JP5641369B2 - 船舶用の操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、制御弁を用いることなく液圧アクチュエータを電動機による液体ポンプで直接制御することができる船舶用の操舵装置に関する。

従来より一般的に用いられている船舶用の操舵装置においては、タンクからの油を電動機により駆動される油圧源ポンプで加圧し、加圧された油を種々の配管を介して方向制御弁に送り、この方向制御弁の制御によって、船舶の舵を駆動するアームに連結されたシリンダに加圧油を供給することにより、舵が回動される。

このような油圧源ポンプ、配管及び方向制御弁を用いることなく、両方向に液体を吐出可能な１対の液体ポンプをこれら１対の液体ポンプにそれぞれ対応して設けられた１対の電動機によって回転させて液圧を発生させると共に、１対の液体ポンプから１対のアクチュエータに液圧をそれぞれ直接的に供給し、これら１対のアクチュエータによって船舶の舵を駆動する技術が既に提案されている（特許文献１）。

特開平２００２−１３９００３号公報

特許文献１に記載されている、１対の液体ポンプから１対のアクチュエータに液圧をそれぞれ直接的に供給しこれら１対のアクチュエータによって舵を駆動する操舵装置によれば、方向制御弁が不要であり、しかも、一方の液体ポンプ及びアクチュエータが故障した場合に、他方の液体ポンプ及びアクチュエータを用いて舵を制御することができるため、フェイルセーフ機能を得ることが可能である。

しかしながら、特許文献１に記載されているこの操舵装置では、一方の液体ポンプ及びアクチュエータが故障した場合に、電磁切換弁を作動させてそのアクチュエータをフリー状態とし、外力により抵抗なく作動するように操作することが必須である。このため、通常時は作動せず、故障時にのみ作動する電磁切換弁を設ける必要があるため、その分、装置構成が複雑となり、また故障も起き易くなる。

従って本発明の目的は、より簡易化した構成で、安全性及び信頼性を確実にかつ自動的に確保できる自動フェイルセーフ機能を得ることができる船舶用の操舵装置を提供することにある。

本発明によれば、船舶用の操舵装置は、第１及び第２の電動機と、第１及び第２の電動機にそれぞれ連結されて駆動されるように構成されており各々が両方向に液体を吐出する第１及び第２の吐出口を備えた第１及び第２の液体ポンプと、第１及び第２の液体ポンプにそれぞれ対応して設けられていると共に操舵すべき舵に連結された第１及び第２の複動シリンダとを備えている。第１の液体ポンプの第１の吐出口が第１の複動シリンダの第１の作動室と第２の複動シリンダの第２の作動室とに連通していると共に、第１の液体ポンプの第２の吐出口が第１の複動シリンダの第２の作動室と第２の複動シリンダの第１の作動室とに連通している。第２の液体ポンプの第１の吐出口が第２の複動シリンダの第１の作動室と第１の複動シリンダの第２の作動室とに連通していると共に、第２の液体ポンプの第２の吐出口が第２の複動シリンダの第２の作動室と第１の複動シリンダの第１の作動室とに連通している。

第１及び第２の複動シリンダがたすき掛けに配管されているため、第１の液体ポンプからの液圧は、第１の複動シリンダの第２の作動室のみならず第２の複動シリンダの第１の作動室にも供給されて、舵を所定方向に回動させる。さらに、第２の液体ポンプからの液圧は、第２の複動シリンダの第１の作動室のみならず第１の複動シリンダの第２の作動室にも供給されて、舵を所定方向に回動させる。逆に、第１の液体ポンプからの液圧は、第１の複動シリンダの第１の作動室のみならず第２の複動シリンダの第２の作動室にも供給されて、舵を所定方向とは逆方向に回動させる。さらに、第２の液体ポンプからの液圧は、第２の複動シリンダの第２の作動室のみならず第１の複動シリンダの第１の作動室にも供給されて、舵を所定方向とは逆方向に回動させる。従って、一方の電動機及び／又は液体ポンプが故障した場合、例えば第２の電動機及び／又は第２の液体ポンプが故障した場合、第１の電動機によって駆動される第１の液体ポンプからの液圧が、第１の複動シリンダの第２の作動室（第１の作動室）と第２の複動シリンダの第１の作動室（第２の作動室）とに自動的に供給されて、第１の複動シリンダ及び第２の複動シリンダの両方を作動させ、舵を所定方向に（所定方向とは逆方向に）回動させることができる。このため、故障した側の複動シリンダを電磁切替弁等でフリー状態に切換制御することなく、自動的にフェイルセーフ動作を行うことができる。その結果、より簡易化した構成で、安全性及び信頼性を確実にかつ自動的に確保できる自動フェイルセーフ機能を得ることができる。

