JP2008265601A - 船外機用パワートリムユニットの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オーバシュート及びアンダーシュートを生じさせることなくトリム角を短時間で目標値に収束させることができる船外機用パワートリムユニットの制御装置を提供する。
【解決手段】直流電源１０から半導体スイッチにより構成されたハイサイドスイッチとＨブリッジ回路１１とを介してＰＴＴモータ４に駆動電流を供給する。船外機のトリム角の目標値とトリム角センサ５により検出されるトリム角との偏差に応じて直流電源１０からＨブリッジ回路１１を通してＰＴＴモータ４に与えられる駆動電流をＰＷＭ制御してトリム角を目標値に収束させる制御を行わせる。Ｈブリッジ回路１１を通して過電流が流れたときにハイサイドスイッチをオフ状態にして過電流を遮断する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、船外機用パワートリムユニットを制御する制御装置に関するものである。

モータボートなどの船舶の推進装置として船外機が広く用いられている。船外機を推進装置として用いる船舶においては、船外機のプロペラが指向する方向により推進力が変わるため、推進力を効率よく得るには、船外機の船体に対する傾き角（トリム角）を最適な角度に調整する必要がある。そのため、比較的大型の船外機においては、例えば特許文献１に示されているように、船外機を船体の船尾（トランザム）に取付けている左右のブラケットの間に、油圧機構等を動力源として船外機の船体に対する傾きを変化させるパワートリムユニット（ＰＴＴ装置）を備えている。ＰＴＴ装置は、例えば船外機の船体に対する傾きを変化させる油圧機構と、該油圧機構に圧力油を供給する油圧ポンプを駆動するＰＴＴモータとを備えていて、ＰＴＴモータを一方向に回転させることにより船外機をトリムアップ方向（トリム角を大きくする方向）に変位させ、ＰＴＴモータを他方向に回転させることにより船外機をトリムダウン方向（トリム角を小さくする方向）に変位させるように構成されている。特許文献１に示された制御装置では、船外機本体の傾斜角を検出する傾斜角検出手段を設けて、この検出手段により検出された船外機の傾斜角を最適値に保つように、ＰＴＴモータを制御している。

特許文献1に示された制御装置では、トリム角を大きくする方向（トリムアップ方向）にＰＴＴモータを回転させる際に励磁されるトリムアップ用リレーと、トリム角を小さくする方向（トリムダウン方向）にＰＴＴモータを回転させる際に励磁されるトリムダウン用リレーとの２つのリレーを設けて、これらのリレーの常開接点をそれぞれ、ＰＴＴモータをトリムアップ方向に回転させる際に励磁される電機子コイル及びＰＴＴモータをトリムダウン方向に回転させる際に励磁される電機子コイルに対して直列に接続し、トリム角と目標値との偏差に応じて、トリムアップ用リレーまたはトリムダウン用リレーを励磁することにより、ＰＴＴモータをトリムアップ方向またはトリムダウン方向に回転させて、トリム角を、推進力を効率よく得るために適した目標値に収束させるようにしている。トリム角の目標値は、船体のピッチ角や船速などにより、航行中細かく変化する。
特開昭６１−１０５２９６号公報

特許文献１に示されたように、船外機のトリム角を目標値に収束させるように制御する場合には、航行中に目標値が細かく変化するため、ＰＴＴ装置によるトリム角のアップダウンを頻繁に繰り返すことになり、操船者が手動操作するＰＴＴスイッチにより発生させたトリムアップ指令及びトリムダウン指令に応じてＰＴＴ装置を動作させてトリム角を調整する場合に比べて、ＰＴＴモータの駆動電流のオンオフの回数が大幅に増加する。またＰＴＴ装置は、重量が重い船外機を動かすため、ＰＴＴモータには大きな駆動電流が流れる。そのため、ＰＴＴモータの回転方向を切り替える回路のスイッチはＰＴＴモータの大きな駆動電流を高い頻度でオンオフすることになり、このスイッチとして、特許文献１に示されたようにリレーを用いた場合には、その接点の消耗が激しくなり、制御装置の耐久性が悪くなるのを避けられない。

また特許文献１に示されたように、スイッチのオンオフによりＰＴＴモータを制御した場合には、トリム角の微調整を容易に行うことができないため、トリム角が目標値に近づいた際にオーバシュート及びアンダーシュートが発生し、トリム角の目標値への収束を短時間で行わせることができないという問題があった。トリム角の目標値への収束に時間がかかると航行状態が安定するのに時間がかかるだけでなく、ＰＴＴ装置での消費電力が多くなって、バッテリー等の電源にかかる負担が大きくなり、好ましくない。

また従来の船外機用パワートリムユニットの制御装置では、ＰＴＴモータの負荷の増大などによりＰＴＴモータのドライブ回路に過電流が流れたときに保護を図る手段が設けられていなかったため、過電流が流れた際にドライブ回路の構成部品が故障したり、ＰＴＴモータが故障したりするおそれがあった。

また船外機用パワートリムユニットの制御装置は、多くの場合、エンジンを制御するコントローラと同じ場所に設置されるため、パワートリムユニット用制御装置で故障が生じるとエンジンのコントローラにまで被害が及ぶおそれがあり、万一エンジンのコントローラにまで被害が及ぶと、船が航行することができなくなって、帰港することができなくなるおそれがある。

本発明の目的は、耐久性に問題を生じさせることなく、トリム角の自動制御を行わせることができるようにした船外機用パワートリムユニットの制御装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、オーバシュート及びアンダーシュートを発生させることなく、トリム角を短時間で目標値に収束させることができるようにした船外機用パワートリムユニットの制御装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、ＰＴＴモータの異常等により過電流が流れたときに制御装置の構成部品が故障したりＰＴＴモータが故障したりするのを防ぐことができるようにした船外機用パワートリムユニットの制御装置を提供することにある。

