KR20140136062A - 선박용 조타장치 - Google Patents

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KR20140136062A
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츠카사 나카가와
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다카히로 마츠모토
마코토 아쿠츠
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미쯔이 죠센 가부시키가이샤
야맥스 가부시키가이샤
케이아이 시스템 컴패니 리미티드
다이이치 일렉트릭 컴패니 리미티드
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Abstract

선박용 조타장치는, 제1 및 제2 전동기와, 제1 및 제2 전동기에 각각 연결되어 구동되도록 구성되어 있으며 각각이 양방향으로 액체를 토출하는 제1 및 제2 토출구를 갖춘 제1 및 제2 액체 펌프와, 제1 및 제2 액체 펌프에 각각 대응하여 설치되어 있는 동시에 조타해야할 키에 연결된 제1 및 제2 복동 실린더를 갖추고 있다. 제1 액체 펌프의 제1 토출구가 제1 복동 실린더의 제1 작동실과 제2 복동 실린더의 제2 작동실에 연통하고 있는 동시에, 제1 액체 펌프의 제2 토출구가 제1 복동 실린더의 제2 작동실과 제2 복동 실린더의 제1 작동실에 연통하고 있다. 제2 액체 펌프의 제1 토출구가 제2 복동 실린더의 제1 작동실과 제1 복동 실린더의 제2 작동실과 제1 복동 실린더의 제1 작동실에 연통하고 있다.

Description

선박용 조타장치{STEERING DEVICE FOR SHIP}
본 발명은 제어밸브를 이용하지 않고 수압 액추에이터를 전동기에 의한 액체 펌프로 직접 제어할 수 있는 선박용 조타장치에 관한 것이다.
종래부터 일반적으로 이용되고 있는 선박용 조타장치에 있어서는, 탱크로부터의 기름을 전동기에 의해 구동되는 유압원 펌프에서 가압하고, 가압된 기름을 각종 배관을 거쳐 방향제어밸브로 보내, 이 방향제어밸브의 제어에 의해, 선박의 키를 구동하는 암(Arm)에 연결된 실린더에 가압유를 공급하는 것에 의해, 키가 회동(回動)된다.
이러한 유압원 펌프, 배관 및 방향제어밸브를 이용하지 않고, 양방향으로 액체를 토출할 수 있는 한 쌍의 액체 펌프를 이들 한 쌍의 액체 펌프에 각각 대응하여 설치된 한 쌍의 전동기에 의해 회전시켜 수압을 발생시키는 동시에, 한 쌍의 액체 펌프로부터 한 쌍의 액추에이터로 수압을 각각 직접적으로 공급하여, 이들 한 쌍의 액추에이터에 의해 선박의 키를 구동하는 기술이 이미 제안되어 있다(특허문헌 1).
특허문헌 1 : 일본특허공개 2002-139003호 공보
특허문헌 1에 기재되어 있는, 한 쌍의 액체 펌프로부터 한 쌍의 액추에이터로 수압을 각각 직접적으로 공급하여 이들 한 쌍의 액추에이터에 의해 키를 구동하는 조타장치에 의하면, 방향제어밸브가 불필요한데다가, 한쪽의 액체 펌프 및 액추에이터가 고장난 경우에, 다른 쪽의 액체 펌프 및 액추에이터를 이용하여 키를 제어할 수 있기 때문에, 페일세이프(fail-safe) 기능을 얻는 것이 가능하다.
그러나, 특허문헌 1에 기재되어 있는 이 조타장치에서는, 한쪽의 액체 펌프 및 액추에이터가 고장난 경우에, 전자절환밸브를 작동시켜 그 액추에이터를 자유상태로 하여, 외력에 의해 저항없이 작동하도록 조작하는 것이 필수이다. 그 때문에, 통상시에는 작동하지 않고, 고장시에만 작동하는 전자절환밸브를 설치할 필요가 있기 때문에, 그만큼, 장치구성이 복잡해지면서 고장도 일어나기 쉬워진다.
