JP2001114195A - 船舶用操舵システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置を大型化することなく、舵の操作速度を
大幅に高速化することが可能で、かつ船体の横揺れに従
って迅速に転舵させることが可能な船舶用操舵システム
を提供すること。 【解決手段】 船舶用操舵システムにおいて、加算器１
０、コントローラ１２、サーボモータ１４、２方向流れ
固定容量油圧ポンプ１５、シリンダ５０ａ、５０ｂを設
け、コントローラにおいてシリンダ５０ａ、５０ｂを操
作し、舵６０を操舵可能とする。さらに、油圧ライン３
４ａ、３４ｂの油圧ライン３４ａ、３４ｂの作動油の動
粘度を調整する保温用ヒータ３０を設けて、２方向流れ
固定容量油圧ポンプ１５が作動油圧を急速に上昇させる
ことを補助することにより可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は船舶用操舵システム
に係り、特に液体圧ポンプにより液体圧アクチュエータ
を直接動作させるようにした船舶用操舵システムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の油圧を用いた船舶用操舵システム
は、圧力調整弁や油量制御弁等で舵をコントロールして
いた。また、高精度の制御が要求される場合には、サー
ボ弁や電磁比例弁が採用されていた。これらの弁を用い
たシステムは、いずれも電動機によって油圧ポンプを常
時一定速度で回転させ、一定量の油量と油圧を維持する
ものである。したがって、アクチュエータが駆動してい
ない場合には、油圧ポンプで生成されたエネルギーがリ
リーフ弁を経由してオイルタンクに戻されているため、
エネルギーロスが非常に大きい。さらに、油温が上昇す
ることにより作動油が劣化するので、クーリング装置の
設置が必要になることもある。

【０００３】また、船舶用操舵システムによって制御さ
れる舵は、船舶の航行時に保針操舵に用いるのがその主
目的であるが、近年では操舵による横揺れ減揺制御にも
よく利用されている。この場合、横揺れの減揺効果を向
上するための重要な要素として操舵速度の高速化が挙げ
られる。通常の船舶用操舵システムの操舵速度は２．５
ｄｅｇ／ｓｅｃ程度であり、２台連動運転した場合でも
５ｄｅｇ／ｓｅｃ前後である。当然のことながら、これ
以上の高速化を実現するためには油量と油圧の増加が必
要になるが、それは油圧装置全体の大型化につながるこ
とになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のような船舶用操
舵システムにおける問題を解決するために、様々な技術
が開発されているが、その一つとしてＤＤＶＣ（Direct
Drive Volume Control）を採用した船舶用操舵システ
ムが挙げられる。これは、特開平１−２６２２９４号に
記載されているように、電動機で回転する２方向流れ可
変容量液体圧ポンプを液体圧アクチュエータに直結した
ものである。この２方向流れ可変容量液体圧ポンプによ
り液体圧アクチュエータを動作させ、さらに液体圧アク
チュエータにより舵を動作させるものであり、極めて小
型の装置であるにもかかわらず、エネルギーロスが小さ
く、必要になる油量に対して大きなエネルギーを得られ
るという利点がある。しかしながら、上述の構成だけで
は、舵の操作速度を大幅に高速化するのには未だに不十
分なものであり、船舶用操舵システムの横揺れ減揺等に
対する大幅な性能向上を実現することができなかった。

【０００５】そこで本発明は、上記の問題点を解消する
ためになされたもので、船舶用操舵システムにおいて、
装置を大型化することなく、舵の操作速度を大幅に高速
化することが可能な船舶用操舵システムを提供すること
を目的としている。船体の横揺れを操舵に迅速に反映す
ることが可能な船舶用操舵システムを提供することを目
的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、課題を解決するための手段として、制御
信号およびフィードバック信号を入力可能な加算器と、
前記加算器の出力信号を入力可能な制御装置と、前記制
御装置により回転が制御される電動機と、前記電動機に
より回転する液体圧ポンプと、前記液体圧ポンプの出力
により動作する液体圧アクチュエータと、前記液体圧ア
クチュエータにより動作する舵と、前記舵の角度を検知
して当該角度に応じたフィードバック信号を前記加算器
に出力する舵角センサと、を有する船舶用操舵システム
において、前記電動機を２方向回転電動機とし、前記液
体圧ポンプを２方向流れ固定容量液体圧ポンプとし、前
記液体圧ポンプを設けた液体圧ラインに並列に設けられ
た液体圧ラインに２つの逆止め弁を設け、当該２つの逆
止め弁の間の液体圧ラインに液体タンクを接続してなる
ことを特徴とするものとした。

【０００７】また、制御信号およびフィードバック信号
を入力可能な加算器と、前記加算器の出力信号を入力可
能な制御装置と、前記制御装置により回転が制御される
第１の電動機と、前記第１の電動機により回転する第１
の液体圧ポンプと、前記第１の液体圧ポンプの出力によ
り動作する液体圧アクチュエータと、前記液体圧アクチ
ュエータにより動作する舵と、前記舵の角度を検知して
当該角度に応じたフィードバック信号を前記加算器に出
力する舵角センサと、を有する船舶用操舵システムにお
いて、前記第１の電動機を２方向回転電動機とし、前記
第１の液体圧ポンプを２方向流れ固定容量液体圧ポンプ
とし、前記液体圧ポンプを設けた液体圧ラインに並列に
設けられた液体圧ラインに２つの逆止め弁を設け、前記
２つの逆止め弁の間の液体圧ラインに接続されたリリー
フ弁を設け、第２の電動機により回転するとともに前記
リリーフ弁に接続された第２の液体圧ポンプを設けてな
ることを特徴とするものとした。

