JP2023073742A - Air vehicle and control method - Google Patents

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啓輔 中澤
Hirosuke Nakazawa
昌平 小林
Shohei Kobayashi
憲和 長田
Norikazu Osada
弥 立原
Wataru TACHIHARA
正人 吉野
Masato Yoshino
洋二 中森
Yoji Nakamori
一輝 松本
Kazuteru Matsumoto
将一 干鯛
Masakazu Hidai
宗一郎 霜鳥
Soichiro Shimotori
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Toshiba Corp
Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

To provide an air vehicle which enables reduction of the weight of a peripheral device of a fuel battery.SOLUTION: According to an embodiment, an air vehicle includes a propeller, a motor, a fuel battery, and a heat exchanger. The propeller generates propulsion power for flying an airframe. The motor drives the propeller. The fuel battery serves as a power source of the motor. The heat exchanger cools the fuel battery. At least part of at least one of the heat exchanger and a suction port part of a pipe for supplying air to the fuel battery is arranged at the side of a second direction, which is opposite to a first direction in which a wind pressure generated by rotation of the propeller occurs, relative to an end of the propeller as seen in the second direction.SELECTED DRAWING: Figure 13

Description

本発明の実施形態は、飛行体及び制御方法に関する。 TECHNICAL FIELD Embodiments of the present invention relate to flight vehicles and control methods.

飛行体は、リチウムイオン電池などの蓄電池を動力源として、モータを回転させて飛行する。飛行体には、翼を付けた航空機や、ヘリコプター、マルチコプターなどがある。 The flying object flies by rotating a motor using a storage battery such as a lithium ion battery as a power source. Air vehicles include winged aircraft, helicopters, and multicopters.

リチウムイオン電池ではペイロードを重くして長時間飛行を行うことは困難なため、動力源として燃料電池を使用したマルチコプターが開発されている。この燃料電池は、発電による発熱に応じた冷却をしないと、燃料電池の発電効率が低下してしまう。同様に、燃料電池に適量のカソードガスを供給しないと、発電効率が低下してしまう。 Since it is difficult to carry out a long flight with a heavy payload using a lithium-ion battery, a multicopter using a fuel cell as a power source has been developed. If the fuel cell is not cooled in accordance with the heat generated by power generation, the power generation efficiency of the fuel cell will decrease. Similarly, power generation efficiency is reduced unless an appropriate amount of cathode gas is supplied to the fuel cell.

特開2017-114186号公報JP 2017-114186 A

しかしながら、マルチコプターなどの飛行体に搭載する場合には、燃料電池を冷却し、或いは燃料電池にカソードガスを供給するなどする周辺装置の重量が飛行性能を阻害する恐れがある。 However, when mounted on an aircraft such as a multicopter, the weight of peripheral devices that cool the fuel cell or supply the cathode gas to the fuel cell may hinder flight performance.

そこで、発明が解決しようとする課題は、燃料電池の周辺装置を軽量化することが可能な飛行体を提供することである。 Therefore, the problem to be solved by the invention is to provide an aircraft capable of reducing the weight of the peripheral devices of the fuel cell.

本実施形態によれば、飛行体は、プロペラと、モータと、燃料電池と、熱交換器と、を備える。プロペラは、機体が飛行するための推進力を発生する。モータは、プロペラを駆動する。燃料電池は、モータの電源となる。熱交換器は、燃料電池を冷却する。プロペラの回転により生じる風圧が発生する第1方向と反対の第2方向であって、プロペラの第2方向の端部よりも第2方向側に、熱交換器、及び燃料電池に空気を供給する配管の吸気口部の少なくともいずれか一方の少なくとも一部が配置される。 According to this embodiment, the aircraft includes a propeller, a motor, a fuel cell, and a heat exchanger. Propellers generate thrust for the aircraft to fly. A motor drives the propeller. The fuel cell powers the motor. A heat exchanger cools the fuel cell. Air is supplied to the heat exchanger and the fuel cell in a second direction opposite to the first direction in which the wind pressure generated by the rotation of the propeller is generated and on the second direction side of the end of the propeller in the second direction. At least a portion of at least one of the inlet portions of the piping is arranged.

本発明によれば、飛行体に搭載する燃料電池ユニットを軽量化することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the weight of the fuel cell unit to be mounted on the aircraft.

飛行体の外観を示す模式図。The schematic diagram which shows the external appearance of an aircraft. 飛行中の飛行体の側面図。Side view of an air vehicle in flight. 燃料電池ユニットのブロック図。A block diagram of a fuel cell unit. ファンを有する燃料電池ユニットのブロック図。FIG. 2 is a block diagram of a fuel cell unit with a fan; ファンを有する飛行体の飛行中の側面図。FIG. 2 is a side view of an air vehicle with a fan in flight; 制御ユニットの構成例を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of a control unit; 飛行制御部の制御例を示すフローチャート。4 is a flow chart showing an example of control by a flight control unit; 第1実施形態の変形例1に係る飛行体の側面図。The side view of the aircraft which concerns on the modification 1 of 1st Embodiment. 第1実施形態の変形例2に係る飛行体の外観を示す模式図。The schematic diagram which shows the external appearance of the flying object based on the modified example 2 of 1st Embodiment. 第2実施形態に係る制御ユニットのブロック図。The block diagram of the control unit which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る飛行体の飛行中の側面図。A side view of the aircraft according to the second embodiment during flight. 第3実施形態に係る燃料電池ユニットのブロック図。The block diagram of the fuel cell unit which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る燃料電池ユニットの別の構成例を示すブロック図。FIG. 11 is a block diagram showing another configuration example of the fuel cell unit according to the third embodiment; 第3実施形態に係る飛行体の正面図。The front view of the aircraft which concerns on 3rd Embodiment. 飛行中の第3実施形態に係る飛行体の側面図。The side view of the aircraft which concerns on 3rd Embodiment in flight. 第3施形態に係る飛行制御部の制御例を示すフローチャート。10 is a flow chart showing an example of control by a flight control unit according to the third embodiment; 第4実施形態に係る燃料電池ユニットのブロック図。The block diagram of the fuel cell unit which concerns on 4th Embodiment. 第4実施形態に係る燃料電池ユニットの別の構成例を示すブロック図。FIG. 11 is a block diagram showing another configuration example of the fuel cell unit according to the fourth embodiment; 第4実施形態に係る飛行体の外観を示す模式図。The schematic diagram which shows the external appearance of the flying object which concerns on 4th Embodiment.

以下、本発明の実施形態に係る飛行体及び制御方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。また、本実施形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号又は類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。 Hereinafter, a flying object and a control method according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments shown below are examples of embodiments of the present invention, and the present invention should not be construed as being limited to these embodiments. In addition, in the drawings referred to in this embodiment, the same reference numerals or similar reference numerals are given to the same portions or portions having similar functions, and repeated description thereof may be omitted. Also, the dimensional ratios in the drawings may differ from the actual ratios for convenience of explanation, and some of the configurations may be omitted from the drawings.

(第1実施形態)
図1は、飛行体1の外観を示す模式図である。この図1に示すように、本実施形態に係る飛行体1は、例えばマルチコプターである。この飛行体1は、機体10を備えている。機体10は、本体12と、複数のフレーム14と、複数のロータ16と、熱交換器18と、を有している。なお、フレームは、腕部と称する場合がある。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing the appearance of an aircraft 1. As shown in FIG. As shown in FIG. 1, an aircraft 1 according to this embodiment is, for example, a multicopter. This aircraft 1 has a body 10 . Airframe 10 includes a body 12 , a plurality of frames 14 , a plurality of rotors 16 and a heat exchanger 18 . Note that the frame may be referred to as an arm.

本体12は、飛行体1の重心またはその近傍に設けられている。この本体12は、後述するように燃料電池ユニット100と、制御ユニット200とを有している。飛行体1は、燃料電池ユニット100などから供給される電力を電源として、制御ユニット200の制御に従い飛行する。なお、燃料電池ユニット100と、制御ユニット200との詳細は後述する。 The main body 12 is provided at or near the center of gravity of the aircraft 1 . This main body 12 has a fuel cell unit 100 and a control unit 200 as will be described later. The aircraft 1 flies under the control of the control unit 200 using power supplied from the fuel cell unit 100 or the like as a power source. Details of the fuel cell unit 100 and the control unit 200 will be described later.

