JP2012210847A

JP2012210847A - 船舶用舵取装置及びその制御方法

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Publication number: JP2012210847A
Application number: JP2011076654A
Authority: JP
Inventors: Toshikazu Hayashi; 利和林; Akihiro Yamaguchi; 明広山口; 芳孝 ▲濱▼本; Yoshitaka Hamamoto; Hiroyuki Nomaguchi; 大幸野間口; Tomohito Tokitsu; 智史時津
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2012-11-01
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: JP5433617B2

Abstract

【課題】既設の油圧駆動装置の構成を大きく改造することなく、低コストでキャビテーションの発生を防止する船舶用舵取装置を提供する。
【解決手段】舵軸回転検出器５０Ａで舵角検出値から舵角変位速度を演算すると共に、舵角指令値と舵角検出値との偏差を求め、判定器で、偏差が舵角指令値の有意差に達しているかどうか、及び舵角変位速度が最大舵角変位速度の有意差に達していないかの判定が行なわれる。これら２つの条件を満たしているとき、舵軸１４は停止状態にあると判定し、そうでないとき、舵軸１４は回転を開始したと判定する。ステップランプ変換器３４では、舵軸停止状態の判定で、主ポンプ４６の吐出流量を補助ポンプから主ポンプに補充可能な作動油より小さい最低吐出流量、若しくはキャビテーションが発生しない最低吐出流量に設定し、舵軸回転開始の判定で、主ポンプ４６の吐出流量が最大定格流量まで増加するように設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、如何なる場合でも油圧系統内での負圧の発生を抑制し、キャビテーションの発生を防止可能にした船舶用舵取装置及びその制御方法に関する。

従来の船舶用舵取装置の構成を図６及び図７により説明する。図６において、舵取装置１００は、舵板１０２と一体の舵軸１０４がチラー１０６に密嵌されている。舵軸１０４を回転駆動する一対の油圧シリンダ１１０ａ及び１１０ｂと、これらシリンダの間で往復動するラム１１２が設けられている。チラー１０６と一体のフォーク１０８が、ラム１１２と一体のラムピン１１４に連結されている。

油圧シリンダ１１０ａ、１１０ｂに作動油を給排する油圧系統１２０では、閉回路を構成する主油路１２２ａ及び１２２ｂに、主ポンプ１２４が設けられている。主ポンプ１２４は、双方向吐出式かつ可変容量型で、内蔵する流量可変機構によって、吐出方向が主油路１２２ａ又は主油路１２２ｂに変更できると共に、流量調整可能になっている。主ポンプ１２４と補助ポンプ１２６とが、駆動モータ１２８の出力軸１２８ａに接続され、主ポンプ１２４と補助ポンプ１２６とは、駆動モータ１２８によって同時に同一方向に回転駆動される。補助ポンプ１２６は、例えば、ギアポンプが用いられる。

主ポンプ１２４と油圧シリンダ１１０ａ、１１０ｂとは、主油路１２２ａ、１２２ｂで接続されている。主ポンプ１２４から吐出された作動油が一対の油圧シリンダ１１０ａ、１１０ｂのうちの片方に送られ、もう片方の油圧シリンダの作動油が主ポンプ１２４に戻ることによって、ラム１１２が矢印方向に往復動する。ラム１１２の往復動によって舵板１０２が回動する。

主ポンプ１２４の流量可変機構を作動させ流量を変える油圧式アクチュエータ１３０が、主ポンプ１２４に付属され、ケーシング１２５内に収納されている。油圧式アクチュエータ１３０と補助ポンプ１２６とを結ぶ油路１３２には、トルクモータ１３６で制御される油圧制御弁１３４が介設されている。補助ポンプ１２６によって、油タンク１３８から油路１４０及び１３２を介して作動油が油圧制御弁１３４に供給される。さらに、油圧制御弁１３４から油路１３３ａ又は１３３ｂを通って油圧式アクチュエータ１３０に給排されるパイロット油によって、油圧式アクチュエータ１３０が作動し、これによって、主ポンプ１２４の流量可変機構が作動し、主ポンプ１２４の流量が変えられる。

