(57)【要約】【課題】電気的な手段のみで重量やコストに与える影響を抑制するとともに、プロペラトルクおよび回転数と対気速度の関係に２値性を有する場合でも正確に検出可能であり、検出精度や応答性を向上した電動推進系制御装置を提供すること。【解決手段】推進用プロペラ１０１を回転駆動する電動推進系制御装置１００であって、あらかじめ記憶されている対気速度およびプロペラ特性に関するデータ群と異なる駆動条件下で検出される複数のトルクおよび回転数の推定値とから対気速度を推定するように構成されていること。【選択図】図１
2014172435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
推進用プロペラを回転駆動する電動駆動モータと、前記電動駆動モータの電流を検出する電流検出手段と、前記電動駆動モータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記電動駆動モータを制御する駆動制御手段とを有する電動推進系制御装置であって、
前記駆動制御手段が、前記電流検出手段で検出した電流から電動駆動モータのトルクを推定する駆動力演算部と、対気速度を推定する状況演算部と、電動駆動モータのトルクあるいは回転数のいずれか一方または両方を変化させる推力制御部とを有し、
前記状況演算部が、あらかじめ記憶されている対気速度およびプロペラ特性に関するデータ群と異なる駆動条件下で検出される複数のトルクおよび回転数の推定値とから対気速度を推定するように構成されていることを特徴とする電動推進系制御装置。
【請求項２】
前記状況演算部が、大気密度および対気速度を推定するように構成され、あらかじめ記憶されている大気密度、対気速度およびプロペラ特性に関するデータ群と異なる駆動条件下での複数のトルクおよび回転数の推定値とから大気密度および対気速度を推定するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動推進系制御装置。
【請求項３】
前記状況演算部が、前記推力制御部に電動駆動モータのトルクあるいは回転数のいずれか一方または両方を短時間変化させる検出制御機能を有し、前記検出制御機能により変化した異なる駆動条件下で検出される複数のトルクおよび回転数の推定値を用いるように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動推進系制御装置。
【請求項４】
前記プロペラが、可変ピッチ機構によってピッチ角を能動的に変更可能に構成され、
前記推力制御部が、前記電動駆動モータおよび前記可変ピッチ機構の両方をそれぞれ独立して制御可能に構成され、
前記状況演算部が、前記推力制御部に電動駆動モータのトルク、回転数およびピッチ角の少なくとも1つを短時間変化させる検出制御機能を有し、前記検出制御機能により変化した異なる駆動条件下で検出される複数のトルクおよび回転数の推定値を用いるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の電動推進系制御装置。
【請求項５】
前記推力制御部が、前記推定された大気密度および対気速度に応じて、プロペラの効率を最大化するように前記電動駆動モータの回転数あるいは前記可変ピッチ機構によりピッチ角のいずれか一方または両方を変化させる効率最大化機能を有することを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の電動推進系制御装置。
【請求項６】
前記推力制御部が、前記推定された大気密度および対気速度に応じて、対気速度を維持するように前記電動駆動モータあるいは前記可変ピッチ機構のいずれか一方または両方を変化させる速度維持機能を有することを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の電動推進系制御装置。
【請求項７】
