特表 2023-554172 係留型航空ビークルに電力を提供する為のシステム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-12-26

(54)【発明の名称】係留型航空ビークルに電力を提供する為のシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   H05B 45/38 20200101AFI20231219BHJP

   H05B 47/105 20200101ALI20231219BHJP

   H05B 45/10 20200101ALI20231219BHJP

   B64U 10/60 20230101ALI20231219BHJP

   B64U 50/30 20230101ALI20231219BHJP

【ＦＩ】

H05B45/38

H05B47/105

H05B45/10

B64U10/60

B64U50/30

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023558301

(86)(22)【出願日】2021-12-03

(85)【翻訳文提出日】2023-07-25

(86)【国際出願番号】 US2021061752

(87)【国際公開番号】W WO2022120134

(87)【国際公開日】2022-06-09

(31)【優先権主張番号】63/121,938

(32)【優先日】2020-12-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/149,660

(32)【優先日】2021-02-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523212760

【氏名又は名称】ペガポッド エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100098729

【弁理士】

【氏名又は名称】重信 和男

(74)【代理人】

【識別番号】100206911

【弁理士】

【氏名又は名称】大久保 岳彦

(74)【代理人】

【識別番号】100204467

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 好文

(74)【代理人】

【識別番号】100148161

【弁理士】

【氏名又は名称】秋庭 英樹

(74)【代理人】

【識別番号】100195833

【弁理士】

【氏名又は名称】林 道広

(72)【発明者】

【氏名】ボスティック，ランドール

【テーマコード（参考）】

3K273

【Ｆターム（参考）】

3K273AA02

3K273BA07

3K273BA27

3K273CA02

3K273CA12

3K273CA25

3K273DA02

3K273FA03

3K273FA07

3K273FA08

3K273FA13

3K273FA14

3K273GA05

3K273GA14

3K273GA28

3K273GA29

3K273HA12

3K273HA17

(57)【要約】

係留型航空ビークルに使用する為の航空ビークル電力システムと関連の方法とが提供される。航空ビークル電力システムは、航空ビークルに搭載される複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。航空ビークルには少なくとも一つの電気回路が搭載される。少なくとも一つの電気回路は、複数のＬＥＤの少なくとも一部分と電気的に直列であるＤＣバックコンバータを有する。航空ビークルと航空ビークルから遠隔に配置された電源との間には、係留材が接続される。係留材を通して航空ビークルと複数のＬＥＤの少なくとも一部分とに電力が伝送される。電気回路は、航空ビークルと複数のＬＥＤとに供給される電力の変動を最小化する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

航空ビークルと、
前記航空ビークルに搭載される複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
前記航空ビークルに搭載される少なくとも一つの電気回路であって、前記複数のＬＥＤの少なくとも一部分と電気的に直列であるＤＣバックコンバータを有する少なくとも一つの電気回路と、
前記航空ビークルと、前記航空ビークルから遠隔に配置された電源との間に接続される係留材であって、前記航空ビークルと前記複数のＬＥＤの少なくとも一部分とに電力が伝送される際に通る係留材と、
を具備する航空ビークル電力システム。

【請求項2】

前記ＤＣバックコンバータと電気的に並列である少なくとも一つの抵抗デバイスを更に具備する、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記少なくとも一つの抵抗デバイスが更に電流量ブーストレギュレータを具備し、前記電流量ブーストレギュレータがレジスタ又はＬＥＤの少なくとも一方を具備する、請求項２に記載のシステム。

【請求項4】

前記係留材を通って前記ＤＣバックコンバータで受容される電圧が前記ＤＣバックコンバータの最大入力電圧レベルに接近した時に、前記電流量ブーストレギュレータが大きな電流量を消費することにより電圧降下を起こし、入力電圧が前記ＤＣバックコンバータの前記最大電圧レベルを下回ったままになる、請求項３に記載のシステム。

【請求項5】

前記係留材を通って受容された電圧から、前記ＤＣコンバータと直列である前記複数のＬＥＤの前記部分による電圧損失を引いたものが、前記ＤＣコンバータの電圧範囲内にある、請求項４に記載のシステム。

【請求項6】

航空ビークルと、
前記航空ビークルに搭載される複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
前記航空ビークルに搭載される少なくとも一つの電気回路であって、電流量ブーストレギュレータと電気的に並列であるＤＣバックコンバータを有する少なくとも一つの電気回路と、
前記航空ビークルと前記航空ビークルから遠隔に配置された電源との間に接続される係留材であって、前記航空ビークルと前記複数のＬＥＤの少なくとも一部分とに電力が伝送される際に通る係留材と、
を具備する航空ビークル電力システム。

【請求項7】

前記電流量ブーストレギュレータがレジスタ又はＬＥＤの少なくとも一方を有する、請求項６に記載のシステム。

【請求項8】

前記係留型航空ビークルの係留材を通して受容された電圧が前記ＤＣバックコンバータの最大電圧レベルに接近した時に、前記電流量ブーストレギュレータが大きな電流量を消費することにより電圧降下を起こし、入力電圧が前記ＤＣバックコンバータの前記最大電圧レベルを下回ったままになる、請求項６又は７に記載のシステム。

【請求項9】

前記ＤＣバックコンバータが前記複数のＬＥＤの少なくとも一部分と電気的に直列に接続される、請求項６，７，又は８に記載のシステム。

【請求項10】

前記係留型航空ビークルの係留材を通して受容された電圧から、前記ＤＣバックコンバータと直列である前記複数のＬＥＤの前記部分による電圧損失を引いたものが、前記ＤＣバックコンバータの電圧範囲内にある、請求項９に記載のシステム。

