(57)【要約】【課題】発電機を冷却することにより、発電機から出力される電力の低減を抑制すること。【解決手段】電源装置では、飛行体の電力負荷に電力を供給する発電機と、発電機を駆動する駆動部と、駆動部に燃料を供給する燃料タンクと、外部の空気を取入れ駆動部に供給する空気取入れ部と、を収容する中空の円筒状のハウジングが、飛行体の機体外部に連結部を介して連結されている。空気取入れ部は、ハウジングの外周面に形成され、ハウジングの外部の空気を取入れる入口部と、入口部と連通しハウジングの内部に形成された導入通路と、入口部から取入れられた空気を、導入通路を介して駆動部に供給する出口部とを備える。発電機の外周部には、発電機の熱を放熱するヒートシンクが配置され、ヒートシンクは、入口部から駆動部に向かって空気が流れる通路内に配置されている。【選択図】図２
2020083063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛行体の電力負荷に電力を供給する発電機と、前記発電機を駆動する駆動部と、前記駆動部に燃料を供給する燃料タンクと、外部の空気を取入れ前記駆動部に供給する空気取入れ部と、を収容する中空の円筒状のハウジングが、前記飛行体の機体外部に連結部を介して連結可能な電源装置であって、
前記空気取入れ部は、
前記ハウジングの外周面に形成され、前記ハウジングの外部の空気を取入れる入口部と、
前記入口部と連通し前記ハウジングの内部に形成された導入通路と、
前記入口部から取入れられた前記空気を、前記導入通路を介して前記駆動部に供給する出口部と、を備え、
前記発電機の外周部には、当該発電機の熱を放熱するヒートシンクが配置され、前記ヒートシンクは、前記入口部から前記駆動部に向かって空気が流れる通路内に配置されていることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記ヒートシンクよりも後方の位置に配置され、外部の空気を取入れて前記駆動部に供給する補助空気取入れ部を更に備え、
前記補助空気取入れ部は、
温度検知部で検知された前記発電機の温度に応じて開閉可能な可動部材と、
前記ハウジングの外周面に形成され、前記で前記ハウジングの外部の空気を取入れる補助入口部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記可動部材は、前記補助入口部の開口面内に配置され、前記可動部材が開いた状態で、前記ハウジングの外部の空気を前記補助入口部から取入れ、
前記可動部材が閉じた状態で、前記空気の取入れを遮断する
ことを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記補助空気取入れ部は、
前記ハウジングの内部に形成され、前記可動部材が開いた状態で前記補助入口部と連通する補助導入通路と、
前記補助入口部から取り入れられた空気を前記補助導入通路よりも後方に配置されている前記駆動部に供給する出口部と、を備えることを特徴とする請求項２または３に記載の電源装置。
【請求項５】
前記補助空気取入れ部よりも前方に配置されている前記空気取入れ部は、
前記温度検知部で検知された前記発電機の温度に応じて開閉可能な可動部材を備え、
前記可動部材は、前記入口部の開口面内に配置され、前記可動部材が開いた状態で、前記ハウジングの外部の空気を前記入口部から取入れ、前記可動部材が閉じた状態で、前記空気の取入れを遮断する
ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項６】
前記可動部材を開閉させる駆動機構と、
前記温度検知部の検知結果に基づいて、前記駆動機構を制御する制御部と、を更に備えることを特徴とする請求項５に記載の電源装置。
【請求項７】
前記制御部は、
前記温度検知部で検知された前記発電機の温度が閾値温度よりも低い場合、前記補助空気取入れ部に設けられた前記可動部材を開いた状態にするように前記駆動機構を制御し、
前記発電機の温度が閾値温度以上の場合に、前記補助空気取入れ部に設けられた前記可動部材を閉じた状態にするように前記駆動機構を制御することを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
【請求項８】
前記制御部は、
前記温度検知部で検知された前記発電機の温度が閾値温度よりも低い場合、前記空気取入れ部に設けられた前記可動部材を閉じた状態にするように前記駆動機構を制御し、
前記発電機の温度が閾値温度以上の場合に、前記空気取入れ部に設けられた前記可動部材を開いた状態にするように前記駆動機構を制御することを特徴とする請求項６に記載の電源装置。
【請求項９】
電力に基づいて推進力を発生させる推進装置を有する飛行体であって、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電源装置を前記飛行体における機体の外部に備え、
前記電源装置は、生成した電力を前記推進装置に供給することを特徴とする飛行体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛行体の推進装置に電力を供給する電源装置及び機体外部に電源装置を備える飛行体に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、推進装置を駆動するための推進用電源装置（エンジン、発電機や燃料タンク等）が機体内に配置された電気推進式飛行体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第９２４８９０８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されているように飛行体の機体内に電源装置を配置した場合、機体内のキャビンスペース確保が困難となったり、エンジン故障時等のメンテナンス性低下、そして、メンテナンス性低下に起因して商業飛行に支障が出ると顧客利益の低下を招くことになり得る。
