KR100700057B1 - Electric power steering module and device for a small vessel - Google Patents
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Abstract
본 발명은 선박용 전동식 조타 장치에 관한 것으로서, 조타 핸들과; 상기 조타 핸들에 인가되는 조타력을 감지하고 보조력을 발생시키는 전동식 조타 모듈과; 상기 전동식 조타 모듈에 의해 감지된 조타력으로부터 보조력을 계산하고 당해 계산된 보조력을 발생하도록 상기 전동식 조타 모듈을 제어하는 컨트롤 유닛과; 상기 전동식 조타 모듈에 인가되는 조타력 및 상기 발생된 보조력에 의해 유압을 발생시키는 헬름 펌프와; 상기 헬름 펌프로부터 인가되는 유압에 의해 러더를 구동하는 러더 실린더를 포함한다. 그리고, 상기 전동식 조타 모듈은 상기 조타 핸들이 체결되는 핸들축 샤프트와; 상기 헬름 펌프를 회전시키는 펌프측 샤프트와; 상기 핸들측 샤프트가 회전하여 좌우 공차 범위에 도달하면 펌프측 샤프트가 종동 회전하도록 상기 핸들축 샤프트와 펌프측 샤프트를 연결하는 토션바와; 상기 토션바의 뒤틀림을 측정하여 상기 조타 핸들에 인가되는 조타력을 감지하는 토크 센서와; 상기 컨트롤 유닛에 의해 제어되어 상기 펌프측 샤프트에 보조력을 인가하는 모터를 포함한다.The present invention relates to an electric steering apparatus for ships, comprising: a steering handle; An electric steering module which senses a steering force applied to the steering handle and generates an auxiliary force; A control unit for calculating the assisting force from the steering force sensed by the electric steering module and controlling the electric steering module to generate the calculated assisting force; A helm pump generating hydraulic pressure by a steering force applied to the electric steering module and the generated auxiliary force; It includes a rudder cylinder for driving the rudder by the hydraulic pressure applied from the helm pump. The electric steering module includes a handle shaft shaft to which the steering handle is fastened; A pump side shaft for rotating the helm pump; A torsion bar connecting the handle shaft and the pump side shaft to rotate the pump side shaft when the handle side shaft rotates to reach a left and right tolerance range; A torque sensor which measures the twist of the torsion bar and detects a steering force applied to the steering handle; And a motor controlled by the control unit to apply an auxiliary force to the pump side shaft.
선박, 조타, 러더, 전동식, 헬름 펌프, 토션바, 토크 센서 Marine, steering, rudder, electric, helm pump, torsion bar, torque sensor
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조타 장치의 구성도.1 is a block diagram of an electric steering apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조타 장치에서 EPS 모듈, 조타 핸들 및 헬름 펌프의 결합 상태를 도시한 측면도.Figure 2 is a side view showing a combined state of the EPS module, steering wheel and helm pump in the electric steering apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조타 장치에서 EPS 모듈의 구성 개념도.3 is a conceptual view illustrating the configuration of an EPS module in the electric steering apparatus according to the preferred embodiment of the present invention.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조타 장치에서 EPS 모듈의 상세 구성을 도시한 정단면도 및 측단면도.4A and 4B are front and side cross-sectional views showing the detailed configuration of the EPS module in the electric steering apparatus according to the preferred embodiment of the present invention.
도 5는 EPS 모듈의 토션바와 결합하여, 이에 인가되는 토크를 측정하는 토크 센서의 구성도. 5 is a configuration diagram of a torque sensor coupled to the torsion bar of the EPS module to measure the torque applied thereto.
도 6은 도 5의 토크 센서를 구성하는 슬라이스 플레이트를 샤프트의 축 방향에서 바라본 정면도.FIG. 6 is a front view of the slice plate constituting the torque sensor of FIG. 5 as viewed in the axial direction of the shaft; FIG.
도 7은 사각 돌기가 형성된 슬라이스 플레이트의 회전에 따라 토크 센서에서 감지되는 전압 파형도.7 is a voltage waveform diagram detected by the torque sensor in accordance with the rotation of the slice plate is formed with a square projection.
