JP6704206B2 - 舵取機及びこれを備えた船舶、並びに舵取機の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、舵取機及びこれを備えた船舶、並びに舵取機の制御方法に関する。

従来から、船舶の舵板に連結された舵軸を油圧ポンプにより駆動する舵取機が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
特許文献１に開示される舵取機は、舵軸のひずみ値から舵板に作用する負荷を検出し、舵板に作用する負荷が低い場合は単一の油圧ポンプで舵軸を駆動し、舵板に作用する負荷が高い場合は２台の油圧ポンプで舵軸を駆動するものである。
特許文献２に開示される舵取機は、２組の油圧系統のそれぞれに第１および第２のポンプを設け、２組の油圧系統のそれぞれにおいて２台の油圧ポンプを同時に使用した操舵と１台の油圧ポンプのみの操舵とを行うものである。

実公平７−２２３９７号公報 特公平３−３０５５８号公報

船舶の通常の航行中においては、操舵指令により入力される目標舵角と、操舵指令が入力された時点での実際の舵角（基準位置に対する舵板の舵角：以下、現在舵角という。）との差分（以下、舵角偏差という。）は、５°程度の範囲内に収まるのがほとんどである。また、操舵指令は、例えば１時間に１０〜１５回程度の比較的低い頻度で入力されることが一般的である。
そのため、５°程度の舵角偏差の分だけ舵軸を回動するために使用する油圧ポンプの駆動エネルギー（例えば、油圧ポンプを駆動する電動機の電力消費量）が大きいと、船舶の航行中に舵取機が消費する総エネルギー消費量が増大してしまう。

特許文献１の舵取機によれば、舵板に作用する負荷が低い場合に駆動する油圧ポンプを１台のみとすることができる。しかしながら、舵角偏差が５°程度の範囲内に収まる場合であっても、舵板に作用する負荷が高い場合に２台の油圧ポンプを駆動するため、船舶の航行中に舵取機が消費する総エネルギー消費量が増大してしまう。また、舵板に作用する負荷が低い場合に駆動する油圧ポンプ自体の駆動エネルギーが大きい場合にも、総エネルギー消費量の増大が避けられない。

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、舵角偏差が所定角度未満の場合に舵軸の回動に必要とされるエネルギー消費量を低減しつつ、舵角偏差が所定角度以上の場合の適切な舵軸の回動を可能とした舵取機及びこれを備えた船舶、並びに舵取機の制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を採用する。
本発明の一態様の舵取機は、船舶の舵板に連結された舵軸を回動する舵取機であって、作動流体を吸入して吐出することにより前記舵軸を回動するための動力を発生する複数のポンプと、前記舵板の現在舵角を検知する検知部と、前記舵板の目標舵角を設定する設定部と、前記現在舵角と前記目標舵角との差分である舵角偏差に基づいて、前記現在舵角から前記目標舵角へ向けて前記舵板が回動するように前記複数のポンプを制御する制御部と、を備え、前記複数のポンプは、該複数のポンプの各々の最大動力の合計の５０％未満を最大動力とした第１ポンプと該第１ポンプの最大動力よりも最大動力が大きい第２ポンプとを少なくとも含み、前記制御部は、前記舵角偏差が所定角度未満である場合は前記第１ポンプのみを動作させ、前記舵角偏差が前記所定角度以上である場合は合計の最大動力が前記第１ポンプの最大動力を上回るように前記第２ポンプを動作させるとともに前記第１ポンプの動作を停止させるよう前記複数のポンプを制御する。

本発明の一態様の舵取機によれば、舵角偏差が所定角度未満である場合に、舵取機が備える複数のポンプの各々の最大動力の合計の５０％未満を最大動力とした第１ポンプのみが動作する。これにより、舵角偏差が所定角度未満の場合に舵軸の回動に必要とされるエネルギー消費量が十分に低減する。また、舵角偏差が所定角度以上である場合に、第１ポンプの最大動力よりも最大動力が大きい第２ポンプが動作するため、舵角偏差が所定角度以上の場合の適切な舵軸の回動が可能となる。

また、船舶の通常の航行中における舵角偏差は所定角度（例えば、５°程度）未満に収まるのがほとんどであるため、通常の航行中におけるほとんどの舵軸の回動が第１ポンプにより行われることとなる。そのため、船舶の通常の航行中に舵取機が消費する総エネルギー消費量が低減する。

