BR102014024914B1

BR102014024914B1 - Aeronave elétrica, e, método para controlar uma aeronave elétrica

Info

Publication number: BR102014024914B1
Application number: BR102014024914-1A
Authority: BR
Inventors: Christopher Pete Benson; Leonard J. Quadracci; Dougals C. Cameron
Original assignee: The Boeing Company
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2014-10-06
Publication date: 2021-12-14
Also published as: SG10201406643YA; AU2014221189B2; US20150115108A1; AU2014221189A1; KR102366229B1; CN104554735B; BR102014024914A2; EP2865598B1; CA2865632A1; JP6395521B2; US11267574B2; CN104554735A; KR20150048661A; CA2865632C; JP2015085934A; EP2865598A1

Abstract

aparelho e método para controlar uma aeronave elétrica. são apresentados um método e aparelho para controlar uma aeronave elétrica. um aparelho compreende um controlador. o controlador é configurado para identificar um estado para uma aeronave elétrica. o controlador é adicionalmente contigurado para identificar um grupo de parâmetros de recarga para um grupo de motores elétricos em um sistema de propulsão elétrico. o sistema de propulsão elétrico é configurado para mover a aeronave elétrica com base no estado para o grupo de motores elétricos para a aeronave elétrica. o controlador é ainda adicionalmente configurado para recarregar uma fonte de energia para a aeronave elétrica usando o grupo de parâmetros de recarga para controlar a recarga da fonte de energia com o grupo de motores elétricos quando um estado de recarga está presente para a aeronave elétrica.

Description

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0001] A presente descrição refere-se no geral a aeronave e, em particular, a aeronave com motores elétricos. Ainda mais particularmente, a presente descrição refere-se a um método e aparelho para um sistema de motor elétrico de aeronave.

[0002] Um motor elétrico é um dispositivo que converte energia elétrica em energia mecânica. Motores elétricos são usados para várias aplicações. Essas aplicações incluem ventiladores, bombas, ferramentas, unidades de disco, perfuradores e outros tipos de dispositivos que podem ser encontrados em diferentes tipos de plataformas.

[0003] Um exemplo de uma plataforma na qual um motor elétrico pode ser usado é uma aeronave. Em alguns casos, o motor elétrico pode ser parte de um sistema de propulsão para a aeronave. Por exemplo, o motor elétrico pode girar uma ou mais hélices para a aeronave para fornecer movimento da aeronave no solo, no ar, ou uma combinação destes.

[0004] Uma aeronave que usa o motor elétrico pode tomar várias formas. Por exemplo, a aeronave pode ser um aeroplano, uma nave com rotor, um helicóptero, um quadcóptero, um veículo aéreo não tripulado, ou algum outro tipo adequado de aeronave.

[0005] Quando motores elétricos são usados para propulsão da aeronave, energia elétrica pode ser suprida por uma fonte de energia. Por exemplo, energia elétrica pode ser suprida usando um sistema de bateria. A carga no sistema de bateria ou outra fonte de energia é uma importante consideração para o projeto e fabricação da aeronave. Por exemplo, a quantidade de energia elétrica usada pelo motor elétrico para mover a aeronave durante vários estágios do voo pode ser importante.

[0006] Motores elétricos que usam sistemas de bateria podem exigir que a bateria seja recarregada depois de uma quantidade especificada de tempo, distância, uso de energia elétrica, ou uma combinação destes. Se o motor elétrico usar mais energia elétrica do que o desejado para um nível de desempenho desejado, então o tempo, distância, ou tempo e distância entre recarga e manutenção podem ser menores que os desejados. Portanto, seria desejável ter um método e aparelho que levem em conta pelo menos alguns dos problemas supradiscutidos, bem como outros possíveis problemas.

SUMÁRIO

[0007] Em uma modalidade ilustrativa, um aparelho compreende um controlador. O controlador é configurado para identificar um estado para uma aeronave elétrica. O controlador é adicionalmente configurado para identificar um grupo de parâmetros de recarga para um grupo de motores elétricos em um sistema de propulsão elétrico. O sistema de propulsão elétrico é configurado para mover a aeronave elétrica com base no estado para o grupo de motores elétricos para a aeronave elétrica. O controlador é ainda adicionalmente configurado para recarregar uma fonte de energia para a aeronave elétrica usando o grupo de parâmetros de recarga para controlar a recarga da fonte de energia com o grupo de motores elétricos quando um estado de recarga está presente para a aeronave elétrica.

[0008] Em uma outra modalidade ilustrativa, uma aeronave elétrica compreende uma armação da aeronave, um grupo de hélices, um grupo de motores elétricos fisicamente associado com a armação da aeronave, uma fonte de energia, e um controlador. O grupo de motores elétricos é configurado para girar o grupo de hélices e mover a armação da aeronave. A fonte de energia é conectada no grupo de motores elétricos de maneira tal que uma corrente passe entre a fonte de energia e o grupo de motores elétricos. O controlador é configurado para identificar um estado para o grupo de motores elétricos. O controlador é adicionalmente configurado para identificar um grupo de parâmetros de recarga para o grupo de motores elétricos quando o estado é um estado de recarga presente para a aeronave elétrica. O controlador é ainda adicionalmente configurado para recarregar a fonte de energia usando o grupo de parâmetros de recarga para controlar a recarga da fonte de energia com o grupo de motores elétricos quando o estado de recarga está presente para a aeronave elétrica.

[0009] Em também uma outra modalidade ilustrativa, é provido um método para controlar uma aeronave elétrica. Um estado para a aeronave elétrica é identificado. Um grupo de parâmetros de recarga é identificado para um grupo de motores elétricos quando o estado é um estado de recarga e está presente para a aeronave elétrica. O grupo de motores elétricos é configurado para mover a aeronave elétrica. Uma fonte de energia para a aeronave elétrica é recarregada usando o grupo de parâmetros de recarga para controlar a recarga da fonte de energia com o grupo de motores elétricos quando o estado de recarga está presente para a aeronave elétrica.

[00010] Adicionalmente, a descrição compreende modalidades de acordo com as cláusulas seguintes: Cláusula 1. Um aparelho compreendendo um controlador configurado para identificar um estado para uma aeronave elétrica; identificar um grupo de parâmetros de recarga para um grupo de motores elétricos em um sistema de propulsão elétrico configurado para mover a aeronave elétrica com base no estado para o grupo de motores elétricos para a aeronave elétrica; e recarregar uma fonte de energia para a aeronave elétrica usando o grupo de parâmetros de recarga para controlar a recarga da fonte de energia com o grupo de motores elétricos quando um estado de recarga está presente para a aeronave elétrica. Cláusula 2. O aparelho da cláusula 1, em que o grupo de parâmetros de recarga inclui pelo menos um de uma corrente total para a fonte de energia, uma corrente de um motor elétrico no grupo de motores elétricos, ou uma tensão para o motor elétrico. Cláusula 3. O aparelho da cláusula 2, em que a corrente total é menor ou igual a uma corrente máxima para a fonte de energia. Cláusula 4. O aparelho da cláusula 1, em que o grupo de parâmetros de recarga compreende uma corrente de um motor elétrico no grupo de motores elétricos e em que o controlador é configurado para controlar um ciclo de trabalho da corrente gerada pelo motor elétrico para controlar a corrente. Cláusula 5. O aparelho da cláusula 1, em que o controlador é configurado para identificar parâmetros de recarga no grupo de parâmetros de recarga para o grupo de motores elétricos em resposta a um evento quando a aeronave elétrica está no estado de recarga. Cláusula 6. O aparelho da cláusula 5, em que o evento é selecionado de pelo menos um de entrada da aeronave elétrica no estado de recarga, uma expiração de um período de tempo, ou uma mudança no grupo de motores elétricos. Cláusula 7. O aparelho da cláusula 1, em que o estado para a aeronave elétrica é selecionado de um estado operacional e do estado de recarga. Cláusula 8. O aparelho da cláusula 1, em que o controlador é um controlador de modulação da largura de impulso. Cláusula 9. O aparelho da cláusula 1, em que a aeronave elétrica é selecionada de um aeroplano, um helicóptero, uma nave com rotor, um quadcóptero e um veículo aéreo não tripulado. Cláusula 10. O aparelho da cláusula 1, em que a fonte de energia é selecionado de um de um sistema de bateria e uma célula de combustível. Cláusula 11. Uma aeronave elétrica compreendendo uma armação da aeronave; um grupo de hélices; um grupo de motores elétricos fisicamente associado com o armação da aeronave e configurado para girar o grupo de hélices e mover a armação da aeronave; uma fonte de energia conectada no grupo de motores elétricos de maneira tal que uma corrente passe entre a fonte de energia e o grupo de motores elétricos; e um controlador configurado para identificar um estado para o grupo de motores elétricos; identificar um grupo de parâmetros de recarga para o grupo de motores elétricos quando o estado é um estado de recarga presente para a aeronave elétrica; e recarregar a fonte de energia usando o grupo de parâmetros de recarga para controlar a recarga da fonte de energia com o grupo de motores elétricos quando o estado de recarga está presente para a aeronave elétrica. Cláusula 12. A aeronave elétrica da cláusula 11, em que o grupo de parâmetros de recarga inclui pelo menos um de uma corrente total para a fonte de energia, a corrente de um motor elétrico no grupo de motores elétricos, ou uma tensão para o motor elétrico. Cláusula 13. A aeronave elétrica da cláusula 12, em que a fonte de energia é um sistema de bateria e a corrente total é menor ou igual a uma corrente máxima para o sistema de bateria. Cláusula 14. A aeronave elétrica da cláusula 11, em que o grupo de parâmetros de recarga compreende a corrente de um motor elétrico no grupo de motores elétricos e em que o controlador é configurado para controlar um ciclo de trabalho da corrente gerada pelo motor elétrico para controlar a corrente. Cláusula 15. A aeronave elétrica da cláusula 11, em que o grupo de hélices compreende quatro conjuntos de hélices e o grupo de motores elétricos compreende quatro motores elétricos. Cláusula 16. Um método para controlar uma aeronave elétrica, o método compreendendo identificar um estado para a aeronave elétrica; identificar um grupo de parâmetros de recarga para um grupo de motores elétricos quando o estado é um estado de recarga e está presente para a aeronave elétrica, em que o grupo de motores elétricos é configurado para mover a aeronave elétrica; e recarregar uma fonte de energia para a aeronave elétrica usando o grupo de parâmetros de recarga para controlar a recarga da fonte de energia com o grupo de motores elétricos quando o estado de recarga está presente para a aeronave elétrica. Cláusula 17. O método da cláusula 16, em que o grupo de parâmetros de recarga inclui pelo menos um de uma corrente total para a fonte de energia, uma corrente de um motor elétrico no grupo de motores elétricos, ou uma tensão para o motor elétrico. Cláusula 18. O método da cláusula 17, em que a corrente total é menor ou igual a uma corrente máxima para a fonte de energia. Cláusula 19. O método da cláusula 16, em que o grupo de parâmetros de recarga compreende uma corrente de um motor elétrico no grupo de motores elétricos e compreendendo adicionalmente controlar um ciclo de trabalho da corrente gerada pelo motor elétrico para controlar a corrente. Cláusula 20. O método da cláusula 16, em que a fonte de energia é selecionada de um sistema de bateria e uma célula de combustível e em que o controlador é configurado para identificar os parâmetros de recarga no grupo de parâmetros de recarga para o grupo de motores elétricos em resposta a um evento quando a aeronave elétrica está no estado de recarga.

