、離陸に必要な飛行電力を発電電力で充足させることができず、飛行電力の大半をバッテリから放電されるバッテリ電力で補わなければならないことがある。そのため、バッテリの大容量化が必要となり、バッテリが大型化及び重量化することになる。一方、着陸時の飛行においても、発電機の発電電力をモータへ供給するが、着陸に必要な飛行電力が発電電力より少なくなることがあり、余った発電電力をバッテリに充電させなければならなくなる。この点でも、バッテリの大容量化が必要となり、バッテリが大型化及び重量化することになる。その結果、マルチコプタの重量が増え、エンジン用燃料の可載量が減り、マルチコプタの航続距離が短くなったり、ペイロード性能が低下したりしてしまう。

【0005】

この開示技術は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その第１の目的は、エンジンで駆動する発電機と、充放電可能なバッテリとを備えたマルチコプタにおいて、離陸時に必要な飛行電力を充足させる発電機の発電電力とバッテリのバッテリ電力のうち、バッテリ電力を低減させることでバッテリの小型化及び軽量化を図ることを可能としたマルチコプタを提供することにある。この開示技術の第２の目的は、第１の目的に加え、マルチコプタの着陸時に必要な飛行電力を充足させる発電機の発電電力のうち、バッテリに充電される発電電力の余りを低減させることでバッテリの小型化及び軽量化を図ることを可能としたマルチコプタを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、請求項１に記載の技術は、複数のロータと、各ロータを回転駆動するためのモータと、モータへ供給する電力を充放電可能に構成されるバッテリと、モータに供給される電力及びバッテリに充電される電力を発電するための発電機と、発電機を駆動するためのエンジンと、エンジンの運転、発電機からモータへの電力の供給、発電機からバッテリへの充電及びバッテリからモータへの放電を制御するための制御手段とを備え、モータへ電力を供給して各ロータを回転させることにより飛行するマルチコプタにおいて、マルチコプタに要求される飛行応答速度を取得するための取得手段を更に備え、制御手段は、マルチコプタの離陸に必要な飛行電力を充足させるために、発電機からモータへ発電電力を供給すると共に発電電力のみでは不足する電力を補うためにバッテリからモータへバッテリ電力を放電させるように構成され、制御手段は、マルチコプタの離陸時に取得手段により取得される飛行応答速度に合わせて発電機の出力応答速度を変化させるためにエンジンを制御すると共に、発電機から前記モータへ流れる発電電流を制御することを趣旨とする。

【0007】

上記技術の構成によれば、マルチコプタは、モータへ電力を供給して各ロータを回転させることにより飛行する。ここで、制御手段は、エンジンの運転、発電機からモータへの電力の供給、発電機からバッテリへの充電及びバッテリからモータへの放電を制御する。そして、制御手段は、マルチコプタの離陸に必要な飛行電力を充足させるために、発電機からモータへ発電電力を供給すると共に発電電力のみでは不足する電力を補うためにバッテリからモータへバッテリ電力を放電させる。また、制御手段は、マルチコプタの離陸時に取得手段により取得される飛行応答速度に合わせて発電機の出力応答速度を変化させるためにエンジンを制御すると共に、発電機からモータへ流れる発電電流を制御する。従って、マルチコプタでは、離陸に必要な飛行電力を充足させるために、取得される飛行応答速度に合わせて発電機の出力応答速度を変化させ、発電機からモータへ流れる発電電流が制御されるので、発電機の発電電力のみでは不足する電力を補うためにバッテリが負担するバッテリ電力が低減する。

【0008】

上記目的を達成するために、請求項２に記載の技術は、請求項１に記載の技術において、制御手段は、マルチコプタの着陸に必要な飛行電力を充足させるために、発電機からモータへ発電電力を供給すると共に発電電力の余りをバッテリへ充電させるように構成され、制御手段は、マルチコプタの着陸時に取得手段により取得される飛行応答速度に合わせて発電機の出力応答速度を変化させるためにエンジンを制御すると共に、発電機からモータへ流れる発電電流を制御することを趣旨とする。

【0009】

上記技術の構成によれば、請求項１に記載の技術の作用に加え、制御手段は、マルチコプタの着陸に必要な飛行電力を充足させるために、発電機からモータへ発電電力を供給すると共に発電電力の余りをバッテリへ充電させる。また、制御手段は、マルチコプタの着陸時に取得手段により取得される飛行応答速度に合わせて発電機の出力応答速度を変化させるためにエンジンを制御すると共に、発電機からモータへ流れる発電電流を制御する。従って、マルチコプタでは、着陸に必要な飛行電力を充足させるために、取得される飛行応答速度に合わせて発電機の出力応答速度が変化し、発電機からモータへ流れる発電電流が制御されるので、発電機の発電電力のうちモータへ供給されない余りの電力が低減し、バッテリに充電すべき余りの電力が低減する。

【0010】

上記目的を達成するために、請求項３に記載の技術は、請求項１又は２に記載の技術において、エンジンの出力を調節するための出力調節手段を更に備え、制御手段は、取得される飛行応答速度に合わせて出力調節手段を制御してエンジンの出力を調節することにより、発電機の出力応答速度を変化させることを趣旨とする。

【0011】

上記技術の構成によれば、制御手段が、上記のように出力調節手段を制御することで、請求項１又は２に記載の技術と同等の作用が得られる。

【0012】

上記目的を達成するために、請求項４に記載の技術は、請求項３に記載の技術において、制御手段は、取得される飛行応答速度が速いほど発電機の出力応答速度が速くなるように出力調節手段を制御し、取得される飛行応答速度が遅いほど発電機の出力応答速度が遅くなるように出力調節手段を制御することを趣旨とする。

【0013】

上記技術の構成によれば、制御手段が、上記のように出力調節手段を制御することで、請求項３に記載の技術と同等の作用が得られる。

【発明の効果】

【0014】

請求項１に記載の技術によれば、エンジンで駆動する発電機と、充放電可能なバッテリとを備えたマルチコプタにおいて、離陸時に必要な飛行電力を充足させる発電機の発電電力とバッテリのバッテリ電力のうちバッテリ電力を低減させることができ、バッテリの小型化及び軽量化を図ることができる。

【0015】

請求項２に記載の技術によれば、請求項１に記載の技術の効果に加え、マルチコプタの着陸時に必要な飛行電力を充足させる発電機の発電電力のうちバッテリに充電される発電電力の余りを低減させることができ、バッテリの小型化及び軽量化を図ることができる。

【0016】

請求項３に記載の技術によれば、請求項１又は２に記載の技術と同等の効果を得ることができる。

【0017】

請求項４に記載の技術によれば、請求項３に記載の技術と同等の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】第１実施形態に係り、マルチコプタの外観を示す斜視図。

