JP7285720B2

JP7285720B2 - 舶用舵取機

Info

Publication number: JP7285720B2
Application number: JP2019136747A
Authority: JP
Inventors: 辰喜田中
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2019-07-25
Filing date: 2019-07-25
Publication date: 2023-06-02
Anticipated expiration: 2039-07-25
Also published as: JP2021020496A

Description

本発明は、舶用舵取機に関する。

従来から、舵板と連結された舵軸を舵柄を介して回転させる油圧アクチュエータを含む舶用舵取機が知られている。例えば、特許文献１には、ラムシリンダ型の２つの油圧アクチュエータを含む舶用舵取機が開示されている。各油圧アクチュエータは、舵柄と係合するピンが設けられたラムと、このラムの両端がそれぞれ挿入された一対のシリンダを含む。

特開２０１７－１４９１８１号公報

ところで、船体の中心線に対する舵板の角度である舵角が０度でない場合には、舵軸が回転中であるか停止中であるかに拘らず、船体を旋回させるトルクが舵軸に作用する。また、舵角が０度である場合でも、潮流や船体の揺動（ローリング、ピッチング、ヨーイング）などの影響で、舵軸にトルクが作用することがある。このため、舵軸に作用するトルクを監視したいという要望がある。

そこで、本発明は、舵軸に作用するトルクを監視することが可能な舶用舵取機を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の舶用舵取機は、舵板と連結された舵軸を舵柄を介して回転させる、前記舵柄と係合するピンが設けられたラム、および前記ラムの両端がそれぞれ挿入された一対のシリンダ、を含む少なくとも１つの油圧アクチュエータと、前記一対のシリンダのそれぞれへ作動油を供給する油圧ポンプと、前記油圧ポンプを駆動する電動モータと、前記一対のシリンダ内の圧力をそれぞれ検出する一対の第１検出器と、船体の中心線に対する前記舵板の角度である舵角を検出する第２検出器と、前記第１検出器で検出された圧力と前記第２検出器で検出された舵角とに基づいて前記舵軸に作用するトルクを連続的または間欠的に算出するトルク算出器と、を備える、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、舵軸に作用するトルクがトルク算出器によって連続的または間欠的に算出されるので、そのトルクを監視することができる。

前記トルク算出器は、前記第２検出器で検出された舵角が小さくなるほど１に近づく伝達効率を用いて前記舵軸に作用するトルクを算出してもよい。この構成によれば、舵軸に作用するトルクを舵角に応じて正確に算出することができる。

前記トルク算出器は、前記伝達効率を、前記舵軸が停止中のときは静摩擦係数を用いて決定し、前記舵軸が回転中のときは動摩擦係数を用いて決定してもよい。この構成によれば、静摩擦係数および動摩擦係数を考慮して舵軸に作用するトルクを算出することができる。

本発明によれば、舵軸に作用するトルクを監視することができる。

本発明の一実施形態に係る舶用舵取機の概略構成図である。

図１に、本発明の一実施形態に係る舶用舵取機１を示す。この舶用舵取機１は、舵板２１と連結された舵軸２２を舵柄２３を介して回転させる、ラムシリンダ型の油圧アクチュエータ３を含む。

具体的に、油圧アクチュエータ３は、舵軸２２の軸方向と直交する方向に延びる棒状のラム３１と、ラム３１の両端がそれぞれ挿入された一対のシリンダ３２を含む。ラム３１の中央には、ラム３１の中心線上にピン３３が設けられており、このピン３３が舵柄２３と係合している。

より詳しくは、舵柄２３には、舵軸２２から遠ざかる方向に開口する溝が設けられており、この溝にピン３３が挿入されている。ピン３３および舵柄２３は、舵軸２２とラム３１の間のリンク機構を構成する。