[00011] Os recursos e funções podem ser alcançados independentemente em várias modalidades da presente descrição ou podem ser combinados em também outras modalidades nas quais detalhes adicionais podem ser vistos com referência à descrição seguinte e desenhos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[00012] Os recursos inéditos considerados característica das modalidades ilustrativas são apresentados nas reivindicações anexas. As modalidades ilustrativas, entretanto, bem como um modo preferido de uso, seus objetivos e recursos adicionais, ficarão mais bem entendidos pela referência à descrição detalhada seguinte de uma modalidade ilustrativa da presente descrição quando lida em conjunto com os desenhos anexos, em que:

[00013] A Figura 1 é uma ilustração de um ambiente de aeronave elétrica de acordo com uma modalidade ilustrativa;

[00014] a Figura 2 é uma ilustração de um diagrama de blocos de uma aeronave elétrica de acordo com uma modalidade ilustrativa;

[00015] a Figura 3 é uma ilustração de um diagrama de blocos de uma máquina de estado para operação de uma aeronave elétrica de acordo com uma modalidade ilustrativa;

[00016] a Figura 4 é uma ilustração de um fluxograma de informação para um sistema de motor elétrico de acordo com uma modalidade ilustrativa;

[00017] a Figura 5 é uma ilustração de um outro fluxograma de informação para um sistema de motor elétrico de acordo com uma modalidade ilustrativa;

[00018] a Figura 6 é uma ilustração de um fluxograma de informação para um motor elétrico em um estado operacional de acordo com uma modalidade ilustrativa;

[00019] a Figura 7 é uma ilustração de um fluxograma de informação para um motor elétrico em um estado de recarga de acordo com uma modalidade ilustrativa;

[00020] a Figura 8 é uma ilustração de um diagrama de blocos de uma fonte de energia e um controlador de corrente de acordo com uma modalidade ilustrativa;

[00021] a Figura 9 é uma ilustração de equações para calcular uma corrente comandada de acordo com uma modalidade ilustrativa;

[00022] a Figura 10 é uma ilustração de um diagrama de circuito de um controlador de tensão e um inversor de potência para um motor elétrico de acordo com uma modalidade ilustrativa;

[00023] a Figura 11 é uma ilustração de um fluxo de corrente através de um controlador de tensão de acordo com uma modalidade ilustrativa;

[00024] a Figura 12 é uma ilustração de um fluxo de corrente através de um controlador de tensão de acordo com uma modalidade ilustrativa;

[00025] a Figura 13 é uma ilustração de um controlador de tensão e um inversor de potência de acordo com uma modalidade ilustrativa;

[00026] a Figura 14 é uma ilustração de um fluxo de corrente reverso através de um controlador de tensão e um inversor de potência de acordo com uma modalidade ilustrativa;

[00027] a Figura 15 é uma ilustração de um controlador de tensão e um inversor de potência de acordo com uma modalidade ilustrativa;

[00028] a Figura 16 é uma ilustração de controle de quatro quadrantes de acordo com uma modalidade ilustrativa;

[00029] a Figura 17 é uma ilustração de um fluxograma de um processo para controlar uma aeronave elétrica de acordo com uma modalidade ilustrativa;

[00030] a Figura 18 é uma ilustração de um sistema de processamento de dados na forma de um diagrama de blocos de acordo com uma modalidade ilustrativa;

[00031] a Figura 19 é uma ilustração de um diagrama de blocos de um método de fabricação e serviço de aeronave de acordo com uma modalidade ilustrativa; e

[00032] a Figura 20 é uma ilustração de um diagrama de blocos de uma aeronave de acordo com uma modalidade ilustrativa.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[00033] As modalidades ilustrativas reconhecem e levam em conta uma ou mais diferentes considerações. Por exemplo, as modalidades ilustrativas reconhecem e levam em conta que o tempo, distância, ou tanto o tempo quanto distância que uma aeronave pode voar usando um motor elétrico podem ser aumentados de inúmeras diferentes maneiras. Por exemplo, quando o motor elétrico usa um sistema de bateria como uma fonte de energia, esse sistema de bateria pode ser recarregado. As modalidades ilustrativas adicionalmente reconhecem e levam em conta que esta recarga do sistema de bateria pode ocorrer enquanto a aeronave está fora de um local de recarga projetado para a aeronave.

[00034] Modalidades ilustrativas reconhecem e levam em conta que motores elétricos para aeronave podem incluir um dispositivo de coleta de energia. O dispositivo de coleta de energia pode gerar energia elétrica para recarregar o sistema de bateria enquanto a aeronave está fora de um local de recarga projetado para a aeronave. Neste exemplo ilustrativo, o dispositivo de coleta de energia pode tomar várias formas. Por exemplo, o dispositivo de coleta de energia pode ser selecionado de uma célula solar, um gerador termoelétrico, um cristal piezoelétrico, uma antena e outros tipos adequado de dispositivos configurados para recarregar o sistema de bateria da aeronave.

[00035] As modalidades ilustrativas adicionalmente reconhecem e levam em conta que a adição de um dispositivo de coleta de energia como um componente separado na aeronave pode incorporar mais peso e complexidade do que o desejado em alguns casos. As modalidades ilustrativas adicionalmente reconhecem e levam em conta que um motor elétrico usado para propulsão de uma aeronave pode também ser usado como um dispositivo de coleta de energia. Em particular, o motor elétrico em conjunto com uma hélice pode ser usado para coletar energia eólica disponível na forma de energia cinética para gerar uma corrente que pode ser usada para recarregar um sistema de bateria na aeronave. As modalidades ilustrativas reconhecem e levam em conta, entretanto, que alguns sistemas de propulsão atualmente usados podem não ter a capacidade de fornecer tanto movimento quanto recarga para a aeronave.

[00036] Assim, as modalidades ilustrativas fornecem um método e aparelho para recarregar uma fonte de energia. Em um exemplo ilustrativo, um aparelho compreende um controlador. O controlador é configurado para identificar um estado para uma aeronave e identificar um grupo de parâmetros de recarga para uma pluralidade de motores elétricos. A pluralidade de motores elétricos é configurada para mover a aeronave no ar quando um estado de recarga está presente para a aeronave. O controlador é adicionalmente configurado para recarregar uma fonte de energia para a aeronave usando o grupo de parâmetros e controlar a recarga da fonte de energia com o grupo de motores elétricos quando o estado de recarga está presente para a aeronave.

[00037] Com referência agora às figuras e, em particular, com referência à figura 1, está representada uma ilustração de um ambiente de aeronave elétrica de acordo com uma modalidade ilustrativa. Neste exemplo ilustrativo, o ambiente de aeronave elétrica 100 é um exemplo de um ambiente no qual a aeronave elétrica 101 pode operar.

[00038] Neste exemplo ilustrativo, a aeronave elétrica 101 toma a forma de quadcóptero 102. Quadcóptero 102 é um tipo de aeronave que é levantado e impulsionado por quatro conjuntos de hélices neste exemplo ilustrativo. Neste exemplo ilustrativo, um “conjunto” inclui um ou mais componentes. Dessa maneira, um conjunto de hélices inclui uma ou mais hélices.

[00039] Como representado, o quadcóptero 102 voa usando sistema de propulsão elétrico 104 e realiza diferentes operações em ambiente de aeronave elétrica 100. Por exemplo, o quadcóptero 102 pode realizar operações para uma missão de vigilância. As operações para a missão de vigilância podem incluir gerar imagens de objetos incluindo edifício 106. Essas imagens podem ser imagens congeladas, vídeo, ou alguma combinação destes.

[00040] Adicionalmente, a missão de vigilância também podem incluir gerar imagens de tráfego na estrada 108. Por exemplo, o quadcóptero 102 pode gerar imagens de veículo 110 movimentando na estrada 108.

[00041] Nesses exemplos ilustrativos, o quadcóptero 102 é configurado para voar por um período de tempo selecionado. O tempo de voo para o quadcóptero 102 é baseado na capacidade da fonte de energia no quadcóptero 102 e seu nível de desempenho exigido. Neste exemplo ilustrativo, o nível de desempenho pode incluir o nível de energia necessário para realizar uma missão da maneira desejada. Em decorrência disto, o quadcóptero 102 pode retornar para o local de recarga 112 depois de um certo período de tempo para recarregar a fonte de energia para o quadcóptero 102. Por exemplo, o quadcóptero 102 pode retornar para o local de recarga 112 para recarregar um sistema de bateria para o quadcóptero 102.

[00042] Em alguns casos, pode ser desejável prolongar o tempo de missão para o quadcóptero 102. Em outras palavras, pode ser desejável usar uma quantidade de energia que permite que ao quadcóptero 102 voar por um maior período de tempo, gere mais informação no que se refere do ambiente da aeronave elétrica 100, realize operações adicionais, ou alguma combinação destes.

[00043] O tempo de missão para o quadcóptero 102 pode ser prolongado em uma pluralidade de diferentes maneiras. Por exemplo, o quadcóptero 102 pode descansar em uma estrutura no ambiente da aeronave elétrica 100 por um período de tempo enquanto realiza a missão.

[00044] Em um exemplo ilustrativo, o quadcóptero 102 pode usar telhado 114 como um ponto de vantagem, usando menos energia para realizar uma parte de uma missão enquanto no telhado 114. Por exemplo, o telhado 114 pode ser um local do qual o quadcóptero 102 pode gerar imagens de veículo 110 em movimento na estrada 108 sem voar ao longo da estrada 108. Desta maneira, o quadcóptero 102 pode economizar a vida da bateria e prolongar o tempo de missão.

[00045] Em um outro exemplo ilustrativo, o quadcóptero 102 pode prolongar o tempo de missão usando um sistema de coleta de energia para recarregar a fonte de energia. Em particular, o quadcóptero 102 pode empregar um sistema de coleta de energia que tem uso duplo. Em outras palavras, o sistema de coleta de energia pode realizar uma outra função além de recarregar a fonte de energia.

[00046] Como representado neste exemplo, o sistema de propulsão elétrico 104 pode também funcionar como um sistema de coleta de energia para recarregar a fonte de energia do quadcóptero 102. O sistema de coleta de energia para o quadcóptero 102 pode ser ativado em uma pluralidade de diferentes maneiras. Por exemplo, o quadcóptero 102 pode aterrissar na unidade de condicionamento de ar 116.

[00047] Como ilustrado, ar que escoa da unidade de condicionamento de ar 116 pode girar as hélices 118 para gerar energia elétrica que pode ser usada para recarregar a fonte de energia no quadcóptero 102. Desta maneira, o sistema de propulsão elétrico 104 pode ter um propósito duplo como um sistema de coleta de energia e, portanto, um sistema de coleta de energia separado pode não ser necessário no quadcóptero 102. Em decorrência disto, pelo menos um de peso, complexidade, ou outros fatores pode ser reduzido para o quadcóptero 102 nesses exemplos ilustrativos.

[00048] Na forma aqui usada, a expressão “pelo menos um de”, quando usada com uma lista de itens, significa que diferentes combinações de um ou mais dos itens listados pode ser usado e somente um de cada item na lista pode ser necessário. Por exemplo, “pelo menos um do item A, item B, ou item C” pode incluir, sem limitação, o item A, item A e item B, ou item B. Este exemplo também pode incluir o item A, item B, e item C ou item B e item C. Certamente, qualquer combinação desses itens pode estar presente. Em outros exemplos, “pelo menos um de” pode ser, por exemplo, sem limitação, dois do item A, um do item B, e dez do item C; quatro do item B e sete do item C; e outras combinações adequadas. O item pode ser um objeto, coisa ou uma categoria particular. Em outras palavras, pelo menos um de significa qualquer combinação de itens e uma pluralidade de itens pode ser usada da lista, mas nem todos os itens na lista são exigidos.

