JP2016518288A - Rudder drive system and steering machine operating method - Google Patents
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Abstract
少なくとも1つの舵(6)と、冗長系を成して互いに独立に操作可能な2つの電動液圧型主駆動部(30,32)とを備えた、船舶の舵取り機を作動させるための舵駆動システム(2)において、主駆動部(30,32)とは独立に操作可能な舵取り用電動液圧型副駆動部(34)が設けられ、該副駆動部が、液圧ポンプ(68)を駆動するために周波数変換器(74)を備えた電動機(68)を有している。本発明はこの種の舵駆動システムの作動方法にも関わる。Rudder drive for operating a ship steering machine, comprising at least one rudder (6) and two electric hydraulic main drive units (30, 32) that can be operated independently of each other in a redundant system In the system (2), a steering electric hydraulic sub drive unit (34) that can be operated independently of the main drive unit (30, 32) is provided, and the sub drive unit drives the hydraulic pump (68). In order to do so, it has an electric motor (68) with a frequency converter (74). The invention also relates to a method for operating such a rudder drive system.
Description
本発明は、請求項1の上位概念に記載の船舶の舵取り機を操作するための舵駆動システム、および、船舶の舵取り機を操作するための方法に関するものである。 The present invention relates to a rudder drive system for operating a ship steering machine according to the superordinate concept of claim 1 and a method for operating a ship steering machine.
船の舵取り機には、通常、電動液圧型舵駆動システムを備えさせる。公知の舵駆動システムは、同一に構成されて冗長系を成している2つの電動液圧型主駆動部を有し、これら主駆動部は、それぞれ、電動駆動される液圧ポンプと、いわゆるモータポンプ群と、付属の出力制御電子装置と、周辺システムとから成っている。モータポンプ群の大きさは、船級協会の構造規定によれば、舵が28秒以内に65゜の角度範囲にわたって(片側35゜、他の側へ30゜)移動できるように選定される。この場合、舵取り時間または舵取り速度は、船のタイプによっては1つまたは2つのモータポンプ群だけで達成されねばならない。 A ship steering machine is usually provided with an electric hydraulic rudder drive system. A known rudder drive system has two electric hydraulic main drive units that are configured identically and form a redundant system. These main drive units are a hydraulic pump that is electrically driven and a so-called motor, respectively. It consists of a pump group, attached power control electronics, and peripheral systems. The size of the motor pump group is selected so that the rudder can move over an angular range of 65 ° within 28 seconds (35 ° on one side and 30 ° on the other side) within 28 seconds. In this case, the steering time or steering speed has to be achieved with only one or two motor pump groups depending on the type of ship.
液圧ポンプの大きさは、第一次近似では、必要なオイル体積流によって決定され、これに対し電動機の大きさは、液圧による出力によって決定され、すなわち体積流と油圧の圧力差とによって決定される。液圧ポンプは、固定定格回転数を持つように構成される電動機を用いて作動され、その結果必要な可変駆動力は電動機のトルクを介して変化させることができる。 The size of the hydraulic pump is determined in the first approximation by the required oil volume flow, whereas the size of the motor is determined by the hydraulic output, i.e. by the volume flow and the pressure difference between the hydraulic pressures. It is determined. The hydraulic pump is operated using an electric motor configured to have a fixed rated speed, so that the required variable driving force can be varied via the motor torque.
電動機と液圧ポンプとの組み合わせにる上述の特性により、作動上の欠点が生じる。モータポンプ群はほぼ一定の最大回転数で回転する。従って、摩擦による機械的出力損は回転数の関数であるので、仮に例えば舵調整が必要でなくとも、その結果オイル流が必要でなくとも、どのような作動状態でも完全な出力損が発生する。加えて、液圧ポンプを定容量ポンプとして実施する場合、液圧摩擦が出力損に関与する。また、非同期構成の電動機は、定格出力よりも小さな出力ではあまり好ましくない力率で回転し、その結果出力に対し必要な電流よりもかなり高い有効電流が流れる。その結果、電力損は特に小さな出力で比較的高くなる。 Due to the above-mentioned characteristics of the combination of the electric motor and the hydraulic pump, operational disadvantages arise. The motor pump group rotates at a substantially constant maximum rotation speed. Therefore, since the mechanical output loss due to friction is a function of the rotational speed, even if no rudder adjustment is required, for example, even if no oil flow is required, a complete output loss occurs in any operating state. . In addition, when the hydraulic pump is implemented as a constant capacity pump, hydraulic friction is involved in output loss. In addition, an asynchronous motor rotates at a power factor that is less favorable at an output smaller than the rated output, and as a result, an effective current that is considerably higher than the current required for the output flows. As a result, power loss is relatively high, especially at small outputs.