本発明は、ＰＴＴモータを駆動源として船外機のトリム角を変化させる船外機用パワートリムユニットを制御する船外機用パワートリムユニットの制御装置を対象とする。

本発明においては、駆動信号が与えられているときにオン状態になる上側半導体スイッチ及び下側半導体スイッチによりそれぞれブリッジの上辺及び下辺が構成されて、上側半導体スイッチの共通接続点と下側半導体スイッチの共通接続点との間に直流電源から直流電圧が印加され、各上側半導体スイッチと下側半導体スイッチとの接続点がＰＴＴモータの入力端子に接続されるＨブリッジ回路と、船外機を動作させる際にオン状態にされるイグニッションスイッチと、船外機のトリム角を検出するトリム角センサと、運転状態に応じて設定されるトリム角の目標値とトリム角センサにより検出されるトリム角との偏差に応じて直流電源からＨブリッジ回路を通してＰＴＴモータに与えられる駆動電流をＰＷＭ制御するようにＨブリッジ回路の半導体スイッチへの駆動信号の供給を制御して船外機のトリム角を目標値に収束させる制御を行うトリム角自動制御手段と、直流電源からＨブリッジ回路を通して過電流が流れたときに該過電流を遮断する過電流保護手段とが設けられる。

上記のように、半導体スイッチにより構成されたＨブリッジ回路を用いてＰＴＴモータの回転方向を切換えるようにすると、消耗する接点がないため、制御装置の耐久性を向上させることができる。

また上記のように、トリム角の目標値とトリム角センサにより検出されるトリム角との偏差に応じて直流電源からＨブリッジ回路を通してＰＴＴモータに与える駆動電流をＰＷＭ制御することにより、トリム角を目標値に収束させる制御を行なわせると、トリム角の微調整を行うことができるため、トリム角が目標値に近づいた際にオーバシュート及びアンダーシュートが発生するのを防いで、トリム角を短時間で目標値に収束させることができ、ＰＴＴ装置での消費電力を少なくして、電源（通常はバッテリ）にかかる負担を少なくすることができる。

更に、本発明においては、直流電源からＨブリッジ回路を通して過電流が流れたときに該過電流を遮断する過電流保護手段が設けられているため、過電流によりドライブ回路の構成部品が故障したり、ＰＴＴモータが故障したりするのを防ぐことができる。

また本発明の好ましい態様では、イグニッションスイッチ（キースイッチ）がオン状態にされたとき及びＰＴＴスイッチが操作されたときに起動するマイクロプロセッサが設けられて、該マイクロプロセッサにトリム角センサにより検出されたトリム角の情報が与えられ、トリム角自動制御手段及びマニュアル操作時モータ駆動手段がマイクロプロセッサを用いて構成される。

上記のように、ＰＴＴスイッチが操作されたときにもマイクロプロセッサが起動するようにしておいて、トリム角自動制御手段及びマニュアル操作時モータ駆動手段を該マイクロプロセッサを用いて構成するようにすると、わざわざキーを持ってきてイグニッションスイッチをオン状態にしなくてもマイクロプロセッサを起動させて、船外機のトリムアップ及びトリムダウンを行わせることができるため、保守点検作業を容易にすることができる。

本発明の好ましい態様では、上記過電流保護手段が、Ｈブリッジ回路の上側半導体スイッチの共通接続点と直流電源との間に挿入されてＰＴＴモータを駆動する際に駆動信号が与えられてオン状態にされるハイサイドスイッチからなっている。ハイサイドスイッチは、自らを通して流れる電流を監視して監視している電流が過大になったときにマイクロプロセッサに過電流情報を与える診断機能と、監視している電流が過大になったときに自ら遮断状態になって過電流を遮断する保護機能とを有するスイッチである。ハイサイドスイッチ自体は公知であり、市販されているものを用いることができる。

上記のように、過電流保護手段として診断機能と保護機能とを有するハイサイドスイッチを用いると、電流検出回路が不要になるだけでなく、過電流が流れた際にスイッチ素子をオフ状態にする制御手段が不要になるため、制御装置の構成を簡単にすることができる。またハイサイドスイッチから過電流情報を得ることができるため、異常が生じたことの表示を行なわせたり、Ｈブリッジ回路のスイッチ素子への駆動信号の供給を停止してＰＴＴ装置の駆動を禁止したりすることを容易にすることができる。

一般に電源を構成するバッテリは、そのマイナス側出力端子が船外機ボディ（船外機本体及びエンジンブロック）に接続された状態で設けられるため、Ｈブリッジ回路の下流側（下側半導体スイッチの共通接続点と直流電源との間）に過電流保護手段を挿入した場合には、ＰＴＴモータへの配線が船外機ボディに短絡した際に過電流保護手段を経由しない電流通路が形成され、短絡電流を遮断できない事態が生じる。これに対し、上記のように、Ｈブリッジ回路の上流側（ハイサイド）に過電流保護手段を設けると、ＰＴＴモータと船外機ボディとの間で短絡事故が生じた際に短絡電流を遮断できない状態が生じるのを防ぐことができ、安全性を向上させることができる。

本発明の他の好ましい態様では、Ｈブリッジ回路の各上側半導体スイッチとして、駆動信号が与えられたときにオン状態にされるハイサイドスイッチが用いられる。このハイサイドスイッチは、自らを通して流れる電流を監視して、監視している電流が過大になったときにマイクロプロセッサに過電流情報を与える診断機能と、監視している電流が過大になったときに自ら遮断状態になって過電流を遮断する保護機能とを有するスイッチである。

上記のように構成した場合も、ＰＴＴモータと船外機ボディとの間で短絡事故が生じた際に短絡電流を遮断できない状態が生じるのを防ぐことができる。またこのように構成した場合には、Ｈブリッジ回路の上側半導体スイッチ自体に過電流保護機能を持たせることができるため、パワー素子の数を減らして回路構成の簡素化を図るとともにヒートシンクの小形化を図り、さらには基板上の部品専有面積を減らして、制御装置の小型化を図ることができる。また部品点数が減ることにより組立の工数を削減して製造コストの低減を図ることができる。