本発明の参考例の舵取機において、前記制御部は、前記舵角偏差が前記所定角度以上である場合に前記第１動力発生部と前記第２動力発生部の双方を動作させるよう制御するものであってもよい。
このようにすることで、舵角偏差が所定角度以上である場合に発生する最大動力が第１動力発生部の最大動力より大きいものとなり、舵角偏差が所定角度以上である場合の舵軸の回動をより適切に行うことができる。また、通常の航行中における舵角偏差は所定角度（例えば、５°程度）以上となることがほとんどないため、船舶の通常の航行中に舵取機が消費する総エネルギー消費量の増加量が抑制される。

本発明の一態様の舵取機において、前記第２ポンプの最大動力は、前記第１ポンプの最大動力よりも大きい。
このようにすることで、舵角偏差が所定角度以上である場合に発生する最大動力が第１ポンプの最大動力より大きいものとなり、舵角偏差が所定角度以上である場合の舵軸の回動をより適切に行うことができる。また、通常の航行中における舵角偏差は所定角度（例えば、５°程度）以上となることがほとんどないため、船舶の通常の航行中に舵取機が消費する総エネルギー消費量の増加量が抑制される。

本発明の一態様の舵取機は、前記第１ポンプを駆動する第１電動機と前記第２ポンプを駆動する第２電動機を有するものであってもよい。
このようにすることで、ポンプとそれを駆動する電動機とを有する舵取機において、舵角偏差が所定角度未満の場合に舵軸の回動に必要とされる電動機の消費電力量が低減する。

また、本発明の一態様の船舶は、前述した舵取機を備える。
前述した舵取機を備えるため、舵角偏差が所定角度未満の場合に舵軸の回動に必要とされるエネルギー消費量を低減しつつ、舵角偏差が所定角度以上の場合の適切な舵軸の回動を可能とした船舶を提供することができる。

また、本発明の一態様の舵取機の制御方法は、作動流体を吸入して吐出することにより船舶の舵板に連結された舵軸を回動するための動力を発生する複数のポンプを備える舵取機の制御方法であって、前記複数のポンプは、該複数のポンプの各々の最大動力の合計の５０％未満を最大動力とした第１ポンプと該第１ポンプの最大動力よりも最大動力が大きい第２ポンプとを少なくとも含み、前記舵板の現在舵角を検知する検知工程と、前記舵板の目標舵角を設定する設定工程と、前記現在舵角と前記目標舵角との差分である舵角偏差に基づいて、前記現在舵角から前記目標舵角へ向けて前記舵板が回動するように前記複数のポンプを制御する制御工程と、を備え、前記制御工程は、前記舵角偏差が所定角度未満である場合は前記第１ポンプのみを動作させ、前記舵角偏差が前記所定角度以上である場合は合計の最大動力が前記第１ポンプの最大動力を上回るように前記第２ポンプを動作させるとともに前記第１ポンプの動作を停止させるよう前記複数のポンプを制御する。

このようにすることで、舵角偏差が所定角度未満の場合に舵軸の回動に必要とされるエネルギー消費量を低減しつつ、舵角偏差が所定角度以上の場合の適切な舵軸の回動を可能とした舵取機の制御方法を提供することができる。

本発明によれば、舵角偏差が所定角度未満の場合に舵軸の回動に必要とされるエネルギー消費量を低減しつつ、舵角偏差が所定角度以上の場合の適切な舵軸の回動を可能とした舵取機及びこれを備えた船舶、並びに舵取機の制御方法を提供することができる。

舵取機の一実施形態を示す構成図である。 図１に示す制御部により実行される舵角制御の処理を示すフローチャートである。 図１に示す制御部により実行される舵角制御の制御モードと油圧ポンプの動作状態の関係の第１実施例を示す図である。 図１に示す制御部により実行される舵角制御の制御モードと油圧ポンプの動作状態の関係の第２実施例を示す図である。

本発明の一実施形態の舵取機１００について、図面を参照して説明する。
図１は、舵取機１００の一実施形態を示す構成図である。
本実施形態の舵取機１００は、船舶の舵板（図示略）に連結された舵軸１０を油圧による動力を用いて回動することによって船舶を操舵する装置である。
図１に示すように、本実施形態の舵取機１００は、舵軸１０と、チラー２０と、油圧アクチュエータ３０と、第１動力発生部４０と、第２動力発生部５０と、第３動力発生部６０と、切替機構７０と、舵角検知部８０と、制御部９０とを備える。