【図2】第１実施形態に係り、マルチコプタの構成を示すブロック図。

【図3】第１実施形態に係り、発電用エンジンシステムとその関連機器の一部を示す概略構成図。

【図4】第１実施形態に係り、マルチコプタの離陸時におけるエンジン回転数と発電電流に対する、等燃費率線、等出力線、エンジン全開性能線、等電圧線及び動作線の関係を示すグラフ。

【図5】第１実施形態に係り、離陸時出力制御の内容を示すフローチャート。

【図6】第１実施形態に係り、離陸応答速度に応じた応答時間を決定するために参照される応答時間マップ。

【図7】第１実施形態に係り、図４におけるエンジン回転数と発電電流に対する動作線の関係のみを示すグラフ。

【図8】第１実施形態に係り、マルチコプタが急速に離陸する場合であって、離陸時出力制御に関連した各種パラメータの挙動を示すタイムチャート。

【図9】第１実施形態に係り、マルチコプタがゆっくりと離陸する場合であって、離陸時出力制御に関連した各種パラメータの挙動を示すタイムチャート。

【図10】対比例に係り、ジェネレータの応答性が遅い場合であって、各種パラメータの挙動を示すタイムチャート。

【図11】第２実施形態に係り、マルチコプタの着陸時におけるエンジン回転数と発電電流に対する、等燃費率線、等出力線、エンジン全開性能線、等電圧線及び動作線の関係を示す図４に準ずるグラフ。

【図12】第２実施形態に係り、着陸時出力制御の内容を示すフローチャート。

【図13】第２実施形態に係り、図１１におけるエンジン回転数と発電電流に対する動作線の関係のみを示すグラフ。

【図14】第２実施形態に係り、マルチコプタが急速に着陸する場合であって、着陸時出力制御に関連した各種パラメータの挙動を示すタイムチャート。

【図15】第２実施形態に係り、マルチコプタがゆっくりと着陸する場合であって、着陸時出力制御に関連した各種パラメータの挙動を示すタイムチャート。

【図16】対比例に係り、着陸時にジェネレータの応答性が遅い場合であって、各種パラメータの挙動を示すタイムチャート。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、この開示技術におけるマルチコプタを具体化した実施形態について説明する。

【0020】

＜第１実施形態＞
先ず、第１実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

【0021】

［マルチコプタの構成等について］
図１に、この実施形態のマルチコプタ１の外観を斜視図により示す。図２に、マルチコプタ１の構成をブロック図により示す。以下に、マルチコプタ１の構成等について、図１、図２を参照して詳細に説明する。

【0022】

マルチコプタは、ヘリコプターの一種であり、３つ以上のロータを搭載した回転翼機のことである。この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とを備える。機体１１は、先端が二股に分かれた複数（この実施形態では４本）のアーム２１と、複数のアーム２１を放射状に片持ち支持するアームベース２２と、アームベース２２を支持する機体ベース２３と、各アーム２１の先端に設けられた複数（この実施形態では８個）のモータ２４と、各モータ２４により回転駆動される複数（この実施形態では８個）のロータ２５とを含む。このマルチコプタ１は、複数のロータ２５を対応する各モータ２４により同時に回転させることで飛行するようになっている。

【0023】

アームベース２２は、機体ベース２３の上に設けられる。アームベース２２の中には、バッテリ３１、燃料タンク３２、メインコントローラ３３、フライトコントローラ３４、パワーコントロールユニット３５、エレクトリックスピードコントローラ３６などが設けられる。また、アームベース２２には、外部を撮像または録画する撮像部３７が設けられる。撮像部３７は、カメラ及び録画メモリ等を含む。

【0024】

機体ベース２３の下側には、エンジン発電ユニット１２が懸架される。エンジン発電ユニット１２は、後述する発電用エンジンシステム１５（エンジン４１を含む）と、エンジン４１により駆動されて発電する発電機（ジェネレータ）４２とを含む。

【0025】

各モータ２４は、エレクトリックスピードコントローラ３６（インバータ（不図示）を含む）とパワーコントロールユニット３５を介してジェネレータ４２に電気的に接続される。この接続により、ジェネレータ４２で発電された電力が、パワーコントロールユニット３５とエレクトリックスピードコントローラ３６を介してモータ２４に供給されるようになっている。

【0026】

バッテリ３１は、電力を充放電可能な二次電池により構成される。バッテリ３１は、パワーコントロールユニット３５を介してジェネレータ４２に電気的に接続され、ジェネレータ４２で発電された電力を充電するようになっている。バッテリ３１は、パワーコントロールユニット３５とエレクトリックスピードコントローラ３６を介して各モータ２４に電気的に接続され、バッテリ３１から放電する電力を各モータ２４に供給するようになっている。バッテリ３１には、バッテリ３１の電流及び電圧をそれぞれ検出するセンサ（図示略）が設けられ、これらセンサがその検出結果に関する電気信号をメインコントローラ３３へ送るようになっている。

【0027】

燃料タンク３２には、燃料（例えば、ガソリン）が貯留される。この燃料は、エンジン４１を駆動するために使用される。燃料タンク３２に設けられたレベルセンサ（図示略）は、燃料残量に関する電気信号をメインコントローラ３３へ送るようになっている。

【0028】

メインコントローラ３３は、小型のコンピュータとして構成され、マルチコプタ１に関する全ての動作を制御するようになっている。メインコントローラ３３は、風向取得部４５、回転制御部４６、風力取得部４７、機械制御部４８及びエンジン制御部５０を備える。ここで、例えば、エンジン制御部５０は、ジェネレータ４２での発電を制御するためにエンジン４１の動作を制御するようになっている。メインコントローラ３３は、エンジン４１の運転、ジェネレータ４２から各モータ２４への電力の供給、ジェネレータ４２からバッテリ３１への充電及びバッテリ３１から各モータ２４への放電を制御するようになっている。メインコントローラ３３は、この開示技術における制御手段の一例に相当する。

【0029】

フライトコントローラ３４は、マルチコプタ１の飛行を制御する装置である。このフライトコントローラ３４は、マルチコプタ１の飛行に関する推力をメインコントローラ３３とエレクトリックスピードコントローラ３６へ指令する電気信号を送る一方で、メインコントローラ３３からバッテリ３１の充電状態に関する電気信号を受け取るようになっている。フライトコントローラ３４は、後述するリモコン３０から操縦者の操作指令に関する電気信号を受け取り、後述する各種センサ２８から検出結果に関する電気信号を受け取るようになっている。