船舶用の操舵装置が、舵の回動角度θ_ｆを検出する舵角検出器と、操舵ステアリングの操舵角度θ_ｉを検出する操舵角検出器と、舵角検出器及び操舵角検出器に電気的に接続されており、検出された回動角度と操舵角度との差（θ_ｉ−θ_ｆ）及び差（θ_ｆ−θ_ｉ）を演算し、差（θ_ｉ−θ_ｆ）に対応する駆動信号Ｓ_ｄ１及び差（θ_ｆ−θ_ｉ）に対応する駆動信号Ｓ_ｄ２を出力する制御回路と、制御回路に電気的に接続されており、出力された駆動信号Ｓ_ｄ１に応じて第１の電動機を駆動する第１の駆動回路と、制御回路に電気的に接続されており、出力された駆動信号Ｓ_ｄ２に応じて第２の電動機を駆動する第２の駆動回路とをさらに備えていることが好ましい。

第１の駆動回路及び第２の駆動回路は、第１の液体ポンプ及び第２の液体ポンプの回転方向が互いに逆方向となるように正負が互いに異なる電圧信号を第１の電動機及び第２の電動機に出力するように構成されていることも好ましい。

本発明によれば、故障した側の複動シリンダを電磁切替弁等でフリー状態に切換制御することなく、自動的にフェイルセーフ動作を行うことができる。その結果、より簡易化した構成で、安全性及び信頼性を確実にかつ自動的に確保できる自動フェイルセーフ機能を得ることができる。

本発明の船舶用の操舵装置の一実施形態における全体の構成を概略的に示す油圧回路図である。 図１の実施形態における制御回路の電気的構成を概略的に示すブロック図である。 図２の制御回路の動作を説明するフローチャートである。 図１の実施形態における油圧回路及び制御回路の動作（舵が時計方向に回動する場合）を説明する図である。 図１の実施形態における油圧回路及び制御回路の動作（舵が反時計方向に回動する場合）を説明する図である。

図１は本発明の船舶用の操舵装置の一実施形態における全体の構成を概略的に示す油圧回路図である。

同図において、１０は矢印に示すように左右に回動可能な船舶の舵、１１はこの舵１０に一体的に固着されており、その支点１１ａを中心にして回動駆動されるアーム、１２及び１３はアーム１１の両端部に設けられた連結部１１ｂ及び１１ｃに揺動自在に連結されている一対の片ロッド形複動シリンダ（第１及び第２の片ロッド形複動シリンダ）をそれぞれ示している。

第１及び第２の片ロッド形複動シリンダ１２及び１３は、アーム１１の中心部に位置する支点１１ａに対して左右対称位置に並列に配置されている。アーム１１は、これら第１及び第２の片ロッド形複動シリンダ１２及び１３の引き力又は押し力を受けて回動し、舵１０を左右に作動可能に構成されている。

第１の片ロッド形複動シリンダ１２は、ロッド室１２ａ（本発明の第１の作動室に対応する）及びボトム室１２ｂ（本発明の第２の作動室に対応する）を備えており、これらロッド室１２ａの入口及びボトム室１２ｂの入口は、液圧回路の管路であるロッド側配管１４ａ及びボトム側配管１４ｂにそれぞれ接続されている。ロッド側配管１４ａは、第１の定容量形液体ポンプ１６の一方の吐出口１６ａ（本発明の第１の吐出口に対応する）に接続されており、ボトム側配管１４ｂは、第１の定容量形液体ポンプ１６の他方の吐出口１６ｂ（本発明の第２の吐出口に対応する）に接続されている。第１の定容量形液体ポンプ１６は、時計方向及び反時計方向の両方向に回転可能な定容積（ｃｃ／ｅｖ）型であり、その回転方向に応じた方向に、回転速度に応じた所定の液圧を吐出する。この第１の定容量形液体ポンプ１６は、第１の電動機１８に接続されており、零回転から所定の回転速度まで可変速の駆動を受けている。第１の電動機１８は、例えば、ＡＣサーボモータ、ＤＣサーボモータ、又は誘導電動機等で構成されており、第１のサーボ増幅器２７（本発明の第１の駆動回路に対応する）から与えられる正又は負の電圧信号を受けて対応する方向に回転可能である。第１の電動機１８は、零回転から所定の回転速度まで可変速に両方向に回転可能であり、これによって第１の定容量形液体ポンプ１６が駆動される。