油路１４２には、パイロット油圧設定用のパイロットリリーフ弁１４４、及びブースト圧設定用のブーストリリーフ弁１４６が介設されている。また、主油路１２２ａ及び１２２ｂ間を接続する油路１４８には、逆止弁１５０ａ及び１５０ｂが介設されている。パイロットリリーフ弁１４４によってパイロット油圧が設定される。また、何らかの事情により、主油路１２２ａ、１２２ｂの油圧が低下したとき、補助ポンプ１２６からブースト油路１３２、パイロットリリーフ弁１４４、油路１４２、油路１５４、を通じ、逆止弁１５０ａ又は１５０ｂ、及び油路１４８を介して、主油路１２２ａ又は１２２ｂへ作動油が補充される。

図７は、油圧系統１２０の制御装置１６０を示す。図７において、操舵室に設けられた舵輪１６２から舵角指令が、操舵スタンド１６４に設けられた比較器１６６に送られる。比較器１６６で、舵角指令値と、舵軸１０４の回動角度から舵角を検出する舵角検出器１８４から送られた舵角検出値とが比較され、それらの偏差が増幅器１６８を経て増幅され、コントローラ１７０に送られる。なお、予備のため設けられた別系統の舵軸駆動装置を作動させるときは、該偏差をコントローラ１７０’に送る。

コントローラ１７０では、前記偏差が増幅器１７２を経て増幅された後、ステップランプ変換器１７４に送られる。ステップランプ変換器１７４では、増幅された偏差をステップランプ変換し、主ポンプ１２４の吐出方向及び吐出流量を設定する。この設定値は、比較器１７６で、トルクモータ１３６の回転角を発信する回転角発信器１８２から送られる検出値と比較される。その偏差が増幅器１７８及び舵角リミットスィッチ１８０を経て、トルクモータ１３６に送られる。この偏差信号によってトルクモータ１３６の作動を調整し、トルクモータ１３６の回転角を調整することにより、主ポンプ１２４の吐出方向及び吐出流量を調整でき、これによって、舵板１０２の舵角を調整できる。

図３の（ａ）は、舵軸回転時の主ポンプの吐出流量の変化を示し、（ｂ）は舵軸回転時の主ポンプの吐出側主油路の圧力変化を示し、（ｃ）は舵軸回転時の主ポンプの吸入側油路の圧力変化を示す。図３（ａ）〜（ｃ）中の曲線Ｂは、前記従来の油圧系統１２０に設けられた主ポンプ１２４に関する曲線である。

特許文献１〜３には、前述の油圧系統１２０と同様に、舵角を制御する主ポンプと、パイロット油を供給する補助ポンプとを駆動装置により同軸で駆動する油圧系統が開示されている。特に、特許文献３には、主ポンプとして、斜板式の双方向吐出式かつ可変容量型の油圧ポンプを用い、補助ポンプから油圧制御弁を経てパイロット油を油圧式アクチュエータに給排し、該油圧式アクチュエータによって斜板の傾斜角を制御する構成が開示されている。

特許文献４には、船舶用舵取装置において、主ポンプとして斜板式の可変容量型ポンプを用い、トルクモータの回転角に比例して斜板の傾斜角が変更されることが開示されている。特許文献４には、要求舵トルクが小さい領域、即ち舵角が比較的小さい範囲では主ポンプの斜板傾転角を大きくして転舵速度を大きくし、要求舵トルクが大きい領域、即ち舵角が比較的大きい領域では、主ポンプの斜板傾転角を小さくすることにより、定められた転舵時間を変えることなく、主ポンプの必要動力を小さくするようにした制御方法が開示されている。

特開昭６０−２９３９８号公開公報特開昭６１−１５５０９６号公開公報特開２００４−６６９９１号公開公報特開昭５４−５１１９８号公開公報、

船舶用舵取装置では、舵の停止状態から舵を動かし始める時、舵の摩擦力や想定以上の流体力を受けて、一時的に舵が停止状態となり、その後、再び動き出す状態が発生するときがある。操舵指令発信後舵が停止状態となった時、油圧系統は閉回路であるため、主ポンプの吐出側主油路の圧力が上昇し、吸入側主油路の圧力は低下する。
この状態を図３(ａ)中の曲線Ｂで説明すると、図７に記載のステップランプ変換器１７４で設定された主ポンプ１２４の吐出流量は、ランプ状に増加している。これに対応して、図３(ｂ)の主ポンプ１２４の吐出側主油路の圧力Ｂが急激に増加する一方、図３(ｃ)の主ポンプ１２４の吸入側油路の圧力Ｂは、大気圧以下の負圧となっている。

