JP4291220B2 - 船外機の操舵装置 - Google Patents

Description

この発明は、船外機の操舵装置に関し、より詳しくは、操舵機構を油圧アクチュエータで駆動するようにした船外機の操舵装置に関する。

従来、船外機の操舵角を油圧シリンダなどの油圧アクチュエータで調整するようにした技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。また、船体に設けられたステアリングホイールと船外機を機械的に切り離すと共に、船外機の操舵角（油圧アクチュエータの駆動量）を検出するセンサとステアリングホイールの転舵角の検出するセンサを設け、船外機の操舵角がステアリングホイールの転舵角に応じた値となるように油圧アクチュエータを駆動するようにした技術も知られている。
特開昭６２−１２５９９６号公報（図２など）

船外機の操舵角を油圧アクチュエータで調整する場合、かかる油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプと、かかる油圧ポンプを駆動する電動モータが必要になるが、船外機の操舵負荷（具体的には、操舵角を調整するのに必要な油圧アクチュエータの駆動力）は、船体の種類や船速、あるいは波浪の程度などによって大きく変化する。従って、油圧ポンプを駆動する電動モータの出力トルクが十分でないと、負荷変動に応じて油圧アクチュエータの駆動速度に差が生じ、操舵フィーリングが低下するおそれがある。

そこで、油圧ポンプを駆動する電動モータは、通常、操舵負荷に変動が生じても安定した操舵が行えるように、予想し得る最大負荷に十分に対応できるだけの出力トルクが与えられる。しかしながら、そのように構成すると、低負荷時に操舵に必要な出力トルクを大きく上回るトルクが出力され続けることから、運転効率が低く無駄な電力を消費してしまうという不具合があった。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、操舵用の油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプの駆動源たる電動モータの運転効率を向上させると共に、消費電力を低減するようにした船外機の操舵装置を提供することにある。

上記の目的を解決するために、請求項１にあっては、船外機の操舵角を調整する油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプとを備えた船外機の操舵装置において、前記油圧ポンプを駆動する複数個の電動モータと、前記船外機の操舵負荷を検出する操舵負荷検出手段と、前記検出された操舵負荷に基づいて前記油圧ポンプを駆動する電動モータの個数を決定してその駆動を制御するモータ制御手段とを備えると共に、前記操舵負荷検出手段が、前記油圧アクチュエータの単位時間あたりの駆動量を検出するアクチュエータ駆動量検出手段と、前記検出された単位時間あたりの油圧アクチュエータの駆動量に基づいて前記操舵負荷を推定する操舵負荷推定手段とからなるように構成した。

請求項１に係る船外機の操舵装置にあっては、操舵用の油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプの駆動源たる複数個の電動モータと、船外機の操舵負荷を検出する負荷検出手段と、検出された操舵負荷に基づいて油圧ポンプを駆動する電動モータの個数を決定してその駆動を制御するモータ制御手段とを備えるように構成した、即ち、操舵負荷（操舵角を調整するのに必要な油圧アクチュエータの駆動力）に応じて駆動すべき電動モータの個数を増減するように構成したので、各電動モータの個別の出力トルクを従来技術に比して小さく設定することができ、よって電動モータの運転効率を向上させることができると共に、消費電力を低減することができる。尚、各電動モータの出力トルクは、具体的には、それらの合計が最大負荷に対応できるように設定すれば良い。

また、操舵負荷検出手段が、油圧アクチュエータの単位時間あたりの駆動量を検出するアクチュエータ駆動量検出手段と、検出された単位時間あたりの油圧アクチュエータの駆動量に基づいて操舵負荷を推定する操舵負荷推定手段とからなるように構成したので、上記した効果に加え、従来の操舵装置が備えているセンサや制御系を用いて操舵負荷を検出（推定）することができ、よってコスト的に有利であると共に、船外機の組み立て作業が煩雑化するのを防止することができる。