第２の片ロッド形複動シリンダ１３は、ロッド室１３ａ（本発明の第１の作動室に対応する）及びボトム室１３ｂ（本発明の第２の作動室に対応する）を備えており、これらロッド室１３ａの入口及びボトム室１３ｂの入口は、液圧回路の管路であるロッド側配管１５ａ及びボトム側配管１５ｂにそれぞれ接続されている。ロッド側配管１５ａは、第２の定容量形液体ポンプ１７の一方の吐出口１７ａ（本発明の第１の吐出口に対応する）に接続されており、ボトム側配管１５ｂは、第２の定容量形液体ポンプ１７の他方の吐出口１７ｂ（本発明の第２の吐出口に対応する）に接続されている。第２の定容量形液体ポンプ１７は、時計方向及び反時計方向の両方向に回転可能な定容積（ｃｃ／ｅｖ）型であり、その回転方向に応じた方向に、回転速度に応じた所定の液圧を吐出する。この第２の定容量形液体ポンプ１７は、第２の電動機１９に接続されており、零回転から所定の回転速度まで可変速の駆動を受けている。第２の電動機１９は、例えば、ＡＣサーボモータ、ＤＣサーボモータ、又は誘導電動機等で構成されており、第２のサーボ増幅器２８（本発明の第２の駆動回路に対応する）から与えられる正又は負の電圧信号を受けて対応する方向に回転可能である。第２の電動機１９は、零回転から所定の回転速度まで可変速に両方向に回転可能であり、これによって第２の定容量形液体ポンプ１７が駆動される。

第１の電動機１８と第２の電動機１９とは、正負が互いに異なる電圧信号が印加されることにより互いに異なる回転方向に回転するように構成されており、これら第１の電動機１８と第２の電動機１９とにそれぞれ接続され駆動される第１の定容量形液体ポンプ１６と第２の定容量形液体ポンプ１７とは、回転方向が互いに逆方向となるように切換駆動される。

本実施形態において重要なポイントは、一方の第１の片ロッド形複動シリンダ１２のロッド室１２ａに連通するロッド側配管１４ａと他方の第２の片ロッド形複動シリンダ１３のボトム室１３ｂに連通するボトム側配管１５ｂとが互いに連通しており、第１の片ロッド形複動シリンダ１２のボトム室１２ｂに連通するボトム側配管１４ｂと第２の片ロッド形複動シリンダ１３のロッド室１３ａに連通するロッド側配管１５ａとが互いに連通している点にある。即ち、第１及び第２の片ロッド形複動シリンダ１２及び１３がたすき掛けに配管されており、これら第１及び第２の片ロッド形複動シリンダ１２及び１３がストロークしたときの供給量と戻り量との油量を同容量として、プッシュプル駆動されている。

ロッド側配管１４ａ及びボトム側配管１４ｂとの間には、ＩＮ側が第１の定容量形液体ポンプ１６及び第１のタンク２１に接続され、ＯＵＴ側がこれらロッド側配管１４ａ及びボトム側配管１４ｂにそれぞれ接続されたロッド側チェック弁２０ａ及びボトム側チェック弁２０ｂが設けられている。これらロッド側チェック弁２０ａ及びボトム側チェック弁２０ｂは、第１の定容量形液体ポンプ１６の内部漏れを補償するために設けられている。

ロッド側配管１５ａ及びボトム側配管１５ｂとの間にも、ＩＮ側が第２の定容量形液体ポンプ１７及び第２のタンク２３に接続され、ＯＵＴ側がこれらロッド側配管１５ａ及びボトム側配管１５ｂにそれぞれ接続されたロッド側チェック弁２２ａ及びボトム側チェック弁２２ｂが設けられている。これらロッド側チェック弁２２ａ及びボトム側チェック弁２２ｂは、第２の定容量形液体ポンプ１７の内部漏れを補償するために設けられている。

舵角検出器２５は、舵１０の駆動量である回動角度を検出し、検出した回動角度に応じた角度信号を制御回路２４に送り込むように構成されている。本実施形態の舵角検出器２５は、具体的には、アーム１１の回動角度を検出するロータリエンコーダによって構成されている。