【0030】

パワーコントロールユニット３５は、各モータ２４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３５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及び受給を行ったり、エレクトリックスピードコントローラ３６へ電力を供給したりするようになっている。パワーコントロールユニット３５は、メインコントローラ３３から充放電の切替指令に関する電気信号を受け取るようになっている。また、パワーコントロールユニット３５は、バッテリ３１の電流に関する電気信号と、ジェネレータ４２の電流に関する電気信号をそれぞれメインコントローラ３３へ送るようになっている。

【0031】

エレクトリックスピードコントローラ３６は、各モータ２４の回転数を制御する装置である。このエレクトリックスピードコントローラ３６は、パワーコントロールユニット３５を介して供給される電力を駆動電力として各モータ２４に供給するようになっている。エレクトリックスピードコントローラ３６は、フライトコントローラ３４から推力指令に関する電気信号を受け取るようになっている。

【0032】

エンジン発電ユニット１２は、エンジン４１を含む発電用エンジンシステム１５の一部及びジェネレータ４２などを備える。エンジン４１は、ジェネレータ４２の駆動源であって、この実施形態では、レシプロタイプの小型ガソリンエンジンより構成される。すなわち、エンジン４１は、各モータ２４又はバッテリ３１へ供給される電力をジェネレータ４２で発電するために、ジェネレータ４２を駆動するようになっている。また、後述する発電用エンジンシステム１５を構成する各種部品５７，６０，６２は、メインコントローラ３３のエンジン制御部５０から、発電を目的としたエンジン制御指令に関する電気信号を受け取るようになっている。

【0033】

この実施形態で、マルチコプタ１は、各種センサ２８とリモコン３０を備える。各種センサ２８は、マルチコプタ１の高度、姿勢、緯度や経度、加速度及び障害物などをそれぞれ検出するためのセンサを含む。リモコン３０は、マルチコプタ１の操縦者が持つ操作器であり、操縦者により操作されるジョイスティックからの操作に関する電気信号をマルチコプタ１へ送信したり、マルチコプタ１からの動作に関する電気信号を受信したりする送受信機などの機器を含む。リモコン３０は、マルチコプタ１に要求される飛行応答速度を取得するためのこの開示技術の取得手段の一例に相当する。ここで、マルチコプタ１に要求される飛行応答速度として、後述する離陸応答速度ＴＲＳ及び着陸応答速度ＬＲＳが含まれる。

【0034】

この本実施形態のマルチコプタ１では、各モータ２４とバッテリ３１とエンジン４１によりシリーズ式のハイブリッドシステムが構成される。すなわち、このマルチコプタ１では、エンジン４１がジェネレータ４２による発電のみに使用され、各モータ２４が各ロータ２５を回転駆動するために使用され、バッテリ３１がジェネレータ４２で発電された電力を充放電するために使用される。このようにして、マルチコプタ１は、エンジン４１の動力によりジェネレータ４２を動作させて発電し、その発電した電力で各モータ２４を動作させて各ロータ２５を回転させることで飛行するようになっている。また、このマルチコプタ１は、エンジン４１の動力によりジェネレータ４２で発電された電力のうち、各モータ２４へ供給されて余った電力を、バッテリ３１に一旦充電して蓄え、必要に応じてバッテリ３１から各モータ２４へ供給するようになっている。

【0035】

上記のように構成したマルチコプタ１は、各モータ２４に電力を供給し、複数のロータ２５をそれぞれ回転させることで各種飛行を実現するようになっている。すなわち、マルチコプタ１は、各ロータ２５の回転数を制御することで、各ロータ２５により発生する揚力をマルチコプタ１に作用する重力とバランスさせてホバリング飛行を実現する。マルチコプタ１は、各ロータ２５により発生する揚力をマルチコプタ１に作用する重力よりも大きくすることで、上昇飛行を実現し、各ロータ２５により発生する揚力をマルチコプタ１に作用する重力よりも小さくすることで、下降飛行を実現する。また、マルチコプタ１は、各ロータ２５の回転数を制御し、各ロータ２５により発生する揚力に不均衡を生じさせることで前進・後進・左右移動飛行を実現する。更に、マルチコプタ１は、相対回転する各ロータ２５の回転数に差を設けることで、旋回（回転）飛行を実現する。

【0036】

ここで、メインコントローラ３３は、パワーコントロールユニット３５へ電力供給切り替え指令に関する電気信号を送ることで、ジェネレータ４２で発電された電力の各モータ２４への供給とバッテリ３１への充電を制御すると共に、バッテリ３１に充電された電力の各モータ２４への放電を制御するようになっている。

【0037】

［発電用エンジンシステムについて］
次に、発電用エンジンシステム１５について説明する。図３に、この実施形態の発電用エンジンシステム１５とその関連機器の一部を概略構成図により示す。以下に、発電用エンジンシステム１５の構成について、図３を参照して詳細に説明する。

【0038】

この発電用エンジンシステム（以下、単に「エンジンシステム」と言う。）１５は、単気筒で構成されるエンジン４１を備える。エンジン４１は、４サイクルのレシプロエンジンであり、燃焼室を含む１つの気筒５２及びクランクシャフト５３の他、周知の構成要素を含む。エンジン４１には、気筒５２に吸気を導入するためにエンジン４１へ吸気が流れる吸気通路５４と、気筒５２から排気を導出するための排気通路５５とが設けられる。吸気通路５４の入口には、エアクリーナ５６が設けられる。吸気通路５４の途中には、サージタンク５４ａが設けられ、そのサージタンク５４ａの上流側にはスロットル装置５７が設けられる。スロットル装置５７は、吸気通路５４を流れる吸気量を調節するために開閉動作する。スロットル装置５７は、ポペット式弁より構成され、弁座に対し往復駆動する弁体（図示略）と、その弁体を開度可変に駆動するためのステップモータ５８とを含む。この実施形態のエンジンシステム１５には、弁体の開度（スロットル開度）を検出するためのスロットルセンサが設けられていない。スロットル装置５７は、弁体で流路を開閉することにより、吸気通路５４を流れる吸気量を調節するようになっている。スロットル装置５７は、エンジン４１の出力を調節するための、この開示技術の出力調節手段の一例に相当する。一方、排気通路５５には、排気を浄化するための触媒５９が設けられる。

【0039】

吸気通路５４には、同通路５４に燃料を噴射するための１つのインジェクタ６０が設けられる。インジェクタ６０は、前述した燃料タンク３２から供給される燃料（ガソリン）を噴射するように構成される。この実施形態のエンジン４１は、一連の吸気行程、圧縮行程、爆発行程及び排気行程を含むエンジンサイクルをもって動作する。吸気通路５４では、エンジンサイクルの吸気行程で導入された吸気と、インジェクタ６０から吸気通路５４に噴射された燃料とにより可燃性の混合気が形成される。

