JP2018099902A - 自動船位保持ボート - Google Patents

Abstract

【課題】ボートの大きさ、形状、風による流され方等の、ボートに固有の特性が変わっても簡単に対応でき、自動的にボートを洋上の一定地点に保持することが可能な自動船位保持ボートを提供する。【解決手段】自動船位保持ボート１には、船体２の内部にモーター３、バッテリー４、制御器５が設置され、船体２の上部には風向風速センサー６が取り付けられている。モーター３にはプロペラーシャフト７を介してプロペラー８が接続されており、電動推進器９として機能する。船体２の固有の運動特性が学習されて初期設定値として制御器５に記憶され、電動推進器９の推力の大きさと前後の推進方向が、風向風速センサー６によって検知される風向と風速に合わせて制御器５により自動的に制御されて船位保持がなされる。【選択図】図１

Description

本発明は、自動的に船位を保持することが可能な自動船位保持ボートに関する。

小型ボートに乗って洋上で釣りを楽しもうとする際、推力を停止した状態の小型ボートは風に流されるため、釣りをしたい地点から移動して離れてしまうという問題がある。この問題を解決するための従来の手段として、以下の３つの方式がある。

一つ目の方式は、漁船に多く見られるものであるが、船尾にスパンカーと呼ばれる帆を張り、スパンカーが風を受けることにより、船首側が風上に立つようにし、風力に抗する程度の前進推力を与えることで洋上の船位を保持するものである。

二つ目の方式は、船首からプロペラーのついた電動推進モーターを下ろし、この電動推進モーターの方向と推力を風向と風速に合わせて自動制御することにより、洋上の船位を保持するものである。

三つ目の方式は、船尾に２基の電動推進器を設け、それらの推力軸を船尾方向で互いに交差するように取付け、それらの推力の強さと向きを風向と風速に合わせて自動的に変化させ、ボートを風に対して流されないように船位保持を図るものである。

上記の二つ目の方式と三つ目の方式は、本発明者によるものであり、それぞれ、特許文献１、特許文献２に記載されている。

特開平１０−５９２９１号公報 特開平１０−３５２３７１号公報

しかし、一つ目の方式は主に漁船に使用される方式であり、小型ボートに対して用いると、大きな場所を占めて邪魔であり、デザイン的にもそぐわないものである。

また、二つ目の方式は一定以下の大きさの小型ボートには有効であるものの、やや大きめのボートになると、船首から下ろす電動推進モーターまでのシャフトが長くなり、シャフトの強度耐久性上の問題、シャフトのしなりによる推進能力低下の問題が生じるとともに、ボートの大きさや形状が変わると、風向、風速に対する適正な制御ができず、使用するたびにマニュアル操作で調整する必要があった。

さらに、三つ目の方式では、取り付けたボートの大きさ、風に対する流され方の特性などがボートごとに異なるため、使用するたびに微調整をしなければいけないという問題があった。この問題点は、二つ目の方式についても同様である。

このように、洋上で風に流されやすい小型ボートや中大型プレジャーボートに対し、風の中でも自動船位保持機能を持たせようとすると、ボートの大きさ、形状によって風に対する流され方の特性がボートごとに異なるため、同じ制御プログラムを用いてボートをうまく風に立たせることは難しかった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、ボートの大きさ、形状、風による流され方等の、ボートに固有の特性が変わっても簡単に対応でき、自動的にボートを洋上の一定地点に保持することが可能な自動船位保持ボートを提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明の自動船位保持ボートは、船体にモーターと、風向風速センサーと、制御器とを備え、モーターにはプロペラーシャフトを介してプロペラーが接続されて電動推進器が形成され、船体の固有の運動特性が学習されて初期設定値として制御器に記憶された自動船位保持ボートであって、電動推進器の推力の大きさと前後の推進方向が、風向風速センサーによって検知される風向と風速に合わせて制御器により自動的に制御されて船位保持がなされることを特徴とする。

