JP2011063064A - 推進ユニット用旋回装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異常が生じた状況に応じた推進ユニットの適切な旋回動作を迅速に行うことができ、推進ユニット用旋回装置の破損を招いてしまうことを抑制する。
【解決手段】旋回アクチュエータ１１ａ〜１１ｄは、旋回ギア１０４に噛み合うピニオンが設けられた減速機と減速機を回転駆動する電動モータとを有し、推進ユニットを旋回させる。制御部１２は、電動モータの回転を制御する。旋回コントローラ１３は、電動モータの回転指令信号を制御部１２に出力し、推進ユニットの旋回方向の回転位置及び回転速度を制御する。また、旋回コントローラ１３は、旋回アクチュエータ１１ａ〜１１ｄ及び制御部１２の異常を検知する異常検知部２３〜２５を有し、異常が検知されたときは、旋回アクチュエータ１１ａ〜１１ｄの運転負荷を制限するよう制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、プロペラの回転により船舶を推進させるとともにプロペラ軸と垂直な旋回軸線を中心として船舶において回転自在に支持された推進ユニットを、旋回軸線を中心に旋回させる推進ユニット用旋回装置に関する。

従来、アジマススラスターやポッド等と称され、プロペラの回転により船舶を推進させるとともにプロペラ軸と垂直な旋回軸線を中心として船舶において回転自在に支持された推進ユニットが知られている。そして、この推進ユニットが設けられる船舶においては、特許文献１に開示されているように、旋回軸線を中心に推進ユニットを旋回させる推進ユニット用旋回装置が設けられている。このように推進ユニット及び推進ユニット用旋回装置が設けられた船舶においては、推進ユニットのプロペラが回転することで船舶が推進され、推進ユニット用旋回装置によって推進ユニットが旋回することで船舶の操舵が行われる。

特許文献１に開示された推進ユニット用旋回装置においては、制御手段と、サーボアンプと、サーボモータと、旋回軸線を軸線方向として配置される旋回ギアである旋回輪とが備えられている。そして、制御手段から推進ユニットの旋回指令信号が出力され、その旋回指令信号に応じてサーボアンプから速度指令信号が出力されてサーボモータが駆動され、これにより、旋回輪とともに推進ユニットが旋回される。尚、特許文献１においては、サーボモータに、一定のトルクリミット値を超える過大なトルクが作用したときにこのトルクの伝達を遮断するトルクリミッタの機能が備えられている点が開示されている。また、特許文献１においては、サーボモータ及びサーボアンプの組が２組以上設けられ、いずれかの組に支障が生じたときには、支障が生じた組のサーボアンプの電源をＯＦＦとし、支障が生じていない組のサーボモータ及びサーボアンプにて運転を行うことが開示されている。

特開２００９−５７００２号公報

特許文献１に開示された推進ユニット用旋回装置においては、サーボモータに過大なトルクが作用したときにはそのトルクの伝達が遮断される。しかしながら、過大なトルクが発生したサーボモータの破損がトルクの伝達の遮断によって一時的に回避されるだけであるため、過大なトルクが発生した状況に応じた運転状態で迅速に推進ユニット用旋回装置の運転を継続することができない。このため、異常が生じた状況に応じた推進ユニットの適切な旋回動作を迅速に行うことができない。そして、推進ユニット用旋回装置に対する負荷が過大な状態が続いたまま運転が継続されると、推進ユニット用旋回装置の破損を招いてしまう虞がある。

また、特許文献１に開示された推進ユニット用旋回装置においては、サーボモータ及びサーボアンプの組が複数設けられ、それらのうちのいずれかの組に支障が生じた場合には、支障が生じた組のサーボアンプの電源を遮断することで、支障が生じていない組のみにて運転が継続される。しかしながら、支障が生じた組の発見が遅れた場合には、支障が生じた組のサーボアンプの電源が遮断されず、いずれかの組に支障が生じた状態のまま運転
が継続されてしまうことになる。このため、異常が生じた状況に応じた推進ユニットの適切な旋回動作を迅速に行うことができず、推進ユニット用旋回装置の破損を招いてしまう虞がある。また、支障が生じている対象がサーボモータではなくサーボアンプのみである場合、サーボアンプの電源が遮断されることで、支障が生じていないサーボモータの運転も不能となる。このため、支障が生じていないサーボモータを有効に活用することができず、異常が生じた状況に応じた推進ユニットのより適切な旋回動作を行うことができないことになる。

本発明は、上記実情に鑑みることにより、異常が生じた状況に応じた推進ユニットの適切な旋回動作を迅速に行うことができ、推進ユニット用旋回装置の破損を招いてしまうことを抑制することができる、推進ユニット用旋回装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための第１発明に係る推進ユニット用旋回装置は、プロペラの回転により船舶を推進させるとともにプロペラ軸と垂直な旋回軸線を中心として船舶において回転自在に支持された推進ユニットを、前記旋回軸線を中心に旋回させる推進ユニット用旋回装置に関する。そして、第１発明に係る推進ユニット用旋回装置は、前記旋回軸線を中心位置として配置された旋回ギアの内周又は外周に形成された歯に噛み合うピニオンが設けられた減速機と当該減速機に連結されて当該減速機を回転駆動する電動モータとを有し、前記電動モータが回転することで前記推進ユニットを前記旋回軸線を中心に旋回させる旋回アクチュエータと、前記電動モータの回転を制御する制御部と、前記電動モータの回転指令信号を前記制御部に出力し、前記推進ユニットの旋回方向における回転位置及び回転速度を制御する旋回コントローラと、を備え、前記旋回コントローラは、前記旋回アクチュエータ及び前記制御部のうちの少なくともいずれかの異常を検知する異常検知部を有し、当該異常検知部が異常を検知したときは、前記旋回アクチュエータの運転負荷を制限するように、前記旋回アクチュエータ及び前記制御部を制御することを特徴とする。

