JP4667993B2

JP4667993B2 - 操舵装置

Info

Publication number: JP4667993B2
Application number: JP2005215582A
Authority: JP
Inventors: 正樹坂上
Original assignee: Yokogawa Denshikiki Co Ltd
Current assignee: Yokogawa Denshikiki Co Ltd
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2025-07-26
Also published as: JP2007030654A

Description

本発明は、操舵装置に関する。

通常、船舶における舵の最大舵角は、主にＳＴＢＤ（右舷：Starboard）側及びＰＯＲＴ（左舷）側共に３５°〜４５°程度以内に制限している場合が多いが、一部の船舶では接岸時や狭路における船体のコントロール性能を向上させるために、さらに大きな最大舵角を設定している場合がある（例えば、下記非特許文献１参照）。
Technical Information、「シーリング・ラダー向けオートパイロット整備仕様について」、TI 80B20T-01

上記のように、大きな最大舵角を設定している場合では、確かに船体のコントロール性能を向上させることが可能であるが、高速航行中に誤って大きな舵角で転舵させてしまった場合に、船体や舵の損傷、または転覆を引き起こす危険性がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、転舵時における船体や舵の損傷、または転覆を防止することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明では、第１の解決手段として、操作手段から入力される舵角指示信号に基づいて舵を制御及び駆動する操舵装置であって、船速を測定して船速信号を出力する船速測定手段と、船速に応じた舵角限界値を記憶し、前記船速信号が示す船速に基づいて前記舵角指示信号が示す舵角指示を前記舵角限界値内に制限して制御信号を生成する制御手段と、該制御手段から入力される前記制御信号に基づいて前記舵を駆動する駆動手段とを具備する、という手段を採用する。

また、本発明では、第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記制御手段は、所定の閾値以上の船速に応じた高速用舵角限界値と、前記閾値未満の船速に応じた低速用舵角限界値とを記憶し、前記船速信号が示す船速に基づいて前記舵角指示信号が示す舵角指示を前記高速用舵角限界値または低速用舵角限界値内に制限して制御信号を生成することを特徴とする。

また、本発明では、第３の解決手段として、上記第１または２の解決手段において、前記舵角限界値は、右舷側舵角と左舷側舵角とに関して各々独立に設定可能であることを特徴とする。

また、本発明では、第４の解決手段として、上記第１〜３いずれかの解決手段において、前記制御手段は、前記舵角限界値に応じたリミットスイッチのスイッチングによって、前記舵角を舵角限界値内に制限することを特徴とする。

本発明によれば、船速に応じた舵角限界値を記憶し、当該船速に基づいて舵角指示信号が示す舵角指示を前記舵角限界値内に制限して舵を制御するので、上記舵角限界値を船速に応じて船体や舵の損傷、または転覆が発生しないように設定することで、高速航行等の転舵時における船体や舵の損傷、または転覆を防止することが可能である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る操舵装置を備えた船舶の機能構成図である。この図において、符号Ａは船速測定装置、Ｂは操作部、Ｃは制御部、Ｄは舵駆動部、Ｅは舵である。

船速測定装置Ａは、例えば電磁ログであり、船舶の船速を計測し、当該船速を示す船速信号を制御部Ｃ（詳細には最大舵角制御部ｃ１）に出力する。

操作部Ｂは、操船者によって手動操作される舵輪等であって、当該手動操作に応じた舵角指示信号を生成して制御部Ｃに出力する。

制御部Ｃは、図１に示すように構成要素として、最大舵角制御部ｃ１、ＳＴＢＤ側最大舵角切換スイッチｃ２、ＰＯＲＴ側最大舵角切換スイッチｃ３、舵制御信号生成部ｃ４、ＳＴＢＤ側高速用リミットスイッチｃ５、ＳＴＢＤ側低速用リミットスイッチｃ６、ＰＯＲＴ側高速用リミットスイッチｃ７及びＰＯＲＴ側低速用リミットスイッチｃ８から構成されている。

制御部Ｃにおいて最大舵角制御部ｃ１は、内部に所定の速度閾値を記憶しており、当該速度閾値と上記船速信号とを比較することにより船速の高／低を判断し、この判断結果に応じた舵角限界値選択信号をＳＴＢＤ側最大舵角切換スイッチｃ２及びＰＯＲＴ側最大舵角切換スイッチｃ３に出力する。

舵制御信号生成部ｃ４は、上記操作部Ｂから入力される舵角指示信号に基づいて舵駆動部Ｄを制御するための舵制御信号を生成するものである。この舵制御信号生成部ｃ４は、舵ＥをＳＴＢＤ側に駆動するためのＳＴＢＤ側舵制御信号を生成すると共に、舵ＥをＰＯＲＴ側に駆動するためのＰＯＲＴ側舵制御信号を生成し、ＳＴＢＤ側舵制御信号をＳＴＢＤ側最大舵角切換スイッチｃ２に出力する一方、ＰＯＲＴ側舵制御信号をＰＯＲＴ側最大舵角切換スイッチｃ３に出力する。

