JP2004231108A - 船外機付きボートのパワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリングホィールから手を放しても船体の直進性を保つことができ、そのために馬力の大きな駆動機構を搭載する必要がなく、しかも、エンジンやスクリューなどを付け替えたときの手間を簡略化できる。
【解決手段】ステアリングホィール２に接続したシャフト１８に操舵トルクを検出するトルクセンサ１９を設け、この検出信号をコントローラ２０に入力する。シャフト１８は、ギア機構を構成するハイポイドギアの大ギア２１を介してピニオン１１と連係する。小ギア２２は、電動モータＭの回転軸に接続している。電動モータＭのモータ軸線上には、電磁クラッチ２５を設けている。コントローラ２０にはトルクセンサ１９からの検出信号が入力されるが、この検出信号が設定値以下のときには、上記電磁クラッチ２５を励磁して、電動モータＭがロックされ、その回転が阻止される。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンなどの駆動機構を搭載した船外機の操舵を、電動モータでパワーアシストするようにした船外機付きボートのパワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の船外機付きボートのパワーステアリング装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。この従来のパワーステアリング装置を図３に示している。
図示したように、船体１のステアリングホィール２には、このステアリングホィール２の回転に応じて引っ張られたり押されたりするステアリングケーブル３の一端を接続している。また、このステアリングケーブル３の他端をリンク部材４に接続している。そして、上記ステアリングケーブル３が引っ張られたり押されたりすることによって、このリンク部材４が図の左右に移動するようにしている。
【０００３】
上記リンク部材４には、揺動レバー５を連係し、このリンク部材４の移動に応じて、揺動レバー５が揺動するようにしている。また、この揺動レバー５を船外機７に固定しているが、この船外機７には、スクリュー６と、このスクリュー６を駆動する図示しないエンジンとを搭載している。そして、上記揺動レバー５が揺動したとき、船外機７が回動するようにしている。
したがって、上記ステアリングホィール２を回転させれば、ステアリングケーブル３→リンク部材４→揺動レバー５→船外機７とその操舵力が伝達され、船体の進行方向を変更することができる。
【０００４】
また、この船体１では以下のような構成によってアシスト力を発揮する。
すなわち、リンク部材４には、筒状のギアケース８を接続している。このギアケース８には、ラック部材９を摺動自在に設け、このラック部材９の一方にラック１０を形成し、このラック１０にピニオン１１がかみ合うようにしている。そして、このピニオン１１には電動モータｍを接続し、この電動モータｍをコントローラＣで制御している。
【０００５】
さらに、上記ラック部材９の両端をギアケース８から突出させている。そして、上記ラック部材９の片側突出端には、上記リンク部材４の基端を固定している。したがって、このラック部材９が軸方向に移動すれば、リンク部材４が移動し、このリンク部材４に接続している揺動レバー５を揺動させる。
【０００６】
また、この船体１にはステアリングホィール２の操舵トルクを検出するトルクセンサ１２を備え、このトルクセンサ１２を上記コントローラＣに接続している。
上記トルクセンサ１２を接続したコントローラＣには、スクリューが回転しているかどうかを検出するニュートラルセンサ１５と、スクリューの回転方向を検出するリバースセンサ１６と、エンジンの回転数を検出する回転数センサ１７とを接続している。
【０００７】
したがって、ステアリングホィール２を回すと、その操舵力が、ステアリングケーブル３→リンク部材４→揺動レバー５を介して船外機７に伝達されるとともに、その操舵力がトルクセンサ１２にも伝達され、このトルクセンサ１２でトルクを検出し、この検出信号をコントローラＣに入力する。
コントローラＣでは、上記トルクセンサ１２の出力信号に応じてパワーアシストすべき操舵力を演算し、その演算信号に応じて電動モータｍの出力とその回転方向を制御する。
