JPS5917759Y2 - 電動操舵装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は電動操舵装置に関するものである。

従来、２〜５ｔの小型船の操舵は手動によるものがほと
んどであったが、次に述べるような電動操舵装置が用い
られることもあった。

すなわち、第１図において、１は直流電動機、２はウオ
ーム減速機、３は動力を伝達するための連結棒、４は舵
、５は正逆運転切換停止スイッチ、６は直流電動機１を
動かすための直流電源で直流電動機１の回転をウオーム
減速機２によって減速させ、その回転出力を連結棒３に
よって舵４を動かすもので、舵の停止位置は操縦者が正
逆運転切換停止スイッチ５により直流電動機１を止転、
または逆転させ舵４が適当な位置にくれば停止させて目
的を果していたか次のような欠点がある。

１ 舵角を設定できないため、直流電動機を回転させて
舵が設定しようとする舵角にくるまで、操縦者は前記正
逆運転切換スイッチを手元から離せないため操舵性が悪
い。

２ 直流電動機の回転速度がほぼ一定のため舵の角速度
もほぼ一定となる。

したがって船が高速航行時と低速航行時の場合とで船の
操舵性が大幅に変化する。

本考案は以上のような従来の電動操舵装置のもつ欠点を
改善し、操舵性の向上を計るもので、舵を動かすための
直流電動機を従来の電動操舵装置のように正逆転動作、
停止を単にスイッチのみで行なうのではなく、第１の可
変抵抗器を用いた回転角度に応じた電気信号を出力でき
る舵角設定器と、舵の回転と連動された第２の可変抵抗
器により、舵角に応じた電気信号を出力できる舵角検出
器と、舵を動かすための直流電動機を制御対象とし、前
記舵角設定器よりの電気信号を基準信号とし、前記舵角
検出器よりの電気信号を検出信号とし、これらの信号に
よって動作する制御器とを備え、これらでもって閉ルー
プ回路を構成し、かつ前記舵角設定器を前記制御器に任
意長のケーブルにて接続したことを特徴とするものであ
り、さらには、前記制御器に前記直流電動機の発電制動
装置および速度制御装置を加え舵を任意の舵角に設定し
ようとするものである。

第２図に本考案を説明するための具体的な構成例を示す
。

以下、この具体構成および動作について説明を行なう。

電源は直流電動機駆動用として直流電源Ｅ１があり、こ
れを陰極を共通とするレギュレーター４２により安定化
して直流電源Ｅ２を得る。

１は舵角設定用の可変抵抗器で、電源Ｅ２に接続され回
転角度に応じてその出力電圧が変化する。

２は舵角検出用の可変抵抗器で舵と連動しており、同様
に電源Ｅ２に接続され舵角に応じた出力電圧を得ること
ができる。

前記可変抵抗器１，２よりの出力はそれぞれ抵抗４と３
を通して演算増巾器５の反転入力端に接続され、前記演
算増巾器５の非反転入力端は電源Ｅ２を抵抗８，９によ
り分圧された分圧点に抵抗７を介して接続されている。

また前記演算増巾器５の出力端Ａは抵抗６を通して反転
入力端に接続された反転増巾回路が構成されている。

この反転増巾回路を今、誤差増巾器と名付ける。

出力端Ａは電圧比較器１３の非反転入力端に、同じく電
圧比較器１４の反転入力端にも接続されている。

また電圧比較器１３の反転入力端と電圧比較器１４の非
反転入力端は電源Ｅ２を抵抗１０．１１．１２により分
圧された抵抗１０．１１の接続点Ｆと抵抗１１．１２の
接続点Ｇにそれぞれ接続されている。

一方、電圧比較器２１の非反転入力端に電源すに接続さ
れた可変抵抗器２３により、その大きさを可変できる直
流電圧を加え、また反転入力端にのこぎり波発振器２２
よりのこぎり波を加え、前記電圧比較器２１の出力端１
点より方形波をとりだす。

この方形波は前記可変抵抗器２３によりそのパルス巾が
可変となるもので抵抗１９とダイオード１５の直列回路
を通して前記電圧比較器１３の出力端１点に、また抵抗
２０とダイオード１８の直列回路を通して前記電圧比較
器１４の出力端に点に接続されている。

舵を動かすための直流電動機４３の正転、逆転、制動の
動作は直流電源Ｅ１に接続された異極性トランジスター
、各々２本ずつ計４本により構成されたブリッヂ状の回
路によって行なわれる。

直流電源Ｅ１の陽極にＰＮＰ）ランシスター２６゜２９
のエミッターが接続され、陰極にＮＰＮ）ランシスター
３３．３６のエミッターが接続され、この４本のトラン
ジスターにより前記直流電動機４３の電源を制御する。