도 8은 톱니 형태의 돌기가 형성된 슬라이스 플레이트의 회전에 따라 토크 센서에서 감지되는 전압 파형도.8 is a voltage waveform diagram detected by a torque sensor in accordance with rotation of a slice plate having a sawtooth-shaped protrusion formed.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 전동식 조타 모듈(EPS 모듈) 105 : 핸들측 샤프트100: electric steering module (EPS module) 105: handle side shaft
110 : 펌프측 샤프트 115 : 토션바110: pump side shaft 115: torsion bar
120 : 웜기어 125 : 웜120: worm gear 125: worm
130 : DC 모터 135a, 135b : 슬라이스 플레이트130:
140a, 140b : 발광 센서 145a, 145b : 수광 센서140a, 140b:
150 : PCB 기판 200 : 조타 핸들150: PCB substrate 200: steering wheel
300 : 헬름 펌프 400 : 러더 실린더300: helm pump 400: rudder cylinder
500 : 유압 호스 600 : 클러치 및 거버너500: hydraulic hose 600: clutch and governor
700 : 컨트롤 유닛(ECU) 800 : 리모트 컨트롤러700: control unit (ECU) 800: remote controller
900 : 배터리900: battery
본 발명은 선박용 전동식 조타 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 조타 핸들에 인가된 조타력에 대응하여 직류(DC) 모터에 의하여 보조력을 생성함으로써 간단한 구조로 우수한 조타성을 발휘할 수 있는 전동식 조타 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an electric steering apparatus for ships, and more particularly, an electric steering apparatus that can exert excellent steering performance with a simple structure by generating an auxiliary force by a direct current (DC) motor in response to a steering force applied to a steering wheel. It is about.
일반적으로 선박에 사용되는 조타 장치는 선미 등에 장착된 러더(Rudder, "타" 또는 "키"라고도 칭함)의 각도를 조절함으로써 선박의 진행 방향을 변경하거나 유지할 수 있도록 하는 장치로서, 선박의 선회 능력에 지대한 영향을 미친다. 그런데, 소형 어선 또는 요트 등과 같이 소형 선박은 대형 선박과 달리 조타 장치의 설치 공간에 제약이 많기 때문에 보다 컴팩트한 구조의 조타 장치가 채용된다.In general, the steering device used in ships is a device to change or maintain the direction of the ship by adjusting the angle of the rudder (also called "rudder" or "key") mounted on the stern, etc. Has a profound effect on However, since a small vessel such as a small fishing boat or a yacht has a lot of restrictions on the installation space of the steering apparatus, unlike a large vessel, a more compact steering apparatus is employed.
소형 선박에 통상적으로 채용되는 조타 장치로는, 예컨대, 수동으로 헬름 펌프를 조작하여 유압 호스를 통해 헬름 펌프와 연결된 선미의 스티어링 실린더 또는 러더 키트를 구동하는 수동식 유압 헬름 조타 장치와, 선박 엔진을 동력원으로 하여 발생된 유압을 제어하여 선미의 스티어링 실린더 또는 스티어링 기어에 전달함으로써 이에 연결된 러더의 방향을 조절하도록 구성된 유압식 파워 조타 장치 등이 있다. Steering systems typically employed in small vessels include, for example, manual hydraulic helm steering units which manually operate a helm pump to drive a stern steering cylinder or rudder kit connected to the helm pump via a hydraulic hose, and a ship engine as a power source. Hydraulic power steering device configured to control the direction of the rudder connected thereto by controlling the hydraulic pressure generated by the transmission to the steering cylinder or the steering gear of the stern.
그런데, 전술한 수동식 유압 헬름 조타 장치는 구조가 간단하고 설치가 용이한 장점이 있으나, 고속 및 급선회가 불가능하고 조향성이 떨어지는 단점이 있다. 그리고, 유압식 파워 조타 방식은 운전 조향성이 뛰어나고 고속 운전에 적합하지만, 유압 계통이 복잡할 뿐만 아니라 엔진 출력의 일부를 조타 장치에 활용하기 때문에 엔진 효율이 감소하고 엔진이 운전 중일 때만 정상적으로 작동하는 단점이 있다. 이에 따라, 소형 선박보다는 주로 중, 대형 선박에 사용된다.By the way, the above-described manual hydraulic helm steering apparatus has the advantages of a simple structure and easy installation, but has a disadvantage of high speed and rapid turning and poor steering. In addition, the hydraulic power steering method has excellent driving steering ability and is suitable for high speed operation, but since the hydraulic system is complicated and part of the engine output is utilized for the steering device, the engine efficiency is reduced and it operates normally only when the engine is running. have. Accordingly, it is mainly used for medium and large vessels rather than small vessels.
이와 같이, 소형 선박에서 충분한 조타 능력을 확보하기 위해서는 성능이 우수한 유압식 파워 조타 방식을 채용하여야 하나, 복잡한 구조 및 비용 상의 문제로 인하여 현실적으로 적용하기가 곤란한 측면이 있다. 따라서, 소형 선박에 주로 채용되는 수동식 유압 헬름 조타 방식과 유압식 파워 조타 방식의 장점을 결합하여 소형 선박에 적용할 수 있는 조타 장치의 개발이 절실히 요구되고 있다.As such, in order to secure sufficient steering capability in a small ship, a hydraulic power steering system having excellent performance should be employed, but it is difficult to apply practically due to complicated structure and cost problems. Accordingly, there is an urgent need for the development of a steering device that can be applied to a small ship by combining the advantages of a manual hydraulic helm steering method and a hydraulic power steering method, which are mainly employed in a small ship.
