JP7255426B2 - 電動垂直離着陸機の制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、電動垂直離着陸機の制御装置に関する。

近年、ガスタービンエンジンを有する飛行機とは異なる種類の航空機として、電動垂直離着陸機（ｅＶＴＯＬ：electric Vertical Take-Off and Landing aircraft）と呼ばれる有人または無人の航空機の開発が活発化している。電動垂直離着陸機は、モータを有する電駆動システム（ＥＤＳ：Electric Drive System）を複数備え、複数のモータによって複数の回転翼が回転駆動されることで、機体の揚力や推力を得ている。それぞれの電駆動システムの交換後や点検後には、かかる電駆動システムが正常に動作して回転翼が回転することを確認するための機能試験が実行されることが望ましい。特許文献１には、ガスタービンエンジンの機能を解析するための方法が開示されている。ガスタービンエンジンと同様に、電動垂直離着陸機の電駆動システムも、交換時や定期点検等において機能試験が行われることが求められる。

特開２０１７－１４６２９９号公報

電動垂直離着陸機は、ガスタービンエンジンを備える固定翼機等と比較して狭い場所でも離着陸することができるため、様々な場所で運用されることが想定される。他方、電駆動システムの機能試験は、回転翼に試験用の回転動作を行わせるための特別な制御が必要となるため、ガスタービンエンジンを有する飛行機と同様に、かかる制御を実現するためのコンピュータ等の専用設備を備える検査場等において実行されることが想定される。これらのことから、本願発明者らは、機能試験を実行するために電動垂直離着陸機を運用場所から検査場等へと移動させることが非効率的であると考えた。このため、電動垂直離着陸機の運用場所において電駆動システムの機能試験を実行可能な技術が望まれる。

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

本開示の一形態によれば、電動垂直離着陸機（１００）の制御装置（１９）が提供される。この制御装置は、回転翼（３０）を有する電動垂直離着陸機に搭載され前記回転翼を回転駆動させる駆動用モータ（１２）を有する電駆動システム（１０）を制御する制御装置であって、前記制御装置は、前記電駆動システムを、前記電動垂直離着陸機を飛行させるための動作モードである通常モードと、前記電駆動システムの正常性を確認するための動作モードである機能試験モードの少なくとも２種類の動作モードのうちのいずれかの動作モードで選択的に動作するように制御し、前記通常モードにおいて、前記制御装置は、前記電動垂直離着陸機の飛行を制御する機体制御装置（５０）からの指令に応じて前記駆動用モータを制御し、前記機能試験モードにおいて、前記制御装置は、機能試験用プログラムに従って外部から送信される指令に応じて、または、自身に予め設定されている前記機能試験用プログラムに応じて、前記駆動用モータを制御する。

この形態の電動垂直離着陸機の制御装置によれば、制御装置は、電駆動システムを、通常モードと機能試験モードの少なくとも２種類の動作モードのうちのいずれかの動作モードで選択的に動作するように制御するので、電駆動システムの機能試験を電動垂直離着陸機の運用場所において実行できる。

本開示は、種々の形態で実現することも可能である。例えば、制御装置を備える電動垂直離着陸機、電動垂直離着陸機の制御方法等の形態で実現することができる。

制御装置を搭載した電動垂直離着陸機の構成を模式的に示す上面図である。 電動垂直離着陸機の構成を模式的に示す側面図である。 電動垂直離着陸機の機能的構成を示すブロック図である。 機能試験結果の例を示すグラフである。 機能試験結果の例を示すグラフである。 機能試験結果の例を示すグラフである。 機能試験結果の例を示すグラフである。 機能試験結果の例を示すグラフである。 機能試験結果の例を示すグラフである。 機能試験結果の例を示すグラフである。 機能試験の手順を示すシーケンス図である。 治具を装着した試験対象システムを模式的に示す斜視図である。 第２実施形態における試験処理手順を示すフローチャートである。

Ａ．第１実施形態：
Ａ－１．装置構成：
図１および図２に示すように、本開示の一実施形態としての制御装置１９を適用した電駆動システム１０（以下、「ＥＤＳ（Electric Drive System）１０とも呼ぶ」）は、電動垂直離着陸機１００（以下、「ｅＶＴＯＬ（electric Vertical Take-Off and Landing aircraft）１００」とも呼ぶ）に搭載され、ｅＶＴＯＬ１００が有する回転翼３０の動作を制御する。

ｅＶＴＯＬ１００は、電気により駆動され、鉛直方向に離着陸可能な有人航空機として構成されている。ｅＶＴＯＬ１００は、複数のＥＤＳ１０に加えて、機体制御装置５０と、機体２０と、複数の回転翼３０と、図３に示すバッテリ４０と、コンバータ４２と、分配器４４と、機体通信部６４と、報知部６６とを備えている。

機体制御装置５０は、機体側記憶部５１とＣＰＵ（Central Processing Unit）とを備えるコンピュータとして構成されている。機体側記憶部５１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）とＲＡＭ（Random Access Memory）とを有する。ＣＰＵは、機体側記憶部５１に予め記憶されている制御プログラムを実行することにより、ｅＶＴＯＬ１００の全体動作を制御する機体側制御部５２として機能する。

