JP2016132416A - Electro-hydraulic steering system using reversible-discharge-direction variable hydraulic pump - Google Patents

Electro-hydraulic steering system using reversible-discharge-direction variable hydraulic pump Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electro-hydraulic steering system using a reversible-discharge-direction variable hydraulic pump for achieving prevention of chattering caused by simplification of a hydraulic circuit and suppression of heat generation.SOLUTION: An electro-hydraulic steering system includes: a rotary vane-type steering engine 10 that rotatively drives a steering wheel around the shaft center of a steering shaft 11; a reversible-discharge-direction variable hydraulic pump 20 that hydraulically drives the rotary vane-type steering engine 10; a three-phase induction motor 30 that electrically drives the reversible-discharge-direction variable hydraulic pump 20; and a control device 40 that controls bidirectional rotary drive of the three-phase induction motor 30.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、船舶の操舵装置(舵取機)の技術に係り、ロータリーベーン式舵取機を可逆転吐出方向可変油圧ポンプ(双方向吐出油圧ポンプ)で油圧駆動し、可逆転吐出方向可変油圧ポンプを三相誘導電動機で電動駆動し、三相誘導電動機をインバータ制御する可逆転吐出方向可変油圧ポンプを用いた電動油圧操舵の技術に関する。   The present invention relates to the technology of a marine vessel steering system (steering machine), in which a rotary vane type steering machine is hydraulically driven by a reversible discharge direction variable hydraulic pump (bidirectional discharge hydraulic pump), and a reversible discharge direction variable hydraulic pressure. The present invention relates to a technique of electro-hydraulic steering using a reversible discharge direction variable hydraulic pump in which a pump is electrically driven by a three-phase induction motor and the three-phase induction motor is inverter-controlled.

従来の舵取機としては、例えば、特許文献1に記載したものがある。このロータリーベーン舵取機は、ハウジングの中にロータを備え、ロータと一体の可動ベーンおよびハウジングと一体のセグメントを有しており、ロータの外周面とハウジングの内周面との間に可動ベーンとセグメントとで仕切った複数の作動油室を形成している。   As a conventional steering machine, there exists what was described in patent document 1, for example. The rotary vane steering machine includes a rotor in a housing, and includes a movable vane integral with the rotor and a segment integral with the housing, and the movable vane is disposed between the outer peripheral surface of the rotor and the inner peripheral surface of the housing. And a plurality of hydraulic oil chambers partitioned by segments.

このような舵取機に求められる特性を以下に述べる。図5は、舵の舵角と舵から舵軸に働くトルクとの関係を示すトルク曲線である。このトルク曲線は、舵板を流水中に置いたときに舵軸に働くトルクの例を示している。   The characteristics required for such a steering machine are described below. FIG. 5 is a torque curve showing the relationship between the rudder angle of the rudder and the torque acting on the rudder shaft from the rudder. This torque curve shows an example of torque acting on the rudder shaft when the rudder plate is placed in running water.

一般的に舵角0°からある舵角までの範囲においては、舵板が水流に押されて舵軸が回り、舵軸を駆動するのに要するトルクが負(−)となる。その舵角を超える大きい舵角を取る場合には舵軸に正(+)のトルクを加えなければ舵板は動かない。   In general, in a range from a rudder angle of 0 ° to a certain rudder angle, the rudder plate is pushed by the water flow, the rudder shaft rotates, and the torque required to drive the rudder shaft becomes negative (−). When taking a large rudder angle exceeding the rudder angle, the rudder plate will not move unless positive (+) torque is applied to the rudder shaft.

また、逆に舵を水流に対して0°方向に戻すときには、上述のある舵角までは舵板が水流に押されて舵軸を駆動するのに要するトルクが負(−)となり、その舵角を超えて中立の0°の方向に舵板を回すには舵軸に正(+)のトルクを加えてやる必要がある。   Conversely, when the rudder is returned to the 0 ° direction with respect to the water flow, the torque required to drive the rudder shaft by the rudder plate being pushed by the water flow until a certain rudder angle becomes negative (−). In order to turn the rudder plate in a neutral 0 ° direction beyond the angle, it is necessary to apply a positive (+) torque to the rudder shaft.

しかし、上述のトルク曲線は、水流の向きを一定とする条件の下で、その流れの中で舵角を変えた場合の静的な特性であり、実船の航行中では、舵を取ることによって船体が向きを変え、それに伴って舵に流れ込む水流の流入角が変わることにより、舵軸に働くトルクは刻々と変化する。   However, the torque curve mentioned above is a static characteristic when the rudder angle is changed in the flow under the condition that the direction of the water flow is constant. As the hull changes its direction and the inflow angle of the water flow flowing into the rudder changes accordingly, the torque acting on the rudder shaft changes every moment.

実船の試運転時に計測したトルク曲線の一例を図6に示す。1番の曲線は0°の中立から右舷方向(面舵)へ舵角70°に舵を取る場合のトルクの変化を示しており、2番の曲線は右舷方向へ舵角70°にある舵を左舷方向(取舵)へ舵角70°に舵を取る場合のトルクの変化を示している。3番の曲線は左舷方向へ舵角70°にある舵を右舷方向へ舵角70°に舵を取る場合のトルクの変化を示しており、4番の曲線は右舷方向へ舵角70°にある舵を0°の中立へ舵を戻す場合のトルクの変化を示している。   An example of a torque curve measured during trial operation of an actual ship is shown in FIG. The first curve shows the change in torque when steering from a neutral angle of 0 ° to the starboard direction (front rudder) at a rudder angle of 70 °, and the second curve shows a rudder at a rudder angle of 70 ° in the starboard direction. A change in torque is shown when steering is performed at a steering angle of 70 ° in the port direction (steering). The curve No. 3 shows the change in torque when steering a rudder at a steering angle of 70 ° in the starboard direction to the steering angle of 70 ° in the starboard direction, and the curve of No. 4 has a steering angle of 70 ° in the starboard direction. It shows the change in torque when a rudder is returned to 0 ° neutral.

このトルク曲線は図5に示したトルク曲線とは全く異なった曲線となっている。これは、操舵に伴って船体が回頭することによって、舵ヘの水流の流入角の変化が起こったことに起因するためであり、図6では最大舵角に達したときに切り返し操舵を行っているが、転舵方向が逆になるとトルクの向きが逆になり、その点で曲線は急にジャンプしてトルクの向きが逆転している。   This torque curve is completely different from the torque curve shown in FIG. This is because the change of the inflow angle of the water flow to the rudder occurs due to the turning of the hull with steering. In FIG. 6, when the maximum rudder angle is reached, the reverse steering is performed. However, when the turning direction is reversed, the direction of the torque is reversed, at which point the curve suddenly jumps and the direction of the torque is reversed.

このようなことから、舵軸にかかるトルクは、正〜負〜正〜負と刻々と複雑に変化する。舵取機はこのようなトルクに適切に対応することが要求されており、これらの曲線上のどの位置からでもスタートでき、どの位置でもオートパイロットからの命令に従ってオーバーシュートしたりアンダーシュートすることなく正しく停止できなくてはならない。   For this reason, the torque applied to the rudder shaft changes in a complex manner from positive to negative to positive to negative. Steering machines are required to respond appropriately to such torques and can start from any position on these curves, without any overshoot or undershoot at any position according to the command from the autopilot. It must be able to stop correctly.