전술한 문제점을 해결하고자, 본 발명은 종래의 수동식 유압 헬름 조타 장치에서 헬름 펌프를 조작하기 위해 엔진과는 별도의 보조 동력원을 결합시킴으로써 보다 간편한 구조로 유압식 파워 조타 방식에 준하는 성능을 발휘할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.In order to solve the above-described problems, the present invention is to combine the auxiliary power source separate from the engine to operate the helm pump in the conventional manual hydraulic helm steering device to achieve a performance equivalent to the hydraulic power steering system with a simpler structure Its purpose is to.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 측면에 따르면, 러더를 구동하는 선박용 전동식 조타 장치가 제공되며, 조타 핸들과; 상기 조타 핸들에 인가되는 조타력을 감지하고 보조력을 발생시키는 전동식 조타 모듈과; 상기 전동식 조타 모듈에 의해 감지된 조타력으로부터 보조력을 계산하고 당해 계산된 보조력을 발생하도록 상기 전동식 조타 모듈을 제어하는 컨트롤 유닛과; 상기 전동식 조타 모듈에 인가되는 조타력 및 상기 발생된 보조력에 의해 유압을 발생시키는 헬름 펌프와; 상기 헬름 펌프로부터 인가되는 유압에 의해 러더를 구동하는 러더 실린더를 포함한다. 그리고, 상기 전동식 조타 모듈은 상기 조타 핸들이 체결되는 핸들축 샤프트와; 상기 헬름 펌프를 회전시키는 펌프측 샤프트와; 상기 핸들측 샤프트가 회전하여 좌우 공차 범위에 도달하면 펌프측 샤프트가 종동 회전하도록 상기 핸들축 샤프트와 펌프측 샤프트를 연결하는 토션바와; 상기 토션바의 뒤틀림을 측정하여 상기 조타 핸들에 인가되는 조타력을 감지하는 토크 센서와; 상기 컨트롤 유닛에 의해 제어되어 상기 펌프측 샤프트에 보조력을 인가하는 모터를 포함한다.In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a marine electric steering device for driving a rudder, the steering handle; An electric steering module which senses a steering force applied to the steering handle and generates an auxiliary force; A control unit for calculating the assisting force from the steering force sensed by the electric steering module and controlling the electric steering module to generate the calculated assisting force; A helm pump generating hydraulic pressure by a steering force applied to the electric steering module and the generated auxiliary force; It includes a rudder cylinder for driving the rudder by the hydraulic pressure applied from the helm pump. The electric steering module includes a handle shaft shaft to which the steering handle is fastened; A pump side shaft for rotating the helm pump; A torsion bar connecting the handle shaft and the pump side shaft to rotate the pump side shaft when the handle side shaft rotates to reach a left and right tolerance range; A torque sensor which measures the twist of the torsion bar and detects a steering force applied to the steering handle; And a motor controlled by the control unit to apply an auxiliary force to the pump side shaft.
이 때, 상기 토크 센서는 발광 센서 및 수광 센서에 의하여 상기 토션바의 공차를 감지하고, 상기 컨트롤 유닛은 상기 핸들측 샤프트가 회전하여 상기 공차 범위에 도달할 때 상기 보조력을 인가하도록 상기 모터를 제어할 수 있다.At this time, the torque sensor detects the tolerance of the torsion bar by a light emitting sensor and a light receiving sensor, and the control unit is configured to apply the auxiliary force when the handle side shaft rotates to reach the tolerance range. Can be controlled.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 조타 핸들에 인가되는 조타력을 감지하고, 러더를 구동하는 보조력을 발생시키는 선박용 전동식 조타 모듈이 제공되며, 상기 조타 핸들이 체결되는 핸들축 샤프트와; 상기 헬름 펌프를 회전시키는 펌프측 샤프트와; 상기 핸들측 샤프트가 회전하여 좌우 공차 범위에 도달하면 펌프측 샤프트가 종동 회전하도록 상기 핸들축 샤프트와 펌프측 샤프트를 연결하는 토션바와; 상기 토션바의 뒤틀림을 측정하여 상기 조타 핸들에 인가되는 조타력을 감지하는 토크 센서와; 상기 토크 센서에 의해 감지된 조타력에 대응하여 상기 펌프측 샤프트에 보조력을 인가하는 모터를 포함한다.According to a second aspect of the present invention, there is provided an electric motor steering module for detecting a steering force applied to the steering handle and generating an auxiliary force for driving a rudder, the handle shaft shaft to which the steering handle is fastened; A pump side shaft for rotating the helm pump; A torsion bar connecting the handle shaft and the pump side shaft to rotate the pump side shaft when the handle side shaft rotates to reach a left and right tolerance range; A torque sensor which measures the twist of the torsion bar and detects a steering force applied to the steering handle; And a motor that applies an auxiliary force to the pump side shaft in response to the steering force sensed by the torque sensor.