【０００８】また、制御信号およびフィードバック信号
を入力可能な加算器と、前記加算器の出力信号を入力可
能な制御装置と、電動機と、前記電動機により回転する
とともに前記制御装置により吐出量が制御される第１の
液体圧ポンプと、前記第１の液体圧ポンプの出力により
動作する液体圧アクチュエータと、前記液体圧アクチュ
エータにより動作する舵と、前記舵の角度を検知して当
該角度に応じたフィードバック信号を前記加算器に出力
する舵角センサと、を有する船舶用操舵システムにおい
て、前記第１の液体圧ポンプを２方向流れ可変容量液体
圧ポンプとし、前記液体圧ポンプを設けた液体圧ライン
に並列に設けられた液体圧ラインに２つの逆止め弁を設
け、前記２つの逆止め弁の間の液体圧ラインにリリーフ
弁を接続し、前記電動機により回転するとともに前記リ
リーフ弁に接続された第２の液圧ポンプを設けてなるこ
とを特徴とするものとした。

【０００９】また、上記のいずれかの船舶用操舵システ
ムにおいて、前記電動機に加わる電流を検知してフィー
ドバック信号を前記加算器に出力する電流検出センサを
設けてなることを特徴とするものとした。

【００１０】また、上記のいずれかの船舶用操舵システ
ムにおいて、前記加算器に代えて演算装置を設け、前記
船舶用操舵システムを設けた船舶に、フィードバック信
号を前記演算装置に出力する船体の横揺れ検出センサ、
方位検出センサおよび船速検出センサを設け、前記舵角
センサは前記演算装置にフィードバック信号を入力可能
とし、前記演算装置は前記船体の横揺れ検出センサ、前
記方位検出センサ、前記船速検出センサおよび前記舵角
センサからのフィードバック信号に基づいて舵角指令値
を算出して、前記舵角指令値に対応した出力信号を前記
制御装置に出力し、前記制御装置は前記出力信号を入力
可能としたことを特徴とするものとした。

【００１１】なお、演算装置は、統計的制御ゲイン作成
手段、制御ゲイン記憶手段および制御実行手段を備え、
統計的制御ゲイン作成手段は、舵角センサからの信号を
読み込み、制御モデルを制御型多次元自己回帰モデルを
用いて算出し、この制御モデルについて制御ゲインを算
出する手段から成り、制御実行手段は、目標方位および
実方位ならびに目標横揺れ角速度および実横揺れ角速度
を読み込み、方位及び横揺れ角速度について、目標と実
測との偏差をそれぞれ算出し、両者の偏差を最小にする
指令舵角を各偏差値から記憶する前記制御ゲイン記憶手
段を使用して舵角指令値を算出するものであることが好
ましい。

【００１２】

【作用】上記構成によれば、電動機を２方向回転電動機
とし、液体圧ポンプを２方向流れ固定容量液体圧ポンプ
とし、液体圧ポンプを設けた液体圧ラインに並列に設け
られた液体圧ラインに２つの逆止め弁を設け、２つの逆
止め弁の間の液体圧ラインに液体タンクを接続してなる
有するようにしたので、２方向流れ固定容量液体圧ポン
プから吐き出される液体圧を急速に変化させることが可
能になる。また、液体圧ポンプを設けた液体圧ラインに
並列に設けられた液体圧ラインに２つの逆止め弁を設
け、これらの逆止め弁の間の液体圧ラインに液体タンク
を接続したので、液体の漏出により低下する液圧ライン
の液圧を補償する役割を果たす。

【００１３】また、第１の電動機を２方向回転電動機と
し、第１の液体圧ポンプを２方向流れ固定容量液体圧ポ
ンプとし、液体圧ポンプを設けた液体圧ラインに並列に
設けられた液体圧ラインに２つの逆止め弁を設け、２つ
の逆止め弁の間の液体圧ラインに接続されたリリーフ弁
を設け、第２の電動機により回転するとともにリリーフ
弁に接続された第２の液体圧ポンプを設けたので、２方
向流れ固定容量液体圧ポンプにより液体圧を急速に変化
させることが可能になる。さらに、２方向流れ固定容量
液体圧ポンプへ流れ込む側の液体圧ラインにおいては、
第２の液体圧ポンプの液体吐出量が加わることにより、
２方向流れ可変容量液体圧ポンプに対して液体の流量を
増加させて、当該流量を液体圧の急速な変化に追従可能
にする。くわえて、２方向流れ可変容量液体圧ポンプの
液体吸入量を増加させる。さらに、２方向流れ固定容量
液体圧ポンプから流れ出す側の液体圧ラインにおいて
は、２方向流れ可変容量液体圧ポンプの液体吐出量に第
２の液体圧ポンプの液体吐出量が加わるので、２方向流
れ可変容量液体圧ポンプの負荷を分担する役割を果た
す。くわえて、リリーフ弁が液体の漏出により低下する
液圧ラインの液圧を補償する役割を果たす。

【００１４】また、前記第１の液体圧ポンプを２方向流
れ可変容量液体圧ポンプとし、前記液体圧ポンプを設け
た液体圧ラインに並列に設けられた液体圧ラインに２つ
の逆止め弁を設け、前記２つの逆止め弁の間の液体圧ラ
インにリリーフ弁を接続し、前記電動機により回転する
とともに前記リリーフ弁に接続された第２の液圧ポンプ
を設けたので、２方向流れ可変容量液体圧ポンプにより
液体圧を急速に変化させることが可能になる。さらに、
２方向流れ固定容量液体圧ポンプへ流れ込む側の液体圧
ラインにおいては、第２の液体圧ポンプの液体吐出量が
加わることにより、２方向流れ可変容量液体圧ポンプに
対して液体の流量を増加させて、当該流量を液体圧の急
速な変化に追従可能にする。くわえて、２方向流れ可変
容量液体圧ポンプの液体吸入量を増加させる。さらに、
２方向流れ固定容量液体圧ポンプから流れ出す側の液体
圧ラインにおいては、２方向流れ可変容量液体圧ポンプ
の液体吐出量に第２の液体圧ポンプの液体吐出量が加わ
るので、２方向流れ可変容量液体圧ポンプの負荷を分担
する役割を果たす。くわえて、リリーフ弁が液体の漏出
により低下する液圧ラインの液圧を補償する役割を果た
す。