前記ＰＮＰ）ランシスター２６とＮＰＮ）ランシスタ３
６のコレクターが共通に、また前記ＰＮＰトランジスタ
ー２９とＮＰＮ）ランシスター３３のコレクターが共通
に各々接続され、前記直流電動機４３の電源端子２本の
うち、１本ずつがそれぞれの共通コレクターに接続され
ている。

また前記４つのトランジスターのコレクターとエミッタ
ー間には逆電圧の印加を防止するために、４本のダイオ
ード２７．２８．３４．３７が並列に接続されている。

ＰＮＰ トランジスター２６のベースは抵抗３０を通し
てＮＰＮ）ランシスター３２のコレクターとダイオード
３８のアノードに接続され、同ＮＰＮ トランジスター
３２のエミッターはＮＰＮ）ランシスター３３のベース
に接続されている、またＰＮＰ）ランシスター２９のベ
ースは抵抗３１を通してＮＰＮ）ランシスター３５のコ
レクターとダイオード３９のアノードに接続され、同Ｎ
ＰＮ）ランシスター３５のエミッターはＮＰＮ）ランシ
スター３６のベースに接続されている。

また前記ＮＰＮ）ランシスター３２のベースはダイオー
ド４０のアノードと抵抗１９とダイオード１５の接続点
Ｃに接続され、前記ＮＰＮ）ランシスター３５のベース
はダイオード４１のアノードと抵抗２０とダイオード１
８の接続点りに接続されている。

また、波形の立下がりでトリガーするワンショットマル
チバイブレーク−２４のトリガ端はダイオード１６を通
して１点に、またダイオード１７を通してに点にも接続
されている。

また同ワンショットマルチバイブレータ−２４の出力端
はＮＰＮ）ランシスター２５のベースに接続され同ＮＰ
Ｎｌ−ランシスター２５のエミッターは電源の陰極に、
コレクターはダイオード３８．３９．４０．４１のカソ
ードに接続されている。

以上の構成において、３〜４２は、直流電動機４３を制
御対象とし、舵角設定器（第１の可変抵抗器１が相当）
よりの電気信号を基準信号とし、舵角検出器（第２の可
変抵抗２が相当）よりの電気信号を検出信号とし、これ
らの信号によって動作する制御器を構成するものである
。

また、前記舵角設定器と舵角検出器と直流電動機４３の
回路とは制御器３〜４２を介して閉ループ回路を構成し
ているものである。

以上のような構成の動作説明を以下に行なう。

今、各回路に電源が供給される動作状態にあり舵、すな
わち直流電動機が停止しである舵角に停止している場合
を考える。

この状態では直流電動機４３には電圧がかかつておらず
、トランジスター２６２９、３２．３３．３５．３６は
オフでＣ点とＤ点の電位は低くなっている。

これは電圧比較器１３と１４のそれぞれの出力端ＪとＫ
がイ氏くなっていることにより、Ｂ点の方形波がＣ点、
またはＤ点まで伝達されないためで、これはＡ点の電位
がＦ点とＧ点の電位の間にあることになる。

次に舵角設定用の可変抵抗器１を操作しある舵角に設定
したとすると、この変化分は誤差増巾器によって増巾さ
れＡ点の電位が動き、今Ａ点の電位がＦ点の電位よりも
高くなったとすると、電圧比較器１３が動作して１点の
電位が高くなる。

するとＣ点にはＢ点よりの方形波があられれ、トランジ
スター３２に方形波状のベース電流が流れることになり
同トランジスター３２のコレクターとエミッターにつな
がれているトランジスター２６とトランジスター３３が
方形波状にオン、オフを繰りかえし直流電動機４３に方
形波状の電圧が印加されることになる。

したがって舵が動くことになる。

舵が動くと、舵角検出器であるところの可変抵抗器２の
出力電圧が変化し、この変化分は誤差増巾器によって増
巾される。

今、この変化の方向が前記舵角設定器であるところの可
変抵抗器１の変化分を打ち消す方向に接続されているた
めＡ点の電位が舵が動くにつれて徐々に低下しある時点
でＦ点の電位よりも小さくなる。

すると、１点の電位が下がりＣ点の電位も下がってトラ
ンジスター３２には方形波状のベース電流が流れなくな
り、直流電動機４３には電圧がかからなくなると同時に
、１点にダイオード１６を通してトリガ端を接続されて
いるワンショツ）へマルチバイブレータ−２４がトリガ
されてＨ点の電位が上がりトランジスター２５が、前記
ワンショットマルチバイブレーク−２４のトリガ後の安
定時間Ｔのみ導通状態となる。

したがってトランジスタ３２．３５のベースは低く押さ
えられて、ベースに信号が入るのを遮断するとともにト
ランジスター２６．２９が導通状態となり直流電動機４
３は電機子が短絡されて発電制動がかかることになる。