[00049] Em outros exemplos ilustrativos, o quadcóptero 102 pode aterrissar em uma outra estrutura com uma quantidade adequada de vento no ambiente em torno da estrutura. Por exemplo, o quadcóptero 102 pode aterrissar no telhado 114 de maneira tal que suas hélices fiquem voltadas para a direção do vetor do vento relativo. Este vento pode então ser usado para recarregar a fonte de energia do quadcóptero 102.

[00050] A ilustração do ambiente de aeronave elétrica 100 na figura 1 é somente como um exemplo de uma implementação para uma modalidade ilustrativa. Em outros exemplos ilustrativos, uma ou mais aeronaves elétricas pode ser usada em adição ou em substituição ao quadcóptero 102.

[00051] Em outros exemplos, as missões podem ser realizadas em outros locais sem ser o local do edifício 106. Por exemplo, missões podem ser realizadas para vistoriar uma tubulação, obter informação no que se refere de um incêndio florestal, e outros tipos adequados de missões.

[00052] Com referência agora à figura 2, está representado um diagrama de blocos de uma aeronave elétrica de acordo com uma modalidade ilustrativa. O quadcóptero 102 na figura 1 é um exemplo de uma implementação física de aeronave elétrica 200 mostrada na forma de blocos na figura 2.

[00053] Neste exemplo ilustrativo, a aeronave elétrica 200 inclui uma pluralidade de componentes. Como representado, a aeronave elétrica 200 inclui armação da aeronave 202, sistema de propulsão elétrico 204, sistema de coleta de energia 206, fonte de energia 208 e controlador 210. A aeronave elétrica 200 pode ter outros componentes em adição ou em substituição aos representados nos diferentes exemplos ilustrativos.

[00054] Como ilustrado, a armação da aeronave 202 é a estrutura mecânica para a aeronave elétrica 200. A armação da aeronave 202 pode ser selecionada de pelo menos um de uma armação, uma fuselagem, ou alguma outra estrutura física que pode ser associada com outros componentes na aeronave elétrica 200.

[00055] Quando um componente é “associado” com um outro componente, a associação é uma associação física nos exemplos representados. Por exemplo, um primeiro componente pode ser considerado fisicamente associado com um segundo componente quando pelo menos um é preso no segundo componente, ligado no segundo componente, montado no segundo componente, soldado no segundo componente, fixado no segundo componente, ou conectado no segundo componente de alguma outra maneira adequada. O primeiro componente também pode ser conectado no segundo componente usando um terceiro componente. O primeiro componente pode também ser considerado fisicamente associado com o segundo componente quando é formado como parte do segundo componente, extensão do segundo componente, ou ambos.

[00056] Como representado, o sistema de propulsão elétrico 204 inclui grupo de hélices 212 e grupo de motores elétricos 214. Na forma aqui usada, um “grupo” quando usado com referência a itens significa um ou mais itens. Por exemplo, grupo de hélices 212 é uma ou mais hélices.

[00057] Neste exemplo ilustrativo, o grupo de hélices 212 é fisicamente associado com grupo de motores elétricos 214. O grupo de motores elétricos 214 é fisicamente associado com a armação da aeronave 202.

[00058] O grupo de motores elétricos 214 é configurado para girar o grupo de hélices 212 e mover a armação da aeronave 202 para a aeronave elétrica 200. O movimento da aeronave elétrica 200 pelo sistema de propulsão elétrico 204 pode ser no solo, no ar, ou uma combinação destes.

[00059] Neste exemplo ilustrativo, o sistema de coleta de energia 206 também inclui grupo de hélices 212 e grupo de motores elétricos 214. Em outras palavras, o grupo de hélices 212 e grupo de motores elétricos 214 podem funcionar tanto como sistema de propulsão elétrico 204 quanto sistema de coleta de energia 206 neste exemplo ilustrativo.

[00060] Como representado, a fonte de energia 208 é conectada no grupo de motores elétricos 214 de maneira tal que corrente 216 passe entre a fonte de energia 208 e o grupo de motores elétricos 214. Neste exemplo ilustrativo, a fonte de energia 208 é o sistema de bateria 209. Em outros exemplos ilustrativos, a fonte de energia 208 pode ser selecionada de uma célula de combustível e outros tipos adequados de fontes de energia recarregáveis.

[00061] O sistema de bateria 209 é compreendido de um grupo de baterias 218 e outros componentes adequados configurados para operar o sistema de bateria 209. Por exemplo, em alguns exemplos ilustrativos, o sistema de bateria 209 pode compreender um circuito equilibrador de bateria configurado para monitorar o estado de carga de uma ou mais baterias no sistema de bateria 209. Em outros exemplos ilustrativos, este circuito equilibrador de bateria pode ficar ausente no sistema de bateria 209.

[00062] Neste exemplo representado, corrente 216 passa da fonte de energia 208 para o grupo de motores elétricos 214 quando o grupo de hélices 212 e o grupo de motores elétricos 214 funcionam como sistema de propulsão elétrico 204. Corrente 216 passa do grupo de motores elétricos 214 para a fonte de energia 208 quando o grupo de hélices 212 e o grupo de motores elétricos 214 funcionam como sistema de coleta de energia 206 para recarregar a fonte de energia 208.

[00063] Neste exemplo ilustrativo, a recarga da fonte de energia 208 pode tomar a forma de recarga parasita. Corrente 216 pode ser uma corrente regenerativa quando a corrente 216 passa do grupo de motores elétricos 214 para a fonte de energia 208.

[00064] Neste exemplo ilustrativo, uma recarga parasita refere-se ao processo de extrair energia de uma fonte de energia não convencional. Em outras palavras, recarga parasita vem de uma fonte cuja função primária não é fornecer energia. Por exemplo, quando o sistema de coleta de energia 206 usa a energia mecânica no vento proveniente da exaustão de uma unidade de condicionamento de ar para carregar a fonte de energia 208, o processo pode ser referido como recarga parasita.

[00065] Neste exemplo ilustrativo, o controlador 210 é configurado para controlar a operação da aeronave elétrica 200. Como representado, o controlador 210 pode ser implementado em software, hardware, firmware, ou uma combinação destes. Quando software é usado, as operações realizadas pelo controlador 210 podem ser implementadas em um código de programa configurado para rodar em uma unidade de processamento. Quando firmware é usado, as operações realizadas pelo controlador 210 podem ser implementadas em código e dados de programa e armazenadas em memória persistente para rodar em uma unidade de processamento. Quando hardware é empregado, o hardware pode incluir circuitos que operam para realizar as operações no controlador 210.

[00066] Nestes exemplos ilustrativos, o hardware pode tomar a forma de um sistema de circuito, um circuito integrado, um circuito integrado específico da aplicação (ASIC), um dispositivo de lógica programável, ou algum outro tipo adequado de hardware configurado para realizar uma pluralidade de operações. Com um dispositivo de lógica programável, o dispositivo pode ser configurado para realizar a pluralidade de operações. O dispositivo pode ser reconfigurado em um momento posterior ou pode ser configurado permanentemente para realizar a pluralidade de operações.

[00067] Exemplos de dispositivo de lógica programável incluem, por exemplo, um arranjo de lógica programável, uma lógica de arranjo programável, um arranjo de lógica programável no campo, um arranjo de porta programável no campo, e outros dispositivos de hardware adequados. Adicionalmente, os processos podem ser implementados em componentes orgânicos integrados com componentes inorgânicos e podem ser compreendidos completamente de componentes orgânicos excluindo um ser humano. Por exemplo, os processos podem ser implementados como circuitos em semicondutores orgânicos.

[00068] No exemplo ilustrativo, o controlador 210 pode ser um controlador de modulação da largura de impulso (IWMC). Neste exemplo representado, um controlador de modulação da largura de impulso controla a corrente nos enrolamentos de um motor de corrente contínua (CC) usando modulação da largura de impulso (IWM). Modulação da largura de impulso é um método algorítmico digital que fornece controle de quatro quadrantes de corrente nos enrolamentos do motor com uma configuração de comutação de ponte “H”. Esta ponte “H” também pode ser referida como um inversor de potência nesses exemplos ilustrativos.

[00069] Durante cada ciclo de trabalho, a realimentação determina o tempo apropriado para uma ponte de chave comutar para ligar ou desligar a fim de prover uma mudança de corrente positiva ou negativa desejada. Variando-se o ciclo de trabalho, a magnitude da corrente 216 é afetada para conduzir corrente 216 mais próxima de um nível desejado. Em outros exemplos ilustrativos, outros tipos de controladores podem ser usados para o controlador 210, dependendo da implementação particular.

[00070] Neste exemplo representado, o controlador 210 é configurado para identificar estado 220 para o grupo de motores elétricos 214. O estado 220 pode ser um estado operacional nesses exemplos ilustrativos. Por exemplo, o estado 220 pode ser selecionado de um grupo operacional de motores elétricos 214, grupo de recarga de motores elétricos 214, estado de reserva, ou algum outro estado adequado.

[00071] O controlador 210 é também configurado para identificar grupo de parâmetros de recarga 222 para o grupo de motores elétricos 214 em sistema de propulsão elétrico 204 com base no estado 220. Como representado, o controlador 210 é configurado para recarregar a fonte de energia 208 usando o grupo de parâmetros de recarga 222 para controlar a recarga da fonte de energia 208 com o grupo de motores elétricos 214 com base no estado 220 para a aeronave elétrica 200.

[00072] Neste exemplo ilustrativo, o grupo de parâmetros de recarga 222 pode tomar várias formas. Por exemplo, o grupo de parâmetros de recarga 222 pode ser selecionado de pelo menos um de uma corrente total para a fonte de energia 208, uma corrente do motor elétrico 224 no grupo de motores elétricos 214, uma tensão para o motor elétrico 224, ou outros parâmetros adequados.

[00073] Como representado, a corrente total é a soma de um grupo de correntes do grupo de motores elétricos 214 usados para recarregar a fonte de energia 208. Em outras palavras, a corrente total gerada pelo grupo de motores elétricos 214 forma a corrente 216. Cada motor elétrico no grupo de motores elétricos 214 pode gerar uma corrente.

[00074] Neste exemplo ilustrativo, o nível de corrente correspondente a cada motor no grupo de motores elétricos 214 pode ser o mesmo ou diferente de outros motores elétricos. Por exemplo, um primeiro motor elétrico pode gerar uma primeira corrente, enquanto um segundo motor elétrico pode gerar uma segunda corrente que é diferente da primeira corrente.

[00075] Em outros exemplos, a primeira corrente e a segunda corrente podem ser substancialmente as mesmas. Em alguns exemplos ilustrativos, somente um motor pode estar presente no grupo de motores elétricos 214. Neste caso, a corrente total, corrente 216 é a corrente gerada pelo motor elétrico 224.

[00076] Em alguns casos, a corrente total pode ser selecionada para ser menor ou igual a uma corrente máxima da fonte de energia 208. Esta corrente máxima pode ser uma corrente máxima permissível. A seleção da corrente máxima permissível total pode mudar com o tempo com base no estado de carga da fonte de energia 208 ou no estado de saúde da fonte de energia 208. Adicionalmente, um valor para corrente máxima permissível total pode ser selecionado para aumentar a vida da fonte de energia 208, reduzir manutenção para fonte de energia 208, ou alguma combinação destes. Uma maior corrente pode ser selecionada para corrente total para carregar a fonte de energia 208 em um menor tempo, mas pode reduzir a vida da fonte de energia 208.