【０００８】
上記のように制御された出力で電動モータｍが駆動すると、その駆動力がピニオン１１に伝達され、このピニオン１１を回転させる。このようにピニオン１１が回転すれば、ラック部材９がピニオン１１の回転方向に応じて左右何れかにスライドし、リンク部材４を可動させる。リンク部材４が可動されれば、揺動レバー５が揺動するとともに、船外機７を所定の方向に回動して、アシスト力を発揮することができる。
【０００９】
また、上記のようなスクリュー６を搭載した船体１では、このスクリュー６の回転反力の影響で、例えば、前進時には、船体を右方向に回そうとする力が常に作用するが、これをジャイロ効果という。このようにジャイロ効果が発生するので、直進走行時にステアリングホィール２を保舵している状態でも、操舵トルクが発生することになる。このように、操舵トルクが発生すれば、これがトルクセンサ１２で検出され、アシスト力が発揮されるので、軽い力で船体の直進性を維持することができる。
さらに、上記船体を回そうとする力、すなわちジャイロ効果は、エンジンの特性や、スクリューの特性によって異なる。したがって、この特性を考慮して、発揮されるアシスト力を制御するためコントローラＣを設けている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平０３−００５２９６号公報（第１〜３頁）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来のパワーステアリング装置では、ステアリングホィール２を操舵したときの操舵トルクをトルクセンサ１２で検出し、操舵力をアシストするようにしていた。しかし、ステアリングホィール２を操舵していないときにはアシスト力が発揮されない。すなわち、ステアリングホィールから手を放した状態では、操舵トルクが発生しないので、アシスト力が発揮されない。
【００１２】
例えば、漁船などの場合、漁師が自ら船体１を操舵することもある。このような漁船では、漁師はエンジンを掛けた状態でステアリングホィール２から手を放し、船体１を走行させながら、漁の準備などをする。しかし、船体１にはスクリュー６の回転反力の影響でジャイロ効果が作用するので、船体１は左右何れかに回ってしまう。また、このとき船外機７は操舵トルクが作用していないフリーな状態である。このフリーな状態の船外機７に上記スクリュー６の反力が作用すると、この船外機７がより大きく傾いてしまう。船外機７が傾けば傾くほど、船体１はその円弧をさらに小さくして回ってしまうという問題があった。
【００１３】
一方では、上記のようにステアリングホィール２から手を放すと船体１が回ってしまい、その直進性を維持することができないので、常に、ステアリングホィール２を保持しなければならない。このように、ステアリングホィール２を保持している場合には、操舵トルクが発生し、この操舵トルクに応じて電動モータｍが駆動しパワーアシストされる。つまり、常に電動モータｍが駆動している状態になる。
上記電動モータｍの駆動に必要な電力は、エンジンによって発電するので、電動モータｍを駆動すれば、その分、エンジンの出力のうちパワーアシストに回される出力が低下してしまう。そのために、上記電動モータｍが常に駆動されれば、エンジンによって駆動される発電機の消費馬力が大きくなるという問題がある。また、電動モータｍに常時通電されることにより、この電動モータｍが加熱するという問題もある。
【００１４】
また、上記直進時にもステアリングホィール２を保舵してアシスト力（保舵力）を発揮させなければならないが、その必要な保舵力は、エンジンの最大出力馬力などの特性やスクリューの特性等に応じて変わるものである。したがって、上記エンジンやスクリュー等を付け替えたときには、それらエンジン等に応じた保舵力を発揮させるために、上記コントローラＣの設定も変更しなければならない。エンジンやスクリューを付け替えるたびに、コントローラＣの設定を変更しなければならないので、上記付け替え時の手間が非常に煩雑になるという問題もあった。