更に上記のように、Ｈブリッジ回路の各上側半導体スイッチとしてハイサイドスイッチを用いた場合には、ＰＴＴモータの正転時に流れた過電流と逆転時に流れた過電流とを区別して検出することができるため、トリム角を変化させる機構の異常によりＰＴＴモータにかかる負荷が過大になって過電流が流れた際に、ＰＴＴモータがトリムアップ方向に回転している過程で異常が生じたのか、トリムダウン方向に回転している過程で異常が生じたのかを識別して、異常箇所の推定を可能にすることができる。

なお本発明で用いる過電流保護手段は、直流電源からＨブリッジ回路を通して過電流が流れたときに該過電流を遮断する機能を有するものであればよく、ハイサイドスイッチを用いる場合に限定されない。例えば、Ｈブリッジ回路を通して流れる電流を検出する電流センサと、該電流センサにより過電流が検出されたときにＨブリッジ回路の上側半導体スイッチを強制的にオフ状態にするように制御する手段とにより過電流保護手段を構成することができる。

本発明の他の好ましい態様では、マニュアル操作されてトリムアップ指令及びトリムダウン指令を発生するＰＴＴスイッチと、トリムアップ指令及びトリムダウン指令がそれぞれ与えられたときに船外機をトリムアップさせる方向及びトリムダウンさせる方向にＰＴＴモータを回転駆動するようにＨブリッジ回路の所定の半導体スイッチに駆動信号を与えるマニュアル操作時モータ駆動手段とが更に設けられる。

このように、ＰＴＴスイッチとマニュアル操作時モータ駆動手段とを設けておくと、トリム角の自動制御だけでなく、マニュアル操作によるトリム角の調整をも行うこともできる。

以上のように、本発明によれば、半導体スイッチにより構成されたＨブリッジ回路を用いてＰＴＴモータに供給する駆動電流を制御するようにしたので、装置の耐久性を低下させることなく、トリム角の自動制御を行なわせることができる。

また本発明では、トリム角を目標値に収束させる際に、駆動電流をＰＷＭ制御するので、トリム角が目標値に近づいた際に駆動電流を微細に調整して、オーバシュート及びアンダーシュートを生じさせることなく、トリム角を短時間で目標値に収束させることができる。従って、トリム角制御の精度を高くすることができるだけでなく、制御装置での電力消費を少なくすることができる。

更に請求項２または３に記載された発明によれば、Ｈブリッジ回路の上流側に過電流保護手段を設けたので、ＰＴＴモータの負荷が過大になって過電流が流れた場合だけでなく、ＰＴＴモータへの配線が船外機のボディに短絡した場合や、ＰＴＴモータの内部で地絡事故が生じた場合に過電流を遮断できなくなる事態が生じるのを防ぐことができ、制御装置の構成部品が故障したりＰＴＴモータが故障したりするのを防ぐことができる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は船外機を備えた船舶の構成例を概略的に示している。図１において１は操舵用のステアリングホイール１ａ、スロットルレバー１ｂ、運転席１ｃなどを有する船体、２は船外機である。

船外機２は、エンジン２ａと該エンジンにより駆動されるプロペラ２ｂとを備えた船外機本体２ｃと、船外機本体の前部の左右に設けられたブラケット２ｄとを備えていて、ブラケット２ｄを介して船体１のトランザム（船尾）に取付けられている。左右のブラケット２ｄの間には、モータや流体圧シリンダを駆動源として、ブラケット２に設けられた回動軸２ｅの回りに船外機本体２ｃを回動させるパワートリムユニットが設けられている。

図２は本発明に係わる制御装置の構成例を示したブロック図である。同図において、２は船外機を示し、３は船体の船外機から離れた箇所（運転席の近傍）に取り付けられたリモートコントロールユニット（リモコンユニット）を示している。

船外機２には、パワートリムモータ（ＰＴＴモータ）４を動力源として船外機本体の船体に対する傾斜角を調節するトリム機構及び船外機本体の船体に対する傾斜角を検出するトリム角センサ５を有するパワートリムユニット（ＰＴＴユニット）６と、パワートリムユニット６を制御するコントローラ（ＰＴＴコントローラ）７とが設けられている。パワートリムユニット（ＰＴＴユニット）６は、前述のように、船外機を船体の船尾に取り付ける左右のブラケット２ｄの間に設けられ、ＰＴＴコントローラ７は、船外機２のカバー内に設けられている。

ＰＴＴコントローラ７内には、マイクロプロセッサ８と、傾斜角センサ９と、バッテリ１０からＰＴＴモータ４に供給する駆動電流の極性を切り替えるＨブリッジ回路１１と、バッテリ１０とＨブリッジ回路１１との間に挿入されたハイサイドスイッチ１２と、マイクロプロセッサ８から与えられる指令に応じてＨブリッジ回路１１の半導体スイッチ素子に駆動信号を供給するドライブ回路１３とが設けられている。

またリモコンユニット３には、動作モードを自動制御モードとするか、マニュアルモードとするかを選択するために運転者により操作されるモードスイッチ１４と、マニュアルモードが選択されているときに船外機をトリムアップ方向及びトリムダウン方向にそれぞれ動かすために運転者により操作されるＰＴＴスイッチ１５と、現在のトリム角、動作モード、異常の有無等を表示する表示器１６とが設けられている。

