JP2017024668A - Electrically-driven steering unit, driving device for electrically-driven steering device, electrically-driven steering mechanism, and vessel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、舵を操作するための電動舵取ユニット、電動舵取機用駆動装置、電動舵取機構及び船舶に関する。 The present invention relates to an electric steering unit for operating a rudder, a drive device for an electric steering machine, an electric steering mechanism, and a ship.
船舶は、船舶本体に取り付けられる舵が舵取機によって操作されることで、針路が調整される。舵取機としては、通常、油圧舵取機又は電動舵取機が用いられている。 The course of the ship is adjusted by the rudder attached to the ship body being operated by the steering machine. As the steering machine, a hydraulic steering machine or an electric steering machine is usually used.
電動舵取機によれば、船舶内の機器のレイアウトの小型化を図りやすく、環境性能に優れる等の利点が得られる。このような点から、近時、電動舵取機は注目されている。例えば特許文献1には、2つの電動機によって舵を操作する電動舵取機が開示されている。この電動舵取機は、電動機の回転を2つの遊星歯車列によって減速し、減速された回転を後段の遊星歯車列から舵に伝達するようになっている。
According to the electric steering machine, it is easy to reduce the layout of the equipment in the ship, and advantages such as excellent environmental performance can be obtained. From such a point, recently, an electric steering machine has attracted attention. For example,
ところで、海中で動作する舵には、想定外の大きな外力が作用することがある。想定外の大きな外力を舵が受けると、舵を回転させる機構には過大な力が作用し、各種部品が破損してしまう虞がある。特に、舵に何らかの力が急激にかかると、舵に連結されるリングギア等の被動ギアが急激に回転しようとするが、その被動ギアには駆動装置のピニオン等の駆動ギアが噛み合っているため、駆動ギアと被動ギアとの噛み合い部分は局所的に加重が集中して破損しやすい。 By the way, an unexpected large external force may act on the rudder operating in the sea. When the rudder receives an unexpected large external force, an excessive force is applied to the mechanism for rotating the rudder, and various parts may be damaged. In particular, when some force is suddenly applied to the rudder, a driven gear such as a ring gear connected to the rudder tries to rotate rapidly, but the driven gear is engaged with a driving gear such as a pinion of a driving device. The meshing portion between the driving gear and the driven gear is likely to be damaged due to local concentration of load.
また破損を来さない程度の外力が舵に働いている場合であっても、そのような外力に対抗するように舵を回転させると、通常よりも大きな負荷が電動舵取機にかかるため、電動舵取機や被動ギアが破損する虞がある。また十分な駆動トルクを確保するため、舵を回転駆動するための駆動装置が複数設けられる場合があるが、複数の駆動装置のうちの1つが不具合によりロックしてしまうことがある。一部の駆動装置がロックされた状態で他の駆動装置が作動すると、当該他の駆動装置には非常に大きな負荷がかかるため、駆動装置を構成する各種部品や被動ギアが破損する虞がある。 Even if external force that does not cause damage is acting on the rudder, if the rudder is rotated to counter such external force, a larger load than usual is applied to the electric steering, There is a risk of damage to the electric steering gear and the driven gear. Moreover, in order to ensure sufficient drive torque, there may be provided a plurality of drive devices for rotationally driving the rudder, but one of the plurality of drive devices may be locked due to a malfunction. If another drive device is operated while some of the drive devices are locked, the other drive device is subjected to a very large load, which may damage various components and the driven gear constituting the drive device. .
また海中の異物が舵に絡まる等の想定外の出来事によって舵の回転が拘束されることがあるが、舵が回転不能な状態で電動機から舵に回転動力が伝達されると、電動機と舵との間に介在する機構には大きな負荷がかかってしまい、各種部品が破損する虞がある。 In addition, the rotation of the rudder may be constrained by unexpected events such as a foreign object entangled in the rudder.However, if rotational power is transmitted from the motor to the rudder while the rudder cannot rotate, the motor and rudder A large load is applied to the mechanism interposed between them, and various parts may be damaged.
電動舵取機を構成する各種部品や被動ギアが破損してしまうと、破損部品の交換や電動舵取機自体の交換が必要になるが、そのような交換にはコストがかかり、交換が行われる間は船舶を運航できない。特に電動舵取機と係合するリングギアは大型で比較的高価な部品であるため、リングギアの交換作業には多大なコストが必要になるだけではなく手間が非常にかかる。そのため、運航中にリングギア等が破損してしまうと、迅速な修理又は交換を行うことが難しく、舵取機の機能が損なわれた状態で航行せざるをえない状況も想定される。 If the various parts and driven gears that make up the electric steering gear are damaged, it is necessary to replace the damaged parts or the electric steering gear itself, but such replacement is costly and requires replacement. The ship cannot be operated while In particular, since the ring gear engaged with the electric steering gear is a large and relatively expensive part, the replacement work of the ring gear requires not only a great cost but also a lot of labor. For this reason, if the ring gear or the like is damaged during operation, it is difficult to perform quick repair or replacement, and there may be a situation in which it is necessary to navigate in a state where the function of the steering machine is impaired.
したがって、舵が想定外の過大な力を受ける場合や電動舵取機に想定外の負荷がかかる場合には部品にかかる力を軽減し、部品破損等の故障を未然に防ぐことが望ましい。 Therefore, when the rudder receives an unexpected excessive force or when an unexpected load is applied to the electric steering machine, it is desirable to reduce the force applied to the component and prevent a failure such as component breakage.
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、想定外の過大な力や負荷を受けた場合に、部品にかかる力を軽減して故障を未然に防ぐことができる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a technique capable of reducing a force applied to a component and preventing a failure in advance when an unexpected excessive force or load is applied. With the goal.
本発明の一態様は、回転動力を出力する駆動装置と、駆動装置から伝達される回転動力によって回転軸線を中心に回転する舵と、駆動装置又は駆動装置と舵との間に設けられ、力の伝達及び非伝達を切り換えるクラッチ機構と、を備える電動舵取ユニットに関する。 One embodiment of the present invention is provided between a drive device that outputs rotational power, a rudder that rotates about a rotation axis by rotational power transmitted from the drive device, and a drive device or a drive device and a rudder. The present invention relates to an electric steering unit including a clutch mechanism that switches between transmission and non-transmission.
本態様によれば、クラッチ機構により力の伝達及び非伝達が切り換えられるため、少なくともいずれかの箇所において想定外の過大な力や負荷を受けた場合には、クラッチ機構によって力を非伝達とすることで、電動舵取ユニットを構成する各種部品にかかる力を軽減して故障を未然に防ぐことができる。 According to this aspect, transmission and non-transmission of force are switched by the clutch mechanism, and therefore, when an unexpected excessive force or load is received at least in any place, the force is not transmitted by the clutch mechanism. Thus, it is possible to reduce a force applied to various parts constituting the electric steering unit and prevent a failure in advance.
電動舵取ユニットは、舵に連結され、舵の回転軸線上に回転中心がある被動ギアを更に備え、駆動装置は、回転動力を生み出す電動機と、電動機が生み出した回転動力を減速させる減速部及び当該減速部により減速された回転動力を出力する出力軸を有する減速機と、出力軸に設けられる駆動ギアであって被動ギアと噛み合う駆動ギアと、を有し、クラッチ機構は、出力軸に設けられてもよい。 The electric steering unit further includes a driven gear coupled to the rudder and having a rotation center on the rotation axis of the rudder, and the driving device includes an electric motor that generates rotational power, a reduction unit that decelerates the rotational power generated by the electric motor, and A reduction gear having an output shaft that outputs rotational power decelerated by the reduction portion; and a drive gear that is provided on the output shaft and meshes with the driven gear, and the clutch mechanism is provided on the output shaft. May be.
本態様によれば、出力軸において力の伝達及び非伝達が切り換えられる。したがってクラッチ機構によって力を非伝達とした状態では、例えば減速部から駆動ギアに力が伝達することを防ぐことができ、また駆動ギアから減速部に力が伝達することを防ぐことができる。 According to this aspect, transmission and non-transmission of force are switched on the output shaft. Therefore, in a state where the force is not transmitted by the clutch mechanism, for example, it is possible to prevent the force from being transmitted from the speed reduction unit to the drive gear, and it is possible to prevent the force from being transmitted from the drive gear to the speed reduction unit.
電動舵取ユニットは、舵に連結され、舵の回転軸線上に回転中心がある被動ギアを更に備え、駆動装置は、回転動力を生み出す電動機と、電動機が生み出した回転動力を減速させる減速部及び当該減速部により減速された回転動力を出力する出力軸を有する減速機と、出力軸に設けられる駆動ギアであって被動ギアと噛み合う駆動ギアと、を有し、クラッチ機構は、電動機と減速機との間に設けられてもよい。 The electric steering unit further includes a driven gear coupled to the rudder and having a rotation center on the rotation axis of the rudder, and the driving device includes an electric motor that generates rotational power, a reduction unit that decelerates the rotational power generated by the electric motor, and A reduction gear having an output shaft that outputs rotational power decelerated by the reduction portion; and a drive gear that is provided on the output shaft and meshes with a driven gear. The clutch mechanism includes an electric motor and a reduction gear. Between the two.
