JP4303260B2 - 船舶の操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、小型船舶の電動操舵装置に関する。

小型船舶の船外機の操舵装置として、油圧機構に代えて電動モータを用いたステアリング装置が特許文献１に記載されている。この電動ステアリング装置は、ハンドル操作によるハンドル回転角度に応じた電流指令信号で電動モータを駆動することにより船外機を回動させて操舵するものである。

しかし、この電動モータ駆動の操舵装置では、ハンドルから電気ケーブルを介して電動モータを駆動するため、ハンドル操作して船の進行方向を変えた後、ハンドルが戻らず、このため操船者がハンドルを中立位置に戻さなければならず、十分満足できる操縦性が得られなかった。

船舶においては、プロペラの回転に起因して、舵（例えば船外機本体）に対し一定の偏倚力が作用し、船を常に一定方向に偏って進ませようとする力が作用する（パドルラダー効果）。このパドルラダー効果のため、操舵角ゼロのハンドルの中立位置において、船は常に一定の偏った方向に進行する。このため、船を真直ぐに進ませようとすれば、パドルラダー効果による力に抗して、ハンドルを一定の角度だけ回した状態に保持しなければならない。このとき、ハンドル復帰力が加わると、そのハンドル復帰力に抗する力も要するため、大きな保持力が必要になり、操船者の負担が大きくなり、疲労する。

特許第２９５９０４４号公報

本発明は上記従来技術を考慮したものであって、小型船舶において、パドルラダー効果による力に抗して、ハンドルを一定の角度だけ回した状態に保持するとき、操船者の保持力を軽減し疲労しないようにした船舶の操舵装置の提供を目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１の発明では、操船者が操作するハンドルと、このハンドルの操作量を検出するハンドル操作量センサーと、前記ハンドルに回転力を付与するハンドルモータとを備え、ハンドルが所定の角度以上に回転していると、中立位置に戻る方向に所定の復帰トルクで前記ハンドルモータを駆動する船舶の操舵装置において、前記復帰トルクは、中立位置近傍の所定の角度範囲内ではゼロになり、ハンドル復帰力を付与しないことを特徴とする船舶の操舵装置を提供する。

請求項１の発明によれば、ハンドル操作による疲労が軽減される。すなわち、パドルラダー効果のため、操舵角ゼロのハンドルの中立位置において、船は常に一定の偏った方向に進行する。このため、船を真直ぐに進ませようとすれば、パドルラダー効果による力に抗して、ハンドルを一定の角度だけ回した状態に保持しなければならない。このとき、ハンドル復帰力が加わると、そのハンドル復帰力に抗する力も要するため、大きな保持力が必要になり、操船者の負担が大きくなり、疲労する。

本発明では、中立位置近傍の所定の角度範囲内ではハンドル復帰力を付与しないようにしているため、操船者の負担が小さくなり、疲労しない。

図１は、本発明が適用される船外機を備えた小型船舶の全体平面図である。
船体１の船尾板２にクランプブラケット４を介して船外機本体３が取り付けられる。船外機本体３は、スイベル軸６廻りに回転可能である。スイベル軸６の上端部にステアリングブラケット５が固定される。ステアリングブラケット５の端部５ａに舵取装置１５が連結される。この舵取装置１５は、例えばＤＤ（Direct Drive）型電動モータからなり、船尾板２と平行に設けたネジ軸（不図示）に沿ってモータ本体（不図示）がスライド動作する。このモータ本体にステアリングブラケット５を連結してモータ本体のスライド動作に連動して船外機本体３をスイベル軸６廻りに回転させる。

船体１の運転席にハンドル７が備わり、そのハンドル軸８の根元にハンドル制御部１３が備わり、内部にハンドル操作量（例えば操作角）センサー９及びハンドルモータ１１が設けられる。ハンドル制御部１３は信号ケーブル１０を介してコントローラ１２に接続され、コントローラ１２は舵取装置１５に接続される。

コントローラ１２は、ハンドル操作角センサー９からの検出信号に基づいて操舵角を演算し、電流指令信号として舵取装置１５に送信して舵取装置１５を駆動し、船外機本体３をスイベル軸６廻りに回転させて船を操舵する。

さらにコントローラ１２は、船外機本体３又は舵取装置１５に設けた荷重センサー１６（図２）により船外機本体３に作用する外力Ｆ（図２）を検出し、この外力に基づいて、外力に対応してハンドルモータ１１からハンドル７に作用させる反トルクの目標値を演算する。そしてこの目標トルクとなるようにハンドルモータ１１を駆動し、これによりハンドル７に反力を付与する。

図２は、本発明の実施形態に係る操舵装置のブロック構成図である。
操船者によりハンドル７が操作されると、その回転角がハンドル操作角センサー９で検出され、その検出信号に基づいてコントローラ（ＥＣＵ）１２の操舵トルク演算回路２１が、操舵角を演算し、これを電流値に変換して舵取装置１５の電動モータ（不図示）を駆動する。これにより船外機本体３がスイベル軸６（図１）廻りに回動して船を操舵しその方向が変わる。