この発明によると、旋回コントローラからの指令信号に基づいて作動する制御部により旋回アクチュエータにおける電動モータの回転が制御され、電動モータの回転が減速機を介してピニオンから出力される。そして、ピニオンと旋回ギアとの噛み合いを介して旋回コントローラの指令に基づく目標の回転速度で目標の回転位置まで推進ユニットが回転する。このように推進ユニットの旋回方向における回転位置及び回転速度が制御され、推進ユニットの所望の旋回動作が行われる。一方、旋回コントローラには異常検知部が設けられており、旋回アクチュエータ及び制御部の少なくともいずれかの異常が常時監視されており、異常が発生すると直ちに検知される。そして、異常検知部にて異常が検知されると、この検知結果に基づいて、旋回コントローラが、旋回アクチュエータの運転負荷を制限するように、旋回アクチュエータ及び制御部を制御する。このため、異常が発生すると迅速に検知されるとともに、この検知結果に基づく旋回コントローラからの指令によって、異常が生じた状況に対応して旋回アクチュエータの運転負荷が制限されることになる。また、異常発生状況に迅速に対応して運転負荷が制限されるため、推進ユニット用旋回装置の破損を招いてしまうことも抑制されることになる。

従って、本発明によると、異常が生じた状況に応じた推進ユニットの適切な旋回動作を迅速に行うことができ、推進ユニット用旋回装置の破損を招いてしまうことを抑制することができる、推進ユニット用旋回装置を提供することができる。

第２発明に係る推進ユニット用旋回装置は、第１発明の推進ユニット用旋回装置において、潮流の速度及び方向を検出する潮流センサと、前記推進ユニットの旋回方向の回転位置及び回転速度を検出する回転センサと、を更に備え、前記異常検知部は、前記潮流センサ及び前記回転センサでの検出結果に基づいて、前記ピニオンの回転速度が、所定の回転
速度閾値を超えたときに、前記旋回アクチュエータの運転状態の異常を検知し、前記旋回コントローラは、前記異常検知部が異常を検知したときは、前記電動モータの回転速度を制限することで前記旋回アクチュエータの運転負荷を制限するように、前記旋回アクチュエータ及び前記制御部を制御することを特徴とする。

この発明によると、潮流センサ及び回転センサでの検出結果に基づいて、旋回アクチュエータの減速機の出力側のピニオンの回転速度が所定の回転速度閾値を超えたときに、旋回アクチュエータの運転状態に異常が発生したことが異常検知部によって検知される。そして、電動モータの回転速度が制限されて旋回アクチュエータの運転負荷が制限される。このため、潮流の速度及び方向と推進ユニットの旋回方向の回転位置及び回転速度とに応じて、旋回アクチュエータのピニオンの回転速度が閾値を越えない適正な範囲に収まるように、旋回アクチュエータの運転負荷が制限されることになる。即ち、潮流の影響によって推進ユニットの回転位置や回転速度との関係で急激な旋回力が外力として推進ユニットに作用してしまい、旋回アクチュエータにおいて過負荷状態での異常な運転状態が継続されてしまうことが、抑制されることになる。これにより、旋回アクチュエータの破損を招いてしまうことを抑制することができる。とくに、潮流が早まるように変化するときにその早まる方向と逆行する方向に推進ユニットの旋回動作を高速で行ってしまって旋回アクチュエータの破損を招いてしまうような事態を抑制するために有効となる。尚、電動モータの回転速度を制限する方法としては、その回転速度を減少させる或いは回転を停止させる方法を選択することができる。

第３発明に係る推進ユニット用旋回装置は、第２発明の推進ユニット用旋回装置において、前記回転速度閾値は、潮流の速度及び方向と前記推進ユニットの旋回方向の回転位置及び回転速度との関係で予め定められる前記ピニオンの回転速度についての所定の回転速度値であることを特徴とする。

この発明によると、異常検知部は、潮流の速度及び方向と推進ユニットの旋回方向の回転位置及び回転速度との関係で予め定められる旋回アクチュエータのピニオンの回転速度についての所定の回転速度閾値に基づいて、異常を検知する。このため、潮流の影響によって推進ユニットの回転位置や回転速度との関係で急激な旋回力が外力として推進ユニットに作用して旋回アクチュエータの運転状態に異常が発生する場合をより正確に判断して抑制することができる。これにより、旋回アクチュエータの破損を招いてしまうことをより効率よく抑制することができる。

第４発明に係る推進ユニット用旋回装置は、第１発明の推進ユニット用旋回装置において、前記旋回ギアの歯と前記ピニオンとの間で作用する圧力又は当該圧力に比例して増減する物理量を検出する圧力検出部を更に備え、前記異常検知部は、前記圧力検出部で検出された検出結果に基づいて、前記圧力又は前記物理量が所定の圧力閾値を超えたときに、前記旋回アクチュエータの異常を検知することを特徴とする。