【0040】

エンジン４１には、気筒５２に対応して１つの点火プラグ６１とイグニションコイル６２が設けられる。点火プラグ６１は、イグニションコイル６２から出力される点火信号を受けてスパーク動作する。気筒５２において、混合気は、エンジンサイクルの圧縮行程で点火プラグ６１のスパーク動作により爆発・燃焼し、その爆発行程が経過する。燃焼後の排気は、排気行程で気筒５２から排気通路５５へ排出される。排気は、触媒５９を流れて浄化され、外部へ排出される。これら一連のエンジンサイクルを７２０℃Ａのクランク角をもって周期的に繰り返すことで、エンジン４１のクランクシャフト５３が回転し、エンジン４１に出力が得られる。この実施形態では、エンジン４１のクランクシャフト５３は、ジェネレータ４２の駆動軸に直接接続される。従って、ジェネレータ４２の駆動軸の回転数が、クランクシャフト５３の回転数と同じになる。

【0041】

エンジン４１に対応して設けられる各種センサ等７１，７２，７３は、エンジン４１の運転状態を検出するための手段を構成する。エンジン４１に設けられたエンジン温センサ７１は、エンジン４１のシリンダブロックの温度をエンジン温度ＴＨＥとして検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。エンジン４１に設けられた回転数センサ７２は、クランクシャフト５３の回転数をエンジン回転数ＮＥとして検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。サージタンク５４ａに設けられた吸気圧センサ７３は、サージタンク５４ａ（吸気通路５４）における吸気圧力ＰＭを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。

【0042】

このエンジンシステム１５は、エンジン４１の運転を制御するための前述したエンジン制御部５０を含む。エンジン制御部５０には、各種センサ等７１～７３がそれぞれ接続される。また、エンジン制御部５０には、スロットル装置５７のステップモータ５８、各インジェクタ６０及びイグニションコイル６２がそれぞれ接続される。周知のようにエンジン制御部５０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、各種メモリ、外部入力回路及び外部出力回路等を含む。

【0043】

この実施形態で、エンジン制御部５０は、エンジン４１を運転するために、各種センサ等７１～７３からの電気信号に基いてスロットル装置５７（ステップモータ５８）、各インジェクタ６０及びイグニションコイル６２をそれぞれ制御するようになっている。

【0044】

ここで、図４には、マルチコプタ１の離陸時におけるエンジン回転数とジェネレータ４２の電流（発電電流）に対する、等燃費率線ＥＦＣＬ、等出力線ＥＯＬ、エンジン全開性能線ＷＯＴ、等電圧線ＩＬ及び動作線ＯＬの関係をグラフにより示す。図４において、等燃費率線ＥＦＣＬを１点鎖線で示し、等出力線ＥＯＬは実線で示し、エンジン全開性能線ＷＯＴは太い２点鎖線で示し、等電圧線ＩＬは破線で示し、動作線ＯＬは太い実線で示す。動作線ＯＬは、等燃費率線ＥＦＣＬに直交するように設定される。複数の等電圧線ＩＬは、その配列の左側Ａ１から右側Ａ２へ向けて電圧が大きくなる。複数の等出力線ＥＯＬは、その配列の下側Ｂ１から上側Ｂ２へ向けて出力が大きくなる。複数の等燃費率線ＥＦＣＬは、その配列の中側Ｃ１から外側Ｃ２へ向けて燃費率が大きくなる。この実施形態では、マルチコプタ１の離陸時における飛行出力とジェネレータ４２の発電出力とが同じになるように、エンジン４１の出力が動作線ＯＬ上を遷移するように設定される。マルチコプタ１が離陸するときは、エンジン４１の燃費が最適となる動作線ＯＬ上の動作点Ｐ１でパワーコントロールユニット３５がジェネレータ４２から電力を取り出す動作を開始させ、動作線ＯＬ上の燃費動作点Ｐ２まで発電電力を動作線ＯＬに沿って変化させていく。

【0045】

この実施形態のマルチコプタ１では、その離陸時にジェネレータ４２により発電しても、離陸に必要な飛行電力の大半をバッテリ３１の放電により補わなければならず、バッテリ３１の大型化及び重量化が必要になってしまう。そこで、マルチコプタ１の離陸時に、バッテリ３１の放電による電力の補いを最小化し、バッテリ３１の小型化及び軽量化を図るために、メインコントローラ３３は、次のような離陸時出力制御を実行するようになっている。

【0046】

ここで、メインコントローラ３３は、離陸時出力制御を実行する前提として、マルチコプタ１の離陸に必要な飛行電力ＦＰ（図８～図１０参照）を充足させるために、ジェネレータ４２から各モータ２４へ発電電力ＰＧ（図８～図１０参照）を供給すると共にその発電電力ＰＧのみでは不足する電力を補うためにバッテリ３１から各モータ２４へバッテリ電力ＢＰ（図８～図１０参照）を放電させるように構成される。

【0047】

[離陸時出力制御について]
次に、メインコントローラ３３が実行する離陸時出力制御について説明する。図５に、この離陸時出力制御の内容をフローチャートにより示す。

【0048】

処理がこのルーチンへ移行すると、メインコントローラ３３（エンジン制御部５０を含む）は、ステップ１００で、マルチコプタ１の離陸判定有りの判断を待ってステップ１１０へ移行する。メインコントローラ３３は、リモコン３０からの操作指令に関する電気信号に基づき、離陸判定が有るか否かを判断する。

【0049】

次に、ステップ１１０で、メインコントローラ３３は、マルチコプタ１の離陸応答速度ＴＲＳ、すなわちマルチコプタ１を離陸させるために要求される応答速度を取り込む。メインコントローラ３３は、リモコン３０からの操作指令に関する電気信号に基づき、この離陸応答速度ＴＲＳを取り込むことができる。離陸応答速度ＴＲＳは、この開示技術における飛行応答速度の一例に相当する。

【0050】

次に、ステップ１２０で、メインコントローラ３３は、離陸応答速度ＴＲＳに応じたジェネレータ４２の応答時間ＲＴを決定する。メインコントローラ３３は、例えば、図６に示すような応答時間マップを参照することにより、離陸応答速度ＴＲＳに応じた応答時間ＲＴを決定することができる。このマップでは、離陸応答速度ＴＲＳが速くなるほど応答時間ＲＴが曲線的に増加するようになっている。図６において、離陸応答速度ＴＲＳが、所定速度Ｓ１（例えば、５ｍ／秒）の場合、応答時間ＲＴが、所定時間Ｔ１（例えば、１秒）となる。