以下、添付図面に即してこの発明に係る船外機の操舵装置を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、この発明の第１実施例に係る船外機の操舵装置を船外機を中心に全体的に示す概略図であり、図２は図１の部分説明側面図である。

図１および図２において、符合１０は船外機を示す。船外機１０は、図２に示す如く、船体（船舶）１２の後部に固定されたスターンブラケット１４と、スターンブラケット１４に取り付けられたスイベルケース１６と、スイベルケース１６に回動自在に収容されたスイベルシャフト１８とを介して船体１２に取り付けられる。

スイベルシャフト１８は、スイベルケース１６の内部に回動自在に収容されると共に、上部に固定されたマウントフレーム２０を介して船外機１０のフレーム１０Ａに接続される。また、スイベルケース１６は、チルティングシャフト２２を介してスターンブラケット１４に取り付けられる。これにより、船外機１０は、船体１２およびスターンブラケット１４に対し、スイベルシャフト１８を回転軸として操舵自在とされると共に、チルティングシャフト２２を回転軸としてチルトアップ・ダウンおよびトリムアップ・ダウン自在とされる。

スイベルケース１６の上部には、船外機１０の操舵角を調整するための第１の油圧アクチュエータ、具体的には、複動型の油圧シリンダ（以下「操舵用油圧シリンダ」という）２６が配置される。また、操舵用油圧シリンダ２６には、ストロークセンサ２８が取り付けられ、操舵用油圧シリンダ２６の駆動量（具体的には、ピストンの変位量。換言すれば、スイベルシャフト１８の回動角、即ち、船外機１０の操舵角）に応じた信号を出力する。

船外機１０の上部には、内燃機関（以下「エンジン」という）３０が搭載される。エンジン３０は火花点火式の直列４気筒で２２００ｃｃの排気量を備える４サイクルガソリンエンジンからなる。また、エンジン３０の付近には、マイクロコンピュータからなる電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）３２が配置される。

一方、船外機１０の下部には、プロペラ３４とラダー３６が設けられる。プロペラ３４は、図示しないクランクシャフト、ドライブシャフト、ギヤ機構およびシフト機構を介してエンジン３０の動力が伝達されて回転し、船体１２を前進あるいは後進させる。

また、前記したスターンブラケット１４とスイベルケース２０の付近には、船外機１０のチルト角とトリム角を調整するための第２の油圧アクチュエータ、具体的には、公知のパワーチルトトリムユニット４０が配置される。前記した操舵用油圧シリンダ２６、ストロークセンサ２８およびパワーチルトトリムユニット４０は、それぞれ信号線２６Ｌ，２８Ｌおよび４０Ｌを介してＥＣＵ３２に接続される。

図１に示す如く、船体１２の操縦席付近にはステアリングホイール４２が配置される。ステアリングホイール４２の付近には、転舵角センサ４４が配置される。転舵角センサ４４は、具体的にはロータリエンコーダからなり、操縦者によって入力されたステアリングホイール４２の転舵角（操作量）に応じた信号を出力する。

操縦席付近には、さらにシフトレバー４６とスロットルレバー４８が配置される。シフトレバー４６とスロットルレバー４８は、それぞれプッシュプルケーブルを介してエンジン３０のシフト機構とスロットルバルブ（図示せず）に接続される。即ち、シフトレバー４６が操作されることによってシフト機構が動作し、船体１２の進行方向が切り換えられる。また、スロットルレバー４８が操作されることによってスロットルバルブが開閉してエンジン回転数が調整され、船体１２の船速が調整される。

さらに、操縦席付近には、船外機１０のチルト角の調整指示を入力するパワーチルトスイッチ５０と、トリム角の調整指示を入力するパワートリムスイッチ５２が配置される。各スイッチ５０，５２は、操縦者によって入力された船外機１０のチルトアップ・ダウンおよびトリムアップ・ダウンの指示に応じた信号を出力する。上記した転舵角センサ４４、パワーチルトスイッチ５０およびパワートリムスイッチ５２は、それぞれ信号線４４Ｌ，５０Ｌおよび５２Ｌを介してＥＣＵ３２に接続される。

