特表 2024-501585 電気航空機における配電のため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】2024-01-12

(54)【発明の名称】電気航空機における配電のためのシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   B64D 47/00 20060101AFI20240104BHJP

   B64D 27/24 20240101ALI20240104BHJP

   B64C 29/00 20060101ALI20240104BHJP

【ＦＩ】

B64D47/00

B64D27/24

B64C29/00 A

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023558665

(86)(22)【出願日】2021-12-07

(85)【翻訳文提出日】2023-08-04

(86)【国際出願番号】 US2021072776

(87)【国際公開番号】W WO2022126098

(87)【国際公開日】2022-06-16

(31)【優先権主張番号】17/115,119

(32)【優先日】2020-12-08

(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】523211109

【氏名又は名称】アーチャー アヴィエーション，インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(74)【代理人】

【識別番号】100121511

【弁理士】

【氏名又は名称】小田 直

(74)【代理人】

【識別番号】100202751

【弁理士】

【氏名又は名称】岩堀 明代

(74)【代理人】

【識別番号】100208580

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 玲奈

(74)【代理人】

【識別番号】100191086

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 香元

(72)【発明者】

【氏名】メラック，ジョン

(57)【要約】

電気航空機配電システムは、少なくとも第１の負荷と、第１のバッテリーパックを少なくとも第２のバッテリーパックに並列に接続する共通バスとに接続された第１のバッテリーパックと、第１のバッテリーパックと第１の負荷との間に電気的に接続され、第１の閾値電流を上回る電流に応答して第１の負荷を第１のバッテリーパックから切断するように構成された第１の電気部品であって、第１の閾値電流において第１の切断時間を有する第１の電気部品と、第１のバッテリーパックと共通バスとの間に電気的に接続され、第２の閾値電流を上回る電流に応答して第１のバッテリーパックを共通バスから切断するように構成された第２の電気部品であって、第２の閾値電流において第１の切断時間よりも長い第２の切断時間を有する第２の電気部品と、を含む。
【選択図】図２Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気航空機用の配電システムであって、
第１のバッテリーパックであって、少なくとも第１の負荷と、前記第１のバッテリーパックを少なくとも第２のバッテリーパックに並列に接続する共通バスとに接続された前記第１のバッテリーパックと、
前記第１のバッテリーパックと前記第１の負荷との間に電気的に接続され、第１の閾値電流を上回る電流に応答して前記第１の負荷を前記第１のバッテリーパックから切断するように構成された第１の電気部品であって、前記第１の閾値電流において第１の切断時間を有する前記第１の電気部品と、
前記第１のバッテリーパックと前記共通バスとの間に電気的に接続され、第２の閾値電流を上回る電流に応答して前記第１のバッテリーパックを前記共通バスから切断するように構成された第２の電気部品であって、前記第２の閾値電流において前記第１の切断時間よりも長い第２の切断時間を有する前記第２の電気部品と、を含む前記配電システム。

【請求項2】

前記第１の閾値電流は前記第２の閾値電流よりも小さい請求項１に記載の配電システム。

【請求項3】

前記第１のバッテリーパックは第２の負荷に電気的に接続され、第３の電気部品が、前記第１のバッテリーパックと前記第２の負荷との間に電気的に接続され、第３の閾値電流において第３の切断時間を有し、前記第３の切断時間は前記第２の切断時間よりも短い、請求項１または請求項２に記載の配電システム。

【請求項4】

前記第３の切断時間は前記第１の切断時間と等しい請求項３に記載の配電システム。

【請求項5】

前記第２のバッテリーパックは少なくとも第２の負荷に接続され、第３の電気部品が、前記第２のバッテリーパックと前記第２の負荷との間に電気的に接続され、第３の閾値電流を上回る電流に応答して前記第２の負荷を前記第２のバッテリーパックから切断するように構成され、前記第３の電気部品は前記第３の閾値電流において第３の切断時間を有し、第４の電気部品が、前記第１のバッテリーパックと前記共通バスとの間に電気的に接続され、第４の閾値電流を上回る電流に応答して前記第２のバッテリーパックを前記共通バスから切断するように構成され、前記第４の電気部品は、前記第４の閾値電流において前記第３の切断時間よりも長い第４の切断時間を有する、先行請求項のいずれか１項に記載の配電システム。

【請求項6】

前記第１の電気部品及び前記第２の電気部品のうちの少なくとも一方はヒューズである先行請求項のいずれか１項に記載の配電システム。

【請求項7】

前記ヒューズは、爆発性ヒューズ、温度ヒューズ、または磁気ヒューズである請求項６に記載の配電システム。

【請求項8】

前記共通バスは、前記第１バッテリーパック及び前記第２のバッテリーパックの正極端子を接続する先行請求項のいずれか１項に記載の配電システム。

【請求項9】

前記第１のバッテリーパックから前記第１の負荷まで、及び前記第１のバッテリーパックから前記共通バスまでの電気回路には何らダイオードが無い、先行請求項のいずれか１項に記載の配電システム。

【請求項10】

前記第１の負荷は電気推進ユニットである先行請求項のいずれか１項に記載の配電システム。

【請求項11】

前記電気推進ユニットはプロペラを含む請求項１０に記載の配電システム。

【請求項12】

前記第１のバッテリーパックは、直列、並列、または直列及び並列の組み合わせに配置された複数のバッテリーを含む、先行請求項のいずれか１項に記載の配電システム。

【請求項13】

前記第１のバッテリーパックは、１００ボルト超を生成するように構成されている先行請求項のいずれか１項に記載の配電システム。

【請求項14】

前記第１の負荷の電力は少なくとも１０キロワットである先行請求項のいずれか１項に記載の配電システム。

【請求項15】

前記第１のバッテリーパックを前記第１の負荷または前記共通バスから選択的に切断するための第３の電気部品を含む先行請求項のいずれか１項に記載の配電システム。

【請求項16】

前記第３の電気部品は、前記第１のバッテリーパックと前記第１の電気部品または前記第２の電気部品との間に電気的に配置される請求項１５に記載の配電システム。

【請求項17】

前記請求項１に記載の配電システムを含む電気航空機。

【請求項18】

前記航空機は有人である請求項１７に記載の航空機。

【請求項19】

前記航空機は垂直離着陸機である請求項１７または請求項１８に記載の航空機。

【請求項20】

電気航空機において電力を分配するための方法であって、第１のバッテリーパックから第１の負荷に電力を供給することを含み、前記第１のバッテリーパックは、前記第１のバッテリーパックを少なくとも第２のバッテリーパックに並列に接続する共通バスに接続され、第１の電気部品が、前記第１のバッテリーパックと前記第１の負荷との間に電気的に接続され、第１の閾値を上回る電流に応答して前記第１の負荷を前記第１のバッテリーパックから切断するように構成され、第２の電気部品が、前記第１のバッテリーパックと前記共通バスとの間に電気的に接続され、第２の閾値を上回る電流に応答して前記第１のバッテリーパックを前記共通バスから切断するように構成され、前記第２の閾値は前記第１の閾値よりも高い、前記方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、米国出願第１７／１１５，１１９号（２０２０年１２月８日に出願）に対する優先権及びその利益を主張する。なおこの文献の全体の内容は参照により本明細書に組み込まれている。

【0002】

本発明の分野は全般的に、電気航空機に関し、より具体的には、電気航空機のための配電に関する。

【背景技術】

【0003】

バッテリー技術における進歩により、軽量の電気航空機への電力供給に適したバッテリー電力密度が可能になった。電気航空機、特に旅客機用の電力システムは、安全であると同時に軽量かつ効率的の両方である必要がある。安全性への配慮は、しばしば軽量化及び高効率の目標と対立する可能性がある。たとえば、従来の配電システムでは、単一障害点が存在しないことを保証するために、配電システム内に複数のバッテリーパック及び冗長性を用いることが多いが、この冗長性によって非効率が増し、重量が加わる。安全性と航空機の重量及び効率の懸念とのバランスを取ると、電気航空機のデザインに対して課題が生じる。