ｅＶＴＯＬ１００の全体動作としては、例えば、垂直離着陸動作、飛行動作や、各ＥＤＳ１０の機能試験の実行動作等が該当する。垂直離着陸動作および飛行動作は、設定された航空経路情報に基づいて実行されてもよく、乗員の操縦により実行されてもよく、後述する外部装置５００が備える外部制御部５１０からの指令に基づいて実行されてもよい。機体側制御部５２は、ｅＶＴＯＬ１００の動作において、各ＥＤＳ１０が有する駆動用モータ１２の回転数および回転方向や、各回転翼３０のブレード角等を制御する。

図１に示すように、本実施形態のｅＶＴＯＬ１００は、回転翼３０とＥＤＳ１０とをそれぞれ８つずつ備えている。なお、図３では、図示の便宜上、ｅＶＴＯＬ１００が備える８つの回転翼３０およびＥＤＳ１０のうち、１つの回転翼３０およびＥＤＳ１０を代表して示している。

図１および図２に示すように、機体２０は、ｅＶＴＯＬ１００において８つの回転翼３０およびＥＤＳ１０を除いた部分に相当する。機体２０は、機体本体部２１と、支柱部２２と、６つの第１支持部２３と、６つの第２支持部２４と、主翼２５と、尾翼２８とを備える。

機体本体部２１は、ｅＶＴＯＬ１００の胴体部分を構成する。機体本体部２１は、機体軸ＡＸを対称軸として左右対称の構成を有する。本実施形態において、「機体軸ＡＸ」とは、機体重心位置ＣＭを通り、ｅＶＴＯＬ１００の前後方向に沿った軸を意味している。また、「機体重心位置ＣＭ」とは、乗員が搭乗していない空虚重量時におけるｅＶＴＯＬ１００の重心位置を意味している。機体本体部２１の内部には、図示しない乗員室が形成されている。また、機体本体部２１には、加速度センサ２９が搭載される。加速度センサ２９は、飛行中のｅＶＴＯＬ１００の姿勢の制御に利用される。加速度センサ２９は、三軸センサにより構成され、ｅＶＴＯＬ１００の加速度を測定する。加速度センサ２９による測定結果は、機体制御装置５０へと出力される。

支柱部２２は、鉛直方向に延びる略柱状の外観形状を有し、機体本体部２１の上部に固定されている。本実施形態において、支柱部２２は、鉛直方向に見てｅＶＴＯＬ１００の機体重心位置ＣＭと重なる位置に配置されている。支柱部２２の上端部には、６つの第１支持部２３の一方の端部がそれぞれ固定されている。６つの第１支持部２３は、それぞれ略棒状の外観形状を有し、鉛直方向に垂直な面に沿って延びるように、互いに等角度間隔で放射状に配置されている。各第１支持部２３の他方の端部、すなわち支柱部２２から遠ざかる位置にある端部には、それぞれ回転翼３０とＥＤＳ１０とが配置されている。６つの第２支持部２４は、それぞれ略棒状の外観形状を有し、互いに隣り合う第１支持部２３の他方の端部（支柱部２２と接続されていない側の端部）同士を接続している。

主翼２５は、右翼２６と左翼２７とにより構成されている。右翼２６は、機体本体部２１から右方向に延びて形成されている。左翼２７は、機体本体部２１から左方向に延びて形成されている。右翼２６と左翼２７とには、それぞれ回転翼３０とＥＤＳ１０とが１つずつ配置されている。尾翼２８は、機体本体部２１の後端部に形成されている。

８つの回転翼３０のうちの６つは、各第２支持部２４の端部に配置され、主に機体２０の揚力を得るためのリフト用回転翼３１として構成されている。８つの回転翼３０のうちの２つは、右翼２６と左翼２７とにそれぞれ配置され、主に機体２０の推力を得るためのクルーズ用回転翼３２として構成されている。各回転翼３０は、それぞれの回転軸を中心として、互いに独立して回転駆動される。各回転翼３０は、互いに等角度間隔で配置された３つのブレード３３をそれぞれ有する。本実施形態において、各回転翼３０のブレード角は、それぞれ可変に構成されている。具体的には、機体制御装置５０からの指示に従い図示しないアクチュエータによってブレード角が調整される。図３に示すように、各回転翼３０には、回転数センサ３４と、トルクセンサ３５とがそれぞれ設けられている。回転数センサ３４は、回転翼３０の回転数を測定する。トルクセンサ３５は、回転翼３０の回転トルクを測定する。各センサ３４、３５による測定結果は、機体制御装置５０へと出力される。

図１に示す８つのＥＤＳ１０は、各回転翼３０をそれぞれ回転駆動させるための電駆動システムとして構成されている。８つのＥＤＳ１０のうちの６つは、それぞれリフト用回転翼３１を回転駆動させる。８つのＥＤＳ１０のうちの２つは、それぞれクルーズ用回転翼３２を回転駆動させる。

図３に示すように、各ＥＤＳ１０は、駆動部１１と、駆動用モータ１２と、ギアボックス１３と、回転数センサ１４と、電流センサ１５と、電圧センサ１６と、トルクセンサ１７と、推力センサ１８と、温度センサＴｓと、振動センサＶｓと、制御装置１９を有する。

駆動部１１は、図示しないインバータ回路を備え、駆動用モータ１２を回転駆動させる。インバータ回路は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等のパワー素子により構成され、制御装置１９から供給される制御信号に応じたデューティ比により駆動用モータ１２に駆動電圧を供給する。