このように、吸入側主油路では、大気圧以下の負圧領域まで圧力が低下し、気泡が発生する。該気泡が吐出側主油路に入ると、圧力によりつぶされて、いわゆるキャビテーションが発生する。これによって、主ポンプの損傷や配管振動が発生するおそれがある。
これを回避するために補助ポンプにより主油路に作動油を補充することができるが、舵の回転時、主ポンプは最大定格流量になっているため、補助ポンプの供給流量では追い付かず、吸入側主油路に負圧が発生するケースがある。そのため、舵取装置の油圧系統では、如何なる場合においても、負圧発生を回避する手段を講じる必要がある。

特許文献１〜３には、かかる問題を解決する手段は開示されていない。また、特許文献４の制御方法は、特許文献４の図２（本発明の添付図８）の曲線Ａ’に示すように、従来の流量制御（曲線Ａ）と比べて、舵角が小さい時に、主ポンプの吐出流量を大きくする制御方法である。そのため、むしろ負圧形成が助長してしまい、前記問題を解決するものではない。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、船舶用舵取装置の油圧系統において、既設の油圧駆動装置の構成を大きく改造することなく、低コストでキャビテーションの発生を防止することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明の船舶用舵取装置の制御方法は、閉回路の油圧系統に設けられた双方向吐出式で可変容量型の主ポンプから舵軸を駆動する油圧シリンダに作動油を給排して舵軸を駆動し、補助ポンプにより主ポンプの吐出方向及び吐出流量を制御する油圧式アクチュエータにパイロット油を給排すると共に、油圧系統に作動油を補充するようにした船舶用舵取装置において、舵軸駆動指令が出された後、舵軸の回転開始有無を検出する舵軸回転検出工程と、舵軸回転検出工程で舵軸の回転開始を検出するまでは、主ポンプの吐出流量を補助ポンプから主ポンプの吸入側油路に補充可能な作動油の流量、又はキャビテーションが発生しない最低吐出流量と同等以下に制御する負圧抑制工程と、舵軸回転検出工程で舵軸の回転開始を検出した後、主ポンプの吐出流量を最大定格流量に制御する操舵工程と、からなるものである。

本発明方法では、舵軸駆動指令が出された後、舵軸の回転開始を検出するまでは、主ポンプの吐出流量を補助ポンプから主ポンプの吸入側油路に補充可能な作動油の流量、又はキャビテーションが発生しない最低吐出流量と同等以下に制御する。これによって、主ポンプの吸入側油路の負圧を抑制できる。舵軸の回転を検出した後は、主ポンプの吐出流量を最大定格流量にすることで、舵軸の回転角度を増加させるようにする。

これによって、操舵指令にもかかわらず、舵が停止状態のままであるときでも、主ポンプの吸入側油路の負圧形成を回避できる。そのため、キャビテーションの発生を有効に防止できる。また、キャビテーションの発生防止を、装置構成に変更を加えず、制御機構を変えるだけで達成でき、既設の舵取装置でも大きな改造を要せず、低コストで実現できる。

本発明方法において、舵軸回転検出工程が、舵角検出値の変位から舵角変位速度を演算する第１ステップと、舵角検出値と舵角指令値との偏差が第１の閾値に達し、かつ第１ステップで演算した舵角変位速度が第２の閾値に達しないとき、舵軸が回転していないと判定し、そうでないとき舵軸が回転したと判定する第２ステップと、からなるとよい。
このように、２つのパラメータを設定して舵軸回転の有無を判定しているため、舵軸回転有無の誤検出を防ぎ、舵軸の回転有無を正確に判定できる。

本発明方法において、舵軸回転検出工程が、舵軸の舵角変位加速度を検出する第１ステップと、舵角検出値と舵角指令値との偏差が第１の閾値に達し、かつ第１ステップで検出した舵角変位加速度が第２の閾値に達しないとき、舵軸が回転していないと判定し、そうでないとき舵軸が回転したと判定する第２ステップと、からなるとよい。このように、舵軸の舵角変位加速度をパラメータのひとつとした場合でも、舵軸回転有無の誤検出を防ぎ、舵軸の回転有無を正確に判定できると共に、判定の過程を簡素化できる。

本発明方法において、舵軸の回転を検出した後、主ポンプを低流量から最大定格流量に増加させる場合、その増加割合をステップ状又はランプ状に増加させることで、複雑な制御を必要とせず、かつ短時間で効率良く指令舵角に到達できる。

