JP2007203841A - 航行用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転者に、舵取機構に対してどのような力が生じているのか、低部品コストで伝えることができる航行用操舵装置の提供。
【解決手段】船体８を操舵する操舵部材１４の操舵角を検出する操舵角検出器１５と、操舵角検出器１５が検出した操舵角に応じて、操舵部材１４に操舵反力を与える反力アクチュエータ９と、操舵部材１４から機械的に分離され、船体８を転舵する舵取機構３，３０と、操舵角検出器１５が検出した操舵角に応じて、舵取機構３，３０を駆動する転舵アクチュエータ１１とを備える航行用操舵装置。転舵アクチュエータ１１に流れる電流を検出する電流検出器４６と、電流検出器４６が検出した電流値に基づき、操舵反力を補正する補正手段１６とを備える構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、船外機等の航行用操舵装置に関するものである。

船外機を推進装置として利用するモータボート等の小型船舶では、舵は付いておらず、船外機が舵取機構であり、船外機本体の向きを変えることにより、舵取りが行われる。特に小型の場合には、船外機本体にハンドルバーを取付けて、運転者が直接操舵するようになっている。その他の場合では、運転席に設けられたステアリングホイール（操舵部材、ハンドル）の回転を、ロープと滑車、プッシュプルケーブル又は油圧プランジャにより伝達して、船外機本体を操舵している。

このような船外機の操舵を行わせる為の航行用操舵装置として、近年、運転席のステアリングホイールを船外機との機械的な連結なしに配すると共に、船外機に操舵用のアクチュエータを付設し、このアクチュエータを、ステアリングホイールの操作方向及び操作量の検出結果に基づいて動作させ、船外機を操向させて、ステアリングホイールの操作に応じた操舵を行わせる構成とした分離型の航行用操舵装置が、特許文献１等で提案されている。
特許第２９５９０４４号公報 特許第２７４８５５９号公報

上述したような航行用操舵装置には、ステアリングホイールに操舵反力を与える反力モータを備えたものがあるが、その操舵反力は、主に操舵角及び操舵速度に基づいて定められており、船体を転舵する舵取機構に作用する力は反映されていないので、運転者には、舵取機構に対してどのような力が生じているのか伝わらないという問題がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、運転者に、舵取機構に対してどのような力が生じているのか、低部品コストで伝えることができる航行用操舵装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る航行用操舵装置は、船体を操舵する操舵部材の操舵角を検出する操舵角検出器と、該操舵角検出器が検出した操舵角に応じて、前記操舵部材に操舵反力を与える反力アクチュエータと、前記操舵部材から機械的に分離され、前記船体を転舵する舵取機構と、前記操舵角検出器が検出した操舵角に応じて、前記舵取機構を駆動する転舵アクチュエータを備える航行用操舵装置において、前記転舵アクチュエータに流れる電流を検出する電流検出器と、該電流検出器が検出した電流値に基づき、前記操舵反力を補正する補正手段とを備えることを特徴とする。

第２発明に係る航行用操舵装置は、前記補正手段は、前記電流検出器が検出した電流値の大／小に応じて、前記操舵反力が大／小となるように構成してあることを特徴とする。

第３発明に係る航行用操舵装置は、前記補正手段は、前記電流検出器が検出した電流値の変化率の大／小に応じて、前記操舵反力が大／小となるように構成してあることを特徴とする。

第１発明に係る航行用操舵装置によれば、電流検出器が、転舵アクチュエータに流れる電流を検出し、補正手段が、電流検出器が検出した電流値に基づき、操舵反力を補正するので、運転者に、舵取機構に対してどのような力が生じているのか、軸力検出器等の高価な部品を使用することなく、低部品コストで伝えることができる航行用操舵装置を実現することができる。

