飞行体的控制装置的制作方法

1.本发明涉及飞行体的控制装置。


背景技术：

2.以往，已知有具备燃气轮机发动机等驱动源以及蓄积由驱动源发出的电力的蓄电池的飞行体。提出了各种用于在这些飞行体中抑制由过充电等引起的蓄电池的劣化的技术。
3.例如在专利文献1(日本特开2003-32906号公报)公开有一种电源装置的结构，该电源装置具备燃料电池以及蓄积燃料电池的剩余电力且在燃料电池的输出不足时进行放电而将电力向外部输出的蓄电池。电源装置还具有消耗电力的电力消耗机构，在燃料电池的发电电力比负载电力大且蓄电池为充满电状态的情况下，利用电力消耗机构消耗成为过剩的电力。
4.根据专利文献1所记载的技术，通过使整个系统中的一部分机构(电力消耗机构)工作，从而消耗过剩电力，由此能够抑制蓄电池的过充电。


技术实现要素：

5.发明要解决的课题
6.然而，以往已知有一种飞行体，该飞行体具有被驱动源驱动的发电机、蓄积发电机的剩余电力的蓄电池以及被来自发电机或蓄电池的电力驱动的螺旋桨(旋转翼)，且通过螺旋桨的驱动而得到推进力。在这些飞行体中，在飞行中需要消耗过剩电力。因此，例如需要在使整个系统中的一部分机构工作的同时也维持飞行体的飞行状态。
7.于是，本发明的目的在于提供能够在维持飞行状态的同时抑制蓄电池的劣化的飞行体的控制装置。
8.用于解决课题的方案
9.为了解决上述的课题，本发明的飞行体的控制装置采用了以下的结构。
10.(1)本发明的一方案的飞行体的控制装置具备：动力单元，其包括发电机、驱动所述发电机的驱动源以及蓄积由所述发电机发出的电力的蓄电池；电动马达，其被从所述发电机以及所述蓄电池中的至少一方供给的电力驱动；旋转翼，其被所述电动马达驱动；蓄电池状态检测部，其检测所述蓄电池的充电状态；可变俯仰机构，其变更所述旋转翼的俯仰；以及俯仰变更控制部，其基于由所述蓄电池状态检测部检测出的所述蓄电池的充电率，判定是否变更所述旋转翼的所述俯仰。
11.(2)在上述(1)的方案的飞行体的控制装置的基础上，也可以是，所述俯仰变更控制部基于从所述动力单元供给的电力量，算出所述旋转翼的所述俯仰的变化率。
12.(3)在上述(1)或(2)的方案的飞行体的控制装置的基础上，也可以是，在从所述飞行体的飞行控制器向所述动力单元要求了要求输出的降低时，所述俯仰变更控制部进行所述俯仰的变更。
13.发明效果
14.根据(1)的方案，例如在由蓄电池状态检测部检测出的蓄电池的充电率成为规定值以上的情况下，利用俯仰变更控制部变更旋转翼的俯仰。具体而言，俯仰变更控制部以增加使旋转翼旋转的电动马达的负载的方式变更旋转翼的俯仰。由此，旋转翼的效率降低，因此能够在维持飞行状态的同时使旋转翼的消耗电量增加。因而，能够使蓄电池的电力或由发电机发出的电力的消耗量增加，并有效地消耗过剩电力。其结果是，能够抑制由过充电引起的蓄电池的劣化。
15.因此，能够提供能够在维持飞行状态的同时抑制蓄电池的劣化的飞行体的控制装置。
16.并且，例如在蓄电池的充电率较低的情况下，以减小电动马达的负载的方式使旋转翼的俯仰变化。由此，能够将通过驱动源的工作而由发电机发出的电力分配为向蓄电池的充电电力。因而，能够减小驱动源的负载，并抑制燃料消耗率的恶化。
17.根据(2)的方案，基于从动力单元供给的电力量来决定旋转翼的俯仰的变化率，因此能够与想要消耗的电力的量相应地设定俯仰的变化率。因而，能够抑制对旋转翼、可变俯仰机构赋予过剩的负载。
18.根据(3)的方案，在要求了要求输出的降低时进行俯仰的变更。在此，驱动源对来自飞行控制器的要求不能在短时间内响应的情况较多。即，存在在从飞行控制器向动力单元要求输出降低到实际上驱动源的输出降低的期间也进行向蓄电池的供电(充电)的情况。因此，尤其是在要求了要求输出的降低并且蓄电池为充满电的情况下，与要求了要求输出的增加时相比成为过剩电力的消耗条件较严格的状况。根据本发明的飞行体的控制装置，在要求了要求输出的降低时进行俯仰的变更，因此通过由俯仰变更消耗的电力以及由伴随着俯仰变更的旋转翼的阻力增加引起的电动马达的负载增大，能够更有效地消耗过剩电力。
