JP2006256616A - Electric steering gear - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、小型船舶等の電動操舵装置に関する。 The present invention relates to an electric steering apparatus for a small boat or the like.
船外機の操舵装置として電動モータを用いた電動ステアリング装置が特許文献1に記載されている。この特許文献1に記載の電動ステアリング装置は、ハンドルの操作回転角度及び回転方向を検出するセンサと、このセンサからの検出信号に基づき操舵装置の電動モータを制御するコントローラを備え、ハンドルをセンサ及びコントローラを介して電動モータに電気的に接続している。これにより、ハンドル操作量に応じて電動モータを駆動して船を操舵することができる。 An electric steering device using an electric motor as a steering device for an outboard motor is described in Patent Document 1. The electric steering apparatus described in Patent Document 1 includes a sensor that detects an operation rotation angle and a rotation direction of a handle, and a controller that controls an electric motor of the steering apparatus based on a detection signal from the sensor. It is electrically connected to the electric motor via the controller. Thus, the ship can be steered by driving the electric motor in accordance with the handle operation amount.
しかし、この特許文献1の電動操舵装置では、ハンドル操作により操舵装置を駆動して舵取り動作を行ない船を操舵することができるが、操舵したときに水流などから加えられる外力がハンドルに戻ってこないため、外力に応じた操作感覚(ハンドルを切ったときの操作速度や操作角度による重い感じ軽い感じ等の操作感覚あるいは、波や風等の外力の影響によるハンドル操作の感覚)が得られない。このため、操舵による船の運転感覚が得られないため、船に作用する外力が認識しにくく、外力による船の動きに対し迅速に対応できなかった。 However, in the electric steering device of Patent Document 1, the steering device can be driven by a steering operation to steer the ship and steer the ship. However, external force applied from a water flow or the like does not return to the steering wheel when steered. Therefore, it is not possible to obtain an operation feeling corresponding to an external force (an operation feeling such as a heavy feeling or a light feeling due to an operation speed or an operation angle when the handle is turned, or a handle operation feeling due to the influence of an external force such as a wave or wind). For this reason, it is difficult to recognize the external force acting on the ship because the sense of driving of the ship by steering cannot be obtained, and it is impossible to respond quickly to the movement of the ship due to the external force.
本発明は、上記従来技術を考慮したものであって、船が受ける外力をハンドルに伝達することにより、操船者に外力を感じさせ、この外力による船の動きに迅速に対処できる電動操舵装置の提供を目的とする。 The present invention is based on the above-described prior art, and transmits an external force received by the ship to the steering wheel so that the operator can feel the external force and can quickly cope with the movement of the ship due to the external force. For the purpose of provision.
前記目的を達成するため、請求項1の発明では、船舶の進行方向を変えるため電動アクチュエータによって駆動される舵取装置と、操船者によって操作され、操作量に応じた駆動信号を前記電動アクチュエータに与えるために前記電動アクチュエータと電気的に接続されたハンドルと、航走中に船に作用する外力を検出する荷重センサーと、前記ハンドルに反力を付与する反トルクモータと、前記荷重センサーの出力に応じて前記反トルクモータの目標トルクを算出する反トルク演算回路とを備え、前記反トルク演算回路は、船速に応じて目標トルクを算出することを特徴とする船舶の操舵装置を提供する。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a steering device driven by an electric actuator for changing a traveling direction of a ship and a driving signal operated by a ship operator and corresponding to the operation amount are supplied to the electric actuator. A handle electrically connected to the electric actuator for applying, a load sensor for detecting an external force acting on the ship during cruising, an anti-torque motor for applying a reaction force to the handle, and an output of the load sensor And a counter-torque calculation circuit that calculates a target torque of the counter-torque motor according to the anti-torque motor, wherein the counter-torque calculation circuit calculates the target torque according to the ship speed. .
請求項2の発明では、推進力を発生する推進装置を有し、前記舵取装置は、前記推進装置を回動して推進力の方向を変えることにより操舵を行うことを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a propulsion device that generates a propulsive force, and the steering device performs steering by rotating the propulsion device and changing the direction of the propulsive force.