上述したことに関連して、舵駆動システムは特に小出力の作動状態またはアイドリングで非常に高い出力損を生じさせ、この出力損は必ず定格出力の10%ないし20%の範囲にある。舵取り機の全効率の観点ではこの作動状態は特に問題である。なぜなら、直進航行で必要とする舵修正は小さいので、舵駆動システムは全作動状態の大部分で非常にわずかな有効出力、すなわち液圧力しか要求しないからである。 In connection with what has been said above, rudder drive systems produce very high power losses, especially in low power operating conditions or idling, which power losses are always in the range of 10% to 20% of the rated power. This operating condition is particularly problematic in terms of the overall efficiency of the steering machine. This is because the rudder correction required for straight sailing is small, and the rudder drive system requires very little effective power, i.e., hydraulic pressure, in most of the total operating state.
前述した公知の実施態様は、信頼性および安全性に関しては定評があるが、この技術は効率的でないことを示している。海上では非常に小さな舵角を克服すればよく、従って液圧ポンプにはわずかな出力しか要求されない。これにより、それぞれの液圧ポンプはほとんどの時間をアイドリングで回転し、従って不必要なエネルギーを消費する。というのは、液圧ポンプを駆動する電動力が最適に活用されないからである。さらに、方向転換作動では一定に高い舵取り速度が望ましいが、直進航行時の推進性に対しては支障になることがある。 The known embodiments described above have a reputation for reliability and safety, but indicate that this technique is not efficient. At sea, a very small rudder angle has to be overcome, so a hydraulic pump requires very little power. This causes each hydraulic pump to rotate idling most of the time, thus consuming unnecessary energy. This is because the electric power for driving the hydraulic pump is not optimally used. Furthermore, a constant high steering speed is desirable in the direction change operation, but this may hinder the propulsion performance during straight traveling.
さらに、2つの電動液圧型主駆動部が不測の故障を起こした場合に方向転換機能を得るために、液圧アキュムレータを介して供給を受ける副駆動部を有し、該副駆動部を用いて減圧によって舵を取ることができるようにした舵駆動システムが知られている。 Furthermore, in order to obtain a direction changing function when two electric hydraulic type main drive units cause an unexpected failure, they have a sub drive unit that receives supply via a hydraulic accumulator, and uses the sub drive unit. A rudder drive system that can steer by depressurization is known.
本発明の課題は、前記欠点を解消し、効率的な作動を可能にする舵駆動システムを提供することである。さらに本発明の課題は、舵駆動システムを効率的に作動させるための方法を提供することである。 The subject of this invention is providing the rudder drive system which eliminates the said fault and enables efficient operation | movement. It is a further object of the present invention to provide a method for efficiently operating a rudder drive system.
この課題は、請求項1の構成を備えた舵駆動システム、および、請求項9の構成を備えた方法によって解決される。 This problem is solved by a rudder drive system having the configuration of claim 1 and a method having the configuration of claim 9.
本発明による船舶の舵取り機を作動させるための舵駆動システムは、少なくとも1つの舵と、冗長系を成して互いに独立に操作可能な2つの電動液圧型主駆動部とを備えている。本発明によれば、舵駆動システムは、主駆動部とは独立に操作可能な舵取り用電動液圧型副駆動部を有し、該副駆動部は、液圧ポンプを駆動するために周波数変換器を備えた電動機を有している。 A rudder drive system for operating a marine vessel steering machine according to the present invention includes at least one rudder and two electric hydraulic main drive units that can be operated independently of each other in a redundant system. According to the present invention, the rudder drive system has a steering electric hydraulic pressure type sub-drive unit that can be operated independently of the main drive unit, and the sub-drive unit uses a frequency converter to drive the hydraulic pump. Has an electric motor.