図7に、ロータリーベーン式舵取機に最も多く採用されてきた従来の作動制御油圧回路の一例を示す。
ロータリーベーン舵取機50は、ハウジング51の中にロータ52を備え、ロータ52と一体の可動ベーン53およびハウジング51と一体のセグメント54を有しており、ロータ52の外周面とハウジング51の内周面との間に可動ベーン53とセグメント54とで仕切った複数の作動油室55を形成している。
FIG. 7 shows an example of a conventional operation control hydraulic circuit that has been most frequently used in rotary vane type steering machines.
The rotary vane steering machine 50 includes a rotor 52 in a housing 51, and includes a movable vane 53 that is integral with the rotor 52 and a segment 54 that is integral with the housing 51. A plurality of hydraulic oil chambers 55 partitioned by a movable vane 53 and a segment 54 are formed between the peripheral surface and the peripheral surface.

そして、電動機56で駆動される一方向吐出ポンプ57により油圧タンク58にある作動油を送り出し、電磁切換弁59の操作により作動油の送り先を右舷側の作動油室55、左舷側の作動油室55、アンロードに切り替えて、ロータ52を右舷方向へ回転させ、あるいは左舷方向へ回転させ、あるいは中立に切り換える。   Then, the hydraulic oil in the hydraulic tank 58 is sent out by a one-way discharge pump 57 driven by the electric motor 56, and the destination of the hydraulic oil is set to the starboard side hydraulic oil chamber 55 and the port side hydraulic oil chamber by operating the electromagnetic switching valve 59. 55. Switch to unloading, rotate the rotor 52 in the starboard direction, rotate in the starboard direction, or switch to neutral.

特許第5483976号Japanese Patent No. 5483976

上述した油圧システムは、オープンループとなっている。それ故に、一方向吐出ポンプ57から吐出された作動油によって可動ベーン53を押してロータ52を回す場合には、正(+)のトルクが作用するので、フローレギュレータ60が無くても支障なくロータ52は回る。   The hydraulic system described above is an open loop. Therefore, when the movable vane 53 is pushed by the hydraulic oil discharged from the one-way discharge pump 57 and the rotor 52 is rotated, a positive (+) torque is applied. Turn around.

しかしながら、逆に舵板からの力を舵軸に受ける方向に転舵するときには、負(−)のトルクが働くので、フローレギュレータ60が無ければパイロットチェック弁61が激しい油圧衝撃を伴って、チャタリングを起こすことになる。   However, on the contrary, when turning in the direction in which the force from the rudder plate is received by the rudder shaft, negative (−) torque is applied. Therefore, if the flow regulator 60 is not provided, the pilot check valve 61 is accompanied by severe hydraulic shock and chattering. Will be caused.

すなわち、ロータ52の回転量に対して一方向吐出ポンプ57からの吐出量が不足すると作動油の油圧が低下し、パイロットチェック弁61のリターン側の弁がパイロット油圧の不足により閉じられてロータ52の回転が停止する。そして、ロータ52の回転が停止すると一方向吐出ポンプ57から吐出する作動油の油圧が高まりパイロットチェック弁61のリターン側の弁に作用するパイロット油圧が回復し、リターン側の弁が開いてロータ52が再び回転し、上述の理由で再びリターン側の弁が閉じられる。上述した事象が繰り返されることにより、チャタリングが起きる。   That is, when the discharge amount from the one-way discharge pump 57 is insufficient with respect to the rotation amount of the rotor 52, the hydraulic pressure of the hydraulic oil is lowered, and the return side valve of the pilot check valve 61 is closed due to the shortage of the pilot hydraulic pressure. Stops rotating. When the rotation of the rotor 52 is stopped, the hydraulic pressure of the hydraulic oil discharged from the one-way discharge pump 57 is increased, the pilot hydraulic pressure acting on the return side valve of the pilot check valve 61 is recovered, the return side valve is opened, and the rotor 52 is opened. Rotates again, and the return side valve is closed again for the reason described above. Chattering occurs by repeating the above-described event.

このため、チャタリングの原因となる現象を緩和するために、リターン側の油の流れを絞り油圧を高めてパイロットチェック弁61の開閉が繰り返し起こることをできるだけ起こり難くしている。   For this reason, in order to alleviate the phenomenon that causes chattering, the flow of oil on the return side is throttled to increase the hydraulic pressure so that the opening and closing of the pilot check valve 61 does not occur as much as possible.

しかし、リターン側の油の流れを余り絞ると油圧損失の原因となるので、絞り量はほどほどの程度とされる。また、一方向吐出ポンプ57は連続運転されているので油温が上昇する要因となっており、しかも電磁切換弁59のパイロット油圧を立てるために設けたチェックバルブ62における油圧損失が発熱の原因となっている。   However, excessively reducing the flow of oil on the return side causes a hydraulic pressure loss, so that the amount of restriction is moderate. Further, since the one-way discharge pump 57 is continuously operated, the oil temperature rises, and the hydraulic loss in the check valve 62 provided for raising the pilot hydraulic pressure of the electromagnetic switching valve 59 causes heat generation. It has become.

そのため、作動油を冷却するために大きな油圧タンク58を設けて放熱面積を増加させたり、あるいは冷却用のクーラーを設けたりする必要があり、特に舵取機が大出力になるほどこの傾向が大きくなる。   Therefore, it is necessary to provide a large hydraulic tank 58 to cool the hydraulic oil to increase the heat radiation area, or to provide a cooling cooler, and this tendency increases especially as the steering machine has a higher output. .

本発明は上記課題を解決するものであり、油圧回路の簡素化によるチャタリングの防止、発熱の抑制を実現する可逆転吐出方向可変油圧ポンプを用いた電動油圧操舵システムを提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described problems, and an object thereof is to provide an electric hydraulic steering system using a reversible discharge direction variable hydraulic pump that realizes prevention of chattering and suppression of heat generation by simplifying a hydraulic circuit. .

上記課題を解決するために、本発明の可逆転吐出方向可変油圧ポンプを用いた電動油圧操舵システムは、舵を舵軸の軸心廻りに回転駆動するロータリーベーン式舵取機と、ロータリーベーン式舵取機を油圧駆動する可逆転吐出方向可変油圧ポンプと、可逆転吐出方向可変油圧ポンプを電動駆動する三相誘導電動機と、三相誘導電動機の双方向回転駆動を制御する制御装置を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems, an electric hydraulic steering system using a reversible discharge direction variable hydraulic pump according to the present invention includes a rotary vane type steering machine for rotating a rudder around the axis of a rudder shaft, and a rotary vane type A reversible discharge direction variable hydraulic pump that hydraulically drives the steering gear, a three-phase induction motor that electrically drives the reversible discharge direction variable hydraulic pump, and a control device that controls bidirectional rotation drive of the three-phase induction motor It is characterized by that.

本発明の可逆転吐出方向可変油圧ポンプを用いた電動油圧操舵システムにおいて、ロータリーベーン式舵取機は舵角信号発信器を有し、制御装置はインバータおよび制御回路を有し、制御回路は、舵の操舵角を指示する操舵器から入力する操舵角命令信号と舵角信号発信器から入力する舵角信号とを照合して目標転舵方向、目標転舵角度、目標転舵速度を演算し、かつ目標転舵方向に応じた三相誘導電動機の正逆回転方向、目標転舵速度に応じた三相誘導電動機の目標運転周波数を演算し、インバータは、制御回路から指示する正逆回転方向に応じて三相誘導電動機の相回転方向を制御するとともに、制御回路から指示する目標運転周波数に応じて三相誘導電動機に出力する出力電圧および出力周波数を制御することを特徴とする。   In the electric hydraulic steering system using the reversible discharge direction variable hydraulic pump of the present invention, the rotary vane type steering machine has a steering angle signal transmitter, the control device has an inverter and a control circuit, The steering angle command signal input from the steering device for instructing the steering angle of the rudder and the steering angle signal input from the steering angle signal transmitter are collated to calculate the target turning direction, target turning angle, and target turning speed. And the normal / reverse rotation direction of the three-phase induction motor according to the target turning direction and the target operating frequency of the three-phase induction motor according to the target turning speed are calculated, and the inverter is the forward / reverse rotation direction indicated by the control circuit The phase rotation direction of the three-phase induction motor is controlled in accordance with the control signal, and the output voltage and output frequency output to the three-phase induction motor are controlled in accordance with the target operating frequency instructed from the control circuit.

