JPS5940678B2 - 船舶用操舵装置の故障検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、船舶の操舵を船橋などからの遠隔操作によ
って行なう操舵装置において、その故障を−早く検知し
て適切安全な処置を講するための船舶用操舵装置の故障
検出装置に関する。

船舶の操舵は、船橋などの視界の広い場所に設置された
操舵スタンドによって遠隔操作されるのが一般であり、
その操舵装置としては第１図や第２図のブロックダイヤ
グラムに示す電動油圧式のものが最も一般的に使用され
ている。

第１図の装置についてその動作の概略を説明すると、操
舵スタンドの操舵輪１を回転するとこれに結合されたポ
テンショメータ２に、操舵輪１の回転方向によって極性
が異なり、かつ回転角度に大きさが比例する直流電圧が
誘起される。

この電圧は減算器３をとおして増幅器４に加えられて増
幅されたのち、電磁弁５を動作させる。

電磁弁５が動作するとこれによって油圧パワーユニット
６が作動し油圧シリンダが舵柄７を回転させて舵８がと
られる。

この場合、舵８の回転方向は操舵輪１の回転方向すなわ
ち、ポテンショメータ２の出力の極性によって変り、操
舵輪１で面舵をとるか取舵をとるかによって舵８はその
方向に回転する。

一方、舵８が回転するとこれに連続されたポテンショメ
ータ９が出力し、この出力は減算器３に入力されてポテ
ンショメータ２の出力を打消すように作用する。

舵８が操舵輪１の命令舵角どおり動いた時点で両ポテン
ショメータ２，９の出力が等しくなり、増幅器４の入力
が０となって舵が停止する。

この方式は、油圧パワーユニット６の油圧シリンダで直
接舵柄７を動かすようにしたもので、比較的小型の舵に
使用される。

大型の舵に対しては、第２図のブロックダイヤグラムに
示すように油圧パワーユニット６により、更に大きな容
量を持つ油圧パワーユニット１０を制御し、舵は出力の
大きい油圧パワーユニット１０によって動かされる。

その他の構成、機能は第１図のものと同様である。

以上、最も一般的に使用されている電動油圧式の操舵装
置についてその構成と機能の概要を説明したが、このよ
うな操舵装置においても最も必要な要件は操舵性能が優
れていることのほかに装置の故障が少なく信頼性が高い
ということである。

このため操舵装置では、その各構成ユニットの耐人件や
安全率に十分な配慮が加えられているが、装置が電子回
路、油圧回路、機構部などで複雑に構成されており、ま
た使用条件や環境の悪いこともあって、仲々故障絶無と
いうわけにはゆかないのが実状である。

一方、操舵装置の故障は、特に沿岸付近や狭水路などで
操舵輪によって手動操舵しているときその影響するとこ
ろが極めて重大で、衝突や座礁などの事故を誘発するこ
とが多い。

従って、操舵装置の故障は−早く検出されて機側での直
接操舵や船舶の停止などの緊急処置をとることが大切で
ある。

ところが、従来このような操舵装置の故障を検出する方
法としては、装置の電源が故障した場合の無電圧警報や
油圧ポンプ駆動電動機の過負荷警報や油圧回路の圧力が
出ていないことを警報する圧力低下警報など、ある限定
された部分の故障だけを検出する方法しかとられてない
。

このような方法では、監視部分以外にも例えば追従機構
のレバーが折損したり、電磁弁のソレノイドがスティッ
クして動かなくなったり、ポテンショメータが断線した
り、また油圧回路中にリークを生じて、舵の動作速度が
遅くなった場合など操舵装置の故障要因が他にも多数存
在しているため、操舵装置の故障を検出する完全な方法
とはなり得てない。

この発明の故障検出装置は舵が操舵輪の命令舵角に追従
しているかどうか、追従の方向は正しいかどうかおよび
追従の速度は適正であるかどうかを監視するようにして
操舵装置の故障を舵の動作の異常でとらえるようにした
もので、これにより船舶用の操舵装置のあらゆる部分の
故障を検出する方法を提供し、船舶の安全航行に寄与す
ることを目的としている。

以下、図面にもとづいてこの発明の詳細な説明する。

第３図は、シンクロ電機を使用したこの発明の実施例で
、図においてシンクロ発信機２０の回転子２０−１は舵
軸１２に連結されていて舵軸１２の回転に従って回転し
、かつ交流電源Ｅで励磁されており、３相の固定子捲線
２０−２はそれぞれシンクロ変圧器２１の３相固定子捲
線２１−２に接続されている。