船外機本体３が回動するとき、外部からの抵抗力（外力）Ｆが反力として船外機本体３に作用する。この外力Ｆは、荷重センサー１６により検出され、検出データがハンドルモータ駆動トルク演算回路１７に送られる。この外力検出データに基づいて、目標トルクが算出され、この目標トルクが得られるようにハンドルモータ１１が駆動される。これによりハンドル７に操舵操作に応じた反力が付与され、操船者はハンドル操作の手ごたえとして反力を感じながら操縦できる。

船外機本体３は、スイベル軸廻りに回動することにより舵として機能する。この場合、舵の操舵量である操舵角（舵の切れ角）は、操舵角演算回路２１により、ハンドル操作角センサー９で検出したハンドル回転角度に基づいて算出される。

ハンドルモータ１１は、前述のように、ハンドル７に対し回転操舵操作に応じた反力を付与するための反トルクモータとして機能する。さらにこのハンドルモータ１１は、後述のように、ハンドルを回して操舵した後、ハンドルを中立位置に戻すための復帰モータとして機能する。

ハンドル復帰動作は以下のように行われる。
ハンドル７を回すと、その回転角度がハンドル操作角センサー９により検出され、所定の角度以上に回転していると、中立位置に戻る方向に所定の復帰トルクでハンドルモータ１１を駆動する。この復帰トルクは、人の手で止めることができ、さらにこの復帰トルクに抗して反対方向に回転できる程度のトルクである。このハンドルモータ１１による復帰トルクは、中立位置近傍の所定の角度範囲までハンドルが復帰するとゼロになる。すなわち、中立位置近傍の所定の角度範囲内ではハンドルに対し復帰力は作用しない。これは以下の理由による。

船舶においては、プロペラの回転に起因して、舵（例えば船外機本体）に対し一定の偏倚力が作用し、船を常に一定方向に偏って進ませようとする力が作用する（パドルラダー効果）。このパドルラダー効果のため、操舵角ゼロのハンドルの中立位置において、船は常に一定の偏った方向に進行する。このため、船を真直ぐに進ませようとすれば、パドルラダー効果による力に抗して、ハンドルを一定の角度だけ回した状態に保持しなければならない。このとき、ハンドル復帰力が加わると、そのハンドル復帰力に抗する力も要するため、大きな保持力が必要になり、操船者の負担が大きくなり、疲労する。このため、中立位置近傍の所定の角度範囲内ではハンドル復帰力を付与しないようにしている。

コントローラ１２のハンドルモータ駆動トルク演算回路１７は、前述のようにハンドルに対する反力を演算するとともに、ハンドル復帰力を付与するためのトルクを演算する。このような反力や復帰力の演算プログラム及び演算のためのマップは、後述のエンジン停止後の操舵装置制御のプログラムとともにメモリ２２に格納され、それぞれ演算処理時に演算回路１７，２１に読み出されてハンドルモータ及び舵取装置の電動モータの駆動量を演算する。

コントローラ１２には、電源をオン／オフしてエンジンを駆動可能状態又は停止状態にするメインスイッチ２３と、落水スイッチやストップスイッチなどの緊急停止用スイッチを含むキルスイッチ２４と、船速を計測する速度センサー２５が接続される。

コントローラ１２の復帰制御回路は、舵の戻り動作とともに、ハンドルモータ１１を駆動してハンドル７の中立位置への復帰動作を行う。このとき、前述の通常運転時のハンドル復帰動作のように、中立位置近傍の所定の回転角範囲ではハンドルモータ１１による復帰回転力は付与しないままにしておいてもよいし、あるいは完全な中立位置までハンドル７に復帰トルクを付与してもよい。

本発明は、船外機あるいはスターンドライブを備えた小型船舶において、特に電動モータを用いた操舵装置に対し有効に適用可能である。

本発明の実施形態の全体平面図。 本発明の実施形態に係る電動操舵装置のブロック図。

符号の説明

１：船体、２：船尾板、３：船外機本体、４：クランプブラケット、
５：ステアリングブラケット、５ａ：端部、６：スイベル軸、
７：ハンドル、
８：ハンドル軸、９：ハンドル操作角センサー、１０：信号ケーブル、
１１：ハンドルモータ、１２：コントローラ、１３：ハンドル制御部、
１５：舵取装置、１６：荷重センサー、
１７：ハンドルモータ駆動トルク演算回路、
２１：操舵角演算回路、２２メモリ、２３：メインスイッチ、
２４：キルスイッチ、２５：速度センサー。

Claims (1)

1. 操船者が操作するハンドルと、
   このハンドルの操作量を検出するハンドル操作量センサーと、
   前記ハンドルに回転力を付与するハンドルモータとを備え、
   ハンドルが所定の角度以上に回転していると、中立位置に戻る方向に所定の復帰トルクで前記ハンドルモータを駆動する船舶の操舵装置において、
   前記復帰トルクは、中立位置近傍の所定の角度範囲内ではゼロになり、ハンドル復帰力を付与しないことを特徴とする船舶の操舵装置。