JP2011068225A - 舵取機の作動監視方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータリーベーン式舵取機のローターの回転角速度を検知することによって、シールの摩耗あるいは破損、すなわち舵取機の作動の異常を監視する方法を提供する。
【解決手段】舵取機の舵角発信器４９から発する舵角信号を演算器２に入力し、演算器２において、舵角信号に基づき所定の微小時間に対する舵４４の実際の回転角速度を演算し、舵取機の作動油室の容積と油圧ポンプの吐出量とから計算上あるべき舵回転角速度を演算し、演算により求めた計算上あるべき舵回転角速度と舵の実際の回転角速度との差値を演算し、前記差値の大きさに対応する監視情報を表示装置３に表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は舵取機の作動監視方法に関し、ローターの回転角速度を指標として舵取機の作動の異常を監視する技術に係るものである。

従来のロータリーベーン式舵取機のアクチュエーター１は、例えば図６〜図８に示すようなものであり、ハウジング１１と、その内部に収納されて回転するローター１２とを有している。

ローター１２は、半径方向ではその下部軸部１２ａがハウジング１１の底部に設けたボス部１１ａによりラジアル軸受１４ａを介して支持されており、上部軸部１２ｂがハウジング１１の上部開口を塞ぐように配置した環状のトップカバー１３によりラジアル軸受１４ｂを介して支持されている。また、ローター１２は、軸方向ではその下端面がハウジング１１の内底面によりスラスト軸受１４ｃを介して支持されている。

ローター１２は、舵軸１７の軸頭１７ａを装入して緊密に嵌合する内部貫通孔１２ｃを有し、外周面の周方向に沿った等間隔の位置にｎ個（ここではｎ＝２の場合について説明する。以下同じ）のベーン１２ｄを突設している。ハウジング１１は、内周面の周方向に沿った等間隔の位置に、上記ベーン１２ｄと同数のセグメント１１ｂを突設している。

ローター１２の各ベーン１２ｄは、上端面に形成した上部横スリット１２ｅ内に、トップカバー１３の下面に摺接する上部横シール１２ｆを保持し、下端面に形成した下部横スリット１２ｇ内に、ハウジング１１の内底面に摺接する下部横シール１２ｈを保持し、半径方向の先端の縁面に形成した縦スリット１２ｉ内に、ハウジング１１の内周面に摺接する縦シール１２ｊを保持している。

また、ハウジング１１のセグメント１１ｂは、半径方向の先端の縁面に形成した縦スリット１１ｃ内に、ローター１２の外周面に摺接する縦シール１１ｄを保持している。なお、上記各シール１２ｆ、１２ｈ、１２ｊ、１１ｄはそれぞれポリマー等の弾性材料によって形成されている。

ローター１２はハウジング１１内において、ベーン１２ｄの上部および下部横シール１２ｆ、１２ｈがそれぞれトップカバー１３の裏面およびハウジング１１の内底面に摺接し、同縦シール１２ｊがハウジング１１の内周面に摺接する。また、ローター１２の外周面がハウジング１１のセグメント１１ｂの縦シールｌｌｄに摺接する状態で回転する。これにより、ローター１２の外側周囲に形成された油室用空間１５がベーン１２ｄとセグメント１１ｂとによって、作動油室１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄに区画される。

トップカバー１３は、ローター１２の上部端面の外周円環面に対向する部位に全周にわたって形成した上部リングスリット１３ａ内に、一体構造の環状の上部リングシール１３ｂを保持している。また、ハウジング１１は、ローター１２の下部端面の外周円環面に対向する部位に全周にわたって形成した下部リングスリット１１ｅ内に、一体構造の環状の下部リングシール１１ｆを保持している。上部および下部リングシール１３ｂ、１１ｆはそれぞれポリマー等の弾性材料によって形成されている。

図７に示すように、上記上部リングシール１３ｂは、リングシール面１３ｃがローター１２の上部端面の半径方向端縁部と全周にわたって接触するとともに、リングシール面１３ｃの外周縁部１３ｄがベーン１２ｄの上部横シール１２ｆの内周側上端縁１２ｋとセグメント１１ｂの縦シール１１ｄの内周側上端縁ｌｌｈとにそれぞれ接触している。

また、上記下部リングシール１１ｆは、上部リングシール１３ｂと同様に、リングシール面１１ｇがローター１２の下部端面の半径方向端縁部と全周にわたって接触するとともに、リングシール面１１ｇの外周縁部１１ｉがベーン１２ｄの下部横シール１２ｈの内周側下端縁１２ｍとセグメント１１ｂの縦シール１１ｄの内周側下端縁１１ｊとにそれぞれ接触している。

これらにより、各作動油室１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの圧油が、ローター１２の上部端面とトップカバー１３との間の微小な間隙を通って、また、上部リングスリット１３ａおよび下部リングスリット１１ｅのそれぞれ外周側面を通って、あるいは、ベーン１２の上部および下部横シール１２ｆ、１２ｈの上下の各内周端縁部１２ｋ、１２ｍ、およびセグメント１１ｂの縦シール１１ｄの上下の各内周端縁部１１ｈ、１１ｉを通って、高圧側となる作動油室から低圧側となる隣接する作動油室に漏洩するのを防ぐとともに、大気に通ずるローター軸部１２ａ、１２ｂへ漏出するのを防いでいる。