本態様によれば、電動機と減速機との間において力の伝達及び非伝達が切り換えられる。したがってクラッチ機構によって力を非伝達とした状態では、例えば電動機から減速機に力が伝達することを防ぐことができ、また減速機から電動機に力が伝達することを防ぐことができる。 According to this aspect, transmission and non-transmission of force are switched between the electric motor and the reduction gear. Therefore, in a state where the force is not transmitted by the clutch mechanism, for example, it is possible to prevent the force from being transmitted from the electric motor to the reduction gear, and it is possible to prevent the force from being transmitted from the reduction device to the electric motor.
駆動装置は複数設けられ、被動ギアは、複数の駆動装置の駆動ギアと噛み合ってもよい。 A plurality of drive devices may be provided, and the driven gear may mesh with drive gears of the plurality of drive devices.
本態様によれば、複数の駆動装置が協働して舵の回転駆動を行う。 According to this aspect, the plurality of drive devices cooperate to drive the rudder to rotate.
出力軸と駆動ギアとは一体化されていてもよい。 The output shaft and the drive gear may be integrated.
本態様によれば、同一部材によって出力軸及び駆動ギアを形成できる。 According to this aspect, the output shaft and the drive gear can be formed by the same member.
電動舵取ユニットは、舵の回転を制動するブレーキ機構を更に備えてもよい。 The electric steering unit may further include a brake mechanism that brakes the rotation of the rudder.
本態様によれば、ブレーキ機構によって舵の回転を制動することができる。 According to this aspect, the rotation of the rudder can be braked by the brake mechanism.
電動舵取ユニットは、舵、駆動装置及びクラッチ機構のうちの少なくともいずれかに作用する力を直接的又は間接的に検出する力検出機構を更に備え、クラッチ機構は、力検出機構が検出する力が所定の閾値よりも大きい場合、力を非伝達としてもよい。 The electric steering unit further includes a force detection mechanism that directly or indirectly detects a force acting on at least one of the rudder, the drive device, and the clutch mechanism, and the clutch mechanism is a force detected by the force detection mechanism. When is larger than a predetermined threshold value, the force may not be transmitted.
本態様によれば、所定の閾値よりも大きい力が舵、駆動装置及びクラッチ機構のうちの少なくともいずれかに作用した場合に、クラッチ機構によって力の伝達が遮断され、各種部品にかかる力を軽減できる。 According to this aspect, when a force larger than a predetermined threshold acts on at least one of the rudder, the driving device, and the clutch mechanism, the transmission of the force is interrupted by the clutch mechanism, and the force applied to various parts is reduced. it can.
本発明の他の態様は、回転動力によって舵の回転駆動を行う電動舵取機用駆動装置であって、回転動力を生み出す電動機と、電動機に連結され、力の伝達及び非伝達を切り換えるクラッチ機構と、を備える電動舵取機用駆動装置に関する。 Another aspect of the present invention is a drive device for an electric steering machine that rotates a rudder with rotational power, and includes an electric motor that generates rotational power, and a clutch mechanism that is connected to the motor and switches between transmission and non-transmission of force. And an electric steering gear drive device.
本発明の他の態様は、回転動力によって舵の回転駆動を行う電動舵取機構であって、舵に連結され、舵の回転軸線上に回転中心がある被動ギアと、回転動力を生み出す電動機と、電動機が生み出した回転動力を減速させる減速部及び当該減速部により減速された回転動力を出力する出力軸を有する減速機と、出力軸に設けられる駆動ギアであって被動ギアと噛み合う駆動ギアと、を有する駆動装置と、駆動装置に設けられ、力の伝達及び非伝達を切り換えるクラッチ機構と、を備える電動舵取機構に関する。 Another aspect of the present invention is an electric steering mechanism that rotationally drives a rudder with rotational power, the driven gear connected to the rudder and having a rotation center on the rotational axis of the rudder, and an electric motor that generates rotational power. A reduction gear that decelerates the rotational power generated by the electric motor, a reduction gear having an output shaft that outputs the rotational power reduced by the reduction gear, and a drive gear that is provided on the output shaft and meshes with the driven gear; And a clutch mechanism that is provided in the drive device and switches between transmission and non-transmission of force.
本発明の他の態様は、上記の電動舵取ユニットを備える船舶に関する。 Another aspect of the present invention relates to a ship including the above-described electric steering unit.
本発明によれば、クラッチ機構により力の伝達及び非伝達が切り換えられるため、少なくともいずれかの箇所において想定外の過大な力や負荷を受けた場合には、クラッチ機構によって力を非伝達とすることで、各種部品にかかる力を軽減して故障を未然に防ぐことができる。 According to the present invention, transmission and non-transmission of force are switched by the clutch mechanism. Therefore, when an unexpected excessive force or load is received at least in any place, the force is not transmitted by the clutch mechanism. As a result, it is possible to reduce the force applied to various parts and prevent a failure.
以下、図面を参照しながら本発明の一実施の形態について説明する。なお、本発明に係る「電動舵取機用駆動装置11」は、回転動力によって舵の回転駆動を行う装置を示し、以下の実施の形態における電動機12と、クラッチ機構90とを含む概念である(図3及び図4参照)。また本発明に係る「電動舵取機構5」は、以下の実施の形態における電動機12と、減速機13と、ピニオン(駆動ギア)17と、リングギア(被動ギア)104と、クラッチ機構90とを含む概念である。また本発明に係る「電動舵取ユニット3」は、以下の実施の形態における駆動装置11と、舵101と、クラッチ機構90と含む概念である。また本発明に係る「船舶」は、以下の実施の形態における駆動装置11、舵101及びクラッチ機構90(電動舵取ユニット3)と、船舶本体100を構成する他の要素とを含む概念である(図1参照)。また、以下の実施形態では、複数の駆動装置11を含む機構を電動舵取機1と呼ぶ。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The “electric steering
図1は本発明の一実施の形態に係る電動舵取機1及び電動舵取機1によって操作される舵101の概略図であり、図2は電動舵取機1及び舵101を概略的に示した斜視図である。船舶Sは、船舶本体100と、船舶本体100の船尾下部に設けられる舵101とを備える。舵101は、舵本体102と、舵本体102の上部から突出する円筒状の旋回筒103とを有する。旋回筒103の上部には被動ギアである円環状のリングギア104が設けられている。リングギア104は、舵101(特に本例では旋回筒103)に連結固定され、舵101の回転軸線L1上に回転中心がある。
FIG. 1 is a schematic diagram of an