この発明によると、旋回ギアとピニオンとの間の圧力又はそれに比例した物理量が検出され、その検出結果に基づいて圧力閾値を超えたときに旋回アクチュエータの異常が検知される。このため、旋回ギアとピニオンとの間で過大な負荷が生じてしまった場合に、その異常の発生状況を迅速且つ適切に検知して旋回アクチュエータの運転負荷を制限することができる。これにより、旋回アクチュエータの破損を効率よく抑制することができる。

第５発明に係る推進ユニット用旋回装置は、第４発明の推進ユニット用旋回装置において、前記圧力閾値は、前記物理量であって前記電動モータに印加される電圧についての所定の電圧値であることを特徴とする。

この発明によると、圧力に比例して増減する物理量が、電動モータに印加される電圧として容易に検出される。そして、その検出された電圧が圧力閾値である所定の電圧値と比較されることで、旋回ギアとピニオンとの間で生じた過大な負荷を迅速且つ適切に検知することができる。

第６発明に係る推進ユニット用旋回装置は、第１発明の推進ユニット用旋回装置において、前記電動モータは誘導電動機として設けられ、前記制御部はインバータとして設けられるとともに複数備えられ、前記異常検知部は、前記制御部の異常を検知し、前記旋回アクチュエータは、複数備えられ、前記異常検知部が異常を検知していないときは、前記制御部のそれぞれに対して１つ又は複数ずつが対応して作動する状態で前記電動モータの回転が制御され、前記旋回コントローラは、前記異常検知部がいずれかの前記制御部の異常を検知したときは、異常が検知されていない前記制御部によって全ての前記電動モータの回転を制御させ、前記旋回アクチュエータの運転負荷を制限するように、前記旋回アクチュエータ及び前記制御部を制御することを特徴とする。

この発明によると、制御部であるインバータに異常が発生していない通常運転時においては、各インバータに対応する１つ又は複数の電動モータが各インバータによって制御されて、推進ユニットの旋回動作が行われる。一方、いずれかのインバータに異常が発生すると、その異常が異常検知部で速やかに検知され、異常が発生していないインバータによって全ての電動モータの回転が制御される。このため、異常が発生していないインバータの仕様の範囲で、全ての電動モータが負荷が制限された状態で駆動され、推進ユニットの旋回動作が行われることになる。これにより、異常が発生したインバータのみを切り離して、異常が発生していない電動モータを有効に活用でき、異常が生じた状況に応じた推進ユニットのより適切な旋回動作を行うことができる。また、全ての電動モータが負荷が制限された状態で運転が行われることになるため、各旋回アクチュエータにおける均等な負荷バランスを異常が発生していない状態のときと同様に維持することができる。このため、旋回アクチュエータ間で負荷バランスが崩れて特定の旋回アクチュエータに負荷が集中して破損を招いてしまうことを抑制することができる。

本発明によると、異常が生じた状況に応じた推進ユニットの適切な旋回動作を迅速に行うことができ、推進ユニット用旋回装置の破損を招いてしまうことを抑制することができる、推進ユニット用旋回装置を提供することができる。

船舶とその船舶に設けられる推進ユニット及び推進ユニット用旋回装置とについて示す模式図である。 本発明の一実施の形態に係る推進ユニット用旋回装置の一部と推進ユニットとを模式的に示す斜視図である。 図２に示す推進ユニット用旋回装置の制御構成を示すブロック図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。本発明の実施形態は、プロペラの回転により船舶を推進させるとともにプロペラ軸と垂直な旋回軸線を中心として船舶において回転自在に支持された推進ユニットを、旋回軸線を中心に旋回させる推進ユニット用旋回装置として、広く適用することができるものである。

図１は、本発明の一実施の形態に係る推進ユニット用旋回装置１（以下、単に「旋回装置１」ともいう）が設けられる船舶１００について外形線のみで模式的に示す模式図である。図１に示す船舶１００には、アジマススラスターやポッド等と称され、この船舶１０
０を推進させるための推進ユニット１０１が設けられている。また、図２は、旋回装置１の一部と推進ユニット１０１とを模式的に示す斜視図である。

図１及び図２に示す推進ユニット１０１は、船舶１００の後方の下部に配置されており、略水平に配置されるポッド本体１０１ａとこのポッド本体１０１ａに対して回転自在に支持されるプロペラ１０１ｂとを備えて構成されている。ポッド本体１０１ａは、船舶１００の後方下部において旋回筒１０３及びストラット１０２を介して下方に吊り下げられた状態で支持されている。尚、旋回筒１０３は、円形断面を有する筒状に形成されて船舶１００に対して回転自在に取り付けられている。この旋回筒１０３の上端側には、外周に歯１０４ａが形成された外歯歯車要素として構成された旋回ギア１０４が設けられている。旋回ギア１０４は、リング状に形成されており、旋回筒１０３と一体に回転するように構成されている。また、ストラット１０２は、翼状断面を有する筒状に形成され、上端側で旋回筒１０３に対して固定されるとともに下端側にポッド本体１０１ａが固定されている。これにより、推進ユニット１０１は、プロペラ１０１ｂのプロペラ軸１０１ｃと垂直な旋回軸線Ｐ（図１において一転鎖線で示す）を中心として船舶１００において旋回筒１０３及びストラット１０２を介して回転自在に支持されている。そして、後述する旋回装置１の作動によって、旋回軸線Ｐを中心とした推進ユニット１０１の旋回動作が行われる。