附图说明
19.图1是实施方式的飞行体的控制装置的回路结构图。
20.图2是示出由俯仰角的差异带来的旋转翼的周向速度与升力的关系的图表。
21.图3是示出俯仰与动力单元的输出的关系的图表。
22.图4是示出由实施方式的控制装置进行的控制的流程的流程图。
23.附图标记说明
[0024]1ꢀꢀ
飞行体的控制装置
[0025]2ꢀꢀ
动力单元
[0026]3ꢀꢀ
电动马达
[0027]4ꢀꢀ
旋转翼
[0028]5ꢀꢀ
蓄电池状态检测部
[0029]6ꢀꢀ
可变俯仰机构
[0030]7ꢀꢀ
俯仰变更控制部
[0031]
11 发电机
[0032]
12 燃气轮机发动机(驱动源)
[0033]
13 蓄电池
[0034]
20 飞行控制器。
具体实施方式
[0035]
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[0036]
(飞行体的控制装置)
[0037]
图1是实施方式的飞行体的控制装置1(以下，有时简称为控制装置1。)的回路结构图。
[0038]
控制装置1例如搭载于飞行器等飞行体(未图示)的机体。控制装置1构成了混合动力推进系统，该混合动力推进系统利用由详情后述的发电机11发出的电力驱动的多个电动马达3来使飞行体推进。
[0039]
控制装置1具备动力单元2、电动马达3、旋转翼4、蓄电池状态检测部5、可变俯仰机构6以及俯仰变更控制部7。
[0040]
(动力单元)
[0041]
动力单元2具备驱动源12、发电机11以及蓄电池13。动力单元2例如根据来自飞行控制器20的信号来控制驱动源12、发电机11以及蓄电池13的驱动。
[0042]
驱动源12例如是燃气轮机发动机。燃气轮机发动机12具有压缩机以及涡轮。压缩机将从设置于飞行器的机体的未图示的通风孔吸入的吸入空气压缩。涡轮经由旋转轴而与压缩机连接，且与压缩机一体旋转。需要说明的是，在本实施方式中将燃气轮机发动机12作为驱动源的一例而进行说明，但不限定于此。驱动源12为用于使发电机11工作而生成电力的动力装置即可，例如也可以是燃料电池等。
[0043]
发电机11与燃气轮机发动机12连接。也可以在发电机11与燃气轮机发动机12之间设置有变速机构等。发电机11通过涡轮的驱动而发出电力(交流电力)。由发电机11发出的交流电力被动力驱动单元(pdu)的转换器变换为直流电力，并贮存于蓄电池13。
[0044]
在蓄电池13贮存通过燃气轮机发动机12的驱动而在发电机11发出的电力中的、未被电动马达3消耗的量的电力。蓄积于蓄电池13的电力能够作为用于驱动电动马达3的电力而利用。即，蓄电池13在转换器的发电电力高于逆变器的消耗电力时，吸收由发电机11发出的发电电力而进行充电。另一方面，蓄电池13在转换器的发电电力低于逆变器的消耗电力时，进行放电以补充不足电力。
[0045]
(电动马达)
[0046]
电动马达3例如是无刷dc马达。需要说明的是，电动马达3也可以包括未图示的姿势保持用或者水平推进用的辅助马达等。电动马达3与动力单元2的发电机11以及蓄电池13分别连接。来自蓄电池13的放电电力以及来自发电机11的电力中的至少一方向电动马达3供给。即，适当切换从发电机11向电动马达3的电力的供给与从蓄电池13向电动马达3的电力的供给。具体而言，以至少成为以下的(i)(iii)中的任一状态的方式控制发电机11、蓄电池13以及电动马达3。
[0047]
(i)从发电机11向电动马达3供给电力并且停止从蓄电池13向电动马达3的电力的供给的状态。
[0048]
(ii)停止从发电机11向电动马达3的电力的供给并且从蓄电池13向电动马达3供
给电力的状态。
[0049]
(iii)从发电机11以及蓄电池13这两方向电动马达3供给电力的状态。此时，能够使分别来自发电机11或蓄电池13的电力的供给量的比例根据需要而变化。
[0050]
(旋转翼)
[0051]