上記トリム角センサ５は、船外機のトリム角θtを検出するセンサであり、傾斜角センサ９は、船外機の鉛直方向に対する傾斜角θoを検出するセンサである。本明細書においては、船外機２のプロペラ２ｂの中心軸線を含む平面のうち、船体１が静止水面に浮いて静止しているときに鉛直方向に沿う状態になる一つの平面を基準平面とし、この基準平面上で船体１の喫水線に沿う方向（図１の直線Ｌに沿う方向）を船舶の長手方向とする。また船外機が設定された最小トリム位置にあるとき（トリム角が零のとき）に基準平面上で船舶の長手方向に対して一定の取付角度θIをなして船外機３に沿う一つの直線を船外機の基準軸線Ｏ−Ｏとし，基準平面上で船外機の基準軸線が鉛直方向に対してなす角を船外機の傾斜角θoとする。また船外機の基準軸線が基準平面上で船舶の長手方向に対してなす角度から取付角度θIを減じた角度を船外機のトリム角θtとする。

ＰＴＴモータ４は、パワートリムユニットの駆動源を構成する電動機で、船外機のトリム角を調整するトリム機構に油圧機構が用いられる場合には、油圧機構に圧力油を供給する油圧ポンプがＰＴＴモータ４により駆動される。またＰＴＴモータ４の回転を減速機構を介して船外機に伝達することにより船外機のトリム角を調整するようにトリム機構が構成される場合もある。

図３は、本発明に係わるパワートリムユニット用制御装置のハードウェアの回路構成例を示している。図３において、図２に示した各部と同一の部分には同一の符号が付されている。図３に示した例では、バッテリ１０が、そのマイナス出力端子を船外機のボディに接地した状態で設けられている。バッテリ１０の出力電圧はヒューズ２１と、船外機を動作させる際にオン状態にされるイグニッションスイッチ２２と、アノードをイグニッションスイッチ側に向けたダイオード２３とを通して電源回路２４に入力されている。電源回路２４は、バッテリ１０の出力電圧をマイクロプロセッサ８を駆動するのに適した一定の電圧に変換する回路で、電源回路２４の出力電圧Ｖccがマイクロプロセッサ８の電源端子に印加されている。マイクロプロセッサ８は、電源電圧が与えられたときに起動して各部をリセットする。

ＰＴＴスイッチ１５は、ヒューズ２１を通してバッテリ１０のプラス側出力端子に接続された可動接点１５ａと、可動接点１５ａが選択的に接触する固定接点１５ｂ，１５ｃとを有する切換スイッチからなっている。ＰＴＴスイッチ１５は、トリムアップボタンとトリムダウンボタンとを備えていて、操船者がトリムアップボタン及びトリムダウンボタンを押したときにそれぞれ可動接点１５ａが固定接点１５ｂ及び１５ｃに接触させられるようになっている。ＰＴＴスイッチの固定接点１５ｂ及び１５ｃはそれぞれアノードをこれらの固定接点側に向けたダイオード２５及び２６を通して電源回路２４の入力端子に接続され、ＰＴＴスイッチが操作されたときにもバッテリ１０から電源回路２４を通してマイクロプロセッサ８に電源電圧が与えられるようになっている。

マイクロプロセッサ８は、起動した後、何らかの処理を行うときに、その処理の途中で電源が落とされるのを防ぐために、その処理が終了するまでの間ポートＡから電源保持指令を発生する。マイクロプロセッサのポートＡには、エミッタが接地されたＮＰＮトランジスタ２７のベースが抵抗器２８を通して接続され、トランジスタ２７のコレクタにダイオード２９を通してＰＮＰトランジスタ３０のベースが接続されている。トランジスタ３０のエミッタはヒューズ２１を通してバッテリ１０のプラス側出力端子に接続され、トランジスタ３０のコレクタはダイオード３１を通して電源回路２４の入力端子に接続されている。マイクロプロセッサがポートＡから電源保持指令を発生すると、トランジスタ２７及び３０がオン状態になり、バッテリ１０からトランジスタ３０とダイオード３１とを通して電源回路２４に電圧が与えられる。この状態では、イグニッションスイッチ２２がオフ状態にされてもマイクロプロセッサ８に電源電圧が与えられた状態が保持される。本実施形態では、抵抗器２８とトランジスタ２７及び３０とダイオード３１とによりマイクロプロセッサの電源を保持する電源保持回路が構成されている。

マイクロプロセッサ８は指令信号や検出信号が入力されるポートＢ〜Ｆを有している。ポートＢ及びＣには、ＰＴＴスイッチ１５の可動接点１５ａが固定接点１５ｂ及び１５ｃに接触したときにそれぞれ発生するトリムアップ指令及びトリムダウン指令がインターフェース（Ｉ／Ｆ）回路３２及び３３を通して入力されている。

トリム角センサ５は、船外機の回動変位が回転軸に伝達されるように設けられたポテンショメータからなっていて、該ポテンショメータの両端に電源回路２４の出力電圧Ｖccが印加され、このポテンショメータの可動接触子を通してトリム角に比例した電圧値を有するトリム角検出信号Ｓtが出力される。トリム角検出信号Ｓtはインターフェース回路３４を通してマイクロプロセッサのポートＤに入力されている。

またモードスイッチ１４の一端が接地電位部に接続され、モードスイッチ１４が閉じられた際に該モードスイッチの他端の電位が接地電位に落とされることにより発生する自動モード切替指令が、インターフェース回路３５を通してマイクロプロセッサのポートＥに入力されている。

傾斜角センサ９は、加速度センサからなっていて、その出力はインターフェース回路３６を通してマイクロプロセッサのポートＦに入力されている。傾斜角センサを構成する加速度センサは、例えば船外機の基準軸線Ｏ−Ｏの方向に働く加速度Ｇｙと、前記基準平面上で基準軸線と直交する方向に働く加速度Ｇxとを検出する２軸加速度センサからなっている。この場合、マイクロプロセッサは、加速度ＧxとＧyとの比Ｇx／Ｇyのアークタンジェント値tan^−１ （Ｇx／Ｇy）から加速度Ｇyと重力の加速度との間の角度を演算することにより、船外機の傾斜角θoを演算する。