【０００５】
一方、飛行体の電力負荷に電力を供給する発電機、発電機を駆動する駆動装置（圧縮機、燃焼器、タービン等で構成されたガスタービンエンジン）、駆動装置に燃料を供給する燃料タンク等を一つにパッケージングした電源装置の構成を、飛行体の外部に配置するようにした場合、駆動装置の近傍ゆえに発電機が高温になり、高温によるステータコイルのコイル導体の抵抗増大などのため出力電力の低下を招くことになる。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するものであり、発電機を冷却することにより、発電機から出力される電力の低減を抑制することが可能な電源装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る電源装置は、飛行体の電力負荷に電力を供給する発電機と、前記発電機を駆動する駆動部と、前記駆動部に燃料を供給する燃料タンクと、外部の空気を取入れ前記駆動部に供給する空気取入れ部と、を収容する中空の円筒状のハウジングが、前記飛行体の機体外部に連結部を介して連結可能な電源装置であって、
前記空気取入れ部は、
前記ハウジングの外周面に形成され、前記ハウジングの外部の空気を取入れる入口部と、
前記入口部と連通し前記ハウジングの内部に形成された導入通路と、
前記入口部から取入れられた前記空気を、前記導入通路を介して前記駆動部に供給する出口部と、を備え、
前記発電機の外周部には、当該発電機の熱を放熱するヒートシンクが配置され、前記ヒートシンクは、前記入口部から前記駆動部に向かって空気が流れる通路内に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、発電機を冷却することにより、発電機から出力される電力の低減を抑制することが可能な電源装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】実施形態に係る電源装置を備えた飛行体の模式図。
【図１Ｂ】実施形態に係る電源装置の機能構成を示すブロック図。
【図１Ｃ】電力発生部ＰＧの具体的な構成を示す図。
【図２】空気取入れ部（ＩＮＴ、ＩＮＴ２）の断面構造を示す図。
【図３】空気取入れ部ＩＮＴの変形例に関する断面構造を示す図。
【図４】可動部材を駆動するための駆動機構を例示的に説明する図。
【図５Ａ】補助空気取入れ部における可動部材の開閉を制御するための制御ブロック図。
【図５Ｂ】空気取入れ及び補助空気取入れ部における可動部材の開閉を制御するための制御ブロック図。
【図６】ハウジングの一部をｙｚ平面で破断した状態を示す模式図。
【図７】通路切替制御の流れを説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。この実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、以下の実施形態によって限定されるわけではない。
【００１１】
［飛行体の概要］
図１Ａは、本発明の実施形態に係る電源装置１００を備えた飛行体１０の模式図である。図中、矢印ｘ、ｙ、ｚは飛行体１０の前後方向、幅方向（左右方向）、上下方向を示す。本実施形態の飛行体１０は、モータ３０５、３０６を駆動源とした電気推進式の飛行体であり、特にヘリコプタである。
【００１２】
飛行体１０は、機体２００と、機体２００の上部に設けられたメインロータ２０２と、機体２００の後部に設けられたテールロータ２０３と、スキッド２０４とを含む。モータ３０５はメインロータ２０２を回転させる駆動源であり、モータ３０６はテールロータ２０３を回転させる駆動源である。モータ３０５、３０６は、電源装置１００から供給される電力によって、制御装置２０７によって駆動が制御される。
【００１３】
電源装置１００は、飛行体１０の主電源として機能し、モータ３０５、３０６の駆動電力の他、飛行体１０の各電力負荷に電力を供給する。
【００１４】
電源装置１００は、その外壁を形成するハウジングＨＳと、ハウジングＨＳと機体２００とを連結、又は分離可能に構成された複数の連結部（以下、「分離機構ＳＰ」）とを備える。分離機構ＳＰは、ｘ方向に離間して複数（ここでは２つ）設けられている。ハウジングＨＳは機体２００から離間して、分離機構ＳＰによって連結されている。ハウジングＨＳは、機体２００の外部に配置され、本実施形態の場合、分離機構ＳＰを介してｙ方向中央部において機体２００の底壁に吊り下げられて支持されている。ハウジングＨＳを機体２００の外部に配置することで、電源装置１００が機体２００の内部空間を専有することを回避することができ、キャビンの拡大や他の構成部品のレイアウト性の向上、或いは、電源装置１００のメンテナンス性の向上に寄与する。
【００１５】
ハウジングＨＳは、ｘ方向に長い外形を有しており、本実施形態の場合、特に、ｘ方向に細長いポッド型の外形を有している。ｘ方向は、換言すると、ハウジングＨＳの長手方向である。ハウジングＨＳがこのような外形を有することにより、ハウジングＨＳが機体２００の外部に配置しつつ、飛行体１０の前進飛行中の空気抵抗を低減できる。本実施形態のハウジングＨＳは、また、ｘ方向に長い円筒形状の中空体である。横風の影響をより小さくすることができる。