ＥＣＵ３２は、信号線２８Ｌ，４４Ｌ，５０Ｌおよび５２Ｌを介して入力されたストロークセンサ２８、転舵角センサ４４、パワーチルトスイッチ５０およびパワートリムスイッチ５２の出力に基づき、操舵用油圧シリンダ２６を駆動して船外機１０の操舵角を調整すると共に、パワーチルトトリムユニット４０を駆動して船外機１０のチルト角とトリム角を調整する。

図３は、図２に示すスイベルケース１６付近を拡大した部分断面図である。

図３に示すように、パワーチルトトリムユニット４０は、１本のチルト角調整用の油圧シリンダ（以下「チルト用油圧シリンダ」という）４０ａと、２本の（図では１本のみ表れる）トリム角調整用の油圧シリンダ（以下「トリム用油圧シリンダ」という）４０ｂを一体的に備える。尚、チルト用油圧シリンダ４０ａとトリム用油圧シリンダ４０ｂは、いずれも複動型の油圧シリンダである。

チルト用油圧シリンダ４０ａは、そのシリンダボトムがスターンブラケット１４に接続されると共に、ロッドヘッドがスイベルケース１６に接続される。また、トリム用油圧シリンダ４０ｂは、そのシリンダボトムがスターンブラケット１４に接続されると共に、ロッドヘッドがスイベルケース１６に当接させられる。これにより、チルト用油圧シリンダ４０ａあるいはトリム用油圧シリンダ４０ｂを駆動する（伸縮させる）ことで、チルティングシャフト２２を回転軸としてスイベルケース１６が回動され、よって船外機１０のチルトトリム角が調整される。

図４は、スイベルケース１６付近を上方から見た平面図である。

図３および図４に示すように、マウントフレーム２０においてスイベルシャフト１８の直上付近には、ステー６０が設けられる。操舵用油圧シリンダ２６は、そのロッドヘッド２６ａがステー６０に回動自在に取り付けられると共に、シリンダボトム２６ｂがスイベルケース１６の上部に回動自在に取り付けられる。これにより、操舵用油圧シリンダ２６を駆動する（伸縮させる）ことで、マウントフレーム２０およびスイベルシャフト１８が回動され、よって船外機１０が左右に操舵される。

図５は、この実施例に係る船外機の操舵装置の動作を表すブロック図である。

図５に示すように、この実施例に係る操舵装置は、操舵用油圧シリンダ２６に作動油を供給する１個の油圧ポンプ７０と、油圧ポンプ７０を駆動する複数個、具体的には２個の電動モータを備える。以下、符号７２で示す電動モータを「第１の電動モータ」と呼び、符合７４で示す電動モータを「第２の電動モータ」と呼ぶ。

ここで、第１の電動モータ７２の出力トルク（Ｔ１とする）と第２の電動モータ７４の出力トルク（Ｔ２とする）は、船外機１０の操舵負荷（操舵角を調整するのに必要な操舵用油圧シリンダ２６の駆動力）が最大になったときに必要とされる油圧ポンプ７０の駆動力をαとしたとき、下式の関係を満たすように設定される。
α＞Ｔ１ ・・・式１
α＞Ｔ２ ・・・式２
α＜Ｔ１＋Ｔ２ ・・・式３

即ち、船外機１０の操舵負荷が最大になったとき、第１の電動モータ７２と第２の電動モータ７４の個別の出力トルクではトルク不足となるが、２個の合力であれば十分に対応できるように各電動モータの出力トルクＴ１，Ｔ２が設定される。