旋转翼4与电动马达3连接。在电动马达3与旋转翼4之间设置有将电动马达3与旋转翼4机械连接的螺旋桨轴(未图示)。电动马达3根据控制信号旋转从而旋转翼4旋转。控制信号是基于飞行员的操作或自动操纵中的指示的用于控制飞行器的信号。旋转翼4的俯仰构成为能够变更。换言之，本实施方式的飞行体成为可变俯仰式的飞行体。
[0052]
如上所述，飞行体构成为主要通过利用由燃气轮机发动机12驱动的发电机11发出的电力而使电动马达3驱动，并通过利用电动马达3旋转的旋转翼4而得到推力。能够将在发电机11中发出的电力蓄积于蓄电池13，并根据需要将来自蓄电池13的电力作为用于驱动电动马达3的电力来利用。
[0053]
(蓄电池状态检测部)
[0054]
蓄电池状态检测部5检测蓄电池13的充电状态。蓄电池状态检测部5例如检测表示蓄电池13的当前的充电量相对于蓄电池13的全部容量的蓄电池充电率(soc)，来作为蓄电池13的充电状态。此外，蓄电池状态检测部5例如也可以检测充电时的充电速度、放电时的放电速度等。
[0055]
(可变俯仰机构)
[0056]
可变俯仰机构6变更旋转翼4的俯仰。可变俯仰机构6例如安装于旋转翼4的中心轴的附近。可变俯仰机构6基于来自详情后述的俯仰变更控制部7的信号，以成为规定的俯仰角的方式使旋转翼4的俯仰变化。在本实施方式中，可变俯仰机构6能够在俯仰角0％(旋转翼4成为与地面平行的状态)到90％(旋转翼4成为相对于地面垂直的状态)之间变更旋转翼4的俯仰。
[0057]
(俯仰变更控制部)
[0058]
俯仰变更控制部7基于由蓄电池状态检测部5检测出的蓄电池soc，来判定是否变更旋转翼4的俯仰。俯仰变更控制部7在变更俯仰的情况，基于从动力单元2供给的电力量而算出俯仰的变化率，并向可变俯仰机构6输出算出结果。由此，旋转翼4的俯仰被控制为期望的俯仰角。
[0059]
在本实施方式中，俯仰变更控制部7在从飞行体的飞行控制器20向动力单元2要求了要求输出的降低时并且满足规定的条件的情况下，使可变俯仰机构6进行俯仰的变更。具体而言，俯仰变更控制部7在要求了要求输出的降低、燃气轮机发动机12中的输出降低不充分并且蓄电池soc为规定值以上时，使俯仰变更。另一方面，在被要求了要求输出的降低的燃气轮机发动机12中的输出降低充分(仅通过燃气轮机发动机12的响应就能够容许)情况以及被要求了要求输出的降低但蓄电池soc小于规定值的情况下，不变更俯仰。
[0060]
在本实施方式中，在要求要求输出的降低而变更俯仰的情况下，俯仰变更控制部7首先算出过剩电力。过剩电力是从发电机11的发电电力减去旋转翼4的驱动电力以及蓄电池13的电力的合计而得到的值。之后俯仰变更控制部7以使作为目标的俯仰角比当前的俯仰角小的方式变更旋转翼4的俯仰。
[0061]
图2是示出由俯仰角的差异带来的旋转翼4的周向速度vr与升力lf的关系的图表。
图2的图形g1表示俯仰角为0％(旋转翼4与地面平行)的情况。图形g2表示俯仰角为20％的情况。图形g3表示俯仰角为40％的情况。图形g4表示俯仰角为60％的情况。图表的横轴表示旋转翼4的周向速度vr。图表的纵轴表示飞行体的升力lf。图形g5表示飞行体的目标升力。
[0062]
如图2的图形g1所示那样，在俯仰角为0％的情况下，无论周向速度vr如何升力都为零。如图形g2至g4所示那样，在俯仰角为20％、40％、60％的情况下，随着旋转翼4的周向速度vr上升而升力lf增加。当对图形g2至g4进行比较时，俯仰角越大，则为了得到目标升力g5所需的周向速度vr越小。即，若越增大俯仰角，则越能够以更少的能量得到所需的升力。另一方面，若减小俯仰角(例如40％：图形g3)，则为了得到与俯仰角较大的情况(例如60％：图形g6)同等的升力，而消耗更多的能量。
[0063]
图3是示出俯仰p与动力单元2的输出opu的关系的图表。图表的横轴表示旋转翼4的俯仰p。图表的纵轴表示动力单元2的输出opu。动力单元2的输出opu是指来自发电机11的输出以及来自蓄电池13的输出的合计值。图形g6表示飞行体的目标升力。
[0064]
如图3所示那样，在通常时(在本实施方式中，俯仰变更前的状态)，飞行体在点a1动作。在点a1，旋转翼4的俯仰p设定为第一俯仰p1，动力单元2的输出opu设定为第一输出pwr1。