また、推進ユニット１０１は、プロペラ１０１ａが回転することにより船舶１００を前方に向かって推進させるように構成されている。プロペラ１０１ａのプロペラ軸１０１ｃは、インバータ１０７によって回転が制御される推進用の電動モータ１０８に対して複数組（例えば２組）のかさ歯車機構を介して連結されている。これにより、電動モータ１０８の回転軸方向が変換されてプロペラ軸１０１ｃに伝達され、プロペラ１０１ｂが回転駆動されて船舶１００の推進力が得られることになる。

尚、船舶１００には、操縦者の操作に基づいて船舶１００の航行状態の集中制御を行うメインコントローラ１０５が備えられている。このメインコントローラ１０５には、下位のコントローラとして推進コントローラ１０６が接続されており、更に推進コントローラ１０６に上記のインバータ１０７が接続されている。そして、メインコントローラ１０５から推進コントローラ１０６に対して船舶１００の推進速度指令が出力される。推進コントローラ１０６はこの推進速度指令に基づいて電動モータ１０８の回転指令信号をインバータ１０７に出力し、推進ユニット１０１におけるプロペラ１０１ｂの回転速度が制御される。尚、本実施形態では、ポッド本体１０１ａの外部に電動モータ１０８が配置されて、かさ歯車機構を介して回転がプロペラ軸１０１ｃに伝達されるものを例にとって説明したが、この通りでなくもよい。即ち、電動モータ１０８が、ポッド本体１０１ａ内に配置されて、プロペラ軸１０１ａと連結されていてもよい。

次に、本発明の一実施の形態に係る旋回装置１について説明する。図３は、旋回装置１の制御構成を示すブロック図である。図１乃至図３に示すように、旋回装置１は、複数の旋回アクチュエータ１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）、複数のインバータ１２（１２ａ、１２ｂ）、旋回コントローラ１３、潮流センサ１４、回転センサ１５、等を備えて構成されている。尚、図１の模式図では、便宜上、複数の旋回アクチュエータ１１と複数のインバータ１２とについて、それぞれ１つの要素で模式的に示している。

図１乃至図３に示す旋回アクチュエータ１１は、本実施形態の旋回装置１においては、４つ備えられている。そして、各旋回アクチュエータ１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）は、船舶１００に固定され、それぞれ減速機２１と電動モータ２２とを備えて構成されている。

減速機２１は、入力側が電動モータ２２の出力軸（図示せず）と連結され、出力側にピニオン２１ａが設けられている。そして、減速機２１のケーシング内には、図示しない複数の歯車要素が設けられており、電動モータ２２の回転を減速して伝達してピニオン２１ａから出力するように構成されている。また、各減速機２１のピニオン２１ａは、旋回軸線Ｐを中心位置として配置されて船舶１００に対して回転自在に支持された旋回ギア１０４の外周に形成された歯１０４ａとそれぞれ噛み合うように配置されている。また、各ピニオン２１ａは、旋回ギア１０４の外周に沿ってその周方向における均等角度位置に（本実施形態では９０°毎に）配置されている。

電動モータ２２は、誘導電動機として設けられており、上記のように、減速機２１に連結されて減速機２２を回転駆動するように構成されている。各電動モータ２２が回転することで各ピニオン２１ａが回転し、船舶１００に回転自在に支持されるとともにピニオン２１ａに噛み合う旋回ギア１０４が旋回軸線Ｐを中心として回転する。そして、旋回ギア１０４が設けられた旋回筒１０３及びストラット１０２とともに推進ユニット１０１が旋回軸線Ｐを中心に回転する。このように、旋回アクチュエータ１１は、電動モータ２２が回転することで推進ユニット１０１を旋回軸線Ｐを中心に旋回させるように構成されている。

図１及び図３に示すインバータ１２は、電動モータ２２の回転を制御する本実施形態の制御部を構成しており、本実施形態では２つ備えられている。各インバータ１２（１２ａ、１２ｂ）は、旋回コントローラ１３に対して通信可能にそれぞれ接続されるとともに、全ての電動モータ２２に対して供給電力を制御可能にそれぞれ接続されている。そして、各インバータ１２（１２ａ、１２ｂ）は、交流周波数等を変化させることで、旋回コントローラ１３からの指令信号に基づいて、所定の電動モータ２２の回転速度や回転位置を制御する。

図３に示す潮流センサ１４は、潮流の速度及び方向を検出するセンサ機構として設けられている。この潮流センサ１４は、例えば、海水速度ベクトル検出部と海底速度ベクトル検出部と潮流演算部とを備えて構成されている。海水速度ベクトル検出部は、船舶１００に対する海水の相対的な流れの速度ベクトルを検出する。海底速度ベクトル検出部は、例えば、船舶１００の船底から海底に向けて発射した音波が海底に反射して戻ってくるときに生じるドップラ周波数を計測することで、海底に対する船舶１００の速度ベクトルを検出する。潮流演算部は、これらの海水速度ベクトル検出部及び海底速度ベクトル検出部での検出結果に基づいて潮流の速度及び方向を演算して検出する。尚、潮流センサ１４としては、海底に対する船舶１００の速度ベクトルを検出する海底速度ベクトル検出部が用いられるものに限らず、ＧＰＳ（Global Positioning System）によって船舶１００の対地速度ベクトルを検出する対地速度ベクトル検出部が用いられるものであってもよい。