【請求項11】

照明器を搭載する航空ビークルに電力供給する為の方法であって、
複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）が装備された航空ビークルを用意することと、
前記航空ビークルと前記航空ビークルの表面から遠隔に設置された電源との間に係留材を接続することと、
前記係留材を通して大量の電力を伝送することであって、前記航空ビークルに搭載された少なくとも一つの電気回路を通して前記大量の電力が伝送され、前記少なくとも一つの電気回路が、前記複数のＬＥＤの少なくとも一部分と電気的に直列であるＤＣバックコンバータを有することと、
を包含する方法。

【請求項12】

少なくとも一つの抵抗デバイスを前記ＤＣバックコンバータと並列に電気的に接続することを更に包含し、前記少なくとも一つの抵抗デバイスが、前記少なくとも一つの電気回路における電流量変動を調整する、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記少なくとも一つの抵抗デバイスが更に電流量ブーストレギュレータを具備し、前記電流量ブーストレギュレータがレジスタ又はＬＥＤの少なくとも一方を具備し、前記係留材を通して受容された電圧が前記ＤＣバックコンバータの最大電圧レベルに接近した時に前記電流量ブーストレギュレータによって電流量が消費されることにより電圧降下を起こし、前記電圧が前記ＤＣバックコンバータの前記最大電圧レベルを下回ったままになる、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記係留材を通して受容された電圧から、前記ＤＣバックコンバータと直列である前記複数のＬＥＤの前記部分による電圧損失を引いたものが、前記ＤＣバックコンバータの電圧範囲内にある、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記航空ビークルがより多くの電力を消費する時に、前記ＤＣバックコンバータがより多くの電流量を消費することにより、前記ＤＣバックコンバータにおいて測定される入力電圧を低下させ、こうして前記電流量ブーストレギュレータが低い電圧を受容して抵抗を上昇させることにより、前記電流量ブーストレギュレータにより使用される電流量を減少させる、請求項１３又は１４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、概ね電力システムに関しており、より詳しくは係留型航空ビークルへ電力を提供する為のシステム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

航空システム、特に無人航空システム（ＵＡＳ）はますます普及している。軍隊では、監視の遂行、物品の送達、そして軍事行動の実施には、通常、有人航空システムとＵＡＳの両方が使用される。軍隊以外では、レクリエーションやスポーツで、そしてタスクを実施するのに様々な産業で、ＵＡＳ又はドローンが広く使用されている。最近では、ＵＡＳがカメラのような電子デバイスを具備することにより、ユーザは航空写真を撮影できる。

【0003】

同様に、空中又は頭上高くからの屋外空間の照明を行なう為にＵＡＳは照明器を備えている。このように照明器を備えるＵＡＳは、永久的な照明ポール、あるいは高い位置まで上昇する臨時照明器を有するトレーラ搭載の照明ユニットなど旧来の屋外照明ユニットの代わりに、屋外空間の迅速な臨時照明を行なうのに使用され得る。２５フィートを超える高さから送達される一般的に２０，０００ルーメンより高いこれらのＵＡＳからの高出力広域照明は、例えば、建設、スポーツ、及びエンターテインメントを含めて、さもなければ可能ではない夜間に屋外で行われる多くの活動を可能にする。加えて、ＵＡＳと照明技術の両方の進歩とともに、従来の照明ポールの高度及びそれを超えるまでＵＡＳが高出力照明デバイスを持ち上げることが今では可能である。現在、ＵＡＳの搭載バッテリの出力制限ゆえに、ＵＡＳでの高出力照明の大半の実行例で発出されるのは１２，０００ルーメン未満であり、１時間未満の照明飛行に制限されている。

【0004】

長時間にわたる臨時屋外照明を提供するか、高輝度の照明を提供する為に、バッテリ、発電機、あるいは旧来の送電網からの配線による電力など地上電源とＵＡＳを電気的に接続する係留材をＵＡＳが備え得る。係留型ＵＡＳを使用して、ＵＡＳへ連続的に電力を提供することが今では可能である。係留材は一般的に、被覆材又は軽量ロープに包囲され得る導体を有するワイヤを含む。電力は、地上電源から係留材を通って、ＵＡＳの推進又は飛行制御システムとＵＡＳに搭載された照明システムの両方へ送達され得る。しかしながら、重量効率の高い手法で係留材を通してＵＡＳと高出力ＬＥＤの両方に電力を送達するのは大抵困難であり得る。ペイロード重量を低下させれば、小型かつ軽量であってよりポータブルで節電型のＵＡＳが照明に使用され得るだろう。

【0005】

現在の係留型ＵＡＳは、幾つかの異なるペイロードに電力供給するように設計されている。一般的に、地上電源から係留材を通して送達される高圧ＤＣは、搭載のＤＣコンバータにより、ドローンと高出力照明を含む装備品による使用の為の低電圧へ下方変換される。照明器装備品の為により多くの電力が必要とされる場合には、より大型でより重量のあるＤＣコンバータ及びヒートシンクも必要とされる。故に、超過重量を支えるには、照明の電力要件の上昇に伴ってＵＡＳサイズが増大しなければならない。総重量が増大するにつれて、地上電力システムからの必要出力も増大する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

故に、上述した欠陥及び不備に対応する為のこれまで未対応の需要が、業界には存在する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の実施形態は、航空ビークル電力システムを提供する。簡潔に記載すると、構造において、システムの一実施形態は、とりわけ以下のように実行され得る。航空ビークルには複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）が搭載される。航空ビークルには少なくとも一つの電気回路が搭載され、少なくとも一つの電気回路は、複数のＬＥＤの少なくとも一つの部分と電気的に直列であるＤＣバックコンバータを有する。航空ビークルと航空ビークルから遠隔に配置された電源との間には係留材が接続され、係留材を通して航空ビークルと複数のＬＥＤの少なくとも一部分とに電力が伝送される。