【００１６】
ハウジングＨＳは、例えば、円筒形状の複数の部品をｘ方向に連結して形成することができる。ハウジングＨＳのｘ方向の先端部１００ａと後端部１００ｂのうち、先端部１００ａは、前側に向かって縮径するテーパ形状を有しており、本実施形態では半球形状であるが、三角錐形状であってもよい。このように先端部１００ａをテーパ形状とすることで飛行体１０の前進飛行中の空気抵抗を更に低減できる。
【００１７】
［電源装置の概要］
図１Ｂは、本発明の実施形態に係る電源装置１００の機能構成を示すブロック図である。電力に基づいて推進力を発生させる推進装置３００を有する飛行体１０は、電源装置１００と、機体２００（機体本体）とを有し、電源装置１００は、機体２００の外部に連結されている。ここで、推進装置３００には、図１Ａで説明した、モータ３０５を駆動源とするメインロータ２０２と、モータ３０６を駆動源とするテールロータ２０３とが含まれる。電源装置１００は、生成した電力を機体２００の制御装置２０７に供給し、制御装置２０７は、供給された電力に基づいてモータ３０５、３０６の駆動を制御する。図１Ｂにおいて、ｘ方向は飛行体１０が推進していく飛行方向であり、電源装置１００における長手方向である。ｙ方向はハウジングＨＳの幅方向であり、ｚ方向はハウジングＨＳの長手方向（ｘ方向）及び幅方向（ｙ方向）に直交するハウジングＨＳの鉛直方向である。
【００１８】
電力発生部ＰＧは、発電機ＧＥと、駆動部ＤＲ（ガスタービンエンジン）とを備え、発電機ＧＥは駆動部ＤＲの出力により発電する。ここで、駆動部ＤＲ（ガスタービンエンジン）は、圧縮機ＣＯＭ、燃焼器ＢＳＴ、及びタービンＴＢを備え、発電機ＧＥを回転駆動するための動力を生成する。
【００１９】
電力発生部ＰＧ（発電機ＧＥ、圧縮機ＣＯＭ、燃焼器ＢＳＴ、及びタービンＴＢ）は、推進力を発生させる飛行体１０の推進装置３００（メインロータ２０２、テールロータ２０３、モータ３０５、３０６）を駆動するための電力を供給する。
【００２０】
電源装置１００は、電力発生部ＰＧ（発電機ＧＥ、圧縮機ＣＯＭ、燃焼器ＢＳＴ、タービンＴＢ）と、燃料を貯留して電力発生部ＰＧの燃焼器ＢＳＴに燃料を供給する貯留部ＦＴ（燃料タンク）と、外部の空気を取入れ電力発生部ＰＧの圧縮機ＣＯＭに供給する空気取入れ部（ＩＮＴ、ＩＮＴ２）とを収容するハウジングＨＳが、飛行体１０の機体２００に着脱可能な分離機構ＳＰを介して連結されている。
【００２１】
図１Ｂに示すように、電源装置１００のハウジングＨＳ内には、貯留部ＦＴ（燃料タンク）、空気取入れ部（ＩＮＴ、ＩＮＴ２）及び電力発生部ＰＧ（発電機ＧＥ、駆動部ＤＲ（ガスタービンエンジン：圧縮機ＣＯＭ、燃焼器ＢＳＴ、タービンＴＢ））が一体的にパッケージングされており、電源装置１００は、機体２００の下面側に分離機構ＳＰを介して鉛直方向に連結されている。
【００２２】
空気取入れ部（ＩＮＴ、ＩＮＴ２）の入口部１１０、１１１はハウジングＨＳの外周面に形成され、ハウジングＨＳの外部の空気を取入れる。空気取入れ部ＩＮＴの入口部１１０により取り入れられた空気がハウジングの内部に形成された導入通路を経て圧縮機ＣＯＭに導入される。また、空気取入れ部ＩＮＴ２の補助入口部１１１により取り入れられた空気が圧縮機ＣＯＭに導入される。空気取入れ部（ＩＮＴ、ＩＮＴ２）の詳細については、図２、図３を参照して後に詳細に説明する。
【００２３】
図１Ｃは、電力発生部ＰＧ（発電機ＧＥ、駆動部ＤＲ（ガスタービンエンジン））の具体的な構成を示す図であり、この部分は図２のＡ部に対応する構成である。駆動部ＤＲ（ガスタービンエンジン）は、ハウジングＨＳの回転軸線Ｃと同軸上に設けられた回転軸６０を備える。回転軸６０を回転軸線Ｃと同軸上に設けることで、円筒形状のハウジングＨＳの内部に、より大型の駆動部ＤＲ（ガスタービンエンジン）をスペース的に無駄なく収めることができる。
【００２４】
駆動部ＤＲ（ガスタービンエンジン）の圧縮機ＣＯＭは、回転軸６０に取付けられたインペラ６１ａと、デフューザ６１ｂとを含む。インペラ６１ａの回転により、空気取入れ部（ＩＮＴ、ＩＮＴ２）から取入れられた空気がデフューザ６１ｂを介して圧縮されながら圧縮室６２へ送出される。
【００２５】
圧縮室６２内の圧縮空気は、燃焼器ＢＳＴの周壁に設けた開口部６３ａやその他の開口部から燃焼器ＢＳＴ内に流入する。燃焼器ＢＳＴには燃料噴射ノズル６４が、回転軸線Ｃの周方向に複数設けられている。貯留部ＦＴ（燃料タンク）に貯留されている燃料は不図示の配管を介して燃料噴射ノズル６４に供給され、燃料噴射ノズル６４は燃焼器ＢＳＴ内に燃料を噴射する。始動時には、不図示の点火装置により燃焼器ＢＳＴ内の混合気が点火され、その後、燃焼器ＢＳＴ内で混合気の燃焼が継続的に発生する。
【００２６】
燃焼器ＢＳＴ内で高温高圧となった燃焼ガス流は、タービンノズル６５から、中心軸線Ｃと同軸上の筒状の排気管６７へ噴出し、その過程で回転軸６０に取り付けられたタービンＴＢを回転させる。タービンＴＢ、回転軸６０及びインペラ６１ａは一体的に回転する。ハウジングＨＳの後端部１００ｂには、排気管６７と連通した開口部である排気部１００ｃが形成されており、燃焼ガス流（排気流）はハウジングＨＳの後方へ排出される。
【００２７】
本実施形態では駆動部ＤＲ（ガスタービンエンジン）がハウジングＨＳの後端部１００ｂに隣接して配置されているため、その後方への排気を円滑に行うことができる。なお、本実施形態の場合、駆動部ＤＲ（ガスタービンエンジン）は専ら発電機ＧＥの駆動を目的としたものであり、排気流を飛行体１０の推進力に積極的に利用することは想定されていないが、補助的な推進力として利用する態様も採用可能である。
