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JP7512242B2 - Multicopter - Google Patents

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JP7512242B2
JP7512242B2 JP2021160395A JP2021160395A JP7512242B2 JP 7512242 B2 JP7512242 B2 JP 7512242B2 JP 2021160395 A JP2021160395 A JP 2021160395A JP 2021160395 A JP2021160395 A JP 2021160395A JP 7512242 B2 JP7512242 B2 JP 7512242B2
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Description

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。 The technology disclosed in this specification relates to a multicopter that has an engine-driven generator and a rechargeable battery, and flies by supplying power to a motor to rotate multiple rotors.

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。 A conventional example of this type of technology is the multicopter described in Patent Document 1 below. In addition to multiple rotors, a motor, and a battery, this multicopter also includes an engine generator unit that generates power, and a control unit that controls the multicopter. The engine generator unit includes an engine and a generator driven by the engine. The generator generates power to be supplied to the motor or to charge the battery. The control unit controls the engine to control power generation by the generator, controls the supply of power from the generator to the motor and the charging of power from the generator to the battery, controls the discharge of power from the battery to the motor, and controls the flight of the multicopter.

特開2020-138594号公報JP 2020-138594 A

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。 In a multicopter equipped with an engine-driven generator and a rechargeable battery, even if the power generated by the generator is supplied to the motor during takeoff flight, the power generated by the generator may not be sufficient to meet the flight power required for takeoff, and most of the flight power may have to be supplemented with battery power discharged from the battery. This requires a large-capacity battery, which results in a larger and heavier battery. On the other hand, during landing flight, the power generated by the generator is supplied to the motor, but the flight power required for landing may be less than the generated power, and the surplus generated power must be charged into the battery. This also requires a large-capacity battery, which results in a larger and heavier battery. As a result, the weight of the multicopter increases, the amount of fuel that can be carried by the engine decreases, and the multicopter's cruising range and payload performance decrease.

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。 This disclosed technology has been made in consideration of the above circumstances, and its first objective is to provide a multicopter equipped with an engine-driven generator and a chargeable/dischargeable battery, in which the battery power can be reduced by reducing the battery power of the generator's power that satisfies the flight power required for takeoff and the battery power of the battery. The second objective of this disclosed technology is to provide a multicopter that, in addition to the first objective, can also provide a multicopter in which the battery can be reduced in size and weight by reducing the surplus of power that is charged into the battery among the power generated by the generator that satisfies the flight power required for landing of the multicopter.

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。 In order to achieve the above object, the technology described in claim 1 includes a plurality of rotors, a motor for rotating and driving each rotor, a battery configured to be able to charge and discharge the power supplied to the motor, a generator for generating power supplied to the motor and power charged to the battery, an engine for driving the generator, and a control means for controlling the operation of the engine, the supply of power from the generator to the motor, the charging of the battery from the generator, and the discharging of the battery from the motor. The technology further includes an acquisition means for acquiring a flight response speed required for the multicopter in a multicopter that flies by supplying power to the motor to rotate each rotor, and the control means is configured to supply generated power from the generator to the motor in order to satisfy the flight power required for the takeoff of the multicopter, and to discharge battery power from the battery to the motor in order to make up for the power that is insufficient with the generated power alone. The control means controls the engine to change the output response speed of the generator in accordance with the flight response speed acquired by the acquisition means when the multicopter takes off, and controls the generated current flowing from the generator to the motor.

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。 According to the configuration of the above technology, the multicopter flies by supplying power to the motor to rotate each rotor. Here, the control means controls the operation of the engine, the supply of power from the generator to the motor, charging from the generator to the battery, and discharging from the battery to the motor. The control means supplies generated power from the generator to the motor in order to satisfy the flight power required for takeoff of the multicopter, and discharges battery power from the battery to the motor in order to make up for the power that is insufficient with the generated power alone. The control means also controls the engine to change the output response speed of the generator in accordance with the flight response speed acquired by the acquisition means when the multicopter takes off, and controls the generated current flowing from the generator to the motor. Therefore, in the multicopter, in order to satisfy the flight power required for takeoff, the output response speed of the generator is changed in accordance with the acquired flight response speed, and the generated current flowing from the generator to the motor is controlled, so that the battery power borne by the battery to make up for the power that is insufficient with the generated power alone of the generator is reduced.

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。 In order to achieve the above object, the technology described in claim 2 is the technology described in claim 1, in which the control means is configured to supply generated power from the generator to the motor and charge the battery with the surplus generated power in order to satisfy the flight power required for the landing of the multicopter, and the control means controls the engine to change the output response speed of the generator in accordance with the flight response speed acquired by the acquisition means when the multicopter lands, and controls the generated current flowing from the generator to the motor.

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。 According to the configuration of the above technology, in addition to the action of the technology described in claim 1, the control means supplies generated power from the generator to the motor and charges the battery with the surplus generated power in order to satisfy the flight power required for landing of the multicopter. The control means also controls the engine to change the output response speed of the generator in accordance with the flight response speed acquired by the acquisition means when the multicopter lands, and controls the generated current flowing from the generator to the motor. Therefore, in the multicopter, in order to satisfy the flight power required for landing, the output response speed of the generator changes in accordance with the acquired flight response speed, and the generated current flowing from the generator to the motor is controlled, so that the surplus power of the generator that is not supplied to the motor is reduced, and the surplus power to be charged to the battery is reduced.

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。 To achieve the above object, the technology described in claim 3 is the technology described in claim 1 or 2, further comprising an output adjustment means for adjusting the output of the engine, and the control means controls the output adjustment means to adjust the output of the engine in accordance with the acquired flight response speed, thereby changing the output response speed of the generator.

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。 According to the configuration of the above technology, the control means controls the output adjustment means as described above, thereby achieving the same effect as the technology described in claim 1 or 2.

