(57)【要約】  機体の電力管理装置は、電源設備、プロペラ駆動ユニット、及びバッテリを、バスを介して相互接続している。コントローラは、電源設備及びプロペラ駆動ユニットの動作を指示する。低速制御モードにおいては、プロペラ駆動ユニットは小さなスロットル変化の要求に対してゆっくりと反応する。低速制御モードにおいては、プロペラ駆動ユニットは、電力を電源設備から完全に又は実質的に取り出す。ある閾値量よりも大きなプロペラ駆動ユニット速度を迅速に変えるスロットル要求がなされると、コントローラは、電源設備で発電された電力を超える電力をバッテリから取り出すことによって、プロペラ駆動ユニットが要求されている速度を迅速に得ることを指示する。これに続いて、コントローラは、電源設備が電力の発生を増してプロペラ駆動ユニットを新しい速度に維持して、バッテリを再充電又はフロート状態にするように指示する。
2013505172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機体のための電力管理装置であって、
発電をして、電圧を電力バスに供給するようにされた電源設備と、
前記電力バスに接続されており、前記電源設備によって発電されて前記電源設備から前記電力バスを介して供給される電流によって充電されるようにされたバッテリと、
前記電力バスに接続されており、前記電源設備から前記電力バスを介して電力を取り出して前記機体を動かすプロペラ駆動ユニットと、
前記プロペラ駆動ユニットを異なる形態で制御する複数の別個の動作モードで、当該電力管理装置に指示をするコントローラと、を備えており、
第一の動作モードが低速スロットルモードであり、第二の動作モードが高速スロットルモードであり、
前記低速スロットルモードにおいては、電力の流れは、実質的に前記電源設備から前記プロペラ駆動ユニット及びバッテリへのみであり、
前記高速スロットルモードにおいては、電力の流れは、前記バッテリ及び前記電源設備から前記プロペラ駆動ユニットへとなり、要求されているプロペラ駆動ユニットの速度の増加が初期には実質的に全て前記バッテリで駆動され、その結果、該高速スロットルモードにおいては、前記プロペラ駆動ユニットの速度が、前記電源設備によって発生されている現在の電力レベルによって制限されないようになされている、ことを特徴とする電力管理装置。
【請求項２】
前記低速スロットルモードにおいては、前記電力バスの電圧レベルが前記電源設備によって維持され、前記電力バスの電圧は、電力の流れが前記電源設備と前記プロペラ駆動ユニットとから前記バッテリへ流れるのに十分な大きさとなっており、前記プロペラ駆動ユニットのモーターによって回転されるプロペラが、主として前記電源設備によって発電される電力によって駆動される一方で、前記バッテリがトリクル充電状態に維持されるようになされている、ことを特徴とする請求項１に記載の電力管理装置。
【請求項３】
前記高速スロットルモードにおいては、前記コントローラは、（１）前記プロペラ駆動ユニットにプロペラ速度を急速に増大させるように指示して、前記プロペラ駆動ユニットが前記電源設備によって現在供給されている電力より大きい電力を前記電力バスを介して取り出し、プロペラ速度を急速に増大させるのに必要な追加の電力を前記バッテリから取り出すようにされ、（２）前記電源設備にプロペラの要求されている速度に見合うだけのより多くの電力を発生するように指示して、該電源設備が次第により多くの電力を発生し、前記電力バスの電圧が前記電源設備によって決まる状態に戻って、電力の流れが再度前記電源設備から前記プロペラ駆動ユニット及びバッテリへとなる、ことを特徴とする請求項２に記載の電力管理装置。
【請求項４】
前記プロペラ駆動ユニットが、プロペラを備え、前記電力バスを介して前記電源設備と前記バッテリとから取り出された電力を使用して前記プロペラを回転させるようにされており、前記プロペラ駆動ユニットが、再生動作モードで前記プロペラを風車回転させることによって前記電力バスを介して前記バッテリに電力を供給するようになっている、ことを特徴とする請求項１に記載の電力管理装置。
【請求項５】
前記電源設備が、液体水素を燃料として使用するようにされた内燃モーターを備えている、ことを特徴とする請求項１に記載の電力管理装置。
【請求項６】
前記機体が遠隔制御の無人航空機であり、アビオニクスユニットと案内誘導制御ユニットとが前記電力バスに接続されている、ことを特徴とする請求項１に記載の電力管理装置。
【請求項７】
前記コントローラが、バス電圧を最大電圧及び最小電圧によって規定された範囲内に維持するようにされている一方でバス電流が概ね設定された点に留まったままである、ことを特徴とする請求項１に記載の電力管理装置。
【請求項８】
機体のための電力管理装置であって、
発電をして、電圧を電力バスに供給するようにされた電源設備と、
前記電力バスを介して前記電源設備と接続され、電流を前記電力バスに放電するか、又は前記電力バスから取り出して前記電力バスに関連付けけられているバス電圧のレベルに応じて充電するようにされたバッテリと、
前記電力バスを介して前記電源設備と前記バッテリとの両方に接続されており且つ前記電源設備及び前記バッテリから前記電力バスを介して電力を取り出すようにされたプロペラ駆動ユニットと、
前記プロペラ駆動ユニットに異なる形態で電力を供給する複数の別個の動作モードで指示するようにされているコントローラと、を備えており、
第一の動作モードが低速制御モードであり、第二の動作モードが高速制御モードであり、
前記低速制御モードにおいては、前記コントローラは、前記プロペラ駆動ユニットに前記電力バスを介して前記電源設備から前記プロペラ駆動ユニットに供給されている電力の量のみを概ね使用するように指示することによって、前記プロペラ駆動ユニットの速度の変化が前記電源設備によって発生されている電力の変化に追従するように指示し、
前記高速制御モードにおいては、前記コントローラが、前記電源設備によって前記プロペラ駆動ユニットに供給されている電力を超えて要求されている速度に到達するために、前記バッテリから前記電力バスを介して必要な追加の電力を取り出すことによって、前記プロペラ駆動ユニットが該プロペラ駆動ユニットの要求された速度の増加に迅速に応答するように指示し、前記プロペラ駆動ユニットの速度が前記電源設備によって発生されている電力のレベルによって制限されないようになされている、ことを特徴とする電力管理装置。
【請求項９】
前記低速制御モードにおいては、前記電源設備が電力を前記プロペラ駆動ユニットに供給し、前記電源設備の内燃モーターが、要求されているプロペラ速度の小さな変化に見合うまでの速度に上昇する際に、前記電力バスを介して前記プロペラ駆動ユニットが利用可能な電力の量がゆっくりと追加されて、前記バスには前記バッテリから電力が追加されないように、前記電力バスの電圧が維持される、ことを特徴とする請求項８に記載の電力管理装置。
【請求項１０】
前記高速制御モードにおいては、前記プロペラ駆動ユニットが前記電源設備によって供給されている電力よりも大きい電力を取り出し、前記プロペラ駆動ユニットを出来る限り迅速に要求されているプロペラ速度の大きな変化まで上昇させるのに必要な要求されている電力の増加分がバッテリから取り出され、前記高速制御モードに関連付けられている要求されているプロペラ速度の大きな変化が前記低速制御モードと関連付けられている要求されているプロペラ速度の小さな変化よりも大きく、その結果、低速制御モードにおいては前記電源設備によって前記電力バスの電圧が維持されており、前記高速制御モードにおいては前記バッテリによって前記電力バスの電圧が維持されるようになされている、ことを特徴とする請求項９に記載の電力管理装置。
【請求項１１】
前記プロペラ駆動ユニットが前記電力バスから引き出された電力を使用してプロペラを回転させ、前記プロペラ駆動ユニットの速度がプロペラの速度に対応するようになされている、ことを特徴とする請求項８に記載の電力管理装置。
【請求項１２】
前記電源設備が、液体水素を燃料として使用する内燃モーターを備えており、前記プロペラ駆動ユニットが、再生モードにおいてプロペラを風車回転させることによって前記電力バスを介して前記バッテリに電力を供給するようにされている、ことを特徴とする請求項１１に記載の電力管理装置。