【００１５】また、前記電動機に加わる電流を検知して
フィードバック信号を前記加算器に出力する電流検出セ
ンサを設けたので、その電流を加算器にフィードバック
することにより、液体圧アクチュエータの推進制御を行
うことができる。すなわち、例えば電動機に過電流が流
れた場合に、その過電流に対応する信号が加算器にフィ
ードバックされるので、電動機のトルクを制限する制御
を行うことができる。よって、液体圧アクチュエータの
推進制御を行うことができる。くわえて、従来の船舶用
操舵システムにおいては、液体圧回路中にリリーフ弁ま
たは安全弁を設けることにより、当該回路の圧力制限を
行っていたが、上記手段においてはこのような弁を設け
る必要がない。

【００１６】また、上記の船舶用操舵システムにおい
て、加算器に代えて演算装置を設け、船舶用操舵システ
ムを設けた船舶に、フィードバック信号を演算装置に出
力する船体の横揺れ検出センサ、方位検出センサおよび
船速検出センサを設け、舵角センサは演算装置にフィー
ドバック信号を入力可能とし、演算装置は船体の横揺れ
検出センサ、方位検出センサ、船速検出センサおよび舵
角センサからのフィードバック信号に基づいて舵角指令
値を算出して、舵角指令値に対応した出力信号を制御装
置に出力し、制御装置は出力信号を入力可能としたの
で、船体の横揺れに従って迅速に転舵させることがで
き、横揺れに対する減揺を確実に行うことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る船舶用操舵
システムの具体的実施の形態について図面を参照して詳
細に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係
る船舶用操舵システムの回路図であり、図２は、本発明
の第２の実施の形態に係る船舶用操舵システムの回路図
である。また、図３は、本発明の第３の実施の形態に係
る船舶用操舵システムの回路図であり、図４は、本発明
の第２の実施の形態に係る船舶用操舵システムの操作手
順を示すフロー図である。また、図５は、本発明の第３
の実施の形態に係る船舶用操舵システムの変形例の回路
図であり、図６は、アクチュエータの構成の変形例を示
す回路図である。また、図７は、本発明の第３の実施の
形態の変形例を示すブロック図であり、図８は、本発明
の第３の実施の形態においてサーボモータ、油圧ポン
プ、油圧モータおよびアクチュエータを一体とした構成
の概略を示す説明図である。

【００１８】本発明の第１の実施の形態に係る船舶用操
舵システムは、２方向流れ固定容量油圧ポンプにアクチ
ュエータを直結したものである。すなわち、図１に示す
ように、図示しない操舵室から伝わる制御信号Ｅｉ、お
よび後述するフィードバック信号が入力される加算器１
０と、加算器１０の出力信号を入力が入力されるコント
ローラ１２と、コントローラ１２によって制御されて２
方向回転するサーボモータ１４とが設けられている。ま
た、サーボモータ１４に加わる過電流、過負荷を検出し
てフィードバック信号を加算器１０に入力する過負荷・
過電流センサ２０が設けられている。さらに、加算器１
０、コントローラ１２および過負荷・過電流センサ２０
は、一体のサーボパックＡとして構成されている。

【００１９】また、２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５
がサーボモータ１４により回転させられて、油圧ライン
３４ａ、３４ｂの双方に作動油を吐き出し可能に設けら
れている。さらに、２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５
は、作動油タンク２２ａから作動油を吸入可能であり、
さらに、油圧ライン３４ａ、３４ｂからも吸入可能であ
る。よって、２方向流れ可変容量油圧ポンプ１５は、サ
ーボモータ１４の回転方向、速度を変更することによ
り、作動油の吐き出し方向を自在に変更できるととも
に、吸入・吐き出し量も急速に変化させることが可能で
ある。

【００２０】また、油圧ライン３４ａ、３４ｂは、シリ
ンダ５０ａ、５０ｂに接続されており、吐き出された作
動油はシリンダ５０ａ、５０ｂに送り込まれ、それぞれ
のピストン５２ａ、５２ｂをそれぞれ反対方向に動作さ
せる。ピストン５２ａ、５２ｂの動作により、舵６０は
矢印Ｄに示すように自在に動く。さらに、舵６０の近傍
には、その舵度を検出し、舵角に応じたフィードバック
信号Ｅｆを加算器１０に入力する舵角センサ３２が設け
られている。

【００２１】また、油圧ライン３４ａには、作動油の動
粘度を、操舵によりその流れる方向や流量が急激に変化
するのに好適な範囲内に維持するために保温用ヒータ３
０が設けられている。

【００２２】また、２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５
から漏出したドレンにより、作動油圧が低下するのを防
止するために、２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５に並
列に設けられた油圧ライン３８にドレン保証機構Ｃが設
けられている。ドレン保証機構Ｃは、油圧ライン３８に
逆止め弁４０ａ、４０ｂを設け、さらに、逆止め弁４０
ａ、４０ｂの間の油圧ライン３８に作動油を供給する作
動油タンク２２ｂを設けている。よって、ドレンにより
回路内の作動油が不足した分だけ作動油タンク２２ｂか
ら作動油が補償される。

【００２３】以上の構成によれば、操舵室において操舵
すると、それに応じた制御信号Ｅｉがコントローラ１２
に伝わる。コントローラ１２は、サーボモータ１４を回
転させて２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５を作動させ
る。２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５が作動すること
により、油圧ライン３４ａ、３４ｂのいずれかに作動油
を供給して、ピストン５２ａ、５２ｂを動作させて舵６
０の角度を操舵に応じて変更する。また、舵６０の角度
は、舵角センサ３２の出力信号Ｅｆによって加算器１０
に伝達され、２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５の動作
に反映される。

【００２４】また、この回路内においてドレンが発生し
た場合は、ドレン保証機構Ｃによって、ドレンに見合っ
た量の作動油が補償される。また、保温用ヒータ３０が
油圧ライン３４ａの作動油を適宜加熱して、その動粘度
を高速操舵に好適な範囲に保持する。くわえて、過負荷
・過電流センサ２０がサーボモータ１４の過負荷・過電
流を監視しており、過負荷・過電流の検出時には、コン
トローラ１２がサーボモータ１４を停止、または回転を
低下させる。