電動機が周波数変換器を介して宮殿を受ける副駆動部が提供されていることにより、その回転数と回転方向とを、停止状態と定格回転数との間で無段階に、且つトルクを減少させて定格回転数を越えて制御することができる。その結果、必要な搬送量に応じた回転数を正確に選定できる。特に舵が停止していればパワートレインも停止しており、その結果主駆動部がアイドリングしているときのような出力損は発生しない。さらに、周波数変換器を用いて力率を調整でき、その結果低回転数時でも力率を非常に高く選定でき、しがって出力損に伴う電流も、電動機の定格点の時と同様に低く維持することができる。副駆動部を設けることにより1回限りの設備コストが生じるものの、小型で、とりわけ周波数変換器が設けられているために、総じてたとえば主駆動部に対し2つの周波数変換器を設けるための設備コストよりも低く抑えることができる。周波数変換器が故障するリスクも考えられるが、本発明による解決手段では欠点にならない。というのは、船級規定に従って必要な主駆動部は影響を受けず、周波数変換器を断念するケースでは1つまたは2つの主駆動部を起用できるからである。従って、本発明による舵駆動システムは、特に例えば小さな舵角と少ない消費電力が長時間続く公海上でのオートパイロット航行で舵取りを副駆動部を介して行なう場合に、舵取り機の効率的な作動を可能にする。このとき主駆動部は停止状態にある。これに対し定格負荷作動では、たとえば河口航行時、悪天候による航行時に、大きな舵角が短時間必要であり、大きな消費電力が必要である場合には、舵取りを1つまたは2つの主駆動部を介して行うことができる。このとき副駆動部は停止状態にある。 By providing a secondary drive unit where the motor receives the palace via the frequency converter, its rotation speed and rotation direction are steplessly reduced between the stopped state and the rated rotation speed, and the torque is reduced. Can be controlled beyond the rated speed. As a result, it is possible to accurately select the number of rotations according to the necessary transport amount. In particular, if the rudder is stopped, the power train is also stopped. As a result, no output loss occurs when the main drive unit is idling. In addition, the power factor can be adjusted using a frequency converter, and as a result, the power factor can be selected very high even at low revolutions, and the current associated with the output loss is the same as at the rated point of the motor. Can be kept low. Although the one-time equipment cost is generated by providing the sub-driving unit, the equipment cost for providing two frequency converters, for example, for the main driving unit is generally small because of the small size and particularly the frequency converter. Can be kept lower. The risk of the frequency converter failing is also conceivable, but the solution according to the invention is not a disadvantage. This is because the main drive required according to the classification rules is not affected and one or two main drive can be used in the case of abandoning the frequency converter. Therefore, the rudder drive system according to the present invention is an efficient operation of the rudder, particularly when steering is performed through the auxiliary drive unit in autopilot navigation on the high seas where a small rudder angle and low power consumption last for a long time. Enable. At this time, the main drive unit is in a stopped state. On the other hand, in rated load operation, for example, when navigating estuaries or navigating in bad weather, a large rudder angle is required for a short time, and when large power consumption is necessary, steering is performed by using one or two main drive units. Can be done through. At this time, the sub-driving unit is in a stopped state.
副駆動部の液圧ポンプが、一定の搬送体積を備えた定容量ポンプであれば、舵駆動システムを技術的に非常に簡単に実施することができる。 If the hydraulic pump of the sub-driving unit is a constant capacity pump having a constant transport volume, the rudder drive system can be technically very easily implemented.
副駆動部が主駆動部に比べて出力低減されていれば、舵駆動システムの効率をさらに上昇させることができる。なお出力低減されているということは、定格圧力が同じであれば、定格出力がより小さいということと、オイル体積流がより少ないということとを意味しており、その結果副駆動部は完全定格圧力で2つの主駆動部のどちらよりも少ないオイル体積流を搬送する。例えば副駆動部は次のようにサイジングされていてよく、すなわち完全定格圧力で各主駆動部のオイル体積流の5%ないし30%、とりわけ10%ないし20%を搬送できるようにサイジングされていてよい。従って、この実施態様でも、副駆動部の定格出力は、各主駆動部のオイル体積流の5%ないし30%、とりわけ10%ないし20%である。 If the output of the auxiliary drive unit is reduced compared to the main drive unit, the efficiency of the rudder drive system can be further increased. The fact that the output is reduced means that if the rated pressure is the same, the rated output is smaller and the oil volume flow is less, and as a result, the secondary drive part is fully rated. Conveys less oil volume flow with pressure than either of the two main drives. For example, the secondary drive may be sized as follows, i.e. sized to carry 5% to 30%, in particular 10% to 20% of the oil volume flow of each main drive at full rated pressure. Good. Therefore, also in this embodiment, the rated output of the sub-drive unit is 5% to 30%, especially 10% to 20%, of the oil volume flow of each main drive unit.