Ｈブリッジ回路１１は、駆動信号が与えられているときにオン状態になる上側半導体スイッチＱｕ，Ｑｖ及び下側半導体スイッチＱｘ，Ｑｙによりそれぞれブリッジの上辺及び下辺が構成された周知のスイッチ回路で、上側半導体スイッチＱｕ，Ｑｖの共通接続点から引き出されたプラス側入力端子ａと下側半導体スイッチＱｘ，Ｑｙの共通接続点から引き出されたマイナス側入力端子ｂとの間に直流電源（バッテリ１０）から直流電圧が印加され、上側半導体スイッチＱｕ，Ｑｖと下側半導体スイッチＱｘ，Ｑｙとのそれぞれの接続点から引き出された出力端子ｃ及びｄがＰＴＴモータ４の入力端子に接続されている。本実施形態では、上側半導体スイッチＱｕ，Ｑｖ及び下側半導体スイッチＱｘ，ＱｙがＭＯＳＦＥＴからなっていて、上側半導体スイッチＱｕ，Ｑｖを構成するＭＯＳＦＥＴのドレインが入力端子ａに接続されている。また下側半導体スイッチＱｘ，Ｑｙを構成するＭＯＳＦＥＴのソースが入力端子ｂに接続され、上側半導体スイッチＱｕ，Ｑｖを構成するＭＯＳＦＥＴのソースと下側半導体スイッチＱｘ，Ｑｙを構成するＭＯＳＦＥＴのドレインとがそれぞれ出力端子ｃ，ｄに接続されている。

Ｈブリッジ回路１１の半導体スイッチＱｕ，Ｑｖ，Ｑｘ及びＱｙには、マイクロプロセッサ８からドライブ回路１３を通して駆動信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｘ及びＳｙが与えられる。各半導体スイッチは駆動信号が与えられている間オン状態になってバッテリ１０からＰＴＴモータに駆動電流を流す。

本実施形態においては、Ｈブリッジ回路１１の上側半導体スイッチＱｕ，Ｑｖの共通接続点（プラス側入力端子）とバッテリ（直流電源）との間にハイサイドスイッチ１２が挿入されている。

ハイサイドスイッチ１２は、その制御端子１２ａに駆動信号Ｓｄが与えられている間オン状態を保持し、駆動信号Ｓｄが除去されたときにオフ状態になるスイッチ機能と、自らを通して流れる電流を監視して、監視している電流が過大になったときに検出信号出力端子１２ｂから過電流検出信号Ｓｉを出力する診断機能と、監視している電流が過大になったときに自ら遮断状態になって過電流を遮断する保護機能とを有するスイッチである。このハイサイドスイッチとしては市販されているものを用いることができる。本実施形態では、このハイサイドスイッチにより、バッテリ１０からＨブリッジ回路１１を通して過電流が流れたときに該過電流を遮断する過電流保護手段が構成されている。

本実施形態では、ＰＴＴモータ４を駆動する際にＨブリッジ回路１１のブリッジの対角位置にある１対のスイッチをオン状態にしてバッテリ１０からＰＴＴモータ４に所定の極性の駆動電流を流す。またオン状態にされる１対のスイッチのうちの少なくとも一方に与える駆動信号をＰＷＭ変調することにより、該少なくとも一方のスイッチを所定のデューティ比で断続させて、ＰＴＴモータに供給する駆動電流ＰＷＭ制御する。

例えばＰＴＴモータ４をトリムアップ方向に回転させる際にＨブリッジ回路１１の上側スイッチＱｖと下側スイッチＱｘとをオン状態にする。またトリム角とその目標値との偏差が大きいときにＰＴＴモータに大きな駆動電流を流し、トリム角とその目標値との偏差が小さくなっていくに従って、ＰＴＴモータに供給する駆動電流の平均値を小さくしていくように下側スイッチＱｘをオンオフさせて、駆動電流をＰＷＭ制御する。ＰＴＴモータをトリムダウン方向に回転させる際には、Ｈブリッジ回路１１の上側スイッチＱｕと下側スイッチＱｙとをオン状態にし、上側スイッチＱｕ及び下側スイッチＱｙのうちの一方、例えば下側スイッチＱｙをオンオフさせて駆動電流をＰＷＭ制御する。

マイクロプロセッサ８は、トリム角を目標値に収束させるために必要な駆動電流をＰＴＴモータに流すためにオン状態にする必要があるスイッチに駆動信号を与えることを指令するスイッチ駆動指令とＰＷＭ信号とをドライブ回路１３に与える。ドライブ回路１３は、Ｈブリッジ回路１１にスイッチＱｕ，Ｑｖ，Ｑｘ，Ｑｙのうち、マイクロプロセッサから与えられるスイッチ駆動指令によりオン状態にすべきことを指令されたスイッチに駆動信号を与えるとともに、駆動電流をＰＷＭ制御するためにオンオフさせるスイッチ（例えば下側スイッチ）に与える駆動信号をＰＷＭ信号に応じて断続させる。

マイクロプロセッサ８は、所定のプログラムを実行することにより、トリム角を制御するために必要な各種の機能を果たす手段を構成する。図４は、マイクロプロセッサ８により構成される手段を含む制御装置の構成を示したもので、同図において４１は傾斜角センサ９が検出した船外機の鉛直方向に対する傾斜角θoとトリム角センサ５により検出された現在のトリム角θtとに基づいてトリム角の目標値θtoを演算するトリム角目標値演算部、４２はトリム角θtの目標値θtoと、トリム角センサ５により検出されるトリム角θtとの偏差に応じてバッテリ１０からＨブリッジ回路１１を通してＰＴＴモータ４に与えられる駆動電流をＰＷＭ制御するようにＨブリッジ回路１１の半導体スイッチへの駆動信号の供給を制御してトリム角θtを目標値θtoに収束させる制御を行うトリム角自動制御手段であり、４３は、ＰＴＴスイッチ１５からトリムアップ指令及びトリムダウン指令がそれぞれ与えられたときに船外機をトリムアップさせる方向及びトリムダウンさせる方向にＰＴＴモータを回転駆動するようにＨブリッジ回路１１の所定の半導体スイッチに駆動信号を与えるマニュアル操作時モータ駆動手段である。また４４はバッテリ１０からＨブリッジ回路を通して過電流が流れたときに該過電流を遮断する過電流保護手段、本実施形態ではこの過電流保護手段がハイサイドスイッチ１２からなっている。更に４５はマイクロプロセッサの起動時に、過電流保護手段４４を構成するハイサイドスイッチ１２に駆動信号を与えてハイサイドスイッチ１２をオン状態にするハイサイドスイッチ駆動手段、４６はハイサイドスイッチ１２が過電流検出信号Ｓiを出力したときに表示器１６にＰＴＴモータの駆動回路で異常が生じたこと（過電流が流れたこと）の表示動作を行わせる表示器駆動手段である。