따라서 본 발명의 목적은, 보다 간이화한 구성으로, 안전성 및 신뢰성을 확실하고 자동적으로 확보할 수 있는 자동 페일세이프 기능을 얻을 수 있는 선박용 조타장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 의하면, 선박용 조타장치는, 제1 및 제2 전동기와, 제1 및 제2 전동기에 각각 연결되어 구동되도록 구성되어 있으며 각각이 양방향으로 액체를 토출하는 제1 및 제2 토출구를 갖춘 제1 및 제2 액체 펌프와, 제1 및 제2 액체 펌프에 각각 대응하여 설치되어 있는 동시에 조타해야 할 키에 연결된 제1 및 제2 복동 실린더를 갖추고 있다. 제1 액체 펌프의 제1 토출구가 제1 복동 실린더의 제1 작동실과 제2 복동 실린더의 제2 작동실에 연통하고 있는 동시에, 제1 액체 펌프의 제2 토출구가 제1 복동 실린더의 제2 작동실과 제2 복동 실린더의 제1 작동실에 연통하고 있다. 제2 액체 펌프의 제1 토출구가 제2 복동 실린더의 제1 작동실과 제1 복동 실린더의 제2 작동실에 연통하고 있는 동시에, 제2 액체 펌프의 제2 토출구가 제2 복동 실린더의 제2 작동실과 제1 복동 실린더의 제1 작동실에 연통하고 있다. 조타장치는, 키의 회동각도(θf)를 검출하는 타각검출기와, 조타 스티어링의 조타각도(θi)를 검출하는 조타각검출기와, 타각검출기 및 조타각검출기에 전기적으로 접속되어 있으며, 검출된 회동각도와 조타각도와의 차(θi－θf) 및 차(θf－θi)를 연산하여, 차(θi－θf)에 대응하는 구동신호(Sd1) 및 차(θf－θi)에 대응하는 구동신호(Sd2)를 출력하는 제어회로와, 제어회로에 전기적으로 접속되어 있으며, 출력된 구동신호(Sd1)에 따라 제1 전동기를 구동하는 제1 구동회로와, 제어회로에 전기적으로 접속되어 있으며, 출력된 구동신호(Sd2)에 따라 제2 전동기를 구동하는 제2 구동회로를 더 갖추고 있다.
제1 및 제2 복동 실린더가 비스듬히 교차한 모양으로 배관되어 있기 때문에, 제1 액체 펌프로부터의 수압은, 제1 복동 실린더의 제2 작동실 뿐만 아니라 제2 복동 실린더의 제1 작동실에도 공급되어, 키를 소정방향으로 회동시킨다. 게다가, 제2 액체 펌프로부터의 수압은, 제2 복동 실린더의 제1 작동실뿐만 아니라 제1 복동 실린더의 제2 작동실에도 공급되어, 키를 소정방향으로 회동시킨다. 반대로, 제1 액체 펌프로부터의 수압은, 제1 복동 실린더의 제1 작동실뿐만 아니라 제2 복동 실린더의 제2 작동실에도 공급되어, 키를 소정방향과는 반대방향으로 회동시킨다. 또한, 제2 액체 펌프로부터의 수압은, 제2 복동 실린더의 제2 작동실뿐만 아니라 제1 복동 실린더의 제1 작동실에도 공급되어, 키를 소정방향과는 반대방향으로 회동시킨다. 따라서, 한쪽의 전동기 및/또는 액체 펌프가 고장난 경우, 예를 들어 제2 전동기 및/또는 제2 액체 펌프가 고장난 경우, 제1 전동기에 의해 구동되는 제1 액체 펌프로부터의 수압이, 제1 복동 실린더의 제2 작동실(제1 작동실)과 제2 복동 실린더의 제1 작동실(제2 작동실)에 자동적으로 공급되어, 제1 복동 실린더 및 제2 복동 실린더의 양쪽을 작동시켜, 키를 소정방향으로(소정방향과 반대방향으로) 회동시킬 수 있다. 이 때문에, 고장난 쪽의 복동 실린더를 전자절환밸브 등에서 자유상태로 절환제어하지 않고, 자동적으로 페일세이프 작동을 실행할 수 있다. 그 결과, 더욱 간이화한 구성으로, 안전성 및 신뢰성을 확실하고 자동적으로 확보할 수 있는 자동 페일세이프 기능을 얻을 수 있다.
제1 구동회로 및 제2 구동회로는, 제1 액체 펌프 및 제2 액체 펌프의 회전방향이 서로 반대방향이 되도록 정부(正負)가 서로 다른 전압신호를 제1 전동기 및 제2 전동기에 출력하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
키에 일체적으로 고착되어 있어 이 키의 지점을 중심으로 하여 회동구동되는 암을 더 갖추고 있으며, 제1 복동 실린더 및 제2 복동 실린더는 암의 양단부에 각각 설치된 한 쌍의 연결부에 요동이 자유롭게 연결되어 있는 한 쌍의 편로드형 복동 실린더인 것이 바람직하다.
이 경우, 타각검출기는 암의 회동각도를 검출하는 회전엔코더인 것이 바람직하다.
조타각검출기는, 조타 스티어링의 회동각도를 검출하는 회전엔코더인 것이 바람직하다.