舵駆動システムの1つの技術的構成は、例えば少なくとも主駆動部の液圧ポンプが、一定の搬送体積を備えた定容量ポンプであることにある。 One technical configuration of the rudder drive system is that, for example, at least the hydraulic pump of the main drive unit is a constant capacity pump having a constant transport volume.
択一的な実施態様では、主駆動部の液圧ポンプは、搬送体積を可変な調整ポンプである。 In an alternative embodiment, the hydraulic pump of the main drive is an adjustment pump with variable transport volume.
1実施態様では、副駆動部の液圧ポンプは2つの搬送方向を有している。 In one embodiment, the sub-drive hydraulic pump has two transport directions.
本発明による舵駆動システムを備えた船舶の舵取り機を操作するための方法であって、特に請求の範囲に記載の舵駆動システムを備えた舵取り機を操作するための方法においては、冗長系を成す2つの主駆動部と1つの副駆動部とを互いに別個に作動させ、定格負荷作動で前記副駆動部が停止状態にあり、前記2つの主駆動部のうちの一方の主駆動部によって舵取りを行い、低負荷作動で前記2つの主駆動部が停止状態にあり、前記副駆動部によって舵取りを行う。 A method for operating a ship steering machine with a rudder drive system according to the invention, in particular in a method for operating a steering machine with a rudder drive system as claimed in claim Two main drive units and one sub drive unit are separately operated, the sub drive unit is in a stopped state by rated load operation, and steering is performed by one of the two main drive units. The two main drive units are stopped in a low load operation, and steering is performed by the sub drive unit.
本発明によれば、舵が停止しているとき、或いは、通常のように定常的な直進航行中の時間配分が大きな場合とか、船のカーブ修正が小さい場合とかの、必要舵取り速度が小さいとき、周波数制御される液圧ポンプを備えた副駆動部が作動する。主駆動部は停止状態にあるが、いつでも作動させることができる。必要な舵取り速度と舵取り角に応じて、液圧ポンプの回転数は停止状態と定格値との間で制御することができる。必要な舵モーメントが小さい場合、その結果オイル圧が小さい場合、周波数変換器が電動機を弱め界磁作動状態で操縦するならば、副駆動部を定格回転数よりも高い回転数で作動させることができる。この作動態様は、副駆動部の電動機を最適な力率で、その結果少ない電気損失で作動させる場合に有利である。さらに、機械的出力損および液圧出力損(構成サイズが小さいために、主駆動部のそれよりも著しく少ない)は、回転数に依存して発生し、従って液圧有効出力が必要な場合にのみ発生する。このとき比較的大型の主駆動部は停止状態にあり、従って電気出力損、機械的出力損または液圧出力損を発生させず、また作動時間も消費せず、その結果摩耗保守コストを著しく低減させる。副駆動部可能な出力を越えるような舵取り速度が必要な定格負荷作動では、2つの主駆動部農地の少なくとも1つの主駆動部を作動させ、副駆動部は遮断する。 According to the present invention, when the rudder is stopped, or when the necessary steering speed is small, such as when the time distribution during normal straight traveling is large as usual, or when the curve correction of the ship is small The sub-drive unit having a hydraulic pump whose frequency is controlled operates. The main drive is at rest but can be activated at any time. Depending on the required steering speed and steering angle, the rotational speed of the hydraulic pump can be controlled between the stopped state and the rated value. If the required rudder moment is small, and as a result the oil pressure is low, the frequency converter can operate the secondary drive at a higher speed than the rated speed if the motor is operated in a field-weakening condition. it can. This mode of operation is advantageous when the sub-drive motor is operated with an optimal power factor and consequently with a small electrical loss. Furthermore, mechanical output loss and hydraulic output loss (which is significantly less than that of the main drive due to the small configuration size) occur depending on the number of revolutions, and therefore when a hydraulic effective output is required. Only occurs. At this time, the relatively large main drive is at rest, so no electrical output loss, mechanical output loss or hydraulic output loss occurs, and no operating time is consumed, resulting in a significant reduction in wear maintenance costs. Let In rated load operation that requires a steering speed that exceeds the possible output of the secondary drive, at least one primary drive of the two primary drive farms is activated and the secondary drive is shut off.