請求項1の発明によれば、ハンドル操作により舵取装置の電動アクチュエータが駆動され、ハンドル操作量に対応して操舵されるとともに、船に作用する外力が検出され、この検出された外力に基づいてハンドルに対し反トルクが付与される。したがって、操船者は、水流などによって船に加えられる外力をハンドルを通して感じることができ、この外力に対応する船の動きを認識して迅速に対応することができる。
なお、アクチュエータは、電動モータあるいは電動油圧ポンプ等のように電動駆動部を含む駆動装置である。
According to the first aspect of the present invention, the electric actuator of the steering device is driven by the steering operation, the steering is steered according to the steering operation amount, and the external force acting on the ship is detected, and based on the detected external force. Counter torque is applied to the handle. Therefore, the marine vessel operator can feel the external force applied to the ship by a water flow or the like through the steering wheel, and can recognize the movement of the ship corresponding to the external force and respond quickly.
The actuator is a drive device including an electric drive unit such as an electric motor or an electric hydraulic pump.
また、ハンドルへ加えられる反トルクを船速データに基づいて演算するため、例えば速度が速いときに大きな反トルクを発生させて外力に対する感度を高めて高速走行時に迅速で安定した操船操作をすることができ、また船の安定走行に影響が小さいときには反トルクを小さくして省電力を図ることができる。 In addition, since the counter-torque applied to the steering wheel is calculated based on the ship speed data, for example, a large counter-torque is generated when the speed is high, and the sensitivity to external force is increased, so that a quick and stable ship maneuvering operation is possible during high-speed driving In addition, when the influence on the stable traveling of the ship is small, the counter torque can be reduced to save power.
請求項2の発明によれば、舵取装置が推進装置を操舵軸廻りに回動させることにより推進方向が変えられ操舵することができる。推進装置は、例えば船外機やスターンドライブである。 According to the invention of claim 2, the steering device can be steered by changing the propulsion direction by rotating the propulsion device around the steering shaft. The propulsion device is, for example, an outboard motor or a stern drive.
図1は、本発明が適用される船外機を備えた小型船舶の全体平面図である。
船体1の船尾板2にクランプブラケット4を介して船外機本体3が取り付けられる。船外機本体3は、スイベル軸(操舵軸)6廻りに回転可能である。スイベル軸6の上端部にステアリングブラケット5が固定される。ステアリングブラケット5の端部5aに舵取装置15が連結される。この舵取装置15は、例えばDD(Direct Drive)型電動モータからなり、船尾板2と平行に設けたネジ軸(不図示)に沿ってモータ本体(不図示)がスライド動作する。このモータ本体にステアリングブラケット5を連結してモータ本体のスライド動作に連動して船外機本体3をスイベル軸6廻りに回転させる。
FIG. 1 is an overall plan view of a small vessel equipped with an outboard motor to which the present invention is applied.
The outboard motor main body 3 is attached to the stern plate 2 of the hull 1 via the clamp bracket 4. The outboard motor main body 3 can rotate around a swivel shaft (steering shaft) 6. A steering bracket 5 is fixed to the upper end portion of the swivel shaft 6. A steering device 15 is connected to the end 5 a of the steering bracket 5. The steering device 15 is composed of, for example, a DD (Direct Drive) type electric motor, and a motor body (not shown) slides along a screw shaft (not shown) provided in parallel with the stern plate 2. A steering bracket 5 is connected to the motor main body, and the outboard motor main body 3 is rotated around the swivel shaft 6 in conjunction with the sliding operation of the motor main body.
船体1の運転席にハンドル7が備わり、そのハンドル軸8の根元にハンドル制御部13が備わり、内部にハンドル操作角センサー9及び反トルクモータ11が設けられる。ハンドル制御部13は信号ケーブル10を介してコントローラ12に接続され、コントローラ12は舵取装置15に接続される。 A handle 7 is provided at the driver's seat of the hull 1, a handle control unit 13 is provided at the base of the handle shaft 8, and a handle operation angle sensor 9 and an anti-torque motor 11 are provided therein. The handle control unit 13 is connected to the controller 12 via the signal cable 10, and the controller 12 is connected to the steering device 15.
コントローラ12は、ハンドル操作角センサー9からの検出信号に基づいて操舵トルクを演算し、電気指令信号として舵取装置15に送信して舵取装置15を駆動し、船外機本体3をスイベル軸6廻りに回転させて操舵する。 The controller 12 calculates a steering torque based on a detection signal from the steering wheel operating angle sensor 9 and transmits the steering torque as an electric command signal to the steering device 15 to drive the steering device 15. Rotate around 6 and steer.