ローター１２の回転軸心に対して対極の位置にある作動油室１５ａ、１５ｃ同士、および作動油室１５ｂ、１５ｄ同士はそれぞれ連通しており、例えば作動油室１５ａに油圧ポンプから圧油が供給されると、対極の位置にある作動油室１５ｃにも同時に圧油が供給される。一方、残りの作動油室１５ｂ、１５ｄからは同時に油が排出されて油圧ポンプ側に戻される。これにより、圧油によるローター１２の回転が成立する。

上記のローター１２のベーン１２ｄの上部横シール１２ｆ、下部横シール１２ｈ、縦シール１２ｊ、ハウジング１１のセグメント１１ｂの縦シール１１ｄ、ハウジング１１の下部リングシール１１ｆおよびトップカバー１３の上部リングシール１３ｂは、それぞれが接触摺動ずる相手面との間のシーリング効果を高めるために、各シール１２ｆ、１２ｈ、１２ｊ、１１ｄ、１１ｆ、１３ｂの背面に、高圧側となる作動油室（１５ａ、１５ｃあるいは１５ｂ、１５ｄ）から圧油を導いて、この油圧によりそれぞれのシール面をそれぞれ相手面に押し付けるようにしている。

高圧側となる作動油室（１５ａ、１５ｃあるいは１５ｂ、１５ｄ）から圧油を各シール１２ｆ、１２ｈ、１２ｊ、１１ｄ、１１ｆ、１３ｂの背面に導く手段として以下の構成を有している。

すなわち、各ベーン１２ｄの縦シール１２ｊ、上部横シール１２ｆおよび下部横シール１２ｈに対しては、図７に示すように、各ベーン１２ｄを貫通する各油室連通孔１２ｎにそれぞれ圧力バルブ１６を装着し、いずれか高圧側となった作動油室の圧油が圧力バルブ１６を通って各べ一ン１２ｄの各縦シール１２ｊと、上部横シール１２ｆおよび下部横シール１２ｈの各背面に作用する。

また、各セグメント１１ｂの縦シールｌｌｄに対しては、ベーン１２ｄと同様に、図７に示すように、各セグメント１１ｂを貫通する各油室連通孔１１ｋにそれぞれ圧力バルブ１６を装着し、いずれか高圧側となった作動油室の圧油が圧力バルブ１６を通って各セグメント１１ｂの縦シール１１ｄの背面に導かれている。

また、上部および下部リングシール１３ｂ、１１ｆに対しては、図７に示すように、セグメント１１ｂの縦シール１１ｄの背面の上端部から上部リングシール１３ｂの背面に通じる油路１３ｅがトップカバー１３に穿孔されている。また、上記セグメント縦シール１１ｄの背面の下端部から下部リングシール１１ｆの背面に通じる油路１１ｍがハウジング１１の底部に穿孔されている。

これによって、高圧側となる作動油室１５ａ〜１５ｄからの圧油を、セグメント１１ｂの縦シール１１ｄの背面を通して、上部および下部リングシール１３ｂ、１１ｆの各背面に作用させている。

なお、ローター１２には、上部リングシール１３ｂの位置よりも内側の上部端面と下部リングシール１１ｆの位置よりも内側の下部端面とを連通するバランス孔１２ｏが設けられており、上下部端面への漏洩油圧をバランス孔１２ｏを介して上下で均圧化することにより、ローター１２に軸方向に差圧による不均等な力が作用するのを防いでいる。

上記のロータリーベーン式舵取機のアクチュエーター１を作動させる油圧装置の回路は、例えば図９に示すようなものであり、油圧回路を構成する主要要素は、油圧ポンプ２１、方向切換弁２２およびそれを駆動する電磁弁２３、取舵側パイロット逆止弁２４および面舵側パイロット逆止弁２５、取舵側流量調整弁２６および面舵側流量調整弁２７、油タンク２８、方向切換弁２２の出口とアクチュエーター１とを結ぶ取舵側主油圧ライン２９および面舵側主油圧ライン３０である。

油圧ポンプ２１は一方向一定吐出量型であり、油圧ポンプ２１からの吐出油によりアクチュエーター１を取舵側に回転させる場合と面舵側に回転させる場合との流路の切換えを方向切換弁２２によって行う。また、方向切換弁２２はアクチュエーター１を作動させないときに油圧ポンプ２１からの吐出油を油タンク２８に戻す作用も行う。

取舵側パイロット逆止弁２４および面舵側パイロット逆止弁２５は、アクチュエーター１を作動させるとき、すなわち油圧ポンプ２１からの吐出油に油圧が発生するときには主油圧ライン２９、３０を開き、アクチュエーター１を作動させないときには逆止作用を行って作動油をアクチュエーター１の作動油室１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ内に閉じ込めてローター１２すなわち舵軸１７を固定する。

