JPS582878B2 - 可変ピッチプロペラの制御装置および方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は船舶用可変ピッチプロペラ、可変ピッチプロペ
ラを装備したサイドスラスタ及び旋回式スラスタのプロ
ペラピッチの変節を司る制御に関する。

従来より、可変ピッチプロペラのプロペラピッチの制御
には油圧制御と遠隔操作が通例行なわれているが、この
ような制御対象に対して、電磁方向切換弁ないし電磁油
圧方向切換弁は、しばしば最も安価な制御部材となって
おり、一部にその使用例がみられる。

しかし、この弁の不連続性のために例えば可変ピッチプ
ロペラ駆動原動機と組合せた負荷制御装置などの比較的
高度な制御が要求される場合には不向きであまりその使
用例がない。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あって、以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する
に、第１図に示すような船底より略垂直に突出された回
転自在の施回筒にこれと直角方向に可変ピッチプロペラ
を装備し、３６０°任意の方向に推力を出すことが出来
る旋回式スラスタの可変ピッチプロペラの制御に関し、
通常のピッチを制御の目的量にした回路とさらに駆動原
動機の負荷を目的量としたいわゆる負荷制御の回路を有
する制御系統について説明する。

尚、通常負荷制御が行なわれる場合はしばしば回転数も
組合わせて制御されるが、ここでは簡単のために回転数
は一定としておく。

図に於いて１は駆動原動機で、例えばディーゼルエンジ
ンであり、これは軸系５傘歯車列６，９を介して可変ピ
ッチプロペラ１０を駆動している。

２は原動機を制御するガバナで、回転数一定の条件にな
っているので、予め設定された回転数を保つべく、例え
ば原動機に送り込まれる１回転当りの燃料の量を調節し
ている。

そしてこのガバナは原動機のトルクに対応するが、回転
数一定のため同時に原動機の負荷すなわち馬力に対応し
ている。

３，３’はラツクとピニオンでガバナの出力、すなわち
原動機の負荷を回転変位に変換している。

４はピニオン３′に連結された位置検出要素で例えば変
位を電圧に変換するポテンショメータが使用され、実負
荷の発信を行う。

７．８は旋回式スラスタを旋回させる歯車列とモータ、
１１はプロペラのピッチの変更を行うための油圧サーボ
シリンダ、１２．１２’はラックとピニオンで油圧サー
ボシリンダーのストロークを回転変位に変換する。

１３はビニオン１２′に連結された位置検出要素で実ピ
ッチの発信を行う。

１４は前後進切換スイッチで負荷の偏差に対してピッチ
の修正を行うとき、前進状態と後進状態ではその方向に
逆にする必要があるために使用される。

１５．１５’はピッチ制御と、負荷制御の切換スイッチ
でこの切換スイッチ１５が前進、他のスイッチ１５′が
後進側である。

これは一般に可変ピッチプロペラは低負荷になると負荷
の調整能力が低下することと、推カゼ口のピッチは負荷
と無関係に実現されなければならないためである。

従ってピツチゼロを含む低負荷領域では、ピッチ制御そ
れ以上は負荷制御が行なわれる。

１６は、４ポート、３位置、センタバイパス、バネ復帰
、電磁方向切換弁で目標値において中立で目標値からの
偏差の方向によって右ないし左にポジションの変更を行
なって油圧サーボの作動方、向を司る。

１７は電磁比例流量制御弁で、目標値において２次側流
量がゼロないし十分小さい量に設定され目標値からの偏
差量、偏差の増加の速度、あるいは場合によってはその
加速度に対応して電磁方向切換弁に対する流量を増加さ
せるように上流側に直列に構成されている。

１８は圧油源を構成する圧油ポンプで一定吐出量型が使
用される。

１９は圧油ポンプを駆動する原動機、２０は圧油ポンプ
のサクションストレーナ、２１は圧油制御系のサンプタ
ンクである。

２２はリリーフ弁で圧油ポンプから流量制御弁１７まで
の管路に分岐管を介して配置し、このリリーフ弁のリリ
ーフ圧を設定する手段として流量制御弁の内部抵抗に相
当する圧力に見合うバネと同じく流量制御弁下流の２次
側の圧力を分岐管によって導入して、これとほぼ等しい
圧力を発生させるようにした圧油ピストンを直列に配置
し、バネ室内において両者の和の圧力が設定リリーフ圧
になるように構成されている。