旋回筒103の上部は船舶本体100の船尾下部に回転可能に支持され、一体的に設けられる舵本体102及び旋回筒103を含む舵101は回転軸線L1を中心に回転する。リングギア104は、旋回筒103と一体的に回転するように旋回筒103に固定されている。
The upper part of the
図示の船舶Sにおいて、舵101の前方にプロペラ105が設けられている。プロペラ105は、図示省略する電動機或いは内燃機関等によって回転駆動される。プロペラ105を回転させることにより、船舶Sが推進する。この際、舵101を電動舵取機1によって回転させることにより、船舶Sを所望の方向に旋回させることが可能となる。
In the illustrated ship S, a
本実施の形態に係る電動舵取機1は、旋回筒103の上方において船舶本体100内に配置されている。図2に示すように、舵101を操作するための電動舵取機1は、回転動力を出力する複数(本例では、4台)の電動舵取機用駆動装置11(11a、11b、11c、11d)を備えている。駆動装置11(11a、11b、11c、11d)の各々は、船舶本体100に固定され、舵101は、駆動装置11から伝達される回転動力によって回転軸線L1を中心に回転する。
The
駆動装置11(11a、11b、11c、11d)の各々は、回転動力を生み出す電動機12と、電動機12が生み出した回転動力を減速させて後述のキャリア25から出力する減速機13と、キャリア25に設けられた駆動ギアであるピニオン17と、を有している。複数の駆動装置11(11a、11b、11c、11d)のピニオン17は、上述の舵101に設けられるリングギア104と噛み合い、その回転によって舵101を回転させるように構成されている。詳しくは、電動機12からの回転動力が減速機13によって減速されてキャリア25から出力され、これにより減速された回転動力がピニオン17からリングギア104に伝達され、舵101が回転する。
Each of the drive devices 11 (11a, 11b, 11c, and 11d) includes an
本実施の形態おいて、駆動装置11(11a、11b、11c、11d)の各々における電動機12、減速機13及びピニオン17は、互いに同一のものが用いられている。すなわち、各電動機12は同一の型式であり、同一の定格出力、定格トルク及び定格回転速度等を有している。各減速機13は、同一の構造であり、同一の減速比を有している。各ピニオン17は、同一の歯数を有し、同一の内外径を有している。したがって、各駆動装置11(11a、11b、11c、11d)の定格出力、定格トルク及び定格回転速度等も互いに同一となっている。
In the present embodiment, the
各電動機12は、図1に示すインバータ108に接続されており、このインバータ108によって供給電力が制御される。インバータ108は、通信可能に接続された旋回コントローラ109からの指令信号に基づいて電源周波数及び電源電圧を調整して、電動機12の回転速度や回転位置を制御するように構成されている。
Each
旋回コントローラ109は、図示省略するメインコントローラに対して通信可能に接続されており、当該メインコントローラは、船舶Sの操作者の操作に基づいて船舶Sの旋回方向や旋回速度を決定し、指令信号を旋回コントローラ109に出力する。旋回コントローラ109は、メインコントローラから出力された指令信号に応じて決定される各電動機12における回転速度及び回転を停止する回転角度位置についての回転指令信号をインバータ108に出力するようになっている。そして、インバータ108が、旋回コントローラ109から出力された回転指令信号に応じて電動機12を回転させることにより、電動機12から出力される回転動力が減速機13、ピニオン17及びリングギア104を経て舵101に伝達される。これにより、舵101が所望の方向に向けて所望の速度で回転することになる。なお、本実施の形態では、インバータ108を用いて電動機12が制御されるが、インバータ108を用いること無く、電動機12が制御されてもよい。
The turning
[クラッチ機構]
次に、クラッチ機構について説明する。本例のクラッチ機構は、「駆動装置11」又は「各駆動装置11と舵101との間」に設けられ、力の伝達及び非伝達を切り換える。
[Clutch mechanism]
Next, the clutch mechanism will be described. The clutch mechanism of this example is provided in “the driving
図3は、クラッチ機構90が駆動装置11に設けられるケースの一例を示すブロック図である。図4は、クラッチ機構90が駆動装置11に設けられるケースの他の例を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a case in which the
駆動装置11は、典型的には、電動機12、減速機13、及び駆動ギアとして機能するピニオン17を備える。この場合、クラッチ機構90は、例えば「電動機12と減速機13との間(図3参照)」や「キャリア(出力軸)25(図4参照)」に好適に設けられる。すなわちクラッチ機構90は、減速機13よりも前段であって電動機12よりも後段に設けられてもよいし(図3参照)、減速機13の減速部16よりも後段に設けられてもよい(図4参照)。例えば、電動機12から出力される回転動力の伝達及び非伝達を切り換える場合には、クラッチ機構90は図3に示すように電動機12と減速機13との間に配置され、電動機12に連結されることが好ましい。一方、減速機13の減速部16から出力される力の伝達及び非伝達を切り換える場合や、舵101から減速部16への力の伝達及び非伝達を切り換える場合には、クラッチ機構90は図4に示すように減速部16より後段に配置されることが好ましい。
The
なお図示は省略するが、クラッチ機構90は駆動装置11よりも後段に配置されてもよく、例えば「リングギア104と旋回筒103(舵101;図1及び図2参照)との間」においてクラッチ機構90が設けられてもよい。
Although illustration is omitted, the
図5は、クラッチ機構90の機能構成の一例を示すブロック図である。本例のクラッチ機構90は、クラッチ作動部91(第1クラッチ作動部91a及び第2クラッチ作動部91b)及びクラッチ制御部92(クラッチ切換部92a及びクラッチ駆動体92b)を有する。
FIG. 5 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of the
第1クラッチ作動部91a及び第2クラッチ作動部91bのうちの少なくともいずれか一方は移動可能に設けられ、第1クラッチ作動部91aと第2クラッチ作動部91bとの間の距離に応じて第1クラッチ作動部91aと第2クラッチ作動部91bとの間の係合及び非係合が切り換えられる。すなわち第1クラッチ作動部91aと第2クラッチ作動部91bとが物理的に接触することで、第1クラッチ作動部91aは第2クラッチ作動部91bと係合し、第1クラッチ作動部91aと第2クラッチ作動部91bとは一体的に回転する。なお「第1クラッチ作動部91aと第2クラッチ作動部91bとの間の係合方式」は特に限定されず、第1クラッチ作動部91a及び第2クラッチ作動部91bは、例えば摩擦力により動力伝達を行う「摩擦係合式のクラッチ」や互いに噛み合う爪により動力伝達を行う「噛み合い係合式のクラッチ」を好適に採用しうる。
At least one of the first
一方、第1クラッチ作動部91aと第2クラッチ作動部91bとが離間して物理的に非接触となることで、第1クラッチ作動部91aと第2クラッチ作動部91bとは非係合状態となる。この非係合状態ではクラッチ作動部91は空転し、第1クラッチ作動部91aは基本的に第2クラッチ作動部91bと無関係に回転し、また第2クラッチ作動部91bは基本的に第1クラッチ作動部91aと無関係に回転する。
On the other hand, the first
クラッチ切換部92a及びクラッチ駆動体92bは、第1クラッチ作動部91aと第2クラッチ作動部91bとの間の係合及び非係合の切り換えをコントロールする。すなわちクラッチ制御部92bは、クラッチ切換部92aの制御下で、第1クラッチ作動部91a及び第2クラッチ作動部91bのうちの少なくともいずれか一方に力を加えて移動させることができる。クラッチ制御部92bによる力の付与方式は特に限定されず、クラッチ駆動体92bは、例えばバネ等の弾性体、ソレノイド等の電磁機器、油圧システム或いはこれらの組み合わせ等の任意の手段を使って、第1クラッチ作動部91a及び第2クラッチ作動部91bのうちの少なくともいずれか一方に力を適用することができる。クラッチ切換部92aはクラッチ制御部92bをコントロールし、クラッチ制御部92bから第1クラッチ作動部91a及び第2クラッチ作動部91bのうちの少なくともいずれか一方に対して適用される力を調整する。
The
例えば、バネ等の弾性体と電磁石とを組み合わせることによってクラッチ制御部92を実現でき、クラッチ切換部92aが弾性体及び電磁石を含み、クラッチ駆動体92bが弾性体の弾性力を受けるとともに電磁石の磁力の作用を受ける磁性体によって構成されてもよい。この場合、クラッチ切換部92aが電磁石の通電及び非通電を制御することで、クラッチ作動部91におけるクラッチのオン・オフがコントロールされる。すなわち、電磁石が通電されずに消磁状態にある場合には弾性体の弾性力を利用してクラッチ作動部91を第1の状態に配置する一方で、電磁石が通電されて励磁状態にある場合には電磁石の磁力によって弾性体の弾性力に抗してクラッチ作動部91を第2の状態に配置することができる。これらの「第1の状態」及び「第2の状態」のうちの一方をクラッチオンの状態(すなわち第1クラッチ作動部91aと第2クラッチ作動部91bとが係合した状態)とし、他方をクラッチオフの状態(すなわち第1クラッチ作動部91aと第2クラッチ作動部91bとが係合していない状態)とすることで、クラッチ作動部91におけるクラッチのオン・オフを適切にコントロールすることができる。
For example, the
またクラッチ機構90は、油圧方式を利用して実現することも可能である。例えば、油圧システムに接続されるクラッチ駆動体92bを、当該油圧システムの油圧によって第1クラッチ作動部91a及び第2クラッチ作動部91bの少なくともいずれか一方に押し当てて、このクラッチ駆動体92bの押圧力によって第1クラッチ作動部91aを第2クラッチ作動部91bに係合させることができる。この係合状態で油圧システムの油圧を保持することにより、クラッチ駆動体92bから第1クラッチ作動部91a及び/又は第2クラッチ作動部91bに押圧力が引き続き作用し、第1クラッチ作動部91aと第2クラッチ作動部91bとの間の係合状態を維持できる。一方、クラッチ切換部92aによって油圧システムの油圧を解放することで、クラッチ駆動体92bから第1クラッチ作動部91a及び/又は第2クラッチ作動部91bに対する押圧力を弱めて(又はゼロ(0)として)、第1クラッチ作動部91aと第2クラッチ作動部91bとを離間し、第1クラッチ作動部91aと第2クラッチ作動部91bとの間の係合状態を解除できる。油圧システムの油圧の解放は、例えば鉱物油等の作動油の一部を外部に排出(ドレン)することで簡単に行うことができる。
The