回転センサ１５は、推進ユニット１０１の旋回方向（旋回軸線Ｐを中心とした回転方向）の回転位置及び回転速度を検出するセンサ機構として設けられている。この回転センサ１５は、例えば、電動モータ２２に設けられたエンコーダと、旋回速度位置演算部と、を備えて構成されている。旋回速度位置演算部は、上記エンコーダで検出された電動モータ２２の回転角度、減速機２１における減速比、ピニオン２１ａと旋回ギア１０４との歯数比等に基づいて、推進ユニット１０１の旋回方向の回転位置及び回転速度を演算する。尚、回転センサ１５の旋回速度位置演算部や前述の潮流センサ１４の潮流演算部は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ等によって構成されている。

また、潮流センサ１４及び回転センサ１５は、操縦者が船舶１００の航行状態を監視するためのディスプレイである監視モニタ１０９に接続されている。そして、潮流センサ１４にて検出された潮流の速度及び方向と、回転センサ１５にて検出された推進ユニット１
０１の旋回方向の回転位置及び回転速度とについては、航行状態を示す他のデータとともに、監視モニタ１０９においてリアルタイムにて常時表示されている。

図１及び図３に示す旋回コントローラ１３は、図示しないＣＰＵ（Central Processing
Unit）やメモリ等を備えて構成されており、上位のコントローラであるメインコントローラ１０５及び各インバータ１２（１２ａ、１２ｂ）と通信可能に接続されている。また、旋回コントローラ１３は、監視モニタ１０９、潮流センサ１４及び回転センサ１５とも接続されており、監視モニタ１０９に表示するデータを出力するとともに、潮流センサ１４及び回転センサ１５で検出された検出信号を受信可能に構成されている。尚、旋回コントローラ１３におけるメモリには、推進ユニット１０１の旋回動作の制御や旋回アクチュエータ１１の運転負荷制限の制御を行う旋回コントローラ１３としての処理を行うためのプログラムが記憶されており、ＣＰＵにより読み出されて実行される。

メインコントローラ１０５から旋回コントローラ１３に対しては、操縦者の操作に基づいてメインコントローラ１０５にて決定される船舶１００の旋回方向や旋回速度を規定する旋回指令信号が発信される。そして、旋回コントローラ１３は、メインコントローラ１０５からのこの旋回指令信号に基づいて、各電動モータ２２における回転速度と回転を停止する回転角度位置とについての回転指令信号を各インバータ１２（１２ａ、１２ｂ）に出力する。これにより、旋回コントローラ１３は、インバータ１２（１２ａ、１２ｂ）、旋回アクチュエータ１１（１１ａ〜１１ｄ）、旋回ギア１０４を介して、推進ユニット１０１の旋回方向における回転位置及び回転速度を制御するように構成されている。

また、旋回コントローラ１３には、メモリに記憶されたプログラムがＣＰＵによって読み出されて実行されることにより構築される第１異常検知部２３、第２異常検知部２４、第３異常検知部２５、圧力検出部２６が備えられている。第１異常検知部２３及び第２異常検知部２４は、旋回アクチュエータ１１の異常を検知する異常検知部として設けられており、第３異常検知部２５は、インバータ１２の異常を検知する異常検知部として設けられている。そして、旋回コントローラ１３は、各異常検知部（２３〜２５）の少なくともいずれかが異常を検知したときは、旋回アクチュエータ１１の運転負荷を制限するように、旋回アクチュエータ１１及びインバータ１２を制御するよう構成されている。

第１異常検知部２３は、潮流センサ１４及び回転センサ１５での検出結果に基づいて、旋回アクチュエータ１１の減速機２１の出力側のピニオン２１ａの回転速度が、所定の回転速度閾値を超えたときに、旋回アクチュエータ１１の運転状態の異常を検知する。この回転速度閾値は、潮流の速度及び方向と推進ユニット１０１の旋回方向の回転位置及び回転速度との関係で予め定められる旋回アクチュエータ１１のピニオン２１ａの回転速度についての所定の回転速度値として設定されている。例えば、この回転速度閾値は、潮流の速度及び方向と推進ユニット１０１の旋回方向の回転位置及び回転速度との関係でパラメータが規定されるテーブルや式に基づいて設定され、旋回コントローラ１３のメモリに記憶されている。尚、ピニオン２１ａの回転速度の実績値については、旋回コントローラ１３において常時検出されて監視されている。例えば、旋回コントローラ１３においては、インバータ１２を介して旋回コントローラ１３に送信される電動モータ２２のエンコーダでの検出信号に基づいて、減速機２１の減速比から常時ピニオン２１ａの回転速度を演算して検出し、監視している。

そして、旋回コントローラ１３は、第１異常検知部２３が旋回アクチュエータ１１の運転状態の異常を検知したときは、電動モータ２２の回転速度を制限することで旋回アクチュエータ１１の運転負荷を制限するように、旋回アクチュエータ１１及びインバータ１２を制御する。尚、電動モータ２２の回転速度を制限する方法としては、回転中の電動モータ２２の回転速度を減少させる方法や、電動モータ２２に設けられた非常ブレーキ手段を
作動させて電動モータ２２の回転を停止させる方法を選択することができる。