２３は油圧回路の最高圧力を規定する安全弁である。

２４は本制御系の操縦ハンドルで制御系の目標値、すな
わちピッチまたは、原動機の負荷を設定する。

２５は、位置検出要素で操縦ハンドル２４の位置に対応
して所定の電圧を発生するものであり、本実施例ではピ
ッチ制御中は目標ピッチの負荷制御中は目標負荷の発信
器になる。

尚、両者に対してそれぞれ独立に２個の例えばポテンシ
ョメー夕を装備してもよい。

第２図に於いて２６は増幅器で操縦ハンドルとプロペラ
実ピッチないし、操縦ハンドルと原動機実負荷の偏差を
入力として、これを増幅して偏差の方向を出力とし方向
切換弁のポジションの変更を行う。

２７は同じく増幅器で、前記増幅器と同じ入力を得てこ
れを増幅し、偏差量、偏差の増加速度、場合によっては
さらにその加速度を出力として流量制御弁の流量の制御
を行う。

より高次の出力を求めるのは制御の速応性、安定性を求
めるためのものである。

２８は符号変換要素で条件スイッチ３０の指示に従って
、後進の負荷匍脚状態では油圧サーボ１１の作動方向が
通常の場合と逆になるようにこの場所の伝達信号の符号
、プラス、マイナスを逆にする。

２９は選択スイッチで切換スイッチにより、ピッチが、
前後進とも成程度以上大きくなると、負荷をそれ以下で
はピッチを制御の目標値に選ぶ。

次に第３図は本発明の制御装置の目標値近傍の特性を示
す。

すなわち、横軸は目標値に対する偏差、偏差の増加速度
ないしその加速度を示し、縦軸は電磁方向切換弁１６の
開度、油圧サーボ１１へ送給される油量ないし、該油圧
サーボ１１の速度を示している。

図中の曲線Ａは流量制御弁１７の開度を示している。

また曲線Ｂは、方向切換弁１６が中立位置に来るまでは
流量制御弁１７の２次側の流量ないし、油圧サーボ１１
の作動速度を示している。

然して、本発明の構成によれば電磁方向切換弁の特性は
電磁油圧方向切換弁１６の特性に基く目標値附近の微少
の不感帯を除いては在来のこのような制御対象に使用さ
れている配圧弁と類似の特性を示すことになる。

第４図は実施例における操縦ハンドル２４の位置と制御
目標値との関係を示す。

すなわち図の横軸はハンドル２４の位置を示し、その右
半分が前進、左半分が後進を示す。

縦軸はプロペラのピッチおよび駆動原動機１の負荷を示
す。

ここでは後進側の負荷はマイナスとして示している。

曲線Ｃはハンドル２４と目標ピッチの関係を示し、曲線
Ｆはハンドル２４と目標負荷の関係を示す、曲線Ｄは本
可変ピッチプロペラで推進される船の船体を拘束して動
けないようにしておいて、曲線Ｃの如くピッチを設定し
た場合、原動機１にかかる負荷を示し、曲線Ｅは船体を
自由状態にして曲線Ｃの如くピッチを設定した場合、原
動機１にかかる負荷を示す。

またこの図でＯで示される点は前後進切換スイッチ１４
の切換点であり、またＧは前進側のピッチ制御と負荷制
御の切換点で曲線Ｆから曲線Ｄよりも十分大きくなる位
置に求められる。

点Ｈは、後進側の切換点であって、いずれも切換スイッ
チ１５に関連する。

次に前記構成における本発明の作用を説明する。

当初、ハンドル２４はゼロピッチに設定されているもの
とすると、実ピッチもゼロに設定され、原動機１の負荷
は第４図の曲線ＤあるいはＥと縦軸との交点の値になっ
ている。

この状態から操縦者がハンドル２４を少許量前進側に操
作したとすると位置検出要素２５が変位して当初の状態
より例えば電圧を変化させる。

すると、位置検出要素１３との間に変偏が発生し、この
変偏信号が増幅器２６および２７に入力される。

増幅器２６はこれを増幅して電磁方向切換弁１６を中立
から前進側にポジションを切換える。

一方、増幅器２７は、この入力を偏差の量、偏差の増加
速度などに増幅し、これに対応して流量制御弁１７を当
初のゼロ流量ないし十分小さい量に設定されている状態
からその流量を増加させる。