トリム角自動制御手段４２は、制御の目的に応じて適宜の構成をとり得るが、本実施形態のトリム角自動制御手段４２は、船体１のピッチ角θp（前記基準平面上で船体の長手方向が水平面に対してなす角）を目標値に一致させるようにトリム角θtを制御する目標ピッチ角追従制御を行う。そのため、トリム角目標値演算部４１は、先ず船外機２の船体１に対する取付角度θIと、トリム角センサ５により検出された船外機のトリム角θtと、傾斜角センサ９により検出された傾斜角θoとから船体の現在のピッチ角θpを演算し、このピッチ角θpと、あらかじめ設定されたピッチ角の目標値θpoとの偏差に応じて、ピッチ角θpを目標値θpoに一致させるために必要なトリム角の目標値θtoを演算する。トリム角自動制御手段４２は、トリム角センサ５により検出されたトリム角θtと、演算されたトリム角の目標値θtoとの偏差をゼロにする方向にＰＴＴモータ４を回転させるために必要な駆動電流をＰＴＴモータに与えるように、Ｈブリッジ回路１１のスイッチを制御してＰＴＴモータ４に所定の極性の電流を流す。

なお、トリム角の自動制御は、上記の例に限られるものではなく、例えば、船外機のプロペラの軸線方向を、推進力が最も効率よく働く方向（例えば水平方向）に向けるために必要なトリム角をトリム角の目標値として、トリム角センサにより検出されるトリム角を目標値に収束させるように制御する場合もある。この場合、トリム角目標値演算部４１は、現在のトリム角と船外機の傾斜角θoとから、船外機のプロペラの軸線方向を、推進力が最も効率よく働く方向（例えば水平方向）に向けるために必要なトリム角をトリム角の目標値として演算し、トリム角自動制御手段４２は、トリム角の目標値とトリム角センサにより検出されるトリム角との偏差に応じてバッテリ１０から過電流保護手段４４とＨブリッジ回路１１とを通してＰＴＴモータに与えられる駆動電流をＰＷＭ制御するようにＨブリッジ回路１１の半導体スイッチへの駆動信号の供給を制御してトリム角を目標値に収束させる制御を行う。

マニュアル操作時モータ駆動手段４３は、マニュアルモードが選択されていて、ＰＴＴスイッチ１５がトリムアップ指令及びトリムダウン指令を発生したときにそれぞれＰＴＴモータをトリムアップ方向及びトリムダウン方向に回転させるべく、Ｈブリッジ回路１１の所定の半導体スイッチに駆動信号を与える。この駆動信号も、マイクロプロセッサ８からドライブ回路１３を通して与えられる。

図４に示した制御装置を構成するためにマイクロプロセッサに実行させる処理のアルゴリズムを示すフローチャートを図６ないし図８に示した。図６に示した処理はハイサイドスイッチ１２が過電流を検出したときに実行される処理で、この処理においては、過電流検出フラグがセットされる。

図７に示した処理は、一定の時間間隔で起動するＰＴＴ異常警告処理で、この処理においては、ステップＳ０１において、ＰＴＴ駆動回路に異常があるか否かを判定し、異常がある場合には、表示器１６に設けられているＬＥＤやＬＣＤ等にＰＴＴ異常警告表示動作を行わせる。ステップＳ０１でＰＴＴモータの駆動回路に異常がないと判定された場合には、何もしないでこの処理を終了する。ＰＴＴ駆動回路の異常状態とは、例えばＨブリッジ回路を通して過電流が流れた状態、トリム角センサ５が異常な状態、回路の断線などであるが、本実施形態では、図６の処理により過電流検出フラグがセットされているときに、ステップＳ０１においてそのフラグの状態からＰＴＴ駆動回路に過電流が流れる異常が生じていると判定している。

図８の処理も一定の時間間隔で実行される処理で、この処理が開始されると、ステップＳ１０１でＰＴＴ駆動回路に異常があるか否か（本実施形態では、過電流検出フラグがセットされているか否か）を判定し、異常がある場合にはステップＳ１０９でＰＴＴモータの駆動を停止してからこの処理を終了する。ステップＳ１０１でＰＴＴ駆動回路に異常がないと判定されたときには、ステップＳ１０２において制御モードがエンジン始動モードであるか否かを判定する。その結果、エンジン始動モードであると判定されたときには、ステップＳ１０９でＰＴＴモータの駆動を停止してからこの処理を終了する。

図８の処理のステップＳ１０２でエンジン始動モードではないと判定されたときには、ステップＳ１０３においてＰＴＴモータの制御モードが自動モードであるか否かを判定する。その結果、自動モードであると判定されたときにはステップＳ１０４に進んで前述したトリム角自動制御を実行させてこの処理を終了する。

ステップＳ１０３でＰＴＴモータの制御モードが自動モードでないと判定されたときには、ステップＳ１０５に進んでＰＴＴスイッチ１５のトリムアップボタンが押されているか否かを判定する。その結果、トリムアップボタンが押されていると判定されたときには、ステップＳ１０６に進んで船外機をトリムアップさせる（トリム角を増大させる）方向にＰＴＴモータ４を回転させるためにオン状態にする必要がある半導体スイッチＱｖ及びＱｘに駆動信号を与えてこれらのスイッチをオン状態にすることにより、船外機をトリムアップさせる方向にＰＴＴモータを駆動した状態としてこの処理を終了する。