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。 To achieve the above object, the technology described in claim 4 is the technology described in claim 3, in which the control means controls the output adjustment means so that the faster the acquired flight response speed is, the faster the output response speed of the generator becomes, and the slower the acquired flight response speed is, the slower the output response speed of the generator becomes.

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。 According to the configuration of the above technology, the control means controls the output adjustment means as described above, thereby achieving the same effect as the technology described in claim 3.

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。 According to the technology described in claim 1, in a multicopter equipped with an engine-driven generator and a chargeable and dischargeable battery, the battery power can be reduced, between the generator's generated power that satisfies the flight power required for takeoff and the battery's battery power, thereby making the battery smaller and lighter.

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。 According to the technology described in claim 2, in addition to the effect of the technology described in claim 1, it is possible to reduce the surplus of the generated power of the generator that satisfies the flight power required for the landing of the multicopter and is charged into the battery, thereby making it possible to reduce the size and weight of the battery.

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。 The technique described in claim 3 can achieve the same effect as the technique described in claim 1 or 2.

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。 The technique described in claim 4 can achieve the same effect as the technique described in claim 3.

第1実施形態に係り、マルチコプタの外観を示す斜視図。FIG. 1 is a perspective view showing an external appearance of a multicopter in a first embodiment. 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。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a multicopter in the first embodiment. 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。1 is a schematic configuration diagram showing a generator engine system and some of its associated devices in a first embodiment; 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。10 is a graph showing the relationship between the engine speed and power generation current at the time of takeoff of the multicopter in the first embodiment, and an equal fuel consumption rate line, an equal output line, an engine full-throttle performance line, an equal voltage line, and an operating line. 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。5 is a flowchart showing the contents of takeoff output control in the first embodiment. 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。4 is a response time map that is referred to in order to determine a response time according to a takeoff response speed in the first embodiment. 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。5 is a graph showing only the relationship between the engine speed and the operating line of the generated current in FIG. 4 according to the first embodiment; 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。5 is a time chart showing the behavior of various parameters related to takeoff output control in a case where the multicopter takes off rapidly in the first embodiment. 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。5 is a time chart showing the behavior of various parameters related to takeoff output control in the case where the multicopter takes off slowly in the first embodiment. 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。10 is a time chart showing the behavior of various parameters when the generator has a slow response, as a comparative example. 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。5 is a graph similar to FIG. 4 showing the relationship between the engine speed and power generation current when the multicopter lands, the iso-fuel consumption rate line, the iso-output line, the engine full-throttle performance line, the iso-voltage line, and the operating line in the second embodiment. 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。10 is a flowchart showing the details of landing output control in the second embodiment. 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。12 is a graph showing only the relationship between the engine speed and the operating line of the generated current in FIG. 11 according to the second embodiment; 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。13 is a time chart showing the behavior of various parameters related to landing output control in a case where the multicopter rapidly lands in the second embodiment. 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。13 is a time chart showing the behavior of various parameters related to landing output control in a case where the multicopter lands slowly in the second embodiment. 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。FIG. 11 is a time chart showing the behavior of various parameters when the generator has a slow response during landing, as a comparative example.

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。 The following describes an embodiment of a multicopter that embodies this disclosed technology.

<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。
First Embodiment
First, the first embodiment will be described in detail with reference to the drawings.

[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。
[About the multicopter configuration]
Fig. 1 is a perspective view showing the appearance of a multicopter 1 according to this embodiment. Fig. 2 is a block diagram showing the configuration of the multicopter 1. The configuration of the multicopter 1 will be described in detail below with reference to Figs. 1 and 2.

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。 A multicopter is a type of helicopter, a rotary wing aircraft equipped with three or more rotors. The multicopter 1 of this embodiment includes an airframe 11 and an engine generator unit 12. The airframe 11 includes a plurality of arms 21 (four in this embodiment) with bifurcated tips, an arm base 22 that radially supports the plurality of arms 21 in a cantilevered manner, an airframe base 23 that supports the arm base 22, a plurality of motors 24 (eight in this embodiment) provided at the tip of each arm 21, and a plurality of rotors 25 (eight in this embodiment) that are rotated by each motor 24. This multicopter 1 flies by simultaneously rotating the plurality of rotors 25 by the corresponding motors 24.

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。 The arm base 22 is provided on the aircraft base 23. Inside the arm base 22, a battery 31, a fuel tank 32, a main controller 33, a flight controller 34, a power control unit 35, an electric speed controller 36, etc. are provided. The arm base 22 also has an imaging unit 37 that captures or records images of the outside world. The imaging unit 37 includes a camera, a recording memory, etc.

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。 The engine generator unit 12 is suspended below the aircraft base 23. The engine generator unit 12 includes a power generation engine system 15 (including an engine 41) described below, and a generator 42 that is driven by the engine 41 to generate electricity.

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。 Each motor 24 is electrically connected to the generator 42 via an electric speed controller 36 (including an inverter (not shown)) and a power control unit 35. This connection allows the power generated by the generator 42 to be supplied to the motor 24 via the power control unit 35 and the electric speed controller 36.

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。 The battery 31 is composed of a secondary battery capable of charging and discharging power. The battery 31 is electrically connected to the generator 42 via the power control unit 35, and is configured to charge the battery 31 with power generated by the generator 42. The battery 31 is electrically connected to each motor 24 via the power control unit 35 and the electric speed controller 36, and is configured to supply the power discharged from the battery 31 to each motor 24. The battery 31 is provided with sensors (not shown) that respectively detect the current and voltage of the battery 31, and these sensors are configured to send electrical signals related to the detection results to the main controller 33.

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。 The fuel tank 32 stores fuel (e.g., gasoline). This fuel is used to drive the engine 41. A level sensor (not shown) provided in the fuel tank 32 sends an electrical signal regarding the remaining amount of fuel to the main controller 33.