【発明の概要】

【0004】

種々の実施形態によれば、電気航空機用の配電システムは、第１のバッテリーパックを含み、第１のバッテリーパックは、負荷に電力供給するために負荷に接続され、第２のバッテリーパックと負荷を共有するために共通バスを介して第２のバッテリーパックに接続されている。ヒューズなどの第１の電気切断装置が、第１のバッテリーパックと負荷との間に電気的に配置され、第２の電気切断装置が、第１のバッテリーパックと共通バスとの間に電気的に配置される。第１の電気切断装置は、その定格電流における開放時間が第２の電気切断装置よりも短いことなどにより、第２の電気切断装置よりも速く動作する。第１のバッテリーパックから第１の負荷までの電気回路において過電流障害事象が起きた場合、第１の切断装置は第１のバッテリーパックと負荷との間の接続を切断するが、第２の切断装置は、そのより遅い動作構成などに起因して切断しない。こうして、第１のバッテリーを、負荷における障害またはバッテリーと負荷との間の分配における障害から保護できる一方で、その電力を第２のバッテリーパックと共有し続けることができる。共通バス上で過電流障害事象が起きた場合、第２の切断装置は、第１のバッテリーパックを共通バスから切断することによって第１のバッテリーパックを保護して、第１のバッテリーパックが負荷に電力を供給し続けられるようにする。共通バスに電気切断装置を設けることによって、共通バスが単一障害点にならないことを保証しながら、電力をバッテリー間で共有することができる。

【0005】

種々の実施形態によれば、電気航空機用の配電システムは、少なくとも第１の負荷と、第１のバッテリーパックを少なくとも第２のバッテリーパックに並列に接続する共通バスとに接続された第１のバッテリーパックと、第１のバッテリーパックと第１の負荷との間に電気的に接続され、第１の閾値電流を上回る電流に応答して第１の負荷を第１のバッテリーパックから切断するように構成された第１の電気部品であって、第１の閾値電流において第１の切断時間を有する第１の電気部品と、第１のバッテリーパックと共通バスとの間に電気的に接続され、第２の閾値電流を上回る電流に応答して第１のバッテリーパックを共通バスから切断するように構成された第２の電気部品であって、第２の閾値電流において第１の切断時間よりも長い第２の切断時間を有する第２の電気部品と、を含む。

【0006】

これらの実施形態のいずれにおいても、第１の閾値電流は第２の閾値電流より小さくてもよい。

【0007】

これらの実施形態のいずれにおいても、第１のバッテリーパックを第２の負荷に電気的に接続してもよく、第３の電気部品は、第１のバッテリーパックと第２の負荷との間に電気的に接続して、第３の閾値電流において第３の切断時間を有していてもよく、第３の切断時間は第２の切断時間より短くてもよい。

【0008】

これらの実施形態のいずれにおいても、第３の切断時間は第１の切断時間と等しくてもよい。

【0009】

これらの実施形態のいずれにおいても、第２のバッテリーパックを少なくとも第２の負荷に接続してもよく、第３の電気部品を、第２のバッテリーパックと第２の負荷との間に電気的に接続して、第３の閾値電流を上回る電流に応答して第２の負荷を第２のバッテリーパックから切断するように構成してもよく、第３の電気部品は第３の閾値電流において第３の切断時間を有していてもよく、第４の電気部品を、第１のバッテリーパックと共通バスとの間に電気的に接続して、第４の閾値電流を上回る電流に応答して第２のバッテリーパックを共通バスから切断するように構成してもよく、第４の電気部品は、第４の閾値電流において第３の切断時間よりも長い第４の切断時間を有していてもよい。

【0010】

これらの実施形態のいずれにおいても、第１の電気部品及び第２の電気部品のうちの少なくとも一方はヒューズであってもよい。

【0011】

これらの実施形態のいずれにおいても、ヒューズは、爆発性ヒューズ、温度ヒューズ、または磁気ヒューズであってもよい。

【0012】

これらの実施形態のいずれにおいても、共通バスは、第１及び第２のバッテリーパックの正極端子を接続してもよい。

【0013】

これらの実施形態のいずれにおいても、第１のバッテリーパックから第１の負荷まで、及び第１のバッテリーパックから共通バスまでの電気回路には何らダイオードが無くてもよい。

【0014】

これらの実施形態のいずれにおいても、第１の負荷は電気推進ユニットであってもよい。これらの実施形態のいずれにおいても、電気推進ユニットはプロペラを含んでいてもよい。

【0015】

これらの実施形態のいずれにおいても、第１のバッテリーパックは、直列、並列、または直列及び並列の組み合わせに配置された複数のバッテリーを含んでいてもよい。

【0016】

これらの実施形態のいずれにおいても、第１のバッテリーパックは、１００ボルト超を生成するように構成してもよい。

【0017】

これらの実施形態のいずれにおいても、第１の負荷の電力は少なくとも１０キロワットであってもよい。

【0018】

これらの実施形態のいずれにおいても、システムは、第１のバッテリーパックを第１の負荷または共通バスから選択的に切断するための第３の電気部品を含んでいてもよい。これらの実施形態のいずれにおいても、第３の電気部品を、第１のバッテリーパックと第１の電気部品または第２の電気部品との間に電気的に配置することができる。

【0019】

種々の実施形態によれば、電気航空機が前述の配電システムを含むことができる。これらの実施形態のいずれにおいても、航空機は有人であってもよい。これらの実施形態のいずれにおいても、航空機は垂直離着陸機であってもよい。

【0020】

種々の実施形態によれば、電気航空機において電力を分配するための方法であって、第１のバッテリーパックから第１の負荷に電力を供給することを含み、第１のバッテリーパックは、第１のバッテリーパックを少なくとも第２のバッテリーパックに並列に接続する共通バスに接続され、第１の電気部品が、第１のバッテリーパックと第１の負荷との間に電気的に接続され、第１の閾値を上回る電流に応答して第１の負荷を第１のバッテリーパックから切断するように構成され、第２の電気部品が、第１のバッテリーパックと共通バスとの間に電気的に接続され、第２の閾値を上回る電流に応答して第１のバッテリーパックを共通バスから切断するように構成され、第２の閾値は第１の閾値よりも高い。

【0021】

これらの実施形態のいずれにおいても、第１の閾値電流は第２の閾値電流より小さくてもよい。

【0022】

これらの実施形態のいずれにおいても、第１のバッテリーパックを第２の負荷に電気的に接続してもよく、第３の電気部品は、第１のバッテリーパックと第２の負荷との間に電気的に接続して、第３の閾値電流において第３の切断時間を有していてもよく、第３の切断時間は第２の切断時間より短くてもよい。

【0023】

これらの実施形態のいずれにおいても、第３の切断時間は第１の切断時間と等しくてもよい。

【0024】

これらの実施形態のいずれにおいても、第２のバッテリーパックを少なくとも第２の負荷に接続してもよく、第３の電気部品を、第２のバッテリーパックと第２の負荷との間に電気的に接続して、第３の閾値電流を上回る電流に応答して第２の負荷を第２のバッテリーパックから切断するように構成してもよく、第３の電気部品は第３の閾値電流において第３の切断時間を有していてもよく、第４の電気部品を、第１のバッテリーパックと共通バスとの間に電気的に接続して、第４の閾値電流を上回る電流に応答して第２のバッテリーパックを共通バスから切断するように構成してもよく、第４の電気部品は、第４の閾値電流において第３の切断時間よりも長い第４の切断時間を有していてもよい。

【0025】

これらの実施形態のいずれにおいても、第１の電気部品及び第２の電気部品のうちの少なくとも一方はヒューズであってもよい。

【0026】

これらの実施形態のいずれにおいても、ヒューズは、爆発性ヒューズ、温度ヒューズ、または磁気ヒューズであってもよい。

【0027】

これらの実施形態のいずれにおいても、共通バスは、第１及び第２のバッテリーパックの正極端子を接続してもよい。

【0028】

これらの実施形態のいずれにおいても、第１のバッテリーパックから第１の負荷まで、及び第１のバッテリーパックから共通バスまでの電気回路には何らダイオードが無くてもよい。

【0029】

これらの実施形態のいずれにおいても、第１の負荷は電気推進ユニットであってもよい。これらの実施形態のいずれにおいても、電気推進ユニットはプロペラを含んでいてもよい。

【0030】

これらの実施形態のいずれにおいても、第１のバッテリーパックは、直列、並列、または直列及び並列の組み合わせに配置された複数のバッテリーを含んでいてもよい。

【0031】

これらの実施形態のいずれにおいても、第１のバッテリーパックは、１００ボルト超を生成するように構成してもよい。

【0032】

これらの実施形態のいずれにおいても、第１の負荷の電力は少なくとも１０キロワットであってもよい。

【0033】

これらの実施形態のいずれにおいても、本方法はさらに、第１のバッテリーパックを第１の負荷または共通バスから選択的に切断する第３の電気部品を含んでいてもよい。これらの実施形態のいずれにおいても、第３の電気部品を、第１のバッテリーパックと第１の電気部品または第２の電気部品との間に電気的に配置することができる。