【0008】

本開示は、航空ビークル電力システムを提供するものとしても見なされ得る。簡潔に記載すると、構造において、システムの一実施形態はとりわけ以下のように実行され得る。航空ビークル電力システムは、航空ビークルと、航空ビークルに搭載された複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）とを有する。航空ビークルには少なくとも一つの電気回路が搭載され、少なくとも一つの電気回路は、電流量ブーストレギュレータと電気的に並列であるＤＣバックコンバータを有する。航空ビークルと航空ビークルから遠隔に配置された電源との間に係留材が接続され、係留材を通して航空ビークルと複数のＬＥＤの少なくとも一部分とに電力が伝送される。

【0009】

本開示は、照明器を搭載する航空ビークルに電力供給する為の方法を提供するものとしても見なされ得る。これに関して、このような方法の一実施形態はとりわけ、以下のステップ、すなわち、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）が装備された航空ビークルを用意すること、航空ビークルと航空ビークルから遠隔に設置された電源との間に係留材を接続すること、そして係留材を通して大量の電力を伝送することに大まかにまとめられ、大量の電力は、航空ビークルに搭載された少なくとも一つの電気回路を通して伝送され、少なくとも一つの電気回路は、複数のＬＥＤの少なくとも一部分と電気的に直列であるＤＣバックコンバータを有する。

【0010】

本開示の他のシステム、方法、特徴、及び利点は、当業者に明白であるか、以下の図面及び詳細な説明の考察時に明白になるだろう。このような追加のシステム、方法、特徴、及び利点は全て本明細書に含まれ、本開示の範囲内にあり、そして添付の請求項により保護されることが意図されている。
以下の図面を参照すると、本開示の多くの態様がより深く理解されるだろう。図面の構成要素は必ずしも一定の縮尺ではなく、むしろ本開示の原理を明確に図示することが強調されている。また、図面では、同様の参照番号は幾つかの図を通して対応の部品を指している。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本開示の第一実施形態例による航空ビークル電力システムの概略図である。

【図2】本開示の第一実施形態例による、図１の航空ビークル電力システムを使用する係留型航空ビークルの図解である。

【図3】本開示の第一実施形態例による、図１の航空ビークル電力システムの変形を示す概略図である。

【図4】本開示の第二実施形態例による、図１の航空ビークル電力システムの変形を示す概略図である。

【図5】本開示の第四実施形態例による、図１の航空ビークル電力システムの変形を示す概略図である。

【図6】本開示の第一実施形態例による、照明器を搭載する航空ビークルに電力供給する為の方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

「背景技術」に記載された短所に対する改良を行なう為に、開示される主題は、航空ビークル電力システム及び関連の方法、装置、技術に関する。本明細書に記載されるように、航空ビークル電力システムは、ＵＡＳ、有人航空システム、ドローン、又は係留材とともに作動する他の何らかのタイプのビークルなど、係留型ビークルの電気性能を改良するのに使用され得る。特に、航空ビークル電力システムにより、係留材を通して係留型ビークル自体、例えばビークルの推進又は制御システムと、航空ビークルに搭載される照明器、カメラ、又は他のデバイスの両方へ供給される電力の適正な出力配分及び制御が可能になる。開示の明瞭性の為に、照明器、具体的には発光ダイオード（ＬＥＤ）は、本明細書に記載される航空ビークルに搭載される電子デバイス例であるが、航空ビークルに搭載される他の何らかのタイプの電子デバイスは本開示の範囲内にあると考えられる。航空ビークル電力システムの使用は、ＵＡＳ及び／又は他の装備品に電力供給する際のＤＣバックコンバータの可変消費電力に関係なく、航空ビークル又はＬＥＤ内の電圧変動の最小化、防止、及び平滑化に役立つ。

【0013】

図１は、本開示の第一実施形態例による航空ビークル電力システム１０の概略図である。図２は、本開示の第一実施形態例による、図１の航空ビークル電力システムを使用する係留型航空ビークルの図解である。図１乃至２を参照すると、本明細書では簡単に「システム１０」と呼ばれ得る航空ビークル電力システム１０は、有人ビークル、無人航空システム（ＵＡＳ）、ドローン、あるいは類似のビークルなど、何らかのタイプの航空ビークルを含み得る航空ビークル２０を含む。一以上のＬＥＤアレイ又は類似の照明器具を航空ビークル２０のフレームに装備することなどにより、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）３０が航空ビークル２０に搭載されている。ＬＥＤ３０は、地表１２又は別の場所で大量の光３２を照射することが可能である。一例において、ＬＥＤは、実質的に２０，０００ルーメン又はそれ以上を発出することが可能な高出力ＬＥＤである。

【0014】

航空ビークル２０には少なくとも一つの電気回路４０が搭載され、電気回路４０は大抵、航空ビークル２０自体の電気システムと一体化され得るので、航空ビークル２０の推進制御システム２２と通じている。図１に示されているように、電気回路４０は、複数のＬＥＤ３０の少なくとも一部分と直列に電気接続されるＤＣバックコンバータ４２を有する。ＬＥＤ３０はＤＣバックコンバータ４２の前又は後で直列状態にあることに言及しておく。ＤＣバックコンバータ４２は、入力電圧よりも低い電圧を出力して入力電流量より高い電流量を出力するという特性を有する。ＤＣバックコンバータは、システム１０の設計に応じて一以上のコンバータを含み得る。例えば、単一のバックコンバータ４２又は多数のＤＣバックコンバータ（不図示）が並列及び／又は直列で使用され得る。一つの状況において、（図３について考察される）電流量ブーストコンバータが直列のＬＥＤを含む場合には、直列である電流量ブーストコンバータのＬＥＤを分圧器として使用することにより、ＤＣバックコンバータ４２の入力は直列の構成を持ち得る。