本発明の可逆転吐出方向可変油圧ポンプを用いた電動油圧操舵システムにおいて、制御回路は、目標転舵角度に向けた転舵操作初期時にはインバータに指示する周波数を零から目標運転周波数まで漸増させ、転舵操作終期時にはインバータに指示する周波数を目標運転周波数から零まで漸減させることを特徴とする。   In the electrohydraulic steering system using the reversible discharge direction variable hydraulic pump of the present invention, the control circuit gradually increases the frequency instructed to the inverter from zero to the target operating frequency at the initial stage of the steering operation toward the target steering angle, At the end of the steering operation, the frequency instructed to the inverter is gradually decreased from the target operating frequency to zero.

上記した構成により、三相誘導電動機の回転方向を正逆反転制御することにより可逆転吐出方向可変油圧ポンプの作動油の吐出方向を制御してロータリーベーン式舵取機による転舵方向を制御する。   With the above-described configuration, the direction of rotation of the three-phase induction motor is controlled by forward / reverse reversal control to control the discharge direction of the hydraulic oil in the reversible discharge direction variable hydraulic pump to control the turning direction by the rotary vane type steering machine. .

したがって、ロータリーベーン式舵取機に作動油を供給する油圧回路において作動油の流れ方向を制御するためのチェック弁、流量制御弁、電磁切換弁等が不要となり、簡易な油圧回路でクローズドループを形成することができる。   Therefore, there is no need for a check valve, flow control valve, electromagnetic switching valve, etc. to control the flow direction of hydraulic oil in the hydraulic circuit that supplies hydraulic oil to the rotary vane type steering machine. Can be formed.

よって、転舵操作において舵はスムーズに回動する。また、チェック弁、流量制御弁等における油圧損失に伴う作動油の昇温を抑制できるとともに、操舵操作時以外は可逆転吐出方向可変油圧ポンプを停止できるので作動用の昇温をさらに抑制できる。よって、従来のような過大な放熱面積を有する油圧タンクが不要となり、小型の油圧タンクの使用が可能となる。   Therefore, the rudder rotates smoothly in the turning operation. Further, the temperature rise of the hydraulic oil due to hydraulic loss in the check valve, the flow rate control valve, etc. can be suppressed, and the reversible discharge direction variable hydraulic pump can be stopped except during the steering operation, so that the temperature rise for operation can be further suppressed. Therefore, a conventional hydraulic tank having an excessive heat radiation area is not required, and a small hydraulic tank can be used.

制御回路が算出した目標転舵方向、目標転舵角度、目標転舵速度に応じてインバータが三相誘導電動機の相回転方向を制御し、三相誘導電動機に出力する出力電圧および出力周波数を制御することで、ロータリーベーン式舵取機は、目標転舵方向、目標転舵角度、目標転舵速度で舵軸を回転させて操舵する。   The inverter controls the phase rotation direction of the three-phase induction motor according to the target turning direction, target turning angle, and target turning speed calculated by the control circuit, and controls the output voltage and output frequency output to the three-phase induction motor. Thus, the rotary vane type steering machine is steered by rotating the rudder shaft at the target turning direction, the target turning angle, and the target turning speed.

一般に三相誘導電動機は、始動電流が定格電流の6〜7倍にもなる。このため、三相誘導電動機の正逆運転を行う際に、定格周波数のままで正逆反転切換を頻繁に行うと、始動時の大電流域が繰り返し発生するので、三相誘導電動機に過大な発熱量が発生し、三相誘導電動機の焼損に至る。   In general, the starting current of a three-phase induction motor is 6 to 7 times the rated current. For this reason, when forward / reverse operation of the three-phase induction motor is performed frequently, if the forward / reverse reversal switching is frequently performed while maintaining the rated frequency, a large current region at the time of start is repeatedly generated. Generates heat and burns out the three-phase induction motor.

しかし、本発明においては、制御回路が転舵操作初期時にインバータに指示する周波数を零から目標運転周波数まで漸増させ、転舵操作終期時にインバータに指示する周波数を目標運転周波数から零まで漸減させるので、三相誘導電動機における始動電流の上昇を抑制し、三相誘導電動機の過熱、焼損を防止できる。また、転舵操作初期時に可逆転吐出方向可変油圧ポンプの吐出油量が徐々に増加して転舵速度が緩やかに増速され、転舵操作終期時に可逆転吐出方向可変油圧ポンプの吐出油量が徐々に減少して転舵速度が緩やかに減速されるので、従来のように電磁切換弁によって作動油の流れ方向を急激に切り換えることに起因する油圧衝撃を防止できる。   However, in the present invention, the control circuit gradually increases the frequency instructed to the inverter at the initial stage of the steering operation from zero to the target operating frequency and gradually decreases the frequency instructed to the inverter at the end of the steering operation from the target operating frequency to zero. Further, it is possible to suppress an increase in starting current in the three-phase induction motor and to prevent overheating and burning of the three-phase induction motor. Also, the discharge oil amount of the reversible discharge direction variable hydraulic pump gradually increases at the initial stage of the steering operation, and the steering speed gradually increases. At the end of the steering operation, the discharge oil amount of the reversible discharge direction variable hydraulic pump Gradually decreases and the steering speed is gradually reduced, so that it is possible to prevent a hydraulic shock caused by abruptly switching the flow direction of the hydraulic oil by the electromagnetic switching valve as in the prior art.

本発明の可逆転吐出方向可変油圧ポンプを用いた電動油圧操舵システムの実施の形態を示すロータリーベーン式舵取機の作動制御油圧回路図FIG. 1 is a hydraulic circuit diagram of an operation control of a rotary vane type steering machine showing an embodiment of an electric hydraulic steering system using a reversible discharge direction variable hydraulic pump of the present invention. 三相誘導電動機の電流トルク曲線を示すグラフ図A graph showing the current torque curve of a three-phase induction motor 電動機に印加する供給電圧の周波数とトルクの関係を示すグラフ図Graph showing the relationship between the frequency of the supply voltage applied to the motor and the torque 三相誘導電動機の特性を示すグラフ図Graph showing the characteristics of a three-phase induction motor 舵角と舵軸に働くトルクの関係曲線を示すグラフ図Graph showing the relationship curve between the rudder angle and the torque acting on the rudder shaft 実船の操舵試験における操舵角と舵トルクの関係を示すグラフ図Graph showing the relationship between steering angle and rudder torque in an actual ship steering test 従来の作動制御油圧回路図Conventional operation control hydraulic circuit diagram

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1から図4において、本発明の電動油圧操舵システムは、主たる構成がロータリーベーン式舵取機10、可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20、三相誘導電動機30、制御装置40からなる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 4, the electric hydraulic steering system of the present invention mainly includes a rotary vane type steering machine 10, a reversible discharge direction variable hydraulic pump 20, a three-phase induction motor 30, and a control device 40.