[0065]
当由俯仰变更控制部7决定变更旋转翼4的俯仰时，俯仰变更控制部7以使飞行体在点a2动作的方式变更俯仰p以及来自动力单元2的输出opu。在点a2，旋转翼4的俯仰p设定为第二俯仰p2，动力单元2的输出opu设定为第二输出pwr2。第二俯仰p2是比第一俯仰p1小的俯仰角(p2《p1)。第二输出pwr2比第一输出pwr1大(pwr2＞pwr1)。
[0066]
通过这样将旋转翼4的俯仰p从第一俯仰p1向第二俯仰p2变更，从而为了得到目标升力所需的来自动力单元2的电力opu变大与电力量d相应的量。因而，俯仰变更控制部7在要求了要求输出的降低、燃气轮机发动机12中的输出降低不充分、并且蓄电池soc为规定值以上时，从第一俯仰p1向第二俯仰p2变更，从而与通常时相比能够将过剩电力消耗与电力量d相应的量。由此向蓄电池13的过充电被抑制。
[0067]
(飞行体的控制装置的控制的流程)
[0068]
图4是示出由实施方式的控制装置1进行的控制的流程的流程图。以下，使用图4对控制装置1的控制的流程更详细地进行说明。关于各附图标记，一并参照图1。
[0069]
首先，控制装置1通过取得燃气轮机发动机12(驱动源)以及发电机11的信息，从而判定发电机11是否为发电中(步骤s01)。在发电机11不为发电中的情况下(步骤s01中为否)，俯仰变更控制部7不变更旋转翼4的俯仰，结束处理(步骤s07)。
[0070]
在判定为发电机11为发电中的情况下(在步骤s01中为是)，控制装置1判定是否能够将发出的电力充入蓄电池13(步骤s03)。在步骤s03中，控制装置1例如基于当前的蓄电池soc是否为预先设定的规定值以上的判定结果，来判定能否进行蓄电池13的充电。控制装置1例如在当前的蓄电池soc为规定值以上的情况下，判定为不能进行向蓄电池13的充电。另一方面，例如在当前的蓄电池soc小于规定值的情况下，控制装置1判定为能够进行向蓄电池13的充电。
[0071]
在判定为发出的电力能够充入蓄电池13的情况下(步骤s03中为是)，控制装置1开始向蓄电池13的充电(步骤s05)。之后，向步骤s07前进，不进行俯仰变更而结束处理。
[0072]
另一方面，在判定为发出的电力不能充入蓄电池13的情况下(步骤s03中为否)，俯
仰变更控制部7基于发电机11的发电电力、旋转翼4的驱动电力以及蓄电池13的电力的取得结果，算出过剩电力(步骤s11)。接着，俯仰变更控制部7基于算出的过剩电力，算出俯仰的变化率(步骤s13)。俯仰的变化率是从当前的俯仰到作为目标的俯仰的变化率。作为目标的俯仰例如通过对基准俯仰乘以1以下的修正系数而算出。修正系数例如也可以是根据过剩电力的大小而变化的值。例如，也可以以过剩电力越大则修正系数的值逐渐变小的方式设定修正系数。这样算出的作为目标的俯仰是为了通过使电动马达3的负载增加来消耗所算出的过剩电力所需的俯仰。
[0073]
接着，俯仰变更控制部7以实现算出的俯仰的变化率的方式向可变俯仰机构6输出信号。可变俯仰机构6基于来自俯仰变更控制部7的信号，以成为作为目标的俯仰的方式变更旋转翼4的俯仰(步骤s15)。当俯仰的变更完成时，结束处理。由此，本流程图的处理结束。
[0074]
(作用、效果)
[0075]
接着，对上述的飞行体的控制装置1的作用、效果进行说明。
[0076]
根据本实施方式的飞行体的控制装置1，具备：可变俯仰机构6，其变更旋转翼4的俯仰；以及俯仰变更控制部7，其基于由蓄电池状态检测部5检测出的蓄电池13的充电率，判定是否变更旋转翼4的俯仰。由此，例如在由蓄电池状态检测部5检测出的蓄电池13的充电率成为规定值以上的情况下，利用俯仰变更控制部7变更旋转翼4的俯仰。具体而言，俯仰变更控制部7以增加使旋转翼4旋转的电动马达3的负载的方式变更旋转翼4的俯仰。由此，旋转翼4的效率降低，因此能够在维持飞行状态的同时增加旋转翼4的消耗电量。因而，能够使蓄电池13的电力或由发电机11发出的电力的消耗量增加，并有效地消耗过剩电力。其结果是，能够抑制由过充电引起的蓄电池13的劣化。因此，能够提供能够在维持飞行状态的同时抑制蓄电池13的劣化的飞行体的控制装置1。