この発明の目的は、ステアリングホィールから手を放しても船体の直進性を保つことができ、そのために消費馬力が大きくならない船外機付きボートのパワーステアリング装置を提供することである。さらに、他の目的は、エンジンやスクリューなどを付け替えたときの手間を簡略化することができる船外機付きボートのパワーステアリング装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、ステアリングホィールの操作に応じて船外機を回動させる船外機付きボートのステアリング装置を前提とする。そして、スクリューを駆動する駆動機構と、ステアリングホィールの操舵方向および操舵力に応じて上記駆動機構によって駆動する電動モータと、電動モータに接続したギア機構と、ギア機構を介して電動モータの回転力を船外機に伝達する伝達機構と、操舵トルクを検出するトルクセンサと、このトルクセンサに接続したコントローラと、上記モータの回転をロックするための電磁クラッチとを備える。上記コントローラは電磁クラッチを制御して、トルクセンサの検出信号が設定値以下のとき、電動モータの回転をロックする一方、トルクセンサの検出信号が設定値よりも大きいとき、モータのロックを解除する構成にした点に特徴を有する。
第２の発明は、電磁クラッチは、電動モータの軸線上に設ける点に特徴を有する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
この発明の実施形態を図１に示している。
図１に示したように、ステアリングホィール２に接続したシャフト１８に操舵トルクを検出するトルクセンサ１９を設け、この検出信号をコントローラ２０に入力する。また、上記シャフト１８は、この発明のギア機構を構成するハイポイドギアの大ギア２１を介してピニオン１１と連係するようにしている。そして、上記大ギア２１にはハイポイドギアの小ギア２２をかみ合わせている。このようにハイポイドギアを用いたのは、大ギア２１と小ギア２２とのギア比が大きい点を利用したものである。なお、上記ギア機構としては、同じくギア比の大きいウォームギアを用いてもよい。
【００１７】
そして、上記小ギア２２は、電動モータＭの回転軸に接続している。したがって、電動モータＭが回転すれば、この回転力が小ギア２２、大ギア２１を介して、ピニオン１１に伝達される。このピニオン１１は従来例と同様に、ラック部材９とかみ合っている。そして、このラック部材９がリンク部材４を介して揺動レバー５と接続している。ただし、上記ラック部材９とリンク部材４とは、ステアリングケーブル２４で接続され、ラック部材９の移動がこのステアリングケーブル２４を介して、リンク部材４に伝達されるようにしている。
そして、このリンク部材４が移動すれば、揺動レバー５が揺動され、船外機７が回動することは従来例と同様である。
【００１８】
また、上記電動モータＭのモータ軸線上には、電磁クラッチ２５を設けている。この電磁クラッチ２５は、コントローラ２０からの信号によって切り替えられる。すなわち、上記コントローラ２０にはトルクセンサ１９からの検出信号が入力されるが、この検出信号が設定値以下のときには、上記電磁クラッチ２５を励磁する。電磁クラッチ２５が励磁されれば、電動モータＭがロックされ、その回転が阻止される。
【００１９】
また、上記設定値というのは、図２に示した、電動モータＭの不感帯領域の値Ａ，Ａ’とほぼ同じ値にしている。すなわち、操舵トルクが小さいときには、上記電動モータＭを駆動しないようにした不感帯を設け、小さな操舵トルクに対してはアシスト力が過剰反応しないようにしている。ただし、この不感帯というのは、操舵トルクが作用しても電動モータに電流を流さないというだけで、電磁クラッチとの励磁・非励磁とは無関係である。したがって、不感帯にあっても、電磁クラッチ２５が非励磁状態にあれば、船外機７側からの外力が大ギア２１に作用した場合には、電動モータＭが回転してしまう。このように電動モータＭが回転してしまえば、船外機７が不用意に転舵されてしまう。
そこで、操舵トルクがゼロのときだけでなく、この不感帯領域でも、上記電磁クラッチ２５を励磁して、電動モータＭをロックして、上記のような不用意な転舵を阻止するようにしている。
【００２０】
上記のように操舵トルクの検出信号が設定値以下になったとき電動モータＭがロックされるようにしているので、走行中にステアリングホィール２から手を放した場合には、上記電磁クラッチ２５が励磁されて、電動モータＭがロックされる。なぜなら、走行中にステアリングホィール２から手を放せば、操舵トルクが設定値以下になるからである。このように電動モータＭがロックされれば、ハイポイドギアを構成する小ギア２２、大ギア２１、ピニオン１１、ラック部材９もロックしたまま動かなくなる。