ロータリーベーン式舵取機10は、舵を舵軸11の軸心廻りに回転駆動するものであり、ハウジング12の中にロータ13を備え、ロータ13と一体の可動ベーン14およびハウジング12と一体のセグメント15を有しており、ロータ13の外周面とハウジング12の内周面との間に可動ベーン14とセグメント15とで仕切った複数の作動油室16a、16b、16c、16dを形成している。ハウジング12は各セグメント15に対応する外側位置に集合弁(オートロック弁)17を備え、一側に防衝弁18および舵軸11の回転に連動して舵の現在舵角を検出する舵角信号発信器19を備えている。   The rotary vane type steering machine 10 rotates the rudder around the axis of the rudder shaft 11, includes a rotor 13 in a housing 12, a movable vane 14 integral with the rotor 13, and a housing 12 integral with the rotor 12. A plurality of hydraulic oil chambers 16 a, 16 b, 16 c, 16 d partitioned by a movable vane 14 and a segment 15 are formed between the outer peripheral surface of the rotor 13 and the inner peripheral surface of the housing 12. Yes. The housing 12 includes a collective valve (auto-lock valve) 17 at an outer position corresponding to each segment 15, and a rudder angle for detecting the current rudder angle of the rudder in conjunction with the rotation of the anti-shock valve 18 and the rudder shaft 11 on one side. A signal transmitter 19 is provided.

以下においては作動油室16a、16bに連結する作動制御油圧回路については説明するが、作動油室16c、16dに連結する作動制御油圧回路も同様である。可逆転吐出方向可変油圧ポンプ(双方向吐出油圧ポンプ)20はロータリーベーン式舵取機10に作動油を供給し、その油圧によってロータ13を油圧駆動するものであり、三相誘導電動機30は可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20を電動駆動するものである。   Hereinafter, the operation control hydraulic circuit connected to the hydraulic oil chambers 16a and 16b will be described, but the operation control hydraulic circuit connected to the hydraulic oil chambers 16c and 16d is the same. A reversible discharge direction variable hydraulic pump (bidirectional discharge hydraulic pump) 20 supplies hydraulic oil to the rotary vane type steering machine 10 and hydraulically drives the rotor 13 by the hydraulic pressure, and the three-phase induction motor 30 is acceptable. The reverse discharge direction variable hydraulic pump 20 is electrically driven.

可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20とロータリーベーン式舵取機10の集合弁17の間には油圧回路100が設けられている。油圧回路100は可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20の双方の吐出口101、102とロータリーベーン式舵取機10の集合弁17との間を連通するクローズドループ管路103と、クローズドループ管路103に、リリーフ弁104および逆止弁105を介して連通するヘッドタンク106を備えており、リリーフ弁104はクローズドループ管路103の圧力が設定圧以上となると作動油をヘッドタンク106に導き、逆止弁105はクローズドループ管路103の作動油が不足するとヘッドタンク106から作動油を導く。   A hydraulic circuit 100 is provided between the reversible discharge direction variable hydraulic pump 20 and the collective valve 17 of the rotary vane type steering machine 10. The hydraulic circuit 100 includes a closed loop pipe line 103 and a closed loop pipe line 103 communicating between the discharge ports 101 and 102 of the reversible discharge direction variable hydraulic pump 20 and the collective valve 17 of the rotary vane steering gear 10. In addition, a head tank 106 communicating with the relief valve 104 and the check valve 105 is provided. The relief valve 104 guides hydraulic oil to the head tank 106 when the pressure in the closed loop pipe line 103 becomes equal to or higher than the set pressure, The stop valve 105 guides the hydraulic oil from the head tank 106 when the hydraulic oil in the closed loop conduit 103 is insufficient.

制御装置40は三相誘導電動機30の双方向回転駆動を制御するものであり、インバータ41および制御回路42を有しており、電源ライン43、操舵器(オートパイロット)の操舵角命令信号ライン44、舵角信号発信器19の舵角信号ライン45が接続している。   The control device 40 controls the bi-directional rotational drive of the three-phase induction motor 30, and includes an inverter 41 and a control circuit 42, and includes a power line 43 and a steering angle command signal line 44 for a steering device (autopilot). The steering angle signal line 45 of the steering angle signal transmitter 19 is connected.

制御回路42は、舵の操舵角を指示する操舵器から操舵角命令信号ライン44を介して入力する操舵角命令信号と、舵角信号発信器19から舵角信号ライン45を介して入力する舵角信号とを照合して、目標転舵方向、目標転舵角度、目標転舵速度を演算し、かつ目標転舵方向に応じた三相誘導電動機30の正逆回転方向、目標転舵速度に応じた三相誘導電動機30の目標運転周波数を演算する。   The control circuit 42 receives the steering angle command signal input from the steering device for instructing the steering angle of the rudder via the steering angle command signal line 44, and the rudder input from the rudder angle signal transmitter 19 via the steering angle signal line 45. The target turning direction, the target turning angle, and the target turning speed are calculated by comparing with the angle signal, and the forward / reverse rotation direction and the target turning speed of the three-phase induction motor 30 according to the target turning direction are calculated. The target operation frequency of the corresponding three-phase induction motor 30 is calculated.

インバータ41は、制御回路42から指示する正逆回転方向に応じて三相誘導電動機30の相回転方向を制御するとともに、制御回路42から指示する目標運転周波数に応じて三相誘導電動機30に出力する出力電圧および出力周波数を制御する。   The inverter 41 controls the phase rotation direction of the three-phase induction motor 30 in accordance with the forward / reverse rotation direction instructed from the control circuit 42 and outputs to the three-phase induction motor 30 in accordance with the target operating frequency instructed from the control circuit 42. Control output voltage and output frequency.

さらに、制御回路42は、目標転舵角度に向けた転舵操作初期時にはインバータ41に指示する周波数を零から目標運転周波数まで漸増させ、転舵操作終期時にはインバータ41に指示する周波数を目標運転周波数から零まで漸減させる。   Further, the control circuit 42 gradually increases the frequency instructed to the inverter 41 from zero to the target operating frequency at the initial stage of the steering operation toward the target steering angle, and sets the frequency instructed to the inverter 41 at the end of the steering operation. Gradually decrease from zero to zero.

以下、上記構成における作用を説明する。転舵操作は、操作器から操舵角命令信号を操舵角命令信号ライン44を介して制御装置40に入力し、制御装置40で三相誘導電動機30を制御し、可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20を三相誘導電動機30で駆動することにより作動油をロータリーベーン式舵取機10に供給して行い、ロータリーベーン式舵取機10に直結された舵軸11を駆動し、舵板を動かすことにより舵を取る。   Hereinafter, the operation of the above configuration will be described. In the turning operation, a steering angle command signal is input from the operating device to the control device 40 via the steering angle command signal line 44, the three-phase induction motor 30 is controlled by the control device 40, and the reversible discharge direction variable hydraulic pump 20. Is driven by a three-phase induction motor 30 to supply hydraulic oil to the rotary vane type steering machine 10 to drive the rudder shaft 11 directly connected to the rotary vane type steering machine 10 to move the steering plate. Steer by.

制御装置40の制御回路42は、操舵器から操舵角命令信号ライン44を介して操舵角命令信号として入力する命令転舵角度と、舵角信号発信器19から舵角信号ライン45を介して舵角信号として入力する現在舵角度とを照合する。そして、舵軸11を面舵方向、取舵方向のどちらに回転させるかを目標転舵方向として演算し、命令転舵角度と現在舵角度との差から舵軸11の必要回転角度を目標転舵角度として演算し、船速等に見合う適切な転舵速度を目標転舵速度として演算する。   The control circuit 42 of the control device 40 includes a command turning angle input as a steering angle command signal from the steering device via the steering angle command signal line 44, and a rudder from the steering angle signal transmitter 19 via the steering angle signal line 45. The current rudder angle input as an angle signal is collated. Then, the target steering direction is calculated as to whether the rudder shaft 11 is rotated in the surface steering direction or the steering direction, and the necessary rotation angle of the rudder shaft 11 is determined from the difference between the command steering angle and the current steering angle. And an appropriate turning speed commensurate with the ship speed or the like is calculated as the target turning speed.