また本例のクラッチ機構90(図5に示す例ではクラッチ切換部92a(クラッチ制御部92))は、力検出機構80に接続され、力検出機構80の検出結果を受信する。
Further, the
力検出機構80は、駆動装置11、クラッチ機構90、リングギア(被動ギア)104及び舵101のうちの少なくともいずれかに作用する力を直接的又は間接的に検出する。クラッチ機構90のクラッチ切換部92a(クラッチ制御部92)は、力検出機構80の検出結果が示す「検出対象に作用する力」が所定の閾値よりも大きい場合、クラッチ作動部91(第1クラッチ作動部91a及び第2クラッチ作動部91b)を制御し、クラッチ作動部91を非係合状態として力の伝達を遮断する。第1クラッチ作動部91aと第2クラッチ作動部91bとが係合してクラッチがつながった状態で過大な力が舵101、リングギア104或いは駆動装置11に作用し続けると、その力を逃がすことができず、舵101、リングギア104及び駆動装置11の各種部品が破損してしまう虞がある。一方、本例のように「検出対象に作用する力」が所定の閾値よりも大きい場合にはクラッチを切ることで、クラッチ機構90を介して連結される部材間の拘束が解かれ、力を逃がすことができ、リングギア104等の部品の破損を防ぐことができる。
The
なお、力検出機構80の具体的な検出箇所や検出手法は特に限定されず、力検出機構80は、舵101、リングギア(被動ギア)104、駆動装置11、ブレーキ機構50及びクラッチ機構90のうちの少なくともいずれかに作用する力を直接的又は間接的に検出可能な任意の構成によって実現可能である。したがって力検出機構80は、例えばリングギア104や舵101の歪みを計測するセンサを使って力を直接的に検出してもよい。また力検出機構80は、リングギア104の回転速度を測定し、当該測定値と計算値との差分値に基づいてリングギア104に作用する力を検出してもよいし、電動機12の駆動電流値を測定し、当該測定値と計算値との差分値に基づいて、舵101、リングギア(被動ギア)104、駆動装置11、ブレーキ機構50及びクラッチ機構90のいずれかに作用する力を検出してもよい。なお力検出機構80によって検出される「力」の種類は問われず、例えば、外部から加えられる外力であってもよいし、舵101、リングギア(被動ギア)104、駆動装置11、ブレーキ機構50及びクラッチ機構90のうちの少なくともいずれかの不具合によって生じうる力であってもよい。
The specific detection location and detection method of the
またクラッチ機構90(クラッチ切換部92a)は力検出機構80が検出する力が「所定の閾値」よりも大きい場合にクラッチ作動部91の係合を解除してクラッチを切るが、クラッチを切る基準となるここでいう「所定の閾値」は、様々な観点から定められうる。例えば舵101自体の破損を防ぐ観点や、リングギア104等の特に破損が望まれない部品の破損を防ぐ観点や、ピニオン17等の応力が集中して破損しやすい部品の破損を防ぐ観点等に基づいて、ここでいう「所定の閾値」を適宜定められる。
The clutch mechanism 90 (
[典型例]
次に、上述のクラッチ機構90を備える駆動装置11の典型例について説明する。以下では、電動機12と減速機13との間にクラッチ機構90が設けられるケース(図3参照)の一例について説明する。
[Typical example]
Next, a typical example of the
図6は、駆動装置11の一例を示す断面図である。なお以下の説明においては、減速機13にて、ピニオン17が配置される下側である出力側を一端側として、電動機12が配置される上側である入力側を他端側として説明する。図6においては、説明の便宜上、一端側を示す矢印と、他端側を示す矢印とが示されている。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an example of the driving
図6に示すように、本例では、駆動装置11を構成する電動機12及び減速機13に加えてブレーキ機構50が設けられており、電動機12の一端側に減速機13が配置され、電動機12の他端側にブレーキ機構50が配置されている。電動機12は、回転動力を出力する駆動軸12aを有し、電動機12からの回転動力を減速する減速機13は、入力軸14、ケース15を含む減速部16、及びキャリア25等を有する。減速部16には、一端側においてケース15から一部が突出するように配置されるキャリア25が接続され、このキャリア25の一端側にはピニオン17が取り付けられている。減速機13では、上側に配置された電動機12から入力される回転動力がケース15の内側に配置された減速部16を介して減速され、減速部16において減速された回転動力がキャリア25から出力される。
As shown in FIG. 6, in this example, a
各減速機13のキャリア25に設けられたピニオン17は、図2に示すように回転軸線L1の周囲に配置され、且つ船舶本体100に対して回転自在に支持されたリングギア104の外周に形成された歯104aと噛み合うように配置されている。この場合には、各駆動装置11のメンテナンスを行うことが容易となる。なお、本実施の形態では、リングギア104の外周に歯104aが形成されているが、歯104aは、リングギア104の内周に形成されていてもよい。この場合、ピニオン17は、リングギア104の内周において歯104aと噛み合うように配置される。この場合には、リングギア104の大きさを大きくでき、例えば剛性を確保することができる。
The
各ピニオン17は、リングギア104の外周に沿ってその周方向に等間隔に(本実施の形態では90°毎に)配置されている。このように各ピニオン17が配置されているため、各電動機12が回転することで各ピニオン17が回転し、船舶本体100に回転自在に支持されるとともにピニオン17に噛み合うリングギア104が回転軸線L1を中心として回転する。これにより、リングギア104が設けられた舵101は回転軸線L1を中心に回転するようになっている。なお、本実施の形態では、各ピニオン17がリングギア104の外周に沿ってその周方向に等間隔に配置されるが、ピニオン17の配置は、この態様に限定されるものではない。例えば、駆動装置11の周辺の他の装置の配置に応じて、駆動装置11がリングギア104の所定領域に密集して配置されてもよい。
The
図6に示すように、本実施の形態に係る減速機13は、偏心揺動型減速機である。図6を参照しつつ、減速機13の構成について詳述する。
As shown in FIG. 6, the
図6に示すように、減速機13における上述のケース15は、筒状に形成された第1ケース部15a、第2ケース部15b及び第3ケース部15cを備えている。第1乃至第3ケース部15a、15b、15cは、直列に配置されてボルト等の締結手段によって相互に連結されている。第1ケース部15aは一端側に配置され、第1ケース部15aの他端側に第2ケース部15bが固定され、更にその第2ケース部15bの他端側に第3ケース部15cが固定されている。
As shown in FIG. 6, the
ケース15の内部には、入力軸14や減速部16等が収納され、駆動軸12a、入力軸14、減速部16及び基部キャリア27(キャリア25:出力軸)は、回転軸線Qの方向に沿って直列に配置されている。ケース15は、一端側(第1ケース部15aの端部側)が開放し、他端側(第3ケース部15cの端部側)には、電動機12が固定されている。なお、ケース15のうちの第2ケース部15bの中央部には玉軸受22が設けられ、入力軸14が玉軸受22によって回転自在に支持されている。
The
入力軸14には電動機12の駆動軸12aが連結され、当該駆動軸12aから出力される回転動力が入力軸14に伝達されるが、本例では、電動機12の駆動軸12aと減速機13の入力軸14との間にクラッチ機構90が設けられている。すなわち駆動軸12aの先端にはクラッチ制御部92(図5のクラッチ切換部92a及びクラッチ駆動体92b参照)及び第1クラッチ作動部91aが取り付けられ、入力軸14の他端側の先端には第2クラッチ作動部91bが取り付けられ、第1クラッチ作動部91a及び第2クラッチ作動部91bが向かい合って配置されている。なお入力軸14の一端側には、減速部16における後述のクランク軸用歯車23と噛み合うギア部14aが設けられている。
The
クラッチ制御部92は、回転軸線Qと平行な方向にクラッチ作動部91aを移動させて、第1クラッチ作動部91aと第2クラッチ作動部91bとの間の係合状態及び非係合状態を切り換える。例えば力検出機構80(図5参照)の検出結果が示す「検出対象に作用する力」が所定の閾値以下の場合、クラッチ制御部92は第1クラッチ作動部91aを第2クラッチ作動部91bに押し当てて第1クラッチ作動部91aを第2クラッチ作動部91bに係合させる。これにより駆動軸12aと入力軸14とは一体的に回転し、電動機12の駆動軸12aから出力される回転動力がクラッチ機構90を介して入力軸14(減速機13)に伝達される。一方、力検出機構80の検出結果が示す「検出対象に作用する力」が所定の閾値よりも大きい場合、クラッチ制御部92は第1クラッチ作動部91aを第2クラッチ作動部91bから離間させて、第2クラッチ作動部91bに対する第1クラッチ作動部91aの係合を解除する。これにより駆動軸12aと入力軸14とは分離され、駆動軸12aと入力軸14との間における力の伝達がクラッチ機構90によって遮断され、電動機12(駆動軸12a)から出力される回転動力が減速機13(入力軸14)に伝達されなくなる。
The
このように入力軸14は、クラッチ機構90において第1クラッチ作動部91aと第2クラッチ作動部91bとが係合してクラッチがつながれている状態においてのみ、電動機12(駆動軸12a)からの回転動力を減速部16に伝達する。
Thus, the
減速部16は、クランク軸用歯車23、クランク軸24、外歯歯車26及び主軸受(30、31)等を備えている。このうち、クランク軸用歯車23は、平歯車要素として設けられており、入力軸14のギア部14aと噛み合うようにギア部14aの周囲に複数(例えば、3つ)配置されている。クランク軸用歯車23は、中央部分に貫通孔が形成され、この貫通孔を貫通して配置されるクランク軸24の他端側に対してスプライン結合により固定されている。
The
クランク軸24は、回転軸線Qを中心とした周方向に沿って等間隔に複数(例えば、3台)配置されており、その軸方向が回転軸線Qと平行になるように配置されている。クランク軸24は、外歯歯車26に形成されたクランク用孔34をそれぞれ貫通するように配置されており、他端側に配置された入力軸14からの回転動力がクランク軸用歯車23を介して伝達されて回転することで、外歯歯車26を偏心させて揺動回転させるようになっている。このとき、クランク軸24は、自らの回転(自転)に伴う外歯歯車26の回転とともに、公転動作を行うことになる。
A plurality of (for example, three)
本実施の形態において、クランク軸24は、軸本体24cと、軸本体24cに設けられた第1偏心部24a及び第2偏心部24bと、を有している。第1偏心部24a及び第2偏心部24bは、軸本体24cの軸方向中央部に形成され、第1偏心部24aが一端側に位置し、第2偏心部24bが他端側に位置している。第1偏心部24a及び第2偏心部24bは、軸方向と垂直な断面が円形断面となるように形成され、それぞれの中心位置がクランク軸24の中心軸線に対して偏心するように設けられている。これら第1偏心部24a及び第2偏心部24bが、外歯歯車26の上述のクランク用孔34内に配置されている。