【0051】

次に、ステップ１３０で、メインコントローラ３３は、エンジン４１の運転、延いてはジェネレータ４２の運転を制御するためのスロットル開度指令値ＴＯＣＶを更新し、そのスロットル開度指令値ＴＯＣＶに基づきスロットル装置５７（ステップモータ５８）を制御する。メインコントローラ３３は、前回算出されたスロットル開度指令値（前回指令値ＴＯＣＶｏ）に更新値ＵＶを加算することにより、スロットル開度指令値ＴＯＣＶを更新することができる（式１）。更新値ＵＶは、最終到達値ＦＲＶから過渡開始値ＥＳＶを減算し、その減算結果を更新ステップ数ＮＵＳで除算することにより求めることができる（式２）。更新ステップ数ＮＵＳは、応答時間ＲＴを制御周期（例えば、１６[ｍｓ]）で除算することにより求めることができる（式３）。
ＴＯＣＶ＝ＴＯＣＶｏ＋ＵＶ ・・・（式１）
ＵＶ＝（ＦＲＶ－ＥＳＶ）÷ＮＵＳ ・・・（式２）
ＮＵＳ＝ＲＴ÷１６ ・・・（式３）

【0052】

ここで、図７に、図４におけるエンジン回転数と発電電流に対する動作線ＯＬの関係のみをグラフにより示す。図７には、動作線ＯＬ上の動作点Ｐ１と燃費動作点Ｐ２との間の中間動作点Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３を示す。ステップ１３０の処理によれば、図７に示すように、中間動作点Ｑ１から中間動作点Ｑ２へ遷移する。この間の遷移では、発電電流を一定とし、スロットル開度指令値ＴＯＣＶが更新されることでエンジン回転数が更新（増加）される。

【0053】

次に、ステップ１４０で、メインコントローラ３３は、ジェネレータ４２の発電電流指令値ＰＧＣＶを更新し、その発電電流指令値ＰＧＣＶに基づきパワーコントロールユニット３５を制御する。メインコントローラ３３は、前回算出された発電電流指令値ＰＧＣＶ（前回指令値ＰＧＣＶｏ）に更新値ＣＵＰを加算することにより、発電電流指令値ＧＣＣＶを更新することができる（式４）。更新値ＣＵＰは、最終到達値ＣＦＶから過渡開始値ＣＥＶを減算し、その減算結果を更新ステップ数ＮＵＳで除算することにより求めることができる（式５）。更新ステップ数ＮＵＳは、応答時間ＲＴを制御周期（例えば、１６[ｍｓ]）で除算することにより求めることができる（式６）。
ＰＧＣＶ＝ＰＧＣＶｏ＋ＣＵＰ ・・・（式４）
ＣＵＰ＝（ＣＦＶ－ＣＥＶ）÷ＮＵＳ ・・・（式５）
ＮＵＳ＝ＲＴ÷１６ ・・・（式６）

【0054】

このステップ１４０の処理によれば、図７に示すように、中間動作点Ｑ２から中間動作点Ｑ３へ遷移する。この間の遷移では、スロットル開度指令値ＴＯＣＶの更新と共に発電電流が更新される。この場合は、エンジン４１の吸気量を一定として負荷を増やすので、エンジン回転数は低下することになる。

【0055】

そして、ステップ１５０で、メインコントローラ３３は、スロットル開度指令値ＴＯＣＶと発電電流指令値ＰＧＣＣＶが、それぞれ最終到達値ＦＲＶ，ＣＦＶに到達したか否かを判断する。すなわち、メインコントローラ３３は、スロットル開度指令値ＴＯＣＶが最終到達値ＦＲＶに到達したこと、発電電流指令値ＰＧＣＣＶが最終到達値ＣＦＶに到達したことの両方の成立を判断する。メインコントローラ３３は、この判断結果が肯定となる場合は処理一旦終了し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ１３０へ戻す。

【0056】

上記した離陸時出力制御によれば、メインコントローラ３３は、マルチコプタ１の離陸時にリモコン３０により取得される離陸応答速度ＴＲＳ（飛行応答速度）に合わせてジェネレータ４２の発電電力ＰＧを出力させる応答速度（出力応答速度）を変化させるためにエンジン４１を制御すると共に、ジェネレータ４２から各モータ２４へ流れる発電電流ＰＧＣ（図８～図１０参照）を制御するようになっている。

【0057】

また、上記した離陸時出力制御によれば、メインコントローラ３３は、マルチコプタ１の離陸時に、取得される離陸応答速度ＴＲＳ（飛行応答速度）に合わせてスロットル装置５７を制御してエンジン４１の出力を調節することにより、ジェネレータ４２の発電電力ＰＧを出力させる応答速度（出力応答速度）を変化させるようになっている。具体的には、メインコントローラ３３は、取得される離陸応答速度ＴＲＳが速いほどジェネレータ４２の発電電力ＰＧを出力させる応答速度が速くなるようにスロットル装置５７を制御し、取得される離陸応答速度ＴＲＳが遅いほどジェネレータ４２の発電電力ＰＧを出力させる応答速度が遅くなるようにスロットル装置５７を制御するようになっている。

【0058】

[マルチコプタの作用及び効果]
以上説明したこの実施形態のマルチコプタ１の構成によれば、マルチコプタ１は、各モータ２４へ電力を供給して各ロータ２５を回転させることにより飛行する。ここで、メインコントローラ３３（制御手段）は、エンジン４１の運転、ジェネレータ４２から各モータ２４への電力の供給、ジェネレータ４２からバッテリ３１への充電及びバッテリ３１から各モータ２４への放電を制御する。そして、メインコントローラ３３は、マルチコプタ１の離陸に必要な飛行電力ＦＰを充足させるために、ジェネレータ４２から各モータ２４へ発電電力ＰＧを供給すると共に発電電力ＰＧのみでは不足する電力を補うためにバッテリ３１から各モータ２４へバッテリ電力ＢＰを放電させる。また、メインコントローラ３３は、マルチコプタ１の離陸時にリモコン３０（取得手段）により取得される離陸応答速度ＴＲＳ（飛行応答速度）に合わせてジェネレータ４２の発電電力ＰＧを出力させる応答速度（出力応答速度）を変化させるためにエンジン４１を制御すると共に、ジェネレータ４２から各モータ２４へ流れる発電電流を制御する。従って、マルチコプタ１では、離陸に必要な飛行電力ＦＰを充足させるために、取得される離陸応答速度ＴＲＳに合わせてジェネレータ４２の発電電力ＰＧを出力させる応答速度を変化させ、ジェネレータ４２から各モータ２４へ流れる発電電流が制御されるので、ジェネレータ４２の発電電力ＰＧのみでは不足する電力を補うためにバッテリ３１が負担するバッテリ電力ＢＰが低減する。このため、エンジン４１で駆動するジェネレータ４２と、充放電可能なバッテリ３１とを備えたマルチコプタ１において、離陸時に必要な飛行電力ＦＰを充足させるジェネレータ４２の発電電力ＰＧとバッテリ３１のバッテリ電力ＢＰのうちバッテリ電力ＢＰを低減させることができ、バッテリ３１の小型化及び軽量化を図ることができる。この結果、マルチコプタ１の重量増加を抑えることができ、これによってマルチコプタ１の航続距離を延ばすことができ、また、マルチコプタ１のペイロード性能を向上させることができる。