前記推力制御部が、前記推定された大気密度に応じて、効率最大化機能と速度維持機能を切り替え可能に構成されていることを特徴とする請求項６に記載の電動推進系制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、推進用プロペラを回転駆動する電動駆動モータと、電動駆動モータの電流を検出する電流検出手段と、電動駆動モータの回転数を検出する回転数検出手段と、電動駆動モータを制御する駆動制御手段とを有する電動推進系制御装置に関し、特に航空機の推進用プロペラの駆動制御に好適な電動推進系制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機を安全に効率よく飛行させる上で、飛行中の対気速度および大気密度はモニタすべき重要な項目である。
航空機において対気速度の検出は一般に、ピトー管に配管で接続された圧力計を用いて、対気速度の２乗に比例する動圧を検出する形で行われる。
この手法ではピトー管先端で生じた動圧の変動が配管を伝播して圧力計に到達し対気速度の変化として検出されるまで最大数秒程度の遅れが生じる可能性があり、対気速度が時間的に変化するケースへの適用には問題があった。
航空機においては推進系の効率を保ち、機体の姿勢、高度を安定させるために、対気速度にあわせて回転数やプロペラピッチ角等の推進系の運転状態を調整する必要がある。
しかしながら、離陸滑走時や突風発生時など対気速度が時間的に変化する場合には、上記ピトー管を用いる対気速度検出手段では、対気速度の検出および運転状態の調整が対気速度の変化に対し追従できず、効率の低下に伴って滑走距離が増大したり大きく高度を失うなどの問題点があった。
また、熱線流速計など応答性の高い対気速度検出手段も存在するが、その航空機への搭載にはコスト、重量などでデメリットが避けられない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６９８６６８８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これに対し、船舶を対象とするもので、推進用プロペラを駆動するモータ電流から推定したトルクと回転数、流体速度のデータ群を用いて流体速度を低コストかつ重量ペナルティなく検出する手法が公知である（特許文献１参照）。
この公知の手法では、ピトー管等の応答の遅い手段を用いることなく電気的な手段を付加するのみで検出が高速となる一方、航空機推進用プロペラにおいては高度の変化に伴い大気密度も変化するため、別途に大気密度検出手段を設ける必要があった。
また、航空機推進用プロペラにおいてはプロペラトルクおよび回転数と対気速度の関係に２値性があるため、単一の回転数とトルクの組み合わせだけでは正確な検出ができないという問題点があった。
【０００５】
図２は公知のピトー管を使用した電動推進系制御装置５００のブロック線図で、推進用プロペラ５０１により航空機が推進されるものであり、推進用プロペラ５０１は電源５０４から供給される電力を用い、駆動制御手段５０３により制御される電動駆動モータ５０２により駆動される。
対気速度Ｕはピトー管５０９、圧力配管、圧力計５１０で構成された対気速度検出手段によって検出されるが、動圧がピトー管５０９から圧力配管を伝達して圧力計５１０に達し、対気速度Ｕの変動が検出されるまで長い場合には数秒程度を要するとともに、大気密度を検出するために別途の大気密度検出手段５１１が必要であった。
【０００６】
特許文献１に記載の公知の手法でも、航空機においては大気密度検出手段が必要であるとともに、航空機用の推進用プロペラに適用した場合には、図３に示すように、航空機用の推進用プロペラの特性として、トルクτと回転数Ｎの組み合わせと対気速度Ｕの関係はトルクτが対気速度Ｕに対し２値性を有するものであり、単一のトルクτ、回転数Ｎの値を検出するだけでは対気速度Ｕの検出はできなかった。
例えば、図３に示す特性を有する推進用プロペラでは、回転数Ｎ＝Ｎ３ｒｐｍ、トルクτ＝τａＮｍの値を検出しても、対気速度ＵはＵａ１ｍ／ｓあるいはＵａ２ｍ／ｓの２値が推定され、いずれかを特定することができない。
【０００７】
そこで、本発明者は、電動駆動モータの応答性の高さを応用し異なる駆動条件下での複数のトルクおよび回転数を検出することで、２値性の問題を解決し、また、大気密度検出を検出可能とするという、従来にない全く新規な発想に至った。