舵軸１０は、下端部において舵板と連結されており、上端部においてチラー２０に連結されている。チラー２０は舵軸１０を中心に回転する部材であり、切欠部２１が設けられている。

油圧アクチュエータ３０は、ラム３１と、一対のシリンダ３２，３３とを備える。油圧アクチュエータ３０は、シリンダ３２，３３に供給される作動油（作動流体）の油圧によってラム３１を移動させることにより舵軸１０を回動させる。舵軸１０が油圧アクチュエータ３０により回動すると、それに伴って舵軸１０の下端部に連結された舵板が舵軸１０回りの回転方向に回転する。

ラム３１は、円柱形状の軸部材であり、中心軸に沿った方向（図１の左右方向）に移動可能である。ラム３１の中央部には中心軸に交差する方向に突出したラムピン３１ａが設けられている。ラムピン３１ａは、チラー２０の切欠部２１の挿入した状態で組み付けられている。ラム３１は、後述するように、油圧により中心軸に沿って移動する。ラムピン３１ａは、ラム３１の移動に伴って、舵軸１０を中心とした時計回り方向または反時計回り方向にチラー２０を回動させる。ラムピン３１ａは、ラム３１の移動に伴ってチラー２０の切欠部２１をスライドするように移動する。

第１動力発生部４０，第２動力発生部５０，第３動力発生部６０は、それぞれ舵軸１０を回動するための動力を発生する装置である。
第１動力発生部４０は、油タンク（図示略）から作動油を吸入して吐出する第１油圧ポンプ４１と、第１油圧ポンプ４１を駆動する第１電動機４２とを有する。第２動力発生部５０は、油タンク（図示略）から作動油を吸入して吐出する第２油圧ポンプ５１と、第２油圧ポンプ５１を駆動する第２電動機５２とを有する。第３動力発生部６０は、油タンク（図示略）から作動油を吸入して吐出する第３油圧ポンプ６１と、第３油圧ポンプ６１を駆動する第３電動機６２とを有する。

第１動力発生部４０，第２動力発生部５０，第３動力発生部６０の油圧ポンプとして、各種のものを採用することができる。例えば、電動機により斜板を回転させてシリンダブロックから突出するピストンを往復動させることによりシリンダブロックから油を吐出する斜板式ピストンポンプを採用することができる。斜板式ピストンポンプは、斜板の角度を調整することにより電動機の単位回転数当たりに吐出される油量を調整可能な容量可変ポンプである。

第１動力発生部４０から吐出される油は、油配管Ｌ１から逆止弁Ｖ１を経由して油配管Ｌ４に導かれる。第２動力発生部５０から吐出される油は、油配管Ｌ２から逆止弁Ｖ２を経由して油配管Ｌ４に導かれる。第３動力発生部６０から吐出される油は、油配管Ｌ３から逆止弁Ｖ３を経由して油配管Ｌ４に導かれる。逆止弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３により、油配管Ｌ４に導かれた油は、油配管Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に向けて逆流することがない。

切替機構７０は、油配管Ｌ４に導かれた油を油配管Ｌ５からシリンダ３２へ伝達するか、油配管Ｌ６からシリンダ３３へ伝達するかを切り替える機構である。油配管Ｌ４の油をシリンダ３２とシリンダ３３のいずれへ供給するかの供給状態は、制御部９０からの制御指令により切り替えられる。切替機構７０は、制御部９０から油配管Ｌ４の油をシリンダ３２へ供給する旨の制御指令を受信した場合は、油配管Ｌ４と油配管Ｌ５を接続するように内部の流路を切り替える。一方、切替機構７０は、制御部９０から油配管Ｌ４の油をシリンダ３３へ供給する旨の制御指令を受信した場合は、油配管Ｌ４と油配管Ｌ６を接続するように内部の流路を切り替える。

舵角検知部８０は、舵軸１０の下端部に連結される舵板の基準位置に対する変位角である現在舵角θｐを検出する装置である。ここで、基準位置とは、船舶を直進させる場合の舵板の位置をいう。舵取機１００により操舵可能な基準位置からの最大舵角θｍａｘ（例えば、３５°）は予め定まっている。舵角検知部８０は、−θｍａｘ以上かつ＋θｍａｘ以下の範囲の現在舵角θｐを検知し、制御部９０へ出力する。

制御部９０は、舵取機１００が備える各部を制御するものである。制御部９０は、ポンプ制御部９１と、目標舵角設定部９２とを有する。
ここで、制御部９０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。