操舵角検出器２６は、図示しない操船コンソールにおける操舵ステアリングの操舵角度を検出し、検出した操舵角度に応じた角度信号を制御回路２４に送り込むように構成されている。本実施形態の操舵角検出器２６は、図示しない操舵ステアリングの回動角度を検出するロータリエンコーダによって構成されている。

制御回路２４は、図２に示すように、舵角検出器２５、操舵角検出器２６及び操船コンソールに設けられた操作部２９に電気的に接続された入力インタフェース２４ａと、第１及び第２のサーボ増幅器２７及び２８にそれぞれ電気的に接続された出力インタフェース２４ｂと、操船コンソールに設けられたディスプレイ３０に電気的に接続された画像出力部２４ｃと、中央処理装置（ＣＰＵ）２４ｄと、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）２４ｅと、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２４ｆと、ハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）２４ｇと、これら入力インタフェース２４ａ、出力インタフェース２４ｂ、画像出力部２４ｃ、ＣＰＵ２４ｄ、ＲＯＭ２４ｅ、ＲＡＭ２４ｆ、及びＨＤＤ２４ｇを互いに接続するバス２４ｈとを備えたコンピュータ及びこれを作動させるプログラムから構成される。

ＣＰＵ２４ｄは、ＲＯＭ２４ｅに記憶されているオペレーションシステム（ＯＳ）やブートプログラム等の基本プログラムに従ってＲＡＭ２４ｆに記憶されているプログラムを実行して本実施形態の処理を行う。また、ＣＰＵ２４ｄは、ＲＡＭ２４ｆ、ＨＤＤ２４ｇ、画像出力部２４ｃ、入力インタフェース２４ａ及び出力インタフェース２４ｂの動作を制御する。

ＲＡＭ２４ｆは制御回路２４のメインメモリとして使用され、ＨＤＤ２４ｇから転送されたプログラムやデータを記憶する。また、ＲＡＭ２４ｆは、プログラム実行時の各種データが一時的に記憶されるワークエリアとしても使用される。

ＨＤＤ２４ｇには、プログラム及びデータがあらかじめ記憶されている。

画像出力部２４ｃは、ＣＰＵ２４ｄの指示に従って画像データを生成し、ディスプレイ３０に出力する。

入力インタフェース２４ａは、舵角検出器２５、操舵角検出器２６及び操作部２９からＣＰＵ２４ｄ又はＲＡＭ２４ｆへの入力データの転送を制御する。

出力インタフェース２４ｂは、ＣＰＵ２４ｄから第１及び第２のサーボ増幅器２７及び２８への出力データの転送を制御する。

このような構成の制御回路２４において、ＣＰＵ２４ｄは、作動開始時に、まず、ＲＡＭ２４ｆ内にプログラム記憶領域、データ記憶領域及びワークエリアを確保し、ＨＤＤ２４ｇ又は外部からプログラム及びデータを取り込んで、プログラム記憶領域及びデータ記憶領域に格納する。次いで、このプログラム記憶領域に格納されたプログラムに基づいて、図３に示す処理を実行する。

図３に示すプログラムは、作動終了時まで短時間の一定周期毎に繰り返し実行されるように構成されている。

まず、入力インタフェース２４ａを介して操舵角検出器２６から操船コンソールに設けられた操舵ステアリングの操舵量に応じた操舵角度θ_ｉを表す角度指令信号Ｓ_ｉを取り込む（ステップＳ１）。

次いで、入力インタフェース２４ａを介して舵角検出器２５から舵１０の現在の回動角度θ_ｆを表す角度信号Ｓ_ｆを取り込む（ステップＳ２）。

次いで、第１のサーボ増幅器２７を駆動する駆動信号Ｓ_ｄ１をθ_ｉ−θ_ｆの演算、即ち操舵角度θ_ｉから回動角度θ_ｆを差引く演算を行って取得し（ステップＳ３）、第２のサーボ増幅器２８を駆動する駆動信号Ｓ_ｄ２をθ_ｆ−θ_ｉの演算、即ち回動角度θ_ｆから操舵角度θ_ｉを差引く演算を行って取得する（ステップＳ４）。

その後、このようにして得られた駆動信号Ｓ_ｄ１を出力インタフェース２４ｂを介して第１のサーボ増幅器２７へ出力し（ステップＳ５）、同様に得られた駆動信号Ｓ_ｄ２を出力インタフェース２４ｂを介して第２のサーボ増幅器２８へ出力する（ステップＳ６）。