船体の固有の運動特性が学習されて初期設定値として制御器に記憶されており、電動推進器の推力の大きさと前後の推進方向が、風向風速センサーによって検知される風向と風速に合わせて制御器により自動的に制御されるため、運行時には、刻々変化する風速、風向に対して特に微調整することなく、ボートが洋上の一定地点で船位を保持することができる。また、ボートごとに初期設定値が定められるため、ボートの大きさ、形状、風による流され方が変わっても簡単に対応できる。

本発明の自動船位保持ボートにおいては、前記初期設定値は、前記電動推進器の前進時推力と後進時推力との差による推力補正係数と、船体を風に対して前進させて船体が一定地点に留まる推力値から得られる抵抗係数と、船体をその場旋回で３６０度回頭させたときの角速度から得られる旋回時の抵抗を示す回頭係数とによって定められることとすることができる。

ボートごとに、推力補正係数、抵抗係数、回頭係数が記憶されているため、刻々変化する風速、風向に対して、推力補正係数、抵抗係数、回頭係数に基づいて、船位保持に必要な電動推進器の推力が算定され、この推力によって、微調整することなく、ボートが洋上の一定地点で船位を保持することができ、ボートの大きさ、形状、風による流され方の特性が変わっても簡単に対応できる。

本発明の自動船位保持ボートにおいては、前記電動推進器は、船体の左右に２基装備されていることとすることができる。

電動推進器を２基装備することによって、１基装備の場合よりも構造を単純化することができるため壊れにくく、出力を大きくすることができるため、その場旋回を容易に行うことができ、船位保持しやすい。

本発明によると、ボートの大きさ、形状、風による流され方等の、ボートに固有の特性が変わっても簡単に対応でき、自動的にボートを洋上の一定地点に保持することが可能な自動船位保持ボートを実現することができる。

本発明の実施形態に係る自動船位保持ボートの構成を示す図である。 風速に対する抵抗係数とステップ値の換算例を示す図である。 誤差角度に対するモーター速度制御ステップ値の換算例を示す図である。 本実施形態における左右モーター推力と回頭の状況を示す図である。 本実施形態におけるモーター推力の強さと正逆転の概念図である。 初期設定の仕方を表した概念図である。

以下に、本発明の自動船位保持ボートを、その実施形態に基づいて説明する。
図１に、本発明の実施形態に係る自動船位保持ボートの構成を示す。図１（ａ）は、自動船位保持ボートの側面説明図であり、図１（ｂ）は、自動船位保持ボートの平面説明図である。

自動船位保持ボート１には、船体２の内部にモーター３、バッテリー４、制御器５が設置されており、船体２の上部には風向風速センサー６が取り付けられている。モーター３には、プロペラーシャフト７を介してプロペラー８が接続されている。

図１においては、プロペラーシャフト７を介してプロペラー８が接続されたモーター３は、船体２の船尾の左右に２基装備されている。プロペラーシャフト７を介してプロペラー８が接続されたモーター３は、自動船位保持ボート１の船体２を推進させる電動推進器９として機能する。制御器５は、以下に説明する船位保持のための学習機能を司る自動制御部として機能する。

電動推進器９自体が推力の向きを変える機能を持っていれば、電動推進器９は１基のみの装備であってもよいが、電動推進器９を２基装備することによって、１基装備の場合よりも構造を単純化することができるため壊れにくく、出力を大きくすることができるため、その場旋回がし易いことなどのメリットがある。また、ベースとなる船体がカタマラン型（双胴型）であるときは、２基搭載しやすいという事情もある。

以下に、制御器５が有する、船位保持のための学習機能について説明する。
この学習機能は、船体２の船尾に設置されている電動推進器９の推力の大きさと前後の推進方向を、風向風速センサー６によって検知される風向と風速に合わせて自動制御するものであり、この自動制御を行うにあたって、以下に示す初期設定を行って、ボート固有の特性を学習させ、この学習によって得られた制御プログラム内の係数を、この制御器５が搭載されたボートごとに変化させるようにしている。