[0077]
俯仰变更控制部7基于从动力单元2供给的电力量，算出旋转翼4的俯仰的变化率。由此，能够与想要消耗的电力的量相应地设定俯仰的变化率。因而，能够抑制对旋转翼4、可变俯仰机构6赋予过剩的负载。
[0078]
俯仰变更控制部7在要求了要求输出的降低时进行俯仰的变更。在此，燃气轮机发动机12(驱动源)对来自飞行控制器20的要求不能在短时间内响应的情况较多。即，存在在从飞行控制器20向动力单元2要求输出降低到实际上燃气轮机发动机12的输出降低的期间也进行向蓄电池13的供电(充电)的情况。因此，尤其是在要求了要求输出的降低、并且蓄电池13为充满电的情况下，与要求了要求输出的增加时相比成为过剩电力的消耗条件较严格的状况。根据本发明的飞行体的控制装置1，在要求了要求输出的降低时进行俯仰的变更，因此通过由俯仰变更消耗的电力以及由伴随着俯仰变更的旋转翼4的阻力增加引起的电动马达3的负载增大，能够更有效地消耗过剩电力。
[0079]
需要说明的是，本发明的技术范围并不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够施加各种变更。
[0080]
例如，在上述的实施方式中，设为在要求了要求输出的降低、并且蓄电池soc为规定值以上时进行俯仰变更，但不限定于此。例如也可以在蓄电池13的soc比预先设定的下限值低的情况下，以减小电动马达3的负载的方式使旋转翼4的俯仰变化(增加俯仰角)。由此，能够将通过燃气轮机发动机12的工作而由发电机11发出的电力分配为向蓄电池13的充电电力。因而，能够减小燃气轮机发动机12的负载，并抑制燃料消耗的恶化。
[0081]
燃气轮机发动机12、发电机11也可以设置有多个。
[0082]
对作为驱动源而使用燃气轮机发动机12的例子进行了说明，但不限定于此。作为驱动源12，例如也可以使用燃料电池等。
[0083]
除此之外，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够适当将上述的实施方式中的构成要素替换为周知的构成要素，另外，也可以适当组合上述的实施方式。

技术特征：
1.一种飞行体的控制装置，其中，所述飞行体的控制装置具备：动力单元，其包括发电机、驱动所述发电机的驱动源以及蓄积由所述发电机发出的电力的蓄电池；电动马达，其被从所述发电机以及所述蓄电池中的至少一方供给的电力驱动；旋转翼，其被所述电动马达驱动；蓄电池状态检测部，其检测所述蓄电池的充电状态；可变俯仰机构，其变更所述旋转翼的俯仰；以及俯仰变更控制部，其基于由所述蓄电池状态检测部检测出的所述蓄电池的充电率，判定是否变更所述旋转翼的所述俯仰。2.根据权利要求1所述的飞行体的控制装置，其中，所述俯仰变更控制部基于从所述动力单元供给的电力量，算出所述旋转翼的所述俯仰的变化率。3.根据权利要求1或2所述的飞行体的控制装置，其中，在从所述飞行体的飞行控制器向所述动力单元要求了要求输出的降低时，所述俯仰变更控制部进行所述俯仰的变更。

技术总结
本发明提供能够在维持飞行状态的同时抑制蓄电池的劣化的飞行体的控制装置。飞行体的控制装置(1)具备发电机(11)、驱动源(12)、蓄电池(13)、电动马达(3)、旋转翼(4)、蓄电池状态检测部(5)、可变俯仰机构(6)以及俯仰变更控制部(7)。电动马达(3)被从发电机(11)以及蓄电池(13)中的至少一方供给的电力驱动。旋转翼(4)被电动马达(3)驱动。蓄电池状态检测部(5)检测蓄电池(13)的充电状态。可变俯仰机构(6)变更旋转翼(4)的俯仰。俯仰变更控制部(7)基于由蓄电池状态检测部(5)检测出的蓄电池的充电率，判定是否变更旋转翼(4)的俯仰。判定是否变更旋转翼(4)的俯仰。判定是否变更旋转翼(4)的俯仰。


技术研发人员：羽贺久夫
受保护的技术使用者：本田技研工业株式会社
技术研发日：2022.11.08
技术公布日：2023/6/27