ステップＳ１０５でトリムアップボタンが押されていないと判定されたときには、ステップＳ１０７に進んでトリムダウンボタンが押されているか否かを判定する。その結果、トリムダウンボタンが押されていると判定されたときには、ステップＳ１０８に進んで船外機をトリムダウンさせる（トリム角を小さくする）方向にＰＴＴモータ４を回転させるためにオン状態にする必要がある半導体スイッチＱｕ及びＱｙに駆動信号を与える。これによりスイッチＱｕ及びＱｙをオン状態にし、船外機をトリムダウンさせる方向にＰＴＴモータを駆動した状態としてこの処理を終了する。ステップＳ１０７でトリムダウンボタンが押されていないと判定されたときには、ステップＳ１０９でＰＴＴモータを停止させた後、この処理を終了する。

図７の処理により表示器駆動手段４６が構成され、図８のステップＳ１０４によりトリム角自動制御手段４２が構成される。また図８のステップＳ１０５ないしＳ１０８により、マニュアル操作時モータ駆動手段４３が構成される。

上記の実施形態では、過電流保護手段４４を構成するハイサイドスイッチ１２をＨブリッジ回路１１の上側半導体スイッチの共通接続点ａとバッテリ１０のプラス側出力端子との間に挿入したが、図５に示したように、Ｈブリッジ回路１１の上側半導体スイッチとして、駆動信号が与えられたときにオン状態にされるハイサイドスイッチＨＳｕ及びＨＳｖを用い、ドライブ回路るようにしてもよい。この場合、ハイサイドスイッチＨＳｕ及びＨＳｖにはドライブ回路１３から駆動信号Ｓｕ及びＳｖが与えられて、これらのハイサイドスイッチが図３に示したスイッチＱｕ及びＱｖと同じようにオンオフ制御される。またハイサイドスイッチＨＳｕ及びＨＳｖが出力する過電流検出信号Ｓiu及びＳivがマイクロプロセッサ８に入力されている。この例では、ハイサイドスイッチＨＳｕ及びＨＳｖにより過電流保護手段が構成されている。図５に示した制御装置のその他の構成は図３に示した例と同様である。

上記の各実施形態のように、半導体スイッチにより構成されたＨブリッジ回路１１を用いてＰＴＴモータ４の回転方向を切換えるようにすると、消耗する接点がないため、制御装置の耐久性を向上させることができる。

また上記の各実施形態のように、トリム角の目標値とトリム角センサにより検出されるトリム角との偏差に応じて直流電源からＨブリッジ回路を通してＰＴＴモータに与える駆動電流をＰＷＭ制御することにより、トリム角を目標値に収束させる制御を行なわせると、トリム角の微調整を行うことができるため、トリム角が目標値に近づいた際にオーバシュート及びアンダーシュートが発生するのを防いで、トリム角を短時間で目標値に収束させることができ、ＰＴＴユニットでの消費電力を少なくして、電源（通常はバッテリ）にかかる負担を少なくすることができる。

更に、上記の各実施形態のように、バッテリ１０からＨブリッジ回路を通して過電流が流れたときに該過電流を遮断する過電流保護手段を設けておくと、過電流によりＨブリッジ回路の構成部品が故障したり、ＰＴＴモータのコイルが故障したりするのを防ぐことができる。

また上記の各実施形態のように、過電流保護手段として診断機能と保護機能とを有するハイサイドスイッチを用いると、電流検出回路が不要になるだけでなく、過電流が流れた際にスイッチ素子をオフ状態にする制御手段が不要になるため、制御装置の構成を簡単にすることができる。またハイサイドスイッチから過電流情報を得ることができるため、異常が生じたことの表示を行なわせたり、Ｈブリッジ回路のスイッチ素子への駆動信号の供給を停止してＰＴＴ装置の駆動を禁止したりすることを容易にすることができる。

上記の実施形態でも示したように、一般に電源を構成するバッテリ１０は、そのマイナス側出力端子が船外機ボディ（船外機本体及びエンジンブロック）に接続された状態で設けられるため、Ｈブリッジ回路１１の下流側（下側半導体スイッチの共通接続点と直流電源との間）に過電流保護手段を挿入した場合には、ＰＴＴモータ４への配線が船外機ボディに短絡した際に過電流保護手段を経由しない電流通路が形成され、短絡電流を遮断できない事態が生じる。これに対し、上記の各実施形態のように、Ｈブリッジ回路１１の上流側（ハイサイド）に過電流保護手段を設けると、ＰＴＴモータ４と船外機ボディとの間で短絡事故が生じた際に短絡電流を遮断できない状態が生じるのを防ぐことができ、安全性を向上させることができる。

図５に示した実施形態のように、Ｈブリッジ回路１１の各上側半導体スイッチとして、駆動信号が与えられたときにオン状態にされるハイサイドスイッチを用いた場合には、Ｈブリッジ回路１１の上側半導体スイッチ自体に過電流保護機能を持たせることができるため、パワー素子の数を減らして回路構成の簡素化を図るとともにヒートシンクの小形化を図り、さらには基板上の部品専有面積を減らして、制御装置の小型化を図ることができる。また部品点数が減ることにより組立の工数を削減して製造コストの低減を図ることができる。

更に図５に示した実施形態のように、Ｈブリッジ回路１１の各上側半導体スイッチとしてハイサイドスイッチを用いた場合には、ＰＴＴモータの正転時に流れた過電流と逆転時に流れた過電流とを区別して検出することができるため、トリム角を変化させる機構の異常によりＰＴＴモータにかかる負荷が過大になって過電流が流れた際に、ＰＴＴモータがトリムアップ方向に回転している過程で異常が生じたのか、トリムダウン方向に回転している過程で異常が生じたのかを識別して、異常箇所の推定を可能にすることができる。