제1 액체 펌프 및 제2 액체 펌프는, 시계방향 및 반시계방향의 양방향으로 회전가능하며, 그 회전방향에 따른 방향으로 회전속도에 따른 소정의 수압을 토출하는 한 쌍의 정용량형 액체 펌프인 것이 바람직하다.
제1 구동회로 및 제2 구동회로는, 구동신호(Sd1) 및 구동신호(Sd2)에 따라 정부가 서로 반대인 같은 레벨의 전압신호를 발생하여 제1 전동기 및 제2 전동기에 각각 인가하는 한 쌍의 서보증폭기인 것이 바람직하다.
제1 탱크와, 제1 액체 펌프의 제1 토출구에 출력측이 접속되어, 제1 액체 펌프 및 제1 탱크에 입력측이 접속된 제1 체크 밸브와, 제1 액체 펌프의 제2 토출구에 출력측이 접속되어, 제1 액체 펌프 및 제1 탱크에 입력측이 접속된 제2 체크 밸브와, 제2 탱크와, 제2 액체 펌프의 제1 토출구에 출력측이 접속되어, 제2 액체 펌프 및 제2 탱크에 입력측이 접속된 제3의 체크 밸브와, 제2 액체 펌프의 제2 토출구에 출력측이 접속되어, 제2 액체 펌프 및 제2 탱크에 입력측이 접속된 제 4의 체크 밸브를 더 갖추고 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 고장난 쪽의 복동 실린더를 전자절환밸브 등에서 자유상태로 절환제어하지 않고, 자동적으로 페일세이프 동작을 실행할 수 있다. 그 결과, 더욱 간이화한 구성으로, 안전성 및 신뢰성을 확실하고 자동적으로 확보할 수 있는 자동 페일세이프 기능을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 선박용 조타장치의 한 실시형태에 있어서 전체의 구성을 개략적으로 도시하는 유압회로도,
도 2는 도 1의 실시형태에 있어서 제어회로의 전기적 구성을 개략적으로 도시하는 블록도,
도 3은 도 2의 제어회로의 동작을 설명하는 플로차트,
도 4는 도 1의 실시형태에 있어서 유압회로 및 제어회로의 동작(키가 시계방향으로 회동하는 경우)을 설명하는 도, 및
도 5는 도 1의 실시형태에 있어서 유압회로 및 제어회로의 동작(키가 반시계방향으로 회동하는 경우)을 설명하는 도이다.
도 1은 본 발명의 선박용 조타장치의 한 실시형태에 있어서 전체의 구성을 개략적으로 도시하는 유압회로도이다.
동일 도면에 있어서, (10)은 화살표로 도시하는 바와 같이 좌우로 회동가능한 선박의 키, (11)은 이 키(10)에 일체적으로 고착되어 있으며, 그 지점(11a)을 중심으로 하여 회동구동되는 암, (12) 및 (13)은 암(11)의 양단부에 설치된 연결부(11b) 및 (11c)에 요동이 자유롭게 연결되어 있는 한 쌍의 편로드형 복동 실린더(제1 및 제2 편로드형 복동 실린더)를 각각 도시하고 있다.
제1 및 제2 편로드형 복동 실린더(12) 및 (13)는, 암(11)의 중심부에 위치하는 지점(11a)에 대하여 좌우대칭위치에 병렬로 배치되어 있다. 암(11)은, 이들 제1 및 제2 편로드형 복동 실린더(12) 및 (13)의 당기는 힘 또는 미는 힘을 받아 회동하고, 키(10)를 좌우로 작동가능하게 구성되어 있다.
제1 편로드형 복동 실린더(12)는, 로드실(12a)(본 발명의 제1 작동실에 대응한다) 및 보텀실(12b)(본 발명의 제2 작동실에 대응한다)을 갖추고 있으며, 이들 로드실(12a)의 입구 및 보텀실(12b)의 입구는, 수압회로의 관로인 로드측 배관(14a) 및 보텀측 배관(14b)에 각각 접속되어 있다. 로드측 배관(14a)은, 제1 정용량형 액체 펌프(16)의 한쪽의 토출구(16a)(본 발명의 제1 토출구에 대응한다)에 접속되어 있으며, 보텀측 배관(14b)은, 제1 정용량형 액체 펌프(16)의 다른 쪽의 토출구(16b)(본 발명의 제2 토출구에 대응한다)에 접속되어 있다. 제1 정용량형 액체 펌프(16)는, 시계방향 및 반시계방향의 양방향으로 회전가능한 정용량(cc/ev)형이며, 그 회전방향에 따른 방향으로, 회전속도에 따른 소정의 수압을 토출한다. 이 제1 정용량형 액체 펌프(16)는, 제1 전동기(18)에 접속되어 있으며, 제로회전에서부터 소정의 회전속도까지 가변속의 구동을 받고 있다. 제1 전동기(18)는, 예를 들어, AC서보모터, DC서보모터, IPM(Interior Permanent Magnet)모터 또는 유도전동기 등으로 구성되어 있으며, 제1 서보증폭기(27)(본 발명의 제1 구동회로에 대응한다)로부터 주어지는 정 또는 부의 전압신호를 받아 대응하는 방향으로 회전가능하다. 제1 전동기(18)는, 제로회전에서부터 소정의 회전속도까지 가변속으로 양방향으로 회전가능하며, 이로 인해 제1 정용량형 액체 펌프(16)가 구동된다. 제1 전동기(18)를 구동하는 제1 서보증폭기(27)는, 이 제1 전동기(18)가 유도전동기의 경우, 인버터를 사용하는 것이 바람직하다.