また、本実施形態に係る飛行体1は、例えば4つのフレーム14と、4つのフレーム14の端部に配置される4つのロータ16を備えている。例えば4つのフレーム14は、本体12から、放射状に延びている。なお、本実施系形態に係る飛行体1は、本体12からフレーム14が放射状に延びる構成であるが、これに限定されない。例えば、円環状の機体10の周方向へ複数のロータ16を設ける構成など、任意の構成とすることが可能である。また、プロペラ22の数も4つに限定されない。例えばプロペラ22の数は1以上であってもよい。 Further, the aircraft 1 according to this embodiment includes, for example, four frames 14 and four rotors 16 arranged at the ends of the four frames 14 . For example, four frames 14 extend radially from body 12 . Although the aircraft 1 according to this embodiment has a configuration in which the frames 14 radially extend from the main body 12, it is not limited to this. For example, an arbitrary configuration such as a configuration in which a plurality of rotors 16 are provided in the circumferential direction of the annular body 10 is possible. Also, the number of propellers 22 is not limited to four. For example, the number of propellers 22 may be one or more.

ロータ16のそれぞれは、モータ21、およびプロペラ22を有している。モータ21は、プロペラ22を駆動する駆動源である。モータ22は、例えば本体12に収容されている燃料電池ユニット100などから供給される電力を電源として作動する。プロペラ22は、モータ21によって回転駆動される。モータ21でプロペラ22を回転駆動することにより、飛行に必要な推進力が発生する。また、飛行体1の進行方向、進行速度、加速度、回転角、及び高度などは、各モータ21の回転速度制御により可能である。 Each rotor 16 has a motor 21 and a propeller 22 . Motor 21 is a drive source that drives propeller 22 . The motor 22 operates using electric power supplied from, for example, the fuel cell unit 100 housed in the main body 12 as a power supply. Propeller 22 is rotationally driven by motor 21 . By rotating the propeller 22 with the motor 21, the propulsive force required for flight is generated. Further, the traveling direction, traveling speed, acceleration, rotation angle, altitude, etc. of the flying object 1 can be controlled by rotation speed control of each motor 21 .

図2は、飛行中の飛行体1の側面図である。鉛直上方向をZ軸の向きとする。マルチコプターでは、機体を傾けた状態で飛行する。プロペラ22の回転により第1方向V1の風圧が発生する。第1方向V1と反対方向を第2方向V2とする。 FIG. 2 is a side view of the aircraft 1 during flight. Let the vertically upward direction be the direction of the Z-axis. Multicopters fly with the aircraft tilted. Rotation of the propeller 22 generates wind pressure in the first direction V1. A direction opposite to the first direction V1 is defined as a second direction V2.

熱交換器18は、例えばラジエータであり、燃料電池ユニット100内の燃料電池を冷却する。仮にプロペラ22の位置よりも下部に熱交換器18を配置すると、プロペラ22の回転の影響により、飛行中においても熱交換器18に風はほとんど当たらなくなってしまう。そこで、本実施形態に係る熱交換器18は、プロペラ22の位置よりも鉛直上方向に設置される。例えば、プロペラ22の第2方向V2の端部よりも第2方向V2側に、熱交換器18の少なくとも一部が配置される。 The heat exchanger 18 is, for example, a radiator, and cools the fuel cells within the fuel cell unit 100 . If the heat exchanger 18 is arranged below the position of the propeller 22 , the wind hardly hits the heat exchanger 18 even during flight due to the influence of the rotation of the propeller 22 . Therefore, the heat exchanger 18 according to the present embodiment is installed vertically above the position of the propeller 22 . For example, at least part of the heat exchanger 18 is arranged on the second direction V2 side of the end of the propeller 22 in the second direction V2.

図2に示すように、3以上のプロペラ22を備える場合には、3以上のプロペラ22それぞれの第2方向V2の端部を結ぶ面S1よりも第2方向V2側に、熱交換器18の少なくとも一部が配置される。これにより、飛行体1の飛行により生じる空気の流れ(風)を熱交換器18が効率的に受けることができる。熱交換器18は空気の流れが当たるように少なくともその一部が外気に開放されている。 As shown in FIG. 2, when three or more propellers 22 are provided, the heat exchanger 18 is positioned on the second direction V2 side of the plane S1 connecting the ends of the three or more propellers 22 in the second direction V2. at least partially positioned. This allows the heat exchanger 18 to efficiently receive the flow of air (wind) generated by the flight of the aircraft 1 . The heat exchanger 18 is at least partially open to the atmosphere for air flow.

また、熱交換器18の受風面18aを飛行方向に向けることで、熱交換器18に風をより多く当てることが可能となる。受風面18aが平面である場合には、この平面に対する垂線の方向を受風面18aの正面とする。すなわち、飛行体1の進行方向及び風向の少なくとも一方に対して受風面18aを正面に向けると、より効率的に熱交換器18に風を当てることが可能となる。 Further, by orienting the wind receiving surface 18a of the heat exchanger 18 in the flight direction, it is possible to hit the heat exchanger 18 with more wind. When the wind receiving surface 18a is a plane, the direction of the perpendicular to this plane is the front surface of the wind receiving surface 18a. In other words, if the wind receiving surface 18a faces at least one of the traveling direction of the aircraft 1 and the direction of the wind, the heat exchanger 18 can be exposed to the wind more efficiently.

また、風が当たる熱交換器18の面積が広いほど冷却効果を高めることが可能となる。このように、熱交換器18は風を受けることで冷却効率を上げられるため、小型化できる。 Also, the larger the area of the heat exchanger 18 exposed to the air, the greater the cooling effect. In this way, the heat exchanger 18 can be made smaller because the cooling efficiency can be increased by receiving the wind.

図3は、本実施形態に係る燃料電池ユニット100のブロック図の例である。図3に示すように、燃料電池ユニット100は、燃料電池スタック111と、水素貯蔵部112と、バルブ113と、流量コントローラー114、116と、過給機115と、ポンプ117と、を備えている。また、図3では、配管L10、L12、L14、L16を図示している。なお、本実施形態に係る燃料電池ユニット100は、少なくとも燃料電池スタック111を有し、燃料電池スタック111の駆動に必要となる装置(モジュール)、及び配管を含み得る。また、燃料電池ユニット100内の燃料電池スタック111を除く装置と、熱交換器18と、ファン119、122(図4、図13参照)とを周辺装置と称する場合がある。 FIG. 3 is an example of a block diagram of the fuel cell unit 100 according to this embodiment. As shown in FIG. 3, the fuel cell unit 100 includes a fuel cell stack 111, a hydrogen storage section 112, a valve 113, flow controllers 114 and 116, a supercharger 115, and a pump 117. . Moreover, in FIG. 3, piping L10, L12, L14, and L16 are illustrated. Note that the fuel cell unit 100 according to the present embodiment has at least the fuel cell stack 111, and may include devices (modules) necessary for driving the fuel cell stack 111 and piping. In some cases, devices other than the fuel cell stack 111 in the fuel cell unit 100, the heat exchanger 18, and the fans 119 and 122 (see FIGS. 4 and 13) are called peripheral devices.

燃料電池スタック111は、燃料極111aと、空気極111bと、冷却板111cとを有するセルを有する。例えば、燃料電池スタック111は、複数のセルを積層して構成される。なお、本実施形態では、少なくとも燃料極111aと、空気極111bとを含む燃料電池スタック111を燃料電池と称する。 The fuel cell stack 111 has cells with fuel electrodes 111a, air electrodes 111b, and cooling plates 111c. For example, the fuel cell stack 111 is configured by stacking a plurality of cells. In this embodiment, the fuel cell stack 111 including at least the fuel electrode 111a and the air electrode 111b is called a fuel cell.