すなわち、本発明は、電気的な手段のみで重量やコストに与える影響を抑制するとともに、プロペラトルクおよび回転数と対気速度の関係に２値性を有する場合でも正確に検出可能であり、検出精度や応答性を向上した電動推進系制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
図１は本発明に係る電動推進系制御装置１００のブロック線図で、前述の従来例と同様に推進用プロペラ１０１により航空機が推進されるものであり、推進用プロペラ１０１は電源１０４から供給される電力を用い、駆動制御手段１０３により制御される電動駆動モータ１０２により駆動される。
本発明では、電圧および電流を電流検出手段１０５および電圧検出手段１０６で検出して、トルクτおよび回転数Ｎの値を短時間で検出可能であることを利用し、異なる駆動条件下での複数のトルクτおよび回転数Ｎの値を極めて短時間で得ることにより、２値性を有する特性のいずれの値かを正確に推定し、ピトー管等を利用することなく電気的な手段のみで対気速度Ｕを正確に推定するものである。
加えて、複数のトルクτおよび回転数Ｎの値を元に、電気的な手段のみで大気密度を正確に推定するものである。
なお、回転数Ｎについては、光学センサや磁気センサ等を使用した小型で軽量な種々の検出手段が公知であるため、電圧検出手段によらず別途の回転数検出手段を用いて検出してもよい。
【０００９】
すなわち、本請求項１に係る発明は、推進用プロペラを回転駆動する電動駆動モータと、前記電動駆動モータの電流を検出する電流検出手段と、前記電動駆動モータの回転数検出する回転数検出手段と、前記電動駆動モータを制御する駆動制御手段とを有する電動推進系制御装置であって、前記駆動制御手段が、前記電流検出手段検出した電流から電動駆動モータのトルクを推定する駆動力演算部と、対気速度を推定する状況演算部と、電動駆動モータのトルクあるいは回転数のいずれか一方または両方を変化させる推力制御部とを有し、前記状況演算部が、あらかじめ記憶されている対気速度およびプロペラ特性に関するデータ群と異なる駆動条件下で検出される複数のトルクおよび回転数の推定値とから対気速度を推定するように構成されていることにより、前記課題を解決するものである。
【００１０】
本請求項２に係る発明は、請求項１に係る電動推進系制御装置の構成に加え、前記状況演算部が、大気密度および対気速度を推定するように構成され、あらかじめ記憶されている大気密度、対気速度およびプロペラ特性に関するデータ群と異なる駆動条件下での複数のトルクおよび回転数の推定値とから大気密度および対気速度を推定するように構成されていることにより、前記課題を解決するものである。
本請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に係る電動推進系制御装置の構成に加え、前記状況演算部が、前記推力制御部に電動駆動モータのトルクあるいは回転数のいずれか一方または両方を短時間変化させる検出制御機能を有し、前記検出制御機能により変化した異なる駆動条件下で検出される複数のトルクおよび回転数の推定値を用いるように構成されていることにより、前記課題を解決するものである。
本請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３に係る電動推進系制御装置の構成に加え、前記プロペラが、可変ピッチ機構によってピッチ角を能動的に変更可能に構成され、前記推力制御部が、前記電動駆動モータおよび前記可変ピッチ機構の両方をそれぞれ独立して制御可能に構成され、前記状況演算部が、前記推力制御部に電動駆動モータのトルク、回転数およびピッチ角の少なくとも１つを短時間変化させる検出制御機能を有し、前記検出制御機能により変化した異なる駆動条件下で検出される複数のトルクおよび回転数の推定値を用いるように構成されていることにより、前記課題を解決するものである。
【００１１】
本請求項５に係る発明は、請求項２乃至請求項４のいずれかに係る電動推進系制御装置の構成に加え、前記推力制御部が、前記推定された大気密度および対気速度に応じて、プロペラの効率を最大化するように前記電動駆動モータあるいは前記可変ピッチ機構のいずれか一方または両方を変化させる効率最大化機能を有することにより、前記課題を解決するものである。