【００２５】続けて、本発明の第２の実施の形態に係る
船舶用操舵システムについて説明する。本発明の第２の
実施の形態に係る船舶用操舵システムは、２方向流れ固
定容量油圧ポンプにアクチュエータを直結したものであ
り、さらに、この２方向流れ固定容量油圧ポンプの動作
を補助するブースタ等を接続したものである。

【００２６】すなわち、図２に示すように、図示しない
操舵室から伝わる制御信号Ｅｉ、および後述するフィー
ドバック信号が入力される加算器１０と、加算器１０の
出力信号を入力が入力されるコントローラ１２と、コン
トローラ１２によって制御されて２方向回転するサーボ
モータ１４とが設けられている。また、第１の実施の形
態と同様に、サーボモータ１４に加わる過電流、過負荷
を検出してフィードバック信号を加算器１０に入力する
過負荷・過電流センサ２０が、加算器１０、コントロー
ラ１２および過負荷・過電流センサ２０は、一体のサー
ボパックＡとして構成されている。

【００２７】また、２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５
がサーボモータ１４により回転させられて、油圧ライン
３４ａ、３４ｂの双方に作動油を吐き出し可能に設けら
れている。さらに、２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５
は、作動油タンク２２ａから作動油を吸入可能であり、
さらに、油圧ライン３４ａ、３４ｂからも吸入可能であ
る。よって、２方向流れ可変容量油圧ポンプ１５は、サ
ーボモータ１４の回転方向、速度を変更することによ
り、作動油の吐き出し方向を自在に変更できるととも
に、吸入・吐き出し量も急速に変化させることが可能で
ある。

【００２８】また、油圧ライン３４ａ、３４ｂは、シリ
ンダ５０に接続されており、吐き出された作動油はシリ
ンダ５０に送り込まれ、ピストン５２をいずれかの方向
に動作させる。ピストン５２の動作により、舵６０は矢
印Ｄに示すように自在に動く。さらに、舵６０の近傍に
は、その舵度を検出し、舵角に応じたフィードバック信
号Ｅｆを加算器１０に入力する舵角センサ３２が設けら
れている。くわえて、油圧ライン３４ａには、上述の第
１の実施の形態と同様に保温用ヒータ３０を設けてい
る。

【００２９】また、２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５
に並列に設けられた油圧ライン３８には、油圧ライン３
４ａ、３４ｂから２方向流れ可変容量油圧ポンプ１６に
流れ込む、あるいは吐き出される作動油の量を急速に調
整することを可能するために、ブースタＢが設けられて
いる。ブースタＢには、油圧ライン３４ａ、３４ｂにお
ける作動油圧を検出する図示しないセンサと、このセン
サからのフィードバック信号を入力可能な図示しないコ
ントローラと、このコントローラによってその動作が制
御されるサーボモータ２４と、サーボモータ２４によっ
て回転する１方向流れ固定容量油圧ポンプ２６と、定量
ポンプ２６に作動油を供給する作動油タンク２２ｃとが
設けられている。さらに、１方向流れ固定容量油圧ポン
プ２６は、逆止め弁４０ａ、４０ｂを介して油圧ライン
３４ａ、３４ｂと接続されており、これらのラインに作
動油を供給することが可能である。

【００３０】よって、１方向流れ固定容量油圧ポンプ２
６を上記コントローラによって回転させて、油圧ライン
３４ａ、３４ｂに作動油を供給することができる。した
がって、２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５だけでは、
舵６０の高速操舵に正常な作動油圧を得られない場合に
は、１方向流れ固定容量油圧ポンプ２６を低レベルで作
動させて微小加圧状態にするだけで、２方向流れ固定容
量油圧ポンプ１５へ吸入される作動油量を増加させ、あ
るいはシリンダ５０ａ、５０ｂへ作動油を補助的に供給
することが可能である。

【００３１】くわえて、ブースタＢには、１方向流れ固
定容量油圧ポンプ２６と逆止め弁４０ａ、４０ｂとの間
の油圧ラインにリリーフ弁２８および作動油タンク２２
ｂが設けられている。保温用ヒータ３０で加温されるこ
となどにより、作動油の温度が上昇して体積が増加した
場合には、油圧ライン３４ａ、３４ｂの作動油圧も体積
の増加分だけ増加する。そこで、所定の作動油圧が保持
されるようにリリーフ弁２８を調整しておけば、１方向
流れ固定容量油圧ポンプ２６の作動時に、油圧ライン３
４ａ、３４ｂの作動油の体積増加に応じた量を供給する
ことが可能となる。

【００３２】なお、１方向流れ固定容量油圧ポンプ２６
の駆動源として、サーボモータ２４に代えてサーボモー
タ１４を用いても良い。また、上述した図示しないコン
トローラは、コントローラ１２にサーボモータ２４の回
転を制御する機能を持たせ、コントローラ１２によりサ
ーボモータ２４を制御するものとしても良い。さらに、
図示しないセンサは、サーボパックＡと一体に設けられ
るものとしても良い。

【００３３】以上の構成によれば、操舵室において操舵
すると、それに応じた制御信号Ｅｉがコントローラ１２
に伝わる。コントローラ１２は、サーボモータ１４を回
転させて２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５を作動させ
る。２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５が作動すること
により、油圧ライン３４ａ、３４ｂのいずれかに作動油
を供給して、ピストン５２を動作させて舵６０の角度を
操舵に応じて変更する。また、舵６０の角度は、舵角セ
ンサ３２の出力信号Ｅｆによって加算器１０に伝達さ
れ、２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５の動作に反映さ
れる。

【００３４】また、この回路内においてドレンが発生し
た場合は、ドレン保証機構Ｃによって、ドレンに見合っ
た量の作動油が補償される。また、保温用ヒータ３０が
油圧ライン３４ａの作動油を適宜加熱して、その動粘度
を高速操舵に好適な範囲に保持する。くわえて、過負荷
・過電流センサ２０がサーボモータ１４の過負荷・過電
流を監視しており、過負荷・過電流の検出時には、コン
トローラ１２がサーボモータ１４を停止、または回転を
低下させる。