また、前記本発明方法の実施に直接使用可能な本発明の船舶用舵取装置は、舵軸を駆動する油圧シリンダと、該油圧シリンダに作動油を給排する閉回路の油圧系統と、該油圧系統に設けられ該油圧シリンダに作動油を給排する双方向吐出式で可変容量型の主ポンプと、主ポンプの吐出方向及び吐出流量を調整する油圧式アクチュエータにパイロット油を給排すると共に、油圧系統に作動油を補充する補助ポンプとを備えた船舶用舵取装置において、舵軸駆動指令が出された後、舵軸の回転開始有無を検出する舵軸回転検出装置と、舵軸回転検出装置で舵軸の回転開始を検出するまでは、主ポンプの吐出流量を補助ポンプから主ポンプの吸入側油路に補充可能な作動油の流量、又はキャビテーションが発生しない最低吐出流量と同等以下の流量に制御すると共に、舵軸回転検出装置で舵軸の回転開始を検出した後、主ポンプの吐出流量を最大定格流量に制御するコントローラと、を備えているものである。

本発明装置において、前記コントローラによって、舵軸駆動指令が出された後、舵軸回転検出装置で舵軸の回転開始を検出するまでは、主ポンプの吐出流量を補助ポンプから主ポンプの吸入側油路に補充可能な作動油の流量、又はキャビテーションが発生しない最低吐出流量と同等以下の流量に制御し、舵軸の回転開始を検出した後、主ポンプの吐出流量を最大定格流量に制御するようにしている。
これによって、操舵指令にもかかわらず、舵が停止状態のままであるときでも、主ポンプの吸入側油路の負圧形成を回避できる。そのため、キャビテーションの発生を有効に防止できる。また、キャビテーションの発生防止を既設の装置構成に変更を加えず、制御装置の構成を変えるだけで可能となり、既設の舵取装置でも大きな改造を要せず、低コストで実現できる。

本発明装置において、舵軸回転検出装置は、舵角検出器と、該舵角検出器で検出した舵角検出値の変位から舵角変位速度を演算する舵角変位速度演算器と、舵角検出値と舵角指令値との偏差を求める比較器と、該偏差が第１の閾値に達し、かつ舵角変位速度演算器で演算した舵角変位速度が第２の閾値に達しないとき、舵軸が回転していないと判定し、そうでないとき舵軸が回転したと判定する判定器と、を備えているとよい。
このように、２つのパラメータを設定して舵軸回転の有無を判定しているため、舵軸回転有無の誤検出を防ぎ、舵軸の回転有無を正確に判定できる。

本発明装置において、舵軸回転検出装置が、舵角検出器と、舵軸の舵角変位加速度を検出する舵角変位加速度検出器と、該舵角検出器で検出した実際の舵角と舵角指令値との偏差が第1の閾値に達し、かつ舵角変位加速度検出器で検出した舵角変位加速度が第２の閾値に達しないとき、舵軸が回転していないと判定し、そうでないとき舵軸が回転したと判定する判定器と、を備えているとよい。このように、舵軸の舵角変位加速度をパラメータのひとつとした場合でも、舵軸の回転有無を正確に判定できると共に、判定の過程を簡素化できる。

本発明方法によれば、閉回路の油圧系統に設けられた双方向吐出式で可変容量型の主ポンプから舵軸を駆動する油圧シリンダに作動油を給排して舵軸を駆動し、補助ポンプにより主ポンプの吐出方向及び吐出流量を制御する油圧式アクチュエータにパイロット油を給排すると共に、油圧系統に作動油を補充するようにした船舶用舵取装置において、舵軸駆動指令が出された後、舵軸の回転開始有無を検出する舵軸回転検出工程と、舵軸回転検出工程で舵軸の回転開始を検出するまでは、主ポンプの吐出流量を補助ポンプから主ポンプの吸入側油路に補充可能な作動油の流量、又はキャビテーションが発生しない最低吐出流量と同等以下に制御する負圧抑制工程と、舵軸回転検出工程で舵軸の回転開始を検出した後、主ポンプの吐出流量を最大定格流量に制御する操舵工程と、からなるので、操舵指令にもかかわらず、舵が停止状態のままであるときでも、主ポンプの吸入側油路の負圧形成を回避でき、そのため、キャビテーションの発生を有効に防止できる。また、キャビテーションの発生防止を、装置構成に変更を加えず、制御機構を変えるだけでよく、既設の舵取装置でも大きな改造を要せず、低コストで実現できる。