さらに、制御回路42は、目標転舵方向にロータリーベーン式舵取機10を回転させるのに必要な可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20の作動油の吐出方向を演算し、この吐出方向に作動油を供給するのに必要な三相誘導電動機30の正逆回転方向を演算する。また、目標転舵速度に応じた速度でロータリーベーン式舵取機10を駆動させる必要油量を演算し、この必要油量を送るために必要な可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20の必要回転数を演算し、この必要回転数で可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20を回転させるのに必要な三相誘導電動機30の目標運転周波数を演算する。   Furthermore, the control circuit 42 calculates the discharge direction of the hydraulic oil of the reversible discharge direction variable hydraulic pump 20 necessary for rotating the rotary vane type steering machine 10 in the target steering direction, and the hydraulic oil is output in this discharge direction. The forward and reverse rotation directions of the three-phase induction motor 30 necessary for supplying the motor are calculated. Further, the required amount of oil for driving the rotary vane type steering machine 10 at a speed corresponding to the target turning speed is calculated, and the required number of rotations of the reversible discharge direction variable hydraulic pump 20 necessary for sending this required amount of oil. And the target operating frequency of the three-phase induction motor 30 necessary for rotating the reversible discharge direction variable hydraulic pump 20 at this required rotational speed is calculated.

インバータ41は、制御回路42から指示する正逆回転方向に応じて三相誘導電動機30の相回転方向を制御するとともに、制御回路42から指示する目標運転周波数に応じて三相誘導電動機30に出力する出力電圧および出力周波数を制御する。   The inverter 41 controls the phase rotation direction of the three-phase induction motor 30 in accordance with the forward / reverse rotation direction instructed from the control circuit 42 and outputs to the three-phase induction motor 30 in accordance with the target operating frequency instructed from the control circuit 42. Control output voltage and output frequency.

この相回転方向、出力電圧、出力周波数で三相誘導電動機30が回転することで、可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20がロータリーベーン式舵取機10に必要油量を適切な吐出方向に供給し、ロータリーベーン式舵取機10に直結された舵軸11を目標転舵速度で駆動し、舵板を動かす。   As the three-phase induction motor 30 rotates in this phase rotation direction, output voltage, and output frequency, the reversible discharge direction variable hydraulic pump 20 supplies the required amount of oil to the rotary vane type steering machine 10 in an appropriate discharge direction. The rudder shaft 11 directly connected to the rotary vane type steering machine 10 is driven at the target turning speed to move the rudder plate.

これらの演算、操作は、操舵角命令信号と舵角信号との時々刻々変化する差信号に基づいて随時適切に行われる。
制御回路42は、操舵器(オートパイロット)からの操舵角命令信号と舵角信号発信器19からの舵角信号との差が零になると、インバータ41の出力電圧および出力周波数を零に制御する。即ち、出力周波数を零にすることによって、三相誘導電動機30を停止させ、可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20を停止し作動油の吐出量を零にしてロータリーベーン式舵取機10を停止させる。
These calculations and operations are appropriately performed as needed based on a difference signal that changes every moment between the steering angle command signal and the steering angle signal.
When the difference between the steering angle command signal from the steering device (autopilot) and the steering angle signal from the steering angle signal transmitter 19 becomes zero, the control circuit 42 controls the output voltage and output frequency of the inverter 41 to zero. . That is, by setting the output frequency to zero, the three-phase induction motor 30 is stopped, the reversible discharge direction variable hydraulic pump 20 is stopped, the hydraulic oil discharge amount is set to zero, and the rotary vane type steering machine 10 is stopped. .

また、制御回路42は、目標転舵角度に向けた転舵操作初期時には、インバータ41に指示する周波数を零から目標運転周波数まで漸増させて三相誘導電動機30および可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20の回転を緩やかに増加させる。この結果、可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20の作動油の吐出量が徐々に増加し、転舵速度が目標転舵速度まで緩やかに上がる。   Further, the control circuit 42 gradually increases the frequency instructed to the inverter 41 from zero to the target operating frequency at the initial stage of the steering operation toward the target steering angle, and the three-phase induction motor 30 and the reversible discharge direction variable hydraulic pump 20. Slowly increase the rotation of As a result, the amount of hydraulic fluid discharged from the reversible discharge direction variable hydraulic pump 20 gradually increases, and the turning speed gradually increases to the target turning speed.

転舵操作終期時には、インバータ41に指示する周波数を目標運転周波数から零まで漸減させて三相誘導電動機30および可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20の回転を緩やかに減少させる。この結果、可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20の作動油の吐出量が徐々に減少し、転舵速度が緩やかに零まで下がって舵が停止する。   At the end of the steering operation, the frequency instructed to the inverter 41 is gradually decreased from the target operating frequency to zero, and the rotations of the three-phase induction motor 30 and the reversible discharge direction variable hydraulic pump 20 are gradually decreased. As a result, the amount of hydraulic oil discharged from the reversible discharge direction variable hydraulic pump 20 gradually decreases, the turning speed gradually decreases to zero, and the rudder stops.

このように、本実施の形態では、三相誘導電動機30の回転方向を正逆反転制御することにより可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20の作動油の吐出方向を制御してロータリーベーン式舵取機10による転舵方向を制御することで、ロータリーベーン式舵取機10に作動油を供給する油圧回路100において作動油の流れ方向を制御するためのチェック弁、流量制御弁、電磁切換弁等が不要となり、簡易な油圧回路100でクローズドループを形成することができる。   As described above, in this embodiment, the rotational direction of the three-phase induction motor 30 is controlled to be forward / reversely reversed to control the discharge direction of the hydraulic oil of the reversible discharge direction variable hydraulic pump 20 to thereby control the rotary vane type steering machine. By controlling the steering direction by 10, a check valve, a flow control valve, an electromagnetic switching valve and the like for controlling the flow direction of the hydraulic oil in the hydraulic circuit 100 that supplies the hydraulic oil to the rotary vane type steering machine 10 are provided. It becomes unnecessary and a closed loop can be formed with a simple hydraulic circuit 100.

この可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20とロータリーベーン式舵取機10との間で構成するクローズドループの油圧回路は、舵取機の負荷、即ち、正(+)トルクから負(−)トルクまで方向がランダムに変わり、しかも、その大きさもランダムに変わる負荷に対して極めて効果的に機能し、転舵操作において舵はスムーズに回動する。   The closed-loop hydraulic circuit configured between the reversible discharge direction variable hydraulic pump 20 and the rotary vane type steering machine 10 is a load of the steering machine, that is, from positive (+) torque to negative (-) torque. The direction changes at random, and the size of the rudder functions extremely effectively against a load that changes at random, and the rudder rotates smoothly in the turning operation.

すなわち、ロータリーベーン式舵取機10が舵から正(+)トルクを受けながら転舵作動するときに、可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20はそのトルクに見合う油圧を発生してロータリーベーン式舵取機10に与えることによって舵軸11を回転させる。この正(+)トルクの作用下における転舵作動はオープンループでも支障なく行うことができる。   That is, when the rotary vane type steering machine 10 is steered while receiving a positive (+) torque from the rudder, the reversible discharge direction variable hydraulic pump 20 generates a hydraulic pressure corresponding to the torque to generate the rotary vane type steering. The rudder shaft 11 is rotated by giving to the machine 10. The steering operation under the action of the positive (+) torque can be performed without any trouble even in an open loop.