【００３５】また、急速に操舵する場合など、２方向流
れ可変容量油圧ポンプ１６だけでは、十分な作動油圧が
得られない時は、図示しないコントローラがサーボモー
タ２４を回転させて１方向流れ固定容量油圧ポンプ２６
を低レベルで作動させる。１方向流れ固定容量油圧ポン
プ２６の作動により、油圧ライン３４ａ、３４ｂの作動
油がわずかに加圧され、２方向流れ固定容量油圧ポンプ
１５に吸入される作動油の量を増加させ、２方向流れ固
定容量油圧ポンプ１５が生成する作動油圧を必要圧まで
上昇させる。同時に、シリンダ５０に供給される作動油
圧をわずかに増加させる。この時、１方向流れ固定容量
油圧ポンプ２６から油圧ライン３４ａ、３４ｂに供給さ
れる作動油の量は、リリーフ弁２８によって適切な量に
調整される。

【００３６】さらに、上記構成において、電源の投入か
ら操舵終了までの動作手順を図４に従って説明する。ま
ず、サーボパックＡおよびサーボモータ１４の電源を投
入する（Ｓ１００）。電源の投入により、コントローラ
１２が過負荷・過電流センサ２０によりサーボモータ１
４の過負荷・過電流の監視を開始する（Ｓ１０２）。さ
らに、コントローラ１２が舵角センサ３２により舵角の
監視、および可変絞り弁１８の絞り量の監視を開始する
（Ｓ１０４）。その後、操舵が可能となり操舵が開始さ
れる（Ｓ１０６）。

【００３７】操舵により２方向流れ固定容量油圧ポンプ
１５が作動する（Ｓ１０８）。ここで、２方向流れ可変
容量油圧ポンプ１５の作動だけで、必要な作動油圧を生
成できないと予見される場合はＳ１１２に進んで作動油
流量を調整し、必要な作動油圧を生成できると予見され
る場合はＳ１１４に進む（Ｓ１１０）。Ｓ１１０におい
て必要な作動油圧を生成できないと予見される場合は、
ブースタＢを作動させて作動油流量を増加させ、Ｓ１１
４に進む（Ｓ１１２）。

【００３８】以上の調整を終えたら、コントローラ１２
において操舵に係る制御信号の有無を検出し、操舵が継
続している場合はＳ１０８に戻って上記の動作を継続
し、操舵が継続していない場合は上記動作を終了する
（Ｓ１１４）。以上の手順により高速操舵が可能とな
る。なお、上記の手順は一例に過ぎず、同様の制御が可
能であれば他の手順を採用しても良い。

【００３９】さらに、本発明の第３の実施の形態に係る
船舶用操舵システムについて説明する。本発明の第３の
実施の形態に係る船舶用操舵システムは、２方向流れ可
変容量油圧ポンプにアクチュエータを直結したものであ
り、さらに、この２方向流れ可変容量油圧ポンプの動作
を補助するブースタ等を接続したものである。

【００４０】すなわち、図３に示すように、第１、２の
実施の携帯と同様に、加算器１０と、コントローラ１２
とが設けられており、さらに１方向回転するサーボモー
タ１３が設けられている。また、過負荷・過電流センサ
２０が設けられ、加算器１０、コントローラ１２および
過負荷・過電流センサ２０が一体のサーボパックＡとし
て構成されている。

【００４１】また、２方向流れ可変容量油圧ポンプ１６
がサーボモータ１３により回転させられて、油圧ライン
３４ａ、３４ｂの双方に作動油を吐き出し可能に設けら
れている。くわえて、２方向流れ可変容量油圧ポンプ１
６は、コントローラ１２に制御されており、作動油の吐
き出し方向、量を自在に変更することができる。さら
に、２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５は、作動油タン
ク２２ａから作動油を吸入可能であり、さらに、油圧ラ
イン３４ａ、３４ｂからも吸入可能である。よって、２
方向流れ可変容量油圧ポンプ１５は、コントローラ１２
を介して、作動油の吐き出し方向を自在に変更できると
ともに、吸入・吐き出し量も急速に変化させることが可
能である。

【００４２】また、第２の実施の形態と同様に、油圧ラ
イン３４ａ、３４ｂは、シリンダ５０に接続され、ま
た、ピストン５２の動作により舵６０が矢印Ｄに示すよ
うに構成されている。さらに、舵６０の近傍には舵角セ
ンサ３２が設けられ、くわえて、油圧ライン３４ａには
保温用ヒータ３０が設けられている。

【００４３】また、２方向流れ可変容量油圧ポンプ１６
に並列に設けられた油圧ライン３８には、油圧ライン３
４ａ、３４ｂから２方向流れ可変容量油圧ポンプ１６に
流れ込む、あるいは吐き出される作動油の量を急速に調
整することを可能するために、ブースタＢが設けられて
いる。ブースタＢには、油圧ライン３４ａ、３４ｂにお
ける作動油圧を検出する図示しないセンサと、このセン
サからのフィードバック信号を入力可能な図示しないコ
ントローラと、サーボモータ１３によって回転する１方
向流れ固定容量油圧ポンプ２６と、定量ポンプ２６に作
動油を供給する作動油タンク２２ａとが設けられてい
る。さらに、１方向流れ固定容量油圧ポンプ２６は、逆
止め弁４０ａ、４０ｂを介して油圧ライン３４ａ、３４
ｂと接続されており、これらのラインに作動油を供給す
ることが可能である。

【００４４】よって、１方向流れ固定容量油圧ポンプ２
６を上記コントローラによって回転させて、油圧ライン
３４ａ、３４ｂに作動油を供給することができる。した
がって、２方向流れ可変容量油圧ポンプ１６だけでは、
舵６０の高速操舵に正常な作動油圧を得られない場合に
は、１方向流れ固定容量油圧ポンプ２６を低レベルで作
動させて微小加圧状態にするだけで、２方向流れ固定容
量油圧ポンプ１５へ吸入される作動油量を増加させ、あ
るいはシリンダ５０ａ、５０ｂへ作動油を補助的に供給
することが可能である。また、ドレンが発生した場合
は、ドレンによる作動油の減少を補償する機能も併せ持
つ。