[00077] Como ilustrado, quando o grupo de parâmetros de recarga 222 compreende uma corrente do motor elétrico 224 no grupo de motores elétricos 214, o controlador 210 pode ser configurado para controlar o ciclo de trabalho 226. Neste exemplo ilustrativo, o ciclo de trabalho 226 representa a porcentagem de tempo que uma pluralidade de chaves no motor elétrico 224 está no estado “ligado” ou “fechado”. Em outras palavras, o ciclo de trabalho 226 é a quantidade de tempo que a pluralidade de chaves no motor elétrico 224 está ativa para prover corrente ao motor elétrico 224 como uma fração do tempo total em consideração.

[00078] Neste exemplo ilustrativo, o controlador 210 é configurado para identificar parâmetros de recarga no grupo de parâmetros de recarga 222 para o grupo de motores elétricos 214 em resposta ao evento 228 com base no estado 220 da aeronave elétrica 200. No exemplo ilustrativo, o evento 228 é selecionado de pelo menos um de entrada da aeronave elétrica 200 no estado de recarga, uma expiração de um período de tempo, uma mudança no grupo de motores elétricos 214, ou algum outro evento adequado.

[00079] Assim, a aeronave elétrica 200 pode se recarregar usando o sistema de coleta de energia 206. O sistema de coleta de energia 206 opera sem aumentar peso ou complexidade no projeto de aeronave elétrica 200. Quando a fonte de energia 208 é recarregável usando o sistema de coleta de energia 206, o tamanho, peso e custo da fonte de energia 208 usado para a aeronave elétrica 200 podem ser reduzidos.

[00080] Adicionalmente, com o uso do sistema de coleta de energia 206, a aeronave elétrica 200 pode operar por um maior período de tempo, comparada com algumas configurações para uma aeronave elétrica. A aeronave elétrica 200 também pode realizar missões mais complexas e missões mais intensivas quanto ao tempo sem precisar retornar para uma estação de recarga projetada. O controlador 210 pode ser configurado para comutar do sistema de propulsão elétrico 204 para o sistema de coleta de energia 206 no campo durante uma missão para recarregar a fonte de energia 208.

[00081] A ilustração da aeronave elétrica 200 na figura 2 não deve implicar limitações físicas ou arquitetônicas da maneira na qual uma modalidade ilustrativa pode ser implementada. Outros componentes em adição ou em substituição aos ilustrados podem ser usados. Alguns componentes podem ser desnecessários. Também, os blocos são apresentados para ilustrar alguns componentes funcionais. Um ou mais desses blocos pode ser combinado, dividido, ou combinado e dividido em diferentes blocos quando implementado em uma modalidade ilustrativa.

[00082] Por exemplo, o controlador 210 é mostrado fisicamente associado com a armação da aeronave 202. Em alguns exemplos ilustrativos, o controlador 210 pode ser distribuído em mais de um local. Por exemplo, uma porção do controlador 210 pode ser fisicamente associada com a armação da aeronave 202, enquanto uma outra porção do controlador 210 pode ser em um outro local, tal como uma estação em solo, uma outra aeronave, ou em algum outro local adequado. Com este exemplo, as diferentes porções do controlador 210 podem ser implementadas em sistema de computador 211. O sistema de computador 211 pode incluir um ou mais computadores que comunicam entre si por uma mídia de comunicações tal como um enlace de comunicações sem fio.

[00083] Como um outro exemplo, a aeronave elétrica 200 pode tomar uma forma diferente da ilustrada nesta figura. Embora um exemplo de aeronave elétrica 200 seja descrito com relação ao quadcóptero 102 na figura 1, a aeronave elétrica 200 pode tomar outras formas. Por exemplo, a aeronave elétrica 200 pode ser selecionada de um aeroplano, um helicóptero, uma nave com rotor, e veículo aéreo não tripulado (UAV), e outros tipos adequados de aeronave elétrica.

[00084] Em um outro exemplo ilustrativo, o controlador 210 pode ser implementado usando um outro tipo de controlador sem ser um controlador de modulação da largura de impulso. Por exemplo, o controlador 210 pode ser implementado como um controlador de modulação da largura de pulso (PWM).

[00085] Em ainda um outro exemplo ilustrativo, a recarga da fonte de energia 208 usando o sistema de coleta de energia 206 pode ser realizada em adição ou em substituição a recarga regenerativa da fonte de energia 208. Recarga regenerativa da fonte de energia 208 pode ocorrer quando o controlador 210 muda a direção do grupo de hélices 212, reduz a taxa na qual o grupo de hélices 212 gira, ou alguma combinação destes. Em outras palavras, a frenagem do grupo de motores elétricos 214 pode ser usado para recarregar regenerativamente a fonte de energia 208.

[00086] De volta a seguir à figura 3, está representada uma ilustração de um diagrama de blocos de uma máquina de estado para operação de uma aeronave elétrica de acordo com uma modalidade ilustrativa. Neste exemplo ilustrativo, a máquina de estado 300 mostra o estado 220 no qual a aeronave elétrica 200 na figura 2 pode entrar para realizar a missão 302. Neste exemplo ilustrativo, o estado 220 para a aeronave elétrica 200 é selecionado de um de estado operacional 304 e estado de recarga 306.

[00087] A aeronave elétrica 200 começa no estado operacional 304. Em alguns exemplos ilustrativos, estado operacional 304 pode ser referido como um estado “motriz”, ou um estado no qual o sistema de propulsão elétrico 204 na figura 2 está ativo. Quando o estado 220 para a aeronave elétrica 200 é o estado operacional 304, a aeronave elétrica 200 realiza operações para a missão 302. Essas operações podem incluir, por exemplo, pelo menos um de voar para um local, gerar imagens de um alvo no local, soltar uma carga útil no local, disparar uma arma em um alvo no local, retornar para a base, ou outras operações adequadas. No estado operacional 304, o grupo de motores elétricos 214 na figura 2 é usado para movimento.

[00088] A aeronave elétrica 200 pode aumentar a duração da missão 302 mudando o estado 220 para o estado de recarga 306. Neste estado, a aeronave elétrica 200 pode recarregar a fonte de energia 208 usando o sistema de coleta de energia 206 na figura 2.

[00089] Quando no estado de recarga 306, a aeronave elétrica 200 também pode realizar operações para a missão 302. Por exemplo, quando recarregando a fonte de energia 208 em solo, a aeronave elétrica 200 pode ainda gerar imagens e realizar outras operações que podem ser realizadas enquanto a aeronave elétrica 200 não está em movimento.

[00090] Depois de recarregar a fonte de energia 208, a máquina de estado 300 para a aeronave elétrica 200 pode retornar para o estado operacional 304. Desta maneira, a aeronave elétrica 200 pode continuar realizar operações para a missão 302. Neste exemplo ilustrativo, a aeronave elétrica 200 pode mudar entre o estado operacional 304 e o estado de recarga 306 qualquer número de vezes durante o desempenho da missão 302.

[00091] Com referência a seguir à figura 4, está representada uma ilustração de um fluxograma de informação para um sistema de motor elétrico de acordo com uma modalidade ilustrativa. Neste exemplo ilustrativo, o controlador 400 é associado com a fonte de energia 402 e o grupo de motores elétricos 404. O controlador 400 é um exemplo de controlador 210 na figura 2. O grupo de motores elétricos 404 é um exemplo de grupo de motores elétricos 214 na figura 2. O controlador 400, fonte de energia 402 e grupo de motores elétricos 404 estão em comunicação entre si neste exemplo ilustrativo.

[00092] Como representado, o controlador 400 é um computador de voo para uma aeronave. O controlador 400 é configurado para receber comandos 406 e informação 408.

[00093] Neste exemplo ilustrativo, os comandos 406 podem ser um de comandos de piloto automático, comandos de piloto, ou algum outro tipo adequado de comandos. Comandos 406 são comandos para o grupo de motores elétricos 404 neste exemplo ilustrativo. Por exemplo, comandos 406 podem especificar revoluções por minuto (RPM) e comandos de empuxo para operação de um ou mais do grupo de motores elétricos 404.

[00094] Como ilustrado, informação 408 é informação provida por vários sistemas de monitoramento para a aeronave. Informação 408 pode tomar uma pluralidade de diferentes formas. Por exemplo, informação 408 pode tomar a forma de velocidade do ar, altitude, orientação, ou outra informação adequada no que se refere da aeronave. Informação 408 pode ser usada pelo controlador 400 para controlar a operação do grupo de motores elétricos 404 neste exemplo ilustrativo.

[00095] A fonte de energia 402 fica em comunicação com o controlador 400 neste exemplo representado. A fonte de energia 402 fornece estado de carga 410 para o controlador 400 neste exemplo ilustrativo. Estado de carga 410 pode ser o nível de carga restante na fonte de energia 402. Por exemplo, quando a fonte de energia 402 é um sistema de bateria, o estado de carga 410 pode ser um estado de carga da bateria que representa a carga restante no sistema de bateria.

[00096] Neste exemplo representado, o controlador 400 usa o estado de carga 410 enviado pela fonte de energia 402 para determinar quando a fonte de energia 402 precisa de recarga. A determinação se a fonte de energia 402 precisa de recarga pode ser com base em uma pluralidade de parâmetros de recarga. Por exemplo, quando a carga restante na fonte de energia 402 atinge um valor de patamar ou a tensão nos terminais da bateria fica menor que um valor especificado, o controlador 400 pode comutar o estado do grupo de motores elétricos 404 de um estado operacional para um estado de recarga. Em outras palavras, quando o estado de carga 410 atinge um valor selecionado, o grupo de motores elétricos 404 pode ser colocado em um estado de recarga para recarregar a fonte de energia 402.

[00097] O estado de carga 410 também pode incluir uma quantidade máxima de corrente regenerativa para a fonte de energia 402. Por exemplo, o estado de carga 410 pode identificar um valor máximo permissível de corrente a ser enviada de volta para a fonte de energia 402 pelo grupo de motores elétricos 404. Em um outro exemplo, a fonte de energia 402 e o controlador 400 podem identificar a corrente necessária de maneira tal que a fonte de energia 402 seja recarregada em um estado suficiente para término de sua missão.

[00098] O grupo de motores elétricos 404 inclui quatro motores elétricos neste exemplo ilustrativo. Em particular, o grupo de motores elétricos 404 inclui o motor elétrico 412, motor elétrico 414, motor elétrico 416 e motor elétrico 418 neste exemplo ilustrativo. O grupo de motores elétricos 404 recebe correntes da fonte de energia 402 quando em um estado operacional e envia correntes para a fonte de energia 402 quando em um estado de recarga.

[00099] Em particular, o motor elétrico 412 recebe corrente 420, o motor elétrico 414 recebe corrente 422, o motor elétrico 416 recebe corrente 424 e o motor elétrico 418 recebe corrente 426 no estado operacional. A corrente 420, corrente 422, corrente 424 e corrente 426 podem passar na direção oposta durante o estado de recarga. Em alguns exemplos, a corrente que passa em uma direção pode ser a mesma ou diferente da corrente que passa na direção oposta, dependendo da implementação particular.

[000100] Neste exemplo representado, o controlador 400 envia uma pluralidade de comandos do motor ao grupo de motores elétricos 404. Por exemplo, o controlador 400 transmite comandos do motor 428 ao motor elétrico 412, comandos do motor 430 ao motor elétrico 414, comandos do motor 432 ao motor elétrico 416 e comandos do motor 434 ao motor elétrico 418.