目標舵角設定部９２は、船舶の操舵方向を示す操舵指令に基づいて目標舵角θｔを設定する。操舵指令としては、−θｍａｘ以上かつ＋θｍａｘ以下の範囲の任意の値が入力される。目標舵角設定部９２が設定した目標舵角θｔは、ポンプ制御部９１に伝達される。
ここで、操舵指令は、予め定められた航路情報に基づいて制御部９０が自動的に生成するものであっても、船舶の操舵者から直接的に入力されるものであってもよい。

ポンプ制御部９１は、第１電動機４２，第２電動機５２，第３電動機６２へ制御指令を送信することにより、第１動力発生部４０，第２動力発生部５０，第３動力発生部６０をそれぞれ制御する。ポンプ制御部９１は、舵角検知部８０から入力される現在舵角θｐと目標舵角設定部９２により設定される目標舵角θｔから、現在舵角θｐと目標舵角θｔの差分である舵角偏差θｄを算出する。ポンプ制御部９１は、算出した舵角偏差θｄに基づいて、現在舵角θｐから目標舵角θｔへ向けて舵板が回動するように第１動力発生部４０，第２動力発生部５０，第３動力発生部６０をそれぞれ制御する。また、ポンプ制御部９１は、舵板が適切な目標舵角θｔへ向けた適切な方向（舵軸１０回りの時計回り方向または反時計回り方向）に回動するように、切替機構７０へ制御指令を送信する。

次に、図２〜図４を参照して、制御部９０により実行される舵角制御の処理を説明する。
舵取機１００の制御部９０は、記憶部（図示略）に記憶された制御プログラムを読み出して実行することにより、図２に示される各処理を実行する。
図２に示される処理が開始されると、ステップＳ２０１で、制御部９０は、目標舵角設定部９２により目標舵角θｔが設定されたかどうかを判定し、目標舵角θｔが設定されたと判定した場合にステップＳ２０２へ処理を進める。

ステップＳ２０２で、制御部９０は、舵角検知部８０から入力される現在舵角θｐを検出する。
ステップＳ２０３で、制御部９０は、現在舵角θｐから目標舵角θｔを減算して舵角偏差θｄを算出する。

以下のステップＳ２０４〜Ｓ２１４に示す処理は、舵角偏差θｄの絶対値に応じて第１動力発生部４０，第２動力発生部５０，第３動力発生部６０の制御モードを、第１制御モード，第２制御モード，第３制御モード，第４制御モードのいずれかとする処理である。
制御部９０は、舵角偏差θｄがＡ１未満である場合に第１制御モードとし、舵角偏差θｄがＡ１以上かつＡ２未満である場合に第２制御モードとする。また、制御部９０は、舵角偏差θｄがＡ２以上かつＡ３未満である場合に第３制御モードとし、舵角偏差θｄがＡ３以上である場合に第４制御モードとする。
Ａ１，Ａ２，Ａ３は、例えば、５°，１０°，２０°とすることができるが、他の数値としてもよい。

ステップＳ２０４で、制御部９０は、算出した舵角偏差θｄの絶対値がＡ１未満であるかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ２０５に処理を進める。
ステップＳ２０５で、制御部９０は、第１制御モードにより第１動力発生部４０，第２動力発生部５０，第３動力発生部６０を制御する。なお、制御部９０は、第１制御モードの実行中に、舵角検知部８０から入力される現在舵角θｐを逐次検出するものとする。第１制御モードの詳細については後述する。
ステップＳ２０６で、制御部９０は、逐次に検出される現在舵角θｐが目標舵角θｔに到達したかどうかを判定し、ＹＥＳであれば図２に示す処理を終了する。制御部９０は、ＮＯと判定する場合は第１制御モードの実行を継続する。

ステップＳ２０７で、制御部９０は、算出した舵角偏差θｄの絶対値がＡ１以上かつＡ２未満であるかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ２０８に処理を進める。
ステップＳ２０８で、制御部９０は、第２制御モードにより第１動力発生部４０，第２動力発生部５０，第３動力発生部６０を制御する。なお、制御部９０は、第２制御モードの実行中に、舵角検知部８０から入力される現在舵角θｐを逐次検出するものとする。第２制御モードの詳細については後述する。
ステップＳ２０９で、制御部９０は、逐次に検出される現在舵角θｐが目標舵角θｔに到達したかどうかを判定し、ＹＥＳであれば図２に示す処理を終了する。制御部９０は、ＮＯと判定する場合は第２制御モードの実行を継続する。