【００４５】くわえて、ブースタＢには、１方向流れ固
定容量油圧ポンプ２６と逆止め弁４０ａ、４０ｂとの間
の油圧ラインにリリーフ弁２８および作動油タンク２２
ｂが設けられている。保温用ヒータ３０で加温されるこ
となどにより、作動油の温度が上昇して体積が増加した
場合には、油圧ライン３４ａ、３４ｂの作動油圧も体積
の増加分だけ増加する。そこで、所定の作動油圧が保持
されるようにリリーフ弁２８を調整しておけば、１方向
流れ固定容量油圧ポンプ２６の作動時に、油圧ライン３
４ａ、３４ｂの作動油の体積増加に応じた量を供給する
ことが可能となる。また、ドレンが発生した場合は、ド
レンによる作動油の減少を補償する機能も併せ持つ。

【００４６】なお、１方向流れ固定容量油圧ポンプ２６
の駆動源として、サーボモータ１３に代えて別個にサー
ボモータ１４を設けても駆動源としても良い。また、図
示しないセンサは、サーボパックＡと一体に設けられる
ものとしても良い。

【００４７】以上の構成によれば、操舵室において操舵
すると、それに応じた制御信号Ｅｉがコントローラ１２
に伝わる。コントローラ１２は、２方向流れ可変容量油
圧ポンプ１６の作動油の吐き出し量を調整しつつ動作さ
せる。２方向流れ可変容量油圧ポンプ１６が作動するこ
とにより、油圧ライン３４ａ、３４ｂのいずれかに作動
油を供給して、ピストン５２を動作させて舵６０の角度
を操舵に応じて変更する。また、舵６０の角度は、舵角
センサ３２の出力信号Ｅｆによって加算器１０に伝達さ
れ、２方向流れ可変容量油圧ポンプ１６の動作に反映さ
れる。

【００４８】また、急速に操舵する場合など、２方向流
れ可変容量油圧ポンプ１６だけでは、十分な作動油圧が
得られない時は、１方向流れ固定容量油圧ポンプ２６の
作動により、油圧ライン３４ａ、３４ｂの作動油がわず
かに加圧され、２方向流れ可変容量油圧ポンプ１６に吸
入される作動油の量を増加させ、２方向流れ可変容量油
圧ポンプ１６が生成する作動油圧を必要圧まで上昇させ
る。同時に、シリンダ５０に供給される作動油圧をわず
かに増加させる。この時、１方向流れ固定容量油圧ポン
プ２６から油圧ライン３４ａ、３４ｂに供給される作動
油の量は、リリーフ弁２８によって適切な量に調整され
る。特に、この実施の形態においては、２方向流れ可変
容量ポンプを採用したので、大型船舶などサーボモータ
の負荷が大きくなることが想定される場合に、好ましく
用いることができる形態と言える。

【００４９】なお、以上第１〜３の実施の形態におい
て、サーボモータ１４と同程度に制御する可能であれ
ば、サーボモータ１４に代えて他種の電動機または原動
機を用いても良い。また、保温用ヒータ３０は、必要に
応じて油圧ライン３４ｂなど他の油圧ラインにも設けて
も良い。

【００５０】また、油圧ライン３４ａ、３４ｂから２方
向流れ固定容量油圧ポンプ１５または２方向流れ可変容
量油圧ポンプ１６に吸入される作動油の量を調整するた
めに、２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５または２方向
流れ可変容量油圧ポンプ１６に並列となる油圧ラインを
設け、当該油圧ラインに可変絞り弁を設けても良い。な
お、図５に、可変絞り弁１８を設けた第３の実施の形態
の変形例を示す。

【００５１】また、アクチュエータについては、第１の
実施の形態においては、片ロッド型複動シリンダを２つ
組み合わせたものとし、第２、３の実施の形態において
は、１つの両ロッド型複動シリンダとしたが、いずれの
ものを採用しても良い。また、フェールセーフの観点か
ら、図６（Ａ）に示すように、両ロッド型複動シリンダ
を直列に配置する、あるいは、図６（Ｂ）に示すよう
に、片ロッド型複動シリンダを並列に配置するするもの
としても良い。これらの構成を採用した場合、２つのシ
リンダのうち、どちらかのシリンダの油圧回路に障害が
生じて作動しなった場合でも、船舶が航行不能になるこ
とを避けることが可能となる。特に、本発明の実施の形
態においては、小型でかつ発熱量が少ないので、図６に
示すような複合的な油圧回路を設ける場合に、極めて好
適に用いることができる。

【００５２】ここで、図６（Ｂ）の構成を採用した場合
における例を図７に示す。すなわち、シリンダ５０ａ、
５０ｂに対して２つの独立した油圧回路を設ける。そし
て、それぞれの油圧回路に、加算器１０ａ、１０ｂと、
コントローラ１２ａ、１２ｂと、サーボモータ１３ａ、
１３ｂ、２方向流れ可変容量油圧ポンプ１６ａ、１６ｂ
と、２方向固定容量油圧モータ７０ａ、７０ｂを設け
る。また、この構成においては、２方向流れ可変容量油
圧ポンプ１６ａ、１６ｂは、シリンダ５０ａ、５０ｂに
直接圧油を送るのではなく、これらに接続された２方向
固定容量油圧モータ７０ａ、７０ｂを回転させるものと
している。さらに、２方向固定容量油圧モータ７０ａ、
７０ｂの回転運動は、図示しない機構により直進運動に
変換されてピストン５２ａ、５２ｂを動作させる。

【００５３】くわえて、ピストン５２ａ、５２ｂの変位
を検出して、フィードバック信号を加算器１０ａ、１０
ｂに入力するピストン変位検出センサ７２ａ、７２ｂが
設けられている。なお、加算器１０ａ、１０ｂと、コン
トローラ１２ａ、１２ｂと、舵角センサ３２の働きにつ
いては、上述の第３の実施の形態と同じである。