ＳＴＢＤ側最大舵角切換スイッチｃ２は、上記最大舵角制御部ｃ１から入力される舵角限界値選択信号に基づいて上記ＳＴＢＤ側舵制御信号をＳＴＢＤ側高速用リミットスイッチｃ５またはＳＴＢＤ側低速用リミットスイッチｃ６に択一的に出力する。一方、ＰＯＲＴ側最大舵角切換スイッチｃ３は、上記最大舵角制御部ｃ１から入力される舵角限界値選択信号に基づいて上記ＰＯＲＴ側舵制御信号をＰＯＲＴ側高速用リミットスイッチｃ７またはＰＯＲＴ側低速用リミットスイッチｃ８に択一的に出力する。

ＳＴＢＤ側高速用リミットスイッチｃ５の一端は、ＳＴＢＤ側最大舵角切換スイッチｃ２の端子１と接続され、他端は舵駆動部Ｄと接続されている。また、このＳＴＢＤ側高速用リミットスイッチｃ５は、舵Ｅと機械的に接続されており、舵ＥがＳＴＢＤ側の高速用最大舵角（高速用舵角限界値）まで転舵した場合にＯＦＦとなる。ＳＴＢＤ側低速用リミットスイッチｃ６の一端は、上記のようにＳＴＢＤ側最大舵角切換スイッチｃ２の端子２と接続され、他端は舵駆動部Ｄと接続されている。また、このＳＴＢＤ側低速用リミットスイッチｃ６は、舵Ｅと機械的に接続されており、舵ＥがＳＴＢＤ側の低速用最大舵角（低速用舵角限界値）まで転舵した場合にＯＦＦとなる。

ＰＯＲＴ側高速用リミットスイッチｃ７の一端は、上記のようにＰＯＲＴ側最大舵角切換スイッチｃ３の端子１と接続され、他端は舵駆動部Ｄと接続されている。また、このＰＯＲＴ側高速用リミットスイッチｃ７は、舵Ｅと機械的に接続されており、舵ＥがＰＯＲＴ側の高速用最大舵角まで転舵した場合にＯＦＦとなる。ＰＯＲＴ側低速用リミットスイッチｃ８の一端は、上記のようにＰＯＲＴ側最大舵角切換スイッチｃ３の端子２と接続され、他端は舵駆動部Ｄと接続されている。また、このＰＯＲＴ側低速用リミットスイッチｃ８は、舵Ｅと機械的に接続されており、舵ＥがＰＯＲＴ側の低速用最大舵角まで転舵した場合にＯＦＦとなる。

舵駆動部Ｄは、ＳＴＢＤ側高速用リミットスイッチｃ５またはＳＴＢＤ側低速用リミットスイッチｃ６を介して入力されるＳＴＢＤ側舵制御信号に基づいて舵ＥをＳＴＢＤ側に転舵させるためのＳＴＢＤ側舵駆動信号を生成して舵Ｅに出力する。一方、舵駆動部Ｄは、ＰＯＲＴ側高速用リミットスイッチｃ７またはＰＯＲＴ側低速用リミットスイッチｃ８を介して入力されるＰＯＲＴ側舵制御信号に基づいて舵ＥをＰＯＲＴ側に転舵させるためのＰＯＲＴ側舵駆動信号を生成して舵Ｅに出力する。舵Ｅは、上記舵駆動部Ｄから入力されるＳＴＢＤ側舵駆動信号またはＰＯＲＴ側舵駆動信号に基づいて駆動し、この舵角によって船舶の進行方向（ＳＴＢＤ側かＰＯＲＴ側か）を規定するものである。

次に、上記のように構成された本操舵装置の動作について説明する。

まず、船舶がある船速で航行している場合、船速測定装置Ａは、船舶の船速を計測し、当該船速を示す船速信号を制御部Ｃの最大舵角制御部ｃ１に出力する。そして、最大舵角制御部ｃ１は、上記船速信号、つまり船速と速度閾値とを比較し、船速が速度閾値より大きければ船舶が高速で航行していると判断して高速用舵角限界値選択信号をＳＴＢＤ側最大舵角切換スイッチｃ２及びＰＯＲＴ側最大舵角切換スイッチｃ３に出力する。