【００２１】
また、当然のこととしてラック部材９に接続した船外機７もロックされて動かなくなる。したがって、ステアリングホィール２から手を放した状況でも、船外機７は固定されたままになり、船外機７がスクリュー６の反力等によってそれ以上傾いてしまうことがない。船外機７がそれ以上傾かないので、ステアリングホィール２の中立時に、ステアリングホィール２から手を放しても、この船外機７が従来のように勝手に円弧を描いて回ってしまうことはなく、直進性を維持することができる。また、ステアリングホィール２の回動状態であっても、操舵トルクが設定値以下の場合には、その状態で電動モータＭがロックされるので、船外機７がそれ以上傾かないので、その回動角度を維持することができる。
一方、ステアリングホィール２が操舵されて、上記設定値以上のトルク信号が出力されれば、上記電磁クラッチ２５を非励磁にして、電動モータＭのロックを解放する。
【００２２】
したがって、上記ステアリングホィール２が操舵され、上記設定値以上の操舵トルクが検出されれば、上記電動モータＭのロックが解除されて電動モータＭが回転し、上記トルクセンサ１９の検出信号に応じたアシスト力が発揮される。
【００２３】
また、上記電動モータＭとピニオン１１との間に減速比の大きなギア機構を介在させたので、電動モータＭは小型化でき、その分コストを低減することができる。さらに、上記ギア機構を介在させて、電動モータＭを小型化しているので、この電動モータＭの回転をロックする電磁クラッチ２５も小型化することができる。
また、この実施形態によれば、操舵トルクが小さい場合には、電磁クラッチ２５のブレーキ力で電動モータＭが回転しないようにしているので、従来例のように電動モータが加熱するのを防止することができる。さらに、この電動モータＭが回転していない間は当然のこととしてエンジンの動力を消費せず、その分、エンジンの駆動による発電機の消費馬力が大きくなるのを防止することができ、エネルギーロスを少なくできる。
【００２４】
また、従来例では、直進時にもステアリングホィール２を保舵してアシスト力を発揮しなければならない上、このアシスト力をエンジンの特性やスクリューの特性に応じて、コントローラＣの設定をおこなっていた。しかし、この実施形態では、操舵トルクが小さい保舵時には、電動モータＭを回転させないで、アシスト力が発揮されないようにしている。したがって、保舵領域におけるアシスト力をエンジンやスクリューの特性に応じて設定する必要がない。
また、たとえ上記エンジンやスクリューを付け替えたときでも、コントローラＣの設定をやり直す必要がなく、それだけ手間を簡略化することができる。
【００２５】
なお、この実施形態では、従来例と同じ構成要素については同じ符号を用いて、その詳細な説明を省略している。また、ステアリングケーブル２４、リンク部材４、揺動レバー５がこの発明でいう伝達機構である。
【００２６】
さらに、上記実施形態では、電動モータＭに直接電磁クラッチ２５を設けるようにしているが、電動モータＭの回転をロックできるようなものであれば、この電磁クラッチ２５はどこに設けても良い。例えば、図１の電動モータＭに対して小ギア２２の延長線上左側に設けるようにしても良い。
いずれにしても、上記ギア機構によって電動モータＭを小型化し、この小型化した電動モータＭをロックするので、上記電磁クラッチ２５も小型化することができる。
また、電動モータＭを船体１の前方に設けるようにしているが、従来のように船尾側に設けるようにしても良い。
【００２７】
さらに、上記電磁クラッチ２５を励磁する設定値は、不感帯領域に設定された操舵トルクと全く同じ値にする必要はない。例えば、上記不感帯領域として設定された操舵トルクよりも小さい値を上記設定値としてもよい。このように不感帯領域として設定された操舵トルクよりも小さい値を設定値とすることによって、例えば電磁クラッチ２５を非励磁にした後に、電動モータＭのロックが解除されて駆動するので、なめらかな操舵フィーリングを実現することができる。
【００２８】
すなわち、上記電動モータＭのロックの解除に遅れが生じて、その間に操舵トルクが不感帯領域よりも大きくなっていた場合、この電動モータＭがロックしている状態で、すでに電動モータＭの出力が発生していることから、ロックの解除と同時に電動モータＭが高出力する。すなわち、急に上記操舵トルクに応じた電動モータＭの高出力が与えられる。このように回転していなかった電動モータＭが突然高出力するので、操舵に衝撃が発生し、操舵フィーリングが悪くなる。