【0015】

航空ビークル２０と、地表１２あるいは航空ビークルから遠隔にある類似の場所に配置された電源６４の正端子６０及び負端子６２との間には、係留材５０が接続されている。本開示の範囲内で、電源６４は、地表に、陸上又は水上ビークルに、多様なＵＡＳに、あるいは航空ビークル２０から遠隔にある他の場所に設置され得る。ＬＥＤ３０と航空ビークル２０とに電力供給する為の電力は、係留材５０を通して、航空ビークル２０と複数のＬＥＤ３０の少なくとも一部分とに伝送される。電源６４の正端子と電源６４の負端子６２とに接続される正導体５２Ａと負（又は接地）導体５２Ｂとを有する２導体ワイヤ５２から形成される係留材５０を使用して、航空ビークル２０とＬＥＤ３０とに電力が供給される。一例では電源６４が変動するのに対して、一定の電圧を維持するのはＤＣ電源及びブーストコンバータである。係留材５０に使用される４又は３導体ワイヤは航空ビークル２０及びＬＥＤ３０についての実現可能な電力ソリューションであって実行が簡単であり得るが、追加ワイヤによる重量の追加は、２導体ワイヤ係留材５０と比較して、航空ビークル２０、おそらくは高いリフト能力を備える航空ビークル２０への電力をより多く必要とするだろう。２導体ワイヤの使用により可能な最小係留材重量を達成することができ、こうして航空ビークル２０の総重量を低下させることにより、航空ビークル２０に必要とされる電力を減少させる。幾つかの実例で、これは、より小型かつ低価格の航空ビークル２０が使用され得る潜在性があることを意味する。故に、係留材５０としての、あるいは係留材５０の構成要素としての２導体ワイヤの使用により、航空ビークル２０のペイロードへ不要な重量を追加しないのに充分なほど係留材５０が軽量であることが保証される。

【0016】

システム１０には多くの長所があるが、一つの長所は、長時間又は無限の時間にわたる、そして必要とされる用途を満たすか超える照明能力を備える航空ビークル搭載の照明器システムの作動が可能だということである。加えて、システム１０は、係留材５０を通した航空ビークル２０への電力の変動により、航空ビークル２０及びＬＥＤ３０の動作が妨害される可能性を最小化する。例を挙げると、最初の始動及び離陸時など航空ビークル２０の或る飛行態様において、航空ビークル２０は定速飛行中よりも実質的に多くの電力を消費し得る。同様に、航空ビークル２０の或る操作は定常状態にある時よりも多くの電力を消費させる。ＬＥＤ３０と航空ビークル２０とは係留材５０を通して同じ電源６４から電力供給されるので、航空ビークル２０によるこれらの電力消費の結果、ＬＥＤ３０では明滅あるいは類似の望ましくない問題が生じ得る。システム１０は、係留材５０を通した、また航空ビークル２０からのこれらの電力変動を調整して、ＬＥＤ３０からの光出力の変動を最小化することができる。

【0017】

本開示の第一実施形態例による、図１の航空ビークル電力システム１０の変形を示す概略図である図３に、システム１０の更なる詳細が見られる。特に、図３は、電流量ブーストレギュレータ４４での電圧が低下するにつれて抵抗が上昇するダイオードなどの抵抗デバイスを有する電流量ブーストレギュレータ４４を使用するシステム１０の一例を示す。電流量ブーストレギュレータ４４は、航空ビークル２０に電力供給する際に、ＤＣバックコンバータ４２など電流量要件が大きく変動する負荷と並列に使用され得る。ＤＣバックコンバータ４２による電流量変動と電源６４及び並列回路の間の抵抗とにより生じ得る、電流量ブーストレギュレータ４４とＤＣバックコンバータ４２との間に形成される並列回路での電流量及び電圧の変動を減少させることにより、電流量ブーストレギュレータ４４が作用する。周知のように、ＤＣバックコンバータ４２は、入力電圧範囲、例えば最大入力電圧及び最小入力電圧を有し、これに従って作動しなければならない。動作中に、ＤＣバックコンバータ４２での電圧がＤＣバックコンバータ４２の最大入力電圧に接近すると、並列である電流量ブーストレギュレータ４４は高い電流量を使用し、こうして係留材５０を含むシステム１０における計画による抵抗ゆえに電圧上昇を制限して、ＤＣバックコンバータ４２の入力電圧は入力最大値を下回ったままとなる。

【0018】

並列の電流量ブーストレギュレータ４４が高い電流量を使用する点は、システム１０の設計に応じて変動し得る。例を挙げると、一例において、ＤＣバックコンバータ４２の最大入力電圧が４５ボルトである場合には、最大値４５ｖの２０％以内のレベルで電流量ブーストレギュレータ４４が高い電流量の使用を開始し得る。例えば、電流量ブーストコンバータ４４は、３６ボルト未満で０アンペア、３８ボルトで１アンペア、４０ボルトで２アンペア、４４ボルトで５アンペアを消費し、これは、ＬＥＤ又は他の抵抗デバイスを備える構成である時に電流量ブーストコンバータ４４の一般的な挙動であり得る。並列の電流量ブーストレギュレータ４４が、この例で特定されたものを超える単数又は複数の他のレベルで高い電流量を消費し始めてもよく、これら全てが本開示の範囲内と考えられることに言及しておく。

【0019】

図３に示されているように、電流量ブーストレギュレータ４４は、少なくとも一以上のＬＥＤ４４Ａ又は抵抗デバイス４４Ｂを含むが、幾つかの状況では両方を含み得る。この例で、ＬＥＤ４４Ａは一次ＬＥＤとしての特性を持つのに対して、ＬＥＤ３０は、追加照明を提供できる二次又は任意のＬＥＤである。ＬＥＤ４４Ａ及び抵抗デバイス４４ＢはＤＣバックコンバータ４２と並列である。様々なタイプのステップダウンコンバータ、あるいは例を挙げると、入力電圧よりも低い電圧を出力するとともに入力電流量より高い電流量を出力するＤＣ‐ＤＣ電力コンバータであるバックコンバータなど類似のデバイスをＤＣバックコンバータ４２が含み得ることに言及しておく。