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명토록 하며, 도면 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일하거나 유사한 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to like or similar components throughout the drawings.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조타 장치의 구성을 도시한 것으로서, 전동식 조타 모듈(Electronic Power Steering Module, 이하 "EPS 모듈"이라 함)(100), 조타 핸들(200), 헬름 펌프(300), 러더 실린더(400), 유압 호스(500), 클러치 및 거버너(600), 컨트롤 유닛(700), 리모트 컨트롤러(800), 그리고 배터리(900)로 이루어져 있다.1 is a view showing the configuration of an electric steering apparatus according to a preferred embodiment of the present invention, an electric steering module (Electronic Power Steering Module, hereinafter referred to as an "EPS module") 100, a
EPS 모듈(100)은 도 2에 도시된 바와 같이, 그 전후에 조타 핸들(200) 및 헬름 펌프(300)가 각각 연결되며, 조타 핸들(200)의 조타력(FM)을 감지하여 토크 센서 신호(Sr)를 컨트롤 유닛(700)에 전달하며, 내부에 DC 모터를 구비하여 컨트롤 유닛으로부터 지시된 DC 모터 출력(FEM)을 헬름 펌프에 인가한다. 즉, 조타 핸들의 조타력(FM)과 EPS 모듈의 모터 출력(FEM)에 의한 보조 조타력이 합산되어 헬름 펌프를 작동시키며, 러더에 작용하는 조타 부하(FR)보다 큰 조타력이 헬름 펌프를 통해 러더 실린더(400)에 인가될 때 러더가 작동된다. EPS 모듈(100)의 보다 상세한 구성에 대해서는 도 3 내지 도 4를 참조하여 후술한다.As shown in FIG. 2, the
조타 핸들(200)은 EPS 모듈(100)의 핸들 샤프트에 연결되며, 공지된 바와 같이 조타 핸들을 좌현 또는 우현으로 조작이 가능하며, 사용자가 조타 핸들에 인가하는 조타력(FM)은 헬름 펌프에 전달됨과 동시에 전술한 바와 EPS 모듈에 의해 감지된다. The
헬름 펌프(300)는 조타 핸들(200) 및/또는 EPS 모듈(100)로부터 인가되는 조타력에 따라 회전축을 회전하여 유압을 발생시키며, 오일 순환을 위해 두 개의 오일 토출부가 마련되고 유압 호스(500)가 연결된다.The
러더 실린더(400)에는 러더가 결합되어, 유압 호스(500)를 통해 헬름 펌프(300)로부터 인가되는 유압에 의하여 러더를 구동한다. 한편, 기 설명한 바와 같이 러더에는 해수와의 마찰 등으로 인하여 러더의 동작을 방해하는 조타 부하(FR)가 작용하며, 선박의 속도가 증가할수록 이러한 마찰이 증가하므로 조타 부하(FR)도 증가한다.A rudder is coupled to the
클러치 및 거버너(600)는 컨트롤 유닛(700)의 제어 하에 엔진(도시되지 않음)의 변속 및 출력을 조절하며, 변속 상태 및 엔진 출력 상태와 관련된 정보를 컨트롤 유닛(700)에 제공한다. 또한, 클러치 및 거버너(600)의 수동 레버를 구비하고 있어, 컨트롤 유닛(700) 또는 리모트 컨트롤러(800)를 통해 인가되는 제어 신호뿐만 아니라 레버 조작에 의해서도 선박의 속도 및 기어를 조절할 수 있다.The clutch and
컨트롤 유닛(700)은 EPS 모듈(100)에 의해 감지된 토크 센서 신호(Sr)를 입력받고, 헬름 펌프(300)를 구동하는 보조력을 생성하도록 DC 모터 출력값(FEM)을 산출하여 EPS 모듈(100)에 전달한다. 이를 위해 EPS 모듈에는 DC 모터 출력값에 대응하는 구동 전류를 생성하는 DC 모터 구동 회로가 구비될 수 있다.The
한편, 선박 속도와 조타 부하(FR)가 상호 관련되기 때문에 선박 속도를 이용하여 조타 부하(FR)를 예측할 수 있으며, 이를 통해 조타 부하(FR)와 미리 지정된 조타력의 차이에 대응하는 값 이상을 DC 모터 출력값(FEM)으로 보상하도록 설정할 수 있다. 예컨대, 선박 속도가 증가할 경우에 조타 핸들에 요구되는 조타력(FM)도 함께 증가하도록 하거나, 선박 속도와 관계없이 일정한 조타력(FM)만으로 러더의 작동이 가능하도록 설정할 수도 있다. On the other hand, since the ship speed and the steering load (F R ) are correlated with each other, the steering speed (F R ) can be predicted using the ship speed, which corresponds to the difference between the steering load (F R ) and the predetermined steering force. The value can be set to compensate more than the DC motor output value (F EM ). For example, the crude inertia required for the steering wheel when the ship speed is increased (M F) or even to increase with, may be set to enable the operation of the rudder only certain crude inertia (M F), regardless of the vessel speed.