水素貯蔵部112から配管L10を通じて燃料ガスが供給されるとともに、配管L14を通じて空気が供給される。水素貯蔵部112には、燃料ガスとして、例えば高圧の水素が充填されている。燃料電池スタック111は、上述のように、積層して配置される複数のセルにより構成されている。燃料電池スタック111では、配管L10を通じて供給される燃料ガスがアノードガスとして、燃料極111aに供給される。また、配管L14を通じて供給される空気に含まれる酸素がカソードガスとし空気極111bに供給される。また、配管L18を通じて、冷却水が熱交換器18及び冷却板111cを循環し、燃料電池スタック111を冷却する。 Fuel gas is supplied from the hydrogen storage unit 112 through the pipe L10, and air is supplied through the pipe L14. The hydrogen storage unit 112 is filled with, for example, high-pressure hydrogen as fuel gas. The fuel cell stack 111 is composed of a plurality of cells arranged in layers as described above. In the fuel cell stack 111, the fuel gas supplied through the pipe L10 is supplied as the anode gas to the fuel electrode 111a. Also, oxygen contained in the air supplied through the pipe L14 is supplied as a cathode gas to the air electrode 111b. Cooling water circulates through the heat exchanger 18 and the cooling plate 111c through the pipe L18 to cool the fuel cell stack 111. FIG.

燃料電池スタック111は、アノードガスとしての燃料ガスとカソードガスとしての酸素との化学反応に基づき発電する。燃料電池スタック111において発電に寄与しなかった燃料及び空気は配管L12及び配管L16を通じてそれぞれ排出される。 The fuel cell stack 111 generates power based on a chemical reaction between fuel gas as anode gas and oxygen as cathode gas. Fuel and air that have not contributed to power generation in the fuel cell stack 111 are discharged through pipes L12 and L16, respectively.

バルブ113は配管L10の途中に設けられている。バルブ113の開閉により水素貯蔵部112から燃料電池スタック111に燃料が供給されている状態と、燃料の供給が停止されている状態とを、切り替えることが可能である。また、流量コントローラー114により、水素貯蔵部112から燃料電池スタック111に供給される燃料ガスの量が調整される。 The valve 113 is provided in the middle of the pipe L10. By opening and closing the valve 113, it is possible to switch between a state in which fuel is supplied from the hydrogen storage unit 112 to the fuel cell stack 111 and a state in which the fuel supply is stopped. Also, the flow rate controller 114 adjusts the amount of fuel gas supplied from the hydrogen storage unit 112 to the fuel cell stack 111 .

過給機115は、例えばコンプレッサ、ブロアなどであり、配管L14の途中に設けられている。過給機115は配管L14を流れる吸気を過給する。過給機115により過給された吸気は流量コントローラー116を通じて燃料電池スタック111に導入される。吸気を過給することにより、燃料電池スタック111に供給される実質的な空気量を増加させることができるため、燃料電池スタック111の発電量を増加させることができる。また、流量コントローラー116により、過給機115から燃料電池スタック111に供給される空気の量が調整される。 The supercharger 115 is, for example, a compressor, a blower, etc., and is provided in the middle of the pipe L14. The supercharger 115 supercharges the intake air flowing through the pipe L14. The intake air supercharged by the supercharger 115 is introduced into the fuel cell stack 111 through the flow controller 116 . By supercharging the intake air, the substantial amount of air supplied to the fuel cell stack 111 can be increased, so the power generation amount of the fuel cell stack 111 can be increased. Also, the flow rate controller 116 adjusts the amount of air supplied from the supercharger 115 to the fuel cell stack 111 .

熱交換器18は、その内部を流れる冷却水と、その外部を流れる外気との間で熱交換を行うことにより冷却水を冷却する。熱交換器18により冷却された冷却水はポンプ117に吸入される。すなわち、ポンプ117は、熱交換器18を通じて冷却された冷却水を所定のポンプ圧で圧送することにより燃料電池スタック111の内部に冷却水を流すことが可能である。これにより、燃料電池スタック111が冷却される。燃料電池スタック111において熱を吸収することにより温度の上昇した冷却水は熱交換器18に戻されることで再度冷却される。なお、バルブ113と、流量コントローラー114、116と、過給機115と、ポンプ117とは、制御ユニット200により制御される。また、アノードガスやカソードガスは循環利用してもよいし、ガスを加湿するための機構を設けてもよい。さらにまた、リチウムイオン電池などの蓄電池を燃料電池ユニット100とともに設置してもよい。この場合、余乗の燃料電池ユニット100の発電電力を蓄電池に蓄電し、蓄電池の電力も飛行体1の電力源として使用することが可能である。また、本実施形態に係る冷却水が冷却媒体に対応する。 The heat exchanger 18 cools the cooling water by exchanging heat between the cooling water flowing inside and the outside air flowing outside. Cooling water cooled by the heat exchanger 18 is sucked into the pump 117 . That is, the pump 117 can flow the cooling water inside the fuel cell stack 111 by pumping the cooling water cooled through the heat exchanger 18 at a predetermined pump pressure. This cools the fuel cell stack 111 . The cooling water whose temperature has increased by absorbing heat in the fuel cell stack 111 is returned to the heat exchanger 18 to be cooled again. The valve 113 , flow rate controllers 114 and 116 , supercharger 115 and pump 117 are controlled by a control unit 200 . Moreover, the anode gas and the cathode gas may be recycled, and a mechanism for humidifying the gas may be provided. Furthermore, a storage battery such as a lithium ion battery may be installed together with the fuel cell unit 100 . In this case, it is possible to store the power generated by the fuel cell unit 100 in the power reserve in the storage battery and use the power of the storage battery as a power source for the aircraft 1 as well. Also, the cooling water according to the present embodiment corresponds to the cooling medium.

図4は、ファン119を有する燃料電池ユニット100のブロック図の例である。図5は、ファン119を有する飛行体1の飛行中の側面図である。図4、及び図5に示すように、ファン119を更に有してもよい。ファン119は、モータにより回転し、熱交換器18に風を送風する。これにより、飛行体1が空中で停止などしている場合にも、効率的に熱交換器18を冷却することができる。例えば、制御ユニット200は、飛行体1の進行方向の飛行速度に応じて、ファン119を駆動させる。これにより、飛行中は電力消費を抑制でき、且つ停止中は熱交換器18を効率的に冷却可能である。このため、熱交換器18を小型化しても、燃料電池ユニット100に対する冷却能力を維持可能となる。なお、ファン119は熱交換器の背後に付けて、風を吸気するようにしてもよい。 FIG. 4 is an example block diagram of a fuel cell unit 100 having a fan 119 . FIG. 5 is an in-flight side view of aircraft 1 having fan 119 . As shown in FIGS. 4 and 5, a fan 119 may also be provided. The fan 119 is rotated by a motor and blows air to the heat exchanger 18 . Thereby, the heat exchanger 18 can be efficiently cooled even when the aircraft 1 is stopped in the air. For example, the control unit 200 drives the fan 119 according to the flight speed of the aircraft 1 in the traveling direction. As a result, power consumption can be suppressed during flight, and the heat exchanger 18 can be efficiently cooled during suspension. Therefore, even if the size of the heat exchanger 18 is reduced, the cooling capacity for the fuel cell unit 100 can be maintained. In addition, the fan 119 may be attached behind the heat exchanger to suck air.

図6は、制御ユニット200の構成例を示すブロック図である。制御ユニット200は、本体12に収容されている。図6に示すように、制御ユニット200は、制御部202と、記憶部230と、センサ部210とを有する。制御部202は、状態検出部204と、飛行制御部206と、燃料電池制御部208と、を有する。 FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of the control unit 200. As shown in FIG. A control unit 200 is housed in the main body 12 . As shown in FIG. 6 , the control unit 200 has a control section 202 , a storage section 230 and a sensor section 210 . The controller 202 has a state detector 204 , a flight controller 206 and a fuel cell controller 208 .

制御部202は、CPU、ROMおよびRAMを有するマイクロコンピュータで構成されている。制御部202は、複数のモータ21、燃料電池ユニット100、及びセンサ部210などに接続している。制御部202は、ROMに記憶されたコンピュータプログラムを実行することにより、状態検出部204と、飛行制御部206と、燃料電池制御部208とをソフトウェア的に実現している。なお、これら状態検出部204と、飛行制御部206と、燃料電池制御部208とは、ハードウェア的に実現してもよく、ハードウェアとソフトウェアとの協働によって実現してもよい。記憶部230は、制御部202のROMおよびRAMと共用してもよい。記憶部210は、例えば予め設定されたる飛行ルートや飛行高度などの情報を含む飛行計画を記憶している。 The control unit 202 is composed of a microcomputer having a CPU, ROM and RAM. The control section 202 is connected to the plurality of motors 21, the fuel cell unit 100, the sensor section 210, and the like. The control unit 202 implements a state detection unit 204, a flight control unit 206, and a fuel cell control unit 208 in software by executing a computer program stored in the ROM. The state detection unit 204, the flight control unit 206, and the fuel cell control unit 208 may be realized by hardware, or may be realized by cooperation between hardware and software. Storage unit 230 may be shared with the ROM and RAM of control unit 202 . The storage unit 210 stores a flight plan including information such as a preset flight route and flight altitude.

