JP2004131061A - 角度位置が電気モータによってサーボ制御される船の操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトであって最小限の保守しか必要としない電気的にサーボ制御される操舵装置を提供する。
【解決手段】この船の操舵装置は、船の構造の一部である取り付け部２において、舵１が旋回可能に取り付けられ、前記舵１の角度位置がモータ５、６によってサーボ制御される取り付け部２を備えている。このモータは、前記取り付け部２に不動に固定された固定子５と、前記舵１に不動に固定された回転子６とを備えた電気モータである。この操舵モータは、可変周波数で、また可変電圧で動力供給され、また舵をサーボ制御するために必要なトルクを電磁的に、すなわち物理的接触なしに伝達し、それによって磨耗の問題を除去している。更にこの操舵装置は、前記装置を構成する装置の台数を減らすことによって単純化され、それによって船内への設置を容易にし、操舵装置の信頼性の向上に寄与している。
【選択図】　　　図１

Description

　本発明は、船の構造の一部であるマウンティングすなわち取り付け部を備えた船の操舵装置に関し、取り付け部において舵が旋回可能に取り付けられ、前記舵の角度位置がモータによってサーボ制御される。本発明は、特に、舵の位置のサーボ制御が機械によって支援される、巡航定期船といった大型船舶に適用される。

　従来から舵は、油圧動力装置によって圧力下で油が供給される、少なくとも二つの油圧モータで動くように強制される。この油圧動力装置自体は、舵をサーボ制御する際の冗長性を与えるために、電気ネットワークによって電力供給される二つの電気モータを持っている。特に垂直軸の周りに回転するように取り付けられた舵の最上部は、水平面内に位置する歯付きリングを備えており、各油圧モータは、舵にサーボ制御トルクを伝達するための、前記リングに係合するアウトレット歯車を持っている。この解決方法は、大きな容積を吸い上げ、また特定の保守を必要とする高圧パイプと連結した一つ以上の油圧動力装置を実現することを必要とする。

　より最近の開発ではこのリングは、電気モータによって駆動され、これが油圧動力装置の省略を可能にしている。舵を駆動するために必要な動力の点では、この解決方法は、十分に高いトルクの伝達を保証するために、電気モータの台数の増加と各モータへのギアボックスの装備という結果を招く。この構成には、ギアボックスを備えた多数のモータを持つ必要性のために、コンパクトにならないという欠点があり、またこれらを満足な動作状態に維持するために、前記ギアボックスの定期保守が必要である。

米国特許第６２４５３１号明細書 欧州特許出願公開第１０１３５４４号明細書 欧州特許出願公開第０５９０８６７号明細書 欧州特許出願公開第０１１７８８１号明細書

　本発明の目的は、コンパクトであって最小限の保守しか必要としない電気的にサーボ制御される操舵装置を提供することによって、これらの欠点を改善することである。

　この目的のために本発明は、船の構造の一部である取り付け部を備えた船の操舵装置であって、取り付け部において舵が旋回可能に取り付けられ、前記舵の角度位置がモータによってサーボ制御され、前記モータは、前記取り付け部に不動に固定された固定子と前記舵に不動に固定された回転子とを含む電気モータであることを特徴とする船の操舵装置を提供する。操舵モータであるこのモータは、舵をサーボ制御するために必要なトルクを電磁的に、すなわち物理的接触なしに伝達し、これが磨耗の問題を取り除く。このようにして、使用される電気モータのタイプに適応した電力供給によって一定の位置が保持される。同期モータの場合には、位置の制御は、回転子／固定子の巻き線への直流（ＤＣ）の注入によって行われる。これに対して非同期モータの場合には、位置の制御は、回転子の機械的速度をゼロに合わせるような仕方で、電源周波数を回転子滑り周波数に整合するように調整することにより、すなわち電源周波数を同周波数に調整することによって行われる。この構成は、この操舵装置を構成する装置の台数を削減することによって操舵装置を単純にし、それによって船内への設置を容易にし、信頼性の向上に寄与する。

　本発明の好適な実施形態では、この舵は、前記取り付け部に旋回可能に取り付けられた操舵コーンを含んでおり、前記電気モータは前記操舵コーン内に取り付けられている。本発明の操舵装置は、このようにして更にコンパクトにされる。この舵は、舵板の形をした、さもなければ前記船を推進するための推進モータを閉じ込めたポッドの形をした水中部分を含んでいる。これが通風システムによって冷却される推進モータを閉じ込めた水中ポッドの形をしているとき、この操舵モータを、推進モータのために備えられた通風の一部を向けることによって冷却できる。したがって操舵モータを冷却するために専用の追加の通風手段を実現することは必要でない。

　本発明の好適な実施形態では、固定子は、各々が独立の電源によって電力供給される複数の電気巻き線を持っている。これらの電源は、各電力変換器に専用となっており、それによって本発明の操舵装置が高い信頼性で動作することを保証するように、サーボ制御機能に冗長性を与えている。

　本発明は、非限定的な例として本発明の一実施形態を示す添付の図面を参照しながら以下に詳細に説明される。

　唯一の図は、本発明の操舵装置の断面図である。

　この唯一の図では、船の操舵装置は、船の構造に固定された、あるいは一体となった取り付け部２に旋回可能に取り付けられた舵１を備えている。この例では、舵１は、舵が沿って延びる垂直軸ＡＸの周りに舵が回転することを可能にする回転機械継手３を介して、取り付け部２に連結された操舵コーン１’を備えている。この操舵コーン１’は、船の構造を水密的に貫通して、一部だけ示されている水中部分１”を保持している。この水中部分１”は、操舵コーン１’に不動に固定されており、軸ＡＸの周りの舵の位置に応じるある一定の方向に、船を操縦するための舵１の作動部分を形成している。軸ＡＸの周りの舵１の角度位置は、船の内部に位置する操舵コーンの角度位置をサーボ制御することによって制御される。