本発明のその他の有利な実施態様は、他の従属項の対象である。 Other advantageous embodiments of the invention are the subject of other dependent claims.
次に、本発明の有利な実施形態を回路図を用いて詳細に説明する。
図1には、船舶の舵取り機4を作動させるための本発明による舵駆動システム2の第1実施形態が図示されている。 FIG. 1 shows a first embodiment of a rudder drive system 2 according to the invention for operating a ship steering machine 4.
舵取り機4は舵または舵板6を有し、舵または舵板は、舵板面に対し垂直な回転軸線7のまわりに一定の回転角だけ調整可能である。舵または舵板はトラバース8に固定され、トラバースは、それぞれ対角線方向に対向しあっている2つのシリンダピストンユニット10,12または14,16を介してそれぞれの回転角だけ回動させることができる。シリンダピストンユニット10,12,14,16はそれぞれ作動管18,20,22,24でもって舵取り機4と舵駆動システム2との間にある結合管26,28と流体結合している。
The steering machine 4 has a rudder or rudder plate 6, which can be adjusted by a certain rotation angle about a rotation axis 7 perpendicular to the rudder plate surface. The rudder or rudder plate is fixed to the traverse 8, and the traverse can be rotated by the respective rotation angles via the two cylinder piston units 10, 12 or 14, 16 which are opposed to each other in the diagonal direction. The cylinder piston units 10, 12, 14, 16 are fluidly coupled with
舵駆動システム2は、個別に制御可能な複数の電動液圧式主駆動部30,32と、個別に制御可能な複数の電動液圧式副駆動部34とを有している。主駆動部30,32は冗長系を成すように構成され、その結果以下では簡単のために、両主駆動部30,32を代表するものとして図1の図示で左側の主駆動部30のみに符号を付すことにする。
The rudder drive system 2 includes a plurality of electric hydraulic
主駆動部30,32は、それぞれ実質的に、液圧ポンプ36と、電動機38と、弁機構40と、タンク42とを有している。液圧ポンプ36は入口側の搬送管44を介して作動媒体または流体、特に液圧作動油をタンク42から、出口側のポンプ管46を介して弁機構40のポンプ接続部Pへ搬送する。弁機構40の基本位置Iでポンプ接続部Pと短絡される弁機構40の液圧接続部Hから、液圧管48が液圧ポンプ36へ戻るように敷設されている。液圧管48からタンク42への流体の逆流を阻止するため、搬送管44内には、タンク方向に遮断を行う逆止弁50が配置されている。弁機構10の基本位置Iでポンプ管46を減圧するため、ポンプ管46からタンク42の方向に減圧管52が延在し、該減圧管内にはパイロット操作型圧力制限弁54が配置されている。漏れ油を逃がすため、気圧ポンプ36は、タンク42に開口する漏れ油管56を備えている。
Each of the
主駆動部30,32の液圧ポンプ36は、ここでは一定の搬送量を持つ定容量型ポンプとして実施されている。この場合、液圧ポンプは1つの搬送方向を有する。それぞれの液圧ポンプ36を駆動する電動機38は三相交流電動機であり、特に非同期電動機である。
Here, the
両回転方向での舵取りを可能にするため、主駆動部30,32の弁機構40は、2段電動液圧操作型の3ポート4位置切換え弁として実施されている。弁機構40または3ポート4位置切換え弁はそれぞれ3つの切換え位置I,II,IIIを有し、この場合切換え位置Iはすでに述べた基本位置または弾性で心合わせされる中央位置である。弁機構40はそれぞれ作動接続部Aと作動接続部Bとを有し、これら作動接続部はそれぞれ接続管58,60を介して結合管26,28と流体結合している。切換え位置IIでは、弁機構66が制御されて、ポンプ接続部Pは作動接続部Bと流体結合している。このとき液圧接続部Hは作動接続部Aと流体結合している。切換え位置IIIでは、弁機構66が同様に制御され、このときポンプ接続部Pは作動接続部Aと流体結合し、液圧接続部Hは作動接続部Bと流体結合している。
In order to enable steering in both rotational directions, the
結合管26,28は、その一端に、並列に接続されて互いに逆方向に作用する2つのパイロット操作型圧力制限弁62,64を備え、これらパイロット操作型圧力制限弁は、例えば舵板が水中障害物にぶつかったときに舵取り機4を減圧するためのものである。結合管26,28は、それぞれその他端でもって、以下に詳細に説明する副駆動部34の弁機構66の作動接続部C,Dと結合されている。