【００２８】
発電機ＧＥは、回転軸６０と同軸上の回転軸５０を含む。つまり、回転軸５０も中心軸線Ｃと同軸上に設けられており、円筒形状のハウジングＨＳの内部に、より大型の発電機ＧＥをスペース的に無駄なく収めることができる。発電機ＧＥのｘ方向の両端部には回転軸５０（及び回転軸６０）を回転自在に支持する軸受５０ａが設けられている。
【００２９】
回転軸５０には、永久磁石等のロータＲＴが設けられ、ロータＲＴの周囲にはコイル等のステータＳＴが設けられている。ステータＳＴの周囲には冷却用のヒートシンク１７０が、回転軸５０の周方向に複数設けられており、発電機ＧＥを空冷により冷却する。
【００３０】
電源装置１００内に設けられた制御装置１０７は、発電機ＧＥの発電を制御する回路及び駆動部ＤＲ（ガスタービンエンジン）の駆動を制御する回路を含む。制御装置１０７の起動時の電源として、鉛バッテリ等の補助電源が設けられてもよく、補助電源は電源装置１００に設けられてもよいし、機体２００側に設けられた補助電源を利用してもよい。発電機ＧＥが発電した電力は不図示のケーブルを介して機体２００の制御装置２０７に供給される。ケーブルは分離機構ＳＰの内部を通る構成であってもよい。電源装置１００の制御装置１０７と機体２００の制御装置２０７とは通信可能であってもよく、機体２００の制御装置２０７の指令に応じて、電源装置１００の制御装置が発電制御を行ってもよい。
【００３１】
かかる構成からなる電源装置１００は、貯留部ＦＴ（燃料タンク）に貯留されている燃料により駆動部ＤＲ（ガスタービンエンジン）が駆動し、その出力である回転軸６０の回転により回転軸５０が回転し、発電機ＧＥが発電する。発電した電力は機体２００の制御装置２０７に供給され、推進装置３００（メインロータ２０２、テールロータ２０３）用のモータ３０５、３０６の駆動に用いられる。
【００３２】
電源装置１００は機体１０１の外部に配置されていることから、飛行体１０の機体１０１の設計自由度を向上することができる。例えば、機体２００内のキャビンスペースをより広く確保でき、乗員の快適性を向上できる。また、電源装置１００の稼働による騒音や振動が、機体２００内に設けた場合よりも低減され、静粛性が向上する。また、機体２００内に設けた場合よりも、電源装置１００の内部にアクセスしやすく、そのメンテナンスも容易化し、整備負担が軽減する。
【００３３】
［空気取入れ部（ＩＮＴ、ＩＮＴ２）の構造］
本実施形態の電源装置１００は、長手方向（ｘ方向）に配置された複数の空気取入れ部（ＩＮＴ、ＩＮＴ２）を有する。空気取入れ部ＩＮＴは長手方向の前方側に設けられた空気取入れ部であり、空気取入れ部ＩＮＴ２（以下、補助空気取入れ部ＩＮＴ２ともいう）は長手方向の後方側に設けられた空気取入れ部である。
【００３４】
（空気取入れ部ＩＮＴの構造）
まず、ハウジングＨＳの長手方向の前方側に設けられた空気取入れ部ＩＮＴの構造を説明する。図２は、空気取入れ部（ＩＮＴ、ＩＮＴ２）のｘｚ平面における断面構造を示す図であり、図２の断面構造は、図１ＣのＢ部に対応する。図２に示すように、ハウジングＨＳの長手方向の前方側に設けられた取入れ部ＩＮＴは、ハウジングＨＳの外周面に形成され、ハウジングＨＳの外部の空気を取入れる入口部１１０と、入口部１１０と連通し、ハウジングＨＳの内部に形成された導入通路１２０と、入口部１１０から取入れられた空気を、導入通路１２０を介して駆動部ＤＲ（ガスタービンエンジン）の圧縮機ＣＯＭに供給する出口部１３０を有する。
【００３５】
入口部１１０は、ハウジングＨＳの外周面に沿って、環状に形成されている。また、導入通路１２０は、ハウジングＨＳの内部において、入口部１１０の一端１１２と接続しハウジングＨＳの内部に形成された内筒壁１４０と、入口部１１０の他端１１４と接続し内筒壁１４０を覆う外筒壁１５０と、で区画されている。導入通路１２０の終端部には、駆動部ＤＲの圧縮機ＣＯＭに空気を供給する出口部１３０が形成されている。
【００３６】
図２に示すように、空気取入れ部ＩＮＴの入口部１１０がハウジングＨＳの外部に突出しないため、空気抵抗が減り、推進効率の向上を図ることが可能になる。また、導入通路１２０は、入口部１１０からハウジングＨＳの長手方向の後方に向けて傾斜して形成されている。入口部１１０に連通する導入通路１２０をハウジングＨＳの外周面に対して傾斜するように構成することで、飛行体１０に前進速度が発生している場合における入口部１１０及び導入通路１２０の圧力損失を低減することが可能になる。これにより、導入通路を外周面に対して直角に形成する場合に比べて、入口部１１０から空気を取り込みやすくすることができ、ハウジングＨＳの外周面の近傍を流れる空気を導入通路に容易に取り込むことが可能になる。
【００３７】
また、図２に示すように、ハウジングＨＳの表面（入口部１１０の一端１１２）と接続する導入通路１２０の内筒壁１４０の端部は曲面で形成されている。内筒壁１４０の端部（隅部）を曲面で形成しハウジングＨＳの表面（外周面）から突出する部分を無くすことで、空気抵抗を低減すると共に、ハウジングＨＳの外周面の近傍を流れる空気を、容易に入口部１１０から取り込むことができ、空気抵抗を低減することが可能になる。
【００３８】
発電機ＧＥは、駆動部ＤＲ（圧縮機ＣＯＭ、燃焼器ＢＳＴ、タービンＴＢ）の前方かつ導入通路１２０の下方に配置されており、発電機ＧＥのステータＳＴの外周部には、発電機ＧＥの熱を放熱するヒートシンク１７０が配置されており、ヒートシンク１７０は、入口部１１０から駆動部ＤＲの圧縮機ＣＯＭに向かって空気が流れる通路内に配置されている。すなわち、ヒートシンク１７０は、出口部１３０と駆動部ＤＲの圧縮機ＣＯＭとの間に配置される。