本発明装置によれば、舵軸を駆動する油圧シリンダと、該油圧シリンダに作動油を給排する閉回路の油圧系統と、該油圧系統に設けられ該油圧シリンダに作動油を給排する双方向吐出式で可変容量型の主ポンプと、主ポンプの吐出方向及び吐出流量を調整する油圧式アクチュエータにパイロット油を給排すると共に、油圧系統に作動油を補充する補助ポンプとを備えた船舶用舵取装置において、舵軸駆動指令が出された後、舵軸の回転開始有無を検出する舵軸回転検出装置と、舵軸回転検出装置で舵軸の回転開始を検出するまでは、主ポンプの吐出流量を補助ポンプから主ポンプの吸入側油路に補充可能な作動油の流量、又はキャビテーションが発生しない最低吐出流量と同等以下の流量に制御すると共に、該舵軸回転検出装置で舵軸の回転開始を検出した後、主ポンプの吐出流量を最大定格流量に制御するコントローラと、を備えているので、前記本発明方法と同様の作用効果を得ることができる。

本発明方法及び装置の第１実施形態に係る舵取装置の制御装置の系統図である。前記第１実施形態の舵軸回転検出器のブロック線図である。は本発明と従来の舵軸回転時の舵角制御の違いを示すものであり、（ａ）は舵回転時の主ポンプの吐出流量の変化を示し、（ｂ）は舵回転時の主ポンプの吐出側主油路の圧力変化を示し、（ｃ）は舵回転時の主ポンプの吸入側油路の圧力変化を示す線図である。本発明方法及び装置の第２実施形態に係る舵取装置の制御装置の系統図である。前記第２実施形態の舵軸回転検出器のブロック線図である。舵取装置の油圧系統の系統図である。従来の舵取装置の制御装置の系統図である。特許文献４に開示された舵取装置の主ポンプの吐出流量変化を示す線図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

（実施形態１）
本発明方法及び装置の第１実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。本実施形態の舵取装置の構成は、図６に示す従来の舵取装置と同一であり、そのため、本実施形態に係る舵取装置の構成の図示及びその説明を省略する。本実施形態の舵取装置は、従来の舵取装置と油圧系統の制御装置の構成が異なる。図１は本実施形態に係る舵取装置の油圧系統の制御装置を示す。

図１において、舵取装置１０は、図６に示される従来の舵取装置１００と同一である。舵板１２と一体の舵軸１４、舵軸１４と密嵌されたチラー１６を備えている。その他の舵取装置１０の図示は省略されている。舵軸１４又は舵軸１４と密嵌したチラー１６の回動角度が舵角検出値として、舵角検出器４４で検出される。舵角検出器４４で検出された舵角検出値は、後述する舵軸回転検出器５０Ａに送られる。

油圧系統の制御装置２０Ａは、舵軸１４を回動させる一対の油圧シリンダ（図示省略）に作動油を給排する。操舵室に舵輪２２と操舵スタンド２４とが設けられている。舵輪２２から舵角指令が、操舵スタンド２４の制御装置に組み込まれた比較器２６に送られる。比較器２６で、舵角指令値が舵角検出器４４から送られた舵角検出値と比較され、それらの偏差が増幅器２８で増幅された後、コントローラ３０に送られる。コントローラ３０では、前記偏差が増幅器３２を経た後、ステップランプ変換器３４に送られる。ステップランプ変換器３４では、後述する舵軸回転検出器５０Ａから送られる判定信号によって、主ポンプ４６の吐出方向及び吐出流量が設定される。

通常、舵取装置１０及び油圧系統の制御装置２０Ａとは別に、予備として、油圧シリンダ及びその油圧系統からなる別系統の舵軸駆動装置が設けられる。コントローラ３０’はこの別系統の舵軸駆動装置の油圧系統に設けられたコントローラである。この別系統の舵軸駆動装置を作動させるときは、増幅器２８を出た偏差は、コントローラ３０’に入力される。

ここで、舵軸回転検出器５０Ａの構成を図２に基づいて説明する。図２において、舵角検出器４４から送られた舵角検出値は、ローパスフィルタ５０２と比較器５１０とに送られる。ローパスフィルタ５０２に送られた舵角検出値は、ここで検出信号中の高周波数成分が除去された後、微分演算器５０４に送られる。次に微分演算器５０４で時間微分演算された後、絶対値算出器５０６で微分演算後の絶対値が求められ、舵角変位速度が得られる。得られた舵角変位速度は判定器５０８に送られる。