油圧アクチュエータ３の各シリンダ３２へは２つの油圧ポンプ４から作動油が供給される。ただし、油圧ポンプ４の数は１つであってもよい。

本実施形態では、各油圧ポンプ４が、斜板がセンターから両方向に傾倒可能な可変容量型の斜板ポンプである。斜板の傾倒方向および角度は、操船者に操作される図略の操作装置からの出力に応じて図略のレギュレータにより変更される。各油圧ポンプ４は、電動モータ５により駆動される。本実施形態では、電動モータ５の回転数が一定である。

ただし、各油圧ポンプ４は、可変容量型の斜軸ポンプであってもよい。あるいは、各油圧ポンプ４が固定容量型であるとともに、電動モータ５がサーボモータであり、図略の操作装置からの出力に応じて油圧ポンプ４の回転方向および回転数が変更されてもよい。

各油圧ポンプ４は一対の給排ポートを有し、これらの給排ポートは一対の給排ライン４１により一対のシリンダ３２と接続されている。これにより油圧アクチュエータ３と２つの油圧ポンプ４との間で閉回路が形成されている。なお、その閉回路への作動油の補給のために、各給排ライン４１には、逆止弁４３が設けられたタンクライン４２が接続されている。

さらに、舶用舵取機１は、舵軸２２に作用するトルクＴを算出するトルク算出器７を含む。例えば、トルク算出器７は、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリと、ＨＤＤなどのストレージと、ＣＰＵを有するコンピュータであり、ＲＯＭまたはＨＤＤに記憶されたプログラムがＣＰＵにより実行される。

トルク算出器７は、一対の圧力センサ６１，６２（第１検出器）および角度センサ６３（第２検出器）と電気的に接続されている。一対の圧力センサ６１，６２は、一対のシリンダ３２内の圧力Ｐ１，Ｐ２をそれぞれ検出する。角度センサ６３は、船体の中心線１０に対する舵板２１の角度である舵角θを検出する。

本実施形態では、角度センサ６３が舵柄２３に設けられているが、角度センサ６３は舵軸２２に設けられてもよい。あるいは、ラム３１にストロークセンサが設けられて、このストロークセンサで検出されるストロークが舵角θに変換されることで、舵角θが検出されてもよい。すなわち、舵角θを検出する第２検出器は、ストロークセンサと変換器とで構成されてもよい。

トルク算出器７は、圧力センサ６１，６２で検出された圧力Ｐ１，Ｐ２と角度センサ６３で検出された舵角θとに基づいて、舵軸２２に作用するトルクＴ［N・m］を連続的または間欠的に算出する。なお、連続的に算出するとはリアルタイムに算出することであり、間欠的に算出するとは一定の時間間隔で算出することである。

本実施形態では、以下の式１により、トルク算出器７がトルクＴを算出する。
Ｔ＝Ｔｍ・Ｋ・Ｐｃ／（Ｐｍ・ｃｏｓ²θ）・・・（式１）
Ｔｍ：定格トルク［N・m］（θ＝０のときのトルク）
Ｋ：伝達効率
Ｐｃ：Ｐ１とＰ２の圧力差［MPa］（＝｜Ｐ１－Ｐ２｜）
Ｐｍ：定格圧力［MPa］

ただし、Ｐ１とＰ２の低い方がゼロと仮定して、Ｐｃの代わりにＰ１とＰ２の高い方が採用されてもよい。

定格トルクＴｍは、油圧ポンプ４および油圧アクチュエータ３を含む油圧回路により舵軸２２に作用させることが可能な最大トルクである。すなわち、定格トルクＴｍは、油圧ポンプ４の最大吐出容量などから決定される。一方、定格圧力は、シリンダ３２内の最大圧力である。