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。 The main controller 33 is configured as a small computer and controls all operations related to the multicopter 1. The main controller 33 includes a wind direction acquisition unit 45, a rotation control unit 46, a wind power acquisition unit 47, a machine control unit 48, and an engine control unit 50. Here, for example, the engine control unit 50 controls the operation of the engine 41 in order to control power generation in the generator 42. The main controller 33 controls the operation of the engine 41, the supply of power from the generator 42 to each motor 24, charging the battery 31 from the generator 42, and discharging from the battery 31 to each motor 24. The main controller 33 corresponds to an example of a control means in this disclosed technology.

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。 The flight controller 34 is a device that controls the flight of the multicopter 1. This flight controller 34 sends electrical signals to the main controller 33 and the electric speed controller 36 to instruct the thrust related to the flight of the multicopter 1, while receiving electrical signals related to the charge state of the battery 31 from the main controller 33. The flight controller 34 receives electrical signals related to the pilot's operation commands from the remote control 30, which will be described later, and electrical signals related to the detection results from the various sensors 28, which will be described later.

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。 The power control unit 35 is a device that controls the power supplied to each motor 24. This power control unit 35 receives power generated by the generator 42, supplies and receives power to and from the battery 31, and supplies power to the electric speed controller 36. The power control unit 35 receives an electrical signal related to a charge/discharge switching command from the main controller 33. The power control unit 35 also sends an electrical signal related to the current of the battery 31 and an electrical signal related to the current of the generator 42 to the main controller 33.

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。 The electric speed controller 36 is a device that controls the rotation speed of each motor 24. This electric speed controller 36 supplies the power supplied via the power control unit 35 to each motor 24 as drive power. The electric speed controller 36 receives an electrical signal related to a thrust command from the flight controller 34.

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。 The engine generator unit 12 includes a part of the generator engine system 15, including the engine 41, and a generator 42. The engine 41 is the driving source for the generator 42, and in this embodiment, is configured as a small reciprocating gasoline engine. That is, the engine 41 drives the generator 42 so that the generator 42 generates electricity to be supplied to each motor 24 or the battery 31. In addition, various components 57, 60, and 62 that configure the generator engine system 15, which will be described later, receive electrical signals related to engine control commands for the purpose of generating electricity from the engine control unit 50 of the main controller 33.

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。 In this embodiment, the multicopter 1 includes various sensors 28 and a remote control 30. The various sensors 28 include sensors for detecting the altitude, attitude, latitude, longitude, acceleration, and obstacles of the multicopter 1. The remote control 30 is an operating device held by the pilot of the multicopter 1, and includes devices such as a transceiver that transmits electrical signals related to operations from a joystick operated by the pilot to the multicopter 1 and receives electrical signals related to operations from the multicopter 1. The remote control 30 corresponds to an example of an acquisition means of the disclosed technology for acquiring the flight response speed required for the multicopter 1. Here, the flight response speed required for the multicopter 1 includes a takeoff response speed TRS and a landing response speed LRS, which will be described later.

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。 In the multicopter 1 of this embodiment, each motor 24, the battery 31, and the engine 41 form a series hybrid system. That is, in this multicopter 1, the engine 41 is used only for generating electricity with the generator 42, each motor 24 is used to rotate and drive each rotor 25, and the battery 31 is used to charge and discharge the electricity generated by the generator 42. In this way, the multicopter 1 is designed to fly by operating the generator 42 with the power of the engine 41 to generate electricity, and operating each motor 24 with the generated electricity to rotate each rotor 25. In addition, in this multicopter 1, the excess electricity generated by the generator 42 with the power of the engine 41 after being supplied to each motor 24 is temporarily charged and stored in the battery 31, and is supplied from the battery 31 to each motor 24 as needed.

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。 The multicopter 1 configured as described above is adapted to realize various flight modes by supplying power to each motor 24 and rotating each of the multiple rotors 25. That is, the multicopter 1 realizes hovering flight by balancing the lift generated by each rotor 25 with the gravity acting on the multicopter 1 by controlling the rotation speed of each rotor 25. The multicopter 1 realizes ascending flight by making the lift generated by each rotor 25 greater than the gravity acting on the multicopter 1, and realizes descending flight by making the lift generated by each rotor 25 smaller than the gravity acting on the multicopter 1. In addition, the multicopter 1 realizes forward, backward, and left/right movement flight by controlling the rotation speed of each rotor 25 and creating an imbalance in the lift generated by each rotor 25. Furthermore, the multicopter 1 realizes turning (rotational) flight by setting a difference in the rotation speed of each rotor 25 that rotates relative to each other.

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。 The main controller 33 sends an electrical signal to the power control unit 35 regarding a power supply switching command, thereby controlling the supply of power generated by the generator 42 to each motor 24 and the charging of the battery 31, and also controlling the discharging of the power charged in the battery 31 to each motor 24.

[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。
[About the power generation engine system]
Next, a description will be given of the generator engine system 15. Fig. 3 is a schematic diagram showing the generator engine system 15 of this embodiment and some of its associated devices. The configuration of the generator engine system 15 will be described in detail below with reference to Fig. 3.

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。 This generator engine system (hereinafter simply referred to as the "engine system") 15 includes an engine 41 consisting of a single cylinder. The engine 41 is a four-stroke reciprocating engine, and includes one cylinder 52 including a combustion chamber, a crankshaft 53, and other well-known components. The engine 41 is provided with an intake passage 54 through which intake air flows to the engine 41 to introduce intake air into the cylinder 52, and an exhaust passage 55 for leading exhaust air from the cylinder 52. An air cleaner 56 is provided at the entrance of the intake passage 54. A surge tank 54a is provided in the middle of the intake passage 54, and a throttle device 57 is provided upstream of the surge tank 54a. The throttle device 57 opens and closes to adjust the amount of intake air flowing through the intake passage 54. The throttle device 57 is composed of a poppet valve, and includes a valve body (not shown) that reciprocates relative to a valve seat, and a step motor 58 for driving the valve body to change the opening degree. The engine system 15 of this embodiment is not provided with a throttle sensor for detecting the opening of the valve body (throttle opening). The throttle device 57 adjusts the amount of intake air flowing through the intake passage 54 by opening and closing the flow path with the valve body. The throttle device 57 corresponds to an example of the output adjustment means of this disclosed technology for adjusting the output of the engine 41. Meanwhile, a catalyst 59 for purifying the exhaust is provided in the exhaust passage 55.