駆動用モータ１２は、本実施形態ではブラシレスモータにより構成され、駆動部１１のインバータ回路から供給される電圧および電流に応じた回転運動を出力する。なお、ブラシレスモータに代えて、誘導モータやリラクタンスモータ等の任意のモータにより構成されていてもよい。

ギアボックス１３は、駆動用モータ１２と回転翼３０とを物理的に接続している。ギアボックス１３は、図示しない複数のギアを有し、駆動用モータ１２の回転を減速して回転翼３０へと伝達する。なお、ギアボックス１３が省略されて駆動用モータ１２に回転翼３０の回転軸が直接的に接続されていてもよい。

回転数センサ１４とトルクセンサ１７と、推力センサ１８と、温度センサＴｓと、振動センサＶｓとは、それぞれ駆動用モータ１２に設けられており、駆動用モータ１２の回転数と、回転トルクと、推力と、温度と、振動とをそれぞれ測定する。回転数センサ１４は、回転数計測部に相当し、推力センサ１８は、推力計測部に相当する。推力センサ１８は、例えば、バネと、バネの伸びであるひずみを検出するひずみゲージとを有し、検出されるひずみを利用して推力を計測する。電流センサ１５と電圧センサ１６とは、それぞれ駆動部１１と駆動用モータ１２との間に設けられており、駆動電流と駆動電圧とをそれぞれ測定する。各センサ１４～１８、Ｔｓ、Ｖｓによる測定結果は、制御装置１９に出力され、また、制御装置１９を介して機体制御装置５０へと出力される。

制御装置１９は、電駆動システム１０を全体制御する。本実施形態において、制御装置１９は、ＥＤＳ１０を、通常モードと機能試験モードとのうちのいずれかの動作モードで選択的に動作するように制御する。通常モードとは、機体制御装置５０から通知される指令値に従い、駆動用モータ１２を駆動させることにより回転翼３０の回転駆動を制御し、乗員の運転操作に応じて、或いは、予め設定されている飛行プログラムに応じてｅＶＴＯＬ１００を飛行させるための動作モードである。機能試験モードとは、ＥＤＳ１０の正常性を確認するための試験、すなわち、ＥＤＳ１０が有する機能が正常に働くか否かを判断するための試験（以下、「機能試験」とも呼ぶ）を実行するための動作モードである。本実施形態では、機能試験モードにおいても、機体制御装置５０から通知される指令値に従って、駆動用モータ１２が駆動される。機能試験の詳細については、後述する。

制御装置１９は、ＣＰＵ１９ａと、記憶部１９ｂと、入出力インターフェイス１９ｃとを備えるコンピュータとして構成されている。ＣＰＵ１９ａは、記憶部１９ｂに予め記憶されている制御プログラムを実行することにより、駆動制御部１９１、計測結果取得部１９２、合否判定部１９３、推力想定値算出部１９４として機能する。

駆動制御部１９１は、機体制御装置５０から通知される指令値に応じた制御信号を駆動部１１に送信することにより、回転翼３０を駆動させる。指令値とは、例えば、駆動用モータ１２の目標回転数や、目標推力値などが該当する。

計測結果取得部１９２は、駆動用モータ１２に関する回転数と、駆動電流と、駆動電圧と、推力と、のうちの少なくとも１つの計測結果を取得する。具体的には、計測結果取得部１９２は、回転数センサ１４と、電流センサ１５と、電圧センサ１６と、推力センサ１８における計測結果のうちの少なくとも１つの計測結果を取得する。なお、計測結果取得部１９２は、ＥＤＳ１０に設けられたセンサだけでなく、例えば、回転翼３０に設けられた回転数センサ３４における計測結果を取得してもよい。

合否判定部１９３は、計測結果取得部１９２において取得された計測結果を用いて、機能試験の合否を判定する。具体的には、例えば、機能試験モードにおける推力の想定値である推力想定値と、計測結果取得部１９２において取得された推力の計測結果とを用いて、推力想定値と推力の計測結果との差分が所定範囲に収まっているか否かを判定する。そして、かかる差分が所定範囲に収まっている場合には「機能試験合格」と判定し、収まっていない場合には「機能試験不合格」と判定する。以下、図４～図１０を用いて具体的に説明する。

図４は推力の想定値と計測値を示している。図４において、横軸は時間を示し、縦軸は回転翼３０が発生する推力を示す。また、破線Ｆｉは推力想定値を示し、太い実線Ｆｍは推力計測値を示している。推力想定値は、例えば、機体制御装置５０から駆動用モータ１２の出力回転数の指令を受けた駆動制御部１９１により算出される。駆動制御部１９１は、単位時間毎に推力想定値を算出し、算出された推力想定値と推力センサ１８により得られる推力計測値の差分を求める。合否判定部１９３は、試験期間Ｔｔ全体に亘って求められた差分の絶対値が所定の閾値より小さければ、機能試験合格と判定し、閾値以上であれば機能試験不合格と判定する。

図５は、駆動用モータ１２の回転数の指令値と計測値を示している。図５において、横軸は時間を示し、縦軸はモータ回転数を示す。また、破線Ｒｉは回転数指令値を示し、太い実線Ｒｍは回転数計測値を示している。回転数指令値は、機体制御装置５０から制御装置１９へ指令された駆動用モータ１２の回転数に基づいた値である。回転数計測値は、回転数センサ１４により得られる回転数の計測値である。合否判定部１９３は、上述した推力と同様に、駆動用モータ１２の回転数（回転翼３０の回転数）に基づく機能試験の合否判定を行う。