　図示の例では、この操舵コーン１’の径は、最上部から底部にかけて減少しており、実質的に相補的な円錐形井戸を形成する取り付け部内に下方に延びている。回転継手３は、この円錐の最大径部分に対応する操舵コーン１’の最上部の水平面内に位置している。操舵コーンの底部小径部分を、円形のガスケット４が取り巻いており、操舵コーンの底部小径部分とこれも小径の取り付け部２の底部との間に密閉性を与えている。従来技術の操舵装置では、一般に、コーンの最上部の内側に、内向きの歯を備えたリングが取り付けられているので、この内向きの歯に係合するアウトレット歯車を有する油圧モータまたは電気モータは、舵を軸ＡＸの周りに回転させることが出来る。

　本発明では、モータで回転するように強制される歯付きリングを使用するこのような駆動システムの代わりに、舵１に不動に固定され、且つ取り付け部２に不動に固定された固定子６と協働動作する回転子５を主に備えた、単一の大径「操舵」モータが使用される。回転子５と固定子６は、大きなトルクの伝達を容易にするために大きな径のものが選ばれる。このような操舵モータは、操舵コーン１’を取り囲むように構成することもでき、あるいは操舵装置をよりコンパクトにするために操舵コーンの内側に取り付けることもできるが、この選択は、特にサーボ制御を達成するために配備するモータに必要な電力に対応する大きさの制約によって決められる。

　唯一の図に示めされた例では、このモータは、操舵コーン１’の最上部の内側に取り付けられている。実質的に輪環状の形を画定する回転子５は、水平面内に位置し、操舵コーン１の内面に固定されている。この回転子は、これも形は実質的に輪環状であるが径は小さく、そして前記回転子と同じ水平面内で回転子５の内側に取り付けられた固定子６と協働動作する。特に固定子５は、操舵コーン１’内に下方に延びていて、取り付け部２に不動に固定されて操舵コーンをカバーする大径の円形キャップ７によって、その最上部で保持されている。唯一の図に示された例では、この固定子は、船の電力供給ネットワークに接続された可変電圧および可変周波数変換器といった電力変換器８によって、電気的に電力供給される巻き線５’を備えている。この例では、回転子６は、受動的であって、その外周に配置され固定子と協働動作して非同期モータを形成するかご６’を備えている。このような非同期モータを実現することは、前記回転子の機械的速度をゼロに合わせるような仕方で回転子滑りを整合させるように、モータへの電力供給を調整することによって舵を正しい位置に制御することを容易にするという格別の利点をもたらす。

　巻き線を回転子に取り付けるのではなく固定子に取り付けるというこの構成は、各々がそれぞれ専用の電力変換器によって電力供給される複数の巻き線を実施するときに有利である。配線の量は増加するが、この配線は静止している固定子に接続され、したがってこの配線は設置がより容易である。複数の別個に電力供給される巻き線を実現することはまた、位置サーボ制御機能に冗長性を与え、それによって本発明の操舵装置の動作信頼性を向上させる。

　本発明の舵１の水中部分１”は、舵板であってよく、あるいは船を推進するための電気モータを閉じ込めたポッド１”であってもよい。それが推進モータを閉じ込めたポッド１”であるときは、推進モータは一般に、このポッドに空気を流す通風システムよって冷却される。空気の流れは、図の矢印Ｒによって示されるように、キャップ７内に設けられた円形の開口部７’を介して操舵装置の最上部に取り入れられる。本発明では空気の流れは操舵モータを冷却するためにも使用されるので、操舵装置を角度的に位置決めするためのモータを冷却するために専用の追加の手段を備える必要はない。

　本発明は、操舵装置が、円錐形の継手を含む前述の実施形態に限定されることはなく、むしろ本発明は、舵と取り付け部との間の他のタイプの機械的継手にも適用可能である。

本発明の操舵装置の断面図。

符号の説明

　１　舵
　１’　操舵コーン
　１”　水中部分
　２　取り付け部
　３　回転機械継手
　４　ガスケット
　５　固定子
　５’　巻き線
　６　回転子
　６’　かご
　７　キャップ
　７’　開口部
　８　電力変換器
　Ｒ　空気の流れ

Claims (7)

1. 　船の構造の一部である取り付け部（２）を備えた船の操舵装置であって、取り付け部（２）において、舵（１）が旋回可能に取り付けられ、前記舵（１）の角度位置が、前記取り付け部（２）に不動に固定された固定子（５）と前記舵（１）に不動に固定された回転子（６）とを含むモータ（５、６）によってサーボ制御され、前記舵は、前記モータへの電力供給を制御することによって正しい位置に保持されることを特徴とする、船の操舵装置。
2. 　前記モータは、前記舵を正しい位置に保持するように制御される電力変換器によって電力供給される非同期モータであることを特徴とする、請求項１に記載の船の操舵装置。
3. 　前記舵は、前記取り付け部（２）に旋回可能に取り付けられた操舵コーン（１’）を含んでおり、前記電気モータは、前記操舵コーン（１’）内に取り付けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の船の操舵装置。
4. 　前記舵（１）は、舵板の形の水中部分（１”）を含んでいることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の船の操舵装置。
5. 　前記舵（１）は、前記船を推進するための推進モータを閉じ込めたポッドの形の水中部分（１”）を含んでいることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の船の操舵装置。
6. 　前記電気モータは、前記推進モータの通風システムによって冷却されることを特徴とする、請求項２に記載の船の操舵装置。
7. 　前記固定子（５）は、各々が独立の電力変換器（８）によって電力供給される複数の電気巻き線（５’）を有することを特徴とする、請求項２に記載の船の操舵装置。

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