その結果、第３図曲線Ｂに従って油圧サーボ１１が動か
され、プロペラ１０のピッチを増加させると共に位置検
出要素１３を動かす。

このためプロペラ１０の変位と共に位置検出要素１３と
位置検出要素２５の偏差が縮少し、増幅器２６ ．２７
の入力も縮少していく。

そうして、ついにハンドル２４の設定位置とプロペラ１
０の実ピッチの関係から第４図曲線Ｃと一致したとき、
即ち位置検出要素２５と１３の偏差がゼロになり、油圧
サーボ１１の動作も停止して一回の操作が終る。

油圧サーボ１１の停止動作は、第３図の曲線Ｂに従って
安定に滑らかに行なわれる。

このとき原動機１９の負荷は第４図の縦軸と曲線Ｄまた
はＥの交点からピッチの増加と共に右に移動し、ピッチ
の動作が完了すると、ハンドル２４の位置と曲線Ｄおよ
びＥの交点の中間の点に達する。

この状態で船足がつくと前記中間の点から次第に低下し
、曲線Ｅの上に達する。

この状態になると、定常状態になり以後外乱がなければ
その点で継続して運転されることになる。

さらにハンドル２４が前進に進められ、ついに第４図の
Ｇの点の所まで来ると切換スイッチ１５が作動し、選択
スイッチ２９を働かせて位置検出要素２５の相手から当
初の位置検出要素１３が位置検出要素４に変る。

すると、ハンドル２４の位置と曲線Ｅの交点と、曲線Ｆ
の交点の間の原動機１に関する負荷の偏差が発生し、前
述のピッチの偏差の場合と同一の様式でプロペラ１０の
ピッチが増の方向に修正される。

すると原動機１の負荷が増加するため、その回転数が低
下する。

回転数が予め定められている値から低下するとこれをガ
バナ２が検出して原動機１に送り込まれる。

例えば燃料の量を増加して回転数の回復を計ると共に原
動機１へ送り込まれる燃料の量、すなわち原動機の負荷
を位置検出要素４に示す。

この結果位置検出要素２５と４との偏差が減少し、つい
にその偏差からゼロになる所まで、プロペラ１０のピッ
チが修正される。

即ち原動機１の負荷が第４図曲線Ｆに到達することによ
ってその作動が完了する。

以後ハンドル２４をさらに前進側にとれば曲線Ｆに従っ
て原動機１の負荷が増加していく。

この状態になると何等かの外乱により負荷が曲線Ｆから
離れても前記の動作を繰返して常時負荷が曲線Ｆ上に保
たれる。

一方、作動油はサンプタンク２１からストレーナ２０を
通って吸上げられ圧油ポンプ１８で昇圧され、一部の小
油量は流量調整弁１７へ、他はリリーフ弁２２に至る。

流量調整弁１７を通過した油は電磁方向切換弁１６に至
り、ここでセンタバイパスされてサンプタンク２１に帰
る。

リリーフ弁２２を通過した油は方向切換弁１６からの油
と合流してタンク２１に帰る。

即ち、第１図に示す状態ではこの循環を繰返している。

この状態から方向切換弁１６及び流量調整弁１７に動作
信号が入り、方向切換弁１６がポジションの切換を行い
、流量調整弁１７が流量の増加を行うと圧油は油圧サー
ボ１１に送り込まれて、プロペラ１０のピッチの変更を
行う。

このとき、油圧サーボ１１からの戻り油は方向切換弁１
６を通ってサンプタンク２１に送り返される。

このとき、流量調整弁１７が全開に至っていなければ、
他の一部の油は、リリーフ弁２２からバイパスされてや
はりサンプタンク２１に帰る循環をする。

ところでリリーフ弁２２の働きは第１図に示す状態では
方向切換弁１６は中立にあり、油圧サーボ１１は単に保
持の状態であるため圧油は不用である。

しかし圧油ポンプ１８は常時１００％吐出するためその
大半をリリーフ弁２２からリリーフする必要がある。

このとき流量制御弁１７の２次側の圧力はほぼゼロであ
るからリリーフ弁２２は、バネ相当圧力でリリーフする
ことになる。

このバネは、流量制御弁１７の内部抵抗を多少上廻る値
に設定されているのでリリーフ弁２２はそのような最小
圧力で圧油ポンプ１８の大半の吐出量をリリーフすると
共に流量制御弁１７の最小油量の保持を行うことが出来
る。

また方向切換弁１６及び流量制御弁１７に入力信号が入
り、圧油ポンプ１８の吐出口から油圧サーボ１１と導通
し、流量制御弁１７の２次側に負荷圧が発生するとただ
ちにその圧力がリリーフ弁２２の設定圧に加算されるの
で圧油ポンプ１８も、ただちにそれに対応した吐出圧を
発生することが出来て、油圧サーボ１１の制御に支障を
来すことがない。