しかし、オープンループでは、ロータリーベーン式舵取機10が舵から大きな負(−)トルクを受ける場合に、ロータリーベーン式舵取機10から油タンクに戻る作動油の戻り油量が油圧ポンプからロータリーベーン式舵取機10へ供給する作動油の吐出量よりも多くなり、ロータ13の回転に対して油圧ポンプの吐出量が不足してロータリーベーン式舵取機10の入側で負圧となる。このため、前述したように、電磁切換弁とパイロットチェック弁とを組み合わせたオープンループの油圧制御回路では、油圧衝撃を伴うチャタリング現象が発生する。このチャタリング現象を低減させるために、油圧損失を伴うがやむなくフローレギュレータを設けてロータリーベーン式舵取機50の出側の抵抗を高めるようにしており、その分だけロータリーベーン式舵取機50の出力が減殺されることになる。   However, in the open loop, when the rotary vane type steering machine 10 receives a large negative (−) torque from the rudder, the amount of hydraulic oil returned from the rotary vane type steering machine 10 to the oil tank is reduced from the hydraulic pump to the rotary loop. More than the discharge amount of the hydraulic oil supplied to the vane type steering machine 10, the discharge amount of the hydraulic pump is insufficient with respect to the rotation of the rotor 13, and a negative pressure is generated on the entry side of the rotary vane type steering machine 10. . For this reason, as described above, in an open loop hydraulic control circuit in which an electromagnetic switching valve and a pilot check valve are combined, a chattering phenomenon accompanied by a hydraulic shock occurs. In order to reduce this chattering phenomenon, a flow regulator is unavoidably provided with a hydraulic loss to increase the resistance on the outlet side of the rotary vane type steering machine 50. The output will be reduced.

これに対して、本発明のクローズドループの油圧回路においては、作動油はロータリーベーン式舵取機10から可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20に戻るので、ロータリーベーン式舵取機10に負(−)トルクが作用する場合にあって作動油が可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20へ帰ってくると、可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20が油圧モータとして作用し、三相誘導電動機30を加速するように働く。   On the other hand, in the closed loop hydraulic circuit of the present invention, the hydraulic oil returns from the rotary vane type steering machine 10 to the reversible discharge direction variable hydraulic pump 20, and therefore negative (− ) When the hydraulic fluid returns to the reversible discharge direction variable hydraulic pump 20 when torque is applied, the reversible discharge direction variable hydraulic pump 20 acts as a hydraulic motor to accelerate the three-phase induction motor 30. To work.

この作用によって、三相誘導電動機30が同期速度を越えれば発電機として働き、この電力をインバータ41で回収することによって三相誘導電動機30の回転軸にブレーキ力が発生する。このブレーキ力で三相誘導電動機30および可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20の回転速度の上昇を抑えることで、作動油の流れが可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20の回転速度に相応した流量に抑制されて、ロータリーベーン式舵取機10が過大なスピードで油圧駆動されることを防止できる。   By this action, if the three-phase induction motor 30 exceeds the synchronous speed, it functions as a generator, and by collecting this electric power by the inverter 41, a braking force is generated on the rotating shaft of the three-phase induction motor 30. By controlling the increase in the rotational speed of the three-phase induction motor 30 and the reversible discharge direction variable hydraulic pump 20 with this braking force, the flow of hydraulic oil is suppressed to a flow rate corresponding to the rotational speed of the reversible discharge direction variable hydraulic pump 20. Thus, it is possible to prevent the rotary vane type steering machine 10 from being hydraulically driven at an excessive speed.

一般にインバータ制御を行う誘導電動機の電流トルク曲線は、図2に示すものである。始動電流は非常に大きくて、普通は定格電流の6〜7倍の大きさである。回転速度の増加に伴い、電流値は減少し、同期速度でほぼ零となる。トルクは、普通、始動トルクが定格トルクの200%程度で、ある回転速度になると停動トルクと呼ばれる最大トルクに達し、同期回転速度で零となる。定格回転速度は、停動トルクの速度より大きくて同期速度より小さい回転数であり、トルクは垂下特性領域にある。   A current torque curve of an induction motor that generally performs inverter control is shown in FIG. The starting current is very large and is usually 6-7 times the rated current. As the rotational speed increases, the current value decreases and becomes almost zero at the synchronous speed. Normally, the starting torque is about 200% of the rated torque, and reaches a maximum torque called stationary torque at a certain rotational speed, and becomes zero at the synchronous rotational speed. The rated rotational speed is a rotational speed larger than the stationary torque speed and smaller than the synchronous speed, and the torque is in a drooping characteristic region.

したがって、このような領域で運転すると、負荷変動に対して非常に応答性が良く安定した作動をする。しかし、この電動機の正転、逆転を頻繁に行うと、回転数が低い領域では、電流が極めて大きくなり、大きな慣性を持つ回転子が正逆回転を繰り返し運転すれば、過大電流の繰返しにより、電動機巻線はすぐに加熱して焼損に至ることになる。   Therefore, when operated in such a region, the operation is very responsive and stable with respect to load fluctuations. However, if this motor is rotated forward and backward frequently, the current becomes very large in the region where the rotational speed is low, and if the rotor with large inertia repeats forward and reverse rotation, The motor windings will soon heat up and burn out.

それ故に、誘導電動機は、誘導電動機ヘの印加電圧、周波数を一定のまま、正逆転を繰り返し行う運転に使用するには適していない。
一方、舵取機は右転舵、左転舵を頻繁に繰り返して行うものなので、可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20でロータリーベーン式舵取機10を油圧駆動する場合に、三相誘導電動機30を印加電圧、周波数一定のままで正逆転させて使用することは、始動から定格回転数に達するまで過大な電流が流れる理由において適切ではない。
Therefore, the induction motor is not suitable for use in an operation in which forward and reverse rotations are repeatedly performed while the applied voltage and frequency to the induction motor are kept constant.
On the other hand, since the steering machine performs the right steering and the left steering frequently and repeatedly, the three-phase induction motor 30 is used when the rotary vane type steering machine 10 is hydraulically driven by the reversible discharge direction variable hydraulic pump 20. Is not suitable for the reason that an excessive current flows from the start until the rated rotational speed is reached after the application voltage and frequency are kept constant.

一般に誘導電動機に印加する周波数を繰り返し変えて回転速度を変える制御にインバータが用いられている。インバータで、周波数を変化させ、出力電圧を周波数に比例する分に励磁電流分を上乗せすることにより、図3に示すように、始動トルクも、定動トルクも、負荷トルク(定格)も、どんな周波数に対しても全く同様にすることができ、同一負荷トルクに対しては、電流値も基本的には変わらない。   In general, an inverter is used for controlling the rotational speed by repeatedly changing the frequency applied to the induction motor. By changing the frequency with the inverter and adding the excitation current to the output voltage proportional to the frequency, as shown in Fig. 3, any starting torque, constant torque, load torque (rated) The same can be applied to the frequency, and the current value basically does not change for the same load torque.

このような制御をすることによって電動機の負荷トルクと電流をある大きさの範囲に保ちながら、回転速度を自在に変えることができる。本発明ではこの制御特性を用いて可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20の正逆運転を行っている。   By performing such control, the rotation speed can be freely changed while keeping the load torque and current of the motor within a certain range. In the present invention, this control characteristic is used to perform forward / reverse operation of the reversible discharge direction variable hydraulic pump 20.

従来、誘導電動機が正逆転運転を行えなかったのは、前述したように、一定周波数のもとで、正逆切換運転を行うと、回転速度が遅い領域では、電動機に流れる電流が過大となり、一般に三相誘導電動機は、始動電流が定格電流の6〜7倍にもなる。このため、三相誘導電動機の正逆運転を行う際に、定格周波数のままで正逆反転切換を頻繁に行うと、正逆反転始動時に大電流域が繰り返し発生するので、三相誘導電動機に過大な発熱量が発生し、三相誘導電動機の焼損に至る。   Conventionally, induction motors could not perform forward / reverse operation, as described above, when forward / reverse switching operation is performed under a constant frequency, the current flowing to the motor becomes excessive in the region where the rotation speed is low, In general, the starting current of a three-phase induction motor is 6 to 7 times the rated current. For this reason, when forward / reverse operation of the three-phase induction motor is performed, if the forward / reverse reversal switching is frequently performed with the rated frequency maintained, a large current region is repeatedly generated at the start of forward / reverse reversal. Excessive heat generation occurs, leading to burnout of the three-phase induction motor.