또한, 컨트롤 유닛(700)은 클러치 및 거버너(600)의 작동 상태를 모니터링하고, 사용자 명령에 응답하여 클러치 및 거버너(600)의 동작 상태를 변경하기 위한 제어 신호를 인가한다. 그리고, 컨트롤 유닛(700)은 GPS 장비와의 연동을 통해 자 동 항법 운전을 수행하도록 설정될 수 있다.In addition, the
리모트 컨트롤러(800)는 유선 또는 무선을 통해 컨트롤 유닛(700)에 연결되어 조타실 이외의 장소, 예컨대, 선박 갑판 등에서 EPS 모듈(100)과 클러치 및 거버너(600)를 제어할 수 있도록 한다. 즉, 리모트 컨트롤러(800)는 EPS 모듈(100)과 클러치 및 거버너(600)의 동작 상태를 화면에 표시하여 사용자가 인식할 수 있도록 하며, 조작 버튼을 구비하여 이들을 제어하는 신호를 컨트롤 유닛(700)에 전달한다. 이에 따라, 선박의 조타실 외에 갑판 등에서도 러더 및/또는 엔진 출력 등을 확인하고 이를 제어할 수 있는 장점이 있다. The
마지막으로, 배터리(900)는 컨트롤 유닛(700) 및 EPS 모듈(100)에 동작 전원을 공급하며, EPS 모듈(100)은 컨트롤 유닛(700)을 거쳐 DC 전압을 제공받을 수 있다.Finally, the
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조타 장치에서 EPS 모듈의 구성 개념도이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동식 조타 장치에서 EPS 모듈의 상세 구성을 도시한 정단면도 및 측단면도이다.3 is a conceptual view of the configuration of the EPS module in the electric steering apparatus according to a preferred embodiment of the present invention, Figures 4a and 4b is a front sectional view showing a detailed configuration of the EPS module in the electric steering apparatus according to a preferred embodiment of the present invention. And side cross-sectional view.
도시된 바와 같이, EPS 모듈은 조타 핸들이 체결되는 핸들측 샤프트(105)와, 헬름 펌프의 회전축 또는 기어축에 연결되는 펌프측 샤프트(110)가 토션바(115)에 의해 연결된다. 토션바(115)는 상기 핸들측 샤프트가 회전하여 좌우 공차 범위(즉, 공차 한계)에 도달하면 펌프측 샤프트가 종동 회전하도록 한다. 보다 구체적으로 살펴보면, 토션바(115)는 핸들측 샤프트(105)와 펌프측 샤프트(110)를 스프링 핀으로 각각 고정함으로써, 핸들측 샤프트(105)에 조타력(회전력)이 인가되면 예컨대, 좌우 7ㅀ의 공차 범위 내에서 서로 비틀리면서 토크가 발생하고, 7ㅀ에 도달할 때 펌프측 샤프트(110)가 회전하며, 핸들측 샤프트의 회전력이 소거되는 경우에는 다시 원상태로 복원된다. As shown, the EPS module is connected to the
그리고, 상기 펌프측 샤프트에는 웜기어(120)가 연결되며, 상기 웜기어와 치차 결합된 웜(125)을 DC 모터(130)의 회전축에 부착한다. DC 모터(130)에는 전술한 바와 같이 컨트롤 유닛(700)에 의해 DC 모터 출력값(FEM)에 대응하는 구동 전류가 인가되며, 이에 따라 DC 모터(130)에 부착된 웜(125)의 회전력이 웜기어(120)를 통해 펌프측 샤프트(110)에 전달된다.In addition, a
한편, 전술한 EPS 모듈의 구성에 따르면, 조타 핸들에 의해 핸들측 샤프트에 인가되는 회전력, 즉 조타력만으로도 펌프측 샤프트를 회전시킬 수 있기 때문에, DC 모터에 의해 보조력이 인가되지 않더라도 수동 조작이 가능하다.On the other hand, according to the above-described configuration of the EPS module, since the pump side shaft can be rotated only by the rotational force applied to the handle side shaft by the steering handle, that is, the steering force, manual operation is performed even if the auxiliary force is not applied by the DC motor. It is possible.
도 5는 EPS 모듈의 토션바에 인가되는 토크를 측정하기 위한 토크 센서를 도시한 것이며, 도 6은 도 5의 토크 센서를 구성하는 슬라이스 플레이트를 샤프트의 축 방향에서 바라본 정면도이다.FIG. 5 illustrates a torque sensor for measuring torque applied to the torsion bar of the EPS module, and FIG. 6 is a front view of the slice plate constituting the torque sensor of FIG. 5 as viewed from the axial direction of the shaft.