船位保持のための学習機能の初期設定は、操船者によりボートに一定の動作をさせることによって、以下のプロセスによりなされる。
第一プロセスでは、全力前進速度と全力後進速度との差を計測して、前進時のモーター３の推力と後進時のモーター３の推力の推力補正係数を導く。

ここで得られる推力補正係数は、前進推力と後進推力の差についての係数であり、前進推力に相当する後進推力の大きさはいくらかを決めるものである。プロペラー８は、本来前進することを前提に設計されており、後進時の推進効率は前進時に比べ著しく劣るため、この係数を算出しておく必要がある。例えばその場で左旋回させるために、右モーター前進推力０．５に対し、左モーター後進推力１．０でちょうどバランスが取れると、船はその場で旋回することになる。この時は、後進推力の２倍が前進推力１に相当する。このように、推力補正係数は、旋回の特性を知るための基礎データとなる。

第二プロセスでは、ボートを風に対して前進させ、一定地点に留まる推力値を計測し、この推力値を、ボートが風から受ける抵抗の程度として抵抗係数Ｓｗｓを導く。この抵抗係数Ｓｗｓについて、風速に対する抵抗係数とステップ値の換算例を、図２に示す。

図２において、ステップ値とはモーター推力の大きさを表しており、モーター推力の最大値をステップ値１４として、これを等分して縦軸の目盛としている。風速が強くなるとステップ値はこれに比例して大きくなり、風速とステップ値との関係に関する抵抗係数をＳｗｓ１、Ｓｗｓ２、Ｓｗｓ３として、船体が風を受ける特性によりいずれかの係数を選ぶこととしている。この抵抗係数を一度選べば、その後はその抵抗係数により風速に対して適切なステップ値が自動的に設定される。

図２に示すように、横軸を風速、縦軸をステップ値（推力）としたときに、傾きが大きいほど風に流されやすく、抵抗係数の一例であるＳｗｓ１、Ｓｗｓ２、Ｓｗｓ３では、風を受けて流されやすい船体の抵抗係数はＳｗｓ３であり、逆に流されにくい船体の抵抗係数はＳｗｓ１となる。

第三プロセスでは、ボートをその場旋回で３６０度回頭させ、その角速度を計測することによって、ボートが旋回時にかかる抵抗を示す回頭係数ｆを導く。この回頭係数ｆについて、誤差角度に対するモーター速度制御ステップ値の換算例を、図３に示す。

図３は、船体の旋回に必要な推力を出す際の係数設定を表しており、誤差角とはあるべき進行方向（通常はまっすぐに風上を向く角度）に対して、船首が風により流されて、船首を横向きに向きを変えてしまったときの角度を意味する。誤差角が大きいときは、船体を旋回させるために大きなモーター推力が必要であるが、その推力量は船体が風を受けやすいものか否かで変わる。船首が風上から向きを変えると、モーター推力を大きくして元に戻そうとし、その際の係数をｆ１、ｆ２、ｆ３としている。

図３に示すように、横軸を誤差角、縦軸をステップ値（推力）としたときに、傾きが大きいほど風で船首の向きを変えやすく、回頭係数の一例であるｆ１、ｆ２、ｆ３では、風で船首の向きを変えやすいボートの係数はｆ１となる。図３に示すグラフの頂点がステップ値１４で頭打ちとなっているのは、ここがモーターの最大出力だからである。

以上のプロセスによって得られる、推力補正係数、抵抗係数、回頭係数は、ボート固有の特性として、制御器５の記憶部に初期設定値として記憶される。ボートごとに、推力補正係数、抵抗係数、回頭係数が記憶されているため、刻々変化する風速、風向に対して、推力補正係数、抵抗係数、回頭係数に基づいて、船位保持に必要なステップ値、すなわち推力の大きさと方向が算定される。そのため、特に微調整せずに、ボートが洋上の一定地点で船位を保持することができ、ボートの大きさ、形状、風による流され方の特性が変わっても簡単に対応できる。