【0059】

図８は、この実施形態に係り、マルチコプタ１が急速に離陸する場合であって、離陸時出力制御に関連した各種パラメータの挙動をタイムチャートにより示す。図９は、同じくこの実施形態に係り、マルチコプタ１がゆっくりと離陸する場合であって、離陸時出力制御に関連した各種パラメータの挙動をタイムチャートにより示す。図１０は、この実施形態とは異なる対比例に係り、離陸時にジェネレータの応答性が遅い場合であって、各種パラメータの挙動をタイムチャートにより示す。図８～図１０において、（Ａ）は電力の変化であって、太い実線はマルチコプタ１の飛行に必要な飛行電力ＦＰを示し、太い破線はジェネレータ４２の発電電力ＰＧを示す。図８～図１０において、（Ｂ）はスロットル開度指令値ＴＯＣＶの変化を示し、（Ｃ）は発電電流ＰＧＣの変化を示す。図９において、（Ａ）に実線で示す飛行電力ＦＰ１及び破線で示す発電電力ＰＧ１、（Ｂ）に実線で示すスロットル開度指令値ＴＯＣＶ１、（Ｃ）に実線で示す発電電流ＰＧＣ１は、それぞれ急速に離陸する場合を対比のために示すものである。

【0060】

図８に示すように、この実施形態のマルチコプタ１が急速に離陸する場合は、時刻ｔ１で離陸を開始すると、（Ａ）に示すように飛行電力ＦＰは急増し、時刻ｔ２でピークに達し、その後急減して一定値となる。このとき、発電電力ＰＧは、飛行電力ＦＰの変化に合わせて時刻ｔ１と時刻ｔ２との間で急増して一定値となる。また、（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、スロットル開度指令値ＴＯＣＶと発電電流ＰＧＣも、発電電力ＰＧの変化に対応して時刻ｔ１と時刻ｔ２との間で急増して一定値となる。すなわち、マルチコプタ１が急速に離陸する場合は、スロットル装置５７が直ちに開弁応答し、ジェネレータ４２の過渡応答が早まり、発電電力ＰＧが応答性よく急増することになる。ここで、（Ａ）において、飛行電力ＦＰと発電電力ＰＧとの間の紗（ドット）を付して示す部分がバッテリ３１の放電によって補われるバッテリ電力ＢＰを示す。この発電電力ＰＧを補うバッテリ電力ＢＰは、時刻ｔ２に飛行電力ＦＰがピークに達するときに最大となる。このときのバッテリ電力ＢＰをバッテリ３１の最大電力とすると、バッテリ３１の重量は、この最大電力に応じて決定することができる。

【0061】

図９に示すように、この実施形態のマルチコプタ１がゆっくりと離陸する場合は、時刻ｔ１で離陸を開始すると、（Ａ）に示すように飛行電力ＦＰはゆっくりと増加し、時刻ｔ３でピークに達し、その後にゆっくりと減少して一定値となる。このとき、発電電力ＰＧは、飛行電力ＦＰの変化に合わせて時刻ｔ１と時刻ｔ３との間でゆっくりと増加して一定値となる。また、（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、スロットル開度指令値ＴＯＣＶと発電電流ＰＧＣも、発電電力ＰＧの変化に対応して時刻ｔ１と時刻ｔ３との間でゆっくりと増加して一定値となる。すなわち、マルチコプタ１がゆっくりと離陸する場合は、スロットル装置５７が直ちに緩やかに開弁応答し、ジェネレータ４２の過渡応答が早まり、発電電力ＰＧが緩やかに増加することになる。ここで、（Ａ）に示すように、時刻ｔ３における飛行電力ＦＰのピークは、急速に離陸する場合よりも小さくなることから、そのとき発電電力ＰＧを補うバッテリ電力ＢＰの最大値も小さくなる。

【0062】

一方、図１０に示すように、対比例のマルチコプタが急速に離陸する場合は、時刻ｔ１で離陸を開始すると、（Ａ）に示すように飛行電力ＦＰは急増し、時刻ｔ２でピークに達し、その後急減して一定値となる。このとき、ジェネレータの過渡応答が遅いことから、発電電力ＰＧは、飛行電力ＦＰの変化に遅れて時刻ｔ２と時刻ｔ４との間で急増して一定値となる。また、（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、スロットル開度指令値ＴＯＣＶと発電電流ＰＧＣも、発電電力ＰＧの変化に対応して時刻ｔ２と時刻ｔ４との間で急増して一定値となる。すなわち、この対比例では、マルチコプタが急速に離陸する場合でも、スロットル装置の開弁応答が遅れ、ジェネレータの過渡応答が遅れ、発電電力ＰＧの増加が遅れることになる。従って、（Ａ）において、時刻ｔ２で飛行電力ＦＰがピークに達するときには、発電電力ＰＧがほぼゼロとなることから、発電電力ＰＧを補うバッテリ電力ＢＰは、飛行電力ＦＰのほぼ全てとなってしまう。従って、このときのバッテリ電力ＢＰをバッテリの最大電力とすると、バッテリの重量は、この最大電力に応じて決定することになる。このため、バッテリの重量は、図８に示す場合のほぼ２倍となり、大型のバッテリが必要になってしまう。この実施形態では、バッテリ３１の容量を、対比例のバッテリの容量のほぼ半分に抑えることができる。

【0063】

また、この実施形態のマルチコプタ１の構成によれば、発電用エンジンシステム１５のエンジン４１によりジェネレータ４２が駆動されて発電し、その発電した電力がマルチコプタ１を飛行させるために各モータ２４へ供給される。また、その発電した電力がバッテリ３１へ充電されて充電量が補充される。従って、エンジン４１が停止してジェネレータ４２を駆動できなくなっても、バッテリ３１に充電された電力を各モータ２４へ供給することで、マルチコプタ１の飛行が可能となる。このため、ジェネレータ４２で発電した電力をバッテリ３１に充電できる分だけマルチコプタ１の航続距離及び滞空時間を延ばすことができる。