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。 The intake passage 54 is provided with one injector 60 for injecting fuel into the passage 54. The injector 60 is configured to inject fuel (gasoline) supplied from the fuel tank 32 described above. The engine 41 of this embodiment operates with an engine cycle including a series of intake strokes, compression strokes, explosion strokes, and exhaust strokes. In the intake passage 54, a combustible mixture is formed by the intake air introduced during the intake stroke of the engine cycle and the fuel injected into the intake passage 54 from the injector 60.

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。 The engine 41 is provided with one spark plug 61 and one ignition coil 62 corresponding to each cylinder 52. The spark plug 61 sparks upon receiving an ignition signal output from the ignition coil 62. In the cylinder 52, the mixture explodes and burns due to the spark action of the spark plug 61 during the compression stroke of the engine cycle, and the explosion stroke progresses. The exhaust gas after combustion is discharged from the cylinder 52 to the exhaust passage 55 during the exhaust stroke. The exhaust gas flows through the catalyst 59, where it is purified, and is discharged to the outside. By periodically repeating this series of engine cycles with a crank angle of 720°CA, the crankshaft 53 of the engine 41 rotates, and the engine 41 obtains an output. In this embodiment, the crankshaft 53 of the engine 41 is directly connected to the drive shaft of the generator 42. Therefore, the rotation speed of the drive shaft of the generator 42 becomes the same as the rotation speed of the crankshaft 53.

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。 The various sensors 71, 72, 73 provided in correspondence with the engine 41 constitute a means for detecting the operating state of the engine 41. The engine temperature sensor 71 provided in the engine 41 detects the temperature of the cylinder block of the engine 41 as the engine temperature THE, and outputs an electrical signal corresponding to the detected value. The rotation speed sensor 72 provided in the engine 41 detects the rotation speed of the crankshaft 53 as the engine rotation speed NE, and outputs an electrical signal corresponding to the detected value. The intake pressure sensor 73 provided in the surge tank 54a detects the intake pressure PM in the surge tank 54a (intake passage 54), and outputs an electrical signal corresponding to the detected value.

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。 This engine system 15 includes the aforementioned engine control unit 50 for controlling the operation of the engine 41. Various sensors 71 to 73 are connected to the engine control unit 50. In addition, the step motor 58 of the throttle device 57, each injector 60, and an ignition coil 62 are also connected to the engine control unit 50. As is well known, the engine control unit 50 includes a central processing unit (CPU), various memories, external input circuits, external output circuits, etc.

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。 In this embodiment, the engine control unit 50 controls the throttle device 57 (step motor 58), each injector 60, and ignition coil 62 based on electrical signals from various sensors 71 to 73 to operate the engine 41.

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。 Here, FIG. 4 shows a graph of the relationship between the engine speed and the generator 42 current (generated current) during takeoff of the multicopter 1 and the equal fuel consumption rate line EFCL, the equal power line EOL, the engine full-throttle performance line WOT, the equal voltage line IL, and the operating line OL. In FIG. 4, the equal fuel consumption rate line EFCL is shown by a dashed line, the equal power line EOL is shown by a solid line, the engine full-throttle performance line WOT is shown by a thick two-dot dashed line, the equal voltage line IL is shown by a dashed line, and the operating line OL is shown by a thick solid line. The operating line OL is set so as to be perpendicular to the equal fuel consumption rate line EFCL. The multiple equal voltage lines IL have increasing voltage from the left side A1 to the right side A2 of the arrangement. The multiple equal power lines EOL have increasing output from the lower side B1 to the upper side B2 of the arrangement. The multiple constant fuel consumption rate lines EFCL have increasing fuel consumption rates from the center C1 to the outside C2 of the arrangement. In this embodiment, the output of the engine 41 is set to transition on the operating line OL so that the flight output at the time of takeoff of the multicopter 1 and the power generation output of the generator 42 are the same. When the multicopter 1 takes off, the power control unit 35 starts the operation of extracting power from the generator 42 at the operating point P1 on the operating line OL where the fuel consumption of the engine 41 is optimal, and changes the generated power along the operating line OL until the fuel consumption operating point P2 on the operating line OL.

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。 In this embodiment of the multicopter 1, even if power is generated by the generator 42 during takeoff, most of the flight power required for takeoff must be compensated for by discharging the battery 31, which requires the battery 31 to be made larger and heavier. Therefore, in order to minimize the compensation of power by discharging the battery 31 during takeoff of the multicopter 1 and to reduce the size and weight of the battery 31, the main controller 33 executes the following takeoff output control.

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。 Here, the main controller 33 is configured to supply the generated power PG (see Figures 8 to 10) from the generator 42 to each motor 24 in order to satisfy the flight power FP (see Figures 8 to 10) required for the takeoff of the multicopter 1 as a prerequisite for executing the takeoff output control, and to discharge the battery power BP (see Figures 8 to 10) from the battery 31 to each motor 24 in order to make up for the power shortage caused by the generated power PG alone.

[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。
[Power control during takeoff]
Next, a description will be given of the takeoff output control executed by the main controller 33. The contents of this takeoff output control are shown in a flowchart in FIG.

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。 When processing transitions to this routine, the main controller 33 (including the engine control unit 50) waits in step 100 for a determination that the multicopter 1 has taken off, and then transitions to step 110. The main controller 33 determines whether or not a takeoff has been determined based on an electrical signal related to an operation command from the remote control 30.