제2 편로드형 복동 실린더(13)는, 로드실(13a)(본 발명의 제1 작동실에 대응한다) 및 보텀실(13b)(본 발명의 제2 작동실에 대응한다)을 갖추고 있으며, 이들 로드실(13a)의 입구 및 보텀실(13b)의 입구는, 수압회로의 관로인 로드측 배관(15a) 및 보텀측 배관(15b)에 각각 접속되어 있다. 로드측 배관(15a)은, 제2 정용량형 액체 펌프(17)의 한쪽의 토출구(17a)(본 발명의 제1 토출구에 대응한다)에 접속되어 있으며, 보텀측 배관(15b)은, 제2 정용량형 액체 펌프(17)의 다른쪽의 토출구(17b)(본 발명의 제2 토출구에 대응한다)에 접속되어 있다. 제2 정용량형 액체 펌프(17)는, 시계방향 및 반시계방향의 양방향으로 회전가능한 정용량(cc/ev)형이며, 그 회전방향에 따른 방향으로, 회전속도에 따른 소정의 수압을 토출한다. 이 제2 정용량형 액체 펌프(17)는, 제2 전동기(19)에 접속되어 있으며, 제로회전에서부터 소정의 회전속도까지 가변속의 구동을 받고 있다. 제2 전동기(19)는, 예를 들어, AC서보모터, DC서보모터, IPM모터 또는 유도전동기 등으로 구성되어 있으며, 제2 서보증폭기(28)(본 발명의 제2 구동회로에 대응한다)로부터 주어지는 정 또는 부의 전압신호를 받아 대응하는 방향으로 회전가능하다. 제2 전동기(19)는, 제로회전에서부터 소정의 회전속도까지 가변속으로 양방향으로 회전가능하며, 이로 인해 제2 정용량형 액체 펌프(17)가 구동된다. 제2 전동기(19)를 구동하는 제2 서보증폭기(28)는, 이 제2 전동기(19)가 유도전동기인 경우, 인버터를 사용하는 것이 바람직하다.
제1 전동기(18)와 제2 전동기(19)는, 정부가 서로 다른 전압신호가 인가되는 것으로 인해 서로 다른 회전방향으로 회전하도록 구성되어 있으며, 이들 제1 전동기(18)와 제2 전동기(19)에 각각 접속되어 구동되는 제1 정용량형 액체 펌프(16)와 제2 정용량형 액체 펌프(17)는, 회전방향이 서로 역방향이 되도록 절환구동된다.
본 실시형태에 있어서 중요한 포인트는, 한쪽의 제1 편로드형 복동 실린더(12)의 로드실(12a)에 연통하는 로드측 배관(14a)과 다른쪽의 제2 편로드형 복동 실린더(13)의 보텀실(13b)에 연통하는 보텀측 배관(15b)이 서로 연통하고 있으며, 제1 편로드형 복동 실린더(12)의 보텀실(12b)에 연통하는 보텀측 배관(14b)과 제2 편로드형 복동 실린더(13)의 로드실(13a)에 연통하는 로드측 배관(15a)이 서로 연통하고 있는 점에 있다. 즉, 제1 및 제2 편로드형 복동 실린더(12) 및 (13)가 비스듬히 교차하는 모양으로 배관되어 있으며, 이들 제1 및 제2 편로드형 복동 실린더(12) 및 (13)가 스트로크했을 때의 공급량과 복귀량의 유량을 같은 용량으로 하여, 푸시풀 구동되어 있다.