【請求項１３】
前記コントローラは、ユーザーによって前記高速制御モードが選択されたとき又は所定の閾値より大きいか又はほぼ等しい要求されたプロペラ駆動ユニットの速度の変化が確認されたときに、前記低速制御モードから前記高速制御モードヘ切り換わる、ことを特徴とする請求項８に記載の電力管理装置。
【請求項１４】
機体上に配置され、バスと接続されている電源設備で発電するステップと、
低速スロットル動作モードで、機体のプロペラ駆動ユニットに前記電源設備によって前記バスにかけられた電圧から電力を供給するステップであって、前記プロペラ駆動ユニットが該低速スロットルモードにおいては前記電源設備からの電力を使用してプロペラを駆動するようにされている、ステップと、
前記プロペラ駆動ユニットが、必要な追加の電力をバッテリから迅速に取り出し、前記プロペラの速度を、要求されており且つ前記バスを介して前記電源設備によって前記プロペラ駆動ユニットに供給されている電力を超える量だけ増大させるようにされる高速スロットル動作モードに切り替えるステップと、を含む方法。
【請求項１５】
前記プロペラ駆動ユニットによって駆動されるプロペラのプロペラ速度の変化を要求するスロットル要求を受け取るステップと、
要求されたプロペラ速度の変化が所定の閾値を超えているか否かを特定するステップと、
要求されているプロペラ速度の変化が前記閾値に概ね等しいか又は該閾値より大きいと判断された場合に前記高速スロットル動作モードに切り換えるステップと、
前記高速スロットル動作モードに切り替えた後に、発電されている電力を、要求されているプロペラ速度、及び前記バスを介して前記電源設備によって電力を供給されている他の負荷に見合うように調整することを前記電源設備に指示するステップと、を含んでいることを特徴とする請求項１４に記載の電力管理方法。
【請求項１６】
ユーザーによる高速スロットルモード設定の選択によって、前記高速スロットル動作モードに切り換わるステップを含んでいる、ことを特徴とする請求項１４に記載の電力管理方法。
【請求項１７】
再生制御モードにおいては、前記プロペラ駆動ユニットのプロペラを風車回転させ、電力が前記プロペラ駆動ユニットで発電されて前記バス上に送られ、前記バッテリに充電されるステップを備えている、請求項１４に記載の電力管理方法。
【請求項１８】
前記電源設備が液体水素で発電し、前記機体が無人航空機であり、遠隔制御によって操作されるようにされている、ことを特徴とする請求項１４に記載の電力管理方法。
【請求項１９】
前記高速スロットルモードにおいては、（１）バス電圧が設定点近辺で変化し、（２）上方電圧リミット及び下方電圧リミットがバッテリの充電速度及び放電速度を設定するようになされる、請求項１４に記載の電力管理方法。
【請求項２０】
前記低速スロットルモードにおいては、（１）バス電圧が、前記高速スロットルモードにおけるよりも小さい増分で設定点を中心に変化するようにされ、（２）制御限界曲線が一定の電圧利得を有する部分を含んでいる、ことを特徴とする請求項１４に記載の電力管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は概して電力管理に関する。更に特定すると、本発明は航空機の電力管理装置に関する。
【０００２】
（関連出願）
本願は、２００９年９月２３日に出願された米国特許出願第１２／５６５，４２６号の出願日に基づく優先権を主張している。該米国特許出願は、これに言及することによりその全体が参考として本明細書に組み込まれている。
【背景技術】
【０００３】
ベトナム戦争がヘリコプタによる戦いとして思い起されるとすれば、イラクとアフガニスタンにおける現在の紛争は無人操縦機の使用によるものとして想起される。操縦機は、遠隔情報収集を補助し、これにより、歩兵が敵の戦力の配置及び強さについての情報が殆ど無いか又は全く無い“盲目“な状態で敵地内へ入る必要性が緩和される。無線操縦機は、関心のある目標を特定し且つ排除する等の接近戦の支援を行い、兵士及び／又は飛行士が小火器爆破、迫撃砲、ロケット手榴弾、路傍爆弾、対空兵器、ミサイル及びその他の潜在的な危険性に曝される難局を軽減する。
【０００４】
航空機においては、一般に、性能を高める必要性が長い間感じられている。従来の電力管理の改良としては、米国特許第５，３１５，８１９号（種々の動作モードを備えた装置）及び米国特許第４，１８５，４６０号（タービンエンジンへの燃料供給を制御する装置）がある。しかしながら、無人操縦機を含む従来の機体及び航空機の動作能力は限られた状態のままである。
【発明の概要】
【０００５】
ここに開示されている装置及び方法は機体の性能を高めることができるであろう。機体は、スロットルの要求に対する迅速な機体の応答を提供する電力管理装置を備えている。航空機の場合、電力管理装置には電力バスが採用されており、該電力バスは、電源設備、プロペラ駆動ユニット（ＰＤＵ）、バッテリ、アビオニクス、及び補助負荷装置を相互に接続している。コントローラは、電源設備、プロペラ駆動ユニット、アビオニクス、及び補助負荷装置の動作を指示し且つバッテリ及び電力バスからのフィートバックを受け取る。低速スロットルモードにおいては、コントローラは、電源設備が電力をプロペラ駆動ユニット及びその他の負荷装置に供給し且つバッテリをほぼトリクル充電又は放電状態に維持する。プロペラ駆動ユニット速度に必要とされる小さな変化に応じて、プロペラ駆動ユニットは、電源設備によって発生される電力がゆっくりと増加又は減少するときに電源設備の出力に追従する。高速スロットルモード例えばプロペラ駆動ユニット速度に急速且つ大きな変化が必要とされる際には、コントローラは、電源設備で発電されている電力を超える追加の電力をバッテリから取り出すことによって、プロペラ駆動ユニットが速度を急速に増すよう指示する。これに続いて、コントローラは、電源設備が必要とされるプロペラ駆動ユニットの速度及び補助負荷装置によって引き出されている電力に対応した新しい電力レベルを発生すると共にバッテリに充電するように指示する。
【０００６】
一つの実施形態においては機体のための電力管理装置が提供されている。該電力管理装置は、発電し、電力バスに電力を供給するようにされている電源設備と、電力バスに接続されているバッテリとを備えている。バッテリは、電源設備によって発電されて該電源設備からからバッテリへ電力バスを介して供給される電力によって充電されるようにされている。該装置は、電力バスに接続されているプロペラ駆動ユニットを備えている。該プロペラ駆動ユニットは、電源設備から電力バスを介して電力を取り出して機体を動かすようにされている。コントローラは、複数の別個の動作モードにおいて電力管理装置に指示を与えるようにされている。別個の動作モードにより、各々、プロペラ駆動ユニットが異なる形態で制御される。第一の動作モードは低速スロットルモードであり、第二の動作モードは高速スロットルモードである。低速スロットルモードにおいては、電力の流れは電源設備からプロペラ駆動ユニット及びバッテリへとなる。高速スロットルモードにおいては、電力の流れはバッテリ及び電源設備からプロペラ駆動ユニットへとなる。高速スロットルモードにおいては、必要とされるプロペラ駆動ユニットの速度の増加は、最初はそのほぼ全体がバッテリによる電力供給によってなされる。その結果、高速スロットルモードにおいては、プロペラ駆動ユニットの速度は、電源設備によって発生されつつある現在の電力レベルによって制限されない。
【０００７】