ＳＴＢＤ側最大舵角切換スイッチｃ２は、上記高速用舵角限界値選択信号が入力されると、舵制御信号生成部ｃ４から出力されるＳＴＢＤ側舵制御信号をＳＴＢＤ側高速用リミットスイッチｃ５を介して舵駆動部Ｄに出力する。また、ＰＯＲＴ側最大舵角切換スイッチｃ３は、上記高速用舵角限界値選択信号が入力されると、舵制御信号生成部ｃ４から出力されるＰＯＲＴ側舵制御信号をＰＯＲＴ側高速用リミットスイッチｃ７を介して舵駆動部Ｄに出力する。この時、舵制御信号生成部ｃ４には、舵Ｅの舵角を指示する舵角指示信号が操作部Ｂから入力されており、当該舵制御信号生成部ｃ４は、上記舵角指示信号に基づいてＳＴＢＤ側に舵Ｅを転舵させる場合は、ＳＴＢＤ側舵制御信号をＳＴＢＤ側最大舵角切換スイッチｃ２に出力し、また、ＰＯＲＴ側に舵Ｅを転舵させる場合は、ＰＯＲＴ側舵制御信号をＰＯＲＴ側最大舵角切換スイッチｃ３に出力する。

舵駆動部Ｄは、上記ＳＴＢＤ側舵制御信号またはＰＯＲＴ側舵制御信号に基づいてＳＴＢＤ側舵駆動信号またはＰＯＲＴ側舵駆動信号を生成して舵Ｅに出力し、操作部Ｂから指示された舵角分だけ舵ＥをＳＴＢＤ側またはＰＯＲＴ側に転舵させる。

ＳＴＢＤ側高速用リミットスイッチｃ５及びＰＯＲＴ側高速用リミットスイッチｃ７には、高速用最大舵角、すなわち高速航行中に舵Ｅを転舵した場合において、船体や舵Ｅの損傷または転覆等を引き起こすことのないような舵角限界値が設定されており、舵Ｅがこのような高速用最大舵角を超えて転舵した場合には、上記ＳＴＢＤ側高速用リミットスイッチｃ５及びＰＯＲＴ側高速用リミットスイッチｃ７共にＯＦＦするようになっている。

従って、操作部Ｂから高速用最大舵角を超えるような舵角指示信号が出力された場合には、ＳＴＢＤ側高速用リミットスイッチｃ５またはＰＯＲＴ側高速用リミットスイッチｃ７がＯＦＦになり、舵制御信号生成部ｃ４から出力されるＳＴＢＤ側舵制御信号またはＰＯＲＴ側舵制御信号を遮断するため舵駆動部ＤにおけるＳＴＢＤ側舵駆動信号またはＰＯＲＴ側舵駆動信号の生成処理が停止するので、舵Ｅを高速用最大舵角以上に転舵させることはなく、高速航行中での船体や舵Ｅの損傷または転覆等を防止することができる。

一方、最大舵角制御部ｃ１は、上記船速信号、つまり船速と速度閾値とを比較し、船速が速度閾値以下であれば船舶が低速で航行していると判断して低速用舵角限界値選択信号をＳＴＢＤ側最大舵角切換スイッチｃ２及びＰＯＲＴ側最大舵角切換スイッチｃ３に出力する。

ＳＴＢＤ側最大舵角切換スイッチｃ２は、上記低速用舵角限界値選択信号が入力されると、舵制御信号生成部ｃ４から出力されるＳＴＢＤ側舵制御信号をＳＴＢＤ側低速用リミットスイッチｃ６を介して舵駆動部Ｄに出力する。また、ＰＯＲＴ側最大舵角切換スイッチｃ３は、上記低速用舵角限界値選択信号が入力されると、舵制御信号生成部ｃ４から出力されるＰＯＲＴ側舵制御信号をＰＯＲＴ側低速用リミットスイッチｃ８を介して舵駆動部Ｄに出力する。

ＳＴＢＤ側低速用リミットスイッチｃ６及びＰＯＲＴ側低速用リミットスイッチｃ８には、低速用最大舵角、すなわち低速航行中に舵Ｅを転舵した場合において、船体や舵Ｅの損傷または転覆等を引き起こすことのないように転舵可能な舵角限界値が設定されており、舵Ｅがこのような低速用最大舵角を超えて転舵した場合には、上記ＳＴＢＤ側低速用リミットスイッチｃ６及びＰＯＲＴ側低速用リミットスイッチｃ８共にＯＦＦするようになっている。

従って、船舶が低速航行中の場合であっても、操作部Ｂから低速用最大舵角を超えるような舵角指示信号が出力された場合には、ＳＴＢＤ側低速用リミットスイッチｃ６またはＰＯＲＴ側低速用リミットスイッチｃ８がＯＦＦになり、舵制御信号生成部ｃ４から出力されるＳＴＢＤ側舵制御信号またはＰＯＲＴ側舵制御信号を遮断するため舵駆動部ＤにおけるＳＴＢＤ側舵駆動信号またはＰＯＲＴ側舵駆動信号の生成処理は停止するので、舵Ｅを低速用最大舵角以上に転舵させることはなく、低速航行中での船体や舵Ｅの損傷または転覆等を防止することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。