【0020】

図３に示されている構成において、電源６４での電圧はＤＣバックコンバータ４２で許容される最大電圧を上回っている。ＤＣバックコンバータ４２で許容される最大電圧を下回るようにＤＣバックコンバータ４２での電圧を低下させる為に、ＤＣバックコンバータ４２と直列である係留ワイヤ５０及びＬＥＤ３０における抵抗が、許容最大電圧を下回るまでＤＣバックコンバータ４２への電圧を低下させるのに充分な電流量を消費するように、電流量ブーストレギュレータ４４の抵抗が設定されている。

【0021】

電源６４に接続された係留材５０の端部に一定の電圧を連続的に提供する電源６４を備える発電所又は基地局を航空ビークル２０が備えている構成について、電流量ブーストレギュレータ４４は、さもなければ前に記載したように航空ビークル２０の動作による電力変動によって生じるＬＥＤ３０での光の明滅を最小化する。従って、係留材５０を通る電圧を単純に増加させることにより、そしてより強力で重量のあるＤＣバックコンバータを必要とすることなく、システム１０により、電気的に無制限な数のＬＥＤ３０が直列に追加されて電力供給され得る。

【0022】

電流量ブーストレギュレータ４４を使用することの付加的な長所は、係留材５０の中の類似直径の導体に低い電圧が使用され得ることである。電流量の変動はワイヤでの電圧を変動させる。電流量変動を最小化する電流量ブーストレギュレータ４４も、電圧変動を最小化する。その結果、電流量変動が最小化していない構成と比べて、直径が小さい―そして重量が小さい―導体が使用され得る。代替的に、導体ワイヤの直径を増大させることなく長い係留材５０が使用されてもよい。システム１０の個々の設計により判断され得るように、直径の小さい導体ワイヤを使用する場合には、ワイヤ総重量の低下というエネルギー節約及び性能の長所がワイヤ抵抗の増大による電気的効率の損失と相殺され得る。

【0023】

図２乃至３について、システムの一使用例では、地表１２に設置された地表発電所に電源６４が一体化される。電源６４は、航空ビークル２０に装着されるかこれに一体化された電気回路４０へ係留材５０の導体を通して一定の電圧を供給する。ＤＣバックコンバータ４２は一般的に、指定された狭い範囲、例を挙げると３０乃至４５ボルトの間でのみ作動する。ＤＣバックコンバータ４２に必要な入力電圧範囲内までＤＣバックコンバータ４２での電圧を低下させるのに充分な電流量を、直列接続されたＬＥＤ３０と導体を備える係留材５０とで消費するように、電流量ブーストレギュレータ４４の抵抗範囲が設定されている。航空ビークル２０は多くの電力を必要とするので、ＤＣバックコンバータ４２は多くの電流量を消費し、そしてワイヤの抵抗ゆえにＤＣバックコンバータ４２への入力電圧が低下する。これが発生する際に、電流量ブーストレギュレータ４４は低い電圧を受容し、抵抗を上昇させ、負荷（使用される電流量）を低下させる。電圧の低下により、ＤＣバックコンバータ４２が電流量ブーストレギュレータ４４に対する電力優先度を効果的に維持し、こうして航空ビークル２０の推進制御システム２２が極端な制限を受けないことが保証される。

【0024】

電流量ブーストレギュレータ４４は、追加のＬＥＤ４４Ａ及び／又は抵抗デバイス４４Ｂを含み得るが、電流量ブーストレギュレータ４４内でＬＥＤ４４Ａを使用することの一つの利点は、ＬＥＤ順方向電圧特性ゆえに、標準的な抵抗デバイス４４Ｂと比較して、電圧が降下する際にＤＣバックコンバータ４２へより迅速に電力を供与することである。例えば、レジスタの抵抗（オーム）は、実質的０ｖ乃至４０ｖなどの電圧範囲では変化しない。対照的に、ＬＥＤ４４Ａの抵抗は、実質的に０ｖ乃至３０ｖまでは非常に高く、３０ｖから４０ｖまで急速に低下する。航空ビークル２０の推進制御システム２２への持続的な電力を更に確保するには、ＤＣバックコンバータ４２の電力優先度を高くすることが重要である。

【0025】

システム１０内で電圧のバランスを保つように計算を実施してＤＣバックコンバータ４２への適正な電圧を維持することが必要であり得る。具体的に記すと、電圧バランシング及び並列負荷判断プロセスの一例では、ＤＣバックコンバータ４２への電圧が必要な範囲内に維持されるようにバランスを維持するべく係留材５０へ提供される基地局電源が計算される。これは、以下の方程式にまとめられ得る。
Ｖ_{Ｂａｓｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ}
＝Ｖ Ｄｒｏｐ_{Ｔｅｔｈｅｒ}＋Ｖ Ｄｒｏｐ_{Ｏｐｔｉｏｎａｌ ｓｅｒｉｅｓ ＬＥＤ}
＋Ｖ_{Ｒｅｑｕｉｒｅｄ ｆｏｒ ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ}
上式において、Ｖ_{Ｂａｓｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ}は電源からのベース電圧であり、Ｖ Ｄｒｏｐ_{Ｔｅｔｈｅｒ}は係留材５０での電圧降下であり、Ｖ Ｄｒｏｐ_{Ｏｐｔｉｏｎａｌ ｓｅｒｉｅｓ ＬＥＤ}はＤＣバックコンバータ４２と直列に配置されたＬＥＤ３０での電圧降下であり、Ｖ_{Ｒｅｑｕｉｒｅｄ ｆｏｒ ＤＣ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ}はＤＣバックコンバータ４２に必要な電圧である。