別の実施形態においては機体のための電力管理装置が提供されている。該電力管理装置は、発電し且つ電力バスに電圧をかけるようにされている電源設備と、前記電力バスを介して電源設備とつながれているバッテリとを備えている。バッテリは、電力バスに関連するバス電圧のレベルに応じて、電流を電力バスに放電したり、電力バスから電流を取り出して充電したりするようにされている。該装置はプロペラ駆動ユニットを備えており、該プロペラ駆動ユニットは電源設備とバッテリとの両方に電力バスを介して接続されている。該プロペラ駆動ユニットは、電力バスを介して電源設備及びバッテリから電力を取り出すようにされている。コントローラが複数の別個の動作モードにおいて電力管理装置に指示を与えるようにされている。個々の動作モードは、各々、プロペラ駆動ユニットを異なる形態で制御している。第一の動作モードは低速制御モードであり、第二の動作モードは高速制御モードである。低速制御モードにおいては、コントローラは、電源設備から電力バスを介してプロペラ駆動ユニットに付与されている電力の量にほぼ近い量の電力のみを使用するようにプロペラ駆動ユニットに指示することによって、プロペラ駆動ユニットの速度の変化が電源設備によって発電されている電力の変化に追従するように指示する。高速制御モードにおいては、コントローラが、電源設備によってプロペラ駆動ユニットに供給されている電力を越えて要求されている速度に到達するために、必要とされる付加的な電力をバッテリから取り出すことによって、プロペラ駆動ユニットの要求されている速度の増加に迅速に応答するように指示する。その結果、プロペラ駆動ユニットの速度は、電源設備によって発生されている電力のレベルによって制限されない。
【０００８】
もう一つの実施形態においては電力管理方法が提供されている。該方法は、機体上に配置されている電源設備で発電することを含んでいる。電源設備はバスに接続されている。該方法は、低速スロットル動作モードにおいて、機体のプロペラ駆動ユニットに電源設備によってバスにかけられた電圧によって電力を供給することを含んでいる。プロペラ駆動ユニットは、低速スロットルモードでは電源設備からの電力を使用してプロペラを駆動する。該方法は、高速スロットル動作モードに切り換えるステップを含んでおり、該高速ス動作ロットルモードにおいては、プロペラ駆動ユニットは、必要とされる追加の電力をバッテリから迅速に取り出し、プロペラの速度を、要求され且つバスを介して電源設備によってプロペラ駆動ユニットに付与される電力を超える量だけ増大させる。
【０００９】
本発明の利点は、例示として示され且つ記載されている好ましい実施形態の以下の説明によって当業者に更に明らかとなるであろう。以下においてわかるように、該装置及び方法は他の及び異なる実施形態が可能であり、これらの細部は種々の点で改造することができる。従って、図面及び説明は例示とみなされるべき性質のものであり且つ限定的なものとみなされるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は例示的な電力管理装置を示している図である。
【００１１】
【図２】図２は例示的な電力バスを示している図である。
【００１２】
【図３】図３は電力管理装置の例示的な制御を示している図である。
【００１３】
【図４】図４は電力管理装置の制御モードを切り換える例示的な方法を示している図である。
【００１４】
【図５】図５は例示的な電力管理装置の構成を示している図である。
【００１５】
【図６】図６は例示的なプロペラ駆動ユニットの概略を示している図である。
【００１６】
【図７】図７は例示的なＰＤＵコマンド曲線を示している図である。
【００１７】
【図８】図８は例示的な電流調整器を示している図である。
【００１８】
【図９】図９はＰＤＵ制御に関連する例示的な電圧帯域を示している図である。
【図１０】図１０はＰＤＵ制御に関連する例示的な電圧帯域を示している図である。
【００１９】
【図１１】図１１は例示的な低速スロットルモード及び高速スロットルモードを示している図である。
【００２０】
【図１２】図１２は例示的な過度現象を示している図である。
【００２１】
【図１３】図１３は例示的な差動スロットル制御を示している図である。
【００２２】
【図１４】図１４は例示的コマンド制限利得を示している図である。
【００２３】
【図１５】図１５は例示的なバス電圧調整を示している図である。
【００２４】
【図１６】図１６は例示的な電流電圧調整を示している図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
ある装置及び方法は、機体の性能を高める電力管理装置を提供する。該電力管理装置は、著しいスロットルの増加に対する機体の応答時間を増す。機体は、電源設備、バッテリ、及び１以上のプロペラ駆動ユニット（ＰＤＵ）を備えており、これらは、電力バスを介して相互接続されている。コントローラは、電源設備とプロペラ駆動ユニットとの動作を多数の制御モードにおいて指示する。低速スロットル動作モードにおいては、プロペラ駆動ユニットは電力の大部分又は全体を電源設備から取り出す。高速動作モードにおいては、プロペラ駆動ユニットは、電力バスを介して電源設備からプロペラ駆動ユニットに現在供給されている電力を超える電力をバッテリから素早く取り出す。
【００２６】
該電力管理装置は電源設備を備えており、該電源設備は発電させ且つ電力バスに電圧をかけるようにされている。電源設備には、内燃機関、外燃機関、燃料電池、又は発電機に結合されているその他の何らかの電源設備が含まれる。電源設備は液体水素を燃料として受け入れることもできる。該燃料はエンジンを駆動し、次いで、発電機が電力バスに付与される電力を発電する。
【００２７】
該電力管理装置はバッテリ又はバッテリパックを備えており、該バッテリ又はバッテリパックは、電力バスを介して電源設備と相互接続されている。バスの電力レベルに応じて、バッテリは、電力バスへ電流を放電するか電力バスから電流を取り出して充電するようにされている。
【００２８】
該電力管理装置は、電力バスを介して電源設備とバッテリとの両方に接続されている１以上のプロペラ駆動ユニットを備えている。各プロペラ駆動ユニットは、電力バスを介して電源設備及び／又はバッテリから電力を取り出し且つ取り出した電力を使用して機体を動かす。一つの実施形態においては、プロペラ駆動ユニットは、プロペラを回転させ且つプロペラを関連するプロペラ駆動ユニットの再生制御モードで風車回転させることによって、バッテリ、補助負荷装置、又は他のプロペラ駆動ユニットに電力バスを介して電力を供給するようにされている。
【００２９】
該電力管理装置は処理ユニットを備えており、該処理ユニットは各プロペラ駆動ユニットを複数の別々の動作モードで制御するようにされている。該別々の動作モードの各々は、各プロペラ駆動ユニットに電力を供給する異なる電源又は電源の異なる組み合わせを提供する。
【００３０】
第一の動作モードは低速スロットルモードであり、第二の動作モードは高速スロットルモードである。低速スロットルモードにおいては、バス電圧の現在のレベルが電源設備によって維持される。電力の流れは、電源設備からの流れ並びにプロペラ駆動ユニット及びバッテリへの流れであり、又はバッテリはフロート状態としても良い。この結果、プロペラ駆動ユニットのプロペラは、全体的に又はほとんど全体的に、電源設備によって発電され且つ電力バスを介してプロペラ駆動ユニットが利用可能である電力によって駆動される。その間、バッテリは、電源設備からの及びバッテリへの電流のトリクル充電か、バッテリからの及びプロペラ駆動ユニット若しくはその他の負荷装置への電流のトリクル充電によって、所望の充電状態（ＳＯＣ）に維持される。
【００３１】
低速スロットルモードは“定常状態”すなわち通常の制御モードである。低速スロットルモードにおいては、プロペラ駆動ユニットは要求された小さな速度変化に応答する。速度の要求は、モーターのローター若しくは発電機のスピード、エンジン若しくはプロペラの速度、又は機体の対地速度若しくは対気速度、のようなプロペラ駆動ユニットの構成要素の速度に関連付けられている。
【００３２】
該装置は、スロットルの要求に関連付けられた要求された速度の変化を所定の閾値と比較することによって、小さいとされるスロットルの要求を特定する。スロットルの要求又はこれに関連付けられた必要とされている速度変化が所定の閾値よりも小さい場合に、該装置は、スロットルの要求を小さいものであると特定する。その結果、該装置は低速スロットルモードに留まり高速スロットル制御モードへ移行しない。
【００３３】