センサ部210は、例えば6軸センサ212、地磁気センサ214、GPSセンサ216、高度センサ220、及び角速度センサ222などを有する。状態検出部204は、センサ部210の情報を用いて、飛行体1の飛行状態を検出する。具体的には、6軸センサ212は、飛行体1の向き、及び姿勢の情報を検出する。地磁気センサ214は、3次元の3つの軸方向における地磁気を検出する。GPSセンサ216は、GPS(Global Positioning System)衛星からGPS信号を受信する。加速度センサ218は、飛行体1のX軸、Y軸およびZ軸の3次元の3つの軸方向において飛行体1に加わる加速度を検出する。高度センサ220は、気圧または地面までの距離を検出する。角速度センサ222は、飛行体1の角速度を検出する。 The sensor unit 210 has, for example, a 6-axis sensor 212, a geomagnetic sensor 214, a GPS sensor 216, an altitude sensor 220, an angular velocity sensor 222, and the like. The state detection unit 204 detects the flight state of the aircraft 1 using information from the sensor unit 210 . Specifically, the 6-axis sensor 212 detects orientation and attitude information of the aircraft 1 . The geomagnetic sensor 214 detects geomagnetism in three-dimensional three-axis directions. The GPS sensor 216 receives GPS signals from GPS (Global Positioning System) satellites. The acceleration sensor 218 detects the acceleration applied to the flying object 1 in three-dimensional three-axis directions of the X-axis, Y-axis and Z-axis of the flying object 1 . Altitude sensor 220 detects the air pressure or the distance to the ground. The angular velocity sensor 222 detects the angular velocity of the aircraft 1 .

状態検出部204は、6軸センサ212、地磁気センサ214、加速度センサ218、および角速度センサ222の出力値に基づき、飛行体1の姿勢、すなわちヨー軸、ロール軸およびピッチ軸を中心とした飛行体1の回転角度もあわせて特定する。また、状態検出部204は、6軸センサ212で検出した6軸の角度、地磁気センサ214で検出した地磁気、加速度センサ218で検出した加速度、および角速度センサ222で検出した角速度、に基づき飛行体1の飛行姿勢や飛行速度などを検出する。さらにまた、状態検出部204は、GPSセンサ216で検出したGPS信号から飛行体1の飛行位置を検出する。また、状態検出部204は、加速度センサ218、地磁気センサ214、および角速度センサ222の出力値と、GPSセンサ216の出力値とを用いて飛行体1の飛行位置および飛行速度を特定する。 The state detection unit 204 detects the attitude of the flying object 1, that is, the flying object around the yaw axis, roll axis and pitch axis, based on the output values of the 6-axis sensor 212, the geomagnetic sensor 214, the acceleration sensor 218, and the angular velocity sensor 222. The rotation angle of 1 is also specified. Further, the state detection unit 204 detects the 6-axis angle detected by the 6-axis sensor 212, the geomagnetism detected by the geomagnetic sensor 214, the acceleration detected by the acceleration sensor 218, and the angular velocity detected by the angular velocity sensor 222. Detects the flight attitude, flight speed, etc. Furthermore, the state detection unit 204 detects the flight position of the aircraft 1 from the GPS signal detected by the GPS sensor 216 . State detection unit 204 also identifies the flight position and flight speed of aircraft 1 using the output values of acceleration sensor 218 , geomagnetic sensor 214 and angular velocity sensor 222 and the output value of GPS sensor 216 .

飛行制御部206は、飛行体1の飛行を制御する。飛行制御部206は、自動制御モードまたは手動制御モードによって飛行体1の飛行状態を制御する。自動制御モードは、飛行体1の外部の操作者による操作を必要とすることなく、飛行体1を自立的に飛行させる飛行モードである。自動制御モードのとき、飛行制御部206は、記憶部230に記憶されている飛行計画に沿って、状態検出部204の検出情報を用いて、飛行体1の飛行を自動的に制御する。一方、手動制御モードは、飛行体1の外部の操作者による操作によって飛行体1を飛行させる飛行モードである。手動制御モードのとき、飛行制御部206は、飛行体1の外部の図示しない入力装置から入力された操作に基づいて飛行体1の飛行状態を制御する。 A flight control unit 206 controls the flight of the aircraft 1 . The flight control unit 206 controls the flight state of the aircraft 1 in automatic control mode or manual control mode. The automatic control mode is a flight mode in which the aircraft 1 is allowed to fly autonomously without requiring an operation by an operator outside the aircraft 1 . In the automatic control mode, the flight control unit 206 automatically controls the flight of the aircraft 1 according to the flight plan stored in the storage unit 230 using the detection information of the state detection unit 204 . On the other hand, the manual control mode is a flight mode in which an operator outside the aircraft 1 flies the aircraft 1 . In the manual control mode, the flight control unit 206 controls the flight state of the aircraft 1 based on operations input from an input device (not shown) external to the aircraft 1 .

飛行制御部206は、自動制御モードまたは手動制御モードのいずれの場合にも、状態検出部204の検出した飛行体1の回転角度、例えばロール軸に対する回転角に基づき、飛行体1の進行方向に対して、熱交換器18が最も風を受ける向きに各モータ21の出力を制御する。例えば、飛行制御部206は、ロール軸に対する回転方向の情報を用いて、熱交換器18の表面面積の最も大きい受風面18a(図2参照)を、飛行方向に向ける制御を行う。この場合、状態検出部204の検出した飛行体1のヨー軸およびピッチ軸に対する回転方向の情報を更に用いて、熱交換器18が最も風を受ける向きに制御してもよい。 In either the automatic control mode or the manual control mode, the flight control unit 206 controls the traveling direction of the flying object 1 based on the rotation angle of the flying object 1 detected by the state detection unit 204, for example, the rotation angle about the roll axis. On the other hand, the output of each motor 21 is controlled in the direction in which the heat exchanger 18 receives the most wind. For example, the flight control unit 206 uses information about the direction of rotation with respect to the roll axis to perform control to orient the swept wind surface 18a (see FIG. 2) of the heat exchanger 18, which has the largest surface area, in the direction of flight. In this case, information on the direction of rotation of the aircraft 1 with respect to the yaw axis and the pitch axis detected by the state detection unit 204 may be further used to control the direction in which the heat exchanger 18 receives the most wind.

燃料電池制御部208は、燃料電池ユニット100(図3、4参照)のバルブ113と、流量コントローラー114、116と、過給機115と、ポンプ117と、ファン119とを制御する。この際に、状態検出部204の検出した飛行体1の高度、速度、加速度などに応じて、バルブ113と、流量コントローラー114、116と、過給機115と、ポンプ117、ファン119を制御してもよい。例えば燃料電池制御部208は、飛行体1の高度が高くなるに従い、過給機115の過給を強くする。また、例えば燃料電池制御部208は、状態検出部204の検出した飛行体1の加速度が大きくなるに従い、流量コントローラー114、116に対してより流量が増加するように制御する。 The fuel cell control section 208 controls the valve 113, the flow rate controllers 114 and 116, the supercharger 115, the pump 117, and the fan 119 of the fuel cell unit 100 (see FIGS. 3 and 4). At this time, the valve 113, the flow rate controllers 114 and 116, the supercharger 115, the pump 117, and the fan 119 are controlled according to the altitude, speed, acceleration, etc. of the aircraft 1 detected by the state detection unit 204. may For example, the fuel cell control unit 208 increases supercharging by the supercharger 115 as the altitude of the aircraft 1 increases. Further, for example, the fuel cell control unit 208 controls the flow rate controllers 114 and 116 to increase the flow rate as the acceleration of the aircraft 1 detected by the state detection section 204 increases.