【0034】

種々の実施形態によれば、本方法を電気航空機によって行ってもよい。これらの実施形態のいずれにおいても、航空機は有人であってもよい。これらの実施形態のいずれにおいても、航空機は垂直離着陸機であってもよい。

【0035】

次に本発明を、添付図面を参照して、単に一例として説明する。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1A】種々の実施形態による、前方飛行構成にあるＶＴＯＬ航空機を示す図である。

【図1B】種々の実施形態による、離着陸構成にあるＶＴＯＬ航空機を示す図である。

【図2A】種々の実施形態による、複数のバッテリーパックが共通バスに着脱可能に接続された航空機の電気推進ユニットに電力供給するための配電アーキテクチャを例示する図である。

【図2B】種々の実施形態による、複数のバッテリーパックが共通バスに着脱可能に接続された航空機の電気推進ユニットに電力供給するための配電アーキテクチャを例示する図である。

【図2C】種々の実施形態による、２組のバッテリーパックが２つの共通バスに着脱可能に接続された航空機の電気推進ユニットに電力供給するための配電アーキテクチャを例示する図である。

【図3】種々の実施形態による、２つのバッテリーパックを互いに、及び対応する電気推進ユニット対に接続する回路網のブロック図である。

【図4】種々の実施形態による、２つのバッテリーパックを互いに、及び対応する電気推進ユニット対に接続し、随意の接触器を含む回路網のブロック図である。

【図5】種々の実施形態による、２つのバッテリーパックを互いに、及び対応する電気推進ユニット対に接続し、随意の接触器及び随意の充電回路網を含む種々の回路網のブロック図である。

【図6】種々の実施形態による、２つのバッテリーパックを互いに、及び対応する電気推進ユニット対に接続し、随意の接触器及び随意の充電回路網を含む種々の回路網のブロック図である。

【図7】種々の実施形態による、２つのバッテリーパックを互いに、及び対応する電気推進ユニット対に接続し、随意の接触器及び随意の充電回路網を含む種々の回路網のブロック図である。

【図8】種々の実施形態による、２つのバッテリーパックを互いに、及び対応する電気推進ユニット対に接続し、随意の接触器及び随意の充電回路網を含む種々の回路網のブロック図である。

【図9】種々の実施形態による、２つの部分モータを含む電気推進ユニットへの配電の一部のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0037】

種々の実施形態によれば、電気航空機における配電のためのシステム及び方法は、それぞれが異なる配電バスを用いて負荷の異なる部分に接続された複数のバッテリーパックを用いて航空機の複数の負荷に電力供給することを含む。たとえば、第１のバッテリーパックは、第１の配電バスを用いて負荷の第１の部分に接続され、第２のバッテリーパックは、第２の配電バスを用いて負荷の第２の部分に接続される。バッテリーパックの少なくとも一部は、共通バスを介して互いに電気的に接続され、その結果、接続されたバッテリーパック間で負荷を共有することができる。バッテリーからその接続された負荷までの回路における過電流障害事象からバッテリーを保護するために、ヒューズなどの第１の電気切断装置が、バッテリーとその接続された負荷との間に電気的に配置される。共通バスに関わる過電流障害事象からバッテリーを保護するために、第２の電気切断装置がバッテリーと共通バスとの間に電気的に配置される。第１の電気切断装置は第２の切断装置よりも速く動作するため、負荷における過電流事象によってバッテリーが共通バスから切断されることはなく、バッテリーが１つ以上のさらなるバッテリーと相互接続され続けられることが保証される。バッテリーを相互接続することで負荷を共有できるため、バッテリーの小型化、したがって軽量化というデザイン上の利点が得られ、一方で、電気切断装置を組み合わせることによって、単一障害点が存在しないことが保証される。種々の実施形態によれば、これは、ダイオードを使用せずに、及び／または冗長バスを使用せずに達成できるため、軽量化が得られる。

【0038】

種々の実施形態によれば、複数の負荷は電気推進ユニット（ＥＰＵ）を含む。種々の実施形態によれば、ＥＰＵは、垂直離着陸中及びホバリング中などに航空機に揚力を与えるように構成され、巡航中に作動停止させることができるロータと、航空機に揚力を与え、前方飛行のために前方に傾いて航空機に前方推力を与えることができるプロップローターとを含む。揚力は、航空機の１つ以上の翼によって与えられる。種々の実施形態によれば、各バッテリーパックは１つのＥＰＵに電力供給する。種々の実施形態によれば、各バッテリーパックは複数のＥＰＵに電力供給する。種々の実施形態によれば、各バッテリーパックは、少なくとも１つのロータの少なくとも一部及び少なくとも１つのプロップローターの少なくとも一部に電力供給するため、前方飛行中にバッテリーパックまたはその配電バスが使用不能になった場合に、少なくとも１つのプロップローターの少なくとも一部からの出力のみが失われる。失われたバッテリーパックによって電力供給されていた他のＥＰＵ（複数可）（ロータ（複数可））は前方出力には寄与しないため、それらが失われても前方飛行には影響しない。残りのプロップローター部分（他のバッテリーパックによって電力供給される部分）は、操縦翼面の調整及び／または失われたプロップローター部分を補う残りのプロップローター部分からの出力の調整によって、動作を続けることができる。こうして、前方飛行に対するバッテリーパックの損失の影響を最小限に抑えることができる一方で、それでもダイオード及び／または冗長な配電バスに付随する重量の増加を伴わずに耐障害性が得られる。種々の実施形態によれば、各バッテリーパックは、（ロータの一部に加えて）１つのプロップローターに相当する電力を供給するので、バッテリーパックの損失に起因する前方飛行に対する前方出力損失は、１つのプロップローターからの出力に相当するのみである。

【0039】

種々の実施形態によれば、単一の共通バスが、ＥＰＵに電力供給するすべてのバッテリーパックを相互接続する。種々の実施形態によれば、第１の組のバッテリーパックが第１の共通バスを介して相互接続され、第２の組のバッテリーパックが第２の共通バスを介して相互接続される。種々の実施形態によれば、第１の組のバッテリーパックは、第２の組のバッテリーパックとタイプ及び／または数が異なる。種々の実施形態によれば、第１の組のバッテリーパックはロータに電力供給し、第２の組のバッテリーパックはプロップローターに電力供給する。

【0040】

種々の実施形態によれば、航空機は電動垂直離着陸（ＶＴＯＬまたはｅＶＴＯＬ）航空機である。これは、垂直方向に離着陸して、ホバリングすることができ、滑走路を必要とする航空機を用いた場合よりも旅行者をその目的地近くまで運ぶ能力がある。種々の実施形態によれば、航空機は固定翼ｅＶＴＯＬである。

【0041】

種々の実施形態によれば、所与のバッテリーパックによって駆動されるＥＰＵを、バッテリーパックに障害が生じた場合にＥＰＵへの電力損失によって生じる不安定化の影響を減らすように選択する。ＥＰＵの集合の１つ以上の対称軸の両端に配置されるＥＰＵに、同じバッテリーパックによって電力供給して、バッテリーパックによって駆動されるＥＰＵへの電力損失によって生じ得るロール、ピッチ、またはヨーモーメントを減らすことができる。たとえば、航空機の長手軸の両端の同じ相対位置にあるＥＰＵを、第１のバッテリーパックによって駆動してもよく、そのため、バッテリーパックのうちの１つに障害が生じた場合でも、残りのＥＰＵが与える推力は依然として長手軸に関して一様であるため、生じるロールモーメントは最小である。同様に、いくつかの実施形態では、ＥＰＵを翼の組の前方及び後方に配置して、翼の両側及び長手軸の両端のＥＰＵに同じバッテリーパックによって電力供給してもよい。

【0042】

種々の実施形態によれば、バッテリーパックによって電力供給されるＥＰＵの部分は、単一のＥＰＵモータの一部を含むことができ、ＥＰＵモータの一部が第１のバッテリーパックによって電力供給され、ＥＰＵモータの他の部分が第２のバッテリーパックによって電力供給される。たとえば、ＥＰＵは、航空機に推力を与えるために複数のブレードを駆動するために通常動作中に同時に動作することができる２つのハーフモータを含んでいてもよく、ハーフモータの一方があるバッテリーパックによって駆動され、他方のハーフモータが別のバッテリーパックによって駆動される。バッテリーパックの１つに障害が生じた場合でも、ＥＰＵは依然として半分の出力で動作する。所与のバッテリーパックは、異なるＥＰＵの部分モータに電力供給することができるため、バッテリーパックの損失の影響は、低減された出力で動作し続ける複数のＥＰＵ間で共有される。