このように第１及び第２のサーボ増幅器２７及び２８には、互いに正負が反対の同じレベルの電圧を印加するよう指示する駆動信号Ｓ_ｄ１及び駆動信号Ｓ_ｄ２が出力される。例えば、第１のサーボ増幅器２７に正の駆動信号Ｓ_ｄ１が印加されるとこの第１のサーボ増幅器２７は正の電圧（＋電圧）を出力し、同時に第２のサーボ増幅器２８に負の駆動信号Ｓ_ｄ２が印加されるとこの第２のサーボ増幅器２８は同じレベルの負の電圧（−電圧）を出力し、その結果、舵１０は時計方向に回動する。

より詳細に説明すると、第１のサーボ増幅器２７から正の電圧（＋電圧）が出力されると、第１の電動機１８は時計方向に回転し、第１の定容量形液体ポンプ１６からの液圧が第１の片ロッド形複動シリンダ１２のボトム室１２ｂに供給されて、この第１の片ロッド形複動シリンダ１２は突出方向（図にて上方向）へ移動し、アーム１１を押す動作を行う。また、反対に、第２のサーボ増幅器２８から負の電圧（−電圧）が出力されるので、第２の電動機１９は反時計方向に回転し、第２の定容量形液体ポンプ１７からの液圧が第２の片ロッド形複動シリンダ１３のロッド室１３ａに供給されて、この第２の片ロッド形複動シリンダ１３が引込方向（図にて下方向）へ移動し、アーム１１を引く動作を行う。これにより、舵１０は、図４に示すように、時計方向に回動する。

このとき、第１の片ロッド形複動シリンダ１２のボトム室１２ｂへは第２の定容量形液体ポンプ１７からの液圧も供給され、一方、第２の片ロッド形複動シリンダ１３のロッド室１３ａへは第１の定容量形液体ポンプ１６からの液圧も供給されることとなる。即ち、第１の片ロッド形複動シリンダ１２も第２の片ロッド形複動シリンダ１３も、第１の定容量形液体ポンプ１６及び第２の定容量形液体ポンプ１７の両方からの吐出量を加算した吐出量で作動することとなる。従って、第１の定容量形液体ポンプ１６の吐出量と第２の定容量形液体ポンプ１７の吐出量とは、互いに異なっていても作動可能であるが、両吐出量が略等しい方が望ましい。

図３のフローチャートにおいて、ステップＳ６の処理の後には、操舵の作動終了かどうかの判別が行われ（ステップＳ７）、作動終了と判別した場合（ＹＥＳの場合）は、このプログラムを終了するが、作動終了ではないと判別した場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ１へ戻り、ステップＳ１〜Ｓ７の処理を繰り返して実行する。

このようにステップＳ１〜Ｓ７の処理が周期的に繰り返されることにより、舵１０の回動角度が操舵ステアリングの操舵角度に近づき、一致することとなる。即ち、舵角検出器２５からの角度信号Ｓ_ｆにより表される舵１０の現在の回動角度θ_ｆと、操舵角検出器２６からの角度指令信号Ｓ_ｉにより表される操舵角度θ_ｉとの差｜θ_ｉ−θ_ｆ｜がゼロとなり、その結果、第１の電動機１８と第２の電動機１９とが停止し、設定される角度指令信号Ｓ_ｉによる操舵角度θ_ｉが変動しない限り、舵１０はその角度を保持する。

このとき、舵角検出器２５からの舵１０の回動角度θ_ｆに基づいて、第１のサーボ増幅器２７への駆動信号Ｓ_ｄ１と第２のサーボ増幅器２８への駆動信号Ｓ_ｄ２を制御して第１の電動機１８と第２の電動機１９との回転速度を制御し、第１の片ロッド形複動シリンダ１２と第２の片ロッド形複動シリンダ１３とが同期した速度で移動するように、第１の定容量形液体ポンプ１６と第２の定容量形液体ポンプ１７との吐出量を制御している。

一方、第１のサーボ増幅器２７から負の電圧（−電圧）が出力されると、第１の電動機１８は反時計方向に回転し、第１の定容量形液体ポンプ１６からの液圧が第１の片ロッド形複動シリンダ１２のロッド室１２ａに供給されて、この第１の片ロッド形複動シリンダ１２は引込方向（図にて下方向）へ移動し、アーム１１を引く動作を行う。また、反対に、第２のサーボ増幅器２８から正の電圧（＋電圧）が出力されるので、第２の電動機１９は時計方向に回転し、第２の定容量形液体ポンプ１７からの液圧が第２の片ロッド形複動シリンダ１３のボトム室１３ｂに供給されて、この第２の片ロッド形複動シリンダ１３が突出方向（図にて上方向）へ移動し、アーム１１を押す動作を行う。これにより、舵１０は、図５に示すように、反時計方向に回動する。