また上記の各実施形態のように、ＰＴＴスイッチ１５が操作されたときにもマイクロプロセッサ８が起動するようにしておいて、トリム角自動制御手段及びマニュアル操作時モータ駆動手段を該マイクロプロセッサを用いて構成するようにすると、わざわざキーを持ってきてイグニッションスイッチをオン状態にしなくてもマイクロプロセッサを起動させて、船外機のトリムアップ及びトリムダウンを行わせることができるため、保守点検作業を容易にすることができる。

上記の実施形態では、マニュアル操作されてトリムアップ指令及びトリムダウン指令を発生するＰＴＴスイッチと、トリムアップ指令及びトリムダウン指令がそれぞれ与えられたときに船外機をトリムアップさせる方向及びトリムダウンさせる方向にＰＴＴモータを回転駆動するようにＨブリッジ回路の所定の半導体スイッチに駆動信号を与えるマニュアル操作時モータ駆動手段とを設けたが、これらの手段は省略することもできる。

船外機を備えた船舶の構成例を一部断面して概略的に示した側面図である。 本発明の一実施形態に係わる制御装置の全体的な構成を示したブロックズである。 本発明の一実施形態に係わる制御装置のハードウェアの構成例を示した回路図である。 本発明の一実施形態に係わる制御装置の、マイクロプロセッサにより構成される機能実現手段を含む構成を示したブロック図である。 本発明の他の実施形態に係わる制御装置のハードウェアの構成例を示した回路図である。 本発明の実施形態において過電流が検出されたときにマイクロプロセッサが実行する処理のアルゴリズムを示したフローチャートである。 本発明の実施形態において一定の時間間隔でマイクロプロセッサが実行する処理のアルゴリズムを示したフローチャートである。 本発明の実施形態において一定の時間間隔でマイクロプロセッサが実行する他の処理のアルゴリズムを示したフローチャートである。

符号の説明

１ 船体
２ 船外機
４ ＰＴＴモータ
５ トリム角センサ
６ パワートリムユニット
８ マイクロプロセッサ
９ 傾斜角センサ
１１ Ｈブリッジ回路
１２ ハイサイドスイッチ
４２ トリム角自動制御手段
４３ マニュアル操作時モータ駆動手段

Claims (5)

1. ＰＴＴモータを駆動源として船外機のトリム角を変化させる船外機用パワートリムユニットを制御する制御装置であって、
   駆動信号が与えられているときにオン状態になる上側半導体スイッチ及び下側半導体スイッチによりそれぞれブリッジの上辺及び下辺が構成されて、前記上側半導体スイッチの共通接続点と前記下側半導体スイッチの共通接続点との間に直流電源から直流電圧が印加され、各上側半導体スイッチと下側半導体スイッチとの接続点が前記ＰＴＴモータの入力端子に接続されるＨブリッジ回路と、
   前記船外機を動作させる際にオン状態にされるイグニッションスイッチと、
   前記船外機のトリム角を検出するトリム角センサと、
   運転状態に応じて設定される前記トリム角の目標値と前記トリム角センサにより検出されるトリム角との偏差に応じて前記直流電源から前記Ｈブリッジ回路を通して前記ＰＴＴモータに与えられる駆動電流をＰＷＭ制御するように前記Ｈブリッジ回路の半導体スイッチへの駆動信号の供給を制御して前記トリム角を前記目標値に収束させる制御を行うトリム角自動制御手段と、
   前記直流電源から前記Ｈブリッジ回路を通して過電流が流れたときに該過電流を遮断する過電流保護手段と、
   を具備してなる船外機用パワートリムユニットの制御装置。
2. 前記イグニッションスイッチがオン状態にされたとき及び前記ＰＴＴスイッチが操作されたときに起動するマイクロプロセッサが設けられて、該マイクロプロセッサに前記トリム角センサにより検出されたトリム角の情報が与えられ、
   前記トリム角自動制御手段及びマニュアル操作時モータ駆動手段が前記マイクロプロセッサを用いて構成される請求項１に記載の船外機用パワートリムユニットの制御装置。
3. 前記過電流保護手段は、前記Ｈブリッジ回路の上側半導体スイッチの共通接続点と前記直流電源との間に挿入されて前記ＰＴＴモータを駆動する際に駆動信号が与えられてオン状態にされるハイサイドスイッチからなり、
   前記ハイサイドスイッチは、自らを通して流れる電流を監視して、監視している電流が過大になったときに前記マイクロプロセッサに過電流情報を与える診断機能と、監視している電流が過大になったときに自ら遮断状態になって過電流を遮断する保護機能とを有するスイッチである請求項１または２に記載の船外機用パワートリムユニットの制御装置。
4. 前記Ｈブリッジ回路の各上側半導体スイッチとして、駆動信号が与えられたときにオン状態にされるハイサイドスイッチが用いられ、
   前記ハイサイドスイッチは、自らを通して流れる電流を監視して監視している電流が過大になったときに前記マイクロプロセッサに過電流情報を与える診断機能と、監視している電流が過大になったときに自ら遮断状態になって過電流を遮断する保護機能とを有するスイッチである請求項１または２に記載の船外機用パワートリムユニットの制御装置。
5. マニュアル操作されてトリムアップ指令及びトリムダウン指令を発生するＰＴＴスイッチと、前記トリムアップ指令及びトリムダウン指令がそれぞれ与えられたときに前記船外機をトリムアップさせる方向及びトリムダウンさせる方向に前記ＰＴＴモータを回転駆動するように前記Ｈブリッジ回路の所定の半導体スイッチに駆動信号を与えるマニュアル操作時モータ駆動手段とが更に設けられている請求項１，２，３または４に記載の船外機用パワートリムユニットの制御装置。

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