さらにコントローラ12は、船外機本体3又は舵取装置15に設けた荷重センサー(図2参照)により船外機本体3に作用する外力(スイベル軸6に加わる回転トルク)を検出し、この外力に基づいて、後述のように、外力に対応してハンドルに加える反力を反トルクモータ11からハンドル7に作用させるための反トルクの目標値を演算する。そして、この目標トルクとなるように反トルクモータ11を駆動し、これによりハンドル7に外力に応じた反力を付与する。 Further, the controller 12 detects an external force (rotational torque applied to the swivel shaft 6) acting on the outboard motor body 3 by a load sensor (see FIG. 2) provided in the outboard motor body 3 or the steering device 15, and this external force. As described later, the target value of the counter torque for causing the counter torque motor 11 to act on the handle 7 with the counter force applied to the handle corresponding to the external force is calculated. Then, the counter-torque motor 11 is driven so as to achieve this target torque, thereby applying a reaction force according to the external force to the handle 7.
図2は、本発明の実施形態に係る操舵装置のブロック構成図である。
操船者によりハンドル7が操作されると、その回転角がハンドル操作角センサー9で検出され、その検出信号に基づいてコントローラ(ECU)12の操舵トルク演算回路21が操舵トルクを演算し、舵取装置15の電動モータ(不図示)を駆動する。これにより船外機本体3がスイベル軸6廻りに回動して船の方向が変わる。
FIG. 2 is a block diagram of the steering apparatus according to the embodiment of the present invention.
When the handle 7 is operated by the operator, the rotation angle is detected by the handle operation angle sensor 9, and the steering torque calculation circuit 21 of the controller (ECU) 12 calculates the steering torque based on the detection signal, and the steering is performed. An electric motor (not shown) of the device 15 is driven. As a result, the outboard motor main body 3 rotates around the swivel shaft 6 to change the direction of the ship.
このような操舵時に、船外機本体3に対し、風や波などが作用する力や船外機本体3の回動の抵抗力として作用する力等の外力Fが作用する。さらに船外機本体3に対し、プロペラ14の回転作用により発生するパドルラダー効果に起因する一定方向の一定の力F’が作用する。この船外機本体3に作用する外力F及びパドルラダー効果による力F’の合力F”が、船外機本体3に連結された舵取装置15に作用する。 During such steering, an external force F such as a force acting by wind or waves or a force acting as a rotation resistance force of the outboard motor main body 3 acts on the outboard motor main body 3. Further, a constant force F ′ in a predetermined direction is applied to the outboard motor body 3 due to the paddle ladder effect generated by the rotating action of the propeller 14. The resultant force F ″ of the external force F acting on the outboard motor main body 3 and the force F ′ due to the paddle ladder effect acts on the steering device 15 connected to the outboard motor main body 3.
舵取装置15に荷重センサー16が設けられ、外力F及びパドルラダー効果による力F’の合力F”を検出する。合力F”の検出データは、コントローラ12の反トルク演算回路17に送信される。反トルク演算回路17にはさらに、例えばトリム角やプロペラサイズ等の船の情報18と、船速を検出する速度センサー19からの検出データ及びエンジン回転数センサー20からのエンジン回転数データが入力される。反トルク演算回路17は、前述の合力F”の検出データとともにこれらの船の情報や船速及びエンジン回転数の検出データに基づいて、ハンドル7へ加えられる反力の目標トルクを算出する。算出された目標トルクは、電気指令信号として反トルクモータ11に送信され、これを駆動してハンドル7へ反力を付与する。 A load sensor 16 is provided in the steering device 15 to detect the resultant force F ″ of the external force F and the force F ′ due to the paddle ladder effect. The detection data of the resultant force F ″ is transmitted to the anti-torque calculation circuit 17 of the controller 12. Further, for example, ship information 18 such as a trim angle and a propeller size, detection data from a speed sensor 19 for detecting a ship speed, and engine speed data from an engine speed sensor 20 are input to the anti-torque calculation circuit 17. The The reaction torque calculation circuit 17 calculates the target torque of the reaction force applied to the handle 7 based on the detection information of the resultant force F ″ and the detection information of the ship, the ship speed, and the engine speed. The target torque thus transmitted is transmitted as an electrical command signal to the counter-torque motor 11 and is driven to apply a counter-force to the handle 7.