前述したように、本実施形態では、第１及び第２の片ロッド形複動シリンダ１２及び１３がたすき掛けに配管されており、第１の片ロッド形複動シリンダ１２のロッド室１２ａと第２の片ロッド形複動シリンダ１３のボトム室１３ｂとが互いに連通しており、第１の片ロッド形複動シリンダ１２のボトム室１２ｂと第２の片ロッド形複動シリンダ１３のロッド室１３ａとが互いに連通している。

このため、第１の定容量形液体ポンプ１６からの液圧は、第１の片ロッド形複動シリンダ１２のボトム室１２ｂのみならず第２の片ロッド形複動シリンダ１３のロッド室１３ａにも供給されて、アーム１１の、従って舵１０の時計方向の回動を補助する。さらに、第２の定容量形液体ポンプ１７からの液圧は、第２の片ロッド形複動シリンダ１３のロッド室１３ａのみならず第１の片ロッド形複動シリンダ１２のボトム室１２ｂにも供給されて、アーム１１の、従って舵１０の時計方向の回動を補助する。

逆に、第１の定容量形液体ポンプ１６からの液圧は、第１の片ロッド形複動シリンダ１２のロッド室１２ａのみならず第２の片ロッド形複動シリンダ１３のボトム室１３ｂにも供給されて、アーム１１の、従って舵１０の反時計方向の回動を補助する。さらに、第２の定容量形液体ポンプ１７からの液圧は、第２の片ロッド形複動シリンダ１３のボトム室１３ｂのみならず第１の片ロッド形複動シリンダ１２のロッド室１２ａにも供給されて、アーム１１の、従って舵１０の反時計方向の回動を補助する。

従って、一方の電動機及び／又は定容量形液体ポンプが故障した場合、例えば第２の電動機１９及び／又は第２の定容量形液体ポンプ１７が故障した場合、第１の電動機１８によって駆動される第１の定容量形液体ポンプ１６からの液圧が、第１の片ロッド形複動シリンダ１２のボトム室１２ｂと第２の片ロッド形複動シリンダ１３のロッド室１３ａとに自動的に供給されて、第１の片ロッド形複動シリンダ１２及び第２の片ロッド形複動シリンダ１３の両方を作動させ、舵１０を時計方向に回動させることができる。このため、故障した側の第２の片ロッド形複動シリンダ１３のロッド室１３ａとボトム室１３ｂとを電磁切替弁等で連通させてフリー状態に切換制御することなく、自動的にフェイルセーフ動作を行うことができる。

次に、本実施形態における船舶の操舵装置の作動について説明する。

まず、操作員が操船コンソールにおける操舵ステアリングを操作（操舵）すると、操舵角検出器２６は、その舵角量に応じた操舵角度θ_ｉを表す角度指令信号Ｓ_ｉを制御回路２４へ送る。一方、舵角検出器２５は、舵１０の現在の回動角度θ_ｆを表す角度信号Ｓ_ｆを制御回路２４へ送る。

制御回路２４は、θ_ｉ−θ_ｆの演算結果に相当する駆動信号Ｓ_ｄ１を第１のサーボ増幅器２７へ送り、θ_ｆ−θ_ｉの演算結果に相当する駆動信号Ｓ_ｄ２を第２のサーボ増幅器２８へ送ることにより、第１の電動機１８及び第２の電動機１９にそれぞれ異なった正及び負の電圧の指令を出力し、これら第１の電動機１８及び第２の電動機１９を起動すると共に、両者を相互に逆方向に回転させる。第１の電動機１８及び第２の電動機１９は、回転速度が零から所定の回転速度まで迅速に上昇し、第１の定容量形液体ポンプ１６及び第２の定容量形液体ポンプ１７を回転させて液圧を発生させる。第１の定容量形液体ポンプ１６の液圧は第１の片ロッド形複動シリンダ１２のロッド室１２ａ又はボトム室１２ｂに供給されて、第１の片ロッド形複動シリンダ１２を引込方向又は突出方向に移動させる。一方、第２の定容量形液体ポンプ１７の液圧は第２の片ロッド形複動シリンダ１３のボトム室１３ｂ又はロッド室１３ａに供給されて、第２の片ロッド形複動シリンダ１３を第１の片ロッド形複動シリンダ１２とは反対の方向である突出方向又は引込方向に移動させる。さらに、第１の定容量形液体ポンプ１６の液圧は第２の片ロッド形複動シリンダ１３のボトム室１３ｂ又はロッド室１３ａに供給されて、第２の片ロッド形複動シリンダ１３を突出方向又は引込方向に移動させる。第２の定容量形液体ポンプ１７の液圧は第１の片ロッド形複動シリンダ１２のロッド室１２ａ又はボトム室１２ｂに供給されて、第１の片ロッド形複動シリンダ１２を第２の片ロッド形複動シリンダ１３とは反対の方向である引込方向又は突出方向に移動させる。