【0043】

本開示及び実施形態の以下の説明では、添付図面を参照する。添付図面では、実例として、実施可能な特定の実施形態を示す。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態及び例を実施することができ、変更が行えることを理解されたい。

【0044】

加えて、以下の説明で用いる単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈上明らかに別の意味が示される場合を除き、複数形も含むことが意図されることも理解されたい。また、用語「及び／または」は、本明細書で用いる場合、関連付けられた列挙される物品のうちの１つ以上のありとあらゆる可能な組み合わせを指し、包含することも理解されたい。さらに、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、及び／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、本明細書で用いる場合、述べた特徴、整数、ステップ、動作、要素、コンポーネント、及び／またはユニットの存在を明示するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、コンポーネント、ユニット、及び／またはそのグループの存在または追加を排除しないことも理解されたい。

【0045】

本明細書で用いる場合、用語「プロップローター」は、プロペラのピッチを変えることによって垂直揚力及び前方推進に対する推力を与えることができる可変ピッチプロペラを指す。

【0046】

本明細書で用いる場合、用語「バッテリーパック」は、電気的に接続されたバッテリー（すなわち、バッテリーセル）の任意の組み合わせを意味し、直列、並列、または直列及び並列の組み合わせに配置された複数のバッテリーを含むことができる。

【0047】

図１Ａ及び１Ｂに、種々の実施形態による、巡航構成及び垂直離着陸構成のＶＴＯＬ航空機１００をそれぞれ例示する。種々の実施形態によるＶＴＯＬ航空機の典型的な実施形態は、米国特許出願第１６／８７８，３８０号、発明の名称「Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｔａｋｅ－Ｏｆｆ ａｎｄ Ｌａｎｄｉｎｇ Ａｉｒｃｒａｆｔ」（２０２０年５月１９日に出願）に記載されている。なおこの文献の全体の内容は参照により本明細書に組み込まれている。

【0048】

航空機１００は、胴体１０２、胴体１０２に取り付けられた翼１０４、及び胴体１０２の後部に取り付けられた１つ以上の後部安定装置１０６を含む。航空機１００は、複数のロータ１１２及び複数のプロップローター１１４（本明細書では集合的にＥＰＵと言う）を含む。ＥＰＵ（１１２、１１４）は全般的に、ファン（複数のブレード）を駆動する電動モータと、モータを制御またはモータに電力供給するためのモータコントローラとを含む。図４に関して以下でさらに述べるように、ＥＰＵは、独立して一緒にファンを駆動することができ、複数の別個のモータコントローラによって制御することができる複数の部分モータを含むことができる。

【0049】

ロータ１１２は翼１０４に取り付けられて、垂直離着陸に対する揚力を与えるように構成されている。プロップローター１１４は、翼１０４に取り付けられ、図１Ｂに示すような垂直離着陸及びホバリングに必要な揚力の一部を与える揚力構成と、図１Ａに示すような水平飛行のために航空機１００に前方推力を与える推進構成との間で、傾斜可能である。本明細書で用いる場合、プロップローター揚力構成は、プロップローター推力が航空機に主に揚力を与えている任意のプロップローター方位を指し、プロップローター推進構成は、プロップローター推力が航空機に主に前方推力を与えている任意のプロップローター方位を指す。

【0050】

種々の実施形態によれば、ロータ１１２は、揚力のみを与えるように構成され、すべての推進力はプロップローターによって与えられる。したがって、ロータ１１２は固定位置にあってもよい。離着陸中、プロップローター１１４は、さらなる揚力を与えるためにその推力が下方に向けられる揚力構成に傾けられる。

【0051】

前方飛行に対して、プロップローター１１４は、その揚力構成からその推進構成に傾く。言い換えれば、プロップローター１１４のピッチは、垂直離着陸中及びホバリング中に揚力を与えるためにプロップローター推力が下方に向けられるピッチから、航空機１００に前方推力を与えるためにプロップローター推力が後方に向けられるピッチに変更される。プロップローターは、航空機１００の前方方向に垂直な軸線１１８の周りに傾き。航空機１００が完全な前方飛行であるとき、揚力を翼１０４によって完全に与えて、ロータ１１２を停止してもよい。ロータ１１２のブレード１２０を、航空機の巡航に対する低抗力位置にロックしてもよい。いくつかの実施形態では、ロータ１１２はそれぞれ、図１Ａに例示するように一方のブレードが他方のブレードのすぐ正面にある最小抗力位置で巡航するようにロックされた２つのブレード１２０を有する。いくつかの実施形態では、ロータ１１２は、２つを超えるブレードを有する。いくつかの実施形態では、プロップローター１１４は、ロータ１１２よりも多いブレード１１６を有する。たとえば、図１Ａ及び１Ｂに例示するように、ロータ１１２はそれぞれ、２つのブレードを含んでいてもよく、プロップローター１１４はそれぞれ、５つのブレードを含んでいてもよい。種々の実施形態によれば、プロップローター１１４は２～５のブレードを有することができる。

【0052】

種々の実施形態によれば、航空機は、胴体１０２の各側にただ１つの翼１０４（または航空機全体にわたって延びる単一の翼）を含み、ロータ１１２の少なくとも一部は翼１０４の後方に配置され、プロップローター１１４の少なくとも一部は翼１０４の前方に配置される。いくつかの実施形態では、ロータ１１２はすべて、翼１０４の後方に配置され、プロップローターはすべて、翼１０４の前方に配置される。いくつかの実施形態によれば、すべてのロータ１１２及びプロップローター１１４は翼に取り付けられる。すなわち、胴体に取り付けられるロータもプロップローターもない。種々の実施形態によれば、ロータ１１２はすべて、翼１０４の後方に配置され、プロップローター１１４はすべて、翼１０４の前方に配置される。いくつかの実施形態によれば、すべてのロータ１１２及びプロップローター１１４は翼端１０９の内側に配置される。

【0053】

種々の実施形態によれば、ロータ１１２及びプロップローター１１４は、ブーム１２２によって翼１０４に取り付けられる。ブーム１２２は、翼１０４の真下、翼の上に取り付けてもよく、及び／または翼形内に組み込んでもよい。種々の実施形態によれば、１つのロータ１１２及び１つのプロップローター１１４が各ブーム１２２に取り付けられる。ロータ１１２をブーム１２２の後端部に取り付けてもよく、プロップローター１１４をブーム１２２の前端部に取り付けてもよい。いくつかの実施形態では、ロータ１１２はブーム１２２上の固定位置に取り付けられる。いくつかの実施形態では、プロップローター１１４は、ヒンジ１２４を介してブーム１２２の前端部に取り付けられる。プロップローター１１４のブーム１２２への取り付けを、その推進構成にあるときにプロップローター１１４がブーム１２２の本体と位置合わせされて、前方飛行に対する抗力を最小限にするブーム１２２の前端部の連続的な延長部分を形成するように行ってもよい。

【0054】

種々の実施形態によれば、航空機１００は、航空機１００の各側にただ１つの翼、または航空機にわたって延びる単一の翼を含んでいてもよい。いくつかの実施形態によれば、少なくとも１つの翼１０４は、胴体１０２の上側に取り付けられた高翼である。いくつかの実施形態によれば、翼は、フラップ及び／またはエルロンなどの操縦翼面を含む。いくつかの実施形態によれば、翼は、前方飛行中の抗力を減らすために湾曲した翼端１０９を有することができる。

【0055】

いくつかの実施形態によれば、後部安定装置１０６は、１つ以上の舵、１つ以上のエレベータ、及び／または１つ以上の複合舵エレベータなどの操縦翼面を含む。翼（複数可）は任意の好適なデザインを有していてもよい。いくつかの実施形態では、翼は、たとえば図１Ａの実施形態に示すように、テーパのついた前縁１２３を有していてもよい。いくつかの実施形態では、翼は、テーパのついた後縁を有する。