しかし、制御回路42が転舵操作初期時にインバータ41に指示する周波数を零から目標運転周波数まで漸増させて三相誘導電動機30および可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20の回転を緩やかに増加させることで、転舵速度が目標転舵速度まで緩やかに上がり、転舵操作終期時にインバータ41に指示する周波数を目標運転周波数から零まで漸減させて三相誘導電動機30および可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20の回転を緩やかに減少させることで、転舵速度が緩やかに零まで下がって舵が停止するので、三相誘導電動機30における始動電流の上昇を抑制し、三相誘導電動機30の過熱、焼損を防止できる。   However, the control circuit 42 gradually increases the frequency instructed to the inverter 41 at the initial stage of the steering operation from zero to the target operating frequency, thereby gradually increasing the rotation of the three-phase induction motor 30 and the reversible discharge direction variable hydraulic pump 20. The turning speed gradually increases to the target turning speed, and the frequency instructed to the inverter 41 at the end of the turning operation is gradually reduced from the target operating frequency to zero, so that the three-phase induction motor 30 and the reversible discharge direction variable hydraulic pump 20 By gradually reducing the rotation, the steering speed is gradually lowered to zero and the rudder stops. Therefore, an increase in starting current in the three-phase induction motor 30 is suppressed, and overheating and burning of the three-phase induction motor 30 are prevented. it can.

また、転舵操作初期時に可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20の吐出油量が徐々に増加して転舵速度が緩やかに増速され、転舵操作終期時に可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20の吐出油量が徐々に減少して転舵速度が緩やかに減速されるので、従来のように電磁切換弁によって作動油の流れ方向を急激に切り換えることに起因する油圧衝撃を防止でき、ロータリーベーン式舵取機10がチャタリングを起こすこともなくスムーズに転舵し、油圧衝撃を起こすこともなく運転することができる。   Further, the amount of oil discharged from the reversible discharge direction variable hydraulic pump 20 is gradually increased at the initial stage of the steering operation, and the steering speed is gradually increased. At the end of the steering operation, the discharge of the reversible discharge direction variable hydraulic pump 20 is performed. Since the oil amount is gradually reduced and the turning speed is gradually reduced, the hydraulic shock caused by suddenly switching the flow direction of the hydraulic oil by the electromagnetic switching valve as in the conventional case can be prevented. The take-up machine 10 can be smoothly steered without causing chattering, and can be operated without causing hydraulic shock.

また、チェック弁、流量制御弁等における油圧損失に伴う作動油の昇温を抑制できるとともに、操舵操作時以外は可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20を停止できるので作動油の昇温をさらに抑制できるので、従来のような過大な放熱面積を有する油圧タンクが不要となり、小型の油圧タンクの使用が可能となる。   In addition, it is possible to suppress the temperature rise of the hydraulic oil due to hydraulic loss in the check valve, the flow control valve, etc., and to further suppress the temperature rise of the hydraulic oil because the reversible discharge direction variable hydraulic pump 20 can be stopped except during the steering operation. Therefore, a conventional hydraulic tank having an excessive heat radiation area is not required, and a small hydraulic tank can be used.

しかも、従来のように、一方向吐出ポンプを誘導電動機で定電圧、低周波数電源のもとで駆動し、電磁切換弁で吐出方向を切り換える油圧制御方式では、転舵操作をしない間も、電動機を連続して運転しておく必要があり、無駄な電力を四六時中、消費していた。   Moreover, in the conventional hydraulic control system in which the one-way discharge pump is driven with a constant voltage and low-frequency power source by an induction motor and the discharge direction is switched by an electromagnetic switching valve as in the prior art, the electric motor can be used even when the steering operation is not performed. It was necessary to keep driving continuously, and wasted wasted power all the time.

しかし、本発明では、転舵しない中立時においては、可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20および三相誘導電動機30を停止させておくので、その間に電力は消費せず、省エネに寄与できる。また、作動油も過熱されないので、冷却のための装置も簡易なものでよくなり、作動油の温度上昇を低く抑えることが容易なため、油圧機器におけるシール材の劣化を抑えることができる。   However, in the present invention, at the neutral time when the vehicle is not steered, the reversible discharge direction variable hydraulic pump 20 and the three-phase induction motor 30 are stopped, so that no electric power is consumed and the energy can be saved. In addition, since the hydraulic oil is not overheated, a simple cooling device can be used, and the temperature rise of the hydraulic oil can be easily kept low, so that deterioration of the sealing material in the hydraulic equipment can be suppressed.

図4は三相誘導電動機30の特性を示している。三相誘導電動機30は、通常、電動域で使用される。この領域では、電源から三相誘導電動機30に電流を送り込み、電動機を駆動して、負荷に対応するトルクを発生させて負荷物体を動かす。三相誘導電動機30は外力により同期速度を超える速度で回されると発電域での使用となる。三相誘導電動機30が発電機として働くことで発電された電力は電源に戻されるか、あるいは、別途設けた抵抗器によって熱となる。   FIG. 4 shows the characteristics of the three-phase induction motor 30. The three-phase induction motor 30 is normally used in an electric range. In this region, current is sent from the power source to the three-phase induction motor 30, and the motor is driven to generate torque corresponding to the load to move the load object. When the three-phase induction motor 30 is rotated at a speed exceeding the synchronous speed by an external force, it is used in the power generation area. The electric power generated by the three-phase induction motor 30 acting as a generator is returned to the power source or becomes heat by a separately provided resistor.

いずれにしても、外部から加わるエネルギーはこの発電によって吸収されるので、外力によるトルクがロータリーベーン式舵取機10に作用した場合にも、ロータ13が過大な速度で回されることを防ぐことができる。   In any case, since the energy applied from the outside is absorbed by this power generation, even when the torque due to the external force acts on the rotary vane type steering machine 10, the rotor 13 is prevented from being rotated at an excessive speed. Can do.

制動域は、例えば、右舷方向転舵中に急逆転するような場合に使用することになるが、できるだけこの領域は使わないようにする。逆転する場合は、インバータ41の出力周波数を下げて電動機回転速度を落としていき、転舵速度がほぼ零になったときに、相切換を行って逆転させるものとする。   The braking area is used, for example, in the case of sudden reverse rotation during starboard turning, but this area should be avoided as much as possible. In the case of reverse rotation, the output frequency of the inverter 41 is lowered to lower the motor rotation speed, and when the steering speed becomes almost zero, phase switching is performed to reverse rotation.

図1における逆止弁105、リリーフ弁104、およびヘッドタンク106は、作動油の油量の変化による作動油の膨張や収縮、舵から受ける外力によってロータリーベーン式舵取機10における入側と出側とにおける作動油の流量に差が生じたり、何らかの理由により油圧回路において油漏れが生じた場合に、緩衝作用や油圧回路に作動油の補給を行うためのものである。   The check valve 105, the relief valve 104, and the head tank 106 in FIG. 1 are moved in and out of the rotary vane type steering machine 10 due to expansion and contraction of hydraulic oil due to changes in the amount of hydraulic oil and external force received from the rudder. When there is a difference in the flow rate of hydraulic fluid between the two sides or when an oil leak occurs in the hydraulic circuit for some reason, the hydraulic fluid is supplied to the buffering function or the hydraulic circuit.

