ELECTRIC AIRCRAFT

電動モータには,従来の内燃機関機と比較して制御工学的にも様々な利点があります。

Electric motors have several advantages over conventional internal combustion engines.

具体的には,

  • トルク応答が圧倒的に速い
  • 電流値からトルクが把握できる
  • 分散配置,独立制御が容易である,など…

といった利点があります。

The advantages are as follows:

  • Motor torque generation is much faster
  • Motor torque measurement is accurate
  • Distributed installation and independent control of motors are easy

当研究室での電気自動車(Electric Vehicle)の研究はこれらの利点を活かし,従来の内燃機関自動車では不可能であった運動制御を研究,実現してきました。

Our research group has proposed many motion control methods that are unique to electric vehicles by taking advantage of electric motors.

これらの利点を電気飛行機にも適用した時,どういったことができるかを研究しているのが電気飛行機(Electric Aircraft)チームです。

Our Electric Aircraft (EA) team explores the applications of these advantages to electric aircraft.

近年,飛行機にも電動化の流れが進んでおり,様々な研究機関や企業が力を入れて検討を行っております。

Recently, research and development have been very active in EA.

そのモチベーションは現在のところ電気自動車と同様に環境問題への配慮からですが,動力部分に電動モータを使用した場合は先述の運動制御から見た利点を活かすことが可能となります。

Their motivation comes from environmental issues; however, there are also many advantages from a motion control perspective.

当研究室ではこれまで大きく分けて,

  • トルク応答性を活かした各種プロペラ制御
  • 回生機構を用いた航続距離延長
  • 分散配置による複プロペラ機での運動制御
  • 電動ラダーによる高速なヨーレート抑制制御

などを研究してきました。

Our previous research includes

  • Propeller control method by quick torque response
  • Range extension control by regeneration
  • Flight control by distributed electric propulsion
  • Quick yaw-rate control by electric ladder

以下,それらについて詳しく解説していきます。

Let's take a closer look.

推力指令値を与えた時の電動プロペラと内燃機関機との応答比較

Response comparison between electric propeller and internal combustion engine when given thrust reference.

先述の通り,電動モータには内燃機関機と比較して圧倒的に速いトルク応答速度を持ちます。

As mentioned above, the torque generation of electric motors is much faster than that of internal combustion engines.

飛行機では急な突風などで機体が煽られたり不安定になったりすることがあります。

Gusts of wind can cause instability in aircraft.

この際に電気飛行機ではこのトルク応答速度を用いて瞬時に突風に対応した回転速度,推力にすることが可能になります。

Fast torque response of electric motors enables quick thrust generation to stabilize the aircraft.

過去の研究では推力値を変化させた際の応答速度が内燃機関機と比較して20倍近く速くなった結果が得られております。

We found that the thrust response is about 20 times faster than internal combustion engine aircraft.

また,電動モータには減速時に回生機構と呼ばれる、運動エネルギーを再び電気に変換できる利点があります。

In addition, the electric motor has the advantage of being able to convert kinetic energy back to electricity, which is called a regenerative mechanism during deceleration.

この機構を着陸前の降下時に適用してエネルギーを稼ぐだけでなく,最適な回転数やプロペラピッチを維持することでより効率的に電力を得る方法も研究しております。

We are studying ways to obtain electric power more efficiently by applying this mechanism at the time of descent before landing, not only to earn energy but also to maintain optimum rotation speed and propeller pitch.

逆に航行時にも航行速度に応じた回転数やプロペラピッチに調節することで,同じ推力を得る場合でも消費電力を最小化するような研究も行われております。

Conversely, even when navigating, research is also conducted to minimize power consumption by adjusting the rotation speed and propeller pitch according to the navigation speed even if the same thrust is obtained.

電気飛行機が実用化した時,従来のような大きなプロペラを2-3個設置するような機体構造ではなく,小さいプロペラを複数個設置する機体構造になるであろうと提唱する研究機関もあります。

When an electric aircraft is put into practical use, there are research institutes that advocate that it will be a fuselage structure that installs several small propellers instead of a conventional aerodynamic structure that installs two or three large propellers as in the past.



当研究室ではこれに加えて各プロペラへ独立した制御を設けられる利点を活かした研究も行っております。

In addition to this, our laboratory also conducts research utilizing the advantage that independent control can be provided for each propeller.



過去の研究では両翼に1つずつプロペラを設置,制御することで揚力を制御したり,さらに機首にもプロペラを設置することで揚力と推力を同時に制御したりする研究も行われてきました。

In past studies, research has also been conducted to simultaneously control lift and thrust by installing and controlling propellers on both wings one by one, controlling lift by controlling them, and installing a propeller also at the nose.

また,電気飛行機ではプロペラを電動モータで動かすだけでなく,フラップやラダーといった操縦翼面の操作も電動モータに置き換えることが可能です。

Also, in electric aircrafts, it is possible to replace not only the propeller with an electric motor but also the operation of the control surface such as a flap and a ladder with an electric motor.


過去にはラダーを電動化することで従来のものよりも高速に制御できる利点を活かし,4人乗りレベルの小型プロペラ機を模した実験機に適用した場合の効果を検証しました。

In the past, we validated the effect of applying it to an experimental machine simulating a four-passenger compact propeller machine by taking advantage of the advantage that it can be controlled faster than the conventional one by electrifying the ladder.

そして将来,誰でも空を飛べる時代が来ると提唱する企業や研究者もおり,道路などの制約に縛られず直線的に目的地まで行き来できるようになるかもしれません。いわゆる,空陸両用自動車がどのような形になるかは諸説ありますが,どちらにせよ事故時の被害が自動車と比較して重大になることから安全面への配慮は自動車以上のものを要求されます。それらの問題に対して制御工学的なアプローチから,当研究室ではこれまでいろいろな提案,研究を重ねてきました。将来への普及に向けてまだまだいろいろな障壁はありますが,研究成果で少しでも安全性の向上できれば,と考えております。

And in the future, some companies and researchers advocate that an age for everyone will be able to fly the sky will come, and it may become possible to go straight to the destination without being restricted by restrictions such as roads. There are various opinions as to what type of so-called aircraft will be in the form of an aircraft, but in any case, the damage at the time of the accident becomes serious compared with the car, so consideration for safety is required more than the car. From the control engineering approach to these problems, our laboratory has repeatedly made various proposals and researches. There are still many barriers towards the spread to the future, but we wish to improve aircraft's safety by our research.