一方、シンクロ変圧器２１の回転子２１−１は操舵輪１
７に連結されていて、操舵輪１７の操作によって回転す
る。

更に、もう１個のシンクロ変圧器２２がその３相固定子
捲線２２−２を前記シンクロ発信機２０およびシンクロ
変圧器２１の３相固定子捲線２０−２と２１−２に接続
され、回転子２２−１を固定して設置されている。

これらのシンクロ電機２０．２１および２２は舵角が０
１操舵輪がＯ位置で、回転子２１−１にも２２−１にも
電圧が誘起されないように最初０調整されている。

回転子２１−１には操舵輪１７と舵軸１２との偏差電圧
が発生し、回転子２０−１は舵軸１２と同期して回転し
舵軸１２そのものの動きを表わす。

回転子２１−１および２２−１に誘起される電圧は、そ
れぞれデモシュレータ２３および２４によって直流電圧
に変換され、例えば舵軸１２が００、操舵輪１７が００
の状態から操舵輪１Ｔを面舵側に回転したときはデモシ
ュレータ２３の出力の極性が十になり、逆に取舵側に回
転したときは−になるとする。

デモシュレータ２４の出力は舵軸１２の回転速度を求め
るために使われるが、この出力を微分回路２５を通した
あとの舵軸１２の回転速度信号は、舵軸１２が面舵側に
回転しているときは−、取舵側に回転しているときは十
とする。

ここで、シンクロ発信機２０、シンクロ変圧器２１およ
びデモシュレータ２３が命令舵角と実舵角の差の大きさ
とその極性を演算する回路を構成し、シンクロ発信機２
０、シンクロ変圧器２２、デモシュレータ２４、および
微分回路２５が舵の動く速度とその極性を演算する回路
を構成している。

いまデモシュレータ２３．２４および微分回路２５の出
力をそれぞれ■１．■２および？２とすると、これらの
電圧の極性および変化の状態は第４図のタイムチャート
に示すようになる。

図において、ａは操舵輪１７をＯ位置から面舵方向に一
定角度回転した場合、ｂは同じく取舵方向に回転した場
合、Ｃは面舵方向に回転してあった操舵輪を０位置の方
向に戻した場合、ｄは同じく取舵方向に回転してあった
のを０位置の方向に戻した場合を示している。

図において、■１とＭ２の実線は舵が命令舵角の方向に
正しく追従したときの電圧を示し、点線は操舵装置の故
障で舵が命令舵角と逆方向に動いた場合の電圧を示して
いる。

図に示すように、命令舵角に舵が正しく追従した場合は
ＶｌとＭ２はその極性が異なり、命令舵角と逆方向に舵
が動いた場合はＶｌとＭ２の極性が同じとなる。

従って、Ｖｌと！、のの極性を監視することによって舵
の追従方向が正しいか或いは舵が逆方向に動いているか
を検出することができる。

これがこの発明の第一の故障検出方法である。

つぎに命令舵角を発したのに舵が追従動作をしない場合
および舵の追従速度が規定値より遅い場合は？２の絶対
値が規定値より小さくなるので、Ｍ２を監視することに
より異常状態が判明する。

これがこの発明の第二の故障検出方法である。

しかし、操舵装置による舵の追従は、一般的には第４図
のＶ２電圧で示すように追従の初期にその速度がやや遅
くその後一定速度となり最終点付近でまた速度が落ちる
ような特性を持っているので注意を要する。

そこで、この発明の第二の故障検出方法として、操舵輪
１７による命令がなされて、■１が成る一定値０１以上
になってから成る一定時間ｔ１後もなおかつずつと０１
以上の電圧を示しているときのＭ２の値が基準値ｅ２以
下であったときを故障状憐と考える。

その方法としては例えば第３図においてＶｌの信号を比
較回路２６に入れてあらかじめ加えられている基準電圧
ｅ１と比較し、基準電圧ｅ１を越えたときに出力が制御
回路２７に送られるようにする。

御回路２７に送られ、この制御回路２７は入力信号をｔ
１秒間受は続けると、微分回路２５に出力命令パルスを
送り、そのときのや、かつぎの比較回路２８に送られ、
この比較回路２８は基準電圧ｅ２とや２を比較してＭ２
がｅ２より小さいときに警報信号を制御回路２９に送る
如く構成された第２の故障検出手段により制御回路２９
を介して表示警報回路３０を作動させる。

ここでｔ、およびｅｌはさきに述べた舵の動作特性とし
て、操舵輪１７と舵軸１２の偏差角度が３°となり、ま
た約３秒後に舵が最大速度に達するとすれば、余裕をと
って例えばｅｌは５°に相当する電圧、ｔｌは５秒とす
ればよい。