【0056】

図２Ａに、種々の実施形態による、航空機１００のＥＰＵ（１１２、１１４）に電力供給するための配電アーキテクチャを例示する。図１Ａ～２Ａでは、種々の実施形態による航空機の翼１０４に取り付けられた１２のＥＰＵＳ（図２Ａでは番号１～１２）を例示しているが、４、６、８、１０、１４、１８、２０、またはそれ以上を含む任意の好適な数のＥＰＵを有することができる。ＥＰＵは、複数のバッテリーパック２００によって電力供給される。図２Ａに例示した実施形態では、６つのバッテリーパック２００があり、番号１～６が付けられている。各バッテリーパック２００は、ＥＰＵの一部のみに電力供給する。例示した実施形態では、各バッテリーパック２００は２つのＥＰＵに電力供給する。図２Ａに例示する実施形態によるバッテリーパック及びＥＰＵのグループ化を、図２Ｂに列挙する。バッテリーパック１はＥＰＵ１及び１２に電力供給し、バッテリーパック２はＥＰＵ２及び１１に電力供給する等。各バッテリーパック２００は、ＥＰＵのその対応する部分に、専用の配電バス、たとえば、バッテリーパック１をＥＰＵ１及びＥＰＵ１２に接続するバス２０２、及びバッテリーパック２をＥＰＵ２及びＥＰＵ１１に接続するバス２０４を介して接続される。したがって、１つのバッテリーパック１の配電バス２０２は、バッテリーパック２の配電バス２０４に電気的に接続されていない。

【0057】

種々の実施形態によれば、バッテリーパック２００は、バッテリーパック２００がそれぞれ着脱可能に接続される共通バス２０６を介して相互接続される。共通バス２０６を通して、バッテリーパックは負荷を共有することができ、これにより、所与のバッテリーパックの必要な最大電力が減る。最大電力要件が減ることは、バッテリーの小型化を意味することができ、軽量化が実現され、及び／またはバッテリーがより低電力で高エネルギーのセルを用いることで、航続距離が増すことを意味する。以下でさらに説明するように、ヒューズなどの電気切断装置が、各バッテリーパックと共通バスとの間に設けられているため、共通バスに関わる過電流障害が生じた場合に、バッテリーパックは電気切断装置によって共通バスから引き離されることによって保護され、それらが直接接続されているＥＰＵに電力を供給し続けることができる。また、種々の実施形態によれば、１つバッテリーパックまたはその配電において電気的障害が生じても、他のＥＰＵ及びバッテリーパックの動作の障害は引き起こさない。障害が発生したバッテリーパックまたは配電によって電力供給されているＥＰＵのみが影響を受ける。したがって、航空機の電力供給において単一障害点はない。

【0058】

種々の実施形態によれば、所与のバッテリーパックによって電力供給される特定のＥＰＵを、バッテリーパックに障害が生じた場合にＥＰＵへの電力損失によって生じる不安定化の影響を減らすように選択してもよい。種々の実施形態によれば、ＥＰＵの集合の１つ以上の対称軸の両端に配置されるＥＰＵに、同じバッテリーパックによって電力供給して、バッテリーパックによって駆動されるＥＰＵへの電力損失によって生じ得るロール、ピッチ、またはヨーモーメントを減らすことができる。たとえば、航空機１００の長手軸２８０の両端の同じ相対位置にあるＥＰＵを、第１のバッテリーパックによって駆動してもよく、そのため、バッテリーパックのうちの１つに障害が生じた場合でも、残りのＥＰＵが与える推力は長手軸に関して一様なままであるため、生じるロールモーメントは最小である。同様に、いくつかの実施形態では、ＥＰＵの組を一対の翼の前縁の少なくとも部分的に前方に配置し、ＥＰＵの組を一対の翼の後縁の少なくとも部分的に後方に配置し、翼の両側及び長手軸の両端のＥＰＵ２８０に同じバッテリーパックによって電力供給して、バッテリーパックに障害が生じた場合（図２Ａに示すような）でも、生じるロール及びピッチモーメントは最小となるようにしてもよい。

【0059】

種々の実施形態によれば、各バッテリーパック２００は、少なくとも１つのプロップローター１１４の少なくとも一部及び少なくとも１つのロータ１１２の少なくとも一部に電力供給する。図２Ａの実施形態では、両側の位置にあるロータ及びプロップローターは、同じバッテリーパック２００によって駆動される。したがって、航空機の胴体１０２の左側にある最も外側のプロップローター１１４（図２ＡにおけるＥＰＵ１）は、胴体１０２の右側にある最も外側のロータ１１２（ＥＰＵ１２）と同じバッテリーパック（図２Ａにおけるバッテリーパック１）によって電力供給される。同様に、最も外側のＥＰＵの他の対（図２ＡにおけるＥＰＵ６及びＥＰＵ７）は、同じバッテリーパック（バッテリーパック６）によって電力供給される。グループ化は、正反対の位置にあるＥＰＵに限定する必要はない。たとえば、ＥＰＵ１は、ＥＰＵ１２ではなくＥＰＵ１１とグループ化してもよい。

【0060】

所与のバッテリーパックによって電力供給されるＥＰＵの数は、２つより大きくすることができる。たとえば、いくつかの実施形態では、バッテリーパック当たりのＥＰＵの数は、ＥＰＵの総数の３、４、５、６、または他の任意の好適な部分とすることができる。種々の実施形態によれば、各グループ内に異なる数のＥＰＵが存在することができる。たとえば、あるグループは２つのＥＰＵ（バッテリーパックによって駆動される２つのＥＰＵ）を有することができ、一方で、他のグループは４つのＥＰＵ（異なるバッテリーパックによって駆動される４つのＥＰＵ）を有することができる。バッテリーパックの数はわずか２つとすることができる。種々の実施形態では、バッテリーパックの数は、少なくとも３、少なくとも４、少なくとも５、少なくとも６、少なくとも７、少なくとも８、またはそれ以上である。

【0061】

図２Ｃに、バッテリーパックが互いに分離された組に配置されている実施形態を例示する。バッテリーパックの第１の組２３０（例示した実施形態ではバッテリーパック１～６）は、第１の共通バス２３２を介して相互接続され、バッテリーパックの第２の組２３４（例示した実施形態ではバッテリーパック７～１２）は、第２の共通バス２３６を介して相互接続される。第１及び第２の共通バス２３２及び２３６は互いに電気絶縁されており、バッテリーパックの第１の組２３０とバッテリーパックの第２の組２３４との間に電気接続はない。

【0062】

種々の実施形態によれば、バッテリーパックの第１の組２３０の各バッテリーパックはプロップローター１１４に電力供給し、バッテリーパックの第２の組２３４の各バッテリーパックはロータ１１２に電力供給する。いくつかの実施形態によれば、プロップローター１１４及びロータ１１２の電力要件（たとえば、ピーク電力及び／または飛行中の電力）は異なっていてもよく、第１及び第２の組のバッテリーパックは、プロップローター１１４及びロータ１１２の電力需要の差に基づいて、異なるタイプ及び／またはサイズであってもよい。たとえば、いくつかの実施形態では、プロップローター１１４を垂直飛行及び水平飛行中に用いてもよく、一方で、ロータ１１２を垂直飛行中にのみ用いてもよい。したがって、飛行中にプロップローター１１４によって要求される総電力は、飛行中にロータ１１２によって要求される総電力より大きい場合があり、この差に対応するために、第１の組２３０のバッテリーパックを第２の組２３４のバッテリーパックより大きくすることができる。

【0063】

図３は、電気航空機の配電システム３００の少なくとも一部のブロック図である。２つのバッテリーパック３００及び３５０を示しており、各バッテリーパックは２つの負荷に接続されるように構成されている。しかし、例示した実施形態は単なる典型であり、任意の数のバッテリーパックを用いてもよいこと、前述したような任意の数のＥＰＵ及び／またはＥＰＵの任意の数の部分などの任意の数の負荷に接続できることを、理解されたい。例示した実施形態では、バッテリーパック３００は一対のＥＰＵ３０２、３０４に電気的に接続されている。ＥＰＵ３０２は、たとえば図２ＡのＥＰＵ１とすることができ、ＥＰＵ３０４は、たとえば図２ＡのＥＰＵ１２とすることができる。バッテリーパック３００は、配電バス３０６を介してＥＰＵ３０２、３０４に接続される。第１の負荷電気切断装置３０８を第１のバッテリーパック３００とＥＰＵ３０２との間に電気的に配置して、ＥＰＵ３０２または電気切断装置３０８の下流の配電バス３０６の一部に関連する過電流障害事象（たとえば、接地故障）が起きた場合に、第１のバッテリーパック３００をＥＰＵ３０２から切断してもよい。第２の負荷電気切断装置３１０を第１のバッテリーパック３００とＥＰＵ３０４との間に電気的に配置して、ＥＰＵ３０４または電気切断装置３１０の下流の配電バス３０６の一部に関連する過電流障害事象が起きた場合に、第１のバッテリーパック３００をＥＰＵ３０４から切断してもよい。