低速スロットルモードにおいては、小さいスロットル要求は、パイロット又は操縦者が機体速度の急速な変化を必要としていないことを示している。該装置は、スロットル要求に関連付けられたプロペラ駆動ユニットの新しい速度に見合うように、発生される電力を増大させるか減少させるように電源設備を調整する。電源設備は、必要とされる小さな速度変化に関連付けられた新しい電力レベルへとゆっくりと調節されるにつれて、バス上で利用できる電力が変化する。プロペラ駆動ユニットは、電力バス上で利用でき且つ電源設備によって発生される電力量に従って、プロペラ又はその他の構成部品の速度を増大させるか減少させる。別の言い方をすると、低速スロットル動作モードにおいては、プロペラ駆動ユニットすなわち該プロペラ駆動ユニットの速度は、電源設備によって発生されている電力に“追従”する。
【００３４】
高速スロットルモードにおいては、処理ユニットは、プロペラ駆動ユニットに、モーター又はプロペラの速度のような、プロペラ駆動ユニットの速度を急速に増大させるように指示する。その結果、プロペラ駆動ユニットは、電源設備がスロットルの要求に迅速に応答しないときに、電源設備によって現在供給されている電力よりも大きな電力を要求する。電源設備が速度に達するすなわち発生している電力量を変えるにはむしろ時間がかかる。プロペラ駆動ユニットは、プロペラ、モーター、又はその他の速度を急速に増大させるのに必要な付加的な電力を、バッテリからバスを介して取り出す。例えば、スロットルの要求に応答して、プロペラ駆動ユニットは、過剰な電力をバスから取り出してバスの電圧レベルをほぼバッテリの電圧まで降下させる。これに続いて、バッテリは、バスの電圧をバッテリ電圧にほぼ維持し且つプロペラ駆動ユニットに必要とされる超過電流を供給してスロットルの要求に迅速に応答し且つプロペラ駆動ユニットの速度を要求されている速度へと変える。
【００３５】
処理ユニットは、電源設備に大体必要とされている速度を補う電力を発生するように指令する。電源設備がより大きい又はより少ない電力を徐々に発生するにつれて、バスの電圧は定常状態に戻る。該定常状態においては、バス電圧は電源設備によって決まり、電力の流れはもう一度電源設備からプロペラ駆動ユニット及び補助負荷装置へ流れると共にバッテリへ流すか又はバッテリをフロート状態にする。
【００３６】
該電力管理装置は、所定の閾値にほぼ等しいか又はそれより大きいスロットル変化の要求を、大きなスロットル変化の要求であるとして特定する。大きなスロットル変化の要求により、電力管理装置はトリガーをかけられて低速スロットルモードから高速スロットルモードへ切り換えられる。ある所定の閾値は、プロペラ駆動ユニットの速度の概ね５％，１０％，２０％の変化である。他の閾値を使用しても良い。
【００３７】
付加的に又は代替的に、電力管理装置は、ユーザーによる１以上のスロットルモードの選択に基づいて、低速スロットルモードから高速スロットルモードヘ切り換えられる。該装置は、低速スロットルモード、高速スロットルモード、再生モード、及びその他の制御モードに関連付けられた種々のユーザー選択及び／又はスイッチを備えている。低速スロットルモード切換えを選択することによって、該装置は低速スロットルモードとなる。同様に、高速スロットルモード切換えを選択することによって、該装置は高速スロットルモードとなる。
【００３８】
多数の制限モードが設けられている。該プロペラ駆動ユニットは、プロセッサを備えており且つ自己制御式である。電力の流れは、プロペラ駆動ユニットに関して双方向である。電力は、低速又は高速スロットル状態でプロペラ駆動ユニットに流れ込む。低速スロットルモード（プロペラ駆動ユニットに電源設備から電力が供給されるモード）及び高速スロットルモード（要求されるプロペラ駆動ユニットの速度変化のための電力がバッテリから供給されるモード）に加えて再生モードがプロペラ駆動ユニットにもたらされ、該再生モードにおいては、バス上並びにバッテリ及びその他の負荷装置内に電力が（例えば、風車回転中に）供給される。
【００３９】
このように、通常動作においては、プロペラ駆動ユニットは推力を形成するために電力を取り出す。しかしながら、該装置はまた、発電ブレーキ及び燃焼無効電力をも備えている。発電ブレーキは、機体速度を緩めるときにプロペラ駆動ユニットの電動モーターを発電機として使用することを含む。プロペラ駆動ユニットによって発生された電力は熱として放散される。更に、プロペラ駆動ユニットによって発生された“再生”電力はバス及び低エネルギ消費装置に送られる。航空機の速度を緩めるために発電ブレーキを使用することによって、着陸装置の構成部品の摩耗が低減される。
【００４０】
該装置は、バッテリをおよそ７０〜８０％の充電状態に維持する。電力を減衰させること例えばプロペラ駆動ユニットの速度を急速に減じることが望ましい状況において、フル充電より少なく充電されたバッテリは余剰電力貯蔵能力を有している。これと同時に、７０〜８０％ＳＯＣを有するバッテリは、実質的なスロットルの要求がなされたときに高速動作制御モードを支援するために十分に充電される。
【００４１】
Ｉ．例示的な電力管理装置
図１には、例示的な電力管理装置１００が示されている。電力管理装置１００は、燃料供給源１０２、流量制御装置１０４、交流整流器ユニット１０６、電力バス１１２、バッテリ１１４、及び１以上のプロペラ駆動ユニット１１６，１１８を備えている。該電力管理装置は、更に追加の又は更に少ない又は代替的な構成要素を備えていても良い。
【００４２】
燃料タンクが燃料１０２を貯蔵している。燃料１０２は交流整流器ユニット１０６に動力を供給する。交流整流器ユニット１０６への燃料の流れは、流量制御装置１０４によって制御される。流量制御装置１０４は、電気的な構成要素と機械的な構成要素とを備えている。一例として、流量制御装置１０４は種々の電磁操作弁を備えている。他のタイプの電子制御弁が使用されても良い。一つの実施形態においては、燃料１０２は流体水素である。化石燃料を含む他の燃料が使用されても良い。
【００４３】
交流整流器ユニット１０６は、内燃モーター１０８と発電機１１０とを備えている。内燃モーター１０８は燃料１０２によって回転する。内燃モーター１０８は、発電機１１０と連結されていて、作動して発電する。発電機１１０は発生された電力を電力バス１１２に供給する。代替的な実施形態においては、該装置には、外燃モーター、バッテリ、１以上の燃料電池、太陽電池アレイ、環境エナジーハーベスティング装置、又は交流整流器ユニット及び／又はモーターの代わりの他の機器が含まれる。
【００４４】
低速スロットルモードにおいては、主として又は独占的に発電機１１０から供給される電力がプロペラ駆動ユニット１１６，１１８に供給される。プロペラ駆動ユニット１１６，１１８は電力バス１１２に接続されている。
【００４５】
電力バス１１２はバッテリ１１４につながれている。バッテリ１１４は単一の電池又は一連のバッテリパックを備えている。バッテリ１１４は、電力バス１１２から電流を取り出すか又は電力バス１１２上に電流を供給するように作動できる。一つの実施形態においては、バッテリはリチウムイオン電池である。バッテリパックの各々は約１０５個のバッテリからなる。該バッテリは、マサチューセッツ州ウォータタウンにあるＡ１２３  ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．（登録商標）によって製造されたものである。他のバッテリを使用しても良い。
【００４６】
一つの例として、発電機１１０がバッテリ１１４の電圧よりも高い電圧を発生する場合には、電流は、発電機１１０からプロペラ駆動ユニット１１６，１１８及びバッテリ１１４へ流れてバッテリ１４を充電する。一方、プロペラ駆動ユニット１１６，１１８は電力バス１１２から十分な電流及び電力を取り出し、その結果としてバス電圧が低下する。バス電圧がバッテリ１１４のバッテリ電圧未満まで低下すると、電流がバッテリ１１４からプロペラ駆動ユニット１１６，１１８へ流れて、バッテリ１１４から少なくとも部分的にプロペラ駆動ユニット１１６，１１８に電力が供給される。
【００４７】
II．例示的な電力バス