로드측 배관(14a) 및 보텀측 배관(14b)과의 사이에는, IN측이 제1 정용량형 액체 펌프(16) 및 제1 탱크(21)에 접속되고, OUT측이 이들 로드측 배관(14a) 및 보텀측 배관(14b)에 각각 접속된 로드측 체크 밸브(20a)(본 발명의 제1 체크 밸브에 대응한다) 및 보텀측 체크 밸브(20b)(본 발명의 제2 체크 밸브에 대응한다)가 설치되어 있다. 이들 로드측 체크 밸브(20a) 및 보텀측 체크 밸브(20b)는, 제1 정용량형 액체 펌프(16)의 내부 누설을 보상하기 위해 설치되어 있다.
로드측 배관(15a) 및 보텀측 배관(15b)과의 사이에도, IN측이 제2 정용량형 액체 펌프(17) 및 제2 탱크(23)에 접속되고, OUT측이 이들 로드측 배관(15a) 및 보텀측 배관(15b)에 각각 접속된 로드측 체크 밸브(22a)(본 발명의 제3의 체크 밸브에 대응한다) 및 보텀측 체크 밸브(22b)(본 발명의 제 4의 체크 밸브에 대응한다)가 설치되어 있다. 이들 로드측 체크 밸브(22a) 및 보텀측 체크 밸브(22b)는, 제2 정용량형 액체 펌프(17)의 내부 누설을 보상하기 위해 설치되어 있다.
타각검출기(25)는, 키(10)의 구동량인 회동각도를 검출하고, 검출한 회동각도에 따른 각도신호를 제어회로(24)로 보내주도록 구성되어 있다. 본 실시형태의 타각검출기(25)는, 구체적으로는, 암(11)의 회동각도를 검출하는 회전엔코더에 의해 구성되어 있다.
조타각검출기(26)는, 도시하지 않은 조선 콘솔에 있어서 조타 스티어링의 조타각도를 검출하고, 검출한 조타각도에 따른 각도신호를 제어회로(24)로 보내주도록 구성되어 있다. 본 실시형태의 조타각검출기(26)는, 도시하지 않은 조타 스티어링의 회동각도를 검출하는 회전엔코더에 의해 구성되어 있다.
제어회로(24)는, 도 2에서 도시하는 바와 같이, 타각검출기(25), 조타각검출기(26) 및 조선 콘솔에 설치된 조작부(29)에 전기적으로 접속된 입력 인터페이스(24a)와, 제1 및 제2 서보증폭기(27) 및 (28)에 각각 전기적으로 접속된 출력 인터페이스(24b)와, 조선 콘솔에 설치된 디스플레이(30)에 전기적으로 접속된 화상출력부(24c)와, 중앙처리장치(CPU)(24d)와, 리드온메모리(ROM)(24e)와, 랜덤액세스메모리(RAM)(24f)와, 하드디스크 구동장치(HDD)(24g)와, 이들 입력 인터페이스(24a), 출력 인터페이스(24b), 화상출력부(24c), CPU(24d), ROM(24e), RAM(24f), 및 HDD(24g)를 서로 접속하는 버스(24h)를 갖춘 컴퓨터 및 이를 작동시키는 프로그램으로부터 구성된다.
CPU(24d)는, ROM(24e)에 기억되어 있는 오퍼레이션 시스템(OS)이나 부트 프로그램 등의 기본 프로그램에 따라 RAM(24f)에 기억되어 있는 프로그램을 실행하여 본 실시형태의 처리를 실시한다. 또, CPU(24d)는, RAM(24f), HDD(24g), 화상출력부(24c), 입력 인터페이스(24a) 및 출력 인터페이스(24b)의 동작을 제어한다.
RAM(24f)은 제어회로(24)의 메인메모리로써 사용되어, HDD(24g)로부터 전송된 프로그램이나 데이터를 기억한다. 또, RAM(24f)은, 프로그램 실행시의 각종 데이터가 일시적으로 기억되는 작업영역으로써도 사용된다.
HDD(24g)에는, 프로그램 및 데이터가 사전에 기억되어 있다.
화상출력부(24c)는, CPU(24d)의 지시에 따라 화상데이터를 생성하여, 디스플레이(30)로 출력한다.
입력 인터페이스(24a)는, 타각검출기(25), 조타각검출기(26) 및 조작부(29)로부터 CPU(24d) 또는 RAM(24f)으로의 입력 데이터의 전송을 제어한다.
출력 인터페이스(24b)는, CPU(24d)로부터 제1 및 제2 서보증폭기(27) 및 (28)로의 출력 데이터의 전송을 제어한다.
이러한 구성의 제어회로(24)에 있어서, CPU(24d)는, 작동개시시에, 먼저, RAM(24f)내로 프로그램 기억영역, 데이터 기억영역 및 작업영역을 확보하고, HDD(24g) 또는 외부로부터 프로그램 및 데이터를 거두어들여, 프로그램 기억영역 및 데이터 기억영역에 격납한다. 이어서, 이 프로그램 기억영역에 격납된 프로그램에 기초하여, 도 3에서 도시하는 처리를 실행한다.