圧力検出部２６は、旋回ギア１０４の歯１０４ａと旋回アクチュエータ１１のピニオン２１ａとの間で作用する荷重の圧力に比例して増減する物理量を検出する。本実施形態では、この物理量として、電動モータ２２にインバータ１２を介して印加される電圧が検出される。旋回ギア１０４とピニオン２１ａとの間での回転力の伝達状態に支障が生じて過負荷となり、旋回ギア１０４とピニオン２１ａとの間で作用する荷重の圧力が上昇すると、電動モータ２２に印加される電圧も上昇した負荷に応じて上昇することになる。

そして、第２異常検知部２４は、圧力検出部２６で検出された電圧の検出結果に基づいて、その電圧が所定の圧力閾値を超えたときに、旋回アクチュエータ１１の異常を検知する。この圧力閾値は、旋回ギア１０４とピニオン２１ａとの間で作用する圧力に比例する物理量であって電動モータ２２に印加される電圧についての所定の電圧値として設定されている。そして、旋回コントローラ１３は、第２異常検知部２４が旋回アクチュエータ１１の異常を検知したときは、電動モータ２２の回転速度を減少又は停止させて制限することで旋回アクチュエータ１１の運転負荷を制限するように、旋回アクチュエータ１１及びインバータ１２を制御する。

尚、本実施形態では、圧力検出部２６が旋回ギア１０４とピニオン２１ａとの間で作用する圧力に比例する物理量としての電動モータ２２の電圧を検出する場合を例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。例えば、旋回ギア１０４とピニオン２１ａとの間で作用する圧力を直接に検出する圧力検出部が設けられるものであってもよい。また、旋回ギア１０４とピニオン２１ａとの間で作用する圧力に比例する物理量として、電動モータ２２の電圧以外の物理量を検出する圧力検出部が設けられるものであってもよい。

第３異常検知部２５は、前述のように、インバータ１２（１２ａ、１２ｂ）の異常を検知する。即ち、インバータ１２ａ及びインバータ１２ｂのいずれかに故障や作動不良等の異常が発生した場合に、異常が発生したインバータ（１２ａ又は１２ｂ）を特定して検知する。

旋回装置１においては、インバータ１２のいずれにも異常が発生しておらず、第３異常検知部２５が異常を検知していないときは、旋回アクチュエータ１１は、インバータ１２のそれぞれに対して２つずつが対応して作動する状態で電動モータ２２の回転が制御される。即ち、第３異常検知部２５が異常を検知していないときは、旋回コントローラ１３からの回転指令信号に基づいて、インバータ１２ａが、旋回アクチュエータ１１ａの電動モータ２２及び旋回アクチュエータ１１ｂの電動モータ２２の回転を制御する。同様に、インバータ１２ｂが、旋回アクチュエータ１１ｃの電動モータ２２及び旋回アクチュエータ１１ｄの電動モータ２２の回転を制御する。

一方、第３異常検知部２５がいずれかのインバータ１２（１２ａ、１２ｂ）の異常を検知したときは、旋回コントローラ１３は、異常が検知されたインバータ１２（１２ａ及び１２ｂの一方）の作動を停止させる。そして、旋回コントローラ１３は、異常が検知されていないインバータ１２（１２ａ及び１２ｂの他方）によって、旋回アクチュエータ１１（１１ａ〜１１ｄ）における４つの全ての電動モータ２２の回転を制御させる。これにより、旋回コントローラ１３は、異常が検知されていないインバータ１２（１２ａ及び１２ｂの他方）の仕様の範囲で旋回アクチュエータ１１の運転負荷を制限するように、旋回アクチュエータ１１及びインバータ１２を制御する。

次に、上述した旋回装置１の作動について説明する。旋回装置１においては、旋回コントローラ１３からの指令信号に基づいて作動するインバータ１２により旋回アクチュエー
タ１１における電動モータ２２の回転が制御され、電動モータ２２の回転が減速機２１を介してピニオン２１ａから出力される。そして、ピニオン２１ａと旋回ギア１０４との噛み合いを介して旋回コントローラ１３の指令に基づく目標の回転速度で目標の回転位置まで推進ユニット１０１が回転する。このように推進ユニット１０１の旋回方向における回転位置及び回転速度が制御され、推進ユニット１０１の所望の旋回動作が行われる。

一方、旋回コントローラ１３には異常検知部（２３〜２５）が設けられており、旋回アクチュエータ１１及びインバータ１２の異常が常時監視されており、異常が発生すると直ちに検知される。そして、異常検知部（２３〜２５）にて異常が検知されると、この検知結果に基づいて、旋回コントローラ１３が、旋回アクチュエータ１１の運転負荷を制限するように、旋回アクチュエータ１１及びインバータ１２を制御する。このため、異常が発生すると迅速に検知されるとともに、この検知結果に基づく旋回コントローラ１３からの指令によって、異常が生じた状況に対応して旋回アクチュエータ１１の運転負荷が制限されることになる。また、異常発生状況に迅速に対応して運転負荷が制限されるため、旋回装置１の破損を招いてしまうことも抑制されることになる。