【0064】

＜第２実施形態＞

【0065】

次に、第２実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、第１実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、以下には異なった点を中心に説明する。

【0066】

この実施形態は、着陸時出力制御の点で第１実施形態の離陸時出力制御と構成が異なる。この実施形態では、第１実施形態の離陸時出力制御に加え、この着陸時出力制御を実行するようになっている。

【0067】

ここで、図１１には、マルチコプタ１の着陸時におけるエンジン回転数とジェネレータ４２の発電電流に対する、等燃費率線ＥＦＣＬ、等出力線ＥＯＬ、エンジン全開性能線ＷＯＴ、等電圧線ＩＬ及び動作線ＯＬの関係を図４に準ずるグラフにより示す。この実施形態では、マルチコプタ１の着陸時における飛行出力とジェネレータ４２の発電出力とが同じになるように、エンジン４１の出力が動作線ＯＬ上を遷移するように設定される。図１１では、マルチコプタ１が着陸するときは、エンジン４１の燃費が最適となる動作線ＯＬ上の動作点Ｐ３から、動作線ＯＬ上の動作点Ｐ１まで動作線ＯＬに沿って電力を変化させる。

【0068】

この実施形態のマルチコプタ１では、その着陸時においても、ジェネレータ４２の発電電力を各モータ２４へ供給するが、着陸に必要な飛行電力が発電電力よりも少なくなることから、余った発電電力をバッテリ３１に充電させなければならない。そのため、この点でもバッテリ３１の大型化及び重量化が必要になってしまう。そこで、マルチコプタ１の着陸時に、バッテリ３１への発電電力の充電を最小化し、バッテリ３１の小型化及び軽量化を図るために、メインコントローラ３３は、次のような着陸時出力制御を実行するようになっている。

【0069】

ここで、メインコントローラ３３は、着陸時出力制御を実行する前提として、マルチコプタ１の着陸に必要な飛行電力ＦＰ（図１４～図１６参照）を充足させるために、ジェネレータ４２から各モータ２４へ発電電力ＰＧ（図１４～図１６参照）を供給すると共に発電電力ＰＧの余りをバッテリ３１へ充電させるように構成される。

【0070】

[着陸時出力制御について]
次に、メインコントローラ３３が実行する着陸時出力制御について説明する。図１２に、この着陸時出力制御の内容をフローチャートにより示す。このフローチャートでは、ステップ１００～ステップ１２０の代わりに、ステップ２００～ステップ２２０が設けられる点で図５のフローチャートと構成が異なる。

【0071】

処理がこのルーチンへ移行すると、メインコントローラ３３（エンジン制御部５０を含む）は、ステップ２００で、マルチコプタ１の着陸判定有りの判断を待ってステップ２１０へ移行する。メインコントローラ３３は、リモコン３０からの操作指令に関する電気信号に基づき、着陸判定が有るか否かを判断する。

【0072】

次に、ステップ２１０で、メインコントローラ３３は、マルチコプタ１の着陸応答速度ＬＲＳ、すなわちマルチコプタ１を着陸させるために要求される応答速度を取り込む。メインコントローラ３３は、リモコン３０からの操作指令に関する電気信号に基づき、この着陸応答速度ＬＲＳを取り込む。着陸応答速度ＬＲＳは、この開示技術における飛行応答速度の一例に相当する。

【0073】

次に、ステップ２２０で、メインコントローラ３３は、着陸応答速度ＬＲＳに応じたジェネレータ４２の応答時間ＲＴを決定する。メインコントローラ３３は、例えば、図６に準ずる応答時間マップを参照することにより、着陸応答速度ＬＲＳに応じた応答時間ＲＴを決定することができる。

【0074】

その後、メインコントローラ３３は、離陸時出力制御と同様に、ステップ１３０～ステップ１５０の処理を実行する。

【0075】

ここで、図１３に、図１１におけるエンジン回転数と発電電流に対する動作線ＯＬの関係のみをグラフにより示す。図１３には、着陸時の動作線ＯＬ上の動作点Ｐ３と動作点Ｐ１との間の中間動作点Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６を示す。着陸時のステップ１３０の処理によれば、図１３に示すように、中間動作点Ｑ４から中間動作点Ｑ５へ遷移する。この間の遷移では、発電電流を一定とし、スロットル開度指令値ＴＯＣＶが更新されることでエンジン回転数が更新（減少）される。

【0076】

また、着陸時のステップ１４０の処理によれば、図１３に示すように、中間動作点Ｑ５から中間動作点Ｑ６へ遷移する。この間の遷移では、スロットル開度指令値ＴＯＣＶの更新と共に発電電流が更新される。この場合は、エンジン４１の吸気量を一定として負荷を減らすので、エンジン回転数は上昇することになる。

【0077】

上記した着陸時出力制御によれば、メインコントローラ３３は、マルチコプタ１の着陸時にリモコン３０により取得される着陸応答速度ＬＲＳ（飛行応答速度）に合わせてジェネレータ４２の発電電力ＰＧを出力させる応答速度（出力応答速度）を変化させるためにエンジン４１を制御すると共に、ジェネレータ４２から各モータ２４へ流れる発電電流ＰＧＣ（図１４～図１６参照）を制御するようになっている。

【0078】

[マルチコプタの作用及び効果]
以上説明したこの実施形態のマルチコプタ１の構成によれば、第１実施形態の作用及び効果に加え、次のような作用及び効果を得ることができる。すなわち、メインコントローラ３３は、マルチコプタ１の着陸に必要な飛行電力ＦＰを充足させるために、ジェネレータ４２から各モータ２４へ発電電力ＰＧを供給すると共に発電電力ＰＧの余りをバッテリ３１へ充電させる。また、メインコントローラ３３は、マルチコプタ１の着陸時にリモコン３０により取得される着陸応答速度ＬＲＳ（飛行応答速度）に合わせてジェネレータ４２の発電電力ＰＧを出力させる応答速度（出力応答速度）を変化させるためにエンジン４１を制御すると共に、ジェネレータ４２から各モータ２４へ流れる発電電流ＰＧＣを制御する。従って、マルチコプタ１では、着陸に必要な飛行電力ＦＰを充足させるために、取得される着陸応答速度ＬＲＳに合わせてジェネレータ４２の発電電力ＰＧを出力させる応答速度を変化させ、ジェネレータ４２から各モータ２４へ流れる発電電流ＰＧＣが制御されるので、ジェネレータ４２の発電電力ＰＧのうち各モータ２４へ供給されない余りの電力が低減し、バッテリ３１に充電すべき余りの電力が低減する。このため、マルチコプタ１の着陸時に必要な飛行電力ＦＰを充足させるジェネレータ４２の発電電力ＰＧのうちバッテリ３１に充電される発電電力ＰＧの余りを低減させることができ、バッテリ３１の小型化及び軽量化を図ることができる。この点においても、マルチコプタ１の重量増加を抑えることができ、これによってマルチコプタ１の航続距離を延ばすことができ、また、マルチコプタ１のペイロード性能を向上させることができる。