【0026】

計算では、予想される電流量変動に基づく電圧範囲も考慮され得る。システム１０のこの例では、基地局電源からの電圧がこの計算に従って設定されることと、係留材５０が接続されている電源６４の端子６０，６２での供給電源電圧が一定であることとが想定されている。例えば、システム１０のバランスを保つ為にシステム１０の以下の態様が検討され得る。
１．ａ．ＤＣバックコンバータ４２と、
ｂ．任意のＬＥＤ３０の順方向電圧範囲及び最大電流（存在する場合）と、
ｃ．一次ＬＥＤ４４ａの順方向電圧範囲及び最大電流（存在する場合）と、
ｄ．電流量ブーストレギュレータ４４と、
について、最小及び最大電圧と電流量とを判断し、
ＤＣバックコンバータ４２と電流量ブーストレギュレータ４４とが最大予想電流量を使用する時に基地局の電源により必要とされる最大電圧が計算される。
２．任意のＬＥＤ３０を直列で使用する場合に、電流量ブーストレギュレータ４４により必要とされる抵抗を判断するように計算又は検査を行なって、直列である任意のＬＥＤ３０の起動を可能にし、ＤＣバックコンバータ４２に充分な電圧及び電流量を提供する。
３．電流量ブーストレギュレータ４４及びＤＣバックコンバータ４２の両方の並列負荷により使用される最大電流量がＬＥＤの最大定格電流量を超えないことを保証するように再計算する。
４．出力オフ（出力０）からフル出力まで航空ビークル２０への電力が維持されることと、ＬＥＤ３０及び４４ａが予想通りに照射を行なうこととを保証するように検査する。

【0027】

図３について記載されたシステム１０が電気回路４０の変形を含み得ることに言及しておく。例えば、直列のＬＥＤ３０が存在せずに、電流量ブーストレギュレータ４４が一以上のＬＥＤ４４Ａを含んでもよい。追加の照明器が必要とされない時には、この変形が使用され得る。同様に、別の例では、直列のＬＥＤ３０が存在せずに、電源６４での電圧がＤＣバックコンバータ４２により必要とされる最大入力電圧を下回ってもよい。電流量ブーストレギュレータ４４は一以上のＬＥＤ４４Ａを含み得る。この簡易構成の利点は、電流量ブーストレギュレータ４４のＬＥＤ４４Ａを迅速にオン及びオフにすることなどにより、ＬＥＤ調光切り替えの使用を可能にすることである。この構成において、電流量ブーストレギュレータ４４は、ＤＣバックコンバータ４２への電圧を低下させるのには使用されない。加えて、可変レジスタ又はパルス幅変調（ＰＷＭ）を使用することなどにより、電流量ブーストレギュレータ４４を備える調光器を使用して電流量ブーストレギュレータ４４の抵抗を上昇させることが、任意で可能である。抵抗が大きくなると、ＬＥＤ４４Ａを流れる電流量が減少するだろう。

【0028】

開示における明瞭性を高める為に、システム１０の実施例では、図２の図解とともに図３の電流量ブーストレギュレータ４４の構成を使用する。図２乃至３を参照すると、プロトタイプシステム１０は、地表１２から４０フィート上方の高さ（Ｈ）を飛行する航空ビークル２０を含む。システム１０のプロトタイプは４個のＬＥＤを使用し、２個のＬＥＤは並列の負荷構成、例えば４４Ａであり、２個の追加ＬＥＤ３０は他の２個のＬＥＤ４４Ａと直列である。ＬＥＤ３０，４４Ａはおよそ２００ワットを使用して２０，０００ルーメンを超える光を提供する。地表ベースシステムの電源は、２０ゲージワイヤを通して、電流量ブーストレギュレータ４４及びＤＣバックコンバータ４２と直列であるＬＥＤ３０へ１００ボルトを提供する。電流量ブーストレギュレータ４４により使用される電流量は、ＤＣバックコンバータの許容入力電圧範囲内に維持されるようにＤＣバックコンバータ４２への電圧を低下させる。システム１０が最初にオンになると、直列のＬＥＤ３０を通して電流量ブーストレギュレータ４４によりアンペアが使用されることにより、たとえドローンがオフであっても、ＬＥＤ照明器がオンにもなる。その際にＤＣバックコンバータ４２は、必要な入力範囲の電圧を受容して電源オンになり、航空ビークル２０すなわち航空ビークル２０の推進制御システム２２に電力を提供する。

【0029】

飛行時に、航空ビークル２０及びＤＣバックコンバータ４２は、直列のＬＥＤ３０を通して若干多い電流量を使用し、その結果、ＬＥＤ３０が明るくなる。電圧低下及び抵抗上昇ゆえに電流量が減少すると、電流量ブーストレジスタ４４のＬＥＤ４４Ａが若干暗くなる。この例において、電流量ブーストレギュレータ４４は、（並列の）２個のＬＥＤ４４Ａと直列であるレジスタ４４Ｂを用いる。通常の用途として、レジスタ４４Ｂは、ＬＥＤの最大電流量を超えないことを保証するのに役立ち得る。

【0030】

理解され得るように、システム１０は、ＵＡＳ、特に照明器又は搭載の他の電子機器を利用するＵＡＳの為の電力システムの分野において実質的な長所を提供し得る。システム１０では、非直列状態で電子機器とＵＡＳ自体とに電力供給するという搭載の電子機器への他の電力供給方法よりも、ＵＡＳの重量効率を高めることができる。従来の方法は、重いコンバータ、重い係留材、大抵はその両方を必要とする。加えて、システムはＤＣバックコンバータがＬＥＤに電力供給する必要性を解消し、係留材の追加ワイヤが別々にＬＥＤに電力供給する必要性を解消する。その結果は、ＵＡＳが高く上昇する際の光出力の増加である（ＵＡＳが上昇する際には、より多くの係留材を持ち上げることにより多くの電流量を使用する）。また、より大きい及び／又はより高い出力のＬＥＤが増加又は減少され得るが、必要なのはベースからの電圧変化のみである。従来のシステムが異なるＤＣバックコンバータ、係留材、又は両方を必要としてもよい。考察したように、システム１０はまた、ＵＡＳ電力変動によるＬＥＤ明滅を最小化する。