図２には例示的な電力バス２００が示されている。バス２００は、バスワーク２０２を備えており且つ交流整流器ユニット（ＡＲＵ）２０４、バッテリ２０６、プロペラ駆動ユニット２０８、アビオニクス２１０、観測機器２１２を相互に接続させている。電力バス００は、更に追加の又はこれより少ない又は代替的な構成要素を相互に接続させることができる。
【００４８】
交流整流器ユニット２０４はバスワーク２０２に電力を供給する。アクチュエータのようなアビオニクス２１０並びにセンサー及び撮影装置のような観測機器２１２は、バスワーク２０２から電力を取り出す。プロペラ駆動ユニット２０８及びバッテリ２０６もまた、バスワーク２０２から電力を取り出したりバスワーク２０２に電力を供給したりする。
【００４９】
電力バス２００は、コントローラによって２以上の制御モードで制御されている。電力バス２００は、低速スロットルモード及び高速スロットルモードで制御されている。低速スロットルモードにおいては、電力バス２００上の電力は、ゆっくりと変化し且つ内燃モーターの出力によって制御されている。このモードにおいては、バス電圧を補充するためにバッテリから電力バスへ電力が、ほとんど付加されないか全く付加されることがない。一方、高速スロットルモードにおいては、電力がバッテリから取り出されてプロペラ駆動ユニットを出来るだけ素早く要求されている速度にする。一つの実施形態においては、高速スロットルモードは、航空機の離陸及び着地のために又は例えば強風状態の際に要求されるようなプロペラ駆動ユニットの要求される速度の実質的な増加又は減少に応答して使用される。
【００５０】
III．例示的な制御
図３には電力管理装置３００の例示的な制御が示されている。該装置は、電力バス３０２、補助負荷装置３０４、電源設備３０６、バッテリ３０８、プロペラ駆動ユニット３１２、及び飛行制御コンピュータ（ＦＣＣ）３１８を備えている。該装置は、更に追加の又はこれより少ない又は代替的な構成要素を含むようにしても良い。
【００５１】
通常動作中は、飛行制御コンピュータ３１８は、ここで説明するように電力管理装置３００を低速スロットル制御モード３２０で制御する。低速スロットルモード３２０は、電力をプロペラ駆動ユニット３１２に主として又は全てを電源設備３０６から供給することを基準としている。
【００５２】
しかしながら、その他の時間中は、プロペラ駆動ユニット３１２がスロットル要求に対して迅速に反応することが必要とされるときには、飛行制御コンピュータ３１８は、ここで説明されるように電力管理装置３００を高速スロットル制御モード３２２で制御する。高速スロットルモード３２２は、プロペラ駆動ユニット３１２に電源設備３０６とバッテリ３０８の両方から電力を供給することを基本としている。高速スロットルモード３２２においては、電源設備３０６によって現在発生されつつある電力を超え且つスロットル要求に従ってプロペラ駆動ユニット３１２の速度を調整するのに必要な追加の電力が、バッテリ３０８から迅速に取り出される。この結果、電源設備３０６が要求されている新しい速度に対応する電力の発生を徐々に調節するのに要する遅れ時間が短縮される。
【００５３】
飛行制御コンピュータ３１８は、電力バス３０２及び／又はバッテリ３０８からフィードバック３１４，３１６を受け取る。該フィードバックは、バス電圧又はバッテリ３０８から流れ出る電流又はバッテリ電圧を表している。
【００５４】
IV．例示的な方法
図４には、電力管理装置の制御を多くのモード間で切り換える例示的な方法が示されている。該方法４００は、コントローラに電力管理アルゴリズム４０２をプログラムすること、通常のすなわち低速スロットル制御モード４０４で作動させること、大きなスロットル要求又はその他の要求４０６を受け取ったときに高速スロットル制御モードで作動させること、及び低速スロットル制御モード４０８へ戻すことを含んでいる。該方法は、更に追加の又は更に少ない又は代替的な作業を含んでいても良い。
【００５５】
該制御アルゴリズムはプロペラ駆動ユニット制御電流を発生し、該プロペラ駆動ユニット制御電流は、ここに説明されるようにプロペラ駆動ユニットの動作に電力を供給する。方法４００は、複数の別個の動作モードにおいて個々のプロペラ駆動ユニットの各々を制御することを含んでいる。別個の動作モードの各々は、バスを介してプロペラ駆動ユニットを駆動する異なる電源を提供する。
【００５６】
低速スロットルモード４０４においては、該方法は、概ね電源設備のみがプロペラ駆動ユニットに電力を供給するようにバス電圧を維持する。一つの実施形態においては、プロペラ駆動ユニットがバスを介して利用できる電力の量が、電源設備の内燃モーターが要求されているプロペラ速度の若干の増加に見合った速度まで達するように、ゆっくりと追加されるようになっており、バッテリからバスへはほとんど又は全く電力が追加されない。
【００５７】
高速スロットルモード４０６においては、プロペラ駆動ユニットは、電源設備によって提供されつつある電力より大きい電力を取り出す。該方法は、低速スロットルモードから高速スロットルモードへ切り換わる。一つの実施形態においては、装置が高速スロットルモードに切り換わった後に、プロペラ駆動ユニットを出来る限り迅速に要求されているプロペラ速度まで上げるのに必要な電力の要求増加量がバッテリから取り出される。この結果、低速スロットルモードにおいては、バス電圧は電源設備によって維持され、高速スロットルモードにおいては、バス電圧は少なくとも一部が一時的にバッテリによって維持される。
【００５８】
方法４００は、高速スロットルモードに切り換えた後に、発生している電力を要求されている新しい速度に対応させるように調節するように電源設備に指示を与えるステップを含んでいる。電源設備が、ひとたび要求されている新しい速度においてプロペラ駆動ユニットに電力供給し且つ補助付加装置がバスから電力を供給されることを確保することに見合う電力を発生するようになると、該方法は、装置の制御を低速スロットルモード４０８に戻して、バッテリから電力が取り出されないようにする。
【００５９】
Ｖ．例示的な構成
Ａ．電力管理装置
図５には電力管理装置５００のための例示的な構成が示されている。装置５００は、１以上の観測機器５０２、アビオニクス５０４、案内誘導及び制御（ＧＮＣ）ユニット５０６、バッテリ５０８、電源設備５１０、プロペラ駆動ユニット（ＰＤＵ）コマンド制限ソフトウエア及び／又はハードウエア５１２、１以上のプロペラ駆動ユニット５１４を備えている。該構成は、更に追加の又はこれより少ない又は代替的な構成要素を含むようにしても良い。
【００６０】
図５に示されているように、電源設備５１０は、観測機器５０２、アビオニクス５０４、及びＧＮＣユニット５０６から受け取った信号を組み合わせることによって発生されるトータル電力コマンド信号と、バッテリ５０８の充電状態に関連付けられたバッテリ充電コマンド信号とに応答する。該トータル電力コマンド電力信号は、装置の負荷装置によって要求されているトータルの電力に対応している。該トータル電力コマンド信号は、電源設備５１０か又は電源設備５１０の制御に関連付けられたプロセッサによって受け取られる。
【００６１】
電源設備５１０は、発電し且つ該電力を電力バスに送る。バッテリ５０８は、バス電圧に対するバッテリ電圧の現在のレベルに応じて充電するか又は放電する。バッテリ５０８は、プロペラ駆動ユニット５１４からの電力需要が電源設備５１０によって発生されている電力を超えているときにバスに電流を供給する。
【００６２】
ＰＤＵコマンド制限論理及び／又は回路５１２は、物理的なプロペラ駆動ユニット５１４に供給される電流を発生させるために使用される。ＰＤＵコマンド制限ユニット５１２は、バス電圧を１つの入力として受け入れ且つＧＮＣユニット５０６からの電力コマンドのような電力コマンドを別の入力として受け入れる。ＰＤＵコマンド制限ユニット５１２は、電流作動モードが低速スロットルモードであるか、高速スロットルモードであるか、又はその他のモードであるかに基づいて、バス電圧を調節してプロペラ駆動ユニット５１４に所望の電流を供給する。
【００６３】