図６は電流の指令値と計測値を示している。図６において、横軸は時間を示し、縦軸は電流を示す。また、破線Ｉｉは電流指令値を示し、太い実線Ｉｍは電流計測値を示している。電流指令値は、機体制御装置５０から制御装置１９へ指令された駆動用モータ１２の回転数に基づいた値である。電流計測値は、電流センサ１５により得られる電流の計測値である。合否判定部１９３は、上述した推力と同様に、電流値に基づく機能試験の合否判定を行う。

図７は電圧の指令値と計測値を示している。図７において、横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。また、破線Ｖｉは電圧指令値を示し、太い実線Ｖｍは電圧計測値を示している。電圧指令値は、機体制御装置５０から制御装置１９へ指令された駆動用モータ１２の回転数に基づいた値である。電圧計測値は、電圧センサ１６により得られる電圧の計測値である。合否判定部１９３は、上述した推力と同様に、電圧値に基づく機能試験の合否判定を行う。

図８はモータ効率の計測値を示している。図８において、横軸は時間を示し、縦軸はモータ効率を示す。また、破線ηｉは予め定められた所定の閾値を示し、太い実線ηｍは計測値を示している。モータ効率は、入力電力に対する駆動用モータ１２の仕事量を意味する。駆動用モータ１２の仕事量は、回転数センサ１４により計測される駆動用モータ１２の回転数およびトルクセンサ１７により計測される駆動用モータ１２のトルクに基づいて算出される。合否判定部１９３は、計測値が、試験期間Ｔｔ全体に亘って、予め定められた所定の閾値以上であれば、機能試験合格と判定し、閾値より小さければ機能試験不合格と判定する。かかる閾値は、予め実験等により求めて設定されている。

図９はモータ温度の計測値を示している。図９において、横軸は時間を示し、縦軸はモータ温度を示す。また、破線Ｔｉは予め定められた所定の閾値を示し、太い実線Ｔｍは計測値を示している。モータ温度は、温度センサＴｓにより得られる計測値である。合否判定部１９３は、計測値が、試験期間Ｔｔ全体に亘って、予め定められた所定の閾値より小さければ、機能試験合格と判定し、閾値以上であれば機能試験不合格と判定する。かかる閾値は、予め実験等により求めて設定されている。

図１０はモータ振動の計測値を示している。図１０において、横軸は時間を示し、縦軸はモータ振動を示す。また、破線Ｖｉｂｉは予め定められた所定の閾値を示し、太い実線Ｖｉｂｍは計測値を示している。モータ振動は、振動センサＶｓにより得られる計測値である。合否判定部１９３は、計測値が、試験期間Ｔｔ全体に亘って、予め定められた所定の閾値より小さければ、機能試験合格と判定し、閾値以上であれば機能試験不合格と判定する。かかる閾値は、予め実験等により求めて設定されている。

図３に示すように、推力想定値算出部１９４は、大気密度と、駆動用モータ１２に対する回転数の指令値と、回転翼３０の取付角度とから、推力想定値を算出する。なお、推力想定値は、外部から入力してもよい。例えば、図示しないユーザインターフェイスを介して機体制御装置５０に入力された推力想定値を、入出力インターフェイス１９ｃを介して制御装置１９に入力される構成としてもよい。

記憶部１９ｂは、ＲＯＭおよびＲＡＭからなり、ＲＯＭには、上述の制御プログラムが予め記憶されている。また、ＲＯＭには、各センサの計測値が記憶される。

入出力インターフェイス１９ｃは、制御装置１９と外部との間で、想定値や出力値を入出力するために用いられる。例えば、入出力インターフェイス１９ｃは、推力想定値を外部から入力する。また、機体制御装置５０から指令値（駆動用モータ１２の回転数の指令値など）を入力する。また、入出力インターフェイス１９ｃは、駆動用モータ１２への指令値と、計測結果取得部１９２によって取得された計測結果と、合否判定部１９３における合否結果とのうちの少なくとも１つを外部に送信する送信インターフェイスの役割も担う。

バッテリ４０は、リチウムイオン電池により構成され、ｅＶＴＯＬ１００における電力供給源の１つとして機能する。バッテリ４０は、主に、各ＥＤＳ１０がそれぞれ有する駆動部１１へと電力を供給して各駆動用モータ１２を駆動させる。なお、リチウムイオン電池に代えて、ニッケル水素電池等の任意の二次電池により構成されていてもよく、バッテリ４０に代えて、またはバッテリ４０に加えて、燃料電池や発電機等の任意の電力供給源が搭載されていてもよい。

コンバータ４２は、バッテリ４０と接続されており、バッテリ４０の電圧を降圧してｅＶＴＯＬ１００が備える図示しない補機類や機体制御装置５０へと供給する。分配器４４は、バッテリ４０の電圧を各ＥＤＳ１０が備える駆動部１１へと分配する。