The
副駆動部34は、以下に詳細に説明する弁機構66以外に、液圧ポンプ68と、電動機70と、周波数変換器72とを有している。
The
液圧ポンプ68は、出口側で、ポンプ管74により弁機構66のポンプ接続部Pと結合されている。液圧ポンプ68の入口側には、弁機構66の液圧接続部Hから延びている液圧管76が開口している。ポンプ接続部Pと液圧接続部Hとは基本位置IVで短絡されている。切換え位置Vで結合管26,28からの流体の逆流を阻止するため、ポンプ管74内にも、液圧管76内にも、開弁制御可能な(aufsteuerbar)逆止弁78,80が配置されている。逆止弁78,80を開弁制御するための制御圧は、それぞれ制御管82,84を介して、ポンプ管74または液圧管76から読み取る。ポンプ管74と液圧管76とを減圧するため、これら管からタンク42内へそれぞれ減圧管86,88が延在し、これら減圧管内にそれぞれ、パイロット操作され且つタンク方向に開弁制御可能な圧力制限弁90,92が配置されている。
The hydraulic pump 68 is coupled to the pump connection P of the
液圧ポンプ68は、タンク42内に開口して漏れ油を排出するための漏れ油管94を有している。ここに示した実施形態では、液圧ポンプ68は、2つの搬送方向を備えた定容量型ポンプとして実施されている。液圧ポンプ68は電動機70によって駆動され、有利には非同期型三相交流電動機によって駆動され、周波数変換器72が付設されている。有利には、副駆動部34は主駆動部30,32に比べて出力を低減されている。
The hydraulic pump 68 has a leak oil pipe 94 that opens into the
周波数変換器72により、電動機70の回転数と回転方向とを無段階に停止状態と定格回転数との間で制御することができ、且つトルクが減少したときには定格回転数を越えて制御することができる。その結果、回転数を、液圧ポンプ68の必要な搬送量に正確に対応して選択することができる。さらに、周波数変換器を用いて力率が調整される。これによって、回転数が低い時でも力率を非常に高く選定でき、その結果損失電流を、電動機70の定格点でと同じように小さく維持することができる。
The
弁機構66は、前述した2つの切換え位置IVとVとを備えた4ポート2位置切換え弁である。弁機構66は電気操作可能であり、切換え位置IVまたは基本位置IVで予め弾性付勢されている。弁機構66は2つの作動接続部C,Dを有し、前述したようにこれらの作動接続部には結合管26,28が接続されている。副駆動部34は基本位置IVで舵取り機4から液圧的に切り離されている。切換え位置Vでは弁機構66は開弁制御されている。このときポンプ接続部Pは、作動接続部Cおよび液圧接続部Hでもって作動接続部Dと流体結合している。
The
舵取り機4を作動または操作するための有利な方法では、低負荷作動時には、例えば小さな舵取り角が長時間継続し、動力消費量が少ない公海上でのオートパイロット航行の際には、舵取り機4は副駆動部34を介して操作される。このとき主駆動部30,32は停止状態にある。図1に示したように、低負荷作動では、弁機構66は有利には開弁制御され(切換え位置V)、主駆動部30,32の弁機構40は閉弁制御(zusteuern)されている(基本位置I)。
An advantageous method for operating or operating the steering machine 4 is that during a low load operation, for example, a small steering angle lasts for a long time, and during autopilot navigation on the high seas with low power consumption, the steering machine 4 Is operated via the
これに対し定格負荷作動では、たとえば例えば河口航行時、悪天候航行時に、大きな舵取り角が短時間必要であり、大きな動力消費量が必要な場合には、舵取り機4の作動は有利には主駆動部30,32の一方を介して行う。このとき副駆動部34は停止状態にある。対応的にこのとき作動している主駆動部30,32の弁機構40は開弁制御され(切換え位置IIまたはIII)、副駆動部34の弁機構66は閉弁制御されている(基本位置IV)。舵板6の回転方向に依存して、作動している主駆動部30,32の弁機構40は切換え位置IIまたは切換え位置IIIにある。
On the other hand, in rated load operation, for example, when navigating an estuary or navigating in bad weather, a large steering angle is required for a short time, and when a large amount of power consumption is required, the operation of the steering 4 is advantageously the main drive. This is done via one of the