ＰＤＵコマンド制限論理及び／又は回路５１２は、バッテリへの負荷又はバッテリの循環動作を制限する高速／低速スロットル動作を補助する。負荷の制限はプロペラ駆動ユニット５１４の動作によって達成される。例えば、電圧設定点が零バッテリ電流によって決定され且つこれに関連付けられる。図面に示し且つ以下に説明するように、低速スロットルモードにおいては、（１）バス電圧が設定点近くの小さな変動によって変化され、（２）上方及び下方の電圧リミットによって著しいバッテリの使用が防止され、（３）コマンド曲線が一定の利得又は一定の限界を含む１以上の部分を有している。高速スロットルモードにおいては、（１）バス電圧は設定点近くで広範囲に変化され、（例えば、低速スロットルモードにおける以上に変化される）、（２）上方及び下方の電圧リミットによってバッテリ充電速度及び放電速度が設定され、（３）外側限界及び制限コマンド例えば最大及び最小の電流限度及び電圧限度が使用される。
【００６４】
Ｂ．プロペラ駆動ユニット
一つの実施形態においては、該装置は、航空機のプロペラを回転させるために使用される軽量高効率のモーター駆動ユニットを備えている。４〜８個のプロペラ駆動ユニットが電力管理装置につながれている。プロペラ駆動ユニットコントローラ（ＰＤＣ）は各々のプロペラ駆動ユニットを駆動する。
【００６５】
該推進装置は、４つの主要なサブコンポーネント、すなわち（１）非鉄永久磁石モーター及び／又は発電機、（２）インバータ及びコントローラ、（３）プロペラ、（４）イーサネット（登録商標）スイッチを備えている。該推進装置は、これに追加の又はこれより少ない又は代替的な構成要素を含むようにしても良い。
【００６６】
図６は、プロペラ駆動ユニット６００の例示的な概略図である。プロペラ駆動ユニット６００は、インバータ６０４、電磁障害（ＥＭＩ）フィルタ６０６、電力段６０８、プロペラ駆動ユニットコントローラ６１０、モーター６１６、及びプロペラ（図示せず）を備えている。プロペラ駆動ユニット６００は、これに追加の又はこれより少ない又は代替的な構成要素を含むようにしても良い。
【００６７】
プロペラ駆動ユニット６００は電力バス６０２上のＤＣ電圧を受ける。一つの実施形態においては、ＤＣ電圧は約２００Ｖ〜約３７０Ｖである。他の電圧を使用してもよい。
【００６８】
コントローラ６１０は、ＲＳ２３２通信装置６２０のような、種々のコントローラ、ネットワーク、及び機器と接続されている。コントローラ６１０はまた、例えばイーサネット（登録商標）を介して又はＩＥＥＥ８０２規格を使用してマスターコントローラ６１２から信号を受け取ったりマスターコントローラ６１２に信号を伝達したりする。マスターコントローラ６１２は、交流整流器ユニット６１４と双方向通信する。 
【００６９】
ＥＭＩフィルタ６０６は、ＤＣ電力バス６０２から受け取った電力信号からノイズを除去する。電力段６０８は電力信号を変換する。電力段６０８は、電力をコントローラ６１０とプロペラ駆動ユニット６００に関連付けられたモーター６１６との両方に供給する。モーター６１６は、機体の動きを補助するプロペラ（図示せず）と連結されている。プロペラは、種々のギヤ比で動作することができる一般的な可変トランスミッションを備えている。
【００７０】
モーター６１６は、コントローラ６１０からコマンドを受け取り且つフィードバック信号及びセンサー信号６１８をコントローラ６１０に戻す。モーター６１６は、温度センサーや速度センサーのような多数のセンサーを備えている。モーター６１６は、温度信号、速度信号、及びその他の信号６１８をコントローラ６１０に送る。コントローラ６１０は、受け取った信号に応答してプロペラ駆動ユニット６００の動作を変える。
【００７１】
Ｃ．ＰＤＵコマンド制限曲線
図７に例示的なＰＤＵコマンド制限曲線７００が示されている。ＰＤＵコマンド制限曲線７００は、プロペラ駆動ユニットの動作を制御する電力管理装置によって維持される調整された電流を示している。
【００７２】
電力管理装置は、図７のグラフに従ってバス電流及びバス電圧を維持するようにされている。図７のｙ軸はプロペラ駆動ユニットに供給されているバス電流７０２を示しており、ｘ軸はバス電圧７０４を示している。バス電圧７０４が変化すると、該装置は、ＰＤＵコマンド制限回路及び／又はソフトウエアによって発生され且つプロペラ駆動ユニットに電力を供給しているバス電流７０２を調節する。
【００７３】
ＰＤＵコマンド制限機能は電流対電圧の制御グラフを実施する。該電圧には、最小電圧部分７１０、制御レンジ７０６、及び最大電圧部分７０８が含まれている。最小電圧部分７１０は、低電圧利得に関連付けられたバス電流対バス電圧の傾きを有している。最大電圧部分７０８は、高電圧利得に関連付けられているバス電流対バス電圧の傾きを有している。ＰＤＵコマンド制限曲線７００は、装置の信頼性と装置全体及び個々のプロペラ駆動ユニットの安定した制御を高めるために、上方及び下方の電圧限界並びに上方及び下方の電流限界を含んでいる。例えば、過剰なバス電流及び電圧は、バスワーク及び補助負荷装置又は速度制限モーターを損傷させるかも知れず、これはプロペラ駆動ユニットの制御の喪失につながる。
【００７４】
ＰＤＵコマンド制限機能は、出来るだけ多くのバス電流７０２を制御レンジ内に維持するようにされている。該制御レンジは、下方バス電圧７１８及び上方バス電圧７１６並びに下方バス電流７１４及び上方バス電流７１２によって規定されている。バス電圧７０４が下方限界７１８にあるときには、下方バス電流７１４のレベルのコマンド電流が発生され、バス電圧７０４が上方バス電圧限界７１６にあるときには、上方バス電流７１２のレベルのコマンド電流が発生される。他の制御レンジが使用されても良い。
Ｄ．制御及び調整ハンドラー
該電力管理装置はバス電圧を調整する。基本的なバス電圧調整は図１５に示されているように付与される。適正な推進及びプロペラ駆動ユニット間での負荷の分担を確保するためには、比例利得が使用されるのが好ましい。図１５によって示されているバス電圧の調整は、（１）バランスがとられたプロペラ負荷及び（２）綿密な電圧ループ電圧調整を確実にしている。プロペラ負荷は、複数のプロペラ駆動ユニット間に均一に分配される。電圧調整は、実際のバス電圧をフィードバックとして使用して基準電圧信号を調整している。
【００７５】
図１５に示されているように、基準バス電圧とあるバス電圧とが加算器へ送られ、その結果が比例利得ユニットに送られて基準電流信号が発生される。該基準電流信号は、電流調整器に送られて更に調整される。他のバス電圧調整が使用されても良い。
【００７６】
該電力管理装置はバス電流を調整する。図１６に示されているように、基準のバス電流調整が付与される。バス電流の調整は、プロペラ駆動ユニット間の適正な並列処理及び負荷分割を確保する。比例積分利得が使用されるのが好ましい。
【００７７】
図１６に示されているように、基準バス電流とあるバス電流とが加算器に送られ、該加算器の出力が比例積分器（ＰＩ）に送られる。この比例積分器は基準電流を発生し、該基準電流は電流調整器に送られ、電流調整器はコマンド電流を発生してプロペラ駆動ユニットを制御する。他のバス電流調整が使用されても良い。
【００７８】
Ｅ．電流調整器
図８には例示的なコマンド電流調整器８００が示されている。電流調整器８００は、図７に示されているような制御グラフに従ってプロペラ駆動ユニットを制御するコマンド電流を発生する。
【００７９】
バス電圧信号を調整するために上方及び下方のバス電圧閾値が使用される。該上方及び下方のバス電圧閾値は、バス電圧が上方及び下方レンジ内にあることを確保するために使用されている。
【００８０】
一つの調整されたバス電圧８２８が図８に示されている。該調整されたバス電圧８２８は、電圧の設定値に基づく関数８３０によって調整され且つ最大電流限界及び最小電流限界によって制限される。これに続いて、調整されたバス電圧８２８が加算器８５８に送られ、加算器８５８の出力が比例積分器（ＰＩ）８６０に送られる。
【００８１】
図８の上半分は比例積分器８６０の最大電流限界信号８６４を提供しており、図８の下半分は比例積分器８６０の最小電流限界信号８６６を提供している。次いで、比例積分器８６０はＰＤＵコマンド電流信号８６２を発生する。一つの実施形態においては、ＰＤＵコマンド電流信号８６２は、図７を含む本願の図面に示されているバス電流である。他のプロペラ駆動ユニットのコマンド電流が使用されても良い。