図４に、本実施形態における左右モーター推力と回頭の状況を示す。
図４では、モーター３が船体２の船尾の左右に２基装備されている場合において、左モーターによる前進推力が与えられ、右モーターによる後進推力が与えられることによって、回頭モーメントが生じて船体２が回頭している状況を示している。この回頭の際の回転角は、制御器５に記憶された初期設定値に基づいて適正な角度に設定される。

図５に、本実施形態におけるモーター推力の強さと正逆転の概念図を示す。
初期設定値に基づいた適正な正転回転数によって前進推力が得られるとともに、初期設定値に基づいた適正な逆転回転数によって後進推力が得られる。これにより、適正な回転角を伴う回頭が実現される。

このようにして、電動推進器９の推力の大きさと前後の推進方向が、風向風速センサー６によって検知される風向と風速に合わせて制御器５により自動的に制御されて、船位保持がなされる。従って、電動推進器９にて目的地まで走行し、そこで船位を保持したい場合には、制御器５のスイッチを入れることによって、左右２台の電動推進器９の推力の前後方向と強弱のコントロールによって、船位が自動的に保持される。

図６に、初期設定の仕方を表した概念図を示す。
初期設定プログラムが起動すると、上述した、推力補正係数、抵抗係数、回頭係数がそれぞれ計測されて、ボート固有の特性として、制御器５の記憶部に初期設定値として記憶されることによって、初期設定がなされる。その後、通常使用状態においては、この初期設定に基づいて、左右２台の電動推進器９の推力の前後方向と強弱のコントロールによって、船位が自動的に保持される。そのため、特に微調整せずにボートが洋上の一定地点で船位を保持することができ、ボートの大きさ、形状、風による流され方の特性が変わっても簡単に対応できる。

以上説明したように、本発明の自動船位保持ボートは、操船者によりボートに一定の動作をさせることによって、船体の固有の運動特性が学習されて初期設定値として制御器に記憶され、電動推進器の推力の大きさと前後の推進方向が、風向風速センサーによって検知される風向と風速に合わせて制御器により自動的に制御されて船位保持がなされることに大きな特徴がある。

船体の固有の運動特性には様々なものがあり得るが、本発明において初期設定値として用いている、推力補正係数、抵抗係数、回頭係数は、船体の固有の運動特性を定めるにあたっての基礎的なデータであり、これらのデータを初期設定値として用いることによって、適正な船位保持機能を効果的に実現することができる。

本発明は、ボートの大きさ、形状、風による流され方等の、ボートに固有の特性が変わっても簡単に対応でき、自動的にボートを洋上の一定地点に保持することが可能な自動船位保持ボートとして、広く利用することができる。

１ 自動船位保持ボート
２ 船体
３ モーター
４ バッテリー
５ 制御器
６ 風向風速センサー
７ プロペラーシャフト
８ プロペラー
９ 電動推進器

Claims (3)

1. 船体にモーターと、風向風速センサーと、制御器とを備え、モーターにはプロペラーシャフトを介してプロペラーが接続されて電動推進器が形成され、船体の固有の運動特性が学習されて初期設定値として制御器に記憶された自動船位保持ボートであって、電動推進器の推力の大きさと前後の推進方向が、風向風速センサーによって検知される風向と風速に合わせて制御器により自動的に制御されて船位保持がなされることを特徴とする自動船位保持ボート。
2. 前記初期設定値は、前記電動推進器の前進時推力と後進時推力との差による推力補正係数と、船体を風に対して前進させて船体が一定地点に留まる推力値から得られる抵抗係数と、船体をその場旋回で３６０度回頭させたときの角速度から得られる旋回時の抵抗を示す回頭係数とによって定められることを特徴とする請求項１記載の自動船位保持ボート。
3. 前記電動推進器は、船体の左右に２基装備されていることを特徴とする請求項１または２記載の自動船位保持ボート。

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