ステップＳ２１０で、制御部９０は、算出した舵角偏差θｄの絶対値がＡ２以上かつＡ３未満であるかどうかを判定し、ＹＥＳであればステップＳ２１１に処理を進める。
ステップＳ２１１で、制御部９０は、第３制御モードにより第１動力発生部４０，第２動力発生部５０，第３動力発生部６０を制御する。なお、制御部９０は、第３制御モードの実行中に、舵角検知部８０から入力される現在舵角θｐを逐次検出するものとする。第３制御モードの詳細については後述する。
ステップＳ２１２で、制御部９０は、逐次に検出される現在舵角θｐが目標舵角θｔに到達したかどうかを判定し、ＹＥＳであれば図２に示す処理を終了する。制御部９０は、ＮＯと判定する場合は第３制御モードの実行を継続する。

ステップＳ２１３で、制御部９０は、舵角偏差θｄの絶対値がＡ３以上であることから、第４制御モードにより第１動力発生部４０，第２動力発生部５０，第３動力発生部６０を制御する。なお、制御部９０は、第４制御モードの実行中に、舵角検知部８０から入力される現在舵角θｐを逐次検出するものとする。第４制御モードの詳細については後述する。
ステップＳ２１４で、制御部９０は、逐次に検出される現在舵角θｐが目標舵角θｔに到達したかどうかを判定し、ＹＥＳであれば図２に示す処理を終了する。制御部９０は、ＮＯと判定する場合は第４制御モードの実行を継続する。

次に、図２で説明した各制御モードの詳細と、第１動力発生部４０，第２動力発生部５０，第３動力発生部６０についての実施例を説明する。
なお、以下で説明する第１実施例と第２実施例は、第１動力発生部４０，第２動力発生部５０，第３動力発生部６０のそれぞれが発生可能な最大動力の組み合わせが異なっている。また、各制御モードにおいて第１動力発生部４０，第２動力発生部５０，第３動力発生部６０のいずれを動作させるかの組み合わせが異なっている。

なお、以下の説明においては、船級規則により定められる舵角制御の要件を満たす動力を必要動力Ｐｎとして説明する。ここで、船級規則により定められる必要動力Ｐｎは、２８秒以内に６５°（片舷３５°から反対舷３０°までの角度）の角度範囲で舵板を回動させるのに要する動力である。
また、以下の説明においては、第１動力発生部４０，第２動力発生部５０，第３動力発生部６０のそれぞれが発生可能な最大動力を、それぞれ最大動力Ｐｍａｘ１，最大動力Ｐｍａｘ２，最大動力Ｐｍａｘ３として説明する。

また、以下の第１実施例と第２実施例のいずれにおいても、最大動力Ｐｍａｘ１，最大動力Ｐｍａｘ２，最大動力Ｐｍａｘ３の合計が必要動力Ｐｎ以上となっている。これは、船級規則により定められる舵角制御の要件を満たすようにするためである。

また、第１電動機４２の消費電力Ｐｃ１，第２電動機５２の消費電力Ｐｃ２，第３電動機６２の消費電力Ｐｃ３は、最大動力Ｐｍａｘ１，最大動力Ｐｍａｘ２，最大動力Ｐｍａｘ３に応じて定まるものである。すなわち、Ｐｍａｘ１＜Ｐｍａｘ２＜Ｐｍａｘ３となる場合、Ｐｃ１＜Ｐｃ２＜Ｐｃ３となる。同様に、Ｐｍａｘ１＝Ｐｍａｘ２＝Ｐｍａｘ３となる場合、Ｐｃ１＝Ｐｃ２＝Ｐｃ３となる。
このように、最大動力Ｐｍａｘの値が小さいほど動力発生部の消費電力Ｐｃが小さくなる。

〔第１実施例〕
図３に示すように、第１実施例は、最大動力Ｐｍａｘ１，最大動力Ｐｍａｘ２，最大動力Ｐｍａｘ３をそれぞれ、以下のように定めた例である。
Ｐｍａｘ１＝０．３・Ｐｎ （１）
Ｐｍａｘ２＝０．５・Ｐｎ （２）
Ｐｍａｘ３＝０．７・Ｐｎ （３）
式（１）〜（３）に示すように、第１動力発生部４０の最大動力Ｐｍａｘ１は、最大動力Ｐｍａｘ１，最大動力Ｐｍａｘ２，最大動力Ｐｍａｘ３の合計である１．５・Ｐｎの２０％となっている。