【００８２】
図８に示されているように、最大電流信号８１８が第一の加算器８１０に供給される。最大速度信号８２２と実際の速度信号８２０（プロペラ駆動ユニット構成要素の現在の速度を表している）とが加算器８０２に送られて信号を発生し、この信号は、第一の加算器８１０に受け取られる前に定数８４２及びランプ関数８５０によって調整される。
【００８３】
第一の加算器８１０の出力は第二の加算器８１２において調整される。最小バス電圧信号８２４とバス電圧信号８２６とが加算器８０４に送られて信号を発生し、該信号は、第二の加算器８１２によって受け取られる前に定数８４４及びランプ関数８５２によって調整される。第二の加算器８１２は最大電流限界信号８６４を比例積分器８６０に送る。
【００８４】
図８の下部に示されているように、最小電流信号８４０は第三の加算器８１６に供給される。最大バス電圧信号８３６とバス電圧信号８３８とが加算器８０８に送られて信号を発生し、該信号は、第三の加算器８１６によって受け取られる前に定数８４８及びランプ関数８５６によって調整される。
【００８５】
第三の加算器８１６の出力は第四の加算器８１４において調整される。最小速度信号８３２と実際の速度信号８３４（プロペラ駆動ユニット構成要素の現在の速度を表している）とは、加算器８０６に送られて信号を発生し、この信号は、第四の加算器８１４によって受け取られる前に定数８４６及びランプ関数８５４によって調整される。
【００８６】
第四の加算器８１４は最小電流限界信号８６６を比例積分器８６０に送り、比例積分器８６０は上記したコマンド電流８６２を発生する。一つの実施形態においては、コマンド電流８６２は、プロペラ駆動ユニットに送られるトルクコマンドである。
【００８７】
図８の論理は、ターボＣ言語、ターボＣ＋＋言語、Ｃ言語、パスカル言語のようなプログラム言語、オブジェクト指向言語、又はその他のプログラム言語で使用される。Ｃを基礎とする言語を使用するのが望ましい。ソフトウエアは１以上のプロペラ駆動ユニットを制御する電流を発生する。
【００８８】
ソフトウエアは、ＤＣバス電流を調整するｍａｉｎ関数又はｖｏｉｄ関数を含んでいても良い。メインルーチンは、（１）要求されているバス電流コマンドを検索するルーチン、（２）バス電流を最大電流と最小電流との間に制限するルーチン、（３）（下方電圧閾値と上方電圧閾値及び下方電圧利得と上方電圧利得を使用して）バス電流に対する調整値を計算するルーチン、（４）バス電流にフィルタをかけるルーチン、並びに（５）バス電流を最大電流限界と最小電流限界とによって規定されている範囲内に制限するルーチン、を呼び出す。
【００８９】
該ソフトウエアは第一のルーチンを含んでいる。該第一のルーチンは、速度限界を超えたとき又はバス電圧が最小の許容バス電圧未満まで低下したときに、バス電流調整器の上方電流限界を調節する。該第一のルーチンは、バス電圧、速度、最大電流、最大速度、及び最小バス電圧を入力として受け取り、最大電流限界を戻す。
【００９０】
該ソフトウエアは第二のルーチンを含んでいる。該第二のルーチンは、下方速度限界未満のローターの回転に基づいて又はバス電圧が許容可能な最大バス電圧を超えたときにバス電流調整器の上方電流限界を調節する。該第二のルーチンは、バス電圧、速度、最小電流、最小速度、及び最大バス電圧を入力として受け入れ、最小電流限界を戻す。
【００９１】
該ソフトウエアは第三のルーチンを含んでいる。該第三のルーチンはバス電圧に基づいてバス電流調節量を計算する。該第三のルーチンは、バス電圧、下方及び上方の電圧閾値、下方電圧閾値と上方電圧閾値との間の電流の変化、下方電圧利得（バス電圧が下方電圧閾値より低いときのバス電流に関連付けられている）、及び上方電圧利得（バス電圧が上方電圧閾値よりも高いときのバス電流に関連付けられている）を入力として受け取り、バス電流調節量を戻す。
【００９２】
該ソフトウエアはまた、設定点近く又は帯域幅限界内に電圧、速度、及び／又は電流をフロート状態にするルーチンをも含んでいる。これに追加されるか又はより少ないか又は代替的な機能を備えたソフトウエアルーチンを使用しても良い。
【００９３】
Ｆ．電圧帯域の定義
図９〜１４は、ここに説明されている電圧及び電流の調整によって発生されるコマンド曲線を示している。図９は例示的なＰＤＵコマンド制限曲線９００を示しており、該曲線においては、バス電圧がｙ軸上に示されており、ＰＤＵ電流がx軸上に示されている。図９に示されているように、ＰＤＵコマンド電流は、例えば７．５アンペアのコマンド電流においては電圧帯域幅内で変調されていない。ＰＤＵコマンド電流を電流帯域幅内で綿密に制御することによって、装置の制御及び信頼性が高められる。ＰＤＵコマンドのレンジは、これより高いバス電圧に対しては大きくされる。同様に、ＰＤＵコマンドのレンジはこれより低いバス電圧に対しては小さくされる。
【００９４】
図１０には、例示的な電圧帯域幅の定義１０００が示されている。ｙ軸は、（１）低速スロットル電圧レンジ、（２）高速スロットル電圧レンジ、及び（３）バス電圧限界を示している。図示されているように、該制御曲線は、７．５アンペアに配置された設定点付近に中心を合わせられている。低速スロットル電圧レンジは、高速電圧レンジの範囲内であって且つ高速電圧レンジより小さい。低速スロットル電圧レンジは、最大低速モード電圧と最小低速モード電圧とによって規定されている。高速スロットル電圧レンジは、最大高速モード電圧と最小高速モード電圧とによって規定されている。バス電圧は、最大電圧限界と最小電圧限界とによって規定されている。
【００９５】
ＰＤＵコマンド電流は、１つの帯域幅内でのバス電圧の変化に対して不変である。例えば、図１０は、ＰＤＵコマンド電流が低速スロットル電圧帯域幅の最大電圧限界と最小電圧限界との範囲でおよそ７．５アンペアで固定されている。更に、バス電圧が帯域幅限界を超えると、ＰＤＵコマンド電流は制限される。
【００９６】
Ｇ．低速／高速スロットルモード
図１１には、低速スロットルモードと高速スロットルモードとに関連付けられている例示的な制御曲線１１００が示されている。同じく、ｙ軸はバス電圧を示しており、ｘ軸はプロペラ駆動ユニットの電流を示している。実線は低速スロットル制御曲線を示しており、点線は高速スロットル制御曲線を示している。
【００９７】
図示されているように、低速スロットル制御は高速スロットル制御よりも綿密に制御されている。高速スロットル制御は、プロペラ駆動ユニットの速度の突然且つ大きな変化の要求に対処するために比較的大きなバス電圧レンジに亘って作動する。プロペラ駆動ユニットを急速に速度変化させ且つ速度を高速スロットルモードで増すために必要とされる余分な電力を取り出すように制御することによって、低速スロットルモードにおけるよりも大きなバスの過渡状態が惹き起される。低速スロットルモードにおいては、プロペラ駆動ユニットは電源設備によって発生されている電力にゆっくりと追従するように指示される。
【００９８】
Ｈ．過渡現象
図１２〜１４には、電力管理装置１２００，１３００，１４００の例示的な過渡現象が示されている。同じく、ｙ軸はバス電圧を示しており、ｘ軸はプロペラ駆動ユニット電流を示している。バス上での過渡現象は、低速制御モードから高速制御モードへの移行又はその他の負荷の増大／減少象の結果である。
【００９９】
図１２に示されているように、点Ａは初期作動点である。初期作動点Ａは、最大許容コマンド電流の２５％にある初期プロペラ駆動ユニット電流に位置する。装置にプロペラ駆動ユニットの速度を増すように命令するスロットル要求が受け取られている。図示されている例においては、要求されている速度の変化は、プロペラ駆動ユニットの電流を最大許容電流の５０％まで増大させることに相当する。
【０１００】
点Ｂにおいては、バス電圧は、プロペラ駆動ユニットの負荷の増加によって低下する。バス電圧は、バッテリ電圧まで又はそれ以下に低下し、バッテリにバスに対して及びプロペラ駆動ユニット内へ電流を放電させる。一つの実施形態においては、プロペラ駆動ユニットへ流れるコマンド電流が約３０％まで低下されて、更なる電圧低下が回避されている。