本請求項６に係る発明は、請求項２乃至請求項５のいずれかに係る回転体の電動推進系制御装置の構成に加え、前記推力制御部が、前記推定された大気密度および対気速度に応じて、対気速度を維持するように前記電動駆動モータあるいは前記可変ピッチ機構のいずれか一方または両方を変化させる速度維持機能を有することにより、前記課題を解決するものである。
本請求項７に係る発明は、請求項６に係る電動推進系制御装置の構成に加え、前記推力制御部が、前記推定された大気密度に応じて、効率最大化機能と速度維持機能を切り替え可能に構成されていることにより、前記課題を解決するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本請求項１に係る電動推進系制御装置によれば、状況演算部が、あらかじめ記憶されている対気速度およびプロペラ特性に関するデータ群と異なる駆動条件下で検出される複数のトルクおよび回転数の推定値とから対気速度を推定するように構成されていることによって、対気速度の検出を電気的な手段のみで行うことができ、重量やコストに与える影響を抑制するとともに、検出精度や応答性が向上する。
特に航空機において離陸滑走時や突風発生時など対気速度が時間的に変化する場合でも、対気速度の検出および運転状態の調整を対気速度の変化に対して迅速かつ正確に追従可能となり、推進系の効率を保ち、機体の姿勢、高度を安定させるために、回転数やプロペラのピッチ角等の推進系の運転状態を高い応答性で最適に調整でき、滑走距離の増大や大きく高度を失うことが防止されて安全性が向上する。
【００１３】
本請求項２に記載の構成によれば、状況演算部が大気密度および対気速度を推定するように構成されていることにより、大気密度によりプロペラ特性が変化する場合であっても、対気速度を正確に検出することが可能となる。
また、高度によって最適な運転状態が異なる場合であっても、大気密度を検出することで高度が推定でき、回転数やプロペラのピッチ角等の推進系の運転状態を高い応答性で最適に調整することが可能となる。
本請求項３に記載の構成によれば、状況演算部が推力制御部に電動駆動モータのトルクあるいは回転数のいずれか一方または両方を短時間変化させる検出制御機能を有することにより、検出制御機能を任意のタイミングで間欠的に動作させてトルクおよび回転数の組み合わせを検出し、運転状態に応じて、回転数変化による機体運動への影響を抑制しつつ対気速度および大気密度を検出することが可能となる。
本請求項４に記載の構成によれば、推力制御部が電動駆動モータおよび可変ピッチ機構の両方をそれぞれ独立して制御可能に構成されていることにより、推進系の運転状態を高い応答性でさらに最適に調整することが可能となる。
【００１４】
本請求項５に記載の構成によれば、推力制御部が、推定された大気密度および対気速度に応じて、プロペラの効率を最大化するように電動駆動モータあるいは可変ピッチ機構のいずれか一方または両方を変化させる効率最大化機能を有することにより、航空機の離陸滑走時に突風等により予期せぬ対気速度の変化が発生しても、効率の低下を防止し、滑走距離の増大が抑制され、オーバーランの危険性が減少して安全性が向上する。
本請求項６に記載の構成によれば、推力制御部が、推定された大気密度および対気速度に応じて、対気速度を維持するように電動駆動モータあるいは可変ピッチ機構のいずれか一方または両方を変化させる速度維持機能を有することにより、航空機の飛行時に突風等により予期せぬ対気速度の変化が発生しても、高度を失うことが抑制されて安全性が向上する。
本請求項７に記載の構成によれば、推力制御部が、推定された大気密度に応じて、効率最大化機能と速度維持機能を切り替え可能に構成されていることにより、航空機の高度に応じた最適な制御が可能となり、さらに安全性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る電動推進系制御装置のブロック線図。
【図２】公知のピトー管を使用した電動推進系制御装置のブロック線図。
【図３】航空機用の推進用プロペラの特性グラフ。