各ＥＤＳ１０の機能試験は、定期点検や不具合発生時の点検等を含むＥＤＳ１０の点検や、ＥＤＳ１０の構成部品の交換等の保守が行なわれた後に、点検や保守対象となったＥＤＳ１０を対象として簡易的な動作確認のために実行される。本実施形態では、機能試験の対象となるＥＤＳ１０を、「試験対象システム」と呼ぶ。機能試験では、試験対象システムが正常に動作して、試験対象システムが回転駆動する回転翼３０（以下、「試験対象回転翼」とも呼ぶ」が正常に回転することが確認される。具体的には、機能試験では、図６および図７に示すように、回転翼３０に対して所定の試験パターンで電圧および電流を供給し、このときの電圧値、電流値、モータ回転数、回転翼回転数、温度、推力等を測定し、目標値と実測値との差分に基づき、試験対象システムおよび試験対象回転翼の正常性が判断される。

機体通信部６４は、無線通信を行なう機能を有し、外部装置５００が備える外部通信部５２０とｅＶＴＯＬ１００との間で情報の送受信を行なうとともに、機体制御装置５０と通信可能に構成されている。無線通信としては、例えば、民間用ＶＨＦ（Very High Frequency）無線通信や、４Ｇ（第４世代移動体通信システム）や５Ｇ（第５世代移動体通信システム）等の電気通信事業者が提供する無線通信や、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に従った無線ＬＡＮ通信等が該当する。また、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）や、ＩＥＥＥ８０２．３規格に従った有線通信であってもよい。なお、外部装置５００としては、例えば、機能試験の制御や試験結果の記録等を行うサーバ装置等の管理および制御用のコンピュータが該当する。かかる管理・制御用コンピュータは、例えば、航空管制室に配置されているサーバ装置であってもよく、また、機能試験を含む保守や点検を行う保守作業員がｅＶＴＯＬ１００の運用場所に持ち込んだパーソナルコンピュータであってもよい。

報知部６６は、機体制御装置５０からの指示に従って報知を行う。本実施形態において、報知部６６は、乗員室に搭載されて文字や画像等を表示する表示装置や、音声や警告音等を出力するスピーカ等により構成され、視覚情報や聴覚情報によって乗員に各種情報を報知する。

Ａ－２．機能試験の手順：
図１１に示す機能試験のシーケンスは、機体制御装置５０に接続されている図示しないユーザインターフェイスから、作業員が機能試験実施の指示を入力することにより開始される。機体制御装置５０において機体側制御部５２は、試験開始の合図を試験対象システムのＥＤＳ１０に送信する（ステップＳ２０）。ＥＤＳ１０において制御装置１９は、かかる合図を契機として、回転翼３０およびバッテリ４０が、試験開始可能な状態（Ｒｅａｄｙ）であるか否かを確認する（ステップＳ２１）。例えば、回転翼３０であれば一時的に給電して回転可能であるか否かを確認する。バッテリ４０であれば、バッテリ４０の残容量（ＳＯＣ：State Of Charge）を確認する。制御装置１９は、回転翼３０およびバッテリ４０がＲｅａｄｙである場合には、ＥＤＳ１０の動作モードを機能試験モードに設定し、また、Ｒｅａｄｙである旨を機体制御装置５０に通知する（ステップＳ２２）。

「Ｒｅａｄｙである」との通知を受信した機体制御装置５０は、試験日時と、緯度経度と、機体番号と、気温圧力等の入力情報をＥＤＳ１０へ送信し（ステップＳ２３）、ＥＤＳ１０の制御装置１９は、受信した入力情報を記憶部１９ｂに保存する（ステップＳ２４）。ステップＳ２４で保存された情報は、後に得られる機能試験の合否判定結果に対応付けられる。ＥＤＳ１０の制御装置１９は、機体制御装置５０に出力指令要求を送信する（ステップＳ２５）。機体制御装置５０は、ＥＤＳ１０へ推力想定値および回転数の指令値を送信する（ステップＳ２６）。上記指令を受信したＥＤＳ１０の制御装置１９は、指令に従って駆動用モータ１２を試験駆動させる（ステップＳ２７）。本実施形態では、機体制御装置５０から送信される指令は、機体制御装置５０において機能試験用プログラムに従って送信される。このような指令に従って、駆動制御部１９１は、駆動用モータ１２に対して所定の試験パターンの電流値および電圧値を供給するように駆動部１１を制御し、その結果、バッテリ４０から電力が供給される。

回転数センサ３４やトルクセンサ３５は、機能試験実行中に計測したデータをＥＤＳ１０に送信する（ステップＳ２８）。ＥＤＳ１０において計測結果取得部１９２は、各センサで計測された計測データを順次、記憶部１９ｂに記憶させる（ステップＳ２９）。各センサで計測された計測データがＥＤＳ１０から機体制御装置５０へと送られ、機体制御装置５０は、順次、機体側記憶部５１に各々記憶する（ステップＳ３０）。駆動電圧等を変化させる周波数を変えて、上述のステップＳ２６からステップＳ３０までが繰り返される。

機体制御装置５０がＥＤＳ１０へ機能試験終了の合図を送信する（ステップＳ３１）。制御装置１９において合否判定部１９３は、合否判定を実行し（ステップＳ３２）、合否判定結果を機体制御装置５０へと送信する（ステップＳ３３）。