上記荷重センサー16についてさらに説明すると、この荷重センサー16で検出する力は、舵(船外機本体)の操舵軸に加わる回転トルクであり、これは水流などから舵が受ける外力と、船体が受ける外力とから発生する回転トルクとなる。したがって、舵を回動操作しない場合でも、水流などにより船体を回転させようとする力が加われば操舵軸に回転トルクが加わる場合もある。この荷重センサーは、軸トルクを直接検出する軸トルクセンサーであってもよいし、あるいは操舵装置の軸トルクが伝達される部分を歪みセンサのような検出手段で測定してもよい。 The load sensor 16 will be further described. The force detected by the load sensor 16 is a rotational torque applied to the steering shaft of the rudder (outboard motor body), which is received by the hull and the external force received by the rudder from a water flow or the like. Rotational torque generated from external force. Therefore, even when the rudder is not rotated, if a force for rotating the hull is applied by a water flow or the like, rotational torque may be applied to the steering shaft. This load sensor may be an axial torque sensor that directly detects the axial torque, or a portion of the steering device to which the axial torque is transmitted may be measured by a detection means such as a strain sensor.
ここで、ハンドルへ加えられる反トルクを船速データを含めて演算するため、例えば速度が速いときに大きな反トルクを発生させて外力に対する感度を高めて高速走行時に迅速で安定した操船操作をすることができ、また船の安定走行に影響が小さいときには反トルクを小さくして省電力を図ることができる。 Here, since the counter torque applied to the steering wheel is calculated including the ship speed data, for example, a large counter torque is generated when the speed is high, and the sensitivity to external force is increased to perform quick and stable maneuvering operation at high speed. In addition, when the influence on the stable traveling of the ship is small, the counter torque can be reduced to save power.
また、ハンドルへ加えられる反力の強さを調整して操船者が感じる外力の大きさを調整したり、ハンドルに対する反力をゼロにできるように反力調整手段を設けてもよい。これにより、操船者の好みや腕力あるいは疲労状態、及び運転状況などに応じてハンドル操作しやすいように外力に対応したハンドルへ加えられる反トルクの大きさを設定できる。 Further, reaction force adjusting means may be provided so that the magnitude of the external force felt by the operator can be adjusted by adjusting the strength of the reaction force applied to the handle, or the reaction force against the handle can be made zero. Thereby, the magnitude of the counter-torque applied to the handle corresponding to the external force can be set so that the handle can be easily operated according to the operator's preference, arm strength or fatigue state, and driving conditions.
本発明は、特に船外機やスターンドライブ等の推進装置で駆動される小型船舶の電動ステアリング装置等の操舵装置に対し有効に適用できる。 The present invention is particularly applicable to a steering device such as an electric steering device for a small boat driven by a propulsion device such as an outboard motor or a stern drive.
1:船体、2:船尾板、3:船外機本体、4:クランプブラケット、
5:ステアリングブラケット、5a:端部、6:スイベル軸、7:ハンドル、
8:ハンドル軸、9:ハンドル操作角センサー、10:信号ケーブル、
11:反トルクモータ、12:コントローラ、13:ハンドル制御装置、
14:プロペラ、15:舵取装置、16:荷重センサー、
17:反トルク演算回路、18:船の情報、19:速度センサー、
20:エンジン回転数センサー、21:操舵トルク演算回路。
1: hull, 2: stern board, 3: outboard motor body, 4: clamp bracket,
5: Steering bracket, 5a: End, 6: Swivel shaft, 7: Handle,
8: Handle shaft, 9: Handle operation angle sensor, 10: Signal cable,
11: Anti-torque motor, 12: Controller, 13: Handle control device,
14: Propeller, 15: Steering device, 16: Load sensor,
17: Anti-torque calculation circuit, 18: Ship information, 19: Speed sensor,
20: Engine speed sensor, 21: Steering torque calculation circuit.
Claims (2)
操船者によって操作され、操作量に応じた駆動信号を前記電動アクチュエータに与えるために前記電動アクチュエータと電気的に接続されたハンドルと、
航走中に船に作用する外力を検出する荷重センサーと、
前記ハンドルに反力を付与する反トルクモータと、
前記荷重センサーの出力に応じて前記反トルクモータの目標トルクを算出する反トルク演算回路とを備え、前記反トルク演算回路は、船速に応じて目標トルクを算出することを特徴とする船舶の操舵装置。 A steering device driven by an electric actuator to change the traveling direction of the ship;
A handle that is operated by a ship operator and is electrically connected to the electric actuator to give a drive signal corresponding to the operation amount to the electric actuator;
A load sensor that detects the external force acting on the ship while sailing,
An anti-torque motor that applies a reaction force to the handle;
An anti-torque calculation circuit that calculates a target torque of the anti-torque motor according to an output of the load sensor, and the anti-torque calculation circuit calculates a target torque according to a ship speed. Steering device.
2. The ship steering according to claim 1, further comprising a propulsion device that generates a propulsion force, wherein the steering device performs steering by rotating the propulsion device and changing a direction of the propulsion force. apparatus.
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