도 3에서 도시하는 프로그램은, 작업종료시까지 단시간의 일정주기마다 반복하여 실행되도록 구성되어 있다.
먼저, 입력 인터페이스(24a)를 거쳐 조타각검출기(26)로부터 조선 콘솔에 설치된 조타 스티어링의 조타량에 따른 조타각도(θi)를 표시하는 각도지령신호(Si)를 받아들인다(스텝(S1)).
다음으로, 입력 인터페이스(24a)를 거쳐 타각검출기(25)로부터 키(10)의 현재의 회동각도(θf)를 표시하는 각도신호(Sf)를 받아들인다(스텝(S2)).
이어서, 제1 서보증폭기(27)를 구동하는 구동신호(Sd1)를 θi－θf의 연산, 즉 조타각도(θi)로부터 회동각도(θf)를 차감하는 연산을 실행하여 취득하고(스텝(S3)), 제2 서보증폭기(28)를 구동하는 구동신호(Sd2)를 θf－θi의 연산, 즉 회동각도(θf)로부터 조타각도(θi)를 차감하는 연산을 실행하여 취득한다(스텝(S4)).
그 후, 이렇게 하여 얻어진 구동신호(Sd1)를 출력 인터페이스(24b)를 거쳐 제1 서보증폭기(27)로 출력하고(스텝(S5)), 마찬가지로 얻어진 구동신호(Sd2)를 출력 인터페이스(24b)를 거쳐 제2 서보증폭기(28)로 출력한다(스텝(S6)).
이렇게 제1 및 제2 서보증폭기(27) 및 (28)에는, 서로 정부가 반대인 같은 레벨의 전압을 인가하도록 지시하는 구동신호(Sd1) 및 구동신호(Sd2)가 출력된다. 예를 들어, 제1 서보증폭기(27)에 정의 구동신호(Sd1)가 인가되면 이 제1 서보증폭기(27)는 정의 전압(＋전압)을 출력하고, 마찬가지로 제2 서보증폭기(28)에 부의 구동신호(Sd2)가 인가되면 이 제2 서보증폭기(28)는 같은 레벨의 부의 전압(－전압)을 출력하며, 그 결과, 키(10)는 시계방향으로 회동한다.
더욱 상세하게 설명하면, 제1 서보증폭기(27)로부터 정의 전압(＋전압)이 출력되면, 제1 전동기(18)는 시계방향으로 회전하고, 제1 정용량형 액체 펌프(16)로부터의 수압이 제1 편로드형 복동 실린더(12)의 보텀실(12b)로 공급되어, 이 제1 편로드형 복동 실린더(12)는 돌출방향(도에서 상방향)으로 이동하고, 암(11)을 미는 동작을 실행한다. 또, 반대로, 제2 서보증폭기(28)로부터 부의 전압(－전압)이 출력되기 때문에, 제2 전동기(19)는 반시계방향으로 회전하고, 제2 정용량형 액체 펌프(17)로부터의 수압이 제2 편로드형 복동 실린더(13)의 로드실(13a)로 공급되며, 이 제2 편로드형 복동 실린더(13)가 인입방향(도에서 하방향)으로 이동하여, 암(11)을 당기는 동작을 실행한다. 이로 인해, 키(10)는, 도 4에서 도시하는 바와 같이, 시계방향으로 회동한다.
이때, 제1 편로드형 복동 실린더(12)의 보텀실(12b)로는 제2 정용량형 액체 펌프(17)로부터의 수압도 공급되며, 한편, 제2 편로드형 복동 실린더(13)의 로드실(13a)로는 제1 정용량형 액체 펌프(16)로부터의 수압도 공급되게 된다. 즉, 제1 편로드형 복동 실린더(12)와 제2 편로드형 복동 실린더(13) 모두, 제1 정용량형 액체 펌프(16) 및 제2 정용량형 액체 펌프(17)의 양쪽으로부터의 토출량을 가산한 토출량으로 작동하게 된다. 따라서, 제1 정용량형 액체 펌프(16)의 토출량과 제2 정용량형 액체 펌프(17)의 토출량과는, 서로 다르더라도 작동가능하지만, 양토출량이 거의 동등한 쪽이 바람직하다.