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。 Next, in step 110, the main controller 33 retrieves the takeoff response speed TRS of the multicopter 1, i.e., the response speed required to take off the multicopter 1. The main controller 33 can retrieve this takeoff response speed TRS based on an electrical signal related to an operation command from the remote control 30. The takeoff response speed TRS corresponds to an example of a flight response speed in this disclosed technology.

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。 Next, in step 120, the main controller 33 determines the response time RT of the generator 42 according to the takeoff response speed TRS. The main controller 33 can determine the response time RT according to the takeoff response speed TRS by, for example, referring to a response time map as shown in FIG. 6. In this map, the response time RT increases in a curved manner as the takeoff response speed TRS increases. In FIG. 6, when the takeoff response speed TRS is a predetermined speed S1 (e.g., 5 m/sec), the response time RT is a predetermined time T1 (e.g., 1 sec).

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)
Next, in step 130, the main controller 33 updates the throttle opening command value TOCV for controlling the operation of the engine 41, and in turn the operation of the generator 42, and controls the throttle device 57 (step motor 58) based on the throttle opening command value TOCV. The main controller 33 can update the throttle opening command value TOCV by adding the update value UV to the previously calculated throttle opening command value (previous command value TOCVo) (Equation 1). The update value UV can be obtained by subtracting the transient start value ESV from the final arrival value FRV and dividing the result of the subtraction by the update step number NUS (Equation 2). The update step number NUS can be obtained by dividing the response time RT by the control period (for example, 16 [ms]) (Equation 3).
TOCV=TOCVo+UV (Equation 1)
UV = (FRV - ESV) ÷ NUS ... (Equation 2)
NUS = RT / 16 (Equation 3)

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。 Now, FIG. 7 shows a graph of only the relationship of the operating line OL to the engine speed and the power generation current in FIG. 4. FIG. 7 shows intermediate operating points Q1, Q2, and Q3 between operating point P1 and fuel efficiency operating point P2 on the operating line OL. According to the processing of step 130, as shown in FIG. 7, there is a transition from intermediate operating point Q1 to intermediate operating point Q2. During this transition, the power generation current is kept constant, and the throttle opening command value TOCV is updated, thereby updating (increasing) the engine speed.

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)
Next, in step 140, the main controller 33 updates the power generation current command value PGCV of the generator 42 and controls the power control unit 35 based on the power generation current command value PGCV. The main controller 33 can update the power generation current command value GCCV by adding the update value CUP to the previously calculated power generation current command value PGCV (previous command value PGCVo) (Equation 4). The update value CUP can be calculated by subtracting the transient start value CEV from the final attainment value CFV and dividing the result of the subtraction by the number of update steps NUS (Equation 5). The number of update steps NUS can be calculated by dividing the response time RT by the control period (e.g., 16 ms) (Equation 6).
PGCV=PGCVo+CUP (Equation 4)
CUP = (CFV - CEV) ÷ NUS ... (Equation 5)
NUS = RT / 16 (Equation 6)

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。 According to the processing of step 140, as shown in FIG. 7, the intermediate operating point Q2 transitions to the intermediate operating point Q3. During this transition, the throttle opening command value TOCV is updated and the power generation current is updated. In this case, the intake volume of the engine 41 is kept constant and the load is increased, so the engine speed decreases.

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。 Then, in step 150, the main controller 33 judges whether the throttle opening command value TOCV and the power generation current command value PGCCV have reached the final destination values FRV and CFV, respectively. That is, the main controller 33 judges whether both the throttle opening command value TOCV has reached the final destination value FRV and the power generation current command value PGCCV has reached the final destination value CFV have been reached. If the result of this judgment is positive, the main controller 33 ends the processing once, and if the result of this judgment is negative, the processing returns to step 130.

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。 According to the above-mentioned takeoff output control, the main controller 33 controls the engine 41 to change the response speed (output response speed) of the generator 42 to output the generated power PG in accordance with the takeoff response speed TRS (flight response speed) acquired by the remote control 30 when the multicopter 1 takes off, and also controls the generated current PGC (see Figures 8 to 10) flowing from the generator 42 to each motor 24.

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。 According to the above-mentioned takeoff output control, when the multicopter 1 takes off, the main controller 33 controls the throttle device 57 in accordance with the acquired takeoff response speed TRS (flight response speed) to adjust the output of the engine 41, thereby changing the response speed (output response speed) at which the generator 42 outputs the generated power PG. Specifically, the main controller 33 controls the throttle device 57 so that the response speed at which the generator 42 outputs the generated power PG becomes faster as the acquired takeoff response speed TRS becomes faster, and controls the throttle device 57 so that the response speed at which the generator 42 outputs the generated power PG becomes slower as the acquired takeoff response speed TRS becomes slower.

[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。
[Actions and Effects of Multicopters]
According to the configuration of the multicopter 1 of this embodiment described above, the multicopter 1 flies by supplying power to each motor 24 to rotate each rotor 25. Here, the main controller 33 (control means) controls the operation of the engine 41, the supply of power from the generator 42 to each motor 24, charging from the generator 42 to the battery 31, and discharging from the battery 31 to each motor 24. In order to satisfy the flight power FP required for the takeoff of the multicopter 1, the main controller 33 supplies the generated power PG from the generator 42 to each motor 24, and discharges the battery power BP from the battery 31 to each motor 24 to compensate for the power that is insufficient only with the generated power PG. In addition, the main controller 33 controls the engine 41 to change the response speed (output response speed) at which the generator 42 outputs the generated power PG in accordance with the takeoff response speed TRS (flight response speed) acquired by the remote control 30 (acquisition means) when the multicopter 1 takes off, and controls the generated current flowing from the generator 42 to each motor 24. Therefore, in the multicopter 1, in order to satisfy the flight power FP required for takeoff, the response speed at which the generator 42 outputs the power generation power PG is changed according to the acquired takeoff response speed TRS, and the power generation current flowing from the generator 42 to each motor 24 is controlled, so that the battery power BP borne by the battery 31 to make up for the power that is insufficient only with the power generation power PG of the generator 42 is reduced. Therefore, in the multicopter 1 equipped with the generator 42 driven by the engine 41 and the chargeable and dischargeable battery 31, the battery power BP of the power generation power PG of the generator 42 that satisfies the flight power FP required at takeoff and the battery 31 can be reduced, and the battery 31 can be made smaller and lighter. As a result, the weight increase of the multicopter 1 can be suppressed, thereby extending the cruising distance of the multicopter 1, and improving the payload performance of the multicopter 1.