【図４】対気速度Ｕ、推進用プロペラ１０１のトルクτ、回転数Ｎ、大気密度ρに関するデータ群のグラフ。
【図５】プロペラの進行率Ｊ、プロペラパワー係数ＣＰ、回転数Ｎに関するデータ群のグラフ。
【図６】本発明の１実施形態の対気速度Ｕ、大気密度ρの検出シーケンス図。
【図７】大気密度ρの検出の説明図。
【図８】本発明の１実施形態の固定ピッチプロペラを採用し速度維持機能を有する電動推進系制御装置のブロック線図。
【図９】本発明の１実施形態の可変ピッチプロペラを採用し速度維持機能を有する電動推進系制御装置のブロック線図。
【図１０】従来のピトー管を使用し速度維持機能を有する電動推進系制御装置のブロック線図。
【図１１】従来のピトー管を使用し速度維持機能を有する内燃機関推進系制御装置のブロック線図。
【図１２】プロペラ推力Ｔ、対気速度Ｕ、回転数Ｎ、大気密度ρ、プロペラの進行率Ｊに関するデータ群のグラフ。
【図１３】追風突風発生時における４人乗り小型航空機の対気速度Ｕの時間変化の比較グラフ。
【図１４】追風突風発生時における４人乗り小型航空機の高度Ｈの時間変化の比較グラフ。
【図１５】本発明の１実施形態の可変ピッチプロペラを採用し効率最大化機能を有する電動推進系制御装置のブロック線図。
【図１６】従来のピトー管を使用し効率最大化機能を有する電動推進系制御装置のブロック線図。
【図１７】本発明の１実施形態の推進系制御シーケンス図。
【図１８】推進系効率η、進行率Ｊ、プロペラパワー係数ＣＰのデータ群のグラフ。
【図１９】プロペラ推力Ｔの時間変化の比較グラフ。
【図２０】離陸滑走距離Ｌの比較グラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の電動推進系制御装置は、推進用プロペラを回転駆動する電動駆動モータと、電動駆動モータの電流を検出する電流検出手段と、電動駆動モータの回転数を検出する回転数検出手段と、電動駆動モータを制御する駆動制御手段とを有する電動推進系制御装置であって、駆動制御手段が、電流検出手段で検出した電流から電動駆動モータのトルクを推定する駆動力演算部と、対気速度を推定する状況演算部と、電動駆動モータのトルクあるいは回転数のいずれか一方または両方を変化させる推力制御部とを有し、状況演算部が、あらかじめ記憶されている対気速度およびプロペラ特性に関するデータ群と異なる駆動条件下で検出される複数のトルクおよび回転数の推定値とから対気速度を推定するように構成されるものであり、電気的な手段のみで重量やコストに与える影響を抑制するとともに、プロペラトルクおよび回転数と対気速度の関係に２値性を有する場合でも正確に検出可能であり、検出精度や応答性を向上するものであれば、その具体的な実施態様はいかなるものであっても良い。
本発明の電動推進系制御装置は、航空機に適用するのが好適であるが、船舶、あるいは、陸上の風力推進移動体に適用されてもよい。
また、推進用プロペラが風力発電機等の風車であり、電気駆動モータが常時は発電機として用いられるものに適用されてもよい。
【実施例１】
【００１７】
本発明に係る電動推進系制御装置１００について、図１に基づいて、さらに詳しく説明する。
駆動制御手段１０３は、図４、５に示すような対気速度Ｕ、推進用プロペラ１０１のトルクτ、回転数Ｎ、大気密度ρに関するデータ群を備え、電流検出手段１０５から得た電動駆動モータ１０２への供給電流Ｉから電動駆動モータ１０２の発生するトルクτを推定する機能および電圧検出手段１０６から得た電動駆動モータ１０２への印加電圧Ｅから回転数Ｎを推定する機能（回転数検出手段）を備えている。
駆動制御手段１０３は電流検出手段１０５、電圧検出手段１０６からそれぞれ逐次得られる供給電流Ｉ、印加電圧Ｅからトルクτ、回転数Ｎを推定し、以下に説明するシーケンスにより対気速度Ｕ、大気密度ρを検出することができる。
【００１８】
対気速度Ｕ、大気密度ρの検出シーケンスは、図６に示すように、航空機が（Ｕ０、ρ０、Ｎ０、τ０）で飛行している時、駆動制御手段１０３はまずＮ０、τ０をＥ０、Ｉ０から推定する。
通常プロペラの推力Ｔは航空機の飛行状態によって決まり、対気速度Ｕ、大気密度ρの検出のために回転数Ｎを自由に変更することはできないため、機体の加減速応答に対し十分小さい時間幅で推力Ｔの平均値を保つよう回転数Ｎを微小（ΔＮ）に変化させ、各回転数Ｎにおけるトルクτを供給電流Ｉ及びプロペラ慣性から推定する。