これに対して、不感帯領域内で電磁クラッチ２５を非励磁にすれば、ロックの解除と同時に電動モータＭが高回転するということはない。すなわち、上記電動モータＭのロックが解除されても、不感帯領域内であれば、電動モータＭが突然高回転になることはなく、操舵フィーリングを良好に保つことができる。
【００２９】
また、上記設定値を値Ａよりも大きくした場合には、この電動モータＭには、上記クラッチによるロックか、あるいは、不感帯領域を超えたことによるモータ電流の出力かの何れかにより、上記電動モータＭが常に制御されることになる。したがって、この電動モータＭは、不感帯領域内であって、しかもロックもされていないというフリーな状態になることがない。上記電動モータＭがロックされずにしかもモータ電流が出力されないというフリーな状態になれば、この電動モータＭが外力によって回転してしまう可能性があるが、上記設定値を値Ａよりも大きくした場合には、このような不都合を防止することができる。
いずれにしても、この設定値以下では、電磁クラッチが励磁されそのブレーキ力が電動モータＭに作用するので、外乱によって電動モータＭが回転するのを防止し、ジャイロ効果で、船体１が旋回してしまうのを防止できる。
【００３０】
なお、上記実施形態では、電磁クラッチ２５を励磁した場合に、電動モータＭがロックされるようにしているが、これに限ったものではない。すなわち、電磁クラッチ２５を非励磁にした場合に、電動モータＭがロックされるようにしてもよく、いずれにしても、操舵トルクが設定値以下の場合に、上記電動モータＭがロックされればよい。
【００３１】
【発明の効果】
この発明によれば、操舵トルクの検出信号が設定値以下のとき、電磁クラッチを励磁して、この電磁クラッチによって電動モータの回転をロックするようにしたので、例えばステアリングホィールから手を放したような場合には、この電動モータがロックされる。電動モータがロックされることによって、伝達機構もロックされるので、船外機が大きく回動してしまうことがない。したがって、ステアリングホィールから手を放した場合であっても、手を放す前の進行方向に船体をある程度保つことができる。例えば、直進時に手を放した場合には、その直進性が維持され、回動時に手を放した場合には、その回転方向への進行が維持される。
しかも、このように電動モータの回転をロックするので、その間は、エンジンなどの駆動機構の馬力を減退させることがない。したがって、駆動機構の消費馬力が大きくなるのを防止することができる。さらに、電動モータに常時通電されることによる、この電動モータの加熱も防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態の全体概要図である。
【図２】この発明の実施形態の制御特性を示した図である。
【図３】従来例の全体概要図である。
【符号の説明】
２ ステアリングホィール
７ 船外機
１９ トルクセンサ
２０ コントローラ
２１ 大ギア
２２ 小ギア
２５ 電磁クラッチ
Ｍ 電動モータ

Claims (2)

1. ステアリングホィールの操作に応じて船外機を回動させる船外機付きボートのステアリング装置において、スクリューを駆動する駆動機構と、ステアリングホィールの操舵方向および操舵力に応じて上記駆動機構によって駆動する電動モータと、電動モータに接続したギア機構と、ギア機構を介して電動モータの回転力を船外機に伝達する伝達機構と、操舵トルクを検出するトルクセンサと、このトルクセンサに接続したコントローラと、上記モータの回転をロックするための電磁クラッチとを備え、上記コントローラは電磁クラッチを制御して、トルクセンサの検出信号が設定値以下のとき、電動モータの回転をロックする一方、トルクセンサの検出信号が設定値よりも大きいとき、モータのロックを解除する構成にした船外機付きボートのパワーステアリング装置。
2. 電磁クラッチは、電動モータの軸線上に設けることを特徴とする請求項１記載の船外機付きボートのパワーステアリング装置。

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