[000101] Neste exemplo ilustrativo, comandos do motor 428, comandos do motor 430, comandos do motor 432 e comandos do motor 434 podem ser selecionados de pelo menos um de revoluções por minuto, empuxo, um estado operacional, um estado de recarga, uma frequência de comutação, uma tensão de regeneração, uma corrente de regeneração, ou algum outro comando adequado. Esses comandos do motor podem então ser implementados pelo grupo de motores elétricos 404.

[000102] O grupo de motores elétricos 404 pode enviar realimentação para controlador 400 neste exemplo ilustrativo. Em particular, o motor elétrico 412 transmite a realimentação 436, o motor elétrico 414 transmite a realimentação 438, o motor elétrico 416 transmite a realimentação 440 e o motor elétrico 418 transmite a realimentação 442. A realimentação 436, realimentação 438, realimentação 440 e realimentação 442 podem incluir pelo menos um de revoluções por minuto, uma corrente de regeneração, ou algum outro tipo adequado de realimentação. A realimentação 436, realimentação 438, realimentação 440 e realimentação 442 podem ser geradas por uma pluralidade de sensores em cada respectivo motor neste exemplo ilustrativo.

[000103] Neste exemplo representado, a realimentação é processada pelo controlador 400 e usada para ajustar futuros comandos transmitidos para o grupo de motores elétricos 404. Em alguns casos, a realimentação pode ser usada como uma ferramenta de diagnóstico para identificar problemas em um do grupo de motores elétricos 404. Por exemplo, a realimentação pode ser usada para determinar se um do grupo de motores elétricos 404 não está funcionando da maneira desejada.

[000104] De volta a seguir à figura 5, está representada uma outra ilustração de um fluxograma de informação para um sistema de motor elétrico de acordo com uma modalidade ilustrativa. Neste exemplo representado, é mostrada uma ilustração mais detalhada do motor elétrico 412 da Figura 4.

[000105] Como representado, o motor elétrico 412 inclui controlador do motor 500, controlador de tensão 502, inversor de potência (isto é, uma ponte “H”) 504 e o motor 506. Neste exemplo ilustrativo, o controlador do motor 500 é configurado para receber comandos do motor 428 mostrado na figura 4 pelo controlador 400. O controlador do motor 500 pode ser selecionado de um controlador de modulação da largura de impulso, um controlador de modulação pela largura de pulso, ou algum outro tipo adequado de controlador.

[000106] O controlador do motor 500 transmite comandos 510 para o controlador de tensão 502 e comandos 517 para o inversor de potência 504. O controlador de tensão 502 pode ser um dispositivo configurado para regular a tensão aplicada no motor elétrico 412 em um estado operacional e a tensão aplicada na fonte de alimentação durante um estado de recarga. Por exemplo, o controlador de tensão 502 escolhe uma tensão apropriada para carregar a fonte de energia 402 quando no estado de recarga de maneira tal que o motor elétrico 412 possa carregar a fonte de energia 402 de uma maneira desejada. O inversor de potência 504 é controlado para suprir corrente de volta à fonte de energia 402 em uma magnitude comandada. Em outras palavras, o controlador de tensão 502 controla a tensão de carregamento, enquanto o inversor de potência 504 controla a magnitude da corrente que está sendo suprida na fonte de energia 402. O controlador de tensão 502 pode controlar a tensão aplicada na fonte de energia 402, independente da tensão comandada, a fim de prover um ajuste de carga desejado para a fonte de energia 402.

[000107] Neste exemplo ilustrativo, os comandos 510 e/ou comandos 517 podem ser comandos para comutar o motor elétrico 412 de um estado operacional para um estado de recarga, ou de um estado de recarga para um estado operacional. Os comandos 510 e comandos 517 podem ser configurados de maneira tal que o sistema de circuitos em um ou mais do controlador de tensão 502 e do inversor de potência 504 seja colocado em um estado para permitir que corrente passe de uma maneira desejada.

[000108] Com base em comandos 517, o inversor de potência 504 pode transmitir ou receber corrente 512. Em particular, quando o motor elétrico 412 está em um estado operacional, o inversor de potência 504 transmite corrente 512 para o motor 506. Quando o motor elétrico 412 está em um estado de recarga, o inversor de potência 504 recebe corrente 512 do motor 506. O motor 506 é a parte mecânica do motor elétrico 412 neste exemplo ilustrativo.

[000109] Como representado, o controlador de tensão 502 e o inversor de potência 504 fornecem realimentação 514 e realimentação 516, respectivamente, para o controlador do motor 500. Por exemplo, realimentação 514 pode incluir uma tensão regenerada do motor elétrico 412 para fonte de energia 402.

[000110] De uma maneira similar, o motor 506 gera realimentação 518 para o controlador do motor 500. Realimentação 518 pode incluir entrada e saída de corrente medida no motor 506, informação de posição do motor 506, ou outros tipos adequados de realimentação. O controlador do motor 500 então usa esta realimentação para gerar realimentação 436 mostrado na figura 4 para o controlador 400, para adicionalmente controlar a operação do motor elétrico 412 com base em comandos do motor 428 provenientes do controlador 400, ou realizar um outro tipo adequado de operação.

[000111] Neste exemplo representado, embora tenham sido descritos componentes de um motor elétrico com referência ao motor elétrico 412, o motor elétrico 414, motor elétrico 416 e motor elétrico 418 podem incluir componentes similares ao motor elétrico 412, como aqui descrito. Em outros exemplos ilustrativos, um ou mais do grupo de motores elétricos 404 pode incluir diferentes componentes, dependendo da funcionalidade envolvida.

[000112] Com referência a seguir à figura 6, está representada uma ilustração de um fluxograma de informação para um motor elétrico em um estado operacional de acordo com uma modalidade ilustrativa. Neste exemplo representado, o motor elétrico 412 da figura 4 está mostrado em um estado operacional. O fluxo de corrente mostrado nesta figura pode ser um exemplo do fluxo de corrente durante o estado operacional 304 na figura 3.

[000113] Como ilustrado, a fonte de energia 402 fornece corrente 420 ao motor elétrico 412, enquanto o controlador 400 transmite comandos do motor 428 para o motor elétrico 412. Corrente 420 pode ser suprida a uma tensão constante nesses exemplos ilustrativos.

[000114] Neste exemplo ilustrativo, o controlador de tensão 502 recebe corrente 420. O controlador do motor 500 recebe comandos do motor 428. O controlador do motor 500 então gera comandos de controle de tensão 600 e comandos de controle de corrente 602.

[000115] Como ilustrado, comandos de controle de tensão 600 são configurados para controlar o controlador de tensão 502. O controlador de tensão 502 é configurado para controlar a tensão que é aplicada no inversor de potência 504 na tensão comandada pelos comandos de controle de tensão 600. A tensão de saída 604 é aplicada no inversor de potência 504. Com base na tensão de saída 604 do controlador de tensão 502 e comandos de controle de corrente 602 do controlador do motor 500, tensão de saída 606 é aplicada no motor 508. A tensão de saída 606 é aplicada na tensão comandada e corrente comandada pelo controlador do motor 500 nesses exemplos ilustrativos.

[000116] Neste exemplo representado, o motor 506 converte esta tensão de saída 606 em saída mecânica 608. Esta energia mecânica é potência do eixo de saída nesses exemplos ilustrativos. A saída mecânica 608 causa movimento da aeronave. Por exemplo, a saída mecânica 608 pode girar a hélice 610. Desta maneira, o motor elétrico 412 e motores adicionais no grupo de motores elétricos 404 podem prover movimento para a aeronave enquanto em um estado operacional.

[000117] De volta agora à figura 7, está representada uma ilustração de um fluxograma de informação para um motor elétrico em um estado de recarga de acordo com uma modalidade ilustrativa. Neste exemplo representado, o motor elétrico 412 da figura 4 está mostrado em um estado de recarga. O fluxo de corrente mostrado nesta figura pode ser um exemplo do fluxo de corrente durante o estado de recarga 306 na figura 3.

[000118] Como representado, o controlador 400 tem controlador do motor comandado 500 para comutar o motor elétrico 412 de um estado operacional para um estado de recarga. Neste exemplo ilustrativo, energia mecânica 700 pode ser gerada pela hélice rotativa de energia eólica 610. Energia mecânica 700 é recebida pelo motor 506 e convertida em energia elétrica.

[000119] Como ilustrado, tensão de saída 702 é transmitida para o inversor de potência 504. O inversor de potência 504 usa comandos de controle de corrente 602 para gerar tensão de saída 704 a um nível desejado de corrente. Tensão de saída 704 é então transmitida para o controlador de tensão 502. Com base em comandos de controle de tensão 600, o controlador de tensão 502 transmite corrente 420 de volta para a fonte de energia 402 no nível de tensão comandado e corrente para recarregar fonte de energia 402.

[000120] Desta maneira, o motor elétrico 412 fornece um nível desejado de corrente para recarregar a fonte de energia 402. De uma maneira similar, o motor elétrico 414, motor elétrico 416 e motor elétrico 418 também podem fornecer corrente para recarregar a fonte de energia 402.

[000121] Com referência agora à figura 8, está representada uma ilustração de um diagrama de blocos de uma fonte de energia e um controlador de corrente de acordo com uma modalidade ilustrativa. A fonte de energia 402 toma a forma de bateria 800 neste exemplo ilustrativo.

[000122] A fonte de energia 402 inclui circuito equilibrador de bateria 802 e calculador de corrente comandada 804 neste exemplo ilustrativo. O circuito equilibrador de bateria 802 é configurado para equilibrar a carga de diferentes células na bateria 800 para aumentar a capacidade da bateria 800. O circuito equilibrador de bateria 802 é também configurado para proteger as células na bateria 800 de sobrecarga indesejável.

[000123] Neste exemplo ilustrativo, corrente de cada motor no grupo de motores elétricos 404 na figura 4 é transmitida para a bateria 800. Por exemplo, uma primeira corrente 801 é transmitida do motor elétrico 412, uma segunda corrente 803 é enviada do motor elétrico 414, uma terceira corrente 805 é enviada do motor elétrico 416 e uma quarta corrente 807 é enviada do motor elétrico 418 na figura 4. Essas correntes são usadas para recarregar a bateria 800 nesses exemplos ilustrativos.

[000124] Como representado, em resposta ao recebimento de uma ou mais da primeira corrente 801, segunda corrente 803, terceira corrente 805 e quarta corrente 807, o estado de carga da bateria 806 é enviado da bateria 800 para o circuito equilibrador de bateria 802. O estado de carga da bateria 806 é um estado de carga para bateria 800 em um tempo corrente.

[000125] Neste exemplo ilustrativo, o circuito equilibrador de bateria 802 usa o estado de carga da bateria 806 para determinar corrente comandada 808 e tensão comandada 810. Corrente comandada 808 é um nível de corrente para operação de um ou mais do grupo de motores elétricos 404. Esta corrente é determinada pelas necessidades de corrente da bateria 800. Tensão comandada 810 é um nível de tensão para operação de um ou mais do grupo de motores elétricos 404. Esta tensão é determinada pelas necessidades de tensão da bateria 800.

[000126] Como representado, o circuito equilibrador de bateria 802 transmite corrente comandada 808 e tensão comandada 810 para o calculador de corrente comandada 804. O calculador de corrente comandada 804 é configurado para receber inúmeras entradas 812 do grupo de motores elétricos 404, corrente comandada 808 e tensão comandada 810 e usar inúmeras entradas 812 para determinar um nível desejado de corrente comandada para cada do grupo de motores elétricos 404.

[000127] Neste exemplo ilustrativo, inúmeras entradas 812 podem tomar diversas diferentes formas. Por exemplo, inúmeras entradas 812 podem tomar a forma de medições de tensão, medições de corrente, ciclo de trabalho médio, uma combinação destes, e outros tipos de informação do grupo de motores elétricos 404.