【0031】

図１乃至３には第一実施形態例によるシステム１０が記されているが、図４乃至６には他の実施形態によるシステム１０の変形が記されている。図１乃至３について記載されたシステム１０の特徴、構成要素、又は機能のいずれかは本開示のいずれの実施形態でも使用され得るが、開示の明瞭性の為、図４乃至６について同じものは再掲されない。

【0032】

図４は、本開示の第二実施形態例による、図１の航空ビークル電力システム１０の変形を示す概略図である。特に、図４は、電流量ブーストレギュレータ４４と簡単な並列構成とで共有される物理的構成を示している。両方の為に、電源６４が地表に設置されている。電気は電源６４から係留ワイヤ５０を通って移動し、電流量ブーストレギュレータ４４とＤＣバックコンバータ４２との並列負荷に電力供給する。ＤＣバックコンバータ４２は、航空ビークルにより一般的に必要とされるところまで電圧を低下させる。飛行性能の点から、ＤＣバックコンバータ４２をＬＥＤ４４Ａと並列配置することの非常に重要な利点は、両方に対して完全な電力供給を行なうには入手可能な電流量では不充分である場合にＤＣバックコンバータ４２が電力優先度を持つことである。

【0033】

電流量ブーストレギュレータ４４の構成において、電源６４での電圧は、ＤＣバックコンバータ４２の入力で許容される最大電圧を上回っている。ＤＣバックコンバータ４２の許容範囲内となるように電圧を低下させる為に、ＤＣバックコンバータ４２の最大電圧を下回るまで係留材５０での抵抗がＤＣバックコンバータ４２への電圧を低下させるように、電流量ブーストレギュレータ４４の並列負荷により生じる電流量負荷は充分に高く設定される。電流量ブーストレギュレータ４４は、レジスタ４４Ｂ、ＬＥＤ４４Ａ、又は両方を含み得る。電流量ブーストレギュレータ４４構成の利点は、軽量化した係留材５０の使用を可能にすることと、ＤＣバックコンバータ４２への電圧変動を減少させることによりＤＣバックコンバータ４２でのより効率的なＤＣ変換を可能にすることの両方である。

【0034】

並列構成において、電源６４により提供される電圧は、ＤＣバックコンバータ４２により許容される最大電圧を下回っている。この構成では、電流量ブーストレギュレータ４４での負荷は少なくとも一つのＬＥＤ４４Ａを含む。並列負荷の電力状態、例えばオン又はオフは、ＤＣバックコンバータ４２に影響しない。この構成では、電流量ブーストレギュレータ４４及び航空ビークル２０の両方の並列負荷がフル出力である時にＤＣバックコンバータ４２への電圧が最小値を上回るように、係留ワイヤ５０のゲージが充分低くなるような構成であると想定される。

【0035】

図５は、本開示の第四実施形態例による、図１の航空ビークル電力システム１０の変形を示す概略図である。具体的に記すと、図５は、電流量ブーストレギュレータ（図３の４４）が抵抗デバイス４４Ｂと置き換えられた簡易システム１０についてのものである。この例で、抵抗デバイス４４Ｂは、航空ビークル２０の推進制御システム２２が電流量を消費しない場合でも、一次ＬＥＤ３０を起動して、推進制御システム２２へ必要な電圧を送るのに充分な電流量及び電圧を消費するという目的を有し得る。充分な順方向電圧が提供されない時には、ＬＥＤ３０がオフになり得る。航空ビークル２０とＬＥＤ３０とにより共有される、ＬＥＤ３０と負端子６２との間のレジスタ４４Ｂ又は類似の負荷は、推進制御システム２２を作動させるのに充分な電圧及び電流量をＬＥＤ３０に送ることができる。

【0036】

抵抗デバイス４４Ｂは、係留材５０での電流量も調整し得る。例を挙げると、推進制御システム２２と並列に設けられた負荷により、ＬＥＤ３０は、航空ビークル２０がオフ又は低出力である時に係留材５０を通して最小量のアンペアを消費できる。航空ビークル２０が使用するアンペアは多くなるので、係留材５０とＬＥＤ３０の両方が（抵抗ゆえに）より多くの電圧を使用し、抵抗デバイス４４Ｂと並列である推進制御システム２２への電圧を低下させる。抵抗デバイス４４Ｂへの電圧が低下すると、これにより必要とされる電流量も減少する。ＤＣコンバータを使用し得る推進制御システム２２は、低い電圧範囲で効率的に作動し続け得る。加えて、抵抗デバイス４４Ｂを使用することの利点は、係留材５０が受け取る電流量の範囲又は変動を減少させて、係留材５０の中のワイヤ又は導体における抵抗により生じ得る係留材５０での電圧変動の減少を助け得ることである。変動を減少させることにより、中の導体の直径を増大させることなく長い係留材５０が使用され得るという潜在性が得られる。

【0037】

図６は、本開示の第一実施形態例による、照明器を搭載する航空ビークルに電力供給する為の方法を示すフローチャート１００である。本開示の技術における当業者には理解されるように、フローチャートのプロセス説明又はブロックは、プロセスの特定の論理的機能を実行する為の一以上の命令を含み得るモジュール、セグメント、コード部分、又はステップを表すものとして理解されるべきであって、関係する機能性に応じて、実質的に同時的又は逆の順序を含めて、図示又は考察された順序以外で機能が遂行され得る代替実行例が本開示の範囲に含まれることに言及されるべきである。

【0038】

ブロック１０２に示されているように、航空ビークルは複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を装備している。航空ビークルと航空ビークルの遠隔に設置される電源との間には係留材が接続される（ブロック１０４）。大量の電力が係留材を通して伝送され、大量の電力は航空ビークルに搭載された少なくとも一つの電気回路を通して伝送され、少なくとも一つの電気回路は、複数のＬＥＤの少なくとも一部分と電気的に直列であるＤＣバックコンバータを有する（ブロック１０６）。本開示の他の図について開示されたものを含めて、いかなる数の追加ステップ、機能、プロセス、あるいはその変形が方法に含まれてもよい。