In the present embodiment, the
クランク軸24の軸本体24cの一端部は、図示しない軸受を介してキャリア25に対して回転自在に保持されており、軸本体24cの他端部は、図示しない軸受を介してキャリア25に対して回転自在に保持されている。このうち、軸本体24cの他端部は、キャリア25から他端側に突出して、上述のクランク軸用歯車23が固定されている。
One end of the
キャリア25は、基部キャリア27と、端部キャリア28と、支柱29と、を備えている。このキャリア25のうち基部キャリア27にクランク軸24の軸本体24cの一端部が回転自在に保持され、端部キャリア28に軸本体24cの他端部が回転自在に保持されている。
The
基部キャリア27の一端側には、ボルト18を介してピニオン17が連結されている。端部キャリア28は、円板状に形成されており、支柱29を介して基部キャリア27に連結されている。支柱29は、基部キャリア27と端部キャリア28との間に配置され、基部キャリア27と端部キャリア28とを連結する柱状部分として設けられている。支柱29は、回転軸線Qを中心とした周方向に沿って複数配置され、その軸方向が回転軸線Qと平行となるように配置されている。なお、各支柱29には、端部キャリア28から延びるボルトが挿入されており、これにより端部キャリア28と基部キャリア27とが支柱29を介して連結されている。
A
キャリア25は、主軸受(30、31)を介してケース15に対して回転自在に保持されている。図6に示すように、主軸受30は、基部キャリア27と第1ケース部15aとの間に介在する玉軸受として構成され、第1ケース部15aの内周側に対して基部キャリア27を回転自在に保持する。また、主軸受31は、端部キャリア28と第1ケース部15aとの間に介在する玉軸受として構成され、第1ケース部15aの内周側に対して端部キャリア28を回転自在に保持する。
The
ケース15における第1ケース部15aの内周には、内歯を構成する複数のピン内歯20が配置されている。ピン内歯20は、ピン状の部材であり、その長手方向が回転軸線Qと平行になるように配置されるとともに、第1ケース部15aの内周において周方向に沿って等間隔に配列され、後述する外歯歯車26の外歯41と噛み合うように構成されている。
A plurality of pin
外歯歯車26は、平行に配置された状態でケース15内に収納される第1外歯歯車26aと第2外歯歯車26bとで構成されている。第1外歯歯車26a及び第2外歯歯車26bにはそれぞれ、クランク軸24が貫通する上述のクランク用孔34、及び、支柱29が貫通する支柱貫通孔が形成されている。なお、外歯歯車26(26a、26b)のクランク用孔34は、クランク軸24の数に対応した数で形成されている。また、支柱貫通孔も、同様に、支柱29の数に対応した数で形成されている。
The
第1外歯歯車26a及び第2外歯歯車26bのそれぞれの外周には、ピン内歯20に噛み合う外歯41が設けられている。外歯41の歯数は、ピン内歯20の歯数よりも1個又は複数個少なくなるように設けられている。これにより、クランク軸24が回転する毎に、外歯41とピン内歯20との噛み合いがずれ、外歯歯車26(26a、26b)が偏心して揺動回転することになる。なお、外歯歯車26は、クランク用孔34において外歯用軸受(図示せず)を介してクランク軸24を回転自在に保持している。
この減速機13においては、電動機12からの回転動力が入力軸14に伝達されると、クランク軸24が回転する。このとき、クランク軸24の第1偏心部24a及び第2偏心部24bは、それぞれ偏心回転する。第1偏心部24a及び第2偏心部24bが偏心回転すると、外歯歯車26は、揺動回転する。このとき、外歯歯車26は、ケース15のピン内歯20にその外歯41を噛み合わせながら、ケース15に対して回転する。この結果、クランク軸24を介して外歯歯車26を支持するキャリア25がケース15に対して回転する。これにより、減速によってトルクが増大された回転動力がピニオン17からリングギア104に伝達され、舵101が旋回することになる。
In the
[ブレーキ機構]
次に、舵101の回転を制動するブレーキ機構50について説明する。図7は、ブレーキ機構50の断面と制御部70及び力検出機構80とを模式的に示す図である。
[Brake mechanism]
Next, the
本例のブレーキ機構50は駆動装置11毎に設けられ、1つの電動機12に対して1つのブレーキ機構50が取り付けられる。図7に示すブレーキ機構50は、制御部70からの指令に基づいて、電動機12の駆動軸12aの回転を制動し、或いは、駆動軸12aの制動を解除する電磁ブレーキとしての機構を有する。駆動軸12aの回転が制動されている状態では、駆動装置11は、その作動が停止した状態に置かれる。一方、駆動軸12aの制動が解除されている状態では、駆動装置11は、作動した状態に置かれ、舵101を回転駆動することができる。以下、ブレーキ機構50について、詳しく説明する。
The
本例のブレーキ機構50は、電動機12のカバー72のうち減速機13とは反対側の端部に取り付けられており、ハウジング51、第1摩擦板56、第2摩擦板57、弾性部材55、電磁石53、被検出部75、検出部76及び第1摩擦板連結部77等を有する。
The
ハウジング51は、第1摩擦板56、第2摩擦板57、弾性部材55、電磁石53、被検出部75、検出部76及び第1摩擦板連結部77等を収納する構造体であり、電動機12のカバー72に固定されている。
The
第1摩擦板56は、例えば焼結金属材料で形成され、中央に貫通孔を有するリング状の板状部材として設けられており、第1摩擦板連結部77を介して電動機12の駆動軸12aに連結されている。第1摩擦板56の貫通孔には、駆動軸12aの一方の端部が貫通した状態で配置されている。
The
本例の第1摩擦板連結部77は、スプライン軸77a及びスライド軸77bを有する。スプライン軸77aは、外周にスプライン歯が設けられ、軸方向に延びる貫通孔が内側に形成された軸部材として設けられている。スプライン軸77aは、キー部材(図示省略)によるキー結合とストッパリング77cによる係合とによって、駆動軸12aの一方の端部の外周に対して固定されている。
The first friction
スライド軸77bは、内周にスプライン溝が形成された筒状の部分と、その筒状の部分の端部から径方向に延びるとともに周方向に広がったフランジ状の部分とを有する。スライド軸77bのスプライン溝は、スプライン軸77aのスプライン歯に対して軸方向へスライド可能に組み合わされ、スライド軸77bは軸方向へスライド移動可能にスプライン軸77aに対して取り付けられている。また第1摩擦板連結部77には、スプライン軸77aに対するスライド軸77bの軸方向の位置を所定の位置に位置決めするバネ機構(図示省略)が設けられている。スライド軸77bにおけるフランジ状の部分の外周の縁部には第1摩擦板56の内周が固定されており、第1摩擦板56はスライド軸77bと一体に結合されている。
The
上記の構成を有するブレーキ機構50において、駆動軸12aが回転すると、スプライン軸77a、スライド軸77b及び第1摩擦板56も駆動軸12aとともに回転する。後述の電磁石53が励磁された状態では、駆動軸12a及びスプライン軸77aに対して軸方向にスライド移動可能に保持されたスライド軸77b及び第1摩擦板56は、バネ機構により、スプライン軸77aの軸方向に関して所定位置に位置決めされている。この所定位置に配置されている第1摩擦板56は、後述の第2摩擦板57及び第3摩擦板58から離間している。
In the
第2摩擦板57は、第1摩擦板56に対して当接可能に設けられ、第1摩擦板56に当接することで駆動軸12aの回転を制動する制動力を発生させる部材として設けられている。本例の第2摩擦板57は、当接部57a及びアーマチュア部57bを有する。
The
アーマチュア部57bは、例えば磁性材料で形成され、中央に貫通孔を有するリング状の板状部材として設けられており、駆動軸12aの軸方向と平行にスライド移動可能な状態で、電磁石53に保持されている。なお、アーマチュア部57bを軸方向へスライド移動可能な状態で電磁石53に保持する機構の図示は省略されている。アーマチュア部57bの貫通孔には、駆動軸12aの一方の端部、スプライン軸77a及びスライド軸77bの筒状部分が貫通した状態で配置されている。
The
当接部57aは、例えば焼結金属材料で形成され、中央に貫通孔を有するリング状の板状部材として設けられており、アーマチュア部57bに対して固定され、第1摩擦板56に対して当接可能に設置されている。より具体的には、当接部57aは、第1摩擦板56に対向する側とは反対側において、アーマチュア部57bに固定されている。第1摩擦板56及び当接部57aは、図7に示す例では互いに対向する側の端面(当接面)においてほぼ同じ面積を有するが、これらの当接面の面積は相互に異なっていてもよい。
The
また本例では、電動機12のカバー72の一方の端部のうち第1摩擦板56に対向する箇所において、第3摩擦板58が設けられている。第3摩擦板58は、例えば焼結金属材料で形成され、中央に貫通孔を有するリング状の板状部材として設けられており、第3摩擦板58は第1摩擦板56と当接可能な位置に設置されている。第1摩擦板56及び第3摩擦板58は、図7に示す例では互いに対向する側の端面(当接面)においてほぼ同じ面積を有するが、これらの当接面の面積は相互に異なっていてもよい。
Further, in this example, a
弾性部材55は、後述する電磁石53の電磁石本体53aに保持され、第2摩擦板57を電磁石53側から第1摩擦板56側に向かって付勢する。弾性部材55は、典型的にはコイルバネとして設けられ、図7に示す例では複数設けられているが、コイルバネ以外の弾性部材であってもよいし、1つのみ設けられていてもよい。複数の弾性部材55は、電磁石本体53aにおいて、駆動軸12aを中心とする周方向に均等角度で配置されることが好ましい。特に本例の複数の弾性部材55は、電磁石本体53aにおいて、駆動軸12aを中心とした同心円状に内周側及び外周側の2つの配列で周方向に配置されている。同心円状に配置される弾性部材55のうち内周側に配置される弾性部材55はコイル部53bの内側に配置され、外周側に配置される弾性部材55はコイル部53bの外側に配置される。なお、上述の弾性部材55の配置形態は例示に過ぎず、弾性部材55は他の配置形態をとってもよい。
The
電磁石53は、電磁石本体53a及びコイル部53bを含み、第2摩擦板57を磁力によって引き付けることにより第2摩擦板57を第1摩擦板56から離間させる。
The
電磁石本体53aは、中央に貫通孔を有する円筒状の構造体として設けられており、電磁石本体53aの貫通孔には駆動軸12aの端部が配置される。電磁石本体53aは、第2摩擦板57に対向する側とは反対側の端部において、ハウジング51に固定されている。電磁石本体53aには、第2摩擦板57に向かって開口する複数の弾性部材保持穴53cが設けられており、これらの弾性部材保持穴53cの各々に弾性部材55が配置される。
The electromagnet
コイル部53bは、電磁石本体53aの内部に設置され、電磁石本体53aの周方向に配置されている。コイル部53bへの電流の供給及び遮断は、制御部70の指令に基づいて行われる。