以上説明したように、推進ユニット用旋回装置１によると、異常が生じた状況に応じた推進ユニット１０１の適切な旋回動作を迅速に行うことができ、推進ユニット用旋回装置１の破損を招いてしまうことを抑制することができる。

また、推進ユニット用旋回装置１によると、潮流センサ１４及び回転センサ１５での検出結果に基づいて、旋回アクチュエータ１１の減速機２１の出力側のピニオン２１ａの回転速度が所定の回転速度閾値を超えたときに、旋回アクチュエータ１１の運転状態に異常が発生したことが第１異常検知部２３によって検知される。そして、電動モータ２２の回転速度が制限されて旋回アクチュエータ１１の運転負荷が制限される。このため、潮流の速度及び方向と推進ユニット１０１の旋回方向の回転位置及び回転速度とに応じて、旋回アクチュエータ１１のピニオン２１ａの回転速度が閾値を越えない適正な範囲に収まるように、旋回アクチュエータ１１の運転負荷が制限されることになる。即ち、潮流の影響によって推進ユニット１０１の回転位置や回転速度との関係で急激な旋回力が外力として推進ユニット１０１に作用してしまい、旋回アクチュエータ１１において過負荷状態での異常な運転状態が継続されてしまうことが、抑制されることになる。これにより、旋回アクチュエータ１１の破損を招いてしまうことを抑制することができる。とくに、潮流が早まるように変化するときにその早まる方向と逆行する方向に推進ユニット１０１の旋回動作を高速で行ってしまって旋回アクチュエータ１１の破損を招いてしまうような事態を抑制するために有効となる。

また、推進ユニット用旋回装置１によると、第１異常検知部２３は、潮流の速度及び方向と推進ユニット１０１の旋回方向の回転位置及び回転速度との関係で予め定められる旋回アクチュエータ１１のピニオン２１ａの回転速度についての所定の回転速度閾値に基づいて、異常を検知する。このため、潮流の影響によって推進ユニット１０１の回転位置や回転速度との関係で急激な旋回力が外力として推進ユニット１０１に作用して旋回アクチュエータ１１の運転状態に異常が発生する場合をより正確に判断して抑制することができる。これにより、旋回アクチュエータ１１の破損を招いてしまうことをより効率よく抑制することができる。

また、推進ユニット用旋回装置１によると、旋回ギア１０４とピニオン２１ａとの間の圧力に比例した物理量が検出され、その検出結果に基づいて圧力閾値を超えたときに旋回アクチュエータ１１の異常が第２異常検知部２４により検知される。このため、旋回ギア１０４とピニオン２１ａとの間で過大な負荷が生じてしまった場合に、その異常の発生状況を迅速且つ適切に検知して旋回アクチュエータ１１の運転負荷を制限することができる
。これにより、旋回アクチュエータ１１の破損を効率よく抑制することができる。また、推進ユニット用旋回装置１によると、圧力に比例して増減する物理量が、電動モータ２２に印加される電圧として容易に検出される。そして、その検出された電圧が圧力閾値である所定の電圧値と比較されることで、旋回ギア１０４とピニオン２１ａとの間で生じた過大な負荷を迅速且つ適切に検知することができる。

また、推進ユニット用旋回装置１によると、インバータ１２に異常が発生していない通常運転時においては、各インバータ１２（１２ａ、１２ｂ）に対応する複数の電動モータ２２が各インバータ１２によって制御されて、推進ユニット１０１の旋回動作が行われる。一方、いずれかのインバータ１２に異常が発生すると、その異常が第３異常検知部２５で速やかに検知され、異常が発生していないインバータ１２によって全ての電動モータ２２の回転が制御される。このため、異常が発生していないインバータ１２の仕様の範囲で、全ての電動モータ２２が負荷が制限された状態で駆動され、推進ユニット１０１の旋回動作が行われることになる。これにより、異常が発生したインバータ１２のみを切り離して、異常が発生していない電動モータ２２を有効に活用でき、異常が生じた状況に応じた推進ユニット１０１のより適切な旋回動作を行うことができる。また、全ての電動モータ２２が負荷が制限された状態で運転が行われることになるため、各旋回アクチュエータ１１における均等な負荷バランスを異常が発生していない状態のときと同様に維持することができる。このため、旋回アクチュエータ１１間で負荷バランスが崩れて特定の旋回アクチュエータ１１に負荷が集中して破損を招いてしまうことを抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができる。例えば、次のように変更して実施することができる。

（１）本実施形態では、インバータが２つで旋回アクチュエータが４つ備えられているものを例にとって説明したが、この通りでなくてもよく、インバータ及び旋回アクチュエータの数については、種々変更して実施してもよい。また、本実施形態では、制御部がインバータであって電動モータが誘導電動機である場合を例にとって説明したが、この組み合わせに限らず、制御部及び電動モータの種類を種々変更して実施してもよい。

（２）本実施形態では、旋回ギアの外周に形成された歯に対して旋回アクチュエータのピニオンが噛み合う場合を例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。即ち、旋回ギアの内周に形成された歯に対して旋回アクチュエータのピニオンが噛み合うように構成されるものであってもよい。