図7は、本実施形態に係る飛行制御部206の制御例を示すフローチャートである。図7に示すように、まず、飛行制御部206は、飛行体1の飛行方向を設定し、飛行体1が進行方向に進むように、各モータ21の出力を制御する(ステップS100)。 FIG. 7 is a flowchart showing a control example of the flight control unit 206 according to this embodiment. As shown in FIG. 7, first, the flight control unit 206 sets the flight direction of the flying object 1 and controls the output of each motor 21 so that the flying object 1 moves in the traveling direction (step S100).

次に、状態検出部204は、飛行体1の回転角度、例えばロール角に対する回転角度を検出する(ステップS102)。続けて、飛行制御部206は、状態検出部204の検出した飛行体1の回転角度に基づき、飛行体1の進行方向に対して、熱交換器18が最も風を受ける向きに各モータ21の出力を制御する(ステップS104)。このように、飛行制御部206は、飛行体1の進行方向に対して、例えば熱交換器18に風が最も当たる向きに、飛行体1を制御する。これにより、熱交換器18の冷却効果をより高めることが可能となる。 Next, the state detection unit 204 detects the rotation angle of the aircraft 1, for example, the rotation angle relative to the roll angle (step S102). Subsequently, based on the rotation angle of the flying object 1 detected by the state detecting unit 204, the flight control unit 206 rotates each motor 21 in the direction in which the heat exchanger 18 receives the most wind with respect to the traveling direction of the flying object 1. The output is controlled (step S104). In this way, the flight control unit 206 controls the flight object 1 in the direction in which the wind hits the heat exchanger 18 most, for example, with respect to the traveling direction of the flight object 1 . This makes it possible to further enhance the cooling effect of the heat exchanger 18 .

以上説明したように、本実施形態に係る飛行体1は、プロペラ22の回転により生じる風圧が発生する第1方向V1と反対の第2方向V2であって、プロペラ22の第2方向V2の端部よりも第2方向V2側に熱交換器18の少なくとも一部を設置することとした。これにより、飛行体1の飛行により生じる空気の流れ(風)を熱交換器18が効率的に受けることが可能となる。このため、燃料電池スタック111の冷却性能を維持した状態で、熱交換器18を小型化することが可能となる。これにより、燃料電池ユニット100における周辺装置の軽量化が可能となる。 As described above, the flying object 1 according to the present embodiment has a second direction V2 opposite to the first direction V1 in which the wind pressure generated by the rotation of the propeller 22 is generated, and the end of the propeller 22 in the second direction V2. At least part of the heat exchanger 18 is installed on the second direction V2 side of the part. This enables the heat exchanger 18 to efficiently receive the flow of air (wind) generated by the flight of the aircraft 1 . Therefore, the size of the heat exchanger 18 can be reduced while maintaining the cooling performance of the fuel cell stack 111 . This makes it possible to reduce the weight of peripheral devices in the fuel cell unit 100 .

(第1実施形態の変形例1)
図8は、第1実施形態の変形例1に係る飛行体1の側面図である。図8に示すように、プロペラ22をモータ21の下部に配置してもよい。すなわち、プロペラ22をフレーム14に対して第1方向V1側に配置する。この場合、3以上のプロペラ22それぞれの第2方向V2の端部を結ぶ面S1よりも第2方向V2側に、熱交換器18の全てが配置される。これにより、飛行体1の飛行により生じる空気の流れ(風)を熱交換器18がより効率的に受けることが可能となる。このため、燃料電池スタック111の冷却性能を維持した状態で、熱交換器18をより小型化することが可能となる。これにより、燃料電池ユニット100における周辺装置をより軽量化が可能となる。
(Modification 1 of the first embodiment)
FIG. 8 is a side view of the aircraft 1 according to Modification 1 of the first embodiment. The propeller 22 may be arranged below the motor 21 as shown in FIG. That is, the propeller 22 is arranged on the first direction V1 side with respect to the frame 14 . In this case, all of the heat exchangers 18 are arranged on the second direction V2 side of the plane S1 connecting the ends of the three or more propellers 22 in the second direction V2. This allows the heat exchanger 18 to more efficiently receive the flow of air (wind) generated by the flight of the aircraft 1 . Therefore, the heat exchanger 18 can be made more compact while maintaining the cooling performance of the fuel cell stack 111 . This makes it possible to further reduce the weight of peripheral devices in the fuel cell unit 100 .

(第1実施形態の変形例2)
図9は、第1実施形態の変形例2に係る飛行体1の外観を示す模式図である。図9に示すように、機体10は、本体12を機体10の上部に配置してもよい。この場合、3以上のプロペラ22それぞれの第2方向V2の端部を結ぶ面S1よりも第2方向V2側(例えば図2参照)に、本体12の少なくとも一部が配置される。これにより、飛行体1の飛行により生じる空気の流れ(風)を本体12の少なくとも一部で受けることが可能となる。このため、本体12もより効率的に冷却可能となる。これにより、燃料電池ユニット100における周辺装置のより軽量化が可能となる。
(Modification 2 of the first embodiment)
FIG. 9 is a schematic diagram showing the appearance of an aircraft 1 according to Modification 2 of the first embodiment. As shown in FIG. 9, the fuselage 10 may have the main body 12 disposed on the upper portion of the fuselage 10 . In this case, at least part of the main body 12 is arranged on the second direction V2 side (for example, see FIG. 2) with respect to the plane S1 connecting the ends of the three or more propellers 22 in the second direction V2. This allows at least a part of the main body 12 to receive the flow of air (wind) generated by the flight of the aircraft 1 . Therefore, the main body 12 can also be cooled more efficiently. As a result, the weight of peripheral devices in the fuel cell unit 100 can be reduced.

(第2実施形態)
第2実施形態に係る飛行体1は、熱交換器18の向きに加えて、熱交換器18の傾きを制御する点で、第1実施形態に係る飛行体1と相違する。以下では、第1実施形態に係る飛行体1と相違する点を説明する。
(Second embodiment)
The aircraft 1 according to the second embodiment differs from the aircraft 1 according to the first embodiment in that the tilt of the heat exchanger 18 is controlled in addition to the direction of the heat exchanger 18 . Differences from the aircraft 1 according to the first embodiment will be described below.

図10は、第2実施形態に係る制御ユニット200のブロック図の例である。図10に示すように、制御ユニット200には、熱交換器18の傾きを変更する第2モータ23が接続される。更にセンサ部210は風向、風速センサ224を備える。風向、風速センサ224は、飛行体2における風向、及び風速を検知する。図11は、第2実施形態に係る飛行体1の飛行中の側面図である。 FIG. 10 is an example of a block diagram of the control unit 200 according to the second embodiment. As shown in FIG. 10 , the control unit 200 is connected to a second motor 23 that changes the inclination of the heat exchanger 18 . Further, the sensor unit 210 includes a wind direction and wind speed sensor 224 . The wind direction and wind speed sensor 224 detects the wind direction and wind speed in the aircraft 2 . FIG. 11 is a side view of the aircraft 1 according to the second embodiment during flight.

飛行制御部206は、自動制御モードまたは手動制御モードのいずれの場合にも、状態検出部204の検出した飛行体1の回転角度に基づき、飛行体1の進行方向、又は、風向、風速センサ224が検出した風向に対して、熱交換器18が最も風を受ける向きに各モータ21の出力を制御する。この場合、飛行制御部206は、状態検出部204の検出した飛行体1のヨー軸、ロール軸およびピッチ軸の情報を更に用いて、更に熱交換器18が最も風を受ける向きに傾ける制御を第2モータ23に対して行う。より詳細には、図11に示すように、飛行制御部206は、飛行体1の進行方向及び風向の少なくとも一方に対して、熱交換器18の受風面18aの傾きが垂直となるように、第2モータ23を制御してもよい。なお、風向と、進行方向とは一般に一致しないので、いずれかを優先して制御を行ってもよい。例えば、飛行制御部206は、飛行体1が所定速度未満である場合には、風向を優先して受風面18aの傾きを制御し、所定速度以上となると進行方向を優先して受風面18aの傾きを制御する。 In either the automatic control mode or the manual control mode, the flight control unit 206 detects the traveling direction of the flying object 1 or the wind direction and wind speed sensor 224 based on the rotation angle of the flying object 1 detected by the state detecting unit 204. controls the output of each motor 21 in the direction in which the heat exchanger 18 receives the most wind with respect to the detected wind direction. In this case, the flight control unit 206 further uses the information on the yaw axis, roll axis, and pitch axis of the aircraft 1 detected by the state detection unit 204, and further controls the heat exchanger 18 to tilt in the direction that receives the most wind. This is done for the second motor 23 . More specifically, as shown in FIG. 11, the flight control unit 206 controls the inclination of the wind receiving surface 18a of the heat exchanger 18 to be perpendicular to at least one of the traveling direction of the aircraft 1 and the wind direction. , may control the second motor 23 . Since the direction of the wind and the direction of movement generally do not match, either one may be prioritized for control. For example, the flight control unit 206 controls the inclination of the swept surface 18a with priority given to the direction of the wind when the flying object 1 is at a speed less than a predetermined speed, and controls the inclination of the swept surface 18a with priority given to the direction of travel when the speed is equal to or higher than the predetermined speed. Controls the tilt of 18a.