第２発明に係る航行用操舵装置によれば、補正手段は、電流検出器が検出した電流値の大／小に応じて、操舵反力が大／小となるように構成してあるので、運転者に、舵取機構に対してどのような力が生じているのか、軸力検出器等の高価な部品を使用することなく、低部品コストで伝えることができる航行用操舵装置を実現することができる。

第３発明に係る航行用操舵装置は、補正手段は、電流検出器が検出した電流値の変化率の大／小に応じて、操舵反力が大／小となるように構成してあるので、運転者に、舵取機構に対してどのような力が生じているのか、軸力検出器等の高価な部品を使用することなく、低部品コストで敏感に伝えることができる航行用操舵装置を実現することができる。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る航行用操舵装置の実施の形態の構成を示す模式図であり、図２は、本発明に係る航行用操舵装置に使用される船外機本体及び船体の連結関係を示す横断面図である。
この航行用操舵装置は、船体８前部の運転席に設けられたステアリングホイール（操舵部材）１４の操舵シャフト３７に、操舵角検出器１５、モータ駆動回路４４、反力モータ（反力アクチュエータ）９、及びロータ角検出器１２が付設されている。複数回転数の絶対操舵角を検出する操舵角検出器１５が検出した操舵角信号は操舵／反力用コントローラ１６に与えられる。

操舵／反力用コントローラ１６は、与えられた操舵角信号に基づき、反力モータ９を駆動制御して、ステアリングホイール１４に操舵反力を与えると共に、ケーブル３９により、操舵角信号を船体８後部に設けられた転舵用コントローラ４２に与える。
ロータ角検出器１２が検出したロータ角信号は、モータ駆動回路４４に与えられ、ブラシレスモータである反力モータ９を駆動する為の３相電圧を発生させるのに使用される。

船外機１は、船体８後尾部のトランサム（横材）７に、船外機懸架ブラケット４及び一対のクランプブラケット５（図２）を介して取付けられている。船外機本体３（舵取機構）は、船外機本体３に固定された後述する転舵シャフト４５（図２）を介して、船外機懸架ブラケット４回りに水平方向へ回動可能に支持されている。
船外機懸架ブラケット４は、一対のクランプブラケット５間に渡されたクランプブラケットシャフト６により、鉛直方向に回動可能に、つまり、チルト及びトリム可能に軸支されている。
船外機本体３の図示しないプロペラは、船外機本体下部のドライブシャフトが収納されたドライブシャフトハウジングの下方に取付けられている。

転舵力を発生させる転舵モータ１１（転舵アクチュエータ）には、モータ電流検出器（電流検出器）４６及びモータ駆動回路４３が付設され、モータ駆動回路４３には、転舵モータ１１を駆動制御する転舵用コントローラ４２がケーブルにより接続されている。転舵モータ１１に隣接してギアケース２７が設けられており、ギアケース２７はラックハウジング１８に付設されている。ラックハウジング１８にその中央部が収納された後述するラック１７（図２）の両端部は、各クランプブラケット５に取付けられた各取付けブラケット２２に支持されている。

ラックハウジング１８の側方には、ガイドプレート３０が固着されており、ガイドプレート３０の船外機本体３側先端部には、転舵アーム３３が水平方向に回動自在に連結されている。
モータ駆動回路４３，４４、転舵用コントローラ４２、操舵／反力用コントローラ１６、操舵角検出器１５、反力モータ９等の電源は、船体８後部に設置されたバッテリ４０から供給される。

ラック（舵取機構）１７は、船体８の幅方向であるその長手方向の両端部が、各取付けブラケット２２に各ボルト２３により固定されている。各取付けブラケット２２は、船外機懸架ブラケット４をクランプブラケット５により軸支するクランプブラケットシャフト６の両端部に螺合される各ナット２４により、クランプブラケット５に共締めされている。
ラック（舵取機構）１７のラックハウジング１８に収納されない部分は、伸縮可能な防水の為のブーツ５０により被覆されている。