而して、取舵側および面舵側流量調整弁２６、２７は、作動油のアクチュエーター１からの流出側、すなわち、油タンク２８への戻り側である取舵側主油圧ライン２９あるいは面舵側主油圧ライン３０に抵抗を与えることによって、アクチュエーター１の運動を滑らかにするものである。

なお、アクチュエーター１の隣接する作動油室１５ａ、１５ｄおよび１５ｂ、１５ｃ間をそれぞれ防衝弁３１、３２によって結んでおり、作動油室１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄがパイロット逆止弁２４、２５によってロックされているとき、舵に異常に大きい力が作用すると、防衝弁３１あるいは３２が作用して、高圧側となった作動油室１５ａ、１５ｃあるいは１５ｂ、１５ｄの作動油を低圧側の作動油室１５ｂ、１５ｄあるいは１５ａ、１５ｃに逃がすようになっている。

なお、方向切換弁２２を作動させるための制御油圧は、油圧ポンプ２１の吐出圧を利用する場合と、制御油圧を独立した制御油ポンプ３３から作り出す場合とがあり、図９において、その両方の場合を示している。

船舶の舵取機の制御装置は一般に次のように構成されている。すなわち、図１０に示すように、オートパイロット操舵装置４１は自動制御系４２および手動舵輪操舵系４３の二つの操舵命令系統を有している。舵４４を作動させる舵取機アクチュエーター１は、それぞれ独立した第一油圧ポンプユニット４５ａあるいは第二油圧ポンプユニット４５ｂによって駆動され、そして、第一油圧ポンプユニット４５ａと第二油圧ポンプユニット４５ｂはそれぞれ第一制御増幅器４６ａ、第二制御増幅器４６ｂによって制御されている。

舵４４すなわち舵取機アクチュエーター１が実際に回転した角度は、回転する舵軸１７と機械的手段により結合されている第一舵角検出器４７ａおよび第二舵角検出器４７ｂによってそれぞれ検出される。第一舵角検出器４７ａおよび第二舵角検出器４７ｂで検出した角度は、電気信号に変換されてそれぞれ第一制御増幅器４６ａ、第二制御増幅器４６ｂに追従制御のためにフィードバックされている。

さらに、舵取機に対するその他の制御手毅として、船橋から直接第一制御増幅器４６ａおよび第二制御増幅器４６ｂを追従制御なしで操作するノンフォローアップ制御系４８が設けられ、また、機側で第一油圧ポンプユニット４５ａおよび第二油圧ポンプユニット４５ｂを手動で操作する装置が設けられている。

また、舵４４の実際の回転角度は、回転する舵軸１７と機械的手段により結合されている舵角発信器４９により検出され、検出した回転角度は舵角発信器４９において電気信号に変換される。その電気信号が舵角指示器５０に入力されて、舵４４の実際の回転角度が舵角指示器５０に表示される。

オートパイロット操舵装置４１の自動制御系４２あるいは手動舵輪操舵系４３から或る舵角命令信号δｉが発せられると、この信号は第一制御増幅器４６ａあるいは第二制御増幅器４６ｂに入力される。第一制御増幅器４６ａあるいは第二制御増幅器４６ｂは舵角命令信号δｉを増幅して制御信号δｃを出力し、制御信号δｃにより第一油圧ポンプユニット４５ａあるいは第二油圧ポンプユニット４５ｂを制御して、舵取機アクチュエーター１および舵４４を作動させる。

舵４４すなわち舵取機アクチュエーター１の回転角度は、それぞれ第一舵角検出器４７ａおよび第二舵角検出器４７ｂによって検出されて、舵角フィードバック信号δｆとして第一制御増幅器４６ａ、第二制御増幅器４６ｂにそれぞれフィードバックされる。第一制御増幅器４６ａ、第二制御増幅器４６ｂにおいてそれぞれ、舵角命令信号δｉと舵角フィードバック信号δｆとが比較され、δｉ＝δｆとなれば第一制御増幅器４６ａあるいは第二制御増幅器４６ｂは、第一油圧ポンプユニット４５ａあるいは第二油圧ポンプユニット４５ｂの作動を停止させ、舵取機アクチュエーター１すなわち舵４４は命令された舵角、すなわち舵角命令信号δｉに相当する舵角に保持される。

特開２００８−２７９８２８

上記した従来のロータリーベーン式舵取機の構成において、舵取機が作動不良になる原因の主なるものは以下のものである。
作動油室１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの油密を確保するために設けられているシール、つまりローターベーン１２ｄの上部横シール１２ｆおよび下部横シール１２ｈ、および縦シール１２ｊ、ハウジングセグメント１１ｂの縦シール１１ｄ、下部リングシール１１ｆおよび上部リングシール１３ｂのそれぞれが、相手面に対して摺動することにより摩耗してシーリング機能を損なうに至ることであり、または何らかの原因によって破損してシーリング機能を失うことである。