以上説明したように、本実施形態に係る飛行体1は、飛行制御部206は、状態検出部204の検出した飛行体1のヨー軸、ロール軸およびピッチ軸の情報を更に用いて、更に熱交換器18が最も風を受ける向きに受風面18aを傾ける制御を第2モータ23に対して行うこととした。これにより、飛行体1の飛行により生じる空気の流れ(風)を熱交換器18がより効率的に受けることが可能となる。このため、熱交換器18をより小型かすることが可能となる。これにより、燃料電池ユニット100における周辺装置をより軽量化することが可能となる。 As described above, in the flying object 1 according to the present embodiment, the flight control unit 206 further uses information on the yaw axis, roll axis, and pitch axis of the flying object 1 detected by the state detection unit 204 to further heat the object. The second motor 23 is controlled to tilt the wind receiving surface 18a in the direction in which the exchanger 18 receives the most wind. This allows the heat exchanger 18 to more efficiently receive the flow of air (wind) generated by the flight of the aircraft 1 . Therefore, the heat exchanger 18 can be made smaller. This makes it possible to further reduce the weight of peripheral devices in the fuel cell unit 100 .

(第3実施形態)
第3実施形態に係る飛行体1は、空気吸入口をプロペラ22の位置よりも鉛直上方向に設置する点で、第1実施形態に係る飛行体1と相違する。以下では、第1実施形態に係る飛行体1と相違する点を説明する。
(Third embodiment)
The flying object 1 according to the third embodiment differs from the flying object 1 according to the first embodiment in that the air inlet is installed vertically above the position of the propeller 22 . Differences from the aircraft 1 according to the first embodiment will be described below.

図12Aは、第3実施形態に係る燃料電池ユニット100のブロック図の例である。図12Aに示すように、第3実施形態に係る燃料電池ユニット100は、過給機115、及び流量コントローラー116の代わりに、ファン122と、配管L14の端部に配置された吸気口部124とを有する点で第1実施形態に係る燃料電池ユニット100と相違する。ファン122は、燃料電池制御部208(図10参照)により制御される。 FIG. 12A is an example of a block diagram of the fuel cell unit 100 according to the third embodiment. As shown in FIG. 12A, the fuel cell unit 100 according to the third embodiment includes a fan 122 instead of the supercharger 115 and the flow rate controller 116, and an air intake port portion 124 arranged at the end of the pipe L14. is different from the fuel cell unit 100 according to the first embodiment. Fan 122 is controlled by fuel cell controller 208 (see FIG. 10).

図12Bは、第3実施形態に係る燃料電池ユニット100の別の構成例を示すブロック図の例である。図12Bに示すように、図12Bに示す燃料電池ユニット100は、ポンプ117及びラジエータ18の代わりに、ファン122と、配管L15a、L15bの端部に配置された吸気口部124とを介して送風される空気により冷却板111cが空冷される点で図12Aに示す燃料電池ユニット100と相違する。冷却板111cから排出された空気は配管L15cを介して排出される。なお、ファン122は、コンプレッサでもよい。 FIG. 12B is an example of a block diagram showing another configuration example of the fuel cell unit 100 according to the third embodiment. As shown in FIG. 12B, in the fuel cell unit 100 shown in FIG. 12B, instead of the pump 117 and radiator 18, air is blown through a fan 122 and an air inlet 124 arranged at the ends of the pipes L15a and L15b. It is different from the fuel cell unit 100 shown in FIG. 12A in that the cooling plate 111c is air-cooled by the supplied air. The air discharged from the cooling plate 111c is discharged through the pipe L15c. Note that the fan 122 may be a compressor.

図13は、第3実施形態に係る飛行体1の正面図である。図14は、飛行中の第3実施形態に係る飛行体1の側面図である。図13、図14に示すように、プロペラ22の位置よりも鉛直上方向にファン122と、吸気口部124とを配置する。3以上のプロペラ22それぞれの第2方向V2の端部を結ぶ面S1よりも第2方向V2側に、吸気口部124の少なくとも一部が配置される。これにより、飛行体1の飛行により生じる空気の流れ(風)を吸気口部124に効率的に吸気することができる。 FIG. 13 is a front view of the flying object 1 according to the third embodiment. FIG. 14 is a side view of the aircraft 1 according to the third embodiment during flight. As shown in FIGS. 13 and 14 , the fan 122 and the air inlet 124 are arranged vertically above the position of the propeller 22 . At least part of the air intake port 124 is arranged on the second direction V2 side of the plane S1 connecting the ends of the three or more propellers 22 in the second direction V2. As a result, the flow of air (wind) generated by the flight of the aircraft 1 can be efficiently drawn into the air inlet portion 124 .

ファン122は、モータにより回転し、吸気口部124に風を送風する。これにより、飛行体1が停止している場合にも、吸気口部124に風を送風することができる。例えば、制御ユニット200は、飛行体1の飛行速度又は風速に応じて、ファン122を駆動させる。同様に、制御ユニット200は、飛行体1の飛行速度又は風速に応じて、ファン19を駆動させる。これにより、飛行中は電力消費を抑制でき、停止中は吸気口部124に風を効率的に送風可能である。 The fan 122 is rotated by a motor and blows air to the air inlet portion 124 . As a result, even when the aircraft 1 is stationary, the air can be blown to the air inlet portion 124 . For example, the control unit 200 drives the fan 122 according to the flight speed of the aircraft 1 or the wind speed. Similarly, the control unit 200 drives the fan 19 according to the flight speed of the aircraft 1 or the wind speed. As a result, power consumption can be suppressed during flight, and air can be efficiently blown to the air inlet portion 124 during stoppage.

図15は、第3施形態に係る飛行制御部206の制御例を示すフローチャートである。図15に示すように、まず、飛行制御部206は、飛行体1の飛行方向を設定し、飛行体1が進行方向に進むように、各モータ21の出力を制御する(ステップS100)。 FIG. 15 is a flow chart showing a control example of the flight control unit 206 according to the third embodiment. As shown in FIG. 15, first, the flight control unit 206 sets the flight direction of the flying object 1 and controls the output of each motor 21 so that the flying object 1 moves in the traveling direction (step S100).

次に、状態検出部204は、飛行体1の回転角度、例えばロール軸に対する回転角度、風向、及び風速を検出する(ステップS200)。続けて、飛行制御部206は、状態検出部204の検出した飛行体1における風向き、及びロール軸に対する回転角度に基づき、飛行体1の進行方向に対して、熱交換器18が最も風を受ける向きに各モータ21の出力を制御する(ステップS202)。 Next, the state detection unit 204 detects the rotation angle of the aircraft 1, for example, the rotation angle with respect to the roll axis, the wind direction, and the wind speed (step S200). Subsequently, the flight control unit 206 determines that the heat exchanger 18 receives the most wind in the traveling direction of the aircraft 1 based on the direction of the wind in the aircraft 1 detected by the state detection unit 204 and the rotation angle with respect to the roll axis. The output of each motor 21 is controlled in the direction (step S202).