【００１９】
回転数をＮ０に戻した後、トルクτをτ０で除した値から、図７に示すように、∂（τ／τ０）／∂Ｎ２を算出する。
この時、図４に示すように一般に∂τ／∂Ｎ２は対気速度Ｕ、大気密度ρ両方の関数だが、∂（τ／τ０）／∂Ｎ２は対気速度Ｕのみの関数であるため、∂（τ／τ０）／∂Ｎ２を用いることで別途の大気密度検出手段がなくてもＵ０を算出できる。
算出したＵ０からプロペラの進行率Ｊ０を下記式（１）の関係を用いて算出し、Ｊ０と図５の関係からＣＰを算出する。
【００２０】
【数１】
2014172435.tif 000003
（Ｄｐ：プロペラ直径）
得られたＣＰ（Ｊ０）から下記式（２）の関係を用いてρ０を算出する。
【数２】
2014172435.tif 000004
この結果、従来の手法では検出できなかった対気速度Ｕ、大気密度ρが検出でき、電動化された推進系のパラメータから対気速度Ｕ、大気密度ρを検出するため、従来手法に対して高い応答と検出精度を重量やコストのペナルティなく両立できる。
【実施例２】
【００２１】
本発明の別の実施形態である、速度維持機能を有する電動推進系制御装置について説明する。
図８は、推進用プロペラとして固定ピッチプロペラ１２１を採用したもの、図９は、推進用プロペラとして可変ピッチプロペラ１３１を採用したものを示す。
固定ピッチプロペラ１２１または可変ピッチプロペラ１３１は駆動制御手段１０３により制御される電動駆動モータ１０２により駆動される。
また、比較のために、図１０に、従来のピトー管５０９、圧力配管、圧力計５１０等で構成された対気速度検出手段を用いたもの、図１１に、推進用プロペラ５０１の駆動を従来の燃料タンク５１４から供給される燃料を用い、エンジン制御手段５１３によって制御される内燃機関５１２によって行うものを示す。
【００２２】
いずれの実施形態および参考例も、駆動制御手段１０３、５０３、エンジン制御手段５１３は前述の手法で対気速度Ｕ、大気密度ρを検出する機能を備え、プロペラ推力Ｔ、対気速度Ｕ、回転数Ｎ、大気密度ρの関係について図１２に示すようなデータ群を備えるとともに、検出した対気速度Ｕが対気速度指示部１０７、５０７から入力された対気速度指示値Ｕｒｅｆより小さい場合には、データ群を用い下記の数（３）に従って、プロペラ推力Ｔを増加し、大きい場合にはプロペラ推力Ｔを減少させる機能を備えている。
【数３】
2014172435.tif 000005
【００２３】
飛行中の航空機に追風突風が作用した場合、対気速度Ｕは減少し機体は降下を始める。
この時、対気速度Ｕを回復させないと失速あるいはそのまま墜落する可能性があるため、突風の検出と対気速度Ｕの回復を迅速に行う必要がある。
図１０、図１１に示す従来のピトー管５０９を有するものでは、動圧がピトー管５０９から圧力配管を伝達して圧力計５１０に達し、対気速度Ｕの変動が検出されるまで長い場合には数秒程度を要することがある。
一方、図８、図９に示す本発明の実施形態では、配管を使用せず推進系パラメータから対気速度Ｕの変動を検出するため、要する時間は非常に短く、突風の発生をごく短時間で検出できる。
【００２４】
図１３に追風突風発生時における４人乗り小型航空機の対気速度Ｕの時間変化を、図１４に高度Ｈの時間変化をそれぞれ示す。
図１０に示すものでは、上述のように対気速度Ｕの検出とプロペラ推力Ｔ増加の開始が遅れるため、対気速度Ｕの回復が遅れ高度Ｈも図１１に示す従来技術と同程度に落ちてしまう。
一方、図８、図９に示す本発明の実施形態では、図１０、図１１に示す従来技術により突風の検出および対気速度Ｕの回復を行った場合と比較して、対気速度Ｕの回復が早く高度Ｈの低下も半分以下に抑えられており、速度検出と推力制御の双方を高速で行うことで対気速度Ｕの回復および高度Ｈの損失抑制に格別の効果を発揮している。
【実施例３】
【００２５】
本発明のさらに別の実施形態である、効率最大化機能を有する電動推進系制御装置について説明する。
図１５は、前述の図９に示すものと同様に、推進用プロペラとして可変ピッチプロペラ１３１を採用したものを示す。