以上説明した第１実施形態の制御装置１９によれば、制御装置１９は、ＥＤＳ１０を、通常モードと機能試験モードの少なくとも２種類の動作モードのうちのいずれかの動作モードで選択的に動作するように制御するので、機能試験を実行するための場所が検査場等に限定されることを抑制できる。このため、試験対象システムの機能試験を電動垂直離着陸機の運用場所において実行できる。

また、第１実施形態の制御装置１９は、駆動用モータ１２に関する回転数と、駆動電流と、駆動電圧と、推力と、のうちの少なくとも１つの計測結果を取得する計測結果取得部１９２と、取得された計測結果を用いて機能試験の合否を判定する合否判定部１９３とを備える。このため、ＥＤＳ１０内の制御装置１９において、計測結果を取得して、取得された計測結果を用いて機能試験の合否を判定することができる。

第１実施形態におけるＥＤＳ１０は、回転数を計測する回転数計測部に相当する回転数センサ１４を有し、計測結果取得部１９２は、回転数センサ１４から回転数の計測結果を取得する。このため、機能試験の合否判定において、駆動用モータ１２の回転数の計測結果を利用することができる。

第１実施形態におけるＥＤＳ１０は、推力を計測する推力計測部に相当する推力センサ１８をさらに有し、計測結果取得部１９２は、推力センサ１８から推力の計測結果を取得し、合否判定部１９３は、機能試験モードにおける推力の想定値である推力想定値と、取得された推力の計測結果とを用いて、機能試験の合否を判定する。このため、機能試験の合否判定の精度が向上する。

また、第１実施形態における制御装置１９は、大気密度と、駆動用モータ１２に対する回転数の指令値と、回転翼３０の取付角度とから、推力想定値を算出する推力想定値算出部１９４とをさらに備える。このため、機能試験の合否判定の精度がさらに向上する。

第１実施形態の制御装置１９は、推力想定値を外部から入力するための入力インターフェイスに相当する入出力インターフェイス１９ｃを、さらに備える。このため、制御装置１９の構成を簡易にできる。

また、第１実施形態の制御装置１９は、駆動用モータ１２への指令値と、取得された計測結果と、機能試験の合否結果と、のうちの少なくとも１つを記憶する記憶部１９ｂを、さらに備える。このため、例えば、合否判定に使用したり、外部に出力するために、指令値や結果を記憶部１９ｂに記憶できる。

第１実施形態の制御装置１９において、駆動用モータ１２への指令値と、取得された計測結果と、機能試験の合否結果と、のうちの少なくとも１つをＥＤＳ１０が有する送信インターフェイスに相当する入出力インターフェイス１９ｃを介して外部に送信するための入出力インターフェイス１９ｃを、さらに備える。このため、指令値と、計測結果と、機能試験の合否結果と、のうちの少なくとも１つを、例えば、入出力インターフェイス１９ｃを介して機体制御装置５０へ送信できる。

Ｂ．第２実施形態：
第２実施形態のｅＶＴＯＬ１００の構成は、図１２に示すようにＥＤＳ１０が連結部６０を備える点と、電駆動システム１０が推力センサ１８を備えていない点と、機能試験を含む後述の試験処理の実行時に、図１２に示すように機体２０に治具７０が取り付けられる点とにおいて、第１実施形態のｅＶＴＯＬ１００と異なる。第２実施形態のｅＶＴＯＬ１００における他の構成は、第１実施形態のｅＶＴＯＬ１００と同じであるので、同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

連結部６０は、ＥＤＳ１０を機体２０に機械的に連結するために用いられる。機能試験実行時には、図１２に示すように、機体２０（第１支持部２３）に治具７０が連結される。したがって、連結部６０は、機体２０を介して間接的に、ＥＤＳ１０を推力発生方向に保持可能な治具７０と連結するための機械的な連結部といえる。なお、連結部６０と治具７０とは直接的に連結していてもよい。具体的には、ＥＤＳ１０が第１支持部２３から露出した状態でＥＤＳ１０は、連結部６０により治具７０と連結されてもよい。かかる構成においては、連結部６０は、ＥＤＳ１０を直接的に治具７０に連結する。

治具７０は、任意の場所において、地面に固定される。また、治具７０は、機能試験において、駆動用モータ１２の推力を計測し、制御装置１９へ逐次送信する。治具７０は、治具側連結部７２と、推力関連値センサ部７３と、本体部７４とを有する。

治具側連結部７２は治具７０の上端に位置する。治具側連結部７２の下端側は後述する推力関連値センサ部７３と連結している。治具側連結部７２は、ｅＶＴＯＬ１００の機体２０を介して間接的にＥＤＳ１０と連結する役割を担う。具体的には、治具側連結部７２は第１支持部２３を介してＥＤＳ１０と連結する。

推力関連値センサ部７３は、図１２に示されるように、治具側連結部７２の下端から本体部７４の上端にかけて配置される。推力関連値センサ部７３は、円柱状の外観形状を有する。本実施形態において、推力関連値センサ部７３は、治具側連結部７２と本体部７４とを連結すると共に、試験対象システムのＥＤＳ１０の推力を計測する推力センサを内蔵している。推力センサは、例えば、バネと、バネの伸びであるひずみを検出するひずみゲージとを有し、検出されるひずみを利用して推力を計測する。治具７０に推力関連値センサ部７３が配置されることにより、本実施形態のようにＥＤＳ１０が推力センサを有しない構成においても、推力に関して機能試験の合否判定が可能となる。