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。 Figure 8 shows the behavior of various parameters related to the takeoff output control in a time chart when the multicopter 1 takes off quickly in this embodiment. Figure 9 also shows the behavior of various parameters related to the takeoff output control in a time chart when the multicopter 1 takes off slowly in this embodiment. Figure 10 shows the behavior of various parameters in a time chart when the generator response is slow at takeoff in a comparative example different from this embodiment. In Figures 8 to 10, (A) shows the change in power, the thick solid line shows the flight power FP required for the flight of the multicopter 1, and the thick dashed line shows the generated power PG of the generator 42. In Figures 8 to 10, (B) shows the change in the throttle opening command value TOCV, and (C) shows the change in the generated current PGC. In FIG. 9, (A) shows the flight power FP1 shown by a solid line and the generated power PG1 shown by a dashed line, (B) shows the throttle opening command value TOCV1 shown by a solid line, and (C) shows the generated current PGC1 shown by a solid line, all of which are shown for comparison in the case of rapid takeoff.

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。 8, when the multicopter 1 of this embodiment takes off rapidly, when the takeoff starts at time t1, the flight power FP increases rapidly as shown in (A), reaches a peak at time t2, and then decreases rapidly to a constant value. At this time, the power generation PG increases rapidly between time t1 and time t2 in accordance with the change in the flight power FP and becomes a constant value. Also, as shown in (B) and (C), the throttle opening command value TOCV and the power generation current PGC also increase rapidly between time t1 and time t2 in response to the change in the power generation PG and become a constant value. In other words, when the multicopter 1 takes off rapidly, the throttle device 57 responds by opening the valve immediately, the transient response of the generator 42 is accelerated, and the power generation PG increases rapidly with good response. Here, in (A), the part indicated by dots between the flight power FP and the power generation PG indicates the battery power BP that is supplemented by the discharge of the battery 31. The battery power BP that supplements this generated power PG is at its maximum when the flight power FP reaches its peak at time t2. If the battery power BP at this time is the maximum power of the battery 31, the weight of the battery 31 can be determined according to this maximum power.

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。 9, when the multicopter 1 of this embodiment takes off slowly, when the takeoff starts at time t1, the flight power FP increases slowly as shown in (A), reaches a peak at time t3, and then decreases slowly to a constant value. At this time, the power generation PG increases slowly between time t1 and time t3 in accordance with the change in the flight power FP to a constant value. Also, as shown in (B) and (C), the throttle opening command value TOCV and the power generation current PGC also increase slowly between time t1 and time t3 in response to the change in the power generation PG to a constant value. That is, when the multicopter 1 takes off slowly, the throttle device 57 immediately responds by opening the valve slowly, the transient response of the generator 42 is accelerated, and the power generation PG increases slowly. Here, as shown in (A), the peak of the flight power FP at time t3 is smaller than when taking off rapidly, so the maximum value of the battery power BP that supplements the power generation PG at that time is also smaller.

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。 On the other hand, as shown in FIG. 10, when the multicopter in the comparative example takes off rapidly, when the takeoff starts at time t1, the flight power FP increases rapidly as shown in (A), reaches a peak at time t2, and then decreases rapidly to a constant value. At this time, since the transient response of the generator is slow, the generated power PG increases rapidly between time t2 and time t4 with a delay to the change in the flight power FP and then becomes a constant value. Also, as shown in (B) and (C), the throttle opening command value TOCV and the generated current PGC also increase rapidly between time t2 and time t4 in response to the change in the generated power PG and become a constant value. That is, in this comparative example, even if the multicopter takes off rapidly, the opening response of the throttle device is delayed, the transient response of the generator is delayed, and the increase in the generated power PG is delayed. Therefore, in (A), when the flight power FP reaches its peak at time t2, the generated power PG becomes almost zero, so the battery power BP that supplements the generated power PG becomes almost the entire flight power FP. Therefore, if the battery power BP at this time is the maximum power of the battery, the weight of the battery will be determined according to this maximum power. As a result, the weight of the battery will be almost twice as much as in the case shown in FIG. 8, and a large battery will be required. In this embodiment, the capacity of the battery 31 can be reduced to almost half that of the comparative battery.

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。 In addition, according to the configuration of the multicopter 1 of this embodiment, the engine 41 of the power generating engine system 15 drives the generator 42 to generate electricity, and the generated electricity is supplied to each motor 24 to fly the multicopter 1. The generated electricity is also charged to the battery 31 to replenish the charge. Therefore, even if the engine 41 stops and the generator 42 cannot be driven, the electricity charged in the battery 31 can be supplied to each motor 24, making it possible for the multicopter 1 to fly. Therefore, the range and flight time of the multicopter 1 can be extended by the amount that the electricity generated by the generator 42 can be charged to the battery 31.

<第2実施形態> <Second embodiment>

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。 Next, the second embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same components as those in the first embodiment will be given the same reference numerals and will not be described again. The following description will focus on the differences.

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。 This embodiment differs from the takeoff output control of the first embodiment in terms of the landing output control. In this embodiment, this landing output control is executed in addition to the takeoff output control of the first embodiment.