The
例えばブレーキ機構50による駆動軸12aの制動の解除が行われる際には、制御部70の指令に基づいて、コイル部53bへ電流が供給されて電磁石53は通電される。電磁石53が通電されて励磁された状態になると、電磁石53において発生した磁力によって、第2摩擦板57のアーマチュア部57bがコイル部53bに引き付けられる。このとき第2摩擦板57は、複数の弾性部材55の弾性力(バネ力)に抗して、電磁石53に引き付けられる。これにより、第2摩擦板57の当接部57aが第1摩擦板56から離間し、駆動軸12aの制動が解除される。したがって、電磁石53が励磁されて駆動軸12aの制動が解除された状態では、第2摩擦板57のアーマチュア部57bは電磁石本体53aに当接した状態となる。
For example, when the braking of the
一方、ブレーキ機構50による駆動軸12aの制動が行われる際には、制御部70の指令に基づいて、コイル部53bへの電流の供給が遮断されて電磁石53は消磁される。電磁石53が消磁された状態になると、複数の弾性部材55の弾性力によって第2摩擦板57が第1摩擦板56に向かって付勢され、第2摩擦板57の当接部57aが第1摩擦板56に当接する。これにより、第2摩擦板57と第1摩擦板56との間で摩擦力が生じ、駆動軸12aの回転が制動される。なお図7は、電磁石53が消磁された状態であり、駆動軸12aの回転が制動されている状態を示す。
On the other hand, when the braking of the
また、電磁石53が消磁されて駆動軸12aが制動された状態では、第1摩擦板56は、第2摩擦板57から作用する付勢力によって、第3摩擦板58にも当接する。したがって電磁石53が消磁されると、第1摩擦板56は、複数の弾性部材55からの付勢力によって、第2摩擦板57と第3摩擦板58との間で挟み込まれた状態となる。これにより、第2摩擦板57と第1摩擦板56との間で生じる摩擦力と、第1摩擦板56と第3摩擦板58との間で生じる摩擦力とによって、駆動軸12aの回転が非常に強く制動される。
Further, in a state where the
被検出部75は、駆動軸12aの軸方向と平行な方向における第2摩擦板57の位置及び変位量を後述の検出部76によって検出するために、第2摩擦板57に固定される要素として設けられている。本例の被検出部75は、永久磁石として設けられ、第2摩擦板57のアーマチュア部57bに固定されており、特にアーマチュア部57bの外周部のうち電磁石53側部分に取り付けられている。この被検出部75の位置及び変位量を検出部76によって検出することで、第2摩擦板57のうち電磁石53に当接可能な部分の位置及び変位量(とりわけ駆動軸12aの軸方向と平行な方向に関する位置及び変位量)を検知することができる。
The detected
検出部76は、第2摩擦板57とともに変位する被検出部75の位置及び変位量を検出可能なセンサとして設けられている。すなわち検出部76は、駆動軸12aの軸方向と平行な方向に関する被検出部75の位置及び変位量を検出することで、駆動軸12aの軸方向と平行な方向における第2摩擦板57の位置及び変位量を検知することができる。
The
本例の検出部76は、永久磁石である被検出部75によってもたらされる磁場(磁界)の強さ及び方向を計測する磁気センサとして設けられ、ハウジング51の内壁に固定されている。検出部76は、被検出部75によってもたらされる磁場(磁界)の強さ及び方向を計測することで、被検出部75の位置及び変位量を検出する。したがって検出部76は、駆動軸12aの軸方向と平行な方向に関し、被検出部75に対応する位置で、ハウジング51に固定されることが好ましい。
The
検出部76は、通信ケーブル79を介して制御部70に接続され、制御部70に対して検出結果を出力する。したがって制御部70は、複数の駆動装置11の各々の検出部76から、第2摩擦板57の位置及び変位量の検出結果を受信する。なお、各検出部76は、制御部70からの指令信号を、通信ケーブル79を介して受信する。
The
制御部70は、旋回コントローラ109(図1参照)によってコントロールされ、各駆動装置11の検出部76から送られてくる検出結果に基づいて、第2摩擦板57の作動確認を行うとともに、第1摩擦板56及び第2摩擦板57の少なくともいずれかの摩耗量を検知することができる。制御部70による第2摩擦板57の作動確認は、例えば電磁石53が消磁された状態から励磁された状態に移行する際に検出部76によって検出される第2摩擦板57の位置に基づいて実行可能である。また制御部70による第1摩擦板56及び/又は第2摩擦板57の摩耗量の検知は、例えば電磁石53が消磁されている状態で、検出部76によって検出される第2摩擦板57(被検出部75)の位置に基づいて実行可能である。
The
このように本例では、被検出部75、検出部76及び制御部70の組み合わせによって「ブレーキ機構50による舵101の回転の制動が機能しているか否かを検知する検知手段」が構成されている。例えばブレーキ機構50の制動機能が適切に機能している場合、電磁石53が消磁された状態では第2摩擦板57が第1摩擦板56に当接し、電磁石53が励磁された状態では第2摩擦板57が第1摩擦板56から離間するように、電磁石53の消磁状態及び励磁状態に応じて被検出部75の位置が軸方向に変化する。したがって制御部70は、検出部76によって検出される第2摩擦板57の位置に基づいて、ブレーキ機構50によって舵101の回転が制動されているか否かを検知することが可能である。またブレーキ機構50の制動機能が適切に機能していない場合には、被検出部75の位置が電磁石53の消磁状態及び励磁状態にかかわらず変化しなかったり、電磁石53の消磁状態及び励磁状態に応じて想定される位置とは異なる位置に被検出部75が配置されたりする。したがって制御部70は、検出部76によって検出される第2摩擦板57の位置に基づいて、ブレーキ機構50の制動機能が適切に機能しているか否かを検知することが可能である。制御部70は、ブレーキ機構50の制動機能が適切に機能していないことを検知した場合には、船舶Sの操作者等に対して警告等を発し、操作者等の注意を喚起することが好ましい。
As described above, in this example, a combination of the detected
なお本例の制御部70には、力検出機構80が接続され、力検出機構80による検出結果が制御部70に送られる。制御部70は、力検出機構80の検出結果が示す「検出対象に作用する力」が所定の閾値よりも大きい場合、ブレーキ機構50を制御して舵101の回転の制動を解除する。ブレーキ機構50によって舵101の回転が制動された状態で過大な力が舵101、リングギア(被動ギア)104、駆動装置11或いはブレーキ機構50に作用し続けると、その力を逃がすことができず、舵101やリングギア104等の部品が破損してしまう虞がある。一方、本例のように、「検出対象に作用する力」に応じてブレーキ機構50による制動を解除することで、舵101が回転して力を逃がすことができ、舵101やリングギア104等の部品の破損を防ぐことができる。
Note that a
このようにブレーキ機構50は力検出機構80が検出する力が「所定の閾値」よりも大きい場合に制動を解除するが、制動の解除の基準となるここでいう「所定の閾値」は、様々な観点から定められうる。例えば舵101自体の破損を防ぐ観点や、リングギア104等の特に破損が望まれない部品の破損を防ぐ観点や、ピニオン17等の応力が集中して破損しやすい部品の破損を防ぐ観点等に基づいて、ここでいう「所定の閾値」を適宜定めることができる。
As described above, the
以上説明したように、力の伝達及び非伝達を切り換えるクラッチ機構90を設けることによって、舵101、リングギア104、駆動装置11或いはブレーキ機構50に作用する力を軽減することができる。すなわち、クラッチ機構90においてクラッチを切って力を非伝達とすることで、クラッチ機構90を空転させて、各種部材にかかる力を逃がすことができる。したがって、舵101、リングギア104、駆動装置11或いはブレーキ機構50が想定外の過大な力や負荷を受けた場合に、クラッチ機構90においてクラッチを切ることで、各種部品にかかる力を軽減して故障を未然に防ぐことができる。
As described above, by providing the
なお、クラッチ機構90がソレノイド等のように電磁石の電磁力を利用してクラッチのオン・オフを切り換える機構のケースでは、電磁石が非通電状態(消磁状態)にある場合にクラッチ作動部91のクラッチがつながれ、電磁石が通電状態(励磁状態)にある場合にクラッチ作動部91のクラッチが切られることが、省エネルギー効果を得る観点からは好ましい。一般に、通常使用時にはクラッチ作動部91のクラッチがつながれ、想定外の力や負荷が各種部品に作用する非常時にクラッチ作動部91のクラッチが切られる。したがって通常は、クラッチ作動部91のクラッチがつながれている時間の方が、クラッチ作動部91のクラッチが切られている時間よりも長くなる。そのため、時間がより長い「クラッチ作動部91におけるクラッチオン状態」の間は電磁石を非通電状態とし、時間がより短い「クラッチ作動部91におけるクラッチオフ状態」の間は電磁石を通電状態とすることが、省エネルギーの観点からは好ましい。
In the case of a mechanism in which the
また、駆動装置11、ブレーキ機構50及びクラッチ作動部91を一体的に設けてユニット化することで、駆動装置11、ブレーキ機構50及びクラッチ作動部91のいずれかの箇所に不具合が生じても、そのユニットを適切に作動する他のユニットに交換することで、簡単に不具合を解消することができる。
Further, by integrally providing the
[他の変形例]
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、他の変形が加えられてもよい。
[Other variations]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and other modifications may be added.
例えば、上述の図6に示す実施形態では電動機12と減速機13との間にクラッチ機構90(特にクラッチ作動部91)が設けられているが、クラッチ機構90(特にクラッチ作動部91)は電動機12と舵101との間の他の箇所に設けられてもよい。例えば「キャリア25(基部キャリア27:出力軸)」或いは「キャリア25(基部キャリア27:出力軸)とピニオン17との間」に、クラッチ機構90(特にクラッチ作動部91)が設けられてもよい。一例として、基部キャリア27を、減速部16に取り付けられる第1キャリア部と、ピニオン17が取り付けられる第2キャリア部とによって構成し、第1キャリア部と第2キャリア部との間において、第1キャリア部に第1クラッチ作動部91aを取り付ける一方で第2キャリア部に第2クラッチ作動部91bを取り付けることも可能である。また、ボルト18によってピニオン17を基部キャリア27に固定せず、基部キャリア27に第1クラッチ作動部91aを取り付ける一方でピニオン17に第2クラッチ作動部91bを取り付けることも可能である。これらのケースにおいても第1クラッチ作動部91aと第2クラッチ作動部91bとの間の係合状態及び非係合状態をクラッチ制御部92によってコントロールすることで、力の伝達及び非伝達を切り換えられる。