도 3의 플로차트에 있어서, 스텝(S6)의 처리 후에는, 조타의 작동종료 여부의 판별이 행해지며(스텝(S7)), 작동종료라고 판별한 경우(YES인 경우)는, 이 프로그램을 종료하지만, 작동종료가 아니라고 판별한 경우(NO인 경우)는, 스텝(S1)으로 돌아가, 스텝(S1~S7)의 처리를 반복하여 실행한다.
이렇게 스텝(S1~S7)의 처리가 주기적으로 반복되는 것으로 인해, 키(10)의 회동각도가 조타 스티어링의 조타각도에 기초하여, 일치하게 된다. 즉, 타각검출기(25)로부터의 각도신호(Sf)에 의해 표시되는 키(10)의 현재의 회동각도(θf)와, 조타각검출기(26)로부터의 각도지령신호(Si)에 의해 표시되는 조타각도(θi)와의 차│θi－θf│가 제로가 되며, 그 결과, 제1 전동기(18)와 제2 전동기(19)가 정지하여, 설정되는 각도지령신호(Si)에 의한 조타각도(θi)가 변동하지 않는 한, 키(10)는 그 각도를 유지한다.
이때, 타각검출기(25)로부터의 키(10)의 회동각도(θf)에 기초하여, 제1 서보증폭기(27)로의 구동신호(Sd1)과 제2 서보증폭기(28)로의 구동신호(Sd2)를 제어하여 제1 전동기(18)와 제2 전동기(19)와의 회전속도를 제어하여, 제1 편로드형 복동 실린더(12)와 제2 편로드형 복동 실린더(13)가 동기한 속도로 이동하도록, 제1 정용량형 액체 펌프(16)와 제2 정용량형 액체 펌프(17)와의 토출량을 제어하고 있다.
한편, 제1 서보증폭기(27)로부터 부의 전압(－전압)이 출력되면, 제1 전동기(18)는 반시계방향으로 회전하고, 제1 정용량형 액체 펌프(16)로부터의 수압이 제1 편로드형 복동 실린더(12)의 로드실(12a)로 공급되며, 이 제1 편로드형 복동 실린더(12)는 인입방향(도에서 하방향)으로 이동하여, 암(11)을 당기는 동작을 실행한다. 또, 반대로, 제2 서보증폭기(28)로부터 정의 전압(＋전압)이 출력되기 때문에, 제2 전동기(19)는 시계방향으로 회전하고, 제2 정용량형 액체 펌프(17)로부터의 수압이 제2 편로드형 복동 실린더(13)의 보텀실(13b)로 공급되며, 이 제2 편로드형 복동 실린더(13)가 돌출방향(도에서 상방향)으로 이동하여, 암(11)을 미는 동작을 실행한다. 이로 인해, 키(10)는, 도 5에서 도시하는 바와 같이, 반시계방향으로 회동한다.
전술한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 제1 및 제2 편로드형 복동 실린더(12) 및 (13)가 비스듬히 교차한 모양으로 배관되어 있으며, 제1 편로드형 복동 실린더(12)의 로드실(12a)과 제2 편로드형 복동 실린더(13)의 보텀실(13b)이 서로 연통하고 있고, 제1 편로드형 복동 실린더(12)의 보텀실(12b)과 제2 편로드형 복동 실린더(13)의 로드실(13a)이 서로 연통하고 있다.
이 때문에, 제1 정용량형 액체 펌프(16)로부터의 수압은, 제1 편로드형 복동 실린더(12)의 보텀실(12b)뿐만 아니라 제2 편로드형 복동 실린더(13)의 로드실(13a)에도 공급되어, 암(11)의, 따라서 키(10)의 시계방향의 회동을 보조한다. 게다가, 제2 정용량형 액체 펌프(17)로부터의 수압은, 제2 편로드형 복동 실린더(13)의 로드실(13a)뿐만 아니라 제1 편로드형 복동 실린더(12)의 보텀실(12b)에도 공급되어, 암(11)의, 따라서 키(10)의 시계방향의 회동을 보조한다.
반대로, 제1 정용량형 액체 펌프(16)로부터의 수압은, 제1 편로드형 복동 실린더(12)의 로드실(12a)뿐만 아니라 제2 편로드형 복동 실린더(13)의 보텀실(13b)에도 공급되어, 암(11)의, 따라서 키(10)의 반시계방향의 회동을 보조한다. 게다가, 제2 정용량형 액체 펌프(17)로부터의 수압은, 제2 편로드형 복동 실린더(13)의 보텀실(13b)뿐만 아니라 제1 편로드형 복동 실린더(12)의 로드실(12a)에도 공급되어, 암(11)의, 따라서 키(10)의 반시계방향의 회동을 보조한다.