【0064】

第１のバッテリーパック３００は共通バス３１４に電気的に接続され、共通バス３１４には第２のバッテリーパック３５０も電気的に接続されている。共通バス３１４を通して、電力を、第１及び第２のバッテリーパック３００及び３５０（ならびに共通バス３１４に接続され得る任意の他のバッテリーパック）間で共有することができる。これにより、たとえば、第１及び第２のバッテリーパック３００、３５０の両方からＥＰＵ３０２及び／またはＥＰＵ３０４に、電力を供給することができ得る。

【0065】

第１の共通バス電気切断装置３１２が、第１のバッテリーパック３００と共通バス３１４との間に電気的に配置され、過電流障害事象が起きた場合に、第１のバッテリーパック３００を共通バス３１４から切断する。これにより、第１のバッテリーパック３００を、共通バス３１４に関連する過電流障害事象（たとえば、共通バス３１４に関わる接地故障、または共通バス３１４に接続されたバッテリーパックに関わる障害である可能性がある）から保護することができる。また第１の共通バス切断装置３１２は、バッテリーパック３００自体に関わる過電流障害事象から共通バス３１４を保護することもできる。

【0066】

種々の実施形態によれば、第１の共通バス電気切断装置３１２は、第１及び第２の負荷電気切断装置３０８及び３１０よりも動作が遅い。たとえば、いくつかの実施形態では、共通バス電気切断装置３１２は、その定格電流閾値において、第１及び第２の負荷電気切断装置３０８及び３１０のそれぞれよりも遅い切断時間（当該技術分野では開放時間またはクリア時間とも言う）を有し得る。切断時間が異なるため、配電バス３０６、ＥＰＵ３０２、及び／またはＥＰＵ３０４上で過電流障害が生じて、第１及び／または第２の切断装置３０８、３１０においてその定格電流を上回る電流スパイク、及び共通バス電気切断装置３１２においてその定格電流を上回る電流スパイクが生じると、第１及び／または第２の負荷電気切断装置３０８及び３１０はバッテリーパック３００を保護するが、バッテリーパック３００は共通バス３１４に接続されたままである。なぜならば、第１の共通バス電気切断装置３１２は、第１及び／または第２の負荷電気切断装置３０８及び３１０よりも動作が遅いため、切断されていないからである。いくつかの実施形態では、負荷切断装置３０８、３１０の一方または両方は、切断閾値電流が共通バス切断装置３１２よりも低い。たとえば、１つ以上の負荷切断装置は、３００アンペアの切断閾値で、その切断閾値電流において１４０ｍｓの切断時間であり得るが、共通バスヒューズは、５００アンペアの切断閾値で、その切断閾値電流において３６０ｍｓの切断時間であり得る。いくつかの実施形態では、負荷切断装置は、共通バス切断装置３１２と同じ切断閾値を有する。たとえば、負荷及び共通バス切断装置は５００アンペアの切断閾値を有することができ、負荷切断装置は閾値電流において１４０ｍｓの切断時間を有し、共通バス切断装置は閾値電流において３００ｍｓの切断時間を有する。

【0067】

種々の実施形態によれば、第２のバッテリーパック３５０を、配電バス３５６を介してＥＰＵ３５２及び３５４に接続することができる。第３及び第４の負荷電気切断装置３５８及び３６０を、第２のバッテリーパック３５０とＥＰＵ３５２及び３５４との間に電気的に配置して、第１のバッテリーパック３００とＥＰＵ３０２及び３０４とに関して前述したように、過電流障害中であっても第２のバッテリーパックをＥＰＵから切断してもよい。第２の共通バス電気切断装置３６２を、第２のバッテリーパック３５０と共通バス３１４との間に電気的に配置することができる。第２の共通バス電気切断装置３６２は、第１の共通バス切断装置３１２と第１及び第２の負荷電気切断装置３０８及び３１０とに関して前述したように、第３及び第４の負荷電気切断装置３５８及び３６０のそれぞれよりも動作を遅くすることができる。

【0068】

種々の実施形態によれば、各バッテリーパックを共通バス３１４から切断することができる共通バス電気切断装置３１２及び３６２は、同じ切断電流閾値及び／またはその切断電流閾値において同じ切断時間を有する。いくつかの実施形態では、第１の共通バス電気切断装置３１２は、第２の共通バス電気切断装置３６２とは異なる切断閾値及び／または開放時間を有する。いくつかの実施形態では、負荷電気切断装置３０８及び３１０の切断電流閾値及び／または開放時間は、たとえばＥＰＵ３０２及び３０４の負荷要求が異なるために、互いに異なる。いくつかの実施形態では、負荷電気切断装置３０８及び３１０の一方または両方の切断電流閾値及び／または開放時間は、負荷電気切断装置３５８及び３６０の一方または両方の切断電流閾値及び／または開放時間と同じである。

【0069】

電気切断装置３０８、３１０、３１２、３５８、３６０、及び３６２のそれぞれは、過電流障害事象が起きた場合に回路を遮断するための任意の好適な電気部品とすることができる。たとえば、電気切断装置のうちの１つ以上は、電流検出器に動作可能に結合されたヒューズ、ブレーカー、またはスイッチである。いくつかの実施形態によれば、電気切断装置３０８、３１０、３１２、３５８、３６０のそれぞれはヒューズである。いくつかの実施形態によれば、電気切断装置は、任意の好適なタイプのヒューズ、またはヒューズのタイプの組み合わせとすることができる。たとえば、電気切断装置３０８、３１０、３１２、３５８、３６０のうちの１つ以上は、爆発性ヒューズ、温度ヒューズ、または磁気ヒューズである。いくつかの実施形態によれば、共通バス電気切断装置は第１のタイプの電気切断装置であり、負荷電気切断装置は第１のタイプとは異なる第２のタイプの電気切断装置である。たとえば、負荷電気切断装置３０８及び３１０は爆発性ヒューズであってもよく、共通バス電気切断装置３１２は温度ヒューズであってもよい。

【0070】

種々の実施形態によれば、負荷電気切断装置３０８、３１０、３５８、及び３６０のうちの１つ以上の切断電流閾値は、少なくとも５０アンペア、少なくとも１００アンペア、少なくとも２００アンペア、少なくとも３００アンペア、または少なくとも５００アンペアである。種々の実施形態によれば、負荷電気切断装置３０８、３１０、３５８、及び３６０のうちの１つ以上の切断電流閾値は、少なくとも５０アンペア、少なくとも１００アンペア、少なくとも２００アンペア、少なくとも３００アンペア、または少なくとも５００アンペアである。種々の実施形態によれば、共通バス電気切断装置３１２、３６２のうちの１つ以上の切断電流閾値は、少なくとも１００アンペア、少なくとも２００アンペア、少なくとも３００アンペア、少なくとも４００アンペア、少なくとも５００アンペア、少なくとも６００アンペア、または少なくとも１０００アンペアである。いくつかの実施形態によれば、共通バス電気切断装置のうちの１つ以上の切断電流閾値は、負荷電気切断装置のうちの１つ以上の切断電流閾値よりも少なくとも１０％高い、少なくとも２０％高い、少なくとも３０％より高い、少なくとも５０％高い、少なくとも６６％高い、少なくとも７５％高い、または少なくとも１００％高い。種々の実施形態によれば、負荷及び／または共通バス電気切断装置のうちの１つ以上のその定格電流閾値における開放時間は、１秒以下、５００ｍｓ以下、４００ｍｓ以下、３００ｍｓ以下、２００ｍｓ以下、１００ｍｓ以下、５０ｍｓ以下、または１０ｍｓ以下である。種々の実施形態によれば、１つ以上の負荷切断装置のその定格閾値電流における開放時間を、共通バス切断装置のその定格閾値電流における開放時間と比べて、少なくとも１００倍速い、少なくとも５０倍速い、少なくとも１０倍速い、少なくとも５倍速い、または少なくとも２倍速い値とすることができる。

【0071】

いくつかの実施形態によれば、バッテリーパック３００、３５０の負極端子３２０、３７０は、共通の負バス３１６に電気的に接続される。いくつかの実施形態によれば、共通バス３１４は、バッテリーパック３００、３５０の正極端子３１８、３６８に電気的に接続される。種々の実施形態によれば、配電システム３００には、バッテリー３００、３５０間の充電の流れを制御するダイオードが無い。種々の実施形態によれば、これにより、配電システム３００を、ダイオードを含むシステムと比べてより効率的にすることができ、軽量化が得られる。