【００３９】
図６は、ハウジングＨＳの一部をｙｚ平面で破断した状態を示すハウジングＨＳの模式図である。導入通路１２０内において、内筒壁１４０と外筒壁１５０とを連結する支持部材が、導入通路１２０の径方向に設けられており、径方向に設けられている支持部材が導入通路１２０の周方向に配列された複数のストラット１６０で構成されている。図６に示すように、ストラット１６０の後方には、円周方向に配置された複数のヒートシンク１７０が構成されている。
【００４０】
入口部１１０から取入れられた空気が導入通路１２０に流れると、ヒートシンク１７０からの放熱によって発電機ＧＥは冷却され、発電機ＧＥを冷却することにより、発電機ＧＥから出力される電力の低減を抑制することができ、推進効率の向上を図ることが可能になる。
【００４１】
（補助空気取入れ部ＩＮＴ２の構造）
次に、ハウジングＨＳの長手方向の後方側に設けられた空気取入れ部（補助空気取入れ部ＩＮＴ２）の構造について説明する。図２で説明したように発電機ＧＥのステータＳＴの回りに、放熱フィン等のヒートシンク１７０を設置することにより、発電機ＧＥを冷却することが可能である。ここで、ヒートシンク１７０は、吸入する外気温が高い条件でも発電機の冷却要件をクリアするように設定されるため、外気温度が低い状態であれば、本来ならヒートシンクの容量は小さくて済むはずである、即ち、ヒートシンクによる圧力損失を小さくできるはずであるが、高温状態に合わせてヒートシンクを配置した場合、必要以上の圧力損失を招くことになり得る。
【００４２】
図５Ａは、補助空気取入れ部ＩＮＴ２における可動部材５０５の開閉を制御する制御装置１０７の制御ブロック図である。ハウジングＨＳの長手方向の後方側に設けられた補助空気取入れ部ＩＮＴ２は、前方側に設けられた空気取入れ部ＩＮＴのバイパスとして機能する空気取入れ部であり、図５Ａに示す制御部５０１は、発電機ＧＥの温度が閾値温度より低い場合、圧力損失が高い空気取入れ部ＩＮＴの導入通路１２０から、補助空気取入れ部ＩＮＴ２側の補助導入通路１２１に空気を流すように可動部材５０５の動作を制御する。
【００４３】
すなわち、制御部５０１は、ヒートシンク１７０による圧力損失を低減するため、温度検知部で検知された発電機ＧＥの温度に基づいて、補助空気取入れ部ＩＮＴ２を開く。これにより、空気取入れ部ＩＮＴの下流側のヒートシンク１７０での空気抵抗に比べて、空気抵抗が少ない補助空気取入れ部ＩＮＴ２側からの空気流入が支配的になり、結果的に圧力損失は低減することになる。
【００４４】
図５Ａの制御ブロック図において、温度検知部の検知結果が制御部５０１に入力されると、制御部５０１は、各センサの検知結果に基づいて、アクチュエータ５０３を駆動して、可動部材５０５の開閉を制御する。可動部材５０５を駆動するための駆動機構については、後に図４を参照して説明する。
【００４５】
ここで、温度検知部には、飛行体１０の外気温を検知する外気温度センサ５１０、発電機ＧＥの温度を検知する発電機温度センサ５２０、飛行体１０の機体速度を検知する機速センサや飛行体１０の高度を検知する高度センサ５３０が含まれる。
【００４６】
図２に示すように電源装置１００は、ヒートシンク１７０よりも後方の位置に配置され、外部の空気を取入れて駆動部ＤＲの圧縮機ＣＯＭに供給する補助空気取入れ部ＩＮＴ２を備えている。補助空気取入れ部ＩＮＴ２は、温度検知部（例えば、発電機温度センサ５２０）で検知された発電機ＧＥの温度に応じて開閉可能な可動部材５０５と、ハウジングＨＳの外周面に形成され、可動部材５０５が開いた状態でハウジングＨＳの外部の空気を取入れる補助入口部１１１（開口部）とを有する。
【００４７】
ハウジングＨＳの外周面と同一面となるように、可動部材５０５は、補助入口部１１１の開口面内に配置され、可動部材５０５が開いた状態で、ハウジングＨＳの外部の空気を補助入口部１１１から取入れ、可動部材５０５が閉じた状態で、空気の取入れを遮断する。
【００４８】
補助空気取入れ部ＩＮＴ２は、ハウジングＨＳの内部に形成され、可動部材５０５が開いた状態で補助入口部１１１と連通する補助導入通路１２１と、補助入口部１１１から取り入れられた空気を補助導入通路１２１よりも後方に配置されている駆動部ＤＲの圧縮機ＣＯＭに供給する出口部１３１とを備えている。補助入口部１１１は、図６に示すように、ハウジングＨＳの外周面において円周方向に所定の間隔で複数設けられている。
【００４９】
可動部材５０５を開いた場合、ヒートシンク１７０により生じる圧力損失により前方の入口部１１０からの空気の取入れは低減される。所定の閾値温度に比べて発電機ＧＥの温度が低温時には、補助空気取入れ部ＩＮＴ２の可動部材５０５を開き、補助入口部１１１に連通する補助導入通路１２１（バイパス通路）で空気を駆動部ＤＲに供給することにより、無駄な圧力損失を低減することが可能になる。
【００５０】
（空気取入れ部ＩＮＴの変形例）
図５Ｂは、空気取入れ部ＩＮＴにおける可動部材５０４の開閉と、補助空気取入れ部ＩＮＴ２における可動部材５０５の開閉を制御する制御装置１０７の制御ブロック図である。この制御ブロック図を用いた空気取入れ部（ＩＮＴ）の変形例を説明する。図３は、空気取入れ部ＩＮＴの変形例に関する断面構造を示す図である。図３に示す変形例では、補助空気取入れ部ＩＮＴ２よりも前方に配置されている空気取入れ部ＩＮＴは、温度検知部（例えば、発電機温度センサ５２０）で検知された発電機の温度ＧＥに応じて開閉可能な可動部材５０４を備えている。制御部５０１は、各センサの検知結果に基づいて、アクチュエータ５０２、５０３を駆動して、可動部材５０４、５０５の開閉を制御する。可動部材５０５を駆動するための駆動機構については、後に図４を参照して説明する。