しかし、これらシール１２ｆ、１２ｈ、１２ｊ、１１ｄ、１１ｆ、１３ｂはいずれも舵取機アクチュエーター１のハウジング１１の内部に存在し、外部からは観察できないので、主としてこれらシール１２ｆ、１２ｈ、１２ｊ、１１ｄ，ｌｌｆ、１３ｂの摩耗あるいは破損による舵取機の作動不良を外部において監視することができないという問題があった。ましてや、作動不良の前兆を知ることはできないという問題があった。そのため、舵取機アクチュエータ１の作動が悪くなったことが明らかになり、その事態を感覚的に知覚できるようになって初めて舵取機が作動不良であることを認知するという、船の安全性にとっての問題があった。

本発明は上記した課題を解決するものであり、ロータリーベーン式舵取機ではローターベーンの縦および上下横シール、ハウジングセグメントの縦シール、上下リングシールにより作動油室の油密を確保して舵取機の作動を可能ならしめているので、これらのシールの摩耗あるいは破損が究極的にはローターの回転角速度の低下に帰結することに鑑みたものであり、さらには油圧ポンプの作動不良、弁類のスティック、電磁弁の焼損などの舵取機の作動を不良ならしめる原因の多くも究極的にはローターの回転角速度の低下に帰結することに鑑みたものであり、ローターの回転角速度を検知することによって、これらシールの摩耗あるいは破損、すなわち舵取機の作動の異常を監視する方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の舵取機の作動監視方法は、舵取機の舵角発信器から発する舵角信号を演算器に入力し、演算器において、舵角信号に基づき所定の微小時間に対する舵の実際の回転角速度を演算し、舵取機の作動油室の容積と油圧ポンプの吐出量とから計算上あるべき舵回転角速度を演算し、演算により求めた計算上あるべき舵回転角速度と舵の実際の回転角速度との差値を演算し、前記差値の大きさに対応する監視情報を表示装置に表示することを特徴とする。

これによると、舵の実際の回転角速度、つまりロータリーベーン式舵取機におけるローターの実際の回転角速度が計算上あるべき舵回転角速度に対してどの程度ずれているかを監視情報として表示装置に表示して外部に知らせることができ、表示装置に監視情報として舵取機作動異常あるいは舵取機作動要注意を表示することによって、舵取機の内部に存在するシールのいずれかが摩耗あるいは破損している可能性が高いことを、あるいはその兆しがあることを外部にて監視することが可能になる。

本発明の舵取機の作動監視方法は、舵取機の舵角発信器から発する舵角信号を演算器に入力し、演算器において舵角信号に基づき所定の微小時間に対する舵の実際の回転角速度を演算し、舵取機の作動油室から抽出した作動油圧を電気信号に変換して演算器に入力し、演算器において作動油圧に基づいて油圧ポンプの吐出量を補正演算し、補正した油圧ポンプの吐出量と舵取機の作動油室の容積とから計算上あるべき舵回転角速度を演算し、計算上あるべき舵回転角速度と舵の実際の回転角速度との差値を演算し、前記差値の大きさに対応する監視情報を表示装置に表示することを特徴とする。

これによると、舵取機による実際の舵の回転角速度が、作動油室の作動油圧の大きさに対応して定まる計算上あるべき舵回転角速度に対してどの程度ずれているかを監視情報として表示装置に表示して外部に知らせることができる。

また、表示装置に舵取機作動異常、あるいは舵取機作動要注意を表示することによって、舵取機の内部に存在するシールのいずれかに磨耗や破損を生じている可能性が高いこと、もしくはその兆しがあることを外部にて監視することができる。

本発明の舵取機の作動監視方法は、舵取機の舵角発信器から発する舵角信号を演算器に入力し、演算器において舵角信号に基づき所定の微小時間に対する舵の実際の回転角速度を演算し、舵回転角度に対する舵軸トルクの特性曲線において得られる作動油圧を、舵角信号に相当する舵回転角度に基づいて演算器で演算し、演算器において作動油圧に基づいて油圧ポンプの吐出量を補正演算し、補正した油圧ポンプの吐出量と舵取機の作動油室の容積とから計算上あるべき舵回転角速度を演算し、計算上あるべき舵回転角速度と舵の実際の回転角速度との差値を演算し、前記差値の大きさに対応する監視情報を表示装置に表示することを特徴とする。

これによると、ロータリーベーン式舵取機のローターの実際の回転角速度が、舵回転角度に対する舵軸トルクの特性曲線から得られる舵取機作動油圧の演算値により補正された油圧ポンプ吐出量に基づく計算上あるべきローターの回転角速度からどの程度ずれているかを外部から知ることができ、そのため、表示装置に舵取機作動異常あるいは舵取機作動要注意が表示されることによって、舵取機アクチュエーターの内部に存在するシールのいずれかに摩耗や破損を生じている可能性が高いことを、もしくはその兆しがあることを、舵取機の作動油室から作動油圧を抽出する必要なしに、より実際に即して外部にて監視することが可能になる。

また、本発明の舵取機の作動監視方法においては、差値が所定の最大規定値を超える場合には舵取機作動異常を知らせる監視情報を表示装置に表示し、差値が所定の最小規定値と最大規定値との間にある場合には舵取機作動要注意を知らせる監視情報を表示装置に表示することを特徴とする。