図５の説明を続けると、ストロークセンサ２８と転舵角センサ４４の出力は、それぞれ信号線２８Ｌと４４Ｌを介してＥＣＵ３２に入力される。ＥＣＵ３２は、ストロークセンサ２８によって検出された操舵用油圧シリンダ２６の駆動量（即ち、船外機１０の操舵角）が、転舵角センサ４４によって検出されたステアリングホイール４２の転舵角に応じた値となるように、操舵用油圧シリンダ２６の駆動量と駆動速度を制御する。具体的には、船外機１０の操舵負荷を検出すると共に、検出した操舵負荷に基づいて油圧ポンプ７０を駆動する電動モータの個数を決定してその駆動を制御する。

図６は、ＥＣＵ３２における第１の電動モータ７２と第２の電動モータ７４の駆動制御を示すフローチャートである。図示のプログラムは、所定の周期、例えば１０ｍｓｅｃごとに実行される。

以下説明すると、先ずＳ１０において、ストロークセンサ２８によって検出された操舵角（具体的には、操舵用油圧シリンダ２６の駆動量から算出される値）が目標操舵角と一致しているか否か判断する。ここで、目標操舵角とは、転舵角センサ４４によって検出されたステアリングホイール４２の転舵角に応じて求められる値である。例えば、船外機１０の操舵角が中立位置から最大操舵角まで３０度であり、ステアリングホイール４２の転舵角が中立位置から最大転舵角まで３６０度であれば、目標操舵角は、ステアリングホイール４２が１２度転舵されるごとに１度ずつ増加あるいは減少させられる。

Ｓ１０で肯定されるときは以降の処理をスキップする一方、Ｓ１０で否定されるときはＳ１２に進み、操舵用油圧シリンダ２６の単位時間（例えば１ｓｅｃ）あたりの駆動量、換言すれば、操舵角の変化量を算出する。

課題で述べたように、船外機の操舵負荷は、船体の種類や船速、あるいは波浪の程度などによって大きく変化する。上記したように、第１の電動モータ７２と第２の電動モータ７４の個別の出力トルクＴ１，Ｔ２は、操舵負荷が最大となったときにトルク不足となるような比較的小さな値に設定される。そのため、操舵負荷が増加するに従って、操舵用油圧シリンダ２６の単位時間あたりの駆動量が減少する。即ち、操舵用油圧シリンダ２６の単位時間あたりの駆動量を算出することで、船外機１０の操舵負荷の大きさを推定（検出）することができる。

次いでＳ１４に進み、算出した操舵用油圧シリンダ２６の単位時間あたりの駆動量が所定値を下回っているか否か、別言すれば、操舵負荷が所定値を上回っているか否か判断する。

Ｓ１４で否定されて操舵負荷が小さいと判定できるときはＳ１６に進み、操舵角の検出値が目標操舵角と一致するように第１の電動モータ７２の駆動を制御する。他方、Ｓ１４で肯定されて操舵負荷が大きいと判定できるときはＳ１８に進み、操舵角の検出値が目標操舵角と一致するように第１の電動モータ７２と第２の電動モータ７４の駆動を制御する。即ち、操舵負荷が小さいときは、第１の電動モータ７２のみを駆動することで出力トルクと消費電力を必要最小限に抑えると共に、操舵負荷が大きいときは、２個の電動モータ７２，７４の両方を駆動して出力トルクを増大させ、よって油圧ポンプ７０の駆動力、換言すれば、操舵用油圧シリンダ２６の駆動力を増大させる。

このように、この発明の第１実施例に係る船外機の操舵装置にあっては、操舵用油圧シリンダ２６に作動油を供給する油圧ポンプ７０の駆動源たる２個の電動モータ７２，７４を備えると共に、船外機１０の操舵負荷を検出し、検出した操舵負荷に基づいて油圧ポンプ７０を駆動する電動モータの個数を決定してその駆動を制御する、即ち、操舵負荷に応じて駆動すべき電動モータの個数を増減するようにしたので、各電動モータ７２，７４の個別の出力トルクＴ１，Ｔ２を従来技術に比して小さく設定することができ、よって電動モータの運転効率を向上させることができると共に、消費電力を低減することができる。