[000128] Neste exemplo representado, o calculador de corrente comandada 804 recebe o ciclo de trabalho médio 809, ciclo de trabalho médio 811, ciclo de trabalho médio 813 e ciclo de trabalho médio 822 do motor elétrico 412, motor elétrico 414, motor elétrico 416 e motor elétrico 418, respectivamente. O ciclo de trabalho médio 809, ciclo de trabalho médio 811, ciclo de trabalho médio 813 e ciclo de trabalho médio 822 podem ser uma média do ciclo de trabalhos medido para o motor elétrico 412, motor elétrico 414, motor elétrico 416 e motor elétrico 418, respectivamente, em um período de tempo selecionado.

[000129] O calculador de corrente comandada 804 também recebe a corrente 814, corrente 815, corrente 816 e corrente 817 do motor elétrico 412, motor elétrico 414, motor elétrico 416 e motor elétrico 418, respectivamente. A corrente 814, corrente 815, corrente 816 e corrente 817 podem ser a saída de corrente real do motor elétrico 412, motor elétrico 414, motor elétrico 416 e motor elétrico 418, respectivamente, neste exemplo ilustrativo.

[000130] Das inúmeras entradas 812, o calculador de corrente comandada 804 gera corrente comandada 818 para o motor elétrico 412, corrente comandada 819 para o motor elétrico 414, corrente comandada 820 para o motor elétrico 416 e corrente comandada 821 para o motor elétrico 418. Neste exemplo ilustrativo, o calculador de corrente comandada 804 é localizado no controlador 400. Em alguns exemplos ilustrativos, o calculador de corrente comandada 804 pode ser localizado em um componente diferente na aeronave elétrica, remoto da aeronave elétrica, ou alguma combinação destes.

[000131] De volta agora à figura 9, está representada uma ilustração das equações para calcular uma corrente comandada de acordo com uma modalidade ilustrativa. Neste exemplo representado, a equação 900 pode ser usada pelo calculador de corrente comandada 804 da figura 8 para calcular as correntes comandadas para o grupo de motores elétricos 404 na figura 4.

[000132] Como representado, a equação 900 é usada pelo calculador de corrente comandada 804 para determinar uma corrente efetiva, in/100% CC, para cada do grupo de motores elétricos 404, onde infb é uma corrente medida para o motor, enquanto CCnfb é o ciclo de trabalho médio para o motor. Uma vez que a corrente efetiva é calculada para todos os motores no grupo de motores elétricos 404, essas correntes efetivas podem ser levadas para a equação 902 para determinar a corrente efetiva total, itot/100% CC.

[000133] Em seguida, a corrente comandada, incmd, é determinada usando a equação 904. Na equação 904, icmd,tot é a corrente comandada total para o grupo de motores elétricos 404. A corrente comandada para cada do grupo de motores elétricos 404 é proporcional à corrente medida de cada do grupo de motores elétricos 404. Desta maneira, a corrente comandada para o grupo de motores elétricos 404 pode ser determinada para operar a aeronave elétrica de uma maneira desejada tanto no estado operacional quanto no estado de recarga.

[000134] Com referência a seguir à figura 10, está representada uma ilustração de um diagrama de circuito de um controlador de tensão e um inversor de potência para um motor elétrico de acordo com uma modalidade ilustrativa. Neste exemplo representado, são mostrados diagramas de circuito para o controlador de tensão 502 e inversor de potência 504.

[000135] O inversor de potência 504 é associado com bobinas 1000 no motor 506 neste exemplo ilustrativo. O controlador do motor 500 é configurado para controlar a corrente para as bobinas 1000 para mover o motor elétrico 412 de uma maneira desejada.

[000136] Neste exemplo representado, o controlador de tensão 502 é fisicamente associado com o inversor de potência 504 usando a chave 1002, indutor 1004 e diodo 1006. A chave 1002 é configurada para abrir e fechar para direcionar a passagem de corrente entre o controlador de tensão 502 e o inversor de potência 504. O inversor de potência 504 então fornece corrente a uma ou mais das bobinas 1000 neste exemplo ilustrativo.

[000137] Como ilustrado, o indutor 1004 e o diodo 1006 são configurados para aumentar a capacidade do controlador de tensão 502 e do inversor de potência 504 para a corrente passar em ambas as direções, dependendo da posição da chave 1002. Em outras palavras, à medida que o estado do motor elétrico 412 muda, a chave 1002 muda de uma posição aberta para uma posição fechada.

[000138] Por exemplo, quando o motor elétrico 412 está em um estado operacional, a chave 1002 é fechada e a corrente passa para o inversor de potência 504 e bobinas 1000 para prover propulsão para o motor elétrico 412. Quando o motor elétrico 412 está em um estado de recarga, a chave 1002 é aberta e a corrente passa através do indutor 1004 e diodo 1006 para o controlador de tensão 502 para recarregar a fonte de energia nesses exemplos ilustrativos.

[000139] As figuras 11-15 ilustram um diagrama de circuito de um controlador de tensão e de um inversor de potência para um motor elétrico de acordo com uma modalidade ilustrativa. Em particular, as figuras 11-15 mostram a passagem corrente através do controlador de tensão 502, inversor de potência 504 e motor 506 no motor elétrico 412 durante vários estágios de operação. As figuras 11-13 ilustram um fluxo de corrente durante um estado operacional, enquanto a figura 14 e a figura 15 mostram corrente durante um estado de recarga.

[000140] De volta à figura 11, está representada uma ilustração de uma passagem de corrente através de um controlador de tensão de acordo com uma modalidade ilustrativa. Neste exemplo representado, o controlador de tensão 502 inclui chaves 1100, enquanto o inversor de potência 504 inclui inúmeras chaves 1108. As chaves 1100 incluem a chave 1101, chave 1102, chave 1103 e a chave 1105.

[000141] Como ilustrado, a chave 1101 e a chave 1102 nas chaves 1100 foram fechadas de maneira tal que corrente 1104 passa através do controlador de tensão 502. A chave 1002 é também fechada neste exemplo representado. A corrente 1104 pode ser configurada para “carregar” o indutor 1106. Em outras palavras, o indutor 1106 pode temporariamente armazenar energia como um campo magnético. Diversas chaves 1108 para as bobinas 1000 permanecem abertas neste exemplo ilustrativo.

[000142] Na figura 12, está representada uma ilustração de um fluxo de corrente através de um controlador de tensão de acordo com uma modalidade ilustrativa. Neste exemplo ilustrativo, a chave 1102 está fechada. Corrente 1104 passa para o capacitor 1200. O capacitor 1200 é configurado para armazenar energia em um campo elétrico.

[000143] Como representado, o carregamento do capacitor 1200 mudará a tensão em inúmeras chaves 1108 para permitir que inúmeras chaves 1108 funcionem em uma tensão desejada. Controlando-se o ciclo de trabalho das chaves 1100 no controlador de tensão 502, a tensão no inversor de potência 504 pode ser rápida e automaticamente controlada. Neste exemplo ilustrativo, controlar o ciclo de trabalho das chaves 1100 conduz a tensão no inversor de potência 504 para uma tensão operacional desejada para controlar a corrente. Tipicamente, esta tensão será de maneira tal que o ciclo de trabalho nas inúmeras chaves 1108 funcione com um ciclo de trabalho próximo de cem porcento. Quanto maior a porcentagem do ciclo de trabalho, tanto mais eficiente será a operação do sistema. Dessa maneira, quando a pluralidade de chaves 1108 funcionar com um ciclo de trabalho próximo de cem porcento, o sistema está operando no modo de operação mais eficiente.

[000144] Com referência à figura 13, está representada uma ilustração de um controlador de tensão e um inversor de potência de acordo com uma modalidade ilustrativa. Neste exemplo ilustrativo, uma carga do capacitor 1200 é usada para acionar o inversor de potência 504. Em particular, corrente 1300 é suprida pelo capacitor 1200.

[000145] Enquanto o capacitor 1200 está suprindo corrente 1300, a tensão do capacitor 1200 começa diminuir. Em resposta, o controlador do motor 500 suprirá corrente adicional 1104 ao capacitor 1200 para manter uma tensão desejada no inversor de potência 504. Neste exemplo representado, corrente 1300 passa para a pluralidade de chaves 1108 e bobinas 1000 para prover propulsão para o motor elétrico 412.

[000146] Na figura 14, está representada uma ilustração de um fluxo de corrente reverso através de um controlador de tensão e um inversor de potência de acordo com uma modalidade ilustrativa. Neste exemplo representado, o motor elétrico 412 é configurado para operar em um estado de recarga para recarregar a fonte de energia 402. Dessa maneira, a chave 1002 é aberta neste exemplo ilustrativo, forçando corrente a passar através do indutor 1004 e diodo 1006 para o controlador de tensão 502.

[000147] Como ilustrado, força eletromotriz das bobinas 1000 produz uma tensão que aciona corrente 1400 através da pluralidade de diodos 1402. Corrente desloca através do indutor 1004 e do diodo 1006 para carregar o capacitor 1200 no controlador de tensão 502. A tensão através do capacitor 1200 é mantida em uma tensão de carregamento.

[000148] Neste estágio, corrente não passa para a fonte de energia 402 em virtude de a chave 1002 estar aberta. Em decorrência disto, o capacitor 1200 continua ser carregado até que o capacitor 1200 atinja uma tensão desejada.

[000149] Referindo-se a seguir à figura 15, está representada uma ilustração de um controlador de tensão e um inversor de potência de acordo com uma modalidade ilustrativa. Neste exemplo representado, a chave 1103 no controlador de tensão 502 está agora fechada.

[000150] Como ilustrado, o capacitor 1200 descarrega e corrente 1500 passa através do controlador de tensão 502 de volta para a fonte de energia 402. Desta maneira, o controlador de tensão 502 controla as chaves 1100 para permitir que corrente 1500 passe de volta para a fonte de energia 402 a uma saída de tensão pelo capacitor 1200. Em decorrência disto, a fonte de energia 402 pode ser recarregada com um reduzido risco de dano na fonte de energia 402.

[000151] Os diferentes componentes mostrados nas figuras 4-15 podem ser exemplos ilustrativos de como componentes mostrados na forma de blocos na figura 2 e na figura 3 podem ser implementados. Adicionalmente, alguns dos componentes nas figuras 4-15 podem ser combinados com componentes na figura 2 e na figura 3, usados com componentes na figura 2 e figura 3, ou uma combinação dos dois.

[000152] Por exemplo, embora a aeronave elétrica 200 tenha sido descrita com referência a um quadcóptero, a aeronave elétrica 200 também pode ser um helicóptero. Neste caso, componentes do motor mecânico podem ser substituídos por componentes do motor elétrico, como mostrado nas figuras 2-15. Como um exemplo, um helicóptero com um rotor de cauda de passo fixo pode ser acionado por um motor elétrico.

[000153] Neste exemplo ilustrativo, a remoção de componentes mecânicos, tal como um eixo de acionamento ou caixa de engrenagem, pode diminuir significativamente o peso, custo e complexidade para fabricar o helicóptero. Além disso, quando componentes mecânicos são substituídos por componentes elétricos, pontos de falha para os componentes mecânicos podem ser reduzidos ou eliminados, aumentando a confiabilidade do sistema de motor.

[000154] Neste exemplo representado, um controlador de modulação da largura de impulso pode ser usado para controlar o motor elétrico e um sistema de coleta de energia pode ser usado para recarregar uma fonte de energia no helicóptero. O uso de um controlador de modulação da largura de impulso permite que o helicóptero opere a velocidades variáveis.