本発明の舵取機の作動監視装置は、舵取機の舵角発信器から発する舵角信号を入力する演算器と、演算器の演算結果に基づいて情報を表示する表示装置を備え、演算器は、舵角信号に基づき所定の微小時間に対する舵の実際の回転角速度を演算し、舵取機の作動油室の容積と油圧ポンプの吐出量とから計算上あるべき舵回転角速度を演算し、演算により求めた計算上あるべき舵回転角速度と舵の実際の回転角速度との差値を演算し、
あるいは舵取機の作動油室の容積と舵取機の作動油室から抽出した作動油圧に基づいて補正した油圧ポンプの吐出量とから計算上あるべき舵回転角速度を演算し、演算により求めた計算上あるべき舵回転角速度と舵の実際の回転角速度との差値を演算し、
あるいは舵取機の作動油室の容積と舵軸トルク特性曲線から導かれたその舵角に対応する作動油圧に基づいて補正した油圧ポンプの吐出量とから計算上あるべき舵回転角速度を演算し、演算により求めた計算上あるべき舵回転角速度と舵の実際の回転角速度との差値を演算し、
表示装置は、前記差値の大きさに対応する監視情報を表示することを特徴とする。

以上のように本発明によれば、ロータリーベーン式舵取機では、シールの摩耗あるいは破損が究極的にローターの回転角速度の低下に帰結するので、ローターの回転角速度を検知することによってシールの摩耗あるいは破損、すなわち舵取機の作動の異常を監視することができる。

本発明の第一の実施の形態における舵取機の作動監視方法を示すブロック図 本発明の第二の実施の形態における舵取機の作動監視方法に関する、油圧ポンプの油圧に対する吐出量特性を示すグラフ図 本発明の第二の実施の形態における舵取機の作動監視方法を示すブロック図 本発明の第三の実施の形態における舵取機の作動監視方法に関する、舵角に対する舵軸トルク（作動油圧）の特性曲線を示すグラフ図 本発明の第三の実施の形態における舵取機の作動監視方法を示すブロック図 従来のロータリーベーン式舵取機を示す一部切欠斜視図 同、ロータリーベーン式舵取機を示す正面図であり、図８におけるａ−ａ矢視断面図 同、ロータリーベーン式舵取機を示す横断面図 同、ロータリーベーン式舵取機の油圧系統図 同、ロータリーベーン式舵取機の制御系統図

以下、本発明の第一の実施の形態における舵取機の作動監視方法および作動監視装置を図１に基づいて説明する。なお、先に背景技術において説明したものと基本的に同じ部材については、図６から図１０を参照して同一の符号を付しており、その説明を省略する。

ロータリーベーン式舵取機のアクチュエーター１では、作動油室１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの容積変化はローター１２の回転角度変化に正比例し、さらに、背景技術において説明したように、油圧ポンプ２１の吐出量は一定であるから、舵４４すなわちアクチュエーター１の回転角速度は次式によって表わされる。
ωｏ＝Ｑ／ＲＡ＝ｎｑ／ＲＡ‥‥‥(１)
ここに、ωｏ：計算上あるべき舵回転角速度（ｒａｄ／ｓｅｃ）
Ｑ：単位時間当りの作動油室（１５ａ〜１５ｄ）への計算上あるべき流入油量（ｍ^３／ｓｅｃ）
Ｒ：ベーン１２ｄの舵軸１７中心からの平均距離（ｍ）
Ａ：ベーン１２ｄの合計面積（ｍ^２）
ｎ：油圧ポンプ２１の運転台数
ｑ：１台の油圧ポンプ２１の計算上あるべき吐出量（ｍ^３／ｓｅｃ）
ここで、ＲとＡとはロータリーベーン式舵取機のアクチュエーター１の形式によって固有の一定値であるので、ｋ＝１／ＲＡと置くと、ωｏ＝ｋＱ＝ｋｎｑで表わされる。

図１に示すように、本実施の形態の作動監視装置では、舵４４すなわちロータリーベーン式舵取機のアクチュエーター１の回転に伴い、舵角発信器４９から舵角指示器５０へ発信される舵角信号を演算器２にも入力する。そして、演算器２において、油圧ポンプ２１の運転台数ｎＰの入力情報のもとに、所定の微小時間ｄｔの間の微小回転角度変化ｄδを検知し、微小時間ごとの回転角速度ωａ（＝ｄδ／ｄｔ）を演算し、そのωａによって、舵取機の作動が正常であるか、あるいは、異常であるかを次の手段によって判断して表示装置３に監視情報を表示する。

すなわち、演算器２において、演算回路は、式（１）で求められる計算上あるべき舵回転角速度ωｏと、演算器２に入力される実際の舵角信号に基づいて演算される実際の回転角速度ωａ＝ｄδ／ｄｔとの差を演算する。そして、その差値｜ωｏ−ωａ｜に対して、正常、異常を判断するための所定の最小規定値Δω１と最大規定値Δω２とを定めておき、差値の大きさに対応する監視情報を表示装置に表示する。