【0039】

上に記載された本開示の実施形態、詳しくは「好適な」実施形態は、単に本開示の原理を明確に理解する為に提示された可能な実行例に過ぎない。開示の趣旨及び原理を実質的に逸脱することなく、上に記載された開示の実施形態に多くの変形及び修正が加えられ得る。本明細書では、このような修正及び変形は全て、本開示及び現時点での開示の範囲に含まれて以下の請求項により保護されることが意図されている。

【符号の説明】

【0040】

１０ 航空ビークル電力システム
１２ 地表
２０ 航空ビークル
２２ 推進制御システム
３０ ＬＥＤ（発光ダイオード）
３２ 光
４０ 電気回路
４２ ＤＣバックコンバータ
４４ 電流量ブーストレギュレータ
４４Ａ ＬＥＤ（発光ダイオード）
４４Ｂ 抵抗デバイス
５０ 係留材
５２ ２導体ワイヤ
５２Ａ 正導体
５２Ｂ 負導体
６０ 正端子
６２ 負端子
６４ 電源
Ｈ 地表からの高さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【手続補正書】

【提出日】2023-07-25

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

航空ビークルと、
前記航空ビークルに搭載される複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
前記航空ビークルに搭載される少なくとも一つの電気回路であって、前記複数のＬＥＤの少なくとも一部分と電気的に直列であるＤＣバックコンバータを有する少なくとも一つの電気回路と、
前記航空ビークルと、前記航空ビークルから遠隔に配置された電源との間に接続される係留材であって、前記航空ビークルと前記複数のＬＥＤの少なくとも一部分とに電力が伝送される際に通る係留材と、
前記ＤＣバックコンバータと電気的に並列である少なくとも一つの抵抗デバイスと、
を具備して、
前記少なくとも一つの抵抗デバイスが更に電流量ブーストレギュレータを具備して、前記電流量ブーストレギュレータがレジスタ又はＬＥＤの少なくとも一方を具備し、
前記係留材を通って前記ＤＣバックコンバータで受容される電圧が前記ＤＣバックコンバータの最大入力電圧レベルに接近した時に、前記電流量ブーストレギュレータが大きな電流量を消費することにより電圧降下を起こし、入力電圧が前記ＤＣバックコンバータの前記最大電圧レベルを下回ったままになる、
航空ビークル電力システム。

【請求項2】

前記係留材を通って受容された電圧から、前記ＤＣコンバータと直列である前記複数のＬＥＤの前記部分による電圧損失を引いたものが、前記ＤＣコンバータの電圧範囲内にある、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

航空ビークルと、
前記航空ビークルに搭載される複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
前記航空ビークルに搭載される少なくとも一つの電気回路であって、電流量ブーストレギュレータと電気的に並列であるＤＣバックコンバータを有する少なくとも一つの電気回路と、
前記航空ビークルと前記航空ビークルから遠隔に配置された電源との間に接続される係留材であって、前記航空ビークルと前記複数のＬＥＤの少なくとも一部分とに電力が伝送される際に通る係留材と、
を具備して、
係留型航空ビークルの係留材を通って受容される電圧が前記ＤＣバックコンバータの最大電圧レベルに接近した時に、前記電流量ブーストレギュレータが大きな電流量を消費することにより電圧降下を起こし、入力電圧が前記ＤＣバックコンバータの前記最大電圧レベルを下回ったままになる、
航空ビークル電力システム。

【請求項4】

前記電流量ブーストレギュレータがレジスタ又はＬＥＤの少なくとも一方を有する、請求項３に記載のシステム。

【請求項5】

前記ＤＣバックコンバータが前記複数のＬＥＤの少なくとも一部分と電気的に直列に接続される、請求項３又は４に記載のシステム。

【請求項6】

前記係留型航空ビークルの係留材を通って受容される電圧から、前記ＤＣバックコンバータと直列である前記複数のＬＥＤの前記部分による電圧損失を引いたものが、前記ＤＣバックコンバータの電圧範囲内にある、請求項５に記載のシステム。

【請求項7】

照明器を搭載する航空ビークルに電力供給する為の方法であって、
複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）が装備された航空ビークルを用意することと、
前記航空ビークルと前記航空ビークルの表面から遠隔に設置された電源との間に係留材を接続することと、
前記係留材を通って大量の電力を伝送することであって、前記航空ビークルに搭載された少なくとも一つの電気回路を通って前記大量の電力が伝送され、前記少なくとも一つの電気回路が、前記複数のＬＥＤの少なくとも一つの部分と電気的に直列であるＤＣバックコンバータを有することと、
少なくとも一つの抵抗デバイスを前記ＤＣバックコンバータと並列に電気的に接続することであって、前記少なくとも一つの抵抗デバイスが、前記少なくとも一つの電気回路における電流量変動を調整し、前記少なくとも一つの抵抗デバイスが更に電流量ブーストレギュレータを具備し、前記電流量ブーストレギュレータがレジスタ又はＬＥＤの少なくとも一方を具備することと、
前記係留材を通って受容された電圧が前記ＤＣバックコンバータの最大電圧レベルに接近した時に前記電流量ブーストレギュレータにより電流量を消費することにより電圧降下を起こし、前記電圧が前記ＤＣバックコンバータの前記最大電圧レベルを下回ったままになることと、
を包含する方法。

【請求項8】

前記係留材を通って受容された電圧から、前記ＤＣバックコンバータと直列である前記複数のＬＥＤの前記部分による電圧損失を引いたものが、前記ＤＣバックコンバータの電圧範囲内にある、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記航空ビークルがより多くの電力を消費する時に、前記ＤＣバックコンバータがより多くの電流量を消費することにより、前記ＤＣバックコンバータで測定される入力電圧を低下させ、これによって前記電流量ブーストレギュレータが低い電圧を受容して抵抗を上昇させることにより、前記電流量ブーストレギュレータにより使用される電流量を減少させる、請求項８に記載の方法。

【国際調査報告】