【００５４】以上の構成によれば、アクチュエータ毎に
油圧回路を設けているので、船舶用操舵システム全体を
さらに小型化するとともに、安全性に配慮したものとす
ることができる。

【００５５】くわえて、小型化に適するという本発明の
特長を生かすために、以下に示すような構成にすること
が好ましい。すなわち、図８に示すように、サーボモー
タ１４と、２方向流れ可変容量油圧ポンプ１６と、２方
向固定容量油圧モータ７０とは、すべてシリンダ５０の
内部に収納されている。そして、２方向固定容量油圧モ
ータ７０の回転運動を直進運動に変換する図示しない機
構もシリンダ５０の内部に設けられている。よって、第
３の実施の形態における油圧回路の主要部分を１つのシ
リンダの内部に収納することができ、船舶用操舵システ
ムを劇的に小型化することが可能になる。

【００５６】なお、図８に示した構成においては、サー
ボモータ１４と、２方向流れ可変容量油圧ポンプ１６
と、２方向固定容量油圧モータ７０とをシリンダ５０に
収納するものとしたが、これらの内の一部のみを収納す
るものとしても良い。逆に、ピストン変位検出センサ
や、加算器、コントローラなど他のものも併せて収納す
るものとしても良い。また、図７に示した構成は、第
１、２の実施の形態に対しても適用可能である。

【００５７】また、本発明の実施の形態に係る船舶用操
舵システムを船舶の横揺れ減揺に用いる場合は、以下の
ような構成を付加することが好ましい。すなわち、加算
器に代えて演算装置を設ける。そして、本発明の実施の
形態に係る船舶用操舵システムを設けた船舶に、フィー
ドバック信号を演算装置に出力する船体の横揺れ検出セ
ンサ、方位検出センサおよび船速検出センサを設ける。
また、舵角センサは演算装置にフィードバック信号を入
力可能とする。くわえて、演算装置は船体の横揺れ検出
センサ、方位検出センサ、船速検出センサおよび舵角セ
ンサからのフィードバック信号に基づいて舵角指令値を
算出して、舵角指令値に対応した出力信号を前記制御装
置に出力し、前記制御装置は前記出力信号を入力可能と
する。

【００５８】くわえて、演算装置は、統計的制御ゲイン
作成手段、制御ゲイン記憶手段および制御実行手段を備
えたものとする。そして、統計的制御ゲイン作成手段
は、舵角センサからの信号を読み込み、制御モデルを制
御型多次元自己回帰モデルを用いて算出し、この制御モ
デルについて制御ゲインを算出する手段から構成される
ものとする。また、制御実行手段は、目標方位および実
方位ならびに目標横揺れ角速度および実横揺れ角速度を
読み込み、方位及び横揺れ角速度について、目標と実測
との偏差をそれぞれ算出し、両者の偏差を最小にする指
令舵角を各偏差値から記憶する前記制御ゲイン記憶手段
を使用して舵角指令値を算出する構成にする。

【００５９】以上のように構成すれば、船体の横揺れを
効果的に押さえることが可能となる。なお、上記の構成
において用いる制御モデルは、横揺れ角、横揺れ角速
度、方位角などを被制御変数とし、舵角を制御変数とす
ることが好ましい。

【００６０】以上のように、本発明の実施の形態におい
ては、従来技術に係る船舶用操舵システムに比して油圧
装置などの駆動源を大型化することなく操舵速度の高速
化を得ることが可能となる。よって、極めて小型のシス
テムでありながら、高速操舵に追随して油圧ラインの作
動油圧を急速に上昇させることができ、操舵だけで相当
程度の横揺れ減揺を実現できる。また、必要な時にのみ
船舶用操舵システムを作動させるので、省エネルギー効
果が極めて大きい。本発明の発明者が実験したところに
よれば、例えば消費電力については、５００トンの船舶
をジグザグ航行させた場合は従来のシステムの２０分の
１、直線航行させた場合は５０分の１にまで激減させる
ことができた。

【００６１】なお、上記の船舶用操舵システムは、極め
て小型の装置だけで実現可能であるので、上記の船舶用
操舵システムと既設の大型の油圧装置と併設し、両者の
油圧ラインを切り替え弁を介して連結しても良い。その
場合、コントローラで切り替え弁を操作可能にすれば、
操作室からの遠隔操作により２つの船舶用操舵システム
を適宜切り替えて使用することが可能となる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
制御信号およびフィードバック信号を入力可能な加算器
と、前記加算器の出力信号を入力可能な制御装置と、前
記制御装置により回転が制御される電動機と、前記電動
機により回転する液体圧ポンプと、前記液体圧ポンプの
出力により動作する液体圧アクチュエータと、前記液体
圧アクチュエータにより動作する舵と、前記舵の角度を
検知して当該角度に応じたフィードバック信号を前記加
算器に出力する舵角センサと、を有する船舶用操舵シス
テムにおいて、前記電動機を２方向回転電動機とし、前
記液体圧ポンプを２方向流れ固定容量液体圧ポンプと
し、前記液体圧ポンプを設けた液体圧ラインに並列に設
けられた液体圧ラインに２つの逆止め弁を設け、前記２
つの逆止め弁の間の液体圧ラインに液体タンクを接続し
てなる構成にしたので、舵の操作速度の著しい高速化が
可能となり、船舶の姿勢制御における大幅な性能向上を
実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る船舶用操舵シ
ステムの回路図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態に係る船舶用操舵シ
ステムの回路図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態に係る船舶用操舵シ
ステムの回路図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る船舶用操舵シ
ステムの操作手順を示すフロー図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態に係る船舶用操舵シ
ステムの変形例の回路図である。