演算結果の差値が
｜ωｏ−ωａ｜＜Δω１‥‥‥（２）
となれば、表示装置３において、「正常」ランプ（図１におけるＧ）を点灯表示させて監視情報として舵取機作動正常を知らせる。
Δω１≦｜ωｏ−ωａ｜＜Δω２‥‥‥（３）
となれば、表示装置３において、「要注意」ランプ（図１におけるＹ）を点灯表示させて監視情報として舵取機作動要注意を知らせる。
｜ωｏ−ωａ｜＞Δω２‥‥‥（４）
となれば、表示装置３において、「異常」ランプ（図１におけるＲ）を点灯表示させて監視情報として舵取機作動異常を知らせる。

なお、運転者の注意を喚起し易いように、「要注意」ランプおよび「異常」ランプの点灯は、最初はフリッカーさせ、その状況が継続すれば、フリッカーから全点灯になるようにする。本実施の形態において表示装置３はランプの点灯により監視情報を表示するが、文字、アイコン等によって監視情報を表示することも可能である。また、必要に応じて、「要注意」時および「異常」時に作動するブザー１０１を設け、そして、「異常」を確認したあと、ブザー吹鳴を停止させるブザー停止押釦１０２を設ける。

なお、舵取機の運転中にはアクチュエーター１の作動をいったん停止させる状態、例えば舵４４をある角度に転舵した状態で舵４４をその角度位置に保持するなどの状態がある。このため、演算器２においては、そのような状態にも対処するための演算を行うようにする。

舵４４すなわちロータリーベーン式舵取機のアクチュエーター１の作動を停止させるためには、図９において、方向切換弁２２を中立位置に置く命令が与えられる。すると、パイロット逆止弁２４、２５の作用で作動油がアクチュエーター１の各作動油室１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの中に封じ込められることにより、アクチュエーター１すなわち舵４４はその位置に保持される。

このとき、アクチュエーター１の作動油室１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの油密を作り出しているシール１１ｄ、１２ｆ、１２ｈ、１２ｊ、１１ｆ、１３ｂの作用が健全でない場合には、舵４４に外力が作用したとき、高圧側となる作動油室１５ａ、１５ｃあるいは１５ｂ、１５ｄから低圧側となる作動油室１５ｂ、１５ｄあるいは１５ａ、１５ｃへ作動油が漏洩することにより、アクチュエーター１のローター１２すなわち舵４４をその角度位置に保持できなくなる。

従って、この状態を外部から検知するために、舵取機の運転中にアクチュエーター１の作動を停止させる命令が出されたとき、方向切換弁２２が中立位置になったことを知らせる信号Ｎを演算器２に与える。演算器２は、この信号Ｎにより、上記の式（２）、（３）、（４）におけるωｏをゼロに置換し、上述したものと同様の演算および比較により、「正常」、「要注意」、「異常」の判定および表示を行うようにする。

上記構成と作用により、舵取機アクチュエーター１の内部にあるシールｌｌｄ、１２ｆ、１２ｈ、１２ｊ、１１ｆ、１３ｂのいずれかに磨耗や破損を生じている可能性があること、あるいはその兆しがあることを外部から監視することが可能になる。

次に、本発明の第二の実施の形態における舵取機の作動監視方法を図２、図３に基づいて説明する。なお、先に背景技術において説明したものと基本的に同じ部材については、図６から図１０を参照して同一の符号を付しており、その説明を省略する。

油圧ポンプ２１は一定吐出量型であるが、実際の吐出量は作動油圧による容積効率の変化によって変化する。また、油圧ポンプ２１を駆動する電動機の回転数は、油圧ポンプ２１の負荷によるスリップ量の変化によって変化する。従って、それに伴い油圧ポンプ２１の吐出量も変化する。而して、これらの変動は、主として舵取機アクチュエーター１にかかる負荷すなわち作動油の油圧の変動に起因する。

従って、第一の実施の形態における舵取機の作動監視方法を、より厳密に実際に即するようにするために、演算器５にロータリーベーン式舵取機のアクチュエーター１の作動油圧の情報を入力し、作動油圧の影響を加味した演算を行わせる。これを以下に説明する。

上記の作動油圧による油圧ポンプ２１の容積効率の変化、および負荷変動による油圧ポンプ２１を駆動する電動機の回転数の変化は、アクチュエーター１にかかる通常の負荷範囲では負荷の大きさ、すなわち作動油圧に比例すると見倣してよい。
上記の作動油圧の変動を考慮した油圧ポンプ２１の実際の吐出量は次式で表わされる。この関係を図２に示す。
ｑ＝ｑｏ−ｋ_ｐｐ．．．．．．．．．．．．．．（５）
ｑ：油圧ポンプ２１の実際の吐出量（ｍ^３／ｓｅｃ）
ｑｏ：作動油圧がゼロのときの油圧ポンプ２１の吐出量（ｍ^３／ｓｅｃ）
ｐ：作動油圧（ＭＰａ）
ｋ_ｐ：電動機の油圧ｐに対する負荷による回転数変動、および油圧ポンプ２１の油圧ｐに対する容積効率による吐出量変動に応じた係数
本発明の第二の実施の形態における舵取機の作動監視方法は、第一の実施の形態において、さらに上記油圧変動の影響を考慮したものである。すなわち、図３に示すように、アクチュエーター１の作動油室１５ａ、１５ｃおよび１５ｂ、１５ｄからそれぞれ作動油圧を取り出す（例えば、図９において防衝弁３１、３２のそれぞれの入口のラインから取り出す）。