これはＴ時間後に開放されることになる。

また舵角設定器である前記可変抵抗器１の設定の変化分
が逆、すなわち舵が反対の方向に動くように設定した場
合、Ａ点の電位が低くなりＧ点の電位より低くなったと
すると、こんどはＤ点にＢ点の方形波があられれ、トラ
ンジスタ３５に方形波上のベース電流が流れることにな
り同トランジスター３５のコレクターとエミッターにつ
ながれているトランジスター２９と３６が方形波上にオ
ン、オフを繰り返えし、前述とは逆の方向に直流電動機
４３に方形波状の電圧が印加されることになる。

したがって舵が前述とは逆の方向に動くことになる。

舵が動くと前述と同様に可変抵抗器２の出力電圧が変化
し、前述の可変抵抗器１の変化分を打ち消す方向になり
Ａ点の電位が徐々に上昇し、ある時点でＧ点の電位より
も大きくなる。

するとに点の電位が低くなって、トランジスター３５に
はベース電流が流れなくなって直流電動機４３には電圧
が印加されなくなると同時に前述と同様に時間Ｔの間前
記直流電動機４３の電機子が短絡されて発電制動がかか
る。

ここで前述の場合も後述の場合も舵は舵角設定器である
ところの可変抵抗器１によって設定された位置に停止す
ることになる。

以上の動作の様子を第３図に示す。

第３図において、横軸は時間軸であり、各符号は第２図
の各部の符号に対応し、それぞれ電圧波形を示す。

本考案の電動操舵装置の一実施例は上述のごとくである
が、その実際の構成にあたっては可変抵抗器１、すなわ
ち舵角設定器を任意長のケーブルにて接続し携帯可能な
ものとすれば操舵をリモートコントロールすることがで
きる。

しかも可変抵抗器２３、すなわち直流電動機４３への回
転時の印加平均電圧をパルス巾制御によって可変、すな
わち回転速度を可変として舵の動く角速度を調整できる
前記可変抵抗器２３、すなわち速度調整器をも任意長の
ケーブルにて接続し携帯可能なものとすれば舵の動く角
速度をリモートコントロールでき、船の航行速度に応じ
て適当な舵の角速度を得ることができる。

また直流電動機４３は通常の分巻、直巻、複巻の直流電
動機でよいが、この直流電動機に永久磁石界磁型扁平電
機子電動機を使用すれば、電動操舵装置として使用した
場合、次のような利点がある。

１ 界磁がないためそのための電源が不要。

２ 電機子のイナーシャが小さいため運転、停止し繰り
返えしに都合がよく、しかも制動をかけた場合、短時間
で停止するため舵の設定角度の精度が向上する。

３ 通常の電機子に鉄心を有する直流電動機に比べて温
度上昇に強いため過負荷に強い。

したがつて短時間であれば大きなトルクを出すことがで
き有利である。

４ 同一出力の通常の電機子に鉄心を有する直流電動機
に比べて一般に小型であるため装置全体として小さくで
きる。

また、本考案による電動操舵装置は直流電動機の制動装
置を有するが、このような制動装置を有していない場合
には、舵が徐々に動いて設定した舵角にまできて直流電
動機の電源を切ったのみでは可動部のイナーシャのため
設定精度を上げることができないこととなって不都合で
あるが、本考案ではそのようなこともなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電動操舵装置の構成図、第２図は本考案
の一実施例における電動操舵装置の構成図、第３図は第
２図の電動操舵装置の動作説明図である。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. （１）第１の可変抵抗器を用いて回転角度に応じた電気
   信号を出力できる舵角度設定器と、舵の回転と連動され
   た第２の可変抵抗器により前記舵の回転角度に応じた電
   気信号を出力できる舵角検出器と、前記舵を動かすため
   の直流電動機と、この直流電動機への通電を制御する直
   流電源に接続されたトランジスタブリッヂ回路と、この
   トランジスタブリッヂ回路の各トランジスタのベース電
   流をスイッチング制御して前記直流電動機への印加電圧
   を制御すると共に、前記舵角設定器の出力信号と前記舵
   角検出器の検出信号の差の電圧の極性によって前記直流
   電動機への印加電圧の極性を変え、かつ、前記差電圧が
   ゼロになったときに所定時間前記直流電動機を短絡する
   制御器を備え、前記直流電動機への印加電圧を可変させ
   る速度調整器と前記舵角度設定器を前記制御器にケーブ
   ルを介して接続した電動操舵装置。
2. （２）直流電動機に永久磁石界磁型扁平電機子電動機を
   使用した実用新案登録請求の範囲第１項記載の電動操舵
   装置。