【００５１】
空気取入れ部ＩＮＴの入口部１１０は、ハウジングＨＳの外周面に沿って、環状に形成されており、可動部材５０４は、ハウジングＨＳの外周面において円周方向に所定の間隔で複数設けられている。
【００５２】
空気取入れ部ＩＮＴの可動部材５０４は、図２で説明した補助空気取入れ部ＩＮＴ２の可動部材５０５と同様の可動部材であり、可動部材５０４の開閉は制御部５０１によって制御される。可動部材５０４は、入口部１１０の開口面内に配置され、可動部材５０４が開いた状態で、ハウジングＨＳの外部の空気を入口部１１０から取入れ、可動部材５０４が閉じた状態で、空気の取入れを遮断する。
【００５３】
（可動部材５０４、５０５を駆動するための駆動機構）
図４は、可動部材５０４、５０５を駆動するための駆動機構を例示的に説明する図である。図４（Ａ）は、駆動機構をｙｚ平面から見た駆動機構の正面図（断面図）である。駆動機構は、実際には曲率を有する円環状の断面に形成されているが、ここでは、説明を分かりやすくするため、曲率を無限大とした直線状の断面構造として図示している。図４（Ａ）の座標系は、横方向がハウジングＨＳの円周方向であり、縦方向はハウジングＨＳの径方向である。
【００５４】
図４（Ｂ）は、図４（Ａ）における径方向スライダー４０１と、スライダーガイド（周方向スライダーガイド４２０、径方向スライダーガイド４３０）とを模式的に示す図である。また、図４（Ｃ）は、駆動機構をｘｚ平面から見た駆動機構の側面図（断面図）である。図４（Ｃ）の座標系は、紙面に対して垂直方向がハウジングＨＳの円周方向であり、縦方向はハウジングＨＳの径方向に対応する。
【００５５】
図４（Ａ）に示すように、周方向スライダーガイド４２０は、ハウジングＨＳに対して接合部材４１８を介して機械的に接合されている。また、径方向スライダーガイド４３０は周方向スライダーガイド４２０上に形成されている。径方向スライダーガイド４３０には、径方向スライダー４０１が上下方向（ｚ方向）に摺動可能な開口部４３５が形成されている。
【００５６】
周方向スライダー４０２は、例えば、モータや油圧ピストン等で構成されるアクチュエータ５０２、５０３と接続されており、アクチュエータ５０２、５０３の駆動により、矢印４１０の方向に移動可能である。ここで、周方向スライダー４０２は、例えば、図４（Ｂ）に示すように、コの字状の断面形状を有する周方向スライダーガイド４２０により周方向の移動が案内されて移動する。制御部５０１の制御に基づいたアクチュエータ５０２、５０３の駆動により、駆動力が周方向スライダー４０２に伝達されると、周方向スライダー４０２は、周方向スライダーガイド４２０により案内されて矢印４１０の方向（周方向）に移動可能である。
【００５７】
周方向スライダー４０２には、楔状カム面４７０が形成されており、楔状カム面４７０と、径方向スライダー４０１の下面とが当接するように構成されている。アクチュエータ５０２、５０３の駆動により、周方向スライダー４０２が矢印４１０の方向（周方向）に移動すると、楔状カム面４７０と当接する径方向スライダー４０１の下面が楔状カム面４７０に沿って押し上げられ、径方向スライダー４０１は矢印４１５の方向に上昇する。
【００５８】
また、アクチュエータ５０２、５０３の逆方向の駆動により、周方向スライダー４０２が矢印４１０とは反対の方向（周方向）に移動すると、楔状カム面４７０と当接する径方向スライダー４０１の下面が楔状カム面４７０に沿って降下し、径方向スライダー４０１は降下する。
【００５９】
図４（Ｃ）に示すように、径方向スライダー４０１の先端部４６０は、開閉クランクアーム４５０と接続している。この開閉クランクアーム４５０は、ハウジングＨＳの内面側に保持されている支点４４０の回りに回転可能に支持されている。開閉クランクアーム４５０の先端には、図２、図３で説明した可動部材５０４（または可動部材５０５）が形成されている。径方向スライダー４０１が矢印４１５の方向に上昇すると、開閉クランクアーム４５０は支点４４０の回りに矢印４８０の方向に回転する。開閉クランクアーム４５０が回転すると、開閉クランクアーム４５０の先端に形成されている可動部材５０４（または可動部材５０５）も矢印４８０の方向に回転し、可動部材が開いた状態となる。
【００６０】
同様に、径方向スライダー４０１が降下すると、開閉クランクアーム４５０は支点４４０の回りに矢印４８０の逆方向に回転する。開閉クランクアーム４５０が矢印４８０の逆方向に回転すると、開閉クランクアーム４５０の先端に形成されている可動部材５０４（または可動部材５０５）も矢印４８０の逆方向に回転し、可動部材が閉じた状態となる。図４に示すような駆動機構によれば、制御部５０１がアクチュエータ５０２、５０３を制御することにより、可動部材５０４、５０５の開閉を制御することができる。
【００６１】
（通路切替制御）
図７は、制御部５０１が実行する通路切替制御の流れを説明する図である。図７の説明では、ハウジングＨＳの前方側及び後方側に可動部材５０４、５０５が配置されている図３の構成について説明しているが、ハウジングＨＳの後方側にのみ可動部材５０５が配置されている図２の構成においても同様である。
【００６２】
まず、ステップＳ１０において、発電機ＧＥの温度情報を取得する。制御部５０１は、温度検知部（外気温度センサ５１０、発電機温度センサ５２０、機速センサや高度センサ５３０）から温度情報を収集して、発電機ＧＥの温度情報を取得する。制御部５０１は、発電機温度センサ５２０の検知結果に基づいて発電機ＧＥの温度情報を取得することが可能であるが、この際、外気温度センサ５１０、機速センサや高度センサ５３０の検知結果を補助的に用いて、発電機ＧＥの温度情報を補正することができる。