【０１０１】
Ｃ点においては、電源設備はコマンド信号にゆっくりと応答する。該電源設備は、電力の生成及びバス電圧を増大させる。この結果、プロペラ駆動ユニットのコマンド電流は増加する。Ｄ点においては、バス電圧は通常の状態へ戻る。プロペラ駆動ユニット、電源設備、及びバッテリは、定常状態を達成し該定常状態へ戻る。要するに、点Ｂから点Ｃへの移行は過渡的な経路であり、点Ａから点Ｃへの移行は装置の誤差に関係付けられ、点Ｄから図１２の右手への前進においては、バス電圧は上方限界コマンド利得境界線によって制限される。
【０１０２】
図１３には、例示的な差動スロットルコマンド曲線１３００が示されている。右翼のプロペラ駆動ユニットは、左翼のプロペラ駆動ユニットと異なる方法で制御されている。例えば、プロペラ駆動ユニットは種々の速度又は種々の方向に制御される。
【０１０３】
図１３において、実線は加速しているプロペラ駆動ユニットコマンド限界を示している。点線は減速しているプロペラ駆動ユニットコマンド限界を示している。実線の矢印は加速しているプロペラ駆動ユニットのコマンドの軌跡を示している。点線の矢印は、減速しているプロペラ駆動ユニットのコマンドの軌跡を示している。
【０１０４】
図１４には例示的なコマンド限界利得が示されている。実線は限界値が固定された可変利得を示している。点線は限界値が可変とされた固定利得を示している。矢印は過渡コマンドの軌跡を示している。図１４には装置のための２つの初期作動点が示されている。初期作動点のいずれかから該装置は特定されている限界（中心の実線によるドット）を達成することができる。
【０１０５】
要するに、高速／低速電圧帯域幅は、プロペラ駆動ユニットの電圧設定点に中心が合わせられている。該電圧設定点は、（１）バッテリが所望の電流を提供する概略の電圧、（２）バッテリ充電のための高い電圧、又は（３）バッテリを放電させるための低い電圧である。該電圧設定点は、バッテリ充電状態（ＳＯＣ）、バッテリモデル、及びプロペラ駆動ユニットへのバッテリ電流のフィードバックによって変化する。電力管理装置は、バス電圧を変化させるが、（可変電圧において）電流を一定に保つ。下方及び上方の電圧限界が使用されている。
【０１０６】
VI．例示的な用途
一つの用途においては、機体は、地上約６５，０００フィート（１９，８１２メートル）までの持続飛行が可能な遠隔制御無人操縦機である。該操縦機は、航空交通及び天候に左右されない高い高度で操縦され、一週間を超える長い飛行時間を有し、巡航適正位置の維持能力を提供し、バックアッププラットホームと共に操縦されて対象領域の連続的且つ遠隔情報収集範囲を確保し、外部通信連絡網に直接つなぐことができる。
【０１０７】
操縦機は、通信及びその他の観測装置を中継するプラットホームとして機能することができる。操縦機は、双方向の広帯域通信、音声通信、及び／又は狭帯域通信を補助し且つビデオ及び／又はオーディオ放送を取り込み且つ容易化することができる。操縦機は、（１）約２インチ（５．０８センチメートル）程度のアンテナを備えた固定のユーザー装置、（２）ゲートウェイステーション、（３）インターネット、（４）衛星放送用パラボラアンテナ、及び（５）モバイルユーザー機器、例えば、携帯電話、ＰＤＡ、ラップトップコンピュータ、ＧＰＳ機器、その他の機器と接続させることができる。
【０１０８】
無人操縦機は、衛星リンクを介して地上に配置されている飛行管制ステーションと接続されている。該操縦機は、地上、空中及び海上にいる戦闘機にリアルタイムでアクセス可能なリアルタイムの高分解ビデオ映像を提供することができる。
【０１０９】
操縦機のための飛行任務の例としては、永続的な監視通信又はＧＰＳ機能、電磁波障害の検知及び特定、実体天候観測及び通信監視、戦闘司令官による機動任務、通信増幅、帯域幅拡張、適用範囲が殆ど又は全く無い地域への適用範囲の強化、リアルタイムの永続的且つ活動的な情報収集、妨害、妨害機の追跡、ミサイル防衛、地上及び空中戦闘の認知、飛行空間での衝突回避、並びに専用通信サポートがある。
【０１１０】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したけれども、本発明はこれに限定されず、本発明から逸脱することなく改造を加えることができることは理解できるはずである。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲の意義に含まれる全ての機器が、事実上又は等価的なものとして本発明に包含されることが意図されている。
【０１１１】
従って、上記の詳細な説明は、限定的ではなく例示的であるとみなされることが意図されており、本発明の精神及び範囲を規定することが意図されているのは全ての等価物を含む特許請求の範囲であることは理解されるべきである。
【符号の説明】
【０１１２】
１００  電力管理装置、                      １０２  燃料供給源、
１０４  流量制御装置、                      １０６  交流整流器、
１０８  ＩＣ（内燃）モーター、              １１０  発電機、
１１２  バス、                              １１４  バッテリパック、
１１６  ＰＤＵ（プロペラ駆動ユニット）、
１１８  ＰＤＵ（プロペラ駆動ユニット）、
２００  電力バス、                          ２０２  バス、
２０４  ＡＲＵ（交流整流器ユニット）、        ２０６  バッテリ、
２０８  ＰＤＵ（プロペラ駆動ユニット）、      ２１０  アビオニクス、
２１２  観測機器、                          ３００  電力管理装置、
３０２  電力バス、                          ３０４  補助負荷装置、
３０６  電源設備、                          ３０８  バッテリ、
３１２  プロペラ駆動ユニット、              ３１４  フィードバック、
３１６  フィードバック、
３１８  ＦＣＣ（飛行制御コンピュータ）、      ３２０  低速モード、
３２２  高速モード、                        ５００  電力管理装置、
５０２  観測機器、                          ５０４  アビオニクス、
５０６  案内誘導及び制御ユニット、          ５０８  バッテリ、
５１０  電源設備、
５１２  ＰＤＵコマンド制限ソフトウエア及びハードウエア、
５１４  プロペラ駆動ユニット、              ６００  プロペラ駆動ユニット、
６０２  ＤＣ電源、                          ６０４  インバータ、
６０６  ＥＭＩフィルタ、                    ６０８  電力段、
６１０  プロペラ駆動ユニット、              ６１２  マスターコントローラ、
６１４  交流整流器ユニット、                ６１６  モーター、
６１８  信号、                              ６２０  ＲＳ２３２通信、
８００  電流調整器、                        ８０２  加算器、
８０４  加算器、                            ８０６  加算器、
８０８  加算器、                            ８１０  第一の加算器、
８１２  第二の加算器、                      ８１４  第四の加算器、
８１６  第三の加算器、                      ８５８  加算器、
【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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【国際調査報告】
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