図３に示すように、制御部９０は、第１制御モードにおいて、第１動力発生部４０を動作させる一方で、第２動力発生部５０および第３動力発生部６０を停止させたままとする。これは、舵角偏差θｄの絶対値がＡ１未満と小さいため、最も最大動力が小さい第１動力発生部４０のみを動作させるからである。このように、第１制御モードは、第１動力発生部４０のみを動作させる制御モードであるため、得られる最大動力は０．３・Ｐｎとなる。

図３に示すように、制御部９０は、第２制御モードにおいて、第２動力発生部５０を動作させる一方で、第１動力発生部４０および第３動力発生部６０を停止させたままとする。これは、舵角偏差θｄの絶対値がＡ１以上かつＡ２未満であるため、最大動力が第１動力発生部４０の最大動力Ｐｍａｘ１を上回るようにするためである。このように、第２制御モードは、第２動力発生部５０を動作させる制御モードであるため、得られる最大動力は０．５・Ｐｎとなる。

図３に示すように、制御部９０は、第３制御モードにおいて、第３動力発生部６０を動作させる一方で、第１動力発生部４０および第２動力発生部５０を停止させたままとする。これは、舵角偏差θｄの絶対値がＡ２以上かつＡ３未満であるため、最大動力が第２動力発生部５０の最大動力Ｐｍａｘ２を上回るようにするためである。このように、第３制御モードは、第３動力発生部６０を動作させる制御モードであるため、得られる最大動力は０．７・Ｐｎとなる。

図３に示すように、制御部９０は、第４制御モードにおいて、第２動力発生部５０および第３動力発生部６０を動作させる一方で、第１動力発生部４０を停止させたままとする。これは、舵角偏差θｄの絶対値がＡ３以上であるため、最大動力の合計が第３動力発生部６０の最大動力Ｐｍａｘ２を上回るようにするためである。このように、第４制御モードは、第２動力発生部５０および第３動力発生部６０を動作させる制御モードであるため、得られる最大動力は１．２・Ｐｎとなる。

なお、以上の第１実施例において、第１動力発生部４０の最大動力Ｐｍａｘ１は、最大動力Ｐｍａｘ１，最大動力Ｐｍａｘ２，最大動力Ｐｍａｘ３の合計の２０％としたが、他の態様であってもよい。
例えば、第１動力発生部４０の最大動力Ｐｍａｘ１は、最大動力Ｐｍａｘ１，最大動力Ｐｍａｘ２，最大動力Ｐｍａｘ３の合計の５０％未満の任意の値としてもよい。この場合、最大動力Ｐｍａｘ１は、最大動力Ｐｍａｘ２の値以下かつ最大動力Ｐｍａｘ３の値以下の最小値とする。

第１実施例の舵取機１００によれば、舵角偏差θｄがＡ１未満である場合に、第１動力発生部４０，第２動力発生部５０，第３動力発生部６０の各々の最大動力の合計の５０％未満を最大動力とした第１動力発生部４０のみが動作する。これにより、舵角偏差θｄがＡ１未満の場合に舵軸１０の回動に必要とされる第１電動機４２の消費電力が十分に低減される。また、舵角偏差θｄがＡ１以上である場合に、第１動力発生部４０の最大動力Ｐｍａｘ１以上を最大動力とする第２動力発生部５０が動作するため、舵角偏差θｄがＡ１以上の場合の適切な舵軸１０の回動が可能となる。

また、船舶の通常の航行中における舵角偏差θｄは所定角度（例えば、５°程度）未満に収まるのがほとんどであるため、通常の航行中におけるほとんどの舵軸１０の回動が第１動力発生部４０により行われることとなる。そのため、船舶の通常の航行中に舵取機１００が消費する総エネルギー消費量が低減する。

〔第２実施例〕
図４に示すように、第２実施例は、最大動力Ｐｍａｘ１，最大動力Ｐｍａｘ２，最大動力Ｐｍａｘ３をそれぞれ、以下のように定めた例である。
Ｐｍａｘ１＝０．４・Ｐｎ （４）
Ｐｍａｘ２＝０．４・Ｐｎ （５）
Ｐｍａｘ３＝０．４・Ｐｎ （６）
式（４）〜（６）に示すように、第１動力発生部４０の最大動力Ｐｍａｘ１は、最大動力Ｐｍａｘ１，最大動力Ｐｍａｘ２，最大動力Ｐｍａｘ３の合計である１．２・Ｐｎの３３．３％となっている。