（１）上記実施形態では、舵ＥとＳＴＢＤ側高速用リミットスイッチｃ５、ＳＴＢＤ側低速用リミットスイッチｃ６、ＰＯＲＴ側高速用リミットスイッチｃ７及びＰＯＲＴ側低速用リミットスイッチｃ８との機械的接続により、舵Ｅが最大舵角を超えた場合にＳＴＢＤ側舵制御信号またはＰＯＲＴ側舵制御信号の遮断を行ったが、これに限らず、舵Ｅの舵角を計測器にて計測し、その計測器からの出力信号によってＯＮ／ＯＦＦするようなスイッチを設けても良い。

（２）上記実施形態では、高速用最大舵角と低速用最大舵角との２つを設定したが、これに限らず、船速に応じて最適な最大舵角を複数設定しても良い。

本発明の一実施形態に係わる操舵装置を備えた船舶の機能構成図である。

符号の説明

Ａ…船速測定装置、Ｂ…操作部、Ｃ…制御部、Ｄ…舵駆動部、Ｅ…舵、ｃ１…最大舵角制御部、ｃ２…ＳＴＢＤ側最大舵角切換スイッチ、ｃ３…ＰＯＲＴ側最大舵角切換スイッチ、ｃ４…舵制御信号生成部、ｃ５…ＳＴＢＤ側高速用リミットスイッチ、ｃ６…ＳＴＢＤ側低速用リミットスイッチ、ｃ７…ＰＯＲＴ側高速用リミットスイッチ、ｃ８…ＰＯＲＴ側低速用リミットスイッチ

Claims

操作部から入力される舵角指示信号に基づいて舵を制御及び駆動する操舵装置であって、
前記舵と機械的に接続されており、前記舵がＳＴＢＤ側の高速用舵角限界値まで転舵した場合にオフとなるＳＴＢＤ側高速用リミットスイッチと、
前記舵と機械的に接続されており、前記舵がＳＴＢＤ側の低速用舵角限界値まで転舵した場合にオフとなるＳＴＢＤ側低速用リミットスイッチと、
前記舵と機械的に接続されており、前記舵がＰＯＲＴ側の高速用舵角限界値まで転舵した場合にオフとなるＰＯＲＴ側高速用リミットスイッチと、
前記舵と機械的に接続されており、前記舵がＰＯＲＴ側の低速用舵角限界値まで転舵した場合にオフとなるＰＯＲＴ側低速用リミットスイッチと、
船速を測定して船速信号を出力する船速測定装置と、
前記船速測定装置から入力される前記船速信号が速度閾値より大きい場合には高速用舵角限界値選択信号を出力する一方、前記船速信号が速度閾値以下の場合には低速用舵角限界値選択信号を出力する最大舵角制御部と、
前記操作部から入力される舵角指示信号に基づいて、前記舵をＳＴＢＤ側に駆動するためのＳＴＢＤ側舵制御信号、或いは前記舵をＰＯＲＴ側に駆動するためのＰＯＲＴ側舵制御信号を生成する舵制御信号生成部と、
前記最大舵角制御部から前記高速用舵角限界値選択信号が入力された場合、前記舵制御信号生成部にて生成された前記ＳＴＢＤ側舵制御信号を前記ＳＴＢＤ側高速用リミットスイッチに出力する一方、前記最大舵角制御部から前記低速用舵角限界値選択信号が入力された場合、前記舵制御信号生成部にて生成された前記ＳＴＢＤ側舵制御信号を前記ＳＴＢＤ側低速用リミットスイッチに出力するＳＴＢＤ側最大舵角切換スイッチと、
前記最大舵角制御部から前記高速用舵角限界値選択信号が入力された場合、前記舵制御信号生成部にて生成された前記ＰＯＲＴ側舵制御信号を前記ＰＯＲＴ側高速用リミットスイッチに出力する一方、前記最大舵角制御部から前記低速用舵角限界値選択信号が入力された場合、前記舵制御信号生成部にて生成された前記ＰＯＲＴ側舵制御信号を前記ＰＯＲＴ側低速用リミットスイッチに出力するＰＯＲＴ側最大舵角切換スイッチと、
前記ＳＴＢＤ側高速用リミットスイッチ、または前記ＳＴＢＤ側低速用リミットスイッチを介して入力される前記ＳＴＢＤ側舵制御信号に基づいて、前記舵をＳＴＢＤ側に転舵させるためのＳＴＢＤ側舵駆動信号を生成する一方、前記ＰＯＲＴ側高速用リミットスイッチ、または前記ＰＯＲＴ側低速用リミットスイッチを介して入力される前記ＰＯＲＴ側舵制御信号に基づいて、前記舵をＰＯＲＴ側に転舵させるためのＰＯＲＴ側舵駆動信号を生成する舵駆動部と
を具備することを特徴とする操舵装置。