도시된 바와 같이, 핸들측 샤프트(105)와 펌프측 샤프트(110)에는 상호 대향하도록 플랜지(105a, 110b)가 마련되며, 플랜지(105a, 110b)의 단부에는 그 외주면을 따라 톱니 또는 사각 형태의 돌기가 주기적으로 돌출 형성된 슬라이스 플레이트(135a, 135b)가 부착된다. As shown in the figure, the
그리고, 각 슬라이스 플레이트(135a, 135b)의 돌기 위치에 대응하여 한 쌍의 발광 센서 및 수광 센서(140a 및 145a; 140b 및 145b)가 양 샤프트의 축 방향을 따라 상하로 대향하도록 PCB 기판(150) 상에 설치되어 있으며, 발광 센서(140a, 140b)로부터 방출된 광을 수광 센서(145a, 145b)에서 감지하도록 구성되어 있다. 이 때, 양 샤프트의 회전에 따라 슬라이스 플레이트의 돌기 위치(도 6의 A)에 발광 센서 및 수광 센서가 위치하면, 발광 센서로부터 방출된 광이 돌기에 의해 차단되어 수광 센서에서 광이 검출되지 않는다. 반대로, 슬라이스 플레이트의 돌기 사이(도 6의 B)에 발광 센서 및 수광 센서가 위치하면, 발광 센서로부터 방출된 광은 돌기 사이에서 내측으로 요입된 홈을 통과하여 수광 센서에서 감지된다.Then, the
이어서, 도 7을 참조하여 전술한 토크 센서가 토크 센서 신호(Sr)를 출력하는 동작을 설명토록 하며, 도 7은 슬라이스 플레이트의 돌기가 사각 형태인 경우에 토크 센서의 수광 센서로부터 출력되는 전압 파형을 도시한 것이다. Subsequently, an operation of outputting the torque sensor signal S r by the torque sensor described above with reference to FIG. 7 will be described, and FIG. 7 illustrates a voltage output from the light receiving sensor of the torque sensor when the projection of the slice plate has a square shape. The waveform is shown.
먼저, 조타 핸들을 통해 핸들측 샤프트에 구동력이 최초로 인가되면(제1 구간), 핸들측 샤프트가 회전하며, 핸들측 샤프트의 플랜지로부터 외주면을 따라 형성된 슬라이스 플레이트의 돌기가 주기적으로 광을 차단하여 수광 센서에서 감지되는 전압은 주기적 펄스 형태를 취한다. 한편, 전술한 바와 같이 토션바의 공차 범위 내에서 핸들측 샤프트가 회전하더라도 펌프측 샤프트는 회전하지 않고 토션바의 비틀림만 발생하기 때문에, 펌프측 샤프트에 대응하는 수광 센서는 동일한 전압을 계속하여 출력한다.First, when a driving force is first applied to the handle side shaft through the steering handle (first section), the handle side shaft rotates, and projections of the slice plate formed along the outer circumferential surface from the flange of the handle side shaft periodically block light. The voltage sensed by the sensor takes the form of a periodic pulse. On the other hand, as described above, even if the handle shaft rotates within the tolerance range of the torsion bar, since the pump shaft does not rotate and only the torsion bar is generated, the light receiving sensor corresponding to the pump shaft continues to output the same voltage. do.
이어서, 제2 구간에서 핸들측 샤프트가 회전하여 토션바의 공차 범위에 도달 하면, 토션바의 비틀림으로 인한 토크가 펌프측 샤프트에 전달되어 펌프측 샤프트가 함께 회전하며, 이에 따라 펌프측 샤프트에 대응하는 수광 센서도 주기적 펄스 형태의 전압을 출력한다. Then, when the handle side shaft rotates in the second section to reach the tolerance range of the torsion bar, the torque due to the torsion bar's torsion is transmitted to the pump side shaft, so that the pump side shaft rotates together, thus corresponding to the pump side shaft. The light receiving sensor also outputs a voltage in the form of a periodic pulse.
이와 같이, 토크 센서는 발광 센서 및 수광 센서에 의하여 상기 토션바의 공차를 감지하며, 컨트롤 유닛은 핸들측 샤프트가 회전하여 상기 공차 범위에 도달할 때 보조력을 인가하도록 구성될 수 있다. 즉, 핸들측 샤프트 및 펌프측 샤프트의 수광 센서로부터 주기적 펄스가 공통적으로 출력되면, EPS 모듈의 DC 모터가 보조력을 발생하도록 토크 센서 신호(Sr)를 출력한다. 그리고, 토크 센서 신호의 크기는 토크의 크기에 대응하는 펄스의 발생 간격 또는 주기를 카운팅하여 이와 선형으로 비례하는 값을 결정하거나, 미리 지정된 함수 곡선에 따라 결정될 수 있다. 컨트롤 유닛은 토크 센서 신호(Sr)의 크기를 분석함으로써, 조타 핸들로부터의 조타력에 대응하는 토크의 크기를 판단하고, EPS 모듈의 모터 출력값(FEM)을 결정한다. As such, the torque sensor detects the tolerance of the torsion bar by a light emitting sensor and a light receiving sensor, and the control unit may be configured to apply an assist force when the handle side shaft rotates to reach the tolerance range. That is, when a periodic pulse is commonly output from the light receiving sensors of the handle shaft and the pump shaft, the torque sensor signal S r is output so that the DC motor of the EPS module generates an assist force. In addition, the magnitude of the torque sensor signal may be determined by counting an interval or period of occurrence of the pulse corresponding to the magnitude of the torque and determining a value that is linearly proportional thereto or according to a predetermined function curve. By analyzing the magnitude of the torque sensor signal S r , the control unit determines the magnitude of the torque corresponding to the steering force from the steering wheel and determines the motor output value F EM of the EPS module.