図2には、船舶の舵取り機4を作動させるための本発明による舵駆動システム2の第2実施形態が示されている。舵駆動システム2は、第1実施形態の場合と同様に、冗長系を成して互いに独立に作動可能な2つの電動液圧型液圧駆動部30,32と、該主駆動部30,32とは別個に操作可能な1つの電動液圧型副駆動部34とを有している。流動技術的には、主駆動部30,32と副駆動部34とは、図1の第1実施形態に従って2つの結合管26,28を介して流動結合にもたらすことができる。
FIG. 2 shows a second embodiment of a rudder drive system 2 according to the present invention for operating a ship steering machine 4. As in the case of the first embodiment, the rudder drive system 2 includes two electric hydraulic type
図1の第1実施形態による舵駆動システム2と異なるのは、主駆動部30,32がそれぞれ液圧ポンプ36としての定容量型ポンプを有しておらず、搬送体積を可変で、加えて2つの搬送方向を持つ液圧調整ポンプを有していることである。調整ポンプとしての液圧ポンプ36の実施形態に対応して、弁機構40は、それぞれ、2つの切換え位置VI,VIIと2つの作動接続部A,Bとを備えた電気操作可能な4ポート2位置切換え弁として簡潔に実施されている。
1 differs from the rudder drive system 2 according to the first embodiment of FIG. 1 in that the
切換え位置VIIは予め弾性付勢されている閉弁位置に対応しており、該閉弁位置では弁機構は閉弁されている。切換え位置VIは開弁位置に対応し、該開弁位置では弁機構は開弁している。切換え位置または開弁位置VIでは、液圧ポンプ36から離間するように延在して弁機構40のポンプ接続部Pに接続されているポンプ管46は、弁機構40の作動接続部Aを介して結合管26と流体結合している。このとき結合管28は、弁機構40の作動接続部Bを介して、液圧接続部Hから液圧ポンプ36のほうへ延在している液圧管48と流体結合している。切換え位置または閉弁位置VIIでは、ポンプ管46と液圧管48とは、ポンプ接続部Pと液圧接続部Hとを介して短絡され、従って舵取り機4から流体技術的に切り離されている。
The switching position VII corresponds to a valve closing position that is elastically biased in advance, and the valve mechanism is closed at the valve closing position. The switching position VI corresponds to the valve opening position, and the valve mechanism is opened at the valve opening position. In the switching position or valve opening position VI, the
ポンプ管46と液圧管48とは、それぞれ液圧ポンプ36へのバイパスとして延びている短絡管96,98を介して互いに結合され、その中にはそれぞれ、それぞれ逆方向に作用するパイロット操作型圧力制限弁100,102が配置されている。
The
それぞれ電動機38によって駆動され、特に三相交流電動機として実施された非同期電動機によって駆動される液圧ポンプ68は、タンク42内へ開口して漏れ油を排出するための漏れ油管56を有している。
The hydraulic pumps 68 each driven by an
副駆動部34は、図1の第1実施形態による副駆動部34に比べて変更されていない。従って副駆動部34は、液圧ポンプ76を駆動するための電動機70を制御する周波数変換器72を有している。液圧ポンプ76は、搬送体積を可変で2つの搬送方向を備えた調整ポンプとして実施されている。弁機構66は、図1の第1実施形態と同様に電気操作可能な4ポート2位置切換え弁として実施され、予め弾性付勢されている基本位置IVと、切換え位置Vと、2つの作動接続部C,Dと、ポンプ接続部Pと、基本位置IVにおいて該ポンプ接続部Pと短絡される液圧接続部Hとを有している。
The
図2では、図1と同じ作動状態で舵駆動システム2が示されている。主駆動部30,32の弁機構40は閉弁制御され(閉弁位置VII)、副駆動部34の弁機構66は開弁制御されている(切換え位置V)。従って、舵取り機4は副駆動部34を介して供給を受け、これによって、主駆動部30,32が停止状態にある低負荷作動が象徴的に示されている。
In FIG. 2, the rudder drive system 2 is shown in the same operating state as in FIG. The
定格負荷作動では副駆動部34は停止状態にあり、すなわち弁機構66は閉弁制御され(基本位置IV)、舵取りは主駆動部30,32を介して行われ、このためそれぞれ設けられている主駆動部30,32の弁機構40はこのとき開弁制御されている(開弁位置VI)。
In the rated load operation, the