次に、燃料電池制御部208は、状態検出部204の検出した風速が所定値以下である場合に、ファン19、122を駆動する制御を行う(ステップS204)。このように、飛行制御部206は、飛行体1の進行方向に対して、熱交換器18に風が最も当たる向きに、飛行体1を制御する。これにより、熱交換器18の冷却効果をより高めることが可能となる。さらに、飛行体1の風速に応じてファン19、122を駆動する制御を行うので、消費電力を抑制しつつ、燃料電池の発電による発熱に応じた冷却を可能とし、且つ燃料電池に適量のカソードガスを供給することが可能となる。 Next, the fuel cell control unit 208 performs control to drive the fans 19 and 122 when the wind speed detected by the state detection unit 204 is equal to or less than a predetermined value (step S204). In this manner, the flight control unit 206 controls the flight object 1 in the direction in which the wind hits the heat exchanger 18 the most with respect to the traveling direction of the flight object 1 . This makes it possible to further enhance the cooling effect of the heat exchanger 18 . Furthermore, since the fans 19 and 122 are controlled according to the wind speed of the aircraft 1, it is possible to reduce power consumption and cool the fuel cells according to the heat generated by the power generation. Gas can be supplied.

以上説明したように、プロペラ22の回転により生じる風圧が発生する第1方向V1と反対の第2方向V2であって、プロペラ22の第2方向V2の端部よりも第2方向V2側にファン122と、吸気口部124との少なくとも一部を配置することとした。これにより、飛行体1の飛行により生じる空気の流れ(風)を吸気口部124により、効率的に配管L16内に取り込むことが可能となる。このため、燃料電池スタック111への空気の過給機などの過給装置を小型化又は不要にすることが可能となる。これにより、燃料電池ユニット100における周辺装置をより軽量化することが可能となる。 As described above, in the second direction V2 opposite to the first direction V1 in which the wind pressure generated by the rotation of the propeller 22 is generated, the fan is positioned on the second direction V2 side of the end of the propeller 22 in the second direction V2. 122 and at least a part of the intake port portion 124 are arranged. As a result, the flow of air (wind) generated by the flight of the aircraft 1 can be efficiently taken into the pipe L16 by the intake port portion 124 . Therefore, it is possible to downsize or eliminate the need for a supercharger such as an air supercharger for the fuel cell stack 111 . This makes it possible to further reduce the weight of peripheral devices in the fuel cell unit 100 .

(第4実施形態)
第4実施形態に係る飛行体1は、本体12をプロペラ22の位置よりも鉛直上方向に設置し、直接的に空冷により空気極111bを介して燃料電池スタック111を冷却する点で第1実施形態に係る飛行体1と相違する。以下では、第1実施形態に係る飛行体1と相違する点を説明する。
(Fourth embodiment)
The aircraft 1 according to the fourth embodiment has the main body 12 installed vertically above the position of the propeller 22, and directly air-cools the fuel cell stack 111 via the air electrode 111b. It is different from the flying object 1 according to the form. Differences from the aircraft 1 according to the first embodiment will be described below.

図16Aは、第4実施形態に係る燃料電池ユニット100のブロック図の例である。図16Aに示すように、ファン122により、空気極111bを空冷する。すなわち、空気極111bは、所謂空冷スタックであり、空気極と冷却機能とを共に有する。換言すると、燃料電池スタック111の空気極111bを空冷の熱交換器として構成する。 FIG. 16A is an example of a block diagram of the fuel cell unit 100 according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 16A, the fan 122 cools the air electrode 111b. That is, the air electrode 111b is a so-called air-cooling stack, and has both the air electrode and the cooling function. In other words, the air electrode 111b of the fuel cell stack 111 is configured as an air-cooled heat exchanger.

図16Bは、第4実施形態に係る燃料電池ユニット100の別の構成例を示すブロック図の例である。図16Bに示すように、ファン122aと、配管L17aの端部に配置された吸気口部124aを有する点で第1実施形態に係る燃料電池ユニット100と相違する。ファン122aにより、冷却板111cを空冷する。また、冷却板111cから排出された空気は配管L17bを介して排出される。 FIG. 16B is an example of a block diagram showing another configuration example of the fuel cell unit 100 according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 16B, the fuel cell unit 100 differs from the fuel cell unit 100 according to the first embodiment in that it has a fan 122a and an air inlet 124a arranged at the end of the pipe L17a. The cooling plate 111c is air-cooled by the fan 122a. Also, the air discharged from the cooling plate 111c is discharged through the pipe L17b.

図17は、第4実施形態に係る飛行体1の外観を示す模式図である。図17に示すように、本体12を機体10の上部に配置し、ファン122により、空気極111bを空冷する。この場合、3以上のプロペラ22それぞれの第2方向V2の端部を結ぶ面S1よりも第2方向V2側(例えば図2参照)に、空気極111bの少なくとも一部が配置される。これにより、飛行体1の飛行により生じる空気の流れ(風)を空気極111bの少なくとも一部で受けることが可能となる。このため、空気極111bもより効率的に冷却可能となる。これにより、空気極111bのより軽量化が可能となる。さらに水冷用の装置を構成不要となり、更に軽量化が可能となる。 FIG. 17 is a schematic diagram showing the appearance of the flying object 1 according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 17, the main body 12 is arranged above the airframe 10, and the air electrode 111b is air-cooled by the fan 122. As shown in FIG. In this case, at least part of the air electrode 111b is arranged on the second direction V2 side (eg, see FIG. 2) of the plane S1 connecting the ends of the three or more propellers 22 in the second direction V2. As a result, the flow of air (wind) generated by the flight of the aircraft 1 can be received by at least a portion of the air electrode 111b. Therefore, the air electrode 111b can also be cooled more efficiently. This makes it possible to further reduce the weight of the air electrode 111b. Furthermore, it becomes unnecessary to construct a device for water cooling, and the weight can be further reduced.

燃料電池制御部208は、状態検出部204の検出した風速が所定値以下である場合に、ファン22を駆動する制御を行う。また、飛行制御部206は、飛行体1の進行方向に対して、空気極111bに風が最も当たる向きに、飛行体1を制御する。これにより、空気極111bの冷却効果をより高めることが可能となる。さらに、飛行体1の風速に応じてファン122を駆動する制御を行うので、消費電力を抑制しつつ、燃料電池の発電による発熱に応じた冷却を可能とする。なお、ファン119、空気極111bの背後に付けて、風を吸気するようにしてもよい。 The fuel cell control unit 208 performs control to drive the fan 22 when the wind speed detected by the state detection unit 204 is equal to or less than a predetermined value. In addition, the flight control unit 206 controls the flying object 1 in the direction in which the air pole 111b is most exposed to the wind with respect to the traveling direction of the flying object 1 . This makes it possible to further enhance the cooling effect of the air electrode 111b. Furthermore, since the fan 122 is controlled according to the wind speed of the aircraft 1, it is possible to reduce the power consumption and to cool according to the heat generated by the fuel cell. In addition, the fan 119 may be attached behind the air electrode 111b to suck air.

以上説明したように、プロペラ22の回転により生じる風圧が発生する第1方向V1と反対の第2方向V2であって、プロペラ22の第2方向V2の端部よりも第2方向V2側に空気極111bとの少なくとも一部を配置することとした。これにより、飛行体1の飛行により生じる空気の流れ(風)を空気極111bにより、効率的に冷却可能となる。このため、燃料電池スタック111への空気の過給機などの過給装置を小型化又は不要にすることが可能となる。さらに、水冷用の装置が構成不要となり、更に軽量化が可能となる。これにより、燃料電池ユニット100における周辺装置をより軽量化することが可能となる。 As described above, the wind pressure caused by the rotation of the propeller 22 is generated in the second direction V2 opposite to the first direction V1, and the air is in the second direction V2 side of the end of the propeller 22 in the second direction V2. We decided to arrange at least a part of the pole 111b. As a result, the flow of air (wind) generated by the flight of the aircraft 1 can be efficiently cooled by the air pole 111b. Therefore, it is possible to downsize or eliminate the need for a supercharger such as an air supercharger for the fuel cell stack 111 . Furthermore, the need for a water-cooling device is eliminated, making it possible to further reduce the weight. This makes it possible to further reduce the weight of peripheral devices in the fuel cell unit 100 .

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the invention have been described above, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.