比較器５１０に送られた舵角検出値は、比較器５１０で舵輪２２により指令された舵角指令値と比較され、それらの偏差が求められる。その偏差は、絶対値算出器５１２で偏差の絶対値が算出され、この算出値が判定器５０８に送られる。判定器５０８では、絶対値算出器５１２から送られた偏差の絶対値が舵角指令値の有意差（例えば舵角指令値の３％）に達しているかどうか、及び絶対値算出器５０６から送られた舵角変位速度が最大舵角変位速度に対しての有意な量（例えば最大舵角変位速度の１％）に達していないかの判定が行なわれる。

これら２つの条件を満たしているとき、操舵指令が出されたにもかかわらず、舵軸１４は停止状態にあると判定し、そうでないとき、舵軸１４は回転を開始したと判定する。この判定結果がステップランプ変換器３４に送られる。ステップランプ変換器３４では、舵軸１４は停止状態にあるとの判定結果のとき、主ポンプ４６の吐出流量を補助ポンプから主ポンプに補充可能な作動油より小さい最低吐出流量に設定する。図３（ａ）において、曲線Ｄが補助ポンプから主ポンプ４６に補充可能な作動油の流量であり、曲線Ｃ_１が、前記最低吐出流量設定時の吐出流量である。

判定器５０８が舵軸１４は回転を開始したと判定した時点（図３（ａ）中のＳ点）で、ステップランプ変換器３４では、主ポンプ４６の吐出流量が最大定格流量まで増加するように設定する。図３（ａ）において、曲線Ｃ_２が最大定格流量設定後の吐出流量を示す。曲線Ｃ_２は、ランプ状に吐出流量を増加させる場合を示している。

図１に戻り、ステップランプ変換器３４で設定された設定値は、比較器３６で、トルクモータ４８の回転角を発信する回転角発信器４２から送られる検出値と比較され、その偏差が増幅器３８及び舵角リミットスィッチ４０を経て、トルクモータ４８に送られる。この偏差信号によってトルクモータ４８の回転角を調整することにより、主ポンプ４６の吐出方向及び吐出流量を調整し、これによって、舵板１２の舵角を調整する。

本実施形態では、舵角指令発信後の舵軸１４の回転の有無を判定器５０８で判定し、舵軸１４が回転していないと判定されたとき、主ポンプ４６の吐出流量を補助ポンプが主ポンプ４６の吸入側油路に補充可能な作動油の流量より小さい流量にしている。そのため、図３（Ｃ）の曲線Ｃに示すように、主ポンプ４６の吸入側主油路で負圧が発生しない。従って、油圧系統の油圧回路にキャビテーションの発生を防止できる。

また、判定器５０８で舵軸１４が回転を開始したと判定したとき、速やかに主ポンプ４６の吐出流量を最大定格流量にしているので、舵軸１４の動作が遅延することがない。また、これを可能にする舵取装置１０の構成は従来の舵取装置の構成と同一であり、制御装置２０Ａの機構のみが異なるので、本発明を既設の舵取装置に施工するときでも、大きな改造を要しない。

また、判定器５０８で、舵軸回転有無の検出を、舵角指令値と舵角検出値との偏差、及び舵角変位速度という２つのパラメータを設定して判定しているため、舵軸の回転有無を正確に判定できる。なお、これら２つのパラメータの閾値は、舵取装置の型や種類、大きさによって適宜変更してよい。

なお、本実施形態では、判定器５０８で舵軸１４が回転していないと判定されたとき、主ポンプ４６の吐出流量を補助ポンプが主ポンプ４６の吸入側油路に補充可能な作動油の流量より小さい流量に設定しているが、代わりに、キャビテーションが発生しない最低吐出流量に設定してもよい。
また、本実施形態では、主ポンプ４６の吐出流量を最低吐出流量から最大定格流量までランプ状に増加させたが、これをステップ状に増加させてもよい。

（実施形態２）
次に、本発明方法及び装置の第２実施形態を図４及び図５に基づいて説明する。本実施形態に係る舵取装置１０の構成は、図６に示される舵取装置１００と同一である。図４は、本実施形態に係る舵取装置の油圧系統の制御装置を示す。本実施形態の油圧系統の制御装置２０Ｂは、チラー１６の回動加速度（即ち、舵角変位加速度）を検出する舵角変位加速度センサ５２を設けている。また、舵軸回転検出器５０Ｂは、第２実施形態の舵軸回転検出器５０Ａと構成が異なっている。その他の油圧系統の制御装置２０Ｂの構成は、第１実施形態と同一であり、同一部分の説明を省略する。なお、同一機器には同一の符号を付している。