例えば、ロータリーベーン式舵取機10のロータ13が取舵方向に回転しているときに、舵から舵軸11に負トルクが働き、同方向にロータ13が過剰に回されて、多くの作動油が吐き出されると、この大量の油はクローズドループ管路103の内部では行き場がなくなり異常な油圧上昇をもたらすことになる。   For example, when the rotor 13 of the rotary vane type steering machine 10 is rotating in the steering direction, a negative torque acts on the rudder shaft 11 from the rudder, and the rotor 13 is excessively rotated in the same direction, so that a large amount of hydraulic oil. When a large amount of oil is expelled, this large amount of oil has no place to go inside the closed loop conduit 103, resulting in an abnormal increase in hydraulic pressure.

この様な場合には、リリーフ弁104からヘッドタンク106に余分の油を流すことによって、作動油の流れの収支を合す。このとき、油圧がリリーフ圧に達しない範囲においては、上述したように可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20は油圧モータとして働き、三相誘導電動機30は発電機として働き、電源に電力を返しながらブレーキ力が作用する。   In such a case, the balance of the flow of the hydraulic oil is adjusted by flowing excess oil from the relief valve 104 to the head tank 106. At this time, within the range where the hydraulic pressure does not reach the relief pressure, as described above, the reversible discharge direction variable hydraulic pump 20 functions as a hydraulic motor, the three-phase induction motor 30 functions as a generator, and brakes while returning power to the power source. Force acts.

逆止弁105はクローズドループ管路103に作動油が不足したときに、油圧ラインに作動油を供給する。このようにしてクローズドループ油圧回路内において作動油の量はバランスを保つ。   The check valve 105 supplies the hydraulic oil to the hydraulic line when the hydraulic oil is insufficient in the closed loop line 103. In this way, the amount of hydraulic oil is balanced in the closed loop hydraulic circuit.

図1において、ロータリーベーン式舵取機10に設けた集合弁17はパイロットチェック弁の一種のオートロック弁であり、可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20によりロータリーベーン式舵取機10を駆動するうえでは必要でないが、外部配管が破損したような場合に、破損した側の可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20を停止し、健全な側の可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20で運転を継続するために設けたものである。   In FIG. 1, a collective valve 17 provided in the rotary vane type steering machine 10 is a kind of auto-lock valve that is a pilot check valve, and the rotary vane type steering machine 10 is driven by a reversible discharge direction variable hydraulic pump 20. In the case where the external piping is damaged, however, the reversible discharge direction variable hydraulic pump 20 on the damaged side is stopped and the operation is continued with the healthy reversible discharge direction variable hydraulic pump 20 on the sound side. It is provided.

すなわち、オートロック弁は、ポンプ吐出圧において入側および出側のポートが同時に開いて作動油が流れる構成となっており、ポンプ吐出圧がなければ閉となって油の流れを遮断するので破損した箇所からの油の流出は無くなり健全な側の可逆転吐出方向可変油圧ポンプ20で運転を行うことができる。   In other words, the auto-lock valve has a structure in which the inlet and outlet ports open at the pump discharge pressure at the same time and hydraulic fluid flows, and if there is no pump discharge pressure, it closes and shuts off the oil flow. Accordingly, the oil can be prevented from flowing out from the place where the oil is discharged, and the operation can be performed by the reversible discharge direction variable hydraulic pump 20 on the sound side.

10 ロータリーベーン式舵取機
11 舵軸
12 ハウジング
13 ロータ
14 可動ベーン
15 セグメント
16a、16b、16c、16d 作動油室
17 集合弁
18 防衝弁
19 舵角信号発信器
20 可逆転吐出方向可変油圧ポンプ
30 三相誘導電動機
40 制御装置
41 インバータ
42 制御回路
43 電源ライン
44 操舵角命令信号ライン
45 舵角信号ライン
100 油圧回路
101、102 吐出口
103 クローズドループ管路
104 リリーフ弁
105 逆止弁
106 ヘッドタンク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Rotary vane type steering machine 11 Rudder shaft 12 Housing 13 Rotor 14 Movable vane 15 Segment 16a, 16b, 16c, 16d Hydraulic oil chamber 17 Collecting valve 18 Anti-shock valve 19 Steering angle signal transmitter 20 DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 Three-phase induction motor 40 Control apparatus 41 Inverter 42 Control circuit 43 Power supply line 44 Steering angle command signal line 45 Steering angle signal line 100 Hydraulic circuit 101,102 Discharge port 103 Closed loop pipe line 104 Relief valve 105 Check valve 106 Head tank

Claims (3)

舵を舵軸の軸心廻りに回転駆動するロータリーベーン式舵取機と、ロータリーベーン式舵取機を油圧駆動する可逆転吐出方向可変油圧ポンプと、可逆転吐出方向可変油圧ポンプを電動駆動する三相誘導電動機と、三相誘導電動機の双方向回転駆動を制御する制御装置を備えたことを特徴とする可逆転吐出方向可変油圧ポンプを用いた電動油圧操舵システム。   A rotary vane type steering machine that rotates the rudder around the axis of the rudder axis, a reversible discharge direction variable hydraulic pump that hydraulically drives the rotary vane type steering machine, and a reversible discharge direction variable hydraulic pump that is electrically driven An electric hydraulic steering system using a three-phase induction motor and a control device for controlling bidirectional rotational drive of the three-phase induction motor using a reversible discharge direction variable hydraulic pump. ロータリーベーン式舵取機は舵角信号発信器を有し、制御装置はインバータおよび制御回路を有し、
制御回路は、舵の操舵角を指示する操舵器から入力する操舵角命令信号と舵角信号発信器から入力する舵角信号とを照合して目標転舵方向、目標転舵角度、目標転舵速度を演算し、かつ目標転舵方向に応じた三相誘導電動機の正逆回転方向、目標転舵速度に応じた三相誘導電動機の目標運転周波数を演算し、
インバータは、制御回路から指示する正逆回転方向に応じて三相誘導電動機の相回転方向を制御するとともに、制御回路から指示する目標運転周波数に応じて三相誘導電動機に出力する出力電圧および出力周波数を制御することを特徴とする請求項1に記載の可逆転吐出方向可変油圧ポンプを用いた電動油圧操舵システム。
The rotary vane type steering machine has a rudder angle signal transmitter, the control device has an inverter and a control circuit,
The control circuit collates the steering angle command signal input from the steering device for instructing the steering angle of the rudder and the steering angle signal input from the steering angle signal transmitter to check the target turning direction, target turning angle, target turning Calculate the speed, calculate the forward / reverse rotation direction of the three-phase induction motor according to the target turning direction, the target operating frequency of the three-phase induction motor according to the target turning speed,
The inverter controls the phase rotation direction of the three-phase induction motor in accordance with the forward / reverse rotation direction instructed from the control circuit, and outputs the output voltage and output to the three-phase induction motor in accordance with the target operating frequency instructed from the control circuit. The electric hydraulic steering system using the reversible discharge direction variable hydraulic pump according to claim 1, wherein the frequency is controlled.
制御回路は、目標転舵角度に向けた転舵操作初期時にはインバータに指示する周波数を零から目標運転周波数まで漸増させ、転舵操作終期時にはインバータに指示する周波数を目標運転周波数から零まで漸減させることを特徴とする請求項2に記載の可逆転吐出方向可変油圧ポンプを用いた電動油圧操舵システム。   The control circuit gradually increases the frequency instructed to the inverter from zero to the target operating frequency at the beginning of the steering operation toward the target turning angle, and gradually decreases the frequency instructed to the inverter from the target operating frequency to zero at the end of the steering operation. An electric hydraulic steering system using the reversible discharge direction variable hydraulic pump according to claim 2.
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