ラック１７のラックハウジング１８に収納された部分は、ラック１７に刻設された雄ネジ２５と、回転筒２６の内周面に刻設された雌ネジとの間を多数の鋼球が転動することにより、転舵モータ１１の回転運動を直線運動に変換するボールネジ機構となっている。回転筒２６は、その外周面とラックハウジング１８の内周面との間に設けられた一対の軸受２８により、回動自在に支持されている。
ボールネジ機構は、転舵モータ１１のモータ軸２９の先端に取付けられた傘歯車２０と、回転筒２６の外周面に周設された傘歯車２１との噛合により、転舵モータ１１の回転運動が減速されて回転筒２６に伝達され、回転筒２６が回転する。

回転筒２６が回転することにより、ラックハウジング１８がラック１７の軸方向に移動し、ラックハウジング１８の側面に垂直方向へ回動自在に取付けられたガイドプレート（舵取機構）３０も同様に移動する。
ガイドプレート３０の船外機本体３側先端部には、ラック１７の軸方向と垂直方向に長い長孔３２が穿設されており、転舵アーム（舵取機構）３３の一端部に突設されたガイドピン３４が、長孔３２を貫通している。
転舵アーム３３の図示しない他端部は、船外機本体３に固着されており、転舵アーム３３の他端部の向かう方向が、船外機本体３のプロペラの向かう方向となり、転舵が行われる。

船外機懸架ブラケット４の船外機本体３側先端部には、転舵シャフト４５（舵取機構）が突設されており、転舵シャフト４５は、転舵アーム３３の中間部に穿設された孔を貫通しており、転舵アーム３３は、転舵シャフト４５に軸支されている。
転舵シャフト４５の軸回りには、転舵角検出器４１が周設されており、転舵角検出器４１は、転舵アーム３３との回転角を転舵角として検出し、検出した転舵角信号を転舵用コントローラ４２へ与える。

上述した転舵モータ１１、ラック１７及び転舵アーム３３の連結関係から、転舵モータ１１が一方向に回転すると、ラックハウジング１８及びガイドプレート３０が、ラック１７の軸方向の一方向へ移動する。ガイドプレート３０が、ラック１７の軸方向の一方向へ移動すると、転舵アーム３３は、ガイドピン３４が長孔３２内を滑動して、転舵シャフト４５の軸回りに他方向へ回動し、船外機本体３が操向する。
また、転舵モータ１１が他方向に回転すると、ラックハウジング１８及びガイドプレート３０が、ラック１７の軸方向の他方向へ移動する。ガイドプレート３０が、ラック１７の軸方向の他方向へ移動すると、転舵アーム３３は、ガイドピン３４が長孔３２内を滑動して、転舵シャフト４５の軸回りに一方向へ回動し、船外機本体３が操向する。

図３は、本発明に係る航行用操舵装置の制御系の構成例を示すブロック図である。
この制御系は、操舵角検出器１５が検出したステアリングホイール１４の操舵角信号、及びモータ電流検出器４６が検出した転舵モータ１１のモータ電流値信号が操舵／反力用コントローラ１６に与えられる。操舵／反力用コントローラ１６は、与えられた操舵角信号及びモータ電流値信号に基づき、モータ駆動回路４４により反力モータ９を駆動制御する。また、ケーブル３９を通じて、操舵角信号を転舵用コントローラ４２に与える。

ロータ角検出器１２が検出したロータ角信号は、モータ駆動回路４４に与えられ、モータ駆動回路４４は、与えられたロータ角信号に基づき、反力モータ９を駆動する為の例えば３相電圧を発生させる。
転舵用コントローラ４２は、操舵／反力用コントローラ１６から与えられた操舵角信号に基づき目標転舵角を演算する。また、演算した目標転舵角、モータ電流検出器４６が検出した転舵モータ１１のモータ電流値、及び転舵角検出器４１が検出した転舵シャフト４５と転舵アーム３３との転舵角信号に基づき、モータ駆動回路４３により転舵モータ１１を駆動制御する。
尚、目標転舵角の演算は、操舵／反力用コントローラ１６で行なうことも可能である。