図５により、舵軸回転検出器５０Ｂの構成を説明する。図５において、舵角変位加速度センサ５２で検出された舵角変位加速度は、舵軸回転検出器５０Ｂの絶対値算出器５０６に入力され、絶対値算出器５０６で算出された絶対値は、判定器５１４に入力される。一方、比較器５１０には、舵角検出器４４で検出した舵角検出値と、舵輪２２で指令された舵角指令値とが入力され、比較される。比較器５１０で求められたこれらの偏差は、絶対値算出器５１２に入力され、絶対値算出器５１２で該偏差の絶対値が求められる。

絶対値算出器５０６及び５１２で求められた夫々の絶対値は、判定器５１４に入力される。判定器５１４では、絶対値算出器５１２から送られた偏差の絶対値が舵角指令値の有意差（例えば舵角指令値の３％）に達しているかどうか、及び絶対値算出器５０６から送られた舵角変位加速度の絶対値が最大舵角変位加速度の有意な量（例えば最大舵角変位速度の１％）に達していないかの判定が行なわれる。

これら２つの条件を満たしているとき、操舵指令が出されたにもかかわらず、舵軸１４は停止状態にあると判定し、そうでないとき、舵軸１４は回転を開始したと判定する。この判定結果がステップランプ変換器３４に送られる。ステップランプ変換器３４では、舵軸１４は停止状態にあるとの判定結果のとき、主ポンプ４６の吐出流量を補助ポンプから主ポンプに補充可能な作動油より小さい最低吐出流量、又はキャビテーションが発生しない最低吐出流量に設定する。

判定器５１４が、舵軸１４は回転を開始したと判定した時点で、ステップランプ変換器３４では、主ポンプ４６の吐出流量が最大定格流量まで増加するように設定する。これ以降の動作は、前記第１実施形態と同様である。

本実施形態によれば、舵角指令発信後の舵軸１４の回転の有無を判定器５１４で判定し、舵軸１４が回転していないとき、主ポンプ４６の吐出流量を補助ポンプが主ポンプ４６の吸入側油路に補充可能な作動油の流量より小さい流量、又はキャビテーションが発生しない最低吐出流量にしているので、主ポンプ４６の吸入側主油路で負圧が発生しない。そのため、油圧系統の油圧回路にキャビテーションの発生を防止できる。

また、判定器５１４で舵軸１４が回転を開始したと判定したとき、速やかに主ポンプ４６の吐出流量を最大定格流量にしているので、舵軸１４の動作が遅延することがない。また、これを可能にする舵取装置１０の構成は、基本的に従来の舵取装置の構成と同一であるので、既設の舵取装置に施工するときでも、油圧系統の制御装置２０Ｂの機能を変更するだけでよく、大きな改造を要しない。

また、チラー１６に舵角変位加速度センサ５２を設け、この加速度センサで舵角変位加速度を検出し、これを判定器５１４での判定パラメータのひとつとしているので、舵軸回転検出器５０Ｂでの演算過程を前記第１実施形態の舵軸回転検出器５０Ａより簡素化でき、その分舵軸回転検出器５０Ｂを低コストにできるという利点がある。

本発明によれば、船舶用舵取装置において、如何なる場合でも油圧系統内での負圧の発生を抑制し、キャビテーションの発生を防止できる。

１０，１００舵取装置
１２，１０２舵板
１４，１０４舵軸
１６，１０６チラー
２０Ａ、２０Ｂ、１６０制御装置
２２，１６２舵輪
２４，１６４操舵スタンド
２６，３６、１６６，１７６比較器
２８，３２，３８，１６８、１７２，１７８増幅器
３０，３０’、１７０，１７０’ コントローラ
３４，１７４ステップランプ変換器
４０，１８０舵角リミットスィッチ
４２、１８２回転角発信器
４４，１８４舵角検出器
４６，１２４主ポンプ
４８，１３６トルクモータ
５０Ａ、５０Ｂ舵軸回転検出器
５０２ローパスフィルタ
５０４微分演算器
５０６，５１２絶対値算出器
５０８，５１４判定器
５１０比較器
５２舵角変位加速度センサ
１０８フォーク
１１０ａ、１１０ｂ油圧シリンダ
１１２ラム
１２０油圧系統
１２２ａ、１２２ｂ主油路
１２６補助ポンプ
１２８駆動モータ
１３０油圧式アクチュエータ
１３２，１３３ａ、１３３ｂ、１４０，１４２，１４８，１５４油路
１３４油圧制御弁
１３８，１５８油タンク
１４４パイロットリリーフ弁
１４６ブーストリリーフ弁
１５０ａ、１５０ｂ逆止弁
１５２ブースト油路
Ｄ補助ポンプ流量
Ｓ舵軸回転開始点