【００６３】
ステップＳ２０において、制御部５０１は、発電機ＧＥの温度が閾値温度以上であるか判定する。発電機ＧＥの温度が閾値温度以上である場合（Ｓ２０−Ｙｅｓ）、制御部５０１は処理をステップＳ３０に進める。
【００６４】
ステップＳ３０において、制御部５０１は、ハウジングＨＳの長手方向の前方側に設けられた空気取入れ部ＩＮＴにおける可動部材５０４を開いた状態にするようにアクチュエータ５０２を制御する。また、制御部５０１は、ハウジングＨＳの長手方向の後方側に設けられた補助空気取入れ部ＩＮＴ２における可動部材５０５を閉じた状態にするようにアクチュエータ５０３を制御する。
【００６５】
これにより、空気取入れ部ＩＮＴの入口部１１０から空気が取入れら導入通路１２０に空気が流れる。導入通路１２０に空気が流れると、ヒートシンク１７０からの放熱によって発電機ＧＥは冷却され、発電機ＧＥを冷却することにより、発電機ＧＥから出力される電力の低減を抑制することができ、推進効率の向上を図ることが可能になる。
【００６６】
一方、ステップＳ２０の判定で、発電機ＧＥの温度が閾値温度未満である場合（Ｓ２０−Ｎｏ）、制御部５０１は処理をステップＳ４０に進める。
【００６７】
ステップＳ４０において、制御部５０１は、ハウジングＨＳの長手方向の前方側に設けられた空気取入れ部ＩＮＴにおける可動部材５０４を閉じた状態にするようにアクチュエータ５０２を制御する。また、制御部５０１は、ハウジングＨＳの長手方向の後方側に設けられた補助空気取入れ部ＩＮＴ２における可動部材５０５を開いた状態にするようにアクチュエータ５０３を制御する。
【００６８】
これにより、所定の閾値温度に比べて発電機ＧＥの温度が低温時には、ヒートシンク１７０を通過する導入通路１２０に空気が流れないように入口部１１０を遮断して、補助空気取入れ部ＩＮＴ２の可動部材５０５を開き、ヒートシンク１７０を通過しない補助導入通路１２１で空気を駆動部ＤＲに供給することにより、無駄な圧力損失を低減することが可能になる。
【００６９】
本ステップの処理を図２の構成にあてはめると、図２の構成では、可動部材５０４が配置されていないが、補助空気取入れ部ＩＮＴ２の可動部材５０５を開くことにより、ヒートシンク１７０により生じる圧力損失により前方の入口部１１０からの空気の取入れは低減され、圧縮機ＣＯＭの駆動により補助空気取入れ部ＩＮＴ２側から空気が取り入れられる。図２に示す構成においても、補助入口部１１１に連通する補助導入通路１２１で空気を駆動部ＤＲに供給することにより、無駄な圧力損失を低減することが可能になる。
【００７０】
［実施形態のまとめ］
構成１．上記実施形態の電源装置（例えば、図１Ａ，図１Ｂの１００）は、飛行体（例えば、図１Ａ，図１Ｂの１０）の電力負荷（例えば、モータ３０５、３０６）に電力を供給する発電機（例えば、図１ＢのＧＥ）と、前記発電機（ＧＥ）を駆動する駆動部（例えば、図１ＢのＤＲ（ガスタービンエンジン））と、前記駆動部（ＤＲ）に燃料を供給する貯留部（例えば、図１ＢのＴＮ；燃料タンク）と、外部の空気を取入れ前記駆動部（ＤＲ）に供給する空気取入れ部（例えば、図１ＢのＩＮＴ、ＩＮＴ２）と、を収容する中空の円筒状のハウジング（例えば、図１Ａ，図１ＢのＨＳ）が、前記飛行体の機体外部に連結部（例えば、図１Ａ，図１Ｂの分離機構ＳＰ）を介して連結可能な電源装置（１００）であって、
前記空気取入れ部（ＩＮＴ）は、
前記ハウジング（ＨＳ）の外周面に形成され、前記ハウジング（ＨＳ）の外部の空気を取入れる入口部（例えば、図２の１１０）と、
前記入口部（１１０）と連通し前記ハウジング（ＨＳ）の内部に形成された導入通路（例えば、図２の１２０）と、
前記入口部（１１０）から取入れられた前記空気を、前記導入通路（１２０）を介して前記駆動部（ＤＲ）に供給する出口部（例えば、図２の１３０）と、を備え、
前記発電機（ＧＥ）の外周部には、当該発電機（ＧＥ）の熱を放熱するヒートシンク（例えば、図２の１７０）が配置され、
前記ヒートシンク（１７０）は、前記入口部（１１０）から前記駆動部（ＤＲ）に向かって空気が流れる通路内に配置されている。
【００７１】
構成１の電源装置によれば、ヒートシンクの放熱によって発電機を冷却することにより、発電機から出力される電力の低減を抑制することができ、これにより飛行体の推進効率の向上を図ることが可能になる。
【００７２】
構成２．上記実施形態の電源装置（１００）では、前記ヒートシンクよりも後方の位置に配置され、外部の空気を取入れて前記駆動部に供給する補助空気取入れ部（ＩＮＴ２）を更に備え、前記補助空気取入れ部（ＩＮＴ２）は、
温度検知部（例えば、図５の５１０、５２０、５３０）で検知された前記発電機の温度に応じて開閉可能な可動部材（例えば、図３の５０５）と、
前記ハウジングの外周面に形成され、前記で前記ハウジングの外部の空気を取入れる補助入口部（例えば、図３の１１１）と、を有する。
【００７３】
構成３．上記実施形態の電源装置（１００）では、前記可動部材（５０５）は、前記補助入口部（１１１）の開口面内に配置され、前記可動部材（５０５）が開いた状態で、前記ハウジング（ＨＳ）の外部の空気を前記補助入口部（１１１）から取入れ、
前記可動部材（５０５）が閉じた状態で、前記空気の取入れを遮断する。
【００７４】
構成４．上記実施形態の電源装置（１００）では、前記補助空気取入れ部（ＩＮＴ２）は、