以下に、このような構成及び動作の航行用操舵装置の操舵反力制御動作を、それを示す図４のフローチャートを参照しながら説明する。
操舵／反力用コントローラ１６は、先ず、操舵角検出器１５が検出したステアリングホイール１４の操舵角θを読込み（Ｓ１）、モータ電流検出器４６が検出した転舵モータ１１のモータ電流値Ｉを読込む（Ｓ３）。次いで、ｄＩ／ｄｔを演算して、読込んだモータ電流値Ｉを時間で微分し、その変化率を求める（Ｓ５）。
操舵／反力用コントローラ１６は、次に、目標電流＝ａ｜θ｜＋ｂＩ＋ｃｄＩ／ｄｔを演算して、反力モータ９の目標モータ電流値を定め（Ｓ７）、操舵角θに基づく反力モータ９の回転方向、及び定めた目標モータ電流値をモータ駆動回路４４に指示して（Ｓ９）リターンする。ここで、ａ，ｂ，ｃは、正の比例定数である。

操舵／反力用コントローラ１６は、上述した動作により、与えられた転舵モータ１１のモータ電流値Ｉが大きい程、操舵反力を大きくするように、モータ電流値Ｉが小さい程、操舵反力を小さくするように、反力モータ９を駆動制御する。また、モータ電流値Ｉを微分してその変化率を演算し、その変化率が大きい程、操舵反力を大きくするように、その変化率がマイナス符号を含めて小さい程、操舵反力を小さくするように、反力モータ９を駆動制御する。
これにより、運転者は、船体を転舵する舵取機構に対してどのような力が生じているのか、敏感に感じ取ることができる。

本発明に係る航行用操舵装置の実施の形態の構成を示す模式図である。 本発明に係る航行用操舵装置に使用される船外機本体及び船体の連結関係を示す横断面図である。 本発明に係る航行用操舵装置の制御系の構成例を示すブロック図である。 本発明に係る航行用操舵装置の操舵反力制御動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 船外機、３ 船外機本体（舵取機構）、４ 船外機懸架ブラケット、５ クランプブラケット、８ 船体、９ 反力モータ（反力アクチュエータ）、１１ 転舵モータ（転舵アクチュエータ）、１４ ステアリングホイール（操舵部材）、１５ 操舵角検出器、 １６ 操舵／反力用コントローラ（補正手段）、１７ ラック（舵取機構）、１８ ラックハウジング、２２ 取付けブラケット、２６ 回転筒（舵取機構）、３０ ガイドプレート（舵取機構）、３３ 転舵アーム（舵取機構）、４１ 転舵角検出器、４２ 転舵用コントローラ、４５ 転舵シャフト（舵取機構）、４６ モータ電流検出器（電流検出器）

Claims (3)

1. 船体を操舵する操舵部材の操舵角を検出する操舵角検出器と、該操舵角検出器が検出した操舵角に応じて、前記操舵部材に操舵反力を与える反力アクチュエータと、前記操舵部材から機械的に分離され、前記船体を転舵する舵取機構と、前記操舵角検出器が検出した操舵角に応じて、前記舵取機構を駆動する転舵アクチュエータとを備える航行用操舵装置において、
   前記転舵アクチュエータに流れる電流を検出する電流検出器と、該電流検出器が検出した電流値に基づき、前記操舵反力を補正する補正手段とを備えることを特徴とする航行用操舵装置。
2. 前記補正手段は、前記電流検出器が検出した電流値の大／小に応じて、前記操舵反力が大／小となるように構成してある請求項１記載の航行用操舵装置。
3. 前記補正手段は、前記電流検出器が検出した電流値の変化率の大／小に応じて、前記操舵反力が大／小となるように構成してある請求項１又は２記載の航行用操舵装置。

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