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。 Here, FIG. 11 shows the relationship between the engine speed and the power generation current of the generator 42 when the multicopter 1 lands, and the constant fuel consumption rate line EFCL, constant power output line EOL, engine full throttle performance line WOT, constant voltage line IL, and operating line OL, in a graph similar to FIG. 4. In this embodiment, the output of the engine 41 is set to transition on the operating line OL so that the flight output and the power generation output of the generator 42 when the multicopter 1 lands are the same. In FIG. 11, when the multicopter 1 lands, the power is changed along the operating line OL from operating point P3 on the operating line OL where the fuel consumption of the engine 41 is optimal, to operating point P1 on the operating line OL.

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。 In this embodiment of the multicopter 1, even when landing, the generated power of the generator 42 is supplied to each motor 24, but because the flight power required for landing is less than the generated power, the surplus generated power must be charged to the battery 31. This also necessitates an increase in the size and weight of the battery 31. Therefore, when the multicopter 1 lands, in order to minimize the charging of the generated power to the battery 31 and to reduce the size and weight of the battery 31, the main controller 33 executes the following output control during landing.

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。 Here, the main controller 33 is configured to supply generated power PG (see Figures 14 to 16) from the generator 42 to each motor 24 in order to satisfy the flight power FP (see Figures 14 to 16) required for landing of the multicopter 1, as a prerequisite for executing output control during landing, and to charge the surplus of generated power PG to the battery 31.

[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。
[Power control during landing]
Next, a description will be given of the landing power control executed by the main controller 33. The landing power control is shown in a flowchart in Fig. 12. This flowchart differs from the flowchart in Fig. 5 in that steps 200 to 220 are provided instead of steps 100 to 120.

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。 When processing transitions to this routine, the main controller 33 (including the engine control unit 50) waits in step 200 for a determination that the multicopter 1 has landed, and then transitions to step 210. The main controller 33 determines whether or not a landing determination has been made based on an electrical signal related to an operation command from the remote control 30.

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。 Next, in step 210, the main controller 33 retrieves the landing response speed LRS of the multicopter 1, i.e., the response speed required to land the multicopter 1. The main controller 33 retrieves this landing response speed LRS based on an electrical signal related to an operation command from the remote control 30. The landing response speed LRS corresponds to an example of a flight response speed in this disclosed technology.

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。 Next, in step 220, the main controller 33 determines the response time RT of the generator 42 according to the landing response speed LRS. The main controller 33 can determine the response time RT according to the landing response speed LRS, for example, by referring to a response time map similar to that shown in FIG. 6.

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。 Then, the main controller 33 executes the processes of steps 130 to 150, similar to the takeoff output control.

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。 Now, FIG. 13 shows a graph of only the relationship of the operating line OL to the engine speed and the generated current in FIG. 11. FIG. 13 shows intermediate operating points Q4, Q5, and Q6 between operating point P3 and operating point P1 on the operating line OL during landing. According to the processing of step 130 during landing, as shown in FIG. 13, there is a transition from intermediate operating point Q4 to intermediate operating point Q5. During this transition, the generated current is kept constant, and the throttle opening command value TOCV is updated, thereby updating (reducing) the engine speed.

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。 Furthermore, according to the processing of step 140 during landing, as shown in FIG. 13, there is a transition from intermediate operating point Q5 to intermediate operating point Q6. During this transition, the throttle opening command value TOCV is updated and the power generation current is updated. In this case, the load is reduced while the intake volume of the engine 41 is kept constant, so the engine speed increases.

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。 According to the landing output control described above, the main controller 33 controls the engine 41 to change the response speed (output response speed) at which the generator 42 outputs the generated power PG in accordance with the landing response speed LRS (flight response speed) acquired by the remote control 30 when the multicopter 1 lands, and also controls the generated current PGC (see Figures 14 to 16) flowing from the generator 42 to each motor 24.

[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。
[Actions and Effects of Multicopters]
According to the configuration of the multicopter 1 of this embodiment described above, in addition to the actions and effects of the first embodiment, the following actions and effects can be obtained. That is, in order to satisfy the flight power FP required for landing of the multicopter 1, the main controller 33 supplies the generated power PG from the generator 42 to each motor 24 and charges the remaining generated power PG to the battery 31. In addition, the main controller 33 controls the engine 41 to change the response speed (output response speed) at which the generator 42 outputs the generated power PG in accordance with the landing response speed LRS (flight response speed) acquired by the remote control 30 when the multicopter 1 lands, and controls the generated current PGC flowing from the generator 42 to each motor 24. Therefore, in the multicopter 1, in order to satisfy the flight power FP required for landing, the response speed at which the generator 42 outputs the generated power PG is changed according to the acquired landing response speed LRS, and the generated current PGC flowing from the generator 42 to each motor 24 is controlled, so that the surplus power of the generated power PG of the generator 42 that is not supplied to each motor 24 is reduced, and the surplus power to be charged to the battery 31 is reduced. Therefore, the surplus of the generated power PG that is charged to the battery 31 out of the generated power PG of the generator 42 that satisfies the flight power FP required when the multicopter 1 lands can be reduced, and the battery 31 can be made smaller and lighter. In this respect, the weight increase of the multicopter 1 can be suppressed, thereby extending the cruising distance of the multicopter 1 and improving the payload performance of the multicopter 1.

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。 Figure 14 shows the behavior of various parameters related to the landing output control in a time chart when the multicopter 1 lands quickly in this embodiment. Figure 15 shows the behavior of various parameters related to the landing output control in a time chart when the multicopter 1 lands slowly in this embodiment. Figure 16 shows the behavior of various parameters in a time chart when the generator response is slow during landing in a comparative example different from this embodiment. In Figures 14 to 16, (A) to (C) are similar to Figures 8 to 10. In Figure 15, the flight power FP1 shown by a solid line in (A) and the generated power PG1 shown by a dashed line, the throttle opening command value TOCV1 shown by a solid line in (B), and the generated current PGC1 shown by a solid line in (C) are shown for comparison in the case of a rapid landing.

