JP2007203845A

JP2007203845A - 航行用操舵装置

Info

Publication number: JP2007203845A
Application number: JP2006023791A
Authority: JP
Inventors: Masaki Arima; 雅規有馬; Naotake Kanda; 尚武神田; Makoto Mizutani; 真水谷
Original assignee: Yamaha Marine Co Ltd; JTEKT Corp
Current assignee: Yamaha Marine Co Ltd; JTEKT Corp
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2006-01-31
Publication date: 2007-08-16

Abstract

【課題】転舵不能となる可能性が小さく、大きな転舵力が必要な場合でも、ハーネス及びモータ駆動回路等における電力ロスを小さくす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１１ａ，１１ｂとを備える航行用操舵装置。転舵モータ１１ａ，１１ｂを複数備える構成である。
【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２７５５６９５号公報

上述したような航行用操舵装置では、転舵モータが１台であるので、転舵モータが故障すると、転舵モータによる転舵ができなくなるという問題がある。また、大きな転舵力が必要な航行用操舵装置では、最大負荷時のモータ駆動電流が過大となり、ハーネス及びモータ駆動回路等における電力ロスが過大となるという問題がある。

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、転舵不能となる可能性が小さく、大きな転舵力が必要な場合でも、ハーネス及びモータ駆動回路等における電力ロスを小さくす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。

本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、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を複数備えることを特徴とする。

本発明に係る航行用操舵装置によれば、操舵角検出器が、船体を操舵する操舵部材の操舵角を検出し、舵取機構が、操舵部材から機械的に分離され、船体を転舵し、複数の転舵アクチュエータが、操舵角検出器が検出した操舵角に応じて、舵取機構を駆動するので、転舵不能となる可能性が小さく、大きな転舵力が必要な場合でも、ハーネス及びモータ駆動回路等における電力ロスを小さくす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。
例えば、転舵アクチュエータを２台備える場合、１台が故障したとき、転舵力は半減するが、残りの１台の転舵アクチュエータで転舵可能であり、船速を落とせば、航行可能である。また、転舵モータが１台の場合と２台の場合とで総出力を同じとすれば、２台の場合では、転舵アクチュエータ１台当たりの電流が小さくなり、ハーネス及び駆動回路間の電力ロスが１／４（全体では１／２）となり、航行用操舵装置全体のエネルギー効率が向上する。

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９（反力アクチュエータ）、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。

この航行用操舵装置は、転舵力を発生させる為に２台の転舵モータ１１ａ，１１ｂ（転舵アクチュエータ）を備えている。転舵モータ１１ａ，１１ｂの各出力は、従来の同クラスの航行用操舵装置で１台のみで使用されている転舵モータの出力の１／２である。
転舵モータ１１ａ，１１ｂには、モータ駆動回路４３ａ，４３ｂが付設され、モータ駆動回路４３ａ，４３ｂには、転舵モータ１１ａ，１１ｂ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１１ａ，１１ｂ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４３ａ，４３ｂ，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、転舵モータ１１ａ，１１ｂ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１１ａ，１１ｂ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１１ａ，１１ｂのモータ軸２９ａ，２９ｂの各先端に取付けられた傘歯車２０ａ，２０ｂと、回転筒２６の外周面に周設された傘歯車２１ａ，２１ｂとの噛合により、転舵モータ１１ａ，１１ｂ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１１ａ，１１ｂ、ラック１７及び転舵アーム３３の連結関係から、転舵モータ１１ａ，１１ｂ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１１ａ，１１ｂ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を駆動制御すると共に、操舵角信号を、ケーブル３９を通じて、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、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４３ａ，４３ｂにより転舵モータ１１ａ，１１ｂを各駆動制御する。
尚、目標転舵角を演算は、操舵／反力用コントローラ１６で行なうことも可能である。

このような構成及び動作の航行用操舵装置では、転舵モータ１１ａ，１１ｂの１台が故障したとき、図４に示すように、転舵力（トルク）は半減するが、残りの１台の転舵モータの転舵力で転舵可能であり、船速を落とせば、航行は可能である。
また、転舵モータを１台のみ備える場合と総出力（又は転舵力）を同じとすれば、転舵モータ１１ａ，１１ｂを備える場合では、転舵モータ１１ａ，１１ｂの１台当たりのモータ電流が小さく（１／２に）なり、ハーネス及びモータ駆動回路間の電力ロスが１／４（全体では１／２）となり、航行用操舵装置全体のエネルギー効率が向上する。

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転舵モータが１台の場合と２台の場合の回転数−トルク特性を示す特性図である。

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）、１１ａ，１１ｂ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、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）、２７ギアケース、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、４２ａ転舵用コントローラ、４２ｂ第３コントローラ、４３ａ，４３ｂ，４４モータ駆動回路、４５転舵シャフト（舵取機構）

Claims

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、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を複数備えることを特徴とする航行用操舵装置。