また、ＥＣＵ３２において、ストロークセンサ２８の出力に基づいて操舵用油圧シリンダ２６の単位時間あたりの駆動量を検出すると共に、検出値に基づいて船外機１０の操舵負荷を推定するようにしたので、従来の操舵装置が備えているセンサや制御系を用いて操舵負荷を検出（推定）することができ、よってコスト的に有利であると共に、船外機の組み立て作業が煩雑化するのを防止することができる。

以上の如く、この発明の第１実施例にあっては、船外機（１０）の操舵角を調整する油圧アクチュエータ（操舵用油圧シリンダ２６）と、前記油圧アクチュエータ（２６）に作動油を供給する油圧ポンプ（７０）とを備えた船外機の操舵装置において、前記油圧ポンプ（７０）を駆動する複数個（２個）の電動モータ（第１の電動モータ７２、第２の電動モータ７４）と、前記船外機（１０）の操舵負荷を検出する操舵負荷検出手段（ストロークセンサ２８、ＥＣＵ３２、図６フローチャートのＳ１２）と、前記検出された操舵負荷に基づいて前記油圧ポンプ（７０）を駆動する電動モータの個数を決定してその駆動を制御するモータ制御手段（ＥＣＵ３２、図６フローチャートのＳ１４からＳ１８）とを備えると共に、前記操舵負荷検出手段が、前記油圧アクチュエータ（２６）の単位時間あたりの駆動量を検出するアクチュエータ駆動量検出手段（ストロークセンサ２８、ＥＣＵ３２）と、前記検出された単位時間あたりの油圧アクチュエータの駆動量に基づいて前記操舵負荷を推定する操舵負荷推定手段（ＥＣＵ３２）とからなるように構成した。

尚、上記において、油圧ポンプ７０を駆動する電動モータを２個としたが、３個以上であっても良い。

また、使用する油圧アクチュエータを油圧シリンダとしたが、油圧モータなどであっても良い。

また、船外機１０の操舵負荷をストロークセンサ２８の出力に基づいて検出するようにしたが、他の値を使用するようにしても良い。例えば、油圧アクチュエータの駆動量に代えてスイベルシャフト１８の回動角を検出しても良いし、エンジン３０の回転数や船体１２の船速から操舵負荷を推定するようにしても良い。

この発明の第１実施例に係る船外機の操舵装置を船外機を中心に全体的に示す概略図である。 図１に示す装置の部分説明側面図である。 図２に示すスイベルケース１６付近を拡大した部分断面図である。 スイベルケース１６付近を上方から見た平面図である。 図１に示す装置の動作を表すブロック図である。 図５に示す第１の電動モータと第２の電動モータの駆動制御を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 船外機
２６ 操舵用油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）
２８ ストロークセンサ（操舵負荷検出手段、アクチュエータ駆動量検出手段）
３２ ＥＣＵ（操舵負荷検出手段、モータ制御手段、アクチュエータ駆動量検出手段、操舵負荷推定手段）
７０ 油圧ポンプ
７２ 第１の電動モータ
７４ 第２の電動モータ

Claims (1)

1. 船外機の操舵角を調整する油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプとを備えた船外機の操舵装置において、
   前記油圧ポンプを駆動する複数個の電動モータと、前記船外機の操舵負荷を検出する操舵負荷検出手段と、前記検出された操舵負荷に基づいて前記油圧ポンプを駆動する電動モータの個数を決定してその駆動を制御するモータ制御手段とを備えると共に、前記操舵負荷検出手段が、前記油圧アクチュエータの単位時間あたりの駆動量を検出するアクチュエータ駆動量検出手段と、前記検出された単位時間あたりの油圧アクチュエータの駆動量に基づいて前記操舵負荷を推定する操舵負荷推定手段とからなることを特徴とする船外機の操舵装置。

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