【図６】アクチュエータの構成の変形例を示す回路図で
ある。

【図７】本発明の第３の実施の形態の変形例を示すブロ
ック図である。

【図８】本発明の第３の実施の形態においてサーボモー
タ、油圧ポンプ、油圧モータおよびアクチュエータを一
体とした構成の概略を示す説明図である。

【符号の説明】

１０ 加算器 １２ コントローラ １３ サーボモータ １３ａ サーボモータ １３ｂ サーボモータ １４ サーボモータ １５ ２方向流れ固定容量油圧ポンプ １６ ２方向流れ可変容量油圧ポンプ １８ 可変絞り弁 ２０ 過負荷・過電流センサ ２２ａ 作動油タンク ２２ｂ 作動油タンク ２２ｃ 作動油タンク ２２ｄ 作動油タンク ２４ サーボモータ ２５ コントローラ ２６ １方向流れ固定容量油圧ポンプ ２８ リリーフ弁 ３０ 保温用ヒータ ３２ 舵角センサ ３４ａ 油圧ライン ３４ｂ 油圧ライン ３６ 油圧ライン ３８ 油圧ライン ４０ａ 逆止め弁 ４０ｂ 逆止め弁 ４２ 逆止め弁 ５０ シリンダ ５０ａ シリンダ ５０ｂ シリンダ ５２ ピストン ５２ａ ピストン ５２ｂ ピストン ６０ 舵 ７０ａ ２方向固定容量油圧モータ ７０ｂ ２方向固定容量油圧モータ ７２ａ ピストン変位検出センサ ７２ｂ ピストン変位検出センサ ８０ 筐体 Ａ サーボパック Ｂ ブースタ Ｃ ドレン保証機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 寛 神奈川県藤沢市大鋸字外原1177番地 第一 電気株式会社内 (72)発明者 植木 修次 岡山県玉野市玉３丁目１番１号 三井造船 株式会社玉野事業所内 (72)発明者 大津 皓平 東京都江東区越中島２−１−６ 東京商船 大学内 (72)発明者 伊藤 雅則 東京都江東区越中島２−１−６ 東京商船 大学内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御信号およびフィードバック信号を入
   力可能な加算器と、前記加算器の出力信号を入力可能な
   制御装置と、前記制御装置により回転が制御される電動
   機と、前記電動機により回転する液体圧ポンプと、前記
   液体圧ポンプの出力により動作する液体圧アクチュエー
   タと、前記液体圧アクチュエータにより動作する舵と、
   前記舵の角度を検知して当該角度に応じたフィードバッ
   ク信号を前記加算器に出力する舵角センサと、を有する
   船舶用操舵システムにおいて、 前記電動機を２方向回転電動機とし、前記液体圧ポンプ
   を２方向流れ固定容量液体圧ポンプとし、前記液体圧ポ
   ンプを設けた液体圧ラインに並列に設けられた液体圧ラ
   インに２つの逆止め弁を設け、前記２つの逆止め弁の間
   の液体圧ラインに液体タンクを接続してなることを特徴
   とする船舶用操舵システム。
2. 【請求項２】 制御信号およびフィードバック信号を入
   力可能な加算器と、前記加算器の出力信号を入力可能な
   制御装置と、前記制御装置により回転が制御される第１
   の電動機と、前記第１の電動機により回転する第１の液
   体圧ポンプと、前記第１の液体圧ポンプの出力により動
   作する液体圧アクチュエータと、前記液体圧アクチュエ
   ータにより動作する舵と、前記舵の角度を検知して当該
   角度に応じたフィードバック信号を前記加算器に出力す
   る舵角センサと、を有する船舶用操舵システムにおい
   て、 前記第１の液体圧ポンプを２方向流れ固定容量液体圧ポ
   ンプとし、前記液体圧ポンプを設けた液体圧ラインに並
   列に設けられた液体圧ラインに２つの逆止め弁を設け、
   前記２つの逆止め弁の間の液体圧ラインに接続されたリ
   リーフ弁を設け、第２の電動機により回転するとともに
   前記リリーフ弁に接続された第２の液体圧ポンプを設け
   てなることを特徴とする船舶用操舵システム。
3. 【請求項３】 制御信号およびフィードバック信号を入
   力可能な加算器と、前記加算器の出力信号を入力可能な
   制御装置と、電動機と、前記電動機により回転するとと
   もに前記制御装置により吐出量が制御される第１の液体
   圧ポンプと、前記第１の液体圧ポンプの出力により動作
   する液体圧アクチュエータと、前記液体圧アクチュエー
   タにより動作する舵と、前記舵の角度を検知して当該角
   度に応じたフィードバック信号を前記加算器に出力する
   舵角センサと、を有する船舶用操舵システムにおいて、 前記電動機を２方向回転電動機とし、前記第１の液体圧
   ポンプを２方向流れ可変容量液体圧ポンプとし、前記液
   体圧ポンプを設けた液体圧ラインに並列に設けられた液
   体圧ラインに２つの逆止め弁を設け、前記２つの逆止め
   弁の間の液体圧ラインにリリーフ弁を接続し、前記電動
   機により回転するとともに前記リリーフ弁に接続された
   第２の液圧ポンプを設けてなることを特徴とする船舶用
   操舵システム。
4. 【請求項４】 前記電動機に加わる電流を検知してフィ
   ードバック信号を前記加算器に出力する電流検出センサ
   を設けてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３
   のいずれか一つに記載の船舶用操舵システム。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれか一
   つに記載の船舶用操舵システムにおいて、 前記加算器に代えて演算装置を設け、前記船舶用操舵シ
   ステムを設けた船舶に、フィードバック信号を前記演算
   装置に出力する船体の横揺れ検出センサ、方位検出セン
   サおよび船速検出センサを設け、前記舵角センサは前記
   演算装置にフィードバック信号を入力可能とし、前記演
   算装置は前記船体の横揺れ検出センサ、前記方位検出セ
   ンサ、前記船速検出センサおよび前記舵角センサからの
   フィードバック信号に基づいて舵角指令値を算出して、
   前記舵角指令値に対応した出力信号を前記制御装置に出
   力し、前記制御装置は前記出力信号を入力可能としたこ
   とを特徴とする船舶用操舵システム。