取り出す作動油圧はそれぞれ圧力センサー４ａ、４ｂによって電気信号：ＰＡａ、ＰＡｂとして検出し、その電気信号ＰＡａ、ＰＡｂを演算器５に入力する。演算器５においては、前記の式（１）におけるｑ（一定値）を式（５）におけるｑ（油圧の関数）に置き換えて、作動油室１５ａ、１５ｃおよび１５ｂ、１５ｄから抽出した作動油圧に基づいて油圧ポンプ吐出量を補正演算し、補正した油圧ポンプ吐出量と作動油室１５ａ、１５ｃおよび１５ｂ、１５ｄの容積とから計算上あるべき舵回転角速度を演算する。

以降は、第一の実施の形態におけると同様の判定および表示を行う。ただし、式（２）、（３）、（４）における最小規定値と最大規定値は、式（２）、（３）、（４）における△ω１、△ω２よりもそれぞれ小さな値の最小規定値△ω１’と最大規定値△ω２’にすることができる。これにより、舵取機作動の異常、つまりアクチュエーター１の内部に存在するシールのいずれかに摩耗や破損を生じている可能性が高いこと、あるいはその兆しをより早く検知できる。

次に、本発明の第三の実施の形態における舵取機の作動監視方法を図４、図５に基づいて説明する。なお、先に背景技術において説明したものと基本的に同じ部材については、図６から図１０を参照して同一の符号を付しており、その説明を省略する。

ロータリーベーン式舵取機のアクチュエーター１にかかる負荷は、舵４４の形状、舵４４の舵回転角度、船の速力などによって決まる。舵４４の形状は船に装備されてしまえば変化しないが、舵４４の舵回転角度、船の速力は、船が操船される状況によって変化する。これらの変化はすべて、アクチュエーター１の舵軸１７における舵軸トルクに反映される。そして、各船速に対して、舵４４の舵回転角度（舵角）とアクチュエーター１の舵軸１７にかかる舵軸トルクとの間の関係、すなわち特性曲線は、一般に図４に示すごときである。而して、この舵軸トルクは、舵取機アクチュエーター１の作動油室１５ａ、１５ｃおよび１５ｂ、１５ｄの作動油圧として表れる。

従って、前記第二の実施の形態における舵取機の作動監視方法における、演算器５への実際の作動油圧信号：ＰＡａ、ＰＡｂの入力に代えて、本発明の第三の実施の形態における舵取機の作動監視方法においては、図４から計算的に得ることができるところの各舵角に対する舵軸トルク（作動油圧）を用いて舵取機の作動監視を行うようにする。

すなわち、計画されている最大船速時に舵４４に作用する力によって舵取機アクチュエーター１の舵軸１７にかかる舵軸トルク（作動油圧）を舵角ごとに図４に基づいて予め求めて、アクチュエーター１の作動油室１５ａ、１５ｃおよび１５ｂ、１５ｄにおける作動油圧ｐＴを求める。

そして、図５に示すように、演算器６は、舵角発信器４９から入力された舵角信号Ａに基づき、その舵角信号に相当する舵回転角度（舵角）に相当する作動油圧ｐＴを図４の舵軸トルクの特性曲線に従って演算し、そのｐＴの値を式（５）におけるｐに代入して、油圧ポンプ２１の実際の吐出量ｑを補正演算し、補正した油圧ポンプ吐出量と作動油室１５ａ、１５ｃおよび１５ｂ、１５ｄの容積とから計算上あるべき舵回転角速度を演算する。

以降は、第一の実施の形態におけると同様の判定および表示を行う。ただし、式（２）、（３）、（４）における最小規定値と最大規定値は、式（２）、（３）、（４）における△ω１、△ω２よりもそれぞれ小さな値の最小規定値△ω１”と最大規定値△ω２”にすることができる。

これにより、舵取機作動の異常、つまりアクチュエーター１の内部に存在するシールのいずれかに摩耗や破損を生じている可能性が高いこと、あるいはその兆しを、舵取機の作動油室から作動油圧を抽出する必要なしに、より実際に即して検知できる。

本発明の舵取機の作動監視方法は、以下に説明する置換を行なうことによって、ラム型（ラプソン・スライド式）舵取機、およびピストン型舵取機にも適用できる。
すなわち、ラム型（ラプソン・スライド式）舵取機に対しては、本発明の第一の実施の形態における式（１）を次式（６）に置き換える。

ωｏ１＝（Ｑ１／Ｒ１Ａ１）ｃｏｓ^２δ＝（ｎｑ／Ｒ１Ａ１）ｃｏｓ^２δ‥‥‥（６）
ここに、ωｏ１：計算上あるべき舵回転角速度（ｒａｄ／ｓｅｃ）
Ｑ１：単位時間当たりのシリンダーへの計算上あるべき流入油量（ｍ^３／ｓ ｅｃ）
Ｒ１：舵軸中心からラム中心までの距離（ｍ）
Ａ１：ラムの合計断面積（ｍ^２）
δ：舵角（ｒａｄ）
ｎ：油圧ポンプの運転台数
ｑ：１台の油圧ポンプの計算上あるべき吐出量（ｍ^３／ｓｅｃ）
また、ピストン型舵取機に対しては、本発明の第一の実施の形態における式（１）を次式（７）に置き換える。