図４に示すように、制御部９０は、第１制御モードにおいて、第１動力発生部４０を動作させる一方で、第２動力発生部５０および第３動力発生部６０を停止させたままとする。これは、舵角偏差θｄの絶対値がＡ１未満と小さいため、第１動力発生部４０のみを動作させるからである。このように、第１制御モードは、第１動力発生部４０のみを動作させる制御モードであるため、得られる最大動力は０．４・Ｐｎとなる。

図４に示すように、制御部９０は、第２制御モードおよび第３制御モードにおいて、第１動力発生部４０および第２動力発生部５０を動作させる一方で、第３動力発生部６０を停止させたままとする。これは、舵角偏差θｄの絶対値がＡ１以上かつＡ２未満、あるいはＡ２以上かつＡ３未満であるため、最大動力が第１動力発生部４０の最大動力Ｐｍａｘ１を上回るようにするためである。このように、第２制御モードおよび第３制御モードは、第１動力発生部４０および第２動力発生部５０を動作させる制御モードであるため、得られる最大動力は０．８・Ｐｎとなる。

図４に示すように、制御部９０は、第４制御モードにおいて、第１動力発生部４０、第２動力発生部５０および第３動力発生部６０の全てを動作させる。これは、舵角偏差θｄの絶対値がＡ３以上であるため、最大動力が第１動力発生部４０の最大動力Ｐｍａｘ１および第２動力発生部５０の最大動力Ｐｍａｘ２の合計を上回るようにするためである。このように、第４制御モードは、第１動力発生部４０、第２動力発生部５０および第３動力発生部６０の全てを動作させる制御モードであるため、得られる最大動力は１．２・Ｐｎとなる。

なお、以上の第２実施例において、第１動力発生部４０の最大動力Ｐｍａｘ１は、最大動力Ｐｍａｘ１，最大動力Ｐｍａｘ２，最大動力Ｐｍａｘ３の合計の３３．３％としたが、他の態様であってもよい。
例えば、第１動力発生部４０の最大動力Ｐｍａｘ１は、最大動力Ｐｍａｘ１，最大動力Ｐｍａｘ２，最大動力Ｐｍａｘ３の合計の５０％未満の任意の値としてもよい。この場合、最大動力Ｐｍａｘ２，最大動力Ｐｍａｘ３は、最大動力Ｐｍａｘ１と同じかそれ以上とする。

なお、第２実施例は、最大動力Ｐｍａｘ１，最大動力Ｐｍａｘ２，最大動力Ｐｍａｘ３を同一の値である０．４・Ｐｎに設定する例である。したがって、第１動力発生部４０，第２動力発生部５０，第３動力発生部６０は、同一能力を持つ動力発生部となる。第１制御モードは、舵角偏差θｄの絶対値がＡ１未満の場合に実行されるモードであり、他の制御モードと比較して実行される頻度が格段に高い。そのため、第１制御モードにおいて動作する第１動力発生部４０の使用頻度が高く、劣化により故障に至る可能性が高い。

そこで、第２実施例の変形例として、以下の態様を採用することができる。
この変形例は、第１動力発生部４０、第２動力発生部５０および第３動力発生部６０それぞれの総稼働時間（電動機により油圧ポンプが駆動された総時間）を記憶部（図示略）に記憶しておき、総稼働時間が最も少ない動力発生部を、前述の第１制御モードにおいて単独で動作させる例である。本変形例によれば、総稼働時間が少ない動力発生部が第１制御モードにおいて優先的に動作するため、特定の動力発生部が劣化により故障に至ることを抑制することができる。

第２実施例の舵取機１００によれば、制御部９０は、舵角偏差θｄがＡ１以上である場合に第１動力発生部４０と第２動力発生部５０の双方を動作させるよう制御することができる。
このようにすることで、舵角偏差θｄがＡ１以上である場合に発生する最大動力が第１動力発生部４０の最大動力Ｐｍａｘ１より大きいものとなり、舵角偏差θｄがＡ１以上である場合の舵軸１０の回動をより適切に行うことができる。また、通常の航行中における舵角偏差θｄは所定角度（例えば、５°程度）以上となることがほとんどないため、船舶の通常の航行中に舵取機１００が消費する総エネルギー消費量の増加量が抑制される。