また、基準電圧ｅ２は正規の追従速度に相当するＭ２よ
り低い一定値に定める。

操舵装置の一般的な追従速度は６５°／ ２８ ｓｅｃ
以上と定められているので、余裕をとって例えばｅ２は
６５°／ ６０ ｓｅｃに相当する値とする。

このようにして、追従速度が遅い場合の表示警報が行な
われる。

つぎに、この発明の第一の検出方法である舵が命令舵角
と逆方向に動いた場合の表示警報であるが、これは制御
回路２７から送られるｔ１秒後のＶｌとｖ２信号とを比
較回路３１が受けて両信号の極性を判別し、これらが同
極性の場合、比較回路３１が制御回路２９へ警報信号を
出力する如く構成された第１の故障検出手段により制御
回路２９を介して表示警報を行なう。

以上は、シンクロ電機を使用してこの発明の方法を実施
した場合について述べたが、シンクロ電機の代りにポテ
ンショメータを使用しても同様にこの発明を実施するこ
とができる。

この場合は、第５図に示す如く、ポテンショメータを２
個使用し、このうちポテンショメータ３２の摺動片３４
を操舵輪１７に連結し、もう１個のポテンショメータ３
３の摺動片３５を舵軸１２に連結する。

両ポテンショメータ３２．３３の両端にはそれぞれ図に
示すごとく＋■ 、−Ｖ の一定の直流電圧が加えられ
、操舵輪１７および舵軸１２がＯ位置のときポテンショ
メータ３２．３３の摺動片３４゜３５はそれぞれ中間位
置にあって出力がＯの状態に調整されている。

いま、操舵輪１７を右に回転するとポテンショメータ３
２の摺動片３４にその回転角度に比例した十の電圧が誘
起され、これが減算器３６をとおして増幅器３７に加え
られ、増幅器３７が＋■１を出力する。

一方、舵が追従してゆくに従って、ポテンショメータ３
３がＯからその出力電圧を増してゆき、これが減算器３
６に加えられ、さきのポテンショメータ３２の出力を打
消すように作用する。

追従が完全に終るとポテンショメータ３２と３３の出力
が等しくなり、増幅器３７の入力が０となって■、もＯ
に減衰する。

一方、ポテンショメータ３３の出力は増幅器３８にも加
えられてＶ２の信号となり、更に微分回路３９をとおし
でや２の信号として取り出される。

操舵輪１７を左回転した場合は各信号の極性が変り、■
１．ｖ２および？２の各信号の関係はシンクロ電機を使
った場合と第４図でＶ２とや、の点線と実線が逆になる
ほかは全く同じになる。

なお、この場合のＶｌ、♀２信号以後の回路は第２図に
示すものと同じものでよい。

以上、実施例について説明したようにこの発明による船
舶用の操舵装置の故障検出装置は、操舵装置の故障を舵
が命令舵角に対応して正しく動作するか否かを監視して
検出するようにしたもので、従来の故障検出が装置の限
られた部分のみを対象としていた欠点を除去し、装置全
般の故障を監視できるようにしたもので、これによりど
のような故障に対しても緊急に応急処置がとれるように
して船舶の航行をより安全なものとする効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図および第２図は船舶用操舵装置の構成、機能を示
すブロックダイヤグラム、第３図はこの発明の装置をシ
ンクロ電機を使用して実施した場合のブロックダイヤグ
ラムで第４図はその各部の電圧の関係を示すタイムチャ
ート、第５図はこの発明の装置をポテンショメータを使
用して実施した場合のブロックダイヤグラムである。 １２・・・・・・舵軸、１７・・・・・・操舵輪、２０
，２１ 。 ２２・・・・・・シンクロ電機、２３，２４・・・・・
・デモシュレータ、２５，３９・・・・・・微分回路、
２６，２８゜３１・・・・・・比較回路、２７，２９・
・・・・・制御回路、３０・・・・・・表示警報回路、
３２，３３・・・・・・ポテンショメータ、３６・・・
・・・減算機、３７．３８・・・・・・増幅器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 命令舵角と実舵角との偏差角の大きさとその極性を
   演算する回路と、舵の動く速度の大きさとその極性を演
   算する回路と、これ等の演算回路から得られた上記偏差
   角と上記舵の動く速度とを比較して両者の極性を判別し
   極性が同じであるとき警報信号を出力する第１の故障検
   出手段と、命令舵角を発し偏差角が所定時間越えかつ所
   定の基準・値以上であるときの上記舵の動く速度の大き
   さが所定の基準値より小さいとき警報信号を出力する第
   ２の故障検出手段とを有し、上記各警報信号により舵の
   動作異常を検出することを特徴とする船舶用操舵装置の
   故障検出装置。