本体部７４は、治具側インターフェイス部７５と、計測結果取得装置７６とを有する。治具側インターフェイス部７５は、後述する治具側取得部７６ｃにおいて取得された推力関連値センサ部７３の出力値を外部に出力する。計測結果取得装置７６は、治具側取得部７６ｃを有する。治具側取得部７６ｃは、ＥＤＳ１０に対する指令値と、推力関連値センサ部７３の出力値を取得する。なお、本実施形態において、治具側取得部７６ｃは、推力関連値センサ部７３から直接推力を取得できる。

図１３に示す試験処理は、ＥＤＳ１０の機能試験を行うための処理を意味する。ＥＤＳ１０の機能試験は、試験対象システムに治具７０を装着することによって行われる。試験処理では、まず試験用の治具７０が第１支持部２３を介してＥＤＳ１０に取り付けられる（ステップＳ１０）。

機体制御装置５０における機体側制御部５２は、機能試験モードを選定し、制御装置１９に指令を送信する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１の処理は、図１１におけるステップＳ２０～ステップＳ２２に相当する。制御装置１９は、入出力インターフェイス１９ｃを介して治具７０へ指令を送信する（ステップＳ１２）。かかる指令を受信した治具７０において、治具側取得部７６ｃは、推力関連値センサ部７３に内蔵された推力センサよる推力の計測結果を取得し、治具側インターフェイス部７５を介して制御装置１９へと逐次送信し、また、記憶部１９ｂに記憶される（ステップＳ１３）。推力の計測結果は、制御装置１９から機体制御装置５０へと逐次送信され、機体側記憶部５１に記憶される（ステップＳ１４）。ステップＳ１３の処理は図１１におけるステップＳ２８～Ｓ２９に相当し、ステップＳ１４の処理は図１１におけるステップＳ３０に相当する。

制御装置１９の合否判定部１９３は、機能試験の合否を判定する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５の処理は図１１におけるステップＳ３２に相当する。記憶部１９ｂは、合否判定結果を記憶する（ステップＳ１６）。合否判定結果は、制御装置１９から機体制御装置５０へと送信され、機体制御装置５０の図示しない表示部に表示される（ステップＳ１７）。

以上説明した第２実施形態の制御装置１９によれば、第１実施形態の制御装置１９と同様な効果を奏する。加えて、ＥＤＳ１０は、直接的に、または、ｅＶＴＯＬ１００の機体２０を介して間接的に、治具７０と連結するための連結部６０を有する。したがって、ＥＤＳ１０は、機能試験によって回転翼３０が回転駆動した状況においても、上昇或いは回転するなど、大きく変位することを抑制される。このため、機能試験において回転数や振動などの各種パラメータを精度良く計測できる。

また、ＥＤＳ１０は、推力センサに代えて、推力計測装置から計測結果を入力するための入力インターフェイスを有し、計測結果取得部１９２は、入力インターフェイスから入力される推力の計測結果を取得するので、ＥＤＳ１０の構成を簡易にできる。

また、制御装置１９は、治具７０に配置されている回転翼３０（駆動用モータ１２）の推力を計測する推力計測装置から計測結果を入力できることから、ＥＤＳ１０が推力計測装置を有しない構成においても推力の計測が可能となる。

Ｃ．他の実施形態：
Ｃ－１．他の実施形態１：
各実施形態の機能試験では、機体制御装置５０がモータの出力回転数を指令して、制御装置１９の駆動制御部１９１が駆動用モータ１２を駆動していたが、本開示はこれに限られない。機能試験において、制御装置１９は、自身の記憶部１９ｂに予め設定されている機能試験用プログラムに応じて駆動用モータ１２を制御してもよい。かかる構成においては、機体制御装置５０は、制御装置１９に対して回転数などの指令値に代えて、試験実施の指令を送付してもよい。そして、制御装置１９は、機体制御装置５０から受信するかかる指令を契機として、機能試験用プログラムに応じて駆動用モータ１２を制御してもよい。

Ｃ－２．他の実施形態２：
第１実施形態において、各センサからの計測データをＥＤＳ１０または回転翼３０から取得していたが、本開示はこれに限られない。ＥＤＳ１０および回転翼３０とは異なる他の装置として構成されたセンサから計測データを取得してもよい。

Ｃ－３．他の実施形態３：
第２実施形態において、治具７０の推力関連値センサ部７３は、試験対象システムのＥＤＳ１０の推力を計測する推力センサを内蔵していたが、本実施形態において治具７０に推力センサを有していなくてもよい。例えば、第１実施形態と同様に、ＥＤＳ１０が推力センサ１８を有し、治具７０が推力センサを有しない構成としてもよい。

Ｃ－４．他の実施形態４：
上記各実施形態において、計測結果等を外部へ送信するための送信インターフェイスに相当する入出力インターフェイス１９ｃが備えられていたが、本開示はこれに限られない。本実施形態においては、送信インターフェイスに相当する出力インターフェイスを備えていなくてもよい。かかる構成においては、ＥＤＳ１０が表示部を有し、計測結果等が表示されてもよい。

Ｃ－５．他の実施形態５：
上記実施形態において、制御装置１９は、計測結果取得部１９２と、合否判定部１９３と、推力想定値算出部１９４とを備えていたが、本開示はこれに限られない。制御装置１９とは異なる他の装置として構成された装置が、計測結果を取得し、合否判定を行い、推力の想定値を算出してもよい。