これにより、アーム１１は、第１の片ロッド形複動シリンダ１２により突出方向又は引込方向と、第２の片ロッド形複動シリンダ１３により反対の方向の引込方向又は突出方向との多重の合力を受けて、容易にかつ迅速に回動する。

制御回路２４の上述した作動により、舵角検出器２５からの角度信号Ｓ_ｆにより表される舵１０の回動角度θ_ｆと、操舵角検出器２６からの角度指令信号Ｓ_ｉにより表される操舵角度θ_ｉとの差｜θ_ｉ−θ_ｆ｜がゼロとなり、第１の電動機１８と第２の電動機１９とが停止して、アーム１１を、従って舵１０を正確な回動角度に制御することができる。舵１０は、操舵角検出器２６からの角度指令信号Ｓ_ｉが変動しない限りその角度を保持する。また、第１の片ロッド形複動シリンダ１２と第２の片ロッド形複動シリンダ１３とは、制御回路２４の指示で液圧ポンブの吐出量が制御されて同期した速度で回動するため、アーム１１は大きな回転力を受けて回動することとなる。

以上説明したように、本実施形態の船舶用の操舵装置によれば、第１の定容量形液体ポンプ１６からの液圧をこれに接続された第１及び第２の片ロッド形複動シリンダ１２及び１３の両方に直接的に供給していると共に、第２の定容量形液体ポンプ１７からの液圧をこれに接続された第１及び第２の片ロッド形複動シリンダ１２及び１３の両方に直接的に供給しており、さらに、複数の片ロッド形複動シリンダ１２及び１３を１つのアーム１１に連結し、複数の複動シリンダの多重の合力によりアーム１１を、従って舵１０を駆動している。この直接制御方式によれば、方向制御弁を用いることなく第１及び第２の片ロッド形複動シリンダ１２及び１３の押し引き、ロッド速度、ロッド推力を第１及び第２の定容量形液体ポンプ１６及び１７により直接的に制御することができる。

特に本実施形態の操舵装置においては、第１の定容量形液体ポンプ１６からの液圧が第１の片ロッド形複動シリンダ１２のロッド室１２ａのみならず第２の片ロッド形複動シリンダ１３のボトム室１３ｂにも供給されて、アーム１１を、従って舵１０を反時計方向に回動させる。さらに、第２の定容量形液体ポンプ１７からの液圧が第２の片ロッド形複動シリンダ１３のボトム室１３ｂのみならず第１の片ロッド形複動シリンダ１２のロッド室１２ａにも供給されて、アーム１１を、従って舵１０を反時計方向に回動させる。

従って、一方の電動機及び／又は定容量形液体ポンプが故障した場合、例えば第２の電動機１９及び／又は第２の定容量形液体ポンプ１７が故障した場合、第１の電動機１８によって駆動される第１の定容量形液体ポンプ１６からの液圧が、第１の片ロッド形複動シリンダ１２のボトム室１２ｂ又はロッド室１２ａと、第２の片ロッド形複動シリンダ１３のロッド室１３ａ又はボトム室１３ｂとに自動的に供給されて、第１の片ロッド形複動シリンダ１２及び第２の片ロッド形複動シリンダ１３の両方を作動させ、舵１０を時計方向又は反時計方向に回動させることができる。この場合、故障した側の片ロッド形複動シリンダのロッド室とボトム室とを電磁切替弁等で連通させてフリー状態に切換制御することなく、アーム１１を回動させることができるため、より簡易化した構成で、安全性及び信頼性を確実にかつ自動的に確保できる自動フェイルセーフ機能を得ることができる。また、第１の片ロッド形複動シリンダ１２のロッド室１２ａ及びボトム室１２ｂとの間で、第２の片ロッド形複動シリンダ１３のロッド室１３ａ及びボトム室１３ｂとの間で、液量の過不足が生じないので、これらの間に液量補償回路を設ける必要がないから、その意味でも、より簡易化した構成とすることができる。