図1の第1実施形態では、主駆動部30,32の一方が作動しているとき、弁機構40の切換え位置II,IIIを変えることで舵板6の回転方向を変えていたが、図2の第2実施形態では、副駆動部34に対応して舵板6の回転方向を変えるため、それぞれの液圧ポンプ36,68の搬送方向を切換える。
In the first embodiment of FIG. 1, when one of the
本発明が開示する構成は、少なくとも1つの舵と、冗長系を成して互いに独立に操作可能な2つの電動液圧型主駆動部とを備えた、船舶の舵取り機を作動させるための舵駆動システムであって、舵駆動システムが、主駆動部とは独立に操作可能な舵取り用電動液圧型副駆動部を有し、該副駆動部が、液圧ポンプを駆動するために周波数変換器を備えた電動機を有している前記舵駆動システム、および、この種の舵駆動システムの作動方法である。 The configuration disclosed in the present invention is a rudder drive for operating a marine steerer, which includes at least one rudder and two electric hydraulic main drive units that can be operated independently of each other in a redundant system. The rudder drive system has a steering electric hydraulic type sub drive unit that can be operated independently of the main drive unit, and the sub drive unit uses a frequency converter to drive the hydraulic pump. It is the rudder drive system which has the electric motor provided, and the operating method of this kind of rudder drive system.
2 舵駆動システム
4 舵取り機
6 舵板
7 回転軸線
8 ヨーク
10 シリンダピストンユニット
12 シリンダピストンユニット
14 シリンダピストンユニット
16 シリンダピストンユニット
18 作動管
20 作動管
22 作動管
24 作動管
26 結合管
28 結合管
30 主駆動部
32 主駆動部
34 副駆動部
36 液圧ポンプ
38 電動機
40 弁機構
42 タンク
44 再吸込管
46 ポンプ管A
48 ポンプ管B
50 逆止弁
52 減圧管
54 圧力制限弁
56 漏れ油管
58 接続管
60 接続管
62 圧力制限弁
64 圧力制限弁
66 弁機構
68 液圧ポンプ
70 電動機
72 周波数変換器
74 ポンプ管A
76 ポンプ管B
78 逆止弁
80 逆止弁
82 制御管
84 制御管
86 減圧管
88 減圧管
90 圧力制限弁
92 圧力制限弁
94 漏れ油管
96 短絡管
98 短絡管
100 圧力制限弁
102 圧力制限弁
A 作動接続部
B 作動接続部
C 作動接続部
D 作動接続部
H 液圧接続部
P ポンプ接続部
I 切換え位置/基本位置/中央位置
II 切換え位置
III 切換え位置
IV 切換え位置/基本位置
V 切換え位置
VI 切換え位置/開弁位置
VII 切換え位置/閉弁位置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 Rudder drive system 4 Steering machine 6 Rudder plate 7 Rotation axis 8 Yoke 10 Cylinder piston unit 12 Cylinder piston unit 14 Cylinder piston unit 16 Cylinder piston unit 18 Actuation pipe 20 Actuation pipe 22 Actuation pipe 24
48 Pump pipe B
DESCRIPTION OF
76 Pump pipe B
78 check valve 80 check valve 82 control pipe 84
A Actuation connection B Actuation connection C Actuation connection D Actuation connection H Hydraulic connection P Pump connection I Switching position / basic position / center position II Switching position III Switching position IV Switching position / Basic position V Switching position VI Switching position / valve opening position VII Switching position / valve closing position
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