ωｏ２＝（Ｑ２／Ｒ２Ａ２）／ｃｏｓδ＝（ｎｑ／Ｒ２Ａ２）／ｃｏｓδ‥‥‥（７）
ここに、ωｏ２：計算上あるべき舵回転角速度（ｒａｄ／ｓｅｃ）
Ｑ２：単位時間当たりのシリンダーへの計算上あるべき流入油量（ｍ^３／ｓ ｅｃ）
Ｒ２：ピストン中心と舵柄作用点とを結んだ線に対して舵軸中心から下した 垂線の長さ（ｍ）
Ａ２：ピストンの合計断面積（ｍ^２）
δ：舵角（ｒａｄ）
ｎ：油圧ポンプの運転台数
ｑ：１台の油圧ポンプの計算上あるべき吐出量（ｍ^３／ｓｅｃ）

１ アクチュエーター１
２、５、６ 演算器
３ 表示装置
４ａ、４ｂ 圧力センサー
１２ ローター
１１ｄ、１２ｆ、１２ｈ、１２ｊ、１１ｆ、１３ｂ シール
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ 作動油室
１７ 舵軸
２１ 油圧ポンプ
４４ 舵
４９ 舵角発信器
５０ 舵角指示器
１０１ ブザー
１０２ ブザー停止押釦

Claims (5)

1. 舵取機の舵角発信器から発する舵角信号を演算器に入力し、演算器において、舵角信号に基づき所定の微小時間に対する舵の実際の回転角速度を演算し、舵取機の作動油室の容積と油圧ポンプの吐出量とから計算上あるべき舵回転角速度を演算し、演算により求めた計算上あるべき舵回転角速度と舵の実際の回転角速度との差値を演算し、前記差値の大きさに対応する監視情報を表示装置に表示することを特徴とする舵取機の作動監視方法。
2. 舵取機の舵角発信器から発する舵角信号を演算器に入力し、演算器において舵角信号に基づき所定の微小時間に対する舵の実際の回転角速度を演算し、舵取機の作動油室から抽出した作動油圧を電気信号に変換して演算器に入力し、演算器において作動油圧に基づいて油圧ポンプの吐出量を補正演算し、補正した油圧ポンプの吐出量と舵取機の作動油室の容積とから計算上あるべき舵回転角速度を演算し、計算上あるべき舵回転角速度と舵の実際の回転角速度との差値を演算し、前記差値の大きさに対応する監視情報を表示装置に表示することを特徴とする舵取機の作動監視方法。
3. 舵取機の舵角発信器から発する舵角信号を演算器に入力し、演算器において舵角信号に基づき所定の微小時間に対する舵の実際の回転角速度を演算し、舵回転角度に対する舵軸トルクの特性曲線において得られる作動油圧を、舵角信号に相当する舵回転角度に基づいて演算器で演算し、演算器において作動油圧に基づいて油圧ポンプの吐出量を補正演算し、補正した油圧ポンプの吐出量と舵取機の作動油室の容積とから計算上あるべき舵回転角速度を演算し、計算上あるべき舵回転角速度と舵の実際の回転角速度との差値を演算し、前記差値の大きさに対応する監視情報を表示装置に表示することを特徴とする舵取機の作動監視方法。
4. 差値が所定の最大規定値を超える場合には舵取機作動異常を知らせる監視情報を表示装置に表示し、差値が所定の最小規定値と最大規定値との間にある場合には舵取機作動要注意を知らせる監視情報を表示装置に表示することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の舵取機の作動監視方法。
5. 舵取機の舵角発信器から発する舵角信号を入力する演算器と、演算器の演算結果に基づいて情報を表示する表示装置を備え、演算器は、舵角信号に基づき所定の微小時間に対する舵の実際の回転角速度を演算し、
   舵取機の作動油室の容積と油圧ポンプの吐出量とから計算上あるべき舵回転角速度を演算し、演算により求めた計算上あるべき舵回転角速度と舵の実際の回転角速度との差値を演算し、
   あるいは舵取機の作動油室の容積と舵取機の作動油室から抽出した作動油圧に基づいて補正した油圧ポンプの吐出量とから計算上あるべき舵回転角速度を演算し、演算により求めた計算上あるべき舵回転角速度と舵の実際の回転角速度との差値を演算し、
   あるいは舵取機の作動油室の容積と舵軸トルク特性曲線から導かれたその舵角に対応する作動油圧に基づいて補正した油圧ポンプの吐出量とから計算上あるべき舵回転角速度を演算し、演算により求めた計算上あるべき舵回転角速度と舵の実際の回転角速度との差値を演算し、
   表示装置は、前記差値の大きさに対応する監視情報を表示することを特徴とする舵取機の作動監視装置。

Images