この結果、圧油ポンプ１８は簡単にはその所要圧力より
バネ荷重相当分の圧力だけ、高い圧力で所要圧に追従す
ることになる。

尚、第３図に示すように本制御系では目標値近傍に微少
な不感帯を残しているが経験によればガバナ２の出力は
相当振動的である。

従ってこの不感帯を大きくする方向で調節可能にしてお
いてやれば、特に前記の負荷制御の場合、制御系の安定
化に寄与することが出来る効果が期待出来る。

また、前記実施例においては、ピッチ制御と負荷制御の
組合された制御系（純粋な負荷制御は非常に困難か、ま
たは出来ない）の例を示したが負荷制御装置を含まない
ピッチ制御だけの場合にも適用出来ることは前記の説明
からは明らかである。

さらに位置検出要素４の出力の変化速度の量を取出し増
幅器２７の出力をこれで、例えば割算ないし引算してや
り、電磁流量制御弁１７の入力としてやればクラツシュ
アスターン時の過回転速度防止、クラッシュアヘッド時
の回転速度低下防止を実現することが出来る。

以上説明したように、本発明に基く構成によれば比較的
簡単な要素で高級な負荷制御まで実現することが出来て
遠隔操縦装置を単純化することが出来、また圧油ポンプ
の吐出圧を負荷に近傍追接させることが出来るので、そ
の動力損失を最少にすることが出来る。

さらに一定吐出量型圧油ポンプを使用するため構造を単
純化することが出来ると共に他の循環ポンプとか蓄圧器
などを節約することが出来る等可変ピッチプロペラに期
待されるあらゆる制御に順応することが出来る優れた作
用効果を奏する技術発明である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は圧油制御回路図
、第２図は制御系統全体図、第３図は回路に於ける目標
値近傍の特性図、第４図は負荷制御及びピッチ制御に関
する説明図である。 １……駆動原動機、２……ガバナ、３……ラック、３′
……ピニオン、４……位置検出要素、５……軸系、６…
…傘歯車列、７……歯車列、８……モータ、９……傘歯
車列、１０……可変ピッチプロペラ、１１……油圧サー
ボシリンダ、１２……ラック、１２′……ビニオン、１
３……位置検出要素、１４……前後進切換スイッチ、１
５．１５′……切換スイッチ、１６……電磁方向切換弁
、１７……電磁比例流量制御弁、１８……圧油ポンプ、
１９……原動機、２０……サクションストレーナ、２１
……サンプタンク、２２……リリーフ弁、２３……安全
弁、２４……操縦ハンドル、２５……位置検出要素、２
６……増幅器、２７……増幅器、２８……符号変換要素
、２９……選択スイッチ、３０……条件スイッチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 可変ピッチプロペラの、目標のプロペラピッチ及び
   負荷を、実際のプロペラピッチ及び負荷と比較し、その
   偏差の方向によって作動せしめる電磁方向切換弁と、圧
   油源をなす定吐出量圧油ポンプとの間に流量制御弁を介
   在せしめる油圧回路において、該流量制御弁を電磁比例
   流量制御弁とすると共に、流量制御弁と油圧ポンプとの
   間の管路に分岐管を介してリリーフ弁を設け、該リリー
   フ弁の設定圧力として電磁方向切換弁と流量制御弁との
   間の圧力を導く分岐管を前記リリーフ弁のバネ室に接続
   して、リリーフ弁の圧力を設圧することを特徴とした可
   変ピッチプロペラの制御装置。 ２ 可変ピッチプロペラの油圧制御回路のうち、目標の
   プロペラピッチないし負荷と、実際のプロペラピッチな
   いし負荷との偏差の方向によって、その回路の切換を行
   う電磁切換弁と、前記偏差に対応した圧油流量の増減を
   行う流量制御弁を、前記電磁切換弁の上流側に直列に配
   置し、定吐出圧油ポンプからの圧油を導くようにした油
   圧回路において、前記圧油ポンプと流量制御弁間に分岐
   管を介してリリーフ弁を配置し、このリリーフ弁の設定
   圧力として、前記流量制御弁の内部抵抗を若干上廻るバ
   ネと流量制御弁の下流側圧力を加算した圧力を用いたこ
   とを特徴とする可変ピッチプロペラの制御方法。