For example, in the embodiment shown in FIG. 6 described above, the clutch mechanism 90 (particularly the clutch operating part 91) is provided between the
また上述の実施形態では、キャリア25(基部キャリア27)にピニオン17を連結するボルト18(図6参照)によって、ピニオン(駆動ギア)17及びリングギア(被動ギア)104の噛み合いを解除する退避機構85が構成されているが、他の部材によって退避機構85が構成されてもよい。退避機構85は、少なくともピニオン17をリングギア104から離間させてリングギア104と噛み合う位置から退避させることで、「ピニオン17とリングギア104とが噛み合う位置」から「ピニオン17及びリングギア104の噛み合いを解除する位置」に退避させることが可能な任意の機構を採用することが可能である。したがって退避機構85は、駆動装置11からピニオン17を脱落させることが可能な上述の機構(ボルト18)だけではなく、駆動装置11自体を移動させることでピニオン17をリングギア104から離間させることが可能な機構や、リングギア104を移動させることでピニオン17をリングギア104から離間させることが可能な機構であってもよい。なおピニオン(駆動ギア)17をリングギア(被動ギア)104から離間させる具体的な手法は特に限定されず、ピニオン17及びリングギア104のうちの少なくともいずれか一方を、回転軸の軸方向に相対的に移動させてもよいし、回転軸の径方向に相対的に移動させてもよい。
In the above-described embodiment, the retraction mechanism that releases the meshing of the pinion (drive gear) 17 and the ring gear (driven gear) 104 by the bolt 18 (see FIG. 6) that connects the
なお退避機構85による「ピニオン(駆動ギア)17及びリングギア(被動ギア)104の噛み合いの解除」は、操作者等によって手動的に行われてもよいし、例えば力検出機構80の検出結果に応じて自動的に行われてもよい。例えば図6に示すようなボルト18によって退避機構85が構成される場合には、力検出機構80の検出結果を確認した操作者等が必要に応じてボルト18を駆動装置11から取り外すことで、ピニオン17及びリングギア104の噛み合いを解除することができる。一方、退避機構85がピニオン17及びリングギア104のうちの少なくともいずれか一方を移動させる場合、退避機構85は力検出機構80の検出結果を受信し、その検出結果に応じてピニオン17及びリングギア104のうちの少なくともいずれか一方を移動させてもよい。したがって退避機構85は、例えば力検出機構80が検出する力が所定の閾値よりも大きい場合に、ピニオン17及びリングギア104のうちの少なくともいずれか一方を移動させて、ピニオン17及びリングギア104の噛み合いを解除してもよい。
The “release of the engagement of the pinion (drive gear) 17 and the ring gear (driven gear) 104” by the
また上述の実施形態では、ブレーキ機構50が駆動装置11(特に電動機12)と一体的に設けられているが、舵101の回転を適切に制動することができるのであれば、ブレーキ機構50の構成は特に限定されない。したがってブレーキ機構50は、電動機12の駆動軸12aの回転を制動するものだけはなく、リングギア104(駆動ギア)や減速機13を構成する各種要素の回転を制動することで舵101の回転を間接的に制動するものであってもよいし、舵101の回転を直接的に制動するものであってもよい。また制動方式も特に限定されず、直接的な制動対象(上述の実施形態では第1摩擦板56)に摩擦抵抗を与えることで制動力を得る方式以外の方式が採用されてもよい。またブレーキ機構50は電磁式以外の制動方式を採用してもよく、例えば油圧式の制動装置等を有していてもよい。
In the above-described embodiment, the
また、上述の図2に示す例では、4台の駆動装置11が設けられる例を説明したが、駆動装置11は、4台より多くてもよいし少なくてもよいし、その数は限定されない。特に駆動装置11が1台のみしか設けられない場合には、駆動装置11(特にキャリア25(基部キャリア27:出力軸))と舵101とを直接的に連結してもよい。複数の駆動装置11が設けられる上述の実施形態では、各駆動装置11のピニオン17がリングギア104と噛み合って、各駆動装置11(各減速機13)と舵101とがリングギア104を介して連結される。一方、駆動装置11が1台の場合には、ピニオン17やリングギア104は必ずしも必要とされず、駆動装置11の出力軸(上述の実施形態ではキャリア25(基部キャリア27))と舵101(上述の実施形態では旋回筒103)とを一体的に連結し、駆動装置11の出力軸から舵101に回転動力を直接伝達してもよい。この場合、舵101の回転軸線L1と駆動装置11(出力軸(キャリア25(基部キャリア27)))の回転軸線Qとが一致することが好ましい。この場合、基部キャリア27(キャリア25)から旋回筒103に伝達される回転動力によって舵101を適切に回転させることができる。
In the example shown in FIG. 2 described above, the example in which the four
またピニオン17とリングギア104とは上述のように直接的に噛み合っていてもよいし、他のギア(中間ギア)を介して間接的に噛み合っていてもよい。この場合、退避機構85は、駆動ギア(ピニオン17)を中間ギアから離間するように移動させ、この結果として、駆動ギア(ピニオン17)と中間ギアとの噛み合いを解除するとともに、駆動ギア(ピニオン17)と被動ギア(リングギア104)との噛み合いを解除するようにしてもよい。或いは、退避機構85は、駆動ギア(ピニオン17)を、中間ギアとともに、被動ギア(リングギア104)から離間するように移動させ、この結果として、中間ギアと被動ギア(リングギア104)との噛み合いを解除するとともに、駆動ギア(ピニオン17)と被動ギア(リングギア104)との噛み合いを解除するようにしてもよい。
The
また駆動装置11のキャリア25(基部キャリア27:出力軸)とピニオン17(駆動ギア)とは上述のように別部材によって別体で設けられてもよいし、同一部材によって一体的に設けられてもよい。
Further, the carrier 25 (base carrier 27: output shaft) and the pinion 17 (drive gear) of the
1 電動舵取機
3 電動舵取ユニット
5 電動舵取機構
11 駆動装置
11a 駆動装置
11b 駆動装置
11c 駆動装置
11d 駆動装置
12 電動機
12a 駆動軸
13 減速機
14 入力軸
14a ギア部
15 ケース
15a 第1ケース部
15b 第2ケース部
15c 第3ケース部
16 減速部
17 ピニオン
18 ボルト
20 ピン内歯
22 玉軸受
23 クランク軸用歯車
24 クランク軸
24c 軸本体
24a 第1偏心部
24b 第2偏心部
25 キャリア
26 外歯歯車
26a 第1外歯歯車
26b 第2外歯歯車
27 基部キャリア
28 端部キャリア
29 支柱
30 主軸受
31 主軸受
34 クランク用孔
41 外歯
50 ブレーキ機構
51 ハウジング
53 電磁石
53a 電磁石本体
53b コイル部
53c 弾性部材保持穴
55 弾性部材
56 第1摩擦板
57 第2摩擦板
57a 当接部
57b アーマチュア部
58 第3摩擦板
70 制御部
72 カバー
75 被検出部
76 検出部
77 第1摩擦板連結部
77a スプライン軸
77b スライド軸
77c ストッパリング
79 通信ケーブル
80 力検出機構
85 退避機構
90 クラッチ機構
91 クラッチ作動部
91a 第1クラッチ作動部
91b 第2クラッチ作動部
92 クラッチ制御部
92a クラッチ切換部
92b クラッチ駆動体
100 船舶本体
101 舵
102 舵本体
103 旋回筒
104 リングギア
104a 歯
105 プロペラ
108 インバータ
109 旋回コントローラ
S 船舶
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric steering machine 3 Electric steering unit 5 Electric steering mechanism 11 Drive apparatus 11a Drive apparatus 11b Drive apparatus 11c Drive apparatus 11d Drive apparatus 12 Electric motor 12a Drive shaft 13 Reduction gear 14 Input shaft 14a Gear part 15 Case 15a 1st case Portion 15b second case portion 15c third case portion 16 speed reduction portion 17 pinion 18 bolt 20 pin internal teeth 22 ball bearing 23 crankshaft gear 24 crankshaft 24c shaft body 24a first eccentric portion 24b second eccentric portion 25 carrier 26 outside Tooth gear 26a First external gear 26b Second external gear 27 Base carrier 28 End carrier 29 Strut 30 Main bearing 31 Main bearing 34 Crank hole 41 External tooth 50 Brake mechanism 51 Housing 53 Electromagnet 53a Electromagnet body 53b Coil portion 53c Elastic member holding hole 55 Elastic member 56 First friction plate 57 Second friction 57a Contact portion 57b Armature portion 58 Third friction plate 70 Control portion 72 Cover 75 Detected portion 76 Detection portion 77 First friction plate connecting portion 77a Spline shaft 77b Slide shaft 77c Stopper ring 79 Communication cable 80 Force detection mechanism 85 Retraction mechanism 90 Clutch mechanism 91 Clutch operating part 91a First clutch operating part 91b Second clutch operating part 92 Clutch control part 92a Clutch switching part 92b Clutch driving body 100 Ship body 101 Rudder 102 Rudder body 103 Swivel cylinder 104 Ring gear 104a Teeth 105 Propeller 108 Inverter 109 Turning controller S Ship