Claims

閉回路の油圧系統に設けられた双方向吐出式で可変容量型の主ポンプから舵軸を駆動する油圧シリンダに作動油を給排して舵軸を駆動し、
補助ポンプにより主ポンプの吐出方向及び吐出流量を制御する油圧式アクチュエータにパイロット油を給排すると共に、油圧系統に作動油を補充するようにした船舶用舵取装置において、
舵軸駆動指令が出された後、舵軸の回転開始有無を検出する舵軸回転検出工程と、
舵軸回転検出工程で舵軸の回転開始を検出するまでは、主ポンプの吐出流量を補助ポンプから主ポンプの吸入側油路に補充可能な作動油の流量、又はキャビテーションが発生しない最低吐出流量と同等以下に制御する負圧抑制工程と、
舵軸回転検出工程で舵軸の回転開始を検出した後、主ポンプの吐出流量を最大定格流量に制御する操舵工程と、からなることを特徴とする船舶用舵取装置の制御方法。
前記舵軸回転検出工程が、舵角検出値の変位から舵角変位速度を演算する第１ステップと、舵角検出値と舵角指令値との偏差が第１の閾値に達し、かつ第１ステップで演算した舵角変位速度が第２の閾値に達しないとき、舵軸が回転していないと判定し、そうでないとき舵軸が回転したと判定する第２ステップと、からなることを特徴とする請求項１に記載の船舶用舵取装置の制御方法。
前記舵軸回転検出工程が、舵軸の舵角変位加速度を検出する第１ステップと、舵角検出値と舵角指令値との偏差が第１の閾値に達し、かつ第１ステップで検出した舵角変位加速度が第２の閾値に達しないとき、舵軸が回転していないと判定し、そうでないとき舵軸が回転したと判定する第２ステップと、からなることを特徴とする請求項１に記載の船舶用舵取装置の制御方法。
前記舵軸操作工程で舵軸の回転開始を検出した後、主ポンプの吐出流量をステップ状又はランプ状に増加させて最大定格流量になるように制御することを特徴とする船舶用舵取装置の制御方法。
舵軸を駆動する油圧シリンダと、各油圧シリンダに作動油を給排する閉回路の油圧系統と、該油圧系統に設けられ各油圧シリンダに作動油を給排する双方向吐出式で可変容量型の主ポンプと、主ポンプの吐出方向及び吐出流量を調整する油圧式アクチュエータにパイロット油を給排すると共に、油圧系統に作動油を補充する補助ポンプとを備えた船舶用舵取装置において、
舵軸駆動指令が出された後、舵軸の回転開始有無を検出する舵軸回転検出装置と、
前記舵軸回転検出装置で舵軸の回転開始を検出するまでは、主ポンプの吐出流量を補助ポンプから主ポンプの吸入側油路に補充可能な作動油の流量、又はキャビテーションが発生しない最低吐出流量と同等以下の流量に制御すると共に、該舵軸回転検出装置で舵軸の回転開始を検出した後、主ポンプの吐出流量を最大定格流量に制御するコントローラと、を備えていることを特徴とする船舶用舵取装置。
前記舵軸回転検出装置は、舵角検出器と、該舵角検出器で検出した舵角検出値の変位から舵角変位速度を演算する舵角変位速度演算器と、舵角検出値と舵角指令値との偏差を求める比較器と、該偏差が第１の閾値に達し、かつ舵角変位速度演算器で演算した舵角変位速度が第２の閾値に達しないとき、舵軸が回転していないと判定し、そうでないとき舵軸が回転したと判定する判定器と、を備えていることを特徴とする請求項５に記載の船舶用舵取装置。
前記舵軸回転検出装置が、舵角検出器と、舵軸の舵角変位加速度を検出する舵角変位加速度検出器と、該舵角検出器で検出した舵角検出値と舵角指令値との偏差が第１の閾値に達し、かつ舵角変位加速度検出器で検出した舵角変位加速度が第２の閾値に達しないとき、舵軸が回転していないと判定し、そうでないとき舵軸が回転したと判定する判定器と、を備えていることを特徴とする請求項５に記載の船舶用舵取装置。