第２実施例の舵取機１００において、第２動力発生部５０の最大動力Ｐｍａｘ２は、第１動力発生部４０の最大動力Ｐｍａｘ１よりも大きいものとすることができる。
このようにすることで、舵角偏差θｄがＡ１以上である場合に発生する最大動力が第１動力発生部４０の最大動力Ｐｍａｘ１より大きいものとなり、舵角偏差θｄがＡ１以上である場合の舵軸１０の回動をより適切に行うことができる。また、通常の航行中における舵角偏差θｄは所定角度（例えば、５°程度）以上となることがほとんどないため、船舶の通常の航行中に舵取機１００が消費する総エネルギー消費量の増加量が抑制される。

第１実施例および第２実施例の舵取機１００において、第１動力発生部４０，第２動力発生部５０，第３動力発生部６０の各々の最大動力の合計が、２８秒内に６５°の角度範囲で舵板を回動させるのに要する必要動力Ｐｎより大きい。
このようにすることで、第１動力発生部４０，第２動力発生部５０，第３動力発生部６０の各々の最大動力の合計が舵板を回動させるのに要する必要動力Ｐｎよりも大きいものとなり、船級規則により規定される要件を確実に満たすことができる。

〔他の実施形態〕
以上の説明において、舵取機１００は、舵軸１０を回動するための動力を発生する動力源として、第１動力発生部４０，第２動力発生部５０，第３動力発生部６０の３つを備えるものとしたが、他の態様であってもよい。例えば、第１動力発生部４０，第２動力発生部５０の２つ、あるいは４つ以上等、２以上の任意の数の動力発生部を備えるものとしてもよい。

１０ 舵軸
２０ チラー
３０ 油圧アクチュエータ
３１ ラム
３２，３３ シリンダ
４０ 第１動力発生部
４１ 第１油圧ポンプ
４２ 第１電動機
５０ 第２動力発生部
５１ 第２油圧ポンプ
５２ 第２電動機
６０ 第３動力発生部
６１ 第３油圧ポンプ
６２ 第３電動機
７０ 切替機構
８０ 舵角検知部
９０ 制御部
９１ ポンプ制御部
９２ 目標舵角設定部
１００ 舵取機
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３ 逆止弁
θｄ 舵角偏差
θｐ 現在舵角
θｔ 目標舵角

Claims (4)

1. 船舶の舵板に連結された舵軸を回動する舵取機であって、
   作動流体を吸入して吐出することにより前記舵軸を回動するための動力を発生する複数のポンプと、
   前記舵板の現在舵角を検知する検知部と、
   前記舵板の目標舵角を設定する設定部と、
   前記現在舵角と前記目標舵角との差分である舵角偏差に基づいて、前記現在舵角から前記目標舵角へ向けて前記舵板が回動するように前記複数のポンプを制御する制御部と、を備え、
   前記複数のポンプは、該複数のポンプの各々の最大動力の合計の５０％未満を最大動力とした第１ポンプと該第１ポンプの最大動力よりも最大動力が大きい第２ポンプとを少なくとも含み、
   前記制御部は、前記舵角偏差が所定角度未満である場合は前記第１ポンプのみを動作させ、前記舵角偏差が前記所定角度以上である場合は合計の最大動力が前記第１ポンプの最大動力を上回るように前記第２ポンプを動作させるとともに前記第１ポンプの動作を停止させるよう前記複数のポンプを制御する舵取機。
2. 前記第１ポンプを駆動する第１電動機と前記第２ポンプを駆動する第２電動機を備える請求項１に記載の舵取機。
3. 請求項１または請求項２に記載の舵取機を備えることを特徴とする船舶。
4. 作動流体を吸入して吐出することにより船舶の舵板に連結された舵軸を回動するための動力を発生する複数のポンプを備える舵取機の制御方法であって、
   前記複数のポンプは、該複数のポンプの各々の最大動力の合計の５０％未満を最大動力とした第１ポンプと該第１ポンプの最大動力よりも最大動力が大きい第２ポンプとを少なくとも含み、
   前記舵板の現在舵角を検知する検知工程と、
   前記舵板の目標舵角を設定する設定工程と、
   前記現在舵角と前記目標舵角との差分である舵角偏差に基づいて、前記現在舵角から前記目標舵角へ向けて前記舵板が回動するように前記複数のポンプを制御する制御工程と、を備え、
   前記制御工程は、前記舵角偏差が所定角度未満である場合は前記第１ポンプのみを動作させ、前記舵角偏差が前記所定角度以上である場合は合計の最大動力が前記第１ポンプの最大動力を上回るように前記第２ポンプを動作させるとともに前記第１ポンプの動作を停止させるよう前記複数のポンプを制御する舵取機の制御方法。

Images