【0072】

種々の実施形態によれば、配電システム３００は、たとえばバッテリー充電中に、及び／または航空機がパワーダウンした後に配電システムを安全モードにするために、配電システム３００の１つ以上の部分を選択的に電気的に切断するための１つ以上の接触器を含む。図４～８に、種々の実施形態による種々の接触器配置を例示する。図４では、接触器４０２が、第１のバッテリーパック３００と第１及び第２の負荷電気切断装置３０８、３１０との間に電気的に配置される。接触器４０４を、随意に、第１のバッテリーパック３００と第１の共通バス電気切断装置３１２との間に電気的に配置してもよい。接触器４０６を、随意に、第１のバッテリーパック３００と共通の負バス３１６との間に電気的に配置してもよい。同様の接点配置を、第２のバッテリーパック３５０に対して用いることができ、簡略にするために別個に説明しない（後述する変形に同じことが適用される）。

【0073】

図５では、接触器５０２が、第１の負荷電気切断装置３０８とＥＰＵ３０２との間に電気的に配置され、第２の接触器５０４が、第２の負荷電気切断装置３１０とＥＰＵ３０４との間に電気的に配置される。第３の接触器５０６を、随意に、第１のバッテリーパック３００と共通の負バス３１６との間に電気的に配置してもよい。図５に、種々の実施形態によるバッテリーパック３００及び３５０を充電するための充電回路５５０を例示する。充電器ポート５５２を、充電するために外部充電器を配電システムに接続するために用いることができる。充電器ポート５５２を、共通バス３１４及び共通の負バス３１６に接続してもよい。充電器接触器５５４及び充電器ヒューズ５５６を、充電器ポート５５２と共通バス３１４との間に配置してもよい。図６の実施形態は、充電器接触器５５４の代わりに接触器６０２を共通バス電気切断装置３１２とバッテリーパック３００との間に設けることを除いて、図５のものと同様である。

【0074】

図７に、バッテリーパック、負荷、及び充電回路の配置に対する最小数の接触器を有する実施形態を例示する。接触器７０２が、バッテリーパック３００をＥＰＵ３０２、３０４及び共通バス３１４の両方から切断するために、バッテリーパック３００の正極端子３１８に配置される。随意の接触器７０４を、バッテリーパック３００の負極端子３２０に配置することができる。図８に例示する変形は、充電回路８５０が共通バス３１４ではなくバッテリーパック３００に直接接続されることを除いて、図７のものと同様である。充電器ポート８５２は充電器バス８６０につながることができる。バッテリーパック３００を、バッテリーパック３００と充電器バス８６０との間に電気的に配置された充電器ヒューズ８５４及び充電器接触器８５６を用いて、充電器バス８６０に接続してもよい。

【0075】

いくつかの実施形態では、ＥＰＵまたはＥＰＵの少なくとも一部は、異なるバッテリーパックによってそれぞれ独立に電力供給される複数のモータ段を含み、そのため、１つのバッテリーパックに障害が生じた場合でも、ＥＰＵの一部のみが電力供給されず、ＥＰＵは低減した出力レベルで動作を続けることができる。図９は、２つの部分モータ９０２Ａ及び９０２Ｂを含むＥＰＵ９００への配電の一部のブロック図である。ＥＰＵ９００は、図１Ａのロータ１１２などのロータ、または図１Ａのプロップローター１１４などのプロップローターとすることができる。２つの部分モータ９０２Ａ及び９０２Ｂは、独立に動作してシャフト９０６を介してファンブレード９０４を駆動することができ、同時に動作してより高い出力でファンブレード９０４を駆動することができる。部分モータ９０２Ａ及び９０２Ｂは、それらの独自のモータコントローラ９０８Ａ及び９０８Ｂによって、それぞれ駆動される。部分モータ９０２Ａ及びモータコントローラ９０８Ａは、配電バス９６０を介してバッテリーパック９５０によって電力供給され、一方で、部分モータ９０２Ｂ及びモータコントローラ９０８Ｂは、配電バス９６２を介してバッテリーパック９５２によって電力供給される。バッテリーパック９５０及び９５２は、共通バス９１０を介して互いに電気的に接続されている。共通バス９１０は、前述した原理により、共通バス電気切断装置９１２及び９１６を介してバッテリーパック９５０、９５２のそれぞれから取り外し可能であり、共通バス９１０で過電流障害事象が起きた場合に、部分モータ９０２Ａ、モータコントローラ９０８Ａ、分配バス９６０、及びバッテリーパック９５０は、部分モータ９０２Ｂ、モータコントローラ９０８Ｂ、分配バス９６２、及びバッテリーパック９５２から電気的に絶縁される。したがって、共通バス９１０及び／または第１の部分モータ９０２Ａに影響を及ぼす電気故障は、第２の部分モータ９０２Ｂには影響を及ぼさず、逆もまた同様である。したがって、共通バス９１０及び／またはバッテリーパック９５０もしくは９５２のうちの一方に障害が生じた場合でも、ＥＰＵ９００は、出力が低下しているにもかかわらず動作を続けることができる。さらに、前述した原理により、負荷電気切断装置９１４、９１８は、対応するバッテリーパック９５０、９５２を、関連する部分モータ、モータコントローラ、及び配電バスにおける過電流障害から保護する。

【0076】

種々の実施形態によれば、バッテリーパックは、対向して配置されているＥＰＵの部分モータを駆動することができる。たとえば、図２Ａを見ると、第１のバッテリーパック１は、ＥＰＵ１の第１の部分モータ、ＥＰＵ１２の第１の部分モータ、ＥＰＵ６の第１の部分モータ、及びＥＰＵ７の第１の部分モータに電力供給することができる。したがって、バッテリーパック１の障害が生じた場合に、飛行機の両側の同じ相対位置にあるロータ及びプロップローターの両方が、その最大の利用可能な電力の少なくとも半分を失うが、それでもなお動作する。

【0077】

ＥＰＵに電力供給するためのバッテリーパックを、胴体及び／または翼を含む、航空機の任意の好適な場所に配置することができる。ＥＰＵの数及び出力を、所望の性能パラメータ（たとえば、目標ペイロード、対気速度、及び高度）に応じて選択することができる。種々の実施形態によれば、ＥＰＵのうちの１つ以上の最大電力定格は、５００キロワット以下、好ましくは２００キロワット以下、より好ましくは１５０キロワット以下である。いくつかの実施形態によれば、ＥＰＵのうちの１つ以上の最大電力定格は、少なくとも１０キロワット、好ましくは少なくとも２０キロワット、より好ましくは少なくとも５０キロワットである。航空機は、同数のロータ及びプロップローターを有することも、より多数のプロップローターを有することも、またはより多数のロータを有することもできる。

【0078】

種々の実施形態によれば、各バッテリーパックは、最大蓄積エネルギーが少なくとも１キロワット時、または好ましくは少なくとも１０キロワット時、及び／または最大蓄積エネルギーが最大で２００キロワット時、好ましくは最大で１００キロワット時、好ましくは最大で７５キロワット時、より好ましくは最大で５０キロワット時となるように構成されている。種々の実施形態によれば、バッテリーパックは、その総最大蓄積エネルギーが少なくとも１キロワット時、または好ましくは少なくとも１０キロワット時、及び／またはその最大蓄積エネルギーが最大で２００キロワット時、好ましくは最大で１００キロワット時、好ましくは最大で７５キロワット時、またはより好ましくは最大で５０キロワット時となるように構成されている。種々の実施形態によれば、満充電時のバッテリーパックの少なくとも一部は、電圧として少なくとも１００ボルト、少なくとも５００ボルト、または少なくとも１０００ボルトをもたらす。種々の実施形態によれば、満充電時のバッテリーパックの少なくとも一部は、最大で２０００ボルト、最大で１５００ボルト、最大で１０００ボルト、または最大で５００ボルトをもたらす。いくつかの実施形態によれば、公称最大電圧は５００～１０００ボルト、好ましくは６００～８００ボルト、またはより好ましくは６５０～７５０ボルトである。

【0079】

種々の実施形態によれば、ＥＰＵのサイズは、前述した原理により、バッテリーパック障害に起因するＥＰＵの一部の損失に対応するように取られている。たとえば、２つのＥＰＵを駆動するバッテリーパックにおける障害により２つのＥＰＵが失われた場合、残りのＥＰＵ及び関連するバッテリーパックは、ＥＰＵが無効になった結果失われた推力を少なくとも部分的に補うさらなる推力を与えるのに十分なサイズであってもよい。

【0080】

前述した原理による航空機は、少なくとも１人、最大で１０人、好ましくは最大で６人、より好ましくは最大で４人を運ぶように構成することができる。いくつかの実施形態によれば、航空機は、操縦されるように構成され、操縦制御装置を含む。いくつかの実施形態では、航空機は、何ら機内パイロットなしで、１人以上の乗客の有無にかかわらず自律的に動作するように構成されている。