한편, 전술한 도 7은 슬라이스 플레이트의 돌기가 사각 형태인 경우를 예시하였으나, 도 8과 같이 돌기가 톱니 형태인 경우에는 전압 파형이 톱니 형태를 취한다. On the other hand, Figure 7 described above illustrates a case where the projection of the slice plate is a square shape, when the projection is a sawtooth shape as shown in Figure 8 the voltage waveform takes a sawtooth shape.
도 8의 (a) 및 (b)로 구분된 바와 같이, 핸들측 샤프트 및/또는 펌프측 샤프트에 부착된 슬라이스 플레이트의 돌기가 좌우 비대칭 형태를 취하면, 조타 핸들이 좌현 또는 우현으로 회전하는 경우에 출력 전압의 파형이 서로 상이함을 알 수 있다. 따라서, 이러한 출력 전압의 파형에 따라 조타 핸들의 회전 방향을 검출할 수 있으며, 이러한 회전 방향에 따라 예컨대, 토크 센서 신호(Sr)의 극성을 반전할 수 있다. 한편, 토크 센서 신호(Sr)의 발생 시기 및 그 크기는 전술한 바와 동일하게 결정될 수 있다.As divided into (a) and (b) of FIG. 8, when the projection of the slice plate attached to the handle side shaft and / or the pump side shaft takes a left-right asymmetric shape, the steering wheel rotates to the port or starboard It can be seen that the waveforms of the output voltages are different from each other. Therefore, the rotation direction of the steering wheel can be detected according to the waveform of the output voltage, and the polarity of the torque sensor signal S r can be reversed according to the rotation direction. On the other hand, the occurrence time and magnitude of the torque sensor signal S r may be determined in the same manner as described above.
한편, 전술한 토크 센서의 오동작에 대비하기 위해 별도의 토크 센서를 보조로 설치할 수 있으며, 이러한 보조 토크 센서로는 한국공개특허공보 제2005-40204호 "전동식 파워 스티어링 시스템의 토크센서"에 개시된 형태를 취할 수 있다. 이와 같이 두 개의 토크 센서를 구비한 경우에는, 이들 토크 센서로부터 동시에 토크 센서 신호가 검출된 경우에 한하여 DC 모터에서 보조력을 출력하도록 할 수 있으며, DC 모터의 출력값은 둘 중에서 어느 한 토크 센서에서 감지된 토크 값에 따라 결정할 수 있다.On the other hand, in order to prepare for the malfunction of the above-described torque sensor, a separate torque sensor can be installed as an auxiliary, and such an auxiliary torque sensor is disclosed in Korean Patent Publication No. 2005-40204 "Torque Sensor of Electric Power Steering System". Can be taken. When the two torque sensors are provided in this way, the auxiliary motor can be output from the DC motor only when the torque sensor signals are simultaneously detected from these torque sensors, and the output value of the DC motor is determined by either torque sensor. It can be determined according to the sensed torque value.
전술한 실시예에 있어서, 예컨대, 조타 핸들, 헬름 펌프, 유압 호스, 러더 실린더 등은 종래의 수동식 유압 헬름 조타 장치의 장비를 활용할 수 있으며, 클러치 및 거버너에 대한 전자 제어는 필요에 따라 추가될 수 있다. 또한, 컨트롤 유닛은 EPS 모듈 내에 장착될 수 있으며, 러더의 각도를 감지하고 표시하기 위한 각도 센서 및 타각 지시계가 추가로 구비될 수 있다.In the above embodiment, for example, the steering wheel, the helm pump, the hydraulic hose, the rudder cylinder, etc. may utilize the equipment of the conventional manual hydraulic helm steering apparatus, and the electronic control of the clutch and the governor can be added as needed. have. In addition, the control unit may be mounted in the EPS module, and may be further provided with an angle sensor and a steering angle indicator for detecting and displaying the angle of the rudder.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 여타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 이하의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.Although the preferred embodiment according to the present invention has been described above, this is merely exemplary and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the protection scope of the present invention should be defined by the following claims.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 종래의 수동식 유압 헬름 조타 장치에 EPS 모듈, 컨트롤 유닛 등을 추가함으로써 유압식 파워 조타 방식에 준하는 조타성, 선회성 등을 발휘할 수 있다. 더욱이, 본 발명에 따른 전동식 조타 장치는 복잡한 유압 계통이 요구되는 유압식 파워 조타 장치에 비하여, 구조가 간단하고 경제적일 뿐만 아니라, 기존 선박에 설치된 수동식 유압 헬름 조타 장치의 구성 요소를 재활용할 수 있으며, 정비가 용이한 장점이 있다. 또한, 조타 보조력을 생성하기 위해 엔진 출력 대신에 DC 모터를 사용하기 때문에 엔진 효율이 증가하고, 조타 보조력의 정교한 제어가 가능하다. As described above, according to the present invention, by adding an EPS module, a control unit, or the like to the conventional manual hydraulic helm steering apparatus, it is possible to exhibit steering characteristics, turning characteristics and the like corresponding to the hydraulic power steering system. Moreover, the electric steering apparatus according to the present invention is not only simple and economical in structure, but also can recycle the components of the manual hydraulic helm steering apparatus installed on the existing vessel, compared to the hydraulic power steering apparatus requiring a complicated hydraulic system. It has the advantage of easy maintenance. In addition, the use of DC motors instead of engine power to generate steering assistance increases engine efficiency and enables precise control of steering assistance.