伝達効率Ｋは、舵角θが小さくなるほど１に近づくものである。本実施形態では、以下の式２により、トルク算出器７が伝達効率Ｋを決定する。
Ｋ＝１－（μ１＋μ２）ｔａｎθ－Ｌ・・・（式２）
μ１：舵柄２３に対するピン３３の摩擦係数であり、舵軸２２が停止中のときはそ
の静摩擦係数、舵軸２２が回転中のときはその動摩擦係数
μ２：ラム３１に対するシリンダ３２の摩擦係数であり、舵軸２２が停止中のとき
はその静摩擦係数、舵軸２２が回転中のときはその動摩擦係数
Ｌ：ラム３１の移動による摩擦損失

摩擦損失Ｌは、例えば、シリンダ３２用パッキンの摩擦係数、シリンダ３２用パッキン幅、およびラム３１の直径から求めることができる。

例えば、θ＝０°である場合は、舵軸２２が停止中はＫ＝０．９８であり、舵軸２２が回転中はＫ＝０．９９である。また、θ＝３５°である場合は、舵軸２２が停止中はＫ＝０．９であり、舵軸２２が回転中はＫ＝０．９２である。

以上説明したように、本実施形態の舶用舵取機１では、舵軸２２に作用するトルクＴがトルク算出器７によって連続的または間欠的に算出されるので、そのトルクＴを監視することができる。

また、本実施形態では、舵角θが小さくなるほど１に近づく伝達効率Ｋを用いてトルクＴが算出されるので、トルクＴを舵角θに応じて正確に算出することができる。さらに、本実施形態では、式２により伝達効率Ｋが決定されるので、静摩擦係数および動摩擦係数を考慮してトルクＴを算出することができる。

（変形例）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、前記実施形態では油圧アクチュエータ３の数が１つであるが、油圧アクチュエータ３の数は、油圧アクチュエータ３が舵軸２２を挟んで互いに平行となるように２つであってもよい。この場合、式１におけるＰｃは、２つの油圧アクチュエータ３のシリンダ３２内の圧力差の平均である。

また、式１の代わりに、トルク算出器７は、以下の式３によりトルクＴを算出してもよい。
Ｔ＝Ｐｃ・Ｒ・Ｄ・Ｋ／ｃｏｓ²θ・・・（式３）
Ｒ：ラム３１の中心線から舵軸２２の中心までの距離［mm］

また、油圧アクチュエータ３と２つまたは１つの油圧ポンプ４との間には必ずしも閉回路が形成される必要はない。例えば、油圧ポンプ４が切換弁を介して一方のシリンダ３２へ作動油を供給し、他方のシリンダ３２から前記切換弁を介してタンクへ作動油が排出されてもよい。

１舶用舵取機
１０中心線
２１舵板
２２舵軸
２３舵柄
３油圧アクチュエータ
３１ラム
３２シリンダ
３３ピン
４油圧ポンプ
５電動モータ
６１，６２圧力センサ（第１検出器）
６３角度センサ（第２検出器）
７トルク算出器

Claims

舵板と連結された舵軸を舵柄を介して回転させる、前記舵柄と係合するピンが設けられたラム、および前記ラムの両端がそれぞれ挿入された一対のシリンダ、を含む少なくとも１つの油圧アクチュエータと、
前記一対のシリンダのそれぞれへ作動油を供給する油圧ポンプと、
前記油圧ポンプを駆動する電動モータと、
前記一対のシリンダ内の圧力をそれぞれ検出する一対の第１検出器と、
船体の中心線に対する前記舵板の角度である舵角を検出する第２検出器と、
前記第１検出器で検出された圧力と前記第２検出器で検出された舵角とに基づいて前記舵軸に作用するトルクを連続的または間欠的に算出し、前記トルクを算出する際に、前記第２検出器で検出された舵角が小さくなるほど１に近づく伝達効率を用いる、トルク算出器と、
を備える、舶用舵取機。
前記トルク算出器は、前記伝達効率を、前記舵軸が停止中のときは静摩擦係数を用いて決定し、前記舵軸が回転中のときは動摩擦係数を用いて決定する、請求項１に記載の舶用舵取機。