【0081】

いくつかの実施形態によれば、航空機は、地上最大３，０００フィートの高度において最大１５０マイル／時の巡航速度で７５マイルまで最大６人（たとえば、パイロット及び最大で５人の乗客）を運ぶように構成されている。いくつかの実施形態では、航空機は、１人のパイロットと４人の乗客などの５人用に構成されている。種々の実施形態によれば、１回のバッテリー充電での最大航続距離は、２５マイル、５０マイル、７５マイル、１００マイル、または２００マイルである。

【0082】

種々の実施形態によれば、ロータ１１２及び／またはプロップローター１１４は、航空機によって発生する騒音の量を減らすために、比較的低い先端速度を有するように構成されている。いくつかの実施形態では、ローターブレードの先端速度は、ホバリングにおいて約０．４マッハである。種々の実施形態によれば、ロータ及び／またはプロップローターブレードの直径は、１～５メートルの範囲、好ましくは１．５～２メートルの範囲である。

【0083】

種々の実施形態によれば、翼幅は１０～２０メートルの範囲、好ましくは１５～１６メートルの範囲である。種々の実施形態によれば、航空機の長さは、３～２０メートルの範囲、好ましくは５～１５メートルの範囲、より好ましくは６～１０メートルの範囲である。

【0084】

種々の実施形態によれば、航空機は、プロップローターを揚力構成に位置決めし、ロータ及びプロップローターによって与えられる複合揚力を介して航空機に必要な揚力を与えることによって、離着陸中に操作される。種々の実施形態によれば、垂直離着陸及び／またはホバリング中に、プロップローターをすべてのプロップローターにわたって同じにするかまたは異なるプロップローターに対して異ならせることができる所定の揚力構成に、維持することができる。種々の実施形態によれば、必要な安定性及び／または操縦を得るために、プロップローターの少なくとも一部の傾きを離着陸及び／またはホバリング中に能動的に調整することができる。いくつかの実施形態によれば、少なくとも１つのプロップローターの傾きは、離陸、着陸、及び／またはホバリング中に飛行制御装置によって能動的に制御されて、ヨーモーメントを生成する。

【0085】

種々の実施形態によれば、各ロータ及び／または各プロップローターは、種々の動作上自由度に従って飛行制御装置により個別に制御することができる。種々の実施形態によれば、ロータの唯一の自由度はロータの回転速度である。いくつかの実施形態では、ロータのブレードの迎え角を集合的に調整することができ、さらなる自由度が得られる。種々の実施形態によれば、プロップローターの少なくとも一部の自由度は、プロップローターの回転速度、ブレードの総迎え角、及びプロップローターの傾きの程度を含む。種々の実施形態によれば、これらの自由度のうちのいずれも、適切な安定性及び操縦を得るために、離着陸中に飛行制御装置によって（自律的にまたはパイロットコマンドに応答して）能動的に制御することができる。

【0086】

航空機が前方飛行を始めるのに十分な高度に達したら、プロップローターは、その推力が揚力及び推力の組み合わせを与えるように、その推進構成に向かって前方に傾き始めるが、プロップローターがその推進構成に向かってさらに傾くにつれて揚力の割合は減少する。ロータは、プロップローターが前方に傾いてロータベースの揚力を与え続ける期間の少なくとも一部の間、動作中のままとすることができる。前方対気速度が十分に高く、航空機の高度を維持するのに十分な揚力が翼によって得られた後の任意の時点で、ロータを作動停止することができる。前述したように、ローターブレードを低抗力位置にロックすることができる。

【0087】

巡航中、ロータは作動停止したままである。翼及び／または後部安定装置の操縦翼面は、従来の方法で航空機の操縦及び安定性のために用いることができる。いくつかの実施形態によれば、前方飛行中にバッテリーパックが失われて、失われたバッテリーパックによって電力供給されていたプロップローターの部分によって与えられる出力が失われた場合、航空機は、操縦翼面を使用すること及び／またはプロップローターの影響を受けない部分からの出力を調整することを介して、補償することができる。

【0088】

いくつかの実施形態によれば、さらなる安定性及び／または操縦性制御を得るために、プロップローターの少なくとも一部の傾きを能動的に制御することができる。いくつかの実施形態では、プロップローターの少なくとも一部の傾きを、離着陸及び／またはホバリング中に能動的に制御する。いくつかの実施形態では、プロップローターの傾きを、巡航中に固定する（すなわち、変化しない）。いくつかの実施形態によれば、必要に応じてヨーモーメントを得るために、最も外側のプロップローターの傾きを、垂直離着陸及び／またはホバリング中に能動的かつ独立に制御することができる。

【0089】

種々の実施形態によれば、ＥＰＵ（ロータ及びプロップローター）に、本明細書に記載の配電アーキテクチャに従って電力供給することができる。たとえば、航空機に電力供給するための方法は、航空機の少なくとも１つの翼に取り付けられ、少なくとも１つの翼の前縁の少なくとも部分的に前方に配置された第１の複数の電気推進ユニットに、第１のバッテリーパックによって電力供給することを、第１のバッテリーパックを、第１の複数の電気推進ユニットの第１の電気推進ユニットの少なくとも一部と、第２の複数の電気推進ユニットの第１の電気推進ユニットの少なくとも一部とに電気的に接続する第１の電力バスを介して行うことを含む。本方法はまた、少なくとも１つの翼に取り付けられ、少なくとも１つの翼の後縁の少なくとも部分的に後方に配置された第２の複数の電気推進ユニットに、第２のバッテリーパックによって電力供給することを、第２のバッテリーパックを、第１の複数の電気推進ユニットの第２の電気推進ユニットの少なくとも一部と、第２の複数の電気推進ユニットの第２の電気推進ユニットの少なくとも一部とに電気的に接続する第２の電力バスを介して行うことであって、第２の電力バスは第１の電力バスから電気絶縁されている、行うことを含む。

【0090】

種々の実施形態によれば、航空機に電力供給するための方法は、第１のロータの少なくとも一部と第１のプロップローターの少なくとも一部とに、第１のバッテリーパックによって電力供給することを、第１のバッテリーパックを第１のロータの少なくとも一部と第１のプロップローターの少なくとも一部とに電気的に接続する第１の電力バスを介して行うことを含む。本方法はまた、第２のロータの少なくとも一部と第２のプロップローターの少なくとも一部とに、第２のバッテリーパックによって電力供給することを、第２のバッテリーパックを第２のロータの少なくとも一部と第２のプロップローターの少なくとも一部とに電気的に接続する第２の電力バスを介して行うことであって、第２の電力バスは第１の電力バスから電気絶縁されている、行うことを含む。

【0091】

種々の実施形態によれば、垂直離陸または着陸、ホバリング、または前方飛行中などの飛行中に、バッテリーパックまたはそのバッテリーパックに対する配電に障害が生じた場合、そのバッテリーパックによって電力供給されるＥＰＵのみが無効になる。残りのＥＰＵ（無効になったバッテリーパックから電気絶縁された他のバッテリーパックによって電力供給されるもの）は、動作し続ける。種々の実施形態によれば、影響を受けていないＥＰＵのうちの少なくとも一部の出力を、無効になったＥＰＵの推力の損失を補償するために増加させてもよい。

【0092】

種々の実施形態によれば、バッテリーパックは同じＥＰＵの異なるモータ部分に電力供給して、バッテリーパックのうちの１つまたはその配電が失われた場合に、影響を受けたＥＰＵが低減された出力で動作し続けられるようにする。種々の実施形態によれば、無効になったモータ部分からの推力の損失を補償するために、影響を受けていないモータ部分の出力を増加させることができ、及び／または影響を受けていないＥＰＵの出力を増加させることができる。

【0093】

説明を目的とした前述の説明は、特定の実施形態を参照して説明している。しかし、前述の例示的な説明は、網羅的であることも、本発明を開示した正確な形態に限定することも意図していない。前述の教示を考慮して、多くの変更及び変形が可能である。実施形態は、技術の原理及びその実際の応用を最も良く説明するために選択され説明されている。これにより、当業者は、考えられる特定の用途に適した種々の変更を伴って技術及び種々の実施形態を最適に利用することができる。

【0094】

本開示及び例は、添付の図を参照して十分に説明されているが、種々の変形及び変更が当業者には明らかであることに注意されたい。このような変形及び変更は、特許請求の範囲によって規定される開示及び例の範囲内に含まれると理解すべきである。最後に、本出願において参照された特許及び刊行物の全開示は、参照により本明細書に組み込まれている。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【国際調査報告】