（３）本実施形態では、旋回ギアが設けられた旋回筒が船舶に対して回転自在に支持されて、旋回アクチュエータが船舶に対して固定された場合を例にとって説明したがこの通りでなくてもよい。即ち、旋回ギアが設けられた旋回筒が船舶に対して固定され、旋回軸線を中心として旋回ギアの周方向に沿って配置された旋回アクチュエータが船舶に対して旋回軸線を中心に周方向に移動可能なようにストラット側に固定されているものであってもよい。

（４）本実施形態では、第１乃至第３異常検知部を全て備えているものを例にとって説明したが、この通りでなくてもよく、少なくともいずれか１つの異常検知部を備えているものであればよい。また、潮流センサ及び回転センサの両方の検出結果に基づいて旋回アクチュエータの運転状態の異常を検知する第１異常検知部を説明したが、この通りでなくてもよく、潮流センサ及び回転センサのうちのいずれか一方の検出結果に基づいて旋回アクチュエータの運転状態の異常を検知する異常検知部を実施してもよい。

本発明は、プロペラの回転により船舶を推進させるとともにプロペラ軸と垂直な旋回軸線を中心として船舶において回転自在に支持された推進ユニットを、旋回軸線を中心に旋回させる推進ユニット用旋回装置として、広く適用することができるものである。

１ 推進ユニット用旋回装置
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ 旋回アクチュエータ
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ インバータ（制御部）
１３ 旋回コントローラ
２１ 減速機
２１ａ ピニオン
２２ 電動モータ
２３ 第１異常検知部（異常検知部）
２４ 第２異常検知部（異常検知部）
２５ 第３異常検知部（異常検知部）
１００ 船舶
１０１ 推進ユニット
１０４ 旋回ギア

Claims (6)

1. プロペラの回転により船舶を推進させるとともにプロペラ軸と垂直な旋回軸線を中心として船舶において回転自在に支持された推進ユニットを、前記旋回軸線を中心に旋回させる推進ユニット用旋回装置であって、
   前記旋回軸線を中心位置として配置された旋回ギアの内周又は外周に形成された歯に噛み合うピニオンが設けられた減速機と当該減速機に連結されて当該減速機を回転駆動する電動モータとを有し、前記電動モータが回転することで前記推進ユニットを前記旋回軸線を中心に旋回させる旋回アクチュエータと、
   前記電動モータの回転を制御する制御部と、
   前記電動モータの回転指令信号を前記制御部に出力し、前記推進ユニットの旋回方向における回転位置及び回転速度を制御する旋回コントローラと、
   を備え、
   前記旋回コントローラは、前記旋回アクチュエータ及び前記制御部のうちの少なくともいずれかの異常を検知する異常検知部を有し、当該異常検知部が異常を検知したときは、前記旋回アクチュエータの運転負荷を制限するように、前記旋回アクチュエータ及び前記制御部を制御することを特徴とする、推進ユニット用旋回装置。
2. 請求項１に記載の推進ユニット用旋回装置であって、
   潮流の速度及び方向を検出する潮流センサと、
   前記推進ユニットの旋回方向の回転位置及び回転速度を検出する回転センサと、
   を更に備え、
   前記異常検知部は、前記潮流センサ及び前記回転センサでの検出結果に基づいて、前記ピニオンの回転速度が、所定の回転速度閾値を超えたときに、前記旋回アクチュエータの運転状態の異常を検知し、
   前記旋回コントローラは、前記異常検知部が異常を検知したときは、前記電動モータの回転速度を制限することで前記旋回アクチュエータの運転負荷を制限するように、前記旋回アクチュエータ及び前記制御部を制御することを特徴とする、推進ユニット用旋回装置。
3. 請求項２に記載の推進ユニット用旋回装置であって、
   前記回転速度閾値は、潮流の速度及び方向と前記推進ユニットの旋回方向の回転位置及び回転速度との関係で予め定められる前記推進ユニットの旋回方向の回転速度についての所定の回転速度値であることを特徴とする、推進ユニット用旋回装置。
4. 請求項１に記載の推進ユニット用旋回装置であって、
   前記旋回ギアの歯と前記ピニオンとの間で作用する圧力又は当該圧力に比例して増減する物理量を検出する圧力検出部を更に備え、
   前記異常検知部は、前記圧力検出部で検出された検出結果に基づいて、前記圧力又は前記物理量が所定の圧力閾値を超えたときに、前記旋回アクチュエータの異常を検知することを特徴とする、推進ユニット用旋回装置。
5. 請求項４に記載の推進ユニット用旋回装置であって、
   前記圧力閾値は、前記物理量であって前記電動モータに印加される電圧についての所定の電圧値であることを特徴とする、推進ユニット用旋回装置。
6. 請求項１に記載の推進ユニット用旋回装置であって、
   前記電動モータは誘導電動機として設けられ、
   前記制御部はインバータとして設けられるとともに複数備えられ、
   前記異常検知部は、前記制御部の異常を検知し、
   前記旋回アクチュエータは、複数備えられ、前記異常検知部が異常を検知していないときは、前記制御部のそれぞれに対して１つ又は複数ずつが対応して作動する状態で前記電動モータの回転が制御され、
   前記旋回コントローラは、前記異常検知部がいずれかの前記制御部の異常を検知したときは、異常が検知されていない前記制御部によって全ての前記電動モータの回転を制御させ、前記旋回アクチュエータの運転負荷を制限するように、前記旋回アクチュエータ及び前記制御部を制御することを特徴とする、推進ユニット用旋回装置。

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