[000155] Em ainda outros exemplos ilustrativos, mais de quatro motores pode estar presente no grupo de motores elétricos 404 mostrado na figura 4. Por exemplo, cinco motores, dez motores, quinze motores, ou algum outro número adequado de motores podem ser usados para um sistema de propulsão e um sistema de coleta de energia.

[000156] Com referência agora à figura 16, está representada uma ilustração de controle de quatro quadrantes de acordo com uma modalidade ilustrativa. O controlador 210 pode ser usado para controlar o motor elétrico 224 da aeronave elétrica 200 na figura 2 para operar nos quatro quadrantes, como ilustrado pelo gráfico 1600. O controlador 210 é configurado para controlar a operação do motor elétrico 224 em um ou mais dos quatro quadrantes ilustrados no gráfico 1600.

[000157] Como representado, o gráfico 1600 ilustra torque versus velocidade. O eixo X 1602 representa velocidade. O eixo Y 1604 representa torque. Neste exemplo ilustrativo, o primeiro quadrante 1606, segundo quadrante 1608, terceiro quadrante 1610 e quarto quadrante 1612 são ilustrados. O primeiro quadrante 1606 representa aceleração do motor no qual a velocidade está em uma primeira direção com torque em uma primeira direção. O segundo quadrante 1608 representa frenagem do motor em que o torque está na direção à frente, enquanto a velocidade está na direção reversa. O terceiro quadrante 1610 representa aceleração do motor com torque em uma segunda direção e velocidade em uma segunda direção. O quarto quadrante 1612 representa frenagem do motor rodando ao reverso. Neste quadrante, a velocidade é na direção à frente, enquanto o torque é na direção reversa.

[000158] Os diferentes motores elétricos nos exemplos ilustrativos podem ser controlados para operar em um ou mais dos quatro diferentes quadrantes descritos na figura 16. Por exemplo, o controlador 210 na figura 2 pode controlar o motor elétrico 224 para operar em um ou mais do primeiro quadrante 1606, segundo quadrante 1608, terceiro quadrante 1610 e quarto quadrante 1612.

[000159] Com referência a seguir à figura 17, está representada uma ilustração de um fluxograma de um processo para controlar uma aeronave elétrica de acordo com uma modalidade ilustrativa. O processo ilustrado na figura 17 pode ser implementado em aeronave elétrica 200 na figura 2. Em particular, uma ou mais das diferentes operações pode ser implementada usando o controlador 210 na figura 2 em aeronave elétrica 200.

[000160] O processo começa identificando um estado para uma aeronave elétrica (operação 1700). Por exemplo, o estado 220 para a aeronave elétrica 200 na figura 2 pode ser identificado pelo controlador 210. O estado 220 pode ser estado operacional 304 ou estado de recarga 306 neste exemplo ilustrativo.

[000161] Em seguida, um grupo de parâmetros de recarga é identificado para um grupo de motores elétricos quando o estado é um estado de recarga presente para a aeronave elétrica (operação 1702). Por exemplo, o grupo de parâmetros de recarga 222 é identificado para o grupo de motores elétricos 214 quando o estado de recarga 306 está presente para o grupo de motores elétricos 214. Neste exemplo representado, o grupo de motores elétricos 214 é configurado para mover a aeronave elétrica 200.

[000162] Uma fonte de energia para a aeronave elétrica é então recarregada usando o grupo de parâmetros de recarga para controlar a recarga da fonte de energia com o grupo de motores elétricos quando o estado de recarga está presente para a aeronave elétrica (operação 1704) com o processo terminando em seguida. Neste exemplo ilustrativo, a fonte de energia 208 para a aeronave elétrica 200 é recarregada usando o grupo de parâmetros de recarga 222 para controlar a recarga da fonte de energia 208 com o grupo de motores elétricos 214 quando o estado de recarga 306 está presente para a aeronave elétrica 200. Por exemplo, o grupo de parâmetros de recarga 222 pode ser usado para recarregar o sistema de bateria 209 em um exemplo ilustrativo.

[000163] Os fluxogramas e diagramas de blocos nas diferentes modalidades representadas ilustram a arquitetura, funcionalidade e operação de algumas possíveis implementações de aparelhos e métodos em uma modalidade ilustrativa. A este respeito, cada bloco nos fluxogramas ou diagramas de blocos pode representar um módulo, um segmento, uma função e ou uma porção de uma operação ou etapa.

[000164] Em algumas implementações alternativas de uma modalidade ilustrativa, a função ou funções notadas nos blocos pode ocorrer fora da ordem notada nas figuras. Por exemplo, em alguns casos, dois blocos mostrados em sucessão podem ser executados de forma substancialmente simultânea, ou os blocos podem algumas vezes ser realizados na ordem contrária, dependendo da funcionalidade envolvida. Também, outros blocos podem ser incorporados além dos blocos ilustrados em um fluxograma ou diagrama de blocos.

[000165] De volta agora à figura 18, está representada uma ilustração de um sistema de processamento de dados na forma de um diagrama de blocos de acordo com uma modalidade ilustrativa. O sistema de processamento de dados 1800 pode ser usado para implementar um ou mais computadores no sistema de computador 211 na figura 2. Como representado, o sistema de processamento de dados 1800 inclui estrutura de comunicações 1802, que fornece comunicações entre a unidade de processamento 1804, dispositivos de armazenamento 1806, unidade de comunicações 1808, unidade de entrada/saída 1810 e monitor 1812. Em alguns casos, a estrutura de comunicações 1802 pode ser implementada como um sistema de barramento.

[000166] A unidade de processamento 1804 é configurada para executar instruções para software para realizar uma pluralidade de operações. A unidade de processamento 1804 pode compreender uma pluralidade de processadores, um núcleo multiprocessador e/ou algum outro tipo de processador, dependendo da implementação. Em alguns casos, a unidade de processamento 1804 pode tomar a forma de uma unidade de hardware, tal como um sistema de circuito, um circuito integrado específico da aplicação (ASIC), um dispositivo de lógica programável, ou algum outro tipo adequado de unidade de hardware.

[000167] Instruções para o sistema operacional, aplicações e/ou programas rodados pela unidade de processamento 1804 podem ser localizadas em dispositivos de armazenamento 1806. Dispositivos de armazenamento 1806 podem estar em comunicação com a unidade de processamento 1804 através da estrutura de comunicações 1802. Na forma aqui usada, um dispositivo de armazenamento, também referido como um dispositivo de armazenamento legível por computador, é qualquer peça de hardware capaz de armazenar informação de uma forma temporária e/ou permanente. Esta informação pode incluir, mas sem limitações, dados, código de programa e/ou outra informação.

[000168] Memória 1814 e armazenamento persistente 1816 são exemplos de dispositivos de armazenamento 1806. A memória 1814 pode tomar a forma, por exemplo, de uma memória de acesso aleatório ou algum tipo de dispositivo de armazenamento volátil ou não volátil. Armazenamento persistente 1816 pode compreender qualquer quantidade de componentes ou dispositivos. Por exemplo, armazenamento persistente 1816 pode compreender um disco rígido, uma memória relâmpago, um disco ótico regravável, uma fita magnética regravável, ou alguma combinação dos citados. A mídia usada pelo armazenamento persistente 1816 pode ou não ser removível.

[000169] A unidade de comunicações 1808 permite que o sistema de processamento de dados 1800 comunique com outros sistemas e/ou dispositivos de processamento de dados. A unidade de comunicações 1808 pode fornecer comunicações usando enlaces de comunicações físicas e/ou sem fio.

[000170] A unidade de entrada/saída 1810 permite que entradas sejam recebidas e saídas sejam transmitidas para outros dispositivos conectados no sistema de processamento de dados 1800. Por exemplo, a unidade de entrada/saída 1810 pode permitir que entrada do usuário seja recebida através de um teclado, um mouse e/ou algum outro tipo de dispositivo de entrada. Como um outro exemplo, a unidade de entrada/saída 1810 pode permitir que saída seja transmitida para uma impressora conectada no sistema de processamento de dados 1800.

[000171] O monitor 1812 é configurado para exibir informação a um usuário. O monitor 1812 pode compreender, por exemplo, sem limitação, um monitor, uma tela sensível ao toque, um monitor laser, um monitor holográfico, um dispositivo de exibição virtual e/ou algum outro tipo de dispositivo de exibição.

[000172] Neste exemplo ilustrativo, os processos das diferentes modalidades ilustrativas podem ser realizados pela unidade de processamento 1804 usando instruções implementadas por computador. Essas instruções podem ser referidas como código de programa, código de programa utilizável por computador, ou código de programa legível por computador e podem ser lidas e executadas por um ou mais processadores na unidade de processamento 1804.

[000173] Nesses exemplos, o código de programa 1818 é localizado em uma forma funcional em mídia legível por computador 1820, que é seletivamente removível, e pode ser carregado ou transferido para o sistema de processamento de dados 1800 para execução pela unidade de processamento 1804. O código de programa 1818 e mídia legível por computador 1820 juntos formam o produto programa de computador 1822. Neste exemplo ilustrativo, mídia legível por computador 1820 pode ser mídia de armazenamento legível por computador 1824 ou mídia de sinal legível por computador 1826.

[000174] Mídia de armazenamento legível por computador 1824 é um dispositivo de armazenamento físico ou tangível usado para armazenar código de programa 1818 em vez de uma mídia que propaga ou transmite código de programa 1818. Mídia de armazenamento legível por computador 1824 pode ser, por exemplo, sem limitação, um disco ótico ou magnético ou um dispositivo de armazenamento persistente que é conectado no sistema de processamento de dados 1800.

[000175] Alternativamente, código de programa 1818 pode ser transferido para o sistema de processamento de dados 1800 usando mídia de sinal legível por computador 1826. Mídia de sinal legível por computador 1826 pode ser, por exemplo, um sinal de dados propagado contendo código de programa 1818. Este sinal de dados pode ser um sinal eletromagnético, um sinal ótico e/ou algum outro tipo de sinal que pode ser transmitido pelos enlaces de comunicações físicos e/ou sem fio.

[000176] A ilustração do sistema de processamento de dados 1800 na figura 18 não visa fornecer limitações arquitetônicas da maneira na qual as modalidades ilustrativas podem ser implementadas. As diferentes modalidades ilustrativas podem ser implementadas em um sistema de processamento de dados que inclui componentes em adição ou em substituição aos ilustrados para o sistema de processamento de dados 1800. Adicionalmente, componentes mostrados na figura 18 podem variar em relação aos exemplos ilustrativos mostrados.

[000177] Modalidades ilustrativas da descrição podem ser descritas no contexto de método de fabricação e serviço de aeronave 1900 mostrado na figura 19 e da aeronave 2000 mostrada na figura 20. De volta primeiro à figura 19, está representada uma ilustração de um diagrama de blocos de um método de fabricação e serviço de aeronave de acordo com uma modalidade ilustrativa. Durante pré-produção, o método de fabricação e serviço de aeronave 1900 pode incluir especificação e projeto 1902 da aeronave 2000 na figura 20 e aquisição de material 1904.

[000178] Durante produção, ocorre fabricação de componente e submontagem 1906 e integração do sistema 1908 da aeronave 2000 na figura 20. Em seguida, a aeronave 2000 na figura 20 pode passar por certificação e entrega 1910 a fim de ser colocada em serviço 1912. Enquanto em serviço 1912 por um cliente, a aeronave 2000 na figura 20 é programada para manutenção e serviço de rotina 1914, que podem incluir modificação, reconfiguração, remanufaturamento, e outra manutenção ou serviço.