前記ハウジング（ＨＳ）の内部に形成され、前記可動部材（５０５）が開いた状態で前記補助入口部（１１１）と連通する補助導入通路（例えば、図３の１２１）と、
前記補助入口部（１１１）から取り入れられた空気を前記補助導入通路（１２１）よりも後方に配置されている前記駆動部（例えば、図１ＢのＤＲを構成する圧縮機ＣＯＭ）に供給する出口部（例えば、図３の１３１）と、を備える。
【００７５】
構成２乃至４の電源装置によれば、可動部材を開いた場合、ヒートシンクにより生じる圧力損失により前方の入口部からの空気の取入れは低減される。発電機の温度が低温時には、補助空気取入れ部の可動部材を開き、補助空気取入れ部からの補助導入通路（バイパス通路）で空気を駆動部ＤＲに供給することにより、無駄な圧力損失を低減することが可能になる。
【００７６】
構成５．上記実施形態の電源装置（１００）では、前記補助空気取入れ部（ＩＮＴ２）よりも前方に配置されている前記空気取入れ部（ＩＮＴ）は、
前記温度検知部（５１０、５２０、５３０）で検知された前記発電機の温度に応じて開閉可能な可動部材（例えば、図３の５０４）を備え、
前記可動部材（５０５）は、前記入口部（１１０）の開口面内に配置され、前記可動部材（５０５）が開いた状態で、前記ハウジングの外部の空気を前記入口部（１１０）から取入れ、前記可動部材（５０５）が閉じた状態で、前記空気の取入れを遮断する。
【００７７】
構成５の電源装置によれば、ヒートシンクの放熱によって発電機を冷却することにより、発電機から出力される電力の低減を抑制することができ、推進効率の向上を図ることが可能になる。
【００７８】
構成６．上記実施形態の電源装置（１００）では、前記可動部材を開閉させる駆動機構（例えば、図４の４０１、４０２、４２０、４３０等、図５のアクチュエータ５０２、５０３）と、前記温度検知部の検知結果に基づいて、前記駆動機構を制御する制御部（例えば、図５の５０１）と、を更に備える。
【００７９】
構成７．上記実施形態の電源装置（１００）では、前記制御部（５０１）は、前記温度検知部（５１０、５２０、５３０）で検知された前記発電機（ＧＥ）の温度が閾値温度よりも低い場合、前記補助空気取入れ部（ＩＮＴ２）に設けられた前記可動部材（５０５）を開いた状態にするように前記駆動機構を制御し、
前記発電機（ＧＥ）の温度が閾値温度以上の場合に、前記補助空気取入れ部（ＩＮＴ２）に設けられた前記可動部材（５０５）を閉じた状態にするように前記駆動機構を制御する。
【００８０】
構成８．上記実施形態の電源装置（１００）では、前記制御部（５０１）は、前記温度検知部（５１０、５２０、５３０）で検知された前記発電機（ＧＥ）の温度が閾値温度よりも低い場合、前記空気取入れ部（ＩＮＴ）に設けられた前記可動部材（５０４）を閉じた状態にするように前記駆動機構を制御し、
前記発電機（ＧＥ）の温度が閾値温度以上の場合に、前記空気取入れ部（ＩＮＴ）に設けられた前記可動部材（５０４）を開いた状態にするように前記駆動機構を制御する。
【００８１】
構成６乃至構成８の電源装置によれば、発電機の温度が基準となる閾値温度より低い場合には、補助空気取入れ部の可動部材を開き、補助空気取入れ部からの補助導入通路で空気を駆動部ＤＲの圧縮機に供給することにより、無駄な圧力損失を低減することが可能になり、発電機の温度が閾値温度以上となる場合は、補助空気取入れ部の可動部材を閉じ、ヒートシンク１７０を通過する導入通路１２０を介して空気を駆動部ＤＲの圧縮機に供給することにより、ヒートシンクの放熱によって発電機を冷却することができる。これにより、発電機から出力される電力の低減を抑制することができ、推進効率の向上を図ることが可能になる。
【００８２】
構成９．上記実施形態の飛行体は、電力に基づいて推進力を発生させる推進装置（例えば、図１Ｂの３００）を有する飛行体（例えば、図１Ａ，図１Ｂの１０）であって、構成１乃至構成８のいずれか一つの構成に記載の電源装置（例えば、図１Ａ，図１Ｂの１００）を前記飛行体（１０）における機体（例えば、図１Ａ，図１Ｂの２００）の外部に備え、前記電源装置（１００）は、生成した電力を前記推進装置（例えば、図１Ｂの３００）に供給する。
【００８３】
構成９の飛行体によれば、ヒートシンクの放熱によって発電機を冷却することにより、発電機から出力される電力の低減を抑制することができ、推進効率の向上を図ることが可能な飛行体を提供することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１００：電源装置、１１０：入口部、１１２：入口部の一端、１１４：入口部の他端１１４、１２０：導入通路、１２１：補助導入通路、１３０：出口部、１４０：内筒壁、１５０：外筒壁、１６０：ストラット、２００：機体、３００：推進装置、ＩＮＴ：空気取入れ部、ＩＮＴ２：空気取入れ部（補助空気取入れ部）、ＴＮ：貯留部（燃料タンク）、ＧＥ：発電機、ＣＯＭ：圧縮機、ＢＳＴ：燃焼器、ＴＢ：タービン、ＳＰ：分離機構、ＤＲ：駆動部（圧縮機、燃焼器、タービン）、ＰＧ：電力発生部（発電機、圧縮機、燃焼器、タービン）
【図１Ａ】
2020083063.tif 000003
【図１Ｂ】
2020083063.tif 000004
【図１Ｃ】
2020083063.tif 000005
【図２】
2020083063.tif 000006
【図３】
2020083063.tif 000007
【図４】
2020083063.tif 000008
【図５Ａ】
2020083063.tif 000009
【図５Ｂ】
2020083063.tif 000010
【図６】
2020083063.tif 000011
【図７】
2020083063.tif 000012