그리고, 본 발명에 따른 토크 센서는 발광 센서 및 수광 센서를 사용하여 비접촉식으로 구성되고 토션바 및 샤프트의 외부에 장착되기 때문에, 조립이 편리하고 유지 보수가 용이할 뿐만 아니라, 전압 파형 분석을 통해 토션바의 공차 범위 및 토크값을 정확히 계산할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 토크 센서와 종래의 토크 센서를 결합하여 이중화함으로써 오동작을 방지하고 동작 신뢰도를 향상시킬 수 있다. In addition, since the torque sensor according to the present invention is configured in a non-contact manner using a light emitting sensor and a light receiving sensor, and is mounted on the outside of the torsion bar and the shaft, the torque sensor is easy to assemble and easy to maintain, and torsion through voltage waveform analysis The tolerance range and torque value of the bar can be calculated accurately. In addition, by combining and duplexing the torque sensor and the conventional torque sensor according to the present invention it is possible to prevent malfunction and improve the operation reliability.
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100859333B1 (en) * | 2007-03-28 | 2008-09-19 | 삼성중공업 주식회사 | Steering gears having motor driving structure |
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Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101511255B1 (en) * | 2013-12-20 | 2015-04-21 | 주식회사 에스에이엠텍 | Steering apparatus for ship |
KR101690081B1 (en) * | 2014-12-12 | 2016-12-27 | 주식회사 에이피에스 | Auto steering apparatus to adjust the direction of the ship wirelessly |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR200174791Y1 (en) | 1999-10-27 | 2000-03-15 | 황영규 | A remote control steering device for a ship |
KR20010000734U (en) * | 1999-06-17 | 2001-01-15 | 이선우 | Automatic steering device for a vessel |
JP2001055196A (en) | 1999-08-20 | 2001-02-27 | Nec Eng Ltd | Steering device for ship |
KR20010069812A (en) * | 2001-05-12 | 2001-07-25 | 황원 | A ship's automatic steering and control system |
KR100429067B1 (en) | 2001-05-12 | 2004-04-28 | 삼영이엔씨 (주) | Electronic lever apparatus for ship engine |
-
2005
- 2005-08-02 KR KR1020050070658A patent/KR100700057B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20010000734U (en) * | 1999-06-17 | 2001-01-15 | 이선우 | Automatic steering device for a vessel |
JP2001055196A (en) | 1999-08-20 | 2001-02-27 | Nec Eng Ltd | Steering device for ship |
KR200174791Y1 (en) | 1999-10-27 | 2000-03-15 | 황영규 | A remote control steering device for a ship |
KR20010069812A (en) * | 2001-05-12 | 2001-07-25 | 황원 | A ship's automatic steering and control system |
KR100429067B1 (en) | 2001-05-12 | 2004-04-28 | 삼영이엔씨 (주) | Electronic lever apparatus for ship engine |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100859333B1 (en) * | 2007-03-28 | 2008-09-19 | 삼성중공업 주식회사 | Steering gears having motor driving structure |
KR20170030897A (en) | 2015-09-10 | 2017-03-20 | 훌루테크 주식회사 | Steering apparatus with safety device by the same |
KR20170030895A (en) | 2015-09-10 | 2017-03-20 | 훌루테크 주식회사 | Steering apparatus with movable driving member |
KR20170030899A (en) | 2015-09-10 | 2017-03-20 | 훌루테크 주식회사 | Control method for load sensing driving unit of steering apparatus |
KR20170030898A (en) | 2015-09-10 | 2017-03-20 | 훌루테크 주식회사 | Finding method for locked steering apparatus and navigation method by the same and unlocking process for the locked steering apparatus by the same |
KR102145940B1 (en) | 2019-04-11 | 2020-08-19 | 훌루테크 주식회사 | Electro mechanical steering gear |
KR102149605B1 (en) * | 2019-06-14 | 2020-08-28 | 박성민 | Marine helmets |
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