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。 As shown in FIG. 14, when the multicopter 1 of this embodiment lands rapidly, when the landing starts at time t1, the flight power FP decreases rapidly as shown in (A) and becomes almost zero at time t2. At this time, the generated power PG decreases rapidly between time t1 and time t2 in accordance with the change in the flight power FP and becomes almost zero. Also, as shown in (B) and (C), the throttle opening command value TOCV and the generated current PGC also decrease between time t1 and time t2 in response to the change in the generated power PG and become constant values. That is, when the multicopter 1 lands rapidly, the throttle device 57 immediately responds by closing the valve, the transient response of the generator 42 is accelerated, and the generated power PG decreases rapidly with good responsiveness. Here, in (A), the generated power PG is greater than the flight power FP, and the portion indicated by the dots between the generated power PG and the flight power FP is the surplus generated power PG not used for flight, and indicates the charging power CP to be charged to the battery 31. Therefore, the charging power CP becomes maximum at some time between time t1 and time t2 when the multicopter 1 starts and finishes landing. If this maximum charging power CP is set as the maximum power of the battery 31, the weight of the battery 31 can be determined according to this maximum power.

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。 As shown in FIG. 15, when the multicopter 1 slowly lands, when the landing starts at time t1, the flight power FP slowly decreases as shown in (A) and becomes almost zero at time t3. At this time, the generated power PG slowly decreases between time t1 and time t3 in accordance with the change in the flight power FP and becomes almost zero. Also, as shown in (B) and (C), the throttle opening command value TOCV and the generated current PGC slowly decrease between time t1 and time t2 earlier than the change in the generated power PG and become constant values. In other words, when the multicopter 1 slowly lands, the throttle device 57 immediately and slowly responds to close the valve, the transient response of the generator 42 is accelerated, and the generated power PG gradually decreases. Here, as shown in (A), the maximum value of the charging power CP at a certain time between time t1 and time t3 is smaller than in the case of a rapid landing.

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。 On the other hand, as shown in FIG. 16, when the multicopter in the comparative example lands rapidly, when the landing starts at time t1, the flight power FP decreases rapidly as shown in (A) and becomes almost zero at time t2. At this time, since the transient response of the generator is delayed, the generated power PG decreases between time t1 and time t4 with a delay from the change in the flight power FP and becomes almost zero. Also, as shown in (B) and (C), the throttle opening command value TOCV and the generated current PGC decrease and become constant between time t1 and time t2, which is earlier than the change in the generated power PG. That is, in this comparative example, even if the multicopter lands rapidly, the closing response of the throttle device is delayed, the transient response of the generator is delayed, and the decrease in the generated power PG is delayed. Therefore, in (A), even after the landing starts at time t1 and ends at time t2, the generator continues to generate power until time t4, and the charging power CP charged in the battery increases. Therefore, if the entire charging power CP at this time were to be charged to the battery, the battery capacity would be large and the weight would be several times (about four times) that of the case shown in FIG. 14, requiring a large battery. In this embodiment, the capacity of the battery 31 can be reduced to a fraction (about one-quarter) of the capacity of the comparative battery.

[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。
[About another embodiment]
It should be noted that the disclosed technology is not limited to the above-described embodiments, and parts of the configuration can be appropriately modified and implemented without departing from the spirit of the disclosed technology.

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。 In each of the above embodiments, the appearance of the multicopter 1 shown in FIG. 1 is an example, and the shape of the aircraft 11, the number and arrangement of the motors 24 and rotors 25, etc. can be changed as appropriate.

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。 This disclosed technology can be applied to a multicopter equipped with an engine-driven generator and a rechargeable battery.

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
1 Multicopter 24 Motor 25 Rotor 30 Remote control (acquisition means)
31 Battery 33 Main controller (control means)
41 Engine 42 Generator
57 Throttle device (output adjustment means)
TRS Takeoff response speed (flight response speed)
LRS Landing Response Speed (Flight Response Speed)
PGC: Generated current FP: Flight power PG: Generated power BP: Battery power CP: Charging power

Claims (4)

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。
A plurality of rotors;
a motor for driving and rotating each of the rotors;
a battery configured to be capable of charging and discharging power supplied to the motor;
a generator for generating power supplied to the motor and power charged to the battery;
an engine for driving the generator;
A multicopter includes a control unit for controlling operation of the engine, supply of electric power from the generator to the motor, charging of the battery from the generator, and discharging of the battery to the motor, and the multicopter flies by supplying electric power to the motor to rotate each rotor,
Further comprising an acquisition means for acquiring a flight response speed required for the multicopter,
The control means is configured to supply generated power from the generator to the motor in order to satisfy the flight power required for takeoff of the multicopter, and to discharge battery power from the battery to the motor in order to compensate for power that is insufficient with only the generated power,
The control means controls the engine to change the output response speed of the generator to match the flight response speed acquired by the acquisition means when the multicopter takes off, and controls the generating current flowing from the generator to the motor.
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。
The multicopter according to claim 1,
The control means is configured to supply generated power from the generator to the motor in order to satisfy flight power required for landing of the multicopter, and to charge the battery with the surplus of the generated power,
The control means controls the engine to change the output response speed of the generator to match the flight response speed acquired by the acquisition means when the multicopter lands, and controls the generating current flowing from the generator to the motor.
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。
The multicopter according to claim 1 or 2,
The engine further includes an output adjusting means for adjusting the output of the engine,
The control means controls the output adjustment means to adjust the output of the engine in accordance with the acquired flight response speed, thereby changing the output response speed of the generator.
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。
The multicopter according to claim 3,
The control means controls the output adjustment means so that the output response speed of the generator becomes faster as the acquired flight response speed becomes faster, and controls the output adjustment means so that the output response speed of the generator becomes slower as the acquired flight response speed becomes slower.
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