【0079】

図１４は、この実施形態に係り、マルチコプタ１が急速に着陸する場合であって、着陸時出力制御に関連した各種パラメータの挙動をタイムチャートにより示す。図１５は、同じくこの実施形態に係り、マルチコプタ１がゆっくりと着陸する場合であって、着陸時出力制御に関連した各種パラメータの挙動をタイムチャートにより示す。図１６は、この実施形態とは異なる対比例に係り、着陸時にジェネレータの応答性が遅い場合であって、各種パラメータの挙動をタイムチャートにより示す。図１４～図１６において、（Ａ）～（Ｃ）は図８～図１０に準ずる。図１５において、（Ａ）に実線で示す飛行電力ＦＰ１及び破線で示す発電電力ＰＧ１、（Ｂ）に実線で示すスロットル開度指令値ＴＯＣＶ１、（Ｃ）に実線で示す発電電流ＰＧＣ１は、それぞれ急速に着陸する場合を対比のために示すものである。

【0080】

図１４に示すように、この実施形態のマルチコプタ１が急速に着陸する場合は、時刻ｔ１で着陸を開始すると、（Ａ）に示すように飛行電力ＦＰは急減し、時刻ｔ２でほぼゼロとなる。このとき、発電電力ＰＧは、飛行電力ＦＰの変化に合わせて時刻ｔ１と時刻ｔ２との間で急減し、ほぼゼロとなる。また、（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、スロットル開度指令値ＴＯＣＶと発電電流ＰＧＣも、発電電力ＰＧの変化に対応して時刻ｔ１と時刻ｔ２との間で減少して一定値となる。すなわち、マルチコプタ１が急速に着陸する場合は、スロットル装置５７が直ちに閉弁応答し、ジェネレータ４２の過渡応答が早まり、発電電力ＰＧが応答性よく急減することになる。ここで、（Ａ）において、発電電力ＰＧは飛行電力ＦＰより大きく、発電電力ＰＧと飛行電力ＦＰの間の紗（ドット）を付して示す部分は、飛行に使われずに余った発電電力ＰＧであり、バッテリ３１に充電されるべき充電電力ＣＰを示す。従って、マルチコプタ１が着陸を開始し終了するまでの時刻ｔ１と時刻ｔ２との間のある時刻で、充電電力ＣＰが最大となる。この最大の充電電力ＣＰをバッテリ３１の最大電力とすると、バッテリ３１の重量は、この最大電力に応じて決定することができる。

【0081】

図１５に示すように、マルチコプタ１がゆっくりと着陸する場合は、時刻ｔ１で着陸を開始すると、（Ａ）に示すように飛行電力ＦＰはゆっくりと減少し、時刻ｔ３でほぼゼロとなる。このとき、発電電力ＰＧは、飛行電力ＦＰの変化に合わせて時刻ｔ１と時刻ｔ３との間でゆっくりと減少してほぼゼロとなる。また、（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、スロットル開度指令値ＴＯＣＶと発電電流ＰＧＣは、発電電力ＰＧの変化より早めに時刻ｔ１と時刻ｔ２との間でゆっくりと減少して一定値となる。すなわち、マルチコプタ１がゆっくりと着陸する場合は、スロットル装置５７が直ちに緩やかに閉弁応答し、ジェネレータ４２の過渡応答が早まり、発電電力ＰＧが緩やかに減少することになる。ここで、（Ａ）に示すように、時刻ｔ１と時刻ｔ３との間のある時刻における充電電力ＣＰの最大値は、急速に着陸する場合よりも小さくなる。

【0082】

一方、図１６に示すように、対比例のマルチコプタが急速に着陸する場合は、時刻ｔ１で着陸を開始すると、（Ａ）に示すように飛行電力ＦＰは急減し、時刻ｔ２でほぼゼロとなる。このとき、ジェネレータの過渡応答が遅れることから、発電電力ＰＧは、飛行電力ＦＰの変化に遅れて時刻ｔ１と時刻ｔ４との間で減少してほぼゼロとなる。また、（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、スロットル開度指令値ＴＯＣＶと発電電流ＰＧＣは、発電電力ＰＧの変化よりも早い時刻ｔ１と時刻ｔ２との間で減少して一定値となる。すなわち、この対比例では、マルチコプタが急速に着陸する場合でも、スロットル装置の閉弁応答が遅れ、ジェネレータの過渡応答が遅れ、発電電力ＰＧの減少が遅れることになる。従って、（Ａ）において、時刻ｔ１で着陸を開始してから時刻ｔ２で着陸を終了した後も、時刻ｔ４までの間でジェネレータの発電が続くことになり、バッテリで充電される充電電力ＣＰが多くなる。従って、このときの充電電力ＣＰの全部をバッテリに充電しようとすると、バッテリの容量は大きくなり、バッテリの重量は、図１４に示す場合の数倍（約４倍）となり、大型のバッテリが必要になってしまう。この実施形態では、バッテリ３１の容量を、対比例のバッテリの容量の数分の一（約四分の一）に抑えることができる。

【0083】

［別の実施形態について］
なお、この開示技術は前記各実施形態に限定されるものではなく、開示技術の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。

【0084】

前記各実施形態において、図１に示すマルチコプタ１の外観は一例を示すものであり、機体１１の形状、モータ２４やロータ２５の数及び配置等については、適宜変更することができる。

【産業上の利用可能性】

【0085】

この開示技術は、エンジンで駆動する発電機と充放電可能なバッテリとを備えたマルチコプタに適用することができる。

【符号の説明】

【0086】

１ マルチコプタ
２４ モータ
２５ ロータ
３０ リモコン（取得手段）
３１ バッテリ
３３ メインコントローラ（制御手段）
４１ エンジン
４２ ジェネレータ（発電機）
５７ スロットル装置（出力調節手段）
ＴＲＳ 離陸応答速度（飛行応答速度）
ＬＲＳ 着陸応答速度（飛行応答速度）
ＰＧＣ 発電電流
ＦＰ 飛行電力
ＰＧ 発電電力
ＢＰ バッテリ電力
ＣＰ 充電電力

【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】