[000179] Cada dos processos do método de fabricação e serviço de aeronave 1900 pode ser realizado ou executado por um integrador do sistema, uma terceira parte e/ou um operador. Nesses exemplos, o operador pode ser um cliente. Com os propósitos desta descrição, um integrador do sistema pode incluir, sem limitação, qualquer quantidade de fabricantes de aeronave e subcontratantes do sistema principal; uma terceira parte pode incluir, sem limitação, qualquer quantidade de vendedores, subcontratantes e fornecedores; e um operador pode ser uma linha aérea, uma empresa de arrendamento, uma entidade militar, uma organização de serviço, e assim por diante.

[000180] Com referência agora à figura 20, está representada uma ilustração de um diagrama de blocos de uma aeronave na qual uma modalidade ilustrativa pode ser implementada. Neste exemplo, a aeronave 2000 é produzida pelo método de fabricação e serviço de aeronave 1900 na figura 19 e pode incluir armação da aeronave 2002 com uma pluralidade de sistemas 2004 e interior 2006. A aeronave 2000 pode ser uma aeronave elétrica de acordo com uma modalidade ilustrativa.

[000181] Exemplos de sistemas 2004 incluem um ou mais de sistema de propulsão 2008, sistema elétrico 2010, sistema hidráulico 2012 e sistema ambiental 2014. Qualquer quantidade de outros sistemas pode ser incluída. Embora esteja mostrado um aeroespaço exemplar, diferentes modalidades ilustrativas podem ser aplicadas a outras indústrias, tal como a indústria automotiva. Aparelhos e métodos concebidos aqui podem ser empregados durante pelo menos um dos estágios do método de fabricação e serviço de aeronave 1900 na figura 19.

[000182] Em um exemplo ilustrativo, componentes ou submontagens produzidos na fabricação de componente e submontagem 1906 na figura 19 podem ser produzidos ou fabricados de uma maneira similar aos componentes ou submontagens produzidos enquanto a aeronave 2000 está em serviço 1912 na figura 19. Como também um outro exemplo, uma ou mais modalidades de aparelho, modalidades de métodos ou uma combinação destas pode ser utilizada durante estágios de produção, tais como fabricação de componente e submontagem 1906 e integração do sistema 1908 na figura 19. Uma ou mais modalidades de aparelho, modalidades de métodos, ou uma combinação destas pode ser utilizada enquanto a aeronave 2000 está em serviço 1912 e/ou durante manutenção e serviço 1914 na figura 19. O uso de uma pluralidade das diferentes modalidades ilustrativas pode acelerar substancialmente a montagem e/ou reduzir o custo da aeronave 2000.

[000183] Em particular, o motor elétrico 224 da figura 2 e os componentes no motor elétrico 224 podem ser instalados durante qualquer um dos estágios do método de fabricação e serviço de aeronave 1900. Por exemplo, sem limitação, o motor elétrico 224 e os componentes no motor elétrico 224 podem ser instalados durante pelo menos um de fabricação de componente e submontagem 1906, integração do sistema 1908, manutenção e serviço de rotina 1914, ou algum outro estágio do método de fabricação e serviço de aeronave 1900. Além disso, o sistema de propulsão elétrico 204, sistema de coleta de energia 206 e controlador 210 podem ser usados durante serviço 1912 para controlar a aeronave 2000 de uma maneira desejada.

[000184] Assim, as modalidades ilustrativas fornecem um método e aparelho para recarregar um sistema de bateria. Em um exemplo ilustrativo, um aparelho compreende um controlador. O controlador é configurado para identificar um estado para uma aeronave e identificar um grupo de parâmetros de recarga para uma pluralidade de motores elétricos. A pluralidade de motores elétricos é configurada para mover a aeronave no ar quando um estado de recarga está presente para a aeronave. O controlador é adicionalmente configurado para recarregar um sistema de bateria para a aeronave usando o grupo de parâmetros e controlar a recarga do sistema de bateria com o grupo de motores elétricos quando o estado de recarga está presente para a aeronave.

[000185] As modalidades ilustrativas permitem capacidades de recarga para uma aeronave elétrica enquanto a aeronave elétrica está no campo. Em vez de retornar para a base, uma aeronave elétrica pode encontrar um lugar para descansar e usar seu sistema de propulsão como um sistema de coleta de energia para gerar energia do vento. Desta maneira, o suprimento de energia para a aeronave elétrica pode ser recarregado e missões podem ter continuidade mais do que com a aeronave elétrica normalmente usada. Além disso, com o uso de um controlador de tensão e inversor de potência, energia pode ser suprida de volta à fonte de energia, tal como um sistema de bateria, a um nível de tensão e corrente desejado de maneira tal que a fonte de energia seja menos provável de danificar durante recarga.

[000186] A arquitetura de circuito para uma modalidade ilustrativa permite que um nível de corrente desejado passe nas duas direções, sem um aumento substancial no peso, complexidade, custo, ou uma combinação deste para fabricar a aeronave elétrica. Adicionalmente, um controlador configurado para comunicar com a fonte de energia e o grupo de motores elétricos recebe realimentação constante para ajudar na determinação de comandos de corrente para continuidade da operação de um ou mais motores elétricos. Em decorrência disto, controle de quatro quadrantes dos motores elétricos pode ser realizado para impulsionar e recarregar uma aeronave elétrica.

[000187] A descrição das diferentes modalidades ilustrativas foi apresentada com propósitos de ilustração e descrição, e não visa ser exaustiva ou limitada às modalidades na forma revelada. Muitas modificações e variações ficarão aparentes aos versados na técnica. Adicionalmente, diferentes modalidades ilustrativas podem fornecer diferentes recursos, comparadas com outras modalidades ilustrativas. A modalidade ou modalidades selecionadas são escolhidas e descritas a fim de explicar melhor os princípios das modalidades, a aplicação prática, e permitir que versados na técnica entendam a descrição para várias modalidades com várias modificações adequadas ao uso particular contemplado.

Claims

1. Aeronave elétrica (200), caracterizado pelo fato de que compreende: uma armação de aeronave (202); uma fonte de energia (208, 402); um sistema de propulsão elétrica (204) configurado para mover a aeronave elétrica (200), o sistema de propulsão elétrica compreendendo um grupo de motores elétricos (214, 412-418) e um grupo de hélices (212); um sistema de coleta de energia (206) configurado para recarregar a fonte de energia (208, 402), o sistema de coleta de energia compreendendo o grupo de motores elétricos (214, 412-418) e o grupo de hélices (212), em que cada motor elétrico (214, 412-418) compreende um controlador de motor (500), um controlador de tensão (502), um inversor de potência (504), e um motor (506), o inversor de potência (504) sendo conectado ao motor (506), e o controlador de tensão (502) sendo conectado ao inversor de potência (504) e a fonte de energia (208, 402), o controlador de motor (500) sendo configurado para enviar comandos ao controlador de tensão (502) e o inversor de potência (504); e um controlador (210, 400) configurado para: identificar um estado para uma aeronave elétrica (200), o estado sendo selecionado a partir de um de um estado de operação e um estado de recarga; identificar um grupo de parâmetros de recarga (222) para um grupo de motores elétricos (214, 412-418) com base no estado para a aeronave elétrica (200); e recarregar a fonte de energia (208, 402) para a aeronave elétrica (200) usando o grupo de parâmetros de recarga (222) para controlar a recarga da fonte de energia (208, 402) com o grupo de motores elétricos (214, 412-418) quando um estado de recarga está presente para a aeronave elétrica (200); e controlar um grupo de controladores do motor (500), cada um dos controladores do motor (500) sendo configurado para: controlar o controlador de tensão (502) para regular a tensão aplicada a um motor elétrico em um estado de operação e regular a tensão aplicada à fonte de energia (208, 402) durante o estado de recarga; e controlar o inversor de potência (504) para enviar corrente ao motor (506) do motor elétrico quando o motor elétrico está no estado de operação e para receber corrente do motor (506) quando o motor elétrico está no estado de recarga.

2. Aeronave elétrica (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o grupo de parâmetros de recarga (222) inclui pelo menos um de uma corrente total para a fonte de energia (208, 402), uma corrente de um motor elétrico no grupo de motores elétricos (214, 412-418), ou uma tensão para o motor elétrico, e em que a corrente total é menor ou igual a uma corrente máxima para a fonte de energia (208, 402).

3. Aeronave elétrica (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o grupo de parâmetros de recarga (222) compreende uma corrente de um motor elétrico no grupo de motores elétricos (214, 412-418) e em que o controlador (210, 400) é configurado para controlar um ciclo de trabalho da corrente gerada pelo motor elétrico para controlar a corrente.

4. Aeronave elétrica (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador (210, 400) é configurado para identificar parâmetros de recarga no grupo de parâmetros de recarga (222) para o grupo de motores elétricos (214, 412-418) em resposta a um evento quando a aeronave elétrica (200) está no estado de recarga, e em que o evento é selecionado de pelo menos um de entrada da aeronave elétrica no estado de recarga, uma expiração de um período de tempo, ou uma mudança no grupo de motores elétricos (214, 412-418).

5. Aeronave elétrica (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador (210, 400) é um controlador de modulação da largura de impulso.

6. Aeronave elétrica (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a aeronave elétrica (200) é selecionada de um aeroplano, um helicóptero, uma nave com rotor, um quadcóptero, e um veículo aéreo não tripulado.

7. Aeronave elétrica (200), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fonte de energia (208, 402) é selecionada de um sistema de bateria (209) e uma célula de combustível.

8. Método para controlar uma aeronave elétrica (200), caracterizado pelo fato de que o método compreende: identificar um estado para a aeronave elétrica (200), o estado sendo selecionado a partir de um estado de operação ou um estado de recarga; identificar um grupo de parâmetros de recarga (222) para um grupo de motores elétricos (214, 412-418) quando o estado é um estado de recarga e está presente para a aeronave elétrica (200), em que o grupo de motores elétricos (214, 412-418) é configurado para mover a aeronave elétrica (200); e recarregar uma fonte de energia (208, 402) para a aeronave elétrica (200) usando o grupo de parâmetros de recarga (222) para controlar a recarga da fonte de energia (208, 402) com o grupo de motores elétricos (214, 412-418) quando o estado de recarga está presente para a aeronave elétrica (200); controlar um controlador de tensão (502) para regular a tensão aplicada a um motor elétrico do grupo de motores elétricos (214, 412-418) em um estado de operação e regular a tensão aplicada à fonte de tensão (208, 402) durante o estado de recarga; e controlar um inversor de potência (504) para enviar corrente a um motor (506) do motor elétrico quando o motor elétrico está em um estado de operação e para receber corrente do motor (506) quando o motor elétrico está em um estado de recarga.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o grupo de parâmetros de recarga (222) inclui pelo menos um de uma corrente total para a fonte de energia (208, 402), uma corrente de um motor elétrico no grupo de motores elétricos (214, 412-418), ou uma tensão para o motor elétrico, e em que a corrente total é menor ou igual a uma corrente máxima para a fonte de energia (208, 402).

10. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o grupo de parâmetros de recarga (222) compreende uma corrente de um motor elétrico no grupo de motores elétricos (214, 412-418) e compreende adicionalmente: controlar um ciclo de trabalho da corrente gerada pelo motor elétrico para controlar a corrente.

11. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a fonte de energia (208, 402) é selecionada de um sistema de bateria (209) e uma célula de combustível e em que o controlador (210, 400) é configurado para identificar os parâmetros de recarga no grupo de parâmetros de recarga (222) para o grupo de motores elétricos (214, 412-418) em resposta a um evento quando a aeronave elétrica (200) está no estado de recarga.