Claims (8)
前記駆動装置から伝達される前記回転動力によって回転軸線を中心に回転する舵と、
前記駆動装置又は前記駆動装置と前記舵との間に設けられ、力の伝達及び非伝達を切り換えるクラッチ機構と、を備える電動舵取ユニット。 A driving device that outputs rotational power;
A rudder that rotates about a rotational axis by the rotational power transmitted from the drive device;
An electric steering unit comprising: the driving device or a clutch mechanism that is provided between the driving device and the rudder and switches between transmission and non-transmission of force.
前記駆動装置は、前記回転動力を生み出す電動機と、前記電動機が生み出した前記回転動力を減速させる減速部及び当該減速部により減速された前記回転動力を出力する出力軸を有する減速機と、前記出力軸に設けられる駆動ギアであって前記被動ギアと噛み合う駆動ギアと、を有し、
前記クラッチ機構は、前記出力軸に設けられる請求項1に記載の電動舵取ユニット。 A driven gear connected to the rudder and having a center of rotation on the rotational axis of the rudder;
The drive device includes: an electric motor that generates the rotational power; a speed reducer that decelerates the rotational power generated by the motor; and a speed reducer that includes the output shaft that outputs the rotational power decelerated by the speed reducing unit; and the output A drive gear provided on the shaft and meshing with the driven gear,
The electric steering unit according to claim 1, wherein the clutch mechanism is provided on the output shaft.
前記駆動装置は、前記回転動力を生み出す電動機と、前記電動機が生み出した前記回転動力を減速させる減速部及び当該減速部により減速された前記回転動力を出力する出力軸を有する減速機と、前記出力軸に設けられる駆動ギアであって前記被動ギアと噛み合う駆動ギアと、を有し、
前記クラッチ機構は、前記電動機と前記減速機との間に設けられる請求項1に記載の電動舵取ユニット。 A driven gear connected to the rudder and having a center of rotation on the rotational axis of the rudder;
The drive device includes: an electric motor that generates the rotational power; a speed reducer that decelerates the rotational power generated by the motor; and a speed reducer that includes the output shaft that outputs the rotational power decelerated by the speed reducing unit; and the output A drive gear provided on the shaft and meshing with the driven gear,
The electric steering unit according to claim 1, wherein the clutch mechanism is provided between the electric motor and the speed reducer.
前記クラッチ機構は、前記力検出機構が検出する前記力が所定の閾値よりも大きい場合、力を非伝達とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の電動舵取ユニット。 A force detection mechanism for directly or indirectly detecting a force acting on at least one of the rudder, the drive device, and the clutch mechanism;
The electric steering unit according to any one of claims 1 to 4, wherein the clutch mechanism is configured not to transmit force when the force detected by the force detection mechanism is greater than a predetermined threshold.
前記回転動力を生み出す電動機と、
前記電動機に連結され、力の伝達及び非伝達を切り換えるクラッチ機構と、を備える電動舵取機用駆動装置。 A drive device for an electric steering machine that rotates a rudder with rotational power,
An electric motor for generating the rotational power;
And a clutch mechanism that is coupled to the electric motor and switches between transmission and non-transmission of force.
前記舵に連結され、前記舵の回転軸線上に回転中心がある被動ギアと、
前記回転動力を生み出す電動機と、前記電動機が生み出した前記回転動力を減速させる減速部及び当該減速部により減速された前記回転動力を出力する出力軸を有する減速機と、前記出力軸に設けられる駆動ギアであって前記被動ギアと噛み合う駆動ギアと、を有する駆動装置と、
前記駆動装置に設けられ、力の伝達及び非伝達を切り換えるクラッチ機構と、を備える電動舵取機構。 An electric steering mechanism for rotating the rudder with rotational power,
A driven gear connected to the rudder and having a center of rotation on a rotation axis of the rudder;
An electric motor that generates the rotational power, a speed reducer that decelerates the rotational power generated by the electric motor, a speed reducer that outputs the rotational power decelerated by the speed reducing unit, and a drive provided on the output shaft A drive device having a drive gear that meshes with the driven gear;
An electric steering mechanism, comprising: a clutch mechanism that is provided in the driving device and switches between transmission and non-transmission of force.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015148040A JP2017024668A (en) | 2015-07-27 | 2015-07-27 | Electrically-driven steering unit, driving device for electrically-driven steering device, electrically-driven steering mechanism, and vessel |
PCT/JP2016/069330 WO2017002875A1 (en) | 2015-06-30 | 2016-06-29 | Electric steering device drive apparatus, electric steering device, electric steering device drive control apparatus, electric steering mechanism, electric steering unit, ship, and method for designing electric steering device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
KR102021343B1 (en) | 2018-07-25 | 2019-09-16 | 하이쎈주식회사 | Steering gear for ship |
CN113137311A (en) * | 2020-01-16 | 2021-07-20 | 纳博特斯克有限公司 | Fuel supply control device, fuel supply control method, and recording medium |
-
2015
- 2015-07-27 JP JP2015148040A patent/JP2017024668A/en active Pending
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