1:飛行体、10:機体、14:フレーム、18:熱交換器、19:ファン、21:モータ、22:プロペラ、23:第2モータ、100:燃料電池ユニット、111:燃料電池スタック(燃料電池)、122、122a:ファン、124、124a:吸気口部、200:制御ユニット、204:状態検出部、206:飛行制御部、208:燃料電池制御部、L10、L12、L14、L15a、L15b、L15c、L16、L17a、L17b:配管、V1:第1方向、V2:第2方向。 1: Aircraft, 10: Airframe, 14: Frame, 18: Heat exchanger, 19: Fan, 21: Motor, 22: Propeller, 23: Second motor, 100: Fuel cell unit, 111: Fuel cell stack (fuel battery), 122, 122a: fan, 124, 124a: intake port, 200: control unit, 204: state detection unit, 206: flight control unit, 208: fuel cell control unit, L10, L12, L14, L15a, L15b , L15c, L16, L17a, L17b: piping, V1: first direction, V2: second direction.

Claims (14)

機体が飛行するための推進力を発生するプロペラと、
前記プロペラを駆動するモータと、
前記モータの電源となる燃料電池と、
前記燃料電池を冷却する熱交換器と、
を備え、
前記プロペラの回転により生じる風圧が発生する第1方向と反対の第2方向であって、前記プロペラの前記第2方向の端部よりも前記第2方向側に、前記熱交換器、及び前記燃料電池に空気を供給する配管の吸気口部の少なくともいずれか一方の少なくとも一部が配置される、飛行体。
A propeller that generates thrust for the aircraft to fly,
a motor that drives the propeller;
a fuel cell that serves as a power source for the motor;
a heat exchanger that cools the fuel cell;
with
In a second direction opposite to the first direction in which wind pressure generated by rotation of the propeller is generated, the heat exchanger and the fuel are arranged on the second direction side of the end of the propeller in the second direction. An aircraft in which at least a part of at least one of the air inlets of the piping for supplying air to the battery is arranged.
前記プロペラを含め、前記機体が飛行するための推進力を発生するプロペラを3以上備え、
前記3以上のプロペラそれぞれの前記第2方向の端部を結ぶ面よりも前記第2方向側に、熱交換器及び前記吸気口部の少なくとも一部が配置される、請求項1に記載の飛行体。
Equipped with three or more propellers, including the propeller, that generate propulsive force for the aircraft to fly,
2. The flight according to claim 1, wherein at least part of the heat exchanger and the air inlet are arranged on the second direction side of a plane connecting ends of the three or more propellers in the second direction. body.
前記機体の進行方向及び風向の少なくとも一方に対して、前記熱交換器の受風面、及び吸気口部の少なくともいずれか一方の向きを変更するように、前記モータを制御する飛行制御部を、更に備える、請求項1又は2に記載の飛行体。 a flight control unit that controls the motor so as to change the orientation of at least one of the wind receiving surface of the heat exchanger and the air intake with respect to at least one of the direction of travel of the airframe and the direction of the wind; 3. An aircraft according to claim 1 or 2, further comprising. 前記飛行制御部は、前記進行方向及び前記風向の少なくとも一方に対して前記受風面が正面に向くように前記モータを制御する、請求項3に記載の飛行体。 4. The flying object according to claim 3, wherein the flight control unit controls the motor so that the wind receiving surface faces forward with respect to at least one of the traveling direction and the wind direction. 前記機体に対する前記受風面の傾きを変更する第2モータを更に備え、
前記飛行制御部は、前記機体の前記進行方向及び前記風向の少なくとも一方に応じて前記受風面の傾きを更に変更するように、前記第2モータを制御する、請求項4に記載の飛行体。
further comprising a second motor that changes the inclination of the wind receiving surface with respect to the airframe;
5. The aircraft according to claim 4, wherein the flight control unit controls the second motor so as to further change the tilt of the wind receiving surface according to at least one of the direction of travel of the aircraft and the direction of the wind. .
前記進行方向又は前記風向を特定する状態検出部を更に備え、
前記飛行制御部は、前記状態検出部の特定した前記機体の前記進行方向及び前記風向の少なくとも一方の情報を用いて、前記モータ、及び前記第2モータの少なくとも一方を制御する、請求項5に記載の飛行体。
Further comprising a state detection unit that identifies the traveling direction or the wind direction,
6. The flight control unit controls at least one of the motor and the second motor using information on at least one of the traveling direction of the aircraft and the wind direction specified by the state detection unit. described aircraft.
前記熱交換器に前記燃料電池を冷却するための冷却媒体を流す配管を有する、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の飛行体。 7. The aircraft according to any one of claims 1 to 6, further comprising piping for flowing a cooling medium for cooling said fuel cell to said heat exchanger. 前記熱交換器に空気を送風する第1ファンと、
前記吸気口部に空気を送風する第2ファンと、
を、更に備え、
前記第1ファン及び前記第2ファンの少なくとも一方の駆動を前記機体における風速に応じて変更する、請求項1又は2に記載の飛行体。
a first fan that blows air to the heat exchanger;
a second fan that blows air to the air inlet;
furthermore,
3. The flying object according to claim 1, wherein driving of at least one of said first fan and said second fan is changed according to wind speed in said airframe.
前記モータを含め、前記3以上のプロペラに対応し、対応するプロペラを駆動する3以上のモータを備え、
前記3以上のモータは、フレームを介して前記機体に固定されており、
前記3以上のプロペラが前記フレームの前記第2方向側に設置される、請求項2に記載の飛行体。
three or more motors corresponding to the three or more propellers, including the motors, for driving the corresponding propellers;
The three or more motors are fixed to the airframe via a frame,
3. The aircraft according to claim 2, wherein said three or more propellers are installed on said second direction side of said frame.
前記モータを含め、前記3以上のプロペラに対応し、対応するプロペラを駆動する3以上のモータを備え、
前記3以上のモータは、フレームを介して前記機体に固定されており、
前記3以上のプロペラが前記フレームの前記第1方向側に設置される、請求項2に記載の飛行体。
three or more motors corresponding to the three or more propellers, including the motors, for driving the corresponding propellers;
The three or more motors are fixed to the airframe via a frame,
3. The aircraft according to claim 2, wherein said three or more propellers are installed on said first direction side of said frame.
前記熱交換器は、空冷するように構成した前記燃料電池スタックの空気極である、請求項1乃至10のいずれか一項に記載の飛行体。 11. The aircraft of any one of claims 1 to 10, wherein the heat exchanger is the cathode of the fuel cell stack configured to be air cooled. 前記第1ファンは、前記熱交換器の受風面の反対側の面に空気を送風する、請求項8に記載の飛行体。 The aircraft according to claim 8, wherein the first fan blows air to a surface of the heat exchanger opposite to the wind receiving surface. 前記吸気口は、前記燃料電池スタックの空気極、及び冷却板の少なくともいずれか一方に空気を送る、請求項1に記載の飛行体。 2. The aircraft according to claim 1, wherein said air inlet sends air to at least one of an air electrode and a cooling plate of said fuel cell stack. 機体が飛行するための推進力を発生する3以上のプロペラと、前記3以上のプロペラをそれぞれ駆動する3以上のモータと、前記3以上のモータの電源となる燃料電池と、前記燃料電池を冷却する熱交換器と、を備え、
前記プロペラの回転により生じる風圧が発生する第1方向と反対の第2方向であって、前記3以上のプロペラそれぞれの前記第2方向の端部を結ぶ面よりも前記第2方向側に、前記熱交換器、及び前記燃料電池に空気を供給する配管の吸気口部の少なくともいずれか一方の少なくとも一部が配置される、飛行体の制御方法であって、
前記機体の進行方向及び風向の少なくとも一方に対して、前記熱交換器の受風面、及び吸気口部の少なくともいずれか一方の向きを変更するように、前記3以上のモータを制御する飛行体の制御方法。
Three or more propellers that generate propulsive force for the airframe to fly, three or more motors that respectively drive the three or more propellers, fuel cells that serve as power sources for the three or more motors, and cooling of the fuel cells a heat exchanger for
in a second direction opposite to the first direction in which wind pressure generated by the rotation of the propeller is generated, and on the second direction side of a plane connecting ends of the three or more propellers in the second direction; A control method for an aircraft, wherein at least a part of at least one of a heat exchanger and an air inlet of a pipe supplying air to the fuel cell is arranged,
An aircraft that controls the three or more motors so as to change the orientation of at least one of the wind receiving surface of the heat exchanger and the air intake with respect to at least one of the direction of travel of the aircraft and the direction of the wind. control method.
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