なお、上述した実施形態においては、可変速度の電動機と定容量形液体ポンプとを用いた例を説明したが、一定の回転速度の電動機と可変容量形液体ポンプとを用いて構成し、制御回路からの指令信号により、電動機の回転方向と可変容量形液体ポンプの吐出量の制御、又は電動機の回転方向を一定にして可変容量形液体ポンプの吐出方向と吐出量を制御するようにしても良い。

以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。

１０ 舵
１１ アーム
１２ 第１の片ロッド形複動シリンダ
１２ａ、１３ａ ロッド室
１２ｂ、１３ｂ ボトム室
１３ 第２の片ロッド形複動シリンダ
１４ａ、１５ａ ロッド側配管
１４ｂ、１５ｂ ボトム側配管
１６ 第１の定容量形液体ポンプ
１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ 吐出口
１７ 第２の定容量形液体ポンプ
１８ 第１の電動機
１９ 第２の電動機
２０ａ、２２ａ ロッド側チェック弁
２０ｂ、２２ｂ ボトム側チェック弁
２１ 第１のタンク
２３ 第２のタンク
２４ 制御回路
２４ａ 入力インタフェース
２４ｂ 出力インタフェース
２４ｃ 画像出力部
２４ｄ ＣＰＵ
２４ｅ ＲＯＭ
２４ｆ ＲＡＭ
２４ｇ ＨＤＤ
２４ｈ バス
２５ 舵角検出器
２６ 操舵角検出器
２７ 第１のサーボ増幅器
２８ 第２のサーボ増幅器
２９ 操作部
３０ ディスプレイ

Claims (2)

1. 第１及び第２の電動機と、該第１及び第２の電動機にそれぞれ連結されて駆動されるように構成されており各々が両方向に液体を吐出する第１及び第２の吐出口を備えた第１及び第２の液体ポンプと、該第１及び第２の液体ポンプにそれぞれ対応して設けられていると共に操舵すべき舵に連結された第１及び第２の複動シリンダと、前記舵の回動角度θ _ｆ を検出する舵角検出器と、操舵ステアリングの操舵角度θ _ｉ を検出する操舵角検出器と、前記舵角検出器及び前記操舵角検出器に電気的に接続されており、検出された回動角度と操舵角度との差（θ _ｉ −θ _ｆ ）及び差（θ _ｆ −θ _ｉ ）を演算し、該差（θ _ｉ −θ _ｆ ）に対応する駆動信号Ｓ _ｄ１ 及び該差（θ _ｆ −θ _ｉ ）に対応する駆動信号Ｓ _ｄ２ を出力する制御回路と、該制御回路に電気的に接続されており、出力された駆動信号Ｓ _ｄ１ に応じて前記第１の電動機を駆動する第１の駆動回路と、前記制御回路に電気的に接続されており、出力された駆動信号Ｓ _ｄ２ に応じて前記第２の電動機を駆動する第２の駆動回路とを備えており、
   前記第１の液体ポンプの前記第１の吐出口が前記第１の複動シリンダの第１の作動室と前記第２の複動シリンダの第２の作動室とに連通していると共に、前記第１の液体ポンプの前記第２の吐出口が前記第１の複動シリンダの第２の作動室と前記第２の複動シリンダの第１の作動室とに連通しており、
   前記第２の液体ポンプの前記第１の吐出口が前記第２の複動シリンダの第１の作動室と前記第１の複動シリンダの第２の作動室とに連通していると共に、前記第２の液体ポンプの前記第２の吐出口が前記第２の複動シリンダの第２の作動室と前記第１の複動シリンダの第１の作動室とに連通しており、
   前記第１の液体ポンプの前記第１の吐出口及び前記第２の吐出口間並びに前記第２の液体ポンプの前記第１の吐出口及び前記第２の吐出口間に、故障時制御用の電磁切替弁を設けないように構成したことを特徴とする船舶用の操舵装置。
2. 前記第１の駆動回路及び前記第２の駆動回路は、前記第１の液体ポンプ及び前記第２の液体ポンプの回転方向が互いに逆方向となるように正負が互いに異なる電圧信号を前記第１の電動機及び前記第２の電動機に出力するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の船舶用の操舵装置。

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