Ｃ－６．他の実施形態６：
上記実施形態において、ＥＤＳ１０は、回転数計測部に相当する回転数センサ１４と、推力計測部に相当する推力センサ１８とを有していたが、有していなくてもよい。ＥＤＳ１０とは異なる他の装置として構成された装置が、駆動用モータ１２の回転数と推力を計測してもよい。

Ｃ－７．他の実施形態７：
上記各実施形態において、計測結果等を記憶する記憶部１９ｂが備えられていたが、本開示はこれに限られない。本実施形態においては、記憶部を備えていなくてもよい。かかる構成においては、制御装置１９とは異なる他の装置として構成された装置が記憶部を有し、計測結果等が記憶されてもよい。

Ｃ－８．他の実施形態８：
上記各実施形態において、合否判定部１９３は、推力、モータ回転数、電流、電圧等、各種パラメータを用いて合否判定を行っていたが、本開示はこれに限られない。本実施形態においては、例えば、推力のみを用いて合否判定を行ってもよいし、全てのパラメータを用いて合否判定を行ってもよい。また、任意の数のパラメータを任意に組み合わせて合否判定を行ってもよい。

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した形態中の技術的特徴に対応する各実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…ＥＤＳ（電駆動システム）、１９…制御装置、１２…駆動用モータ、３０…回転翼、５０…機体制御装置、１００…ｅＶＴＯＬ（電動垂直離着陸機）

Claims (10)

1. 回転翼（３０）を有する電動垂直離着陸機（１００）に搭載され前記回転翼を回転駆動させる駆動用モータ（１２）を有する電駆動システム（１０）を制御する制御装置（１９）であって、
   前記制御装置は、前記電駆動システムを、前記電動垂直離着陸機を飛行させるための動作モードである通常モードと、前記電駆動システムの正常性を確認するための動作モードである機能試験モードの少なくとも２種類の動作モードのうちのいずれかの動作モードで選択的に動作するように制御し、
   前記通常モードにおいて、前記制御装置は、前記電動垂直離着陸機の飛行を制御する機体制御装置（５０）からの指令に応じて前記駆動用モータを制御し、
   前記機能試験モードにおいて、前記制御装置は、機能試験用プログラムに従って外部から送信される指令に応じて、または、自身に予め設定されている前記機能試験用プログラムに応じて、前記駆動用モータを制御する、
   制御装置。
2. 請求項１に記載の制御装置において、
   前記駆動用モータに関する回転数と、駆動電流と、駆動電圧と、推力と、のうちの少なくとも１つの計測結果を取得する計測結果取得部（１９２）と、
   取得された前記計測結果を用いて前記機能試験の合否を判定する合否判定部（１９３）と、
   を備える、制御装置。
3. 請求項２に記載の制御装置において、
   前記電駆動システムは、前記回転数を計測する回転数計測部を有し、
   前記計測結果取得部は、前記回転数計測部から前記回転数の計測結果を取得する、制御装置。
4. 請求項２または請求項３に記載の制御装置において、
   前記電駆動システムは、前記推力を計測する推力計測部をさらに有し、
   前記計測結果取得部は、前記推力計測部から前記推力の計測結果を取得し、
   前記合否判定部は、前記機能試験モードにおける前記推力の想定値である推力想定値と、取得された前記推力の前記計測結果と、を用いて、前記機能試験の合否を判定する、制御装置。
5. 請求項４に記載の制御装置において、
   大気密度と、前記駆動用モータに対する前記回転数の指令値と、前記回転翼の取付角度とから、前記推力想定値を算出する推力想定値算出部（１９４）と、
   をさらに備える、制御装置。
6. 請求項４に記載の制御装置において、
   前記推力想定値を外部から入力するための入力インターフェイスを、さらに備える制御装置。
7. 請求項２に記載の制御装置において、
   前記電駆動システムは、
   直接的に、または、前記電動垂直離着陸機の機体（２０）を介して間接的に、前記電駆動システムを推力発生方向に保持可能な治具と連結するための機械的な連結部（６０）を、有する、制御装置。
8. 請求項７に記載の制御装置において、
   前記電駆動システムは、前記治具に配置されている前記駆動用モータの推力を計測する
   推力計測装置から計測結果を入力するための入力インターフェイスを有し、
   前記計測結果取得部は、前記入力インターフェイスから入力される前記推力の前記計測結果を取得する、制御装置。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の制御装置において、
   前記駆動用モータに関する回転数と、駆動電流と、駆動電圧と、推力と、のうちの少なくとも１つの計測結果を取得する計測結果取得部と、
   前記駆動用モータへの指令値と、取得された前記計測結果と、前記機能試験の合否結果と、のうちの少なくとも１つを記憶する記憶部（１９ｂ）を、さらに備える、制御装置。
10. 請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の制御装置において、
    前記駆動用モータに関する回転数と、駆動電流と、駆動電圧と、推力と、のうちの少なくとも１つの計測結果を取得する計測結果取得部と、
    前記駆動用モータへの指令値と、取得された前記計測結果と、前記機能試験の合否結果と、のうちの少なくとも１つを前記電駆動システムが有する送信インターフェイスを介して外部に送信するための送信インターフェイスを、さらに備える、制御装置。

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