可変ピッチプロペラ１３１は駆動制御手段１０３により制御される電動駆動モータ１０２により駆動される。
また、比較のために、図１６に、従来のピトー管５０９、圧力配管、圧力計５１０等で構成された対気速度検出手段を用いたものを示す。
【００２６】
駆動制御手段１０３における推進系制御シーケンスを図１７に示す。
推進系の初期状態（Ｕ、ρ、Ｐ、Ｎ、β）を（Ｕ０、ρ０、Ｐ０、Ｎ０、β０）とすると、駆動制御手段１０３は前述の手法によりＵ０、Ｊ０、ＣＰ０、ρ０を検出する。
その後、図１８に示した推進系効率η、進行率Ｊおよびプロペラパワー係数ＣＰの関係から、出力指示部１０８、５０８から受けた出力指示値ＰｒｅｆおよびＵ０において、ηを最大化するＪ１および、新たな回転数Ｎの目標値Ｎ１（＝Ｕ０／（Ｊ１Ｄｐ））を算出する。
駆動制御手段１０３は対気速度Ｕの変化が無視できる微小時間の間、回転数ＮをＮ１に保ち、その際の電流Ｉ０．５から推定したトルクτ０．５からＮ１における軸出力とＰｒｅｆの差ΔＰを算出する。下記の数（５）あるいは数表を用いて（Ｕ０、ρ０、Ｐｒｅｆ、Ｎ１、β１）を満たすβ１と現在のピッチ角β０との差Δβを算出し、可変ピッチプロペラ１３１のピッチ角をΔβ増加させる。その後機体の運動により対気速度Ｕ、大気密度ρが変化した後に上記シーケンスを再度行うことで常に推進系効率を最大化できる。
【数４】
2014172435.tif 000006
【数５】
2014172435.tif 000007
【００２７】
本実施形態と、図１６に示すピトー管５０９による検出手法を用いた場合および従来の定速プロペラを適用した場合とで、機体（４人乗小型機）が離陸滑走を行うことを想定して比較する。
図１９、２０に示すように対気速度検出にのみ従来のピトー管５０９を用いた場合には、時間と共に増加する対気速度Ｕの検出が遅れてしまうことにより回転数Ｎ、ピッチ角βの調整が間に合わず、推力増加や離陸滑走距離Ｌの低減量も限定的なものにとどまってしまう。
しかしながら、本実施形態によれば、従来の定速プロペラ適用時と比較して滑走中の推力は最大２０％増加し、離陸滑走距離Ｌも１割程度減少しており、速度検出と推力制御の双方を高速で行うことで離陸性能の改善に格別の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上のように、本発明によれば電気的な手段のみで重量やコストに与える影響を抑制するとともに、プロペラトルクおよび回転数と対気速度の関係に２値性を有する場合でも正確に検出可能であり、検出精度や応答性を向上することができる。
特に航空機において滑走距離の増大や大きく高度を失うことが防止されて安全性が向上する。
さらに、本発明の電動推進系制御装置は、船舶、あるいは、陸上の風力推進移動体に適用されてもよく、また、推進用プロペラが風車や水車であり電気駆動モータが常時は風力や水力による発電機として用いられるものに適用されてもよい。
【符号の説明】
【００２９】
１００、５００  ・・・電動推進系制御装置
１０１、５０１  ・・・推進用プロペラ
１２１          ・・・固定ピッチプロペラ
１３１          ・・・可変ピッチプロペラ
１０２、５０２  ・・・電動駆動モータ
１０３、５０３  ・・・駆動制御手段
１０４、５０４  ・・・電源
１０５          ・・・電流検出手段
１０６          ・・・電圧検出手段
１０７、５０７  ・・・対気速度指示部
１０８、５０８  ・・・出力指示部
５０９  ・・・ピトー管
５１０  ・・・圧力計
５１１  ・・・大気密度検出手段
５１２  ・・・内燃機関
５１３  ・・・エンジン制御手段
５１４  ・・・燃料タンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１９】
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【図２０】
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【図１８】
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