따라서, 한쪽의 전동기 및/또는 정용량형 액체 펌프가 고장난 경우, 예를 들어 제2 전동기(19) 및/또는 제2 정용량형 액체 펌프(17)가 고장난 경우, 제1 전동기(18)에 의해 구동되는 제1 정용량형 액체 펌프(16)로부터의 수압이, 제1 편로드형 복동 실린더(12)의 보텀실(12b)과 제2 편로드형 복동 실린더(13)의 로드실(13a)에 자동적으로 공급되어, 제1 편로드형 복동 실린더(12) 및 제2 편로드형 복동 실린더(13)의 양쪽을 작동시켜, 키(10)를 시계방향으로 회동시킬 수 있다. 이 때문에, 고장난 측의 제2 편로드형 복동 실린더(13)의 로드실(13a)과 보텀실(13b)을 전자절환밸브 등에서 연통시켜 자유상태로 절환제어하지 않고, 자동적으로 페일세이프 동작을 실행할 수 있다.
다음으로, 본 실시형태에 있어서 선박의 조타장치의 동작에 대해 설명하겠다.
먼저, 조작원이 조선 콘솔에 있어서 조타 스티어링을 조작(조타)하면, 조타각검출기(26)는, 그 타각량에 따른 조타각도(θi)를 표시하는 각도지령신호(Si)를 제어회로(24)로 보낸다. 한편, 타각검출기(25)는, 키(10)의 현재의 회동각도(θf)를 표시하는 각도신호(Sf)를 제어회로(24)로 보낸다.
제어회로(24)는, θi－θf의 연산결과에 상당하는 구동신호(Sd1)를 제1 서보증폭기(27)로 보내고, θf－θi의 연산결과에 상당하는 구동신호(Sd2)를 제2 서보증폭기(28)로 보내는 것에 의해, 제1 전동기(18) 및 제2 전동기(19)에 각각 다른 정 및 부의 지령을 출력하여, 이들 제1 전동기(18) 및 제2 전동기(19)를 기동하는 동시에, 양자를 서로 역방향으로 회전시킨다. 제1 전동기(18) 및 제2 전동기(19)는, 회전속도가 제로에서부터 소정의 회전속도까지 신속하게 상승하고, 제1 정용량형 액체 펌프(16) 및 제2 정용량형 액체 펌프(17)를 회전시켜 수압을 발생시킨다. 제1 정용량형 액체 펌프(16)의 수압은 제1 편로드형 복동 실린더(12)의 로드실(12a) 또는 보텀실(12b)로 공급되어, 제1 편로드형 복동 실린더(12)를 인입방향 또는 돌출방향으로 이동시킨다. 한편, 제2 정용량형 액체 펌프(17)의 수압은 제2 편로드형 복동 실린더(13)의 보텀실(13b) 또는 로드실(13a)로 공급되어, 제2 편로드형 복동 실린더(13)를 제1 편로드형 복동 실린더(12)와는 반대의 방향인 돌출방향 또는 인입방향으로 이동시킨다. 더욱이, 제1 정용량형 액체 펌프(16)의 수압은 제2 편로드형 복동 실린더(13)의 보텀실(13b) 또는 로드실(13a)에 공급되어, 제2 편로드형 복동 실린더(13)를 돌출방향 또는 인입방향으로 이동시킨다. 제2 정용량형 액체 펌프(17)의 수압은 제1 편로드형 복동 실린더(12)의 로드실(12a) 또는 보텀실(12b)에 공급되어, 제1 편로드형 복동 실린더(12)를 제2 편로드형 복동 실린더(13)와는 반대의 방향인 인입방향 또는 돌출방향으로 이동시킨다.
이로 인해, 암(11)은, 제1 편로드형 복동 실린더(12)에 의해 돌출방향 또는 인입방향과, 제2 편로드형 복동 실린더(13)에 의해 반대의 방향인 인입방향 또는 돌출방향과의 다중의 합력을 받아, 용이하며 신속하게 회동한다.
제어회로(24)의 상술한 작동에 의해, 타각검출기(25)로부터의 각도신호(Sf)에 의해 표시되는 키(10)의 회동각도(θf)와, 조타각검출기(26)로부터의 각도지령신호(Si)에 의해 표시되는 조타각도(θi)와의 차│θi－θf│가 제로가 되며, 제1 전동기(18)와 제2 전동기(19)가 정지하여, 암(11)을, 따라서 키(10)를 정확한 회동각도로 제어할 수 있다. 키(10)는, 조타각검출기(26)로부터의 각도지령신호(Si)가 변동하지 않는 한 그 각도를 유지한다. 또한, 제1 편로드형 복동 실린더(12)와 제2 편로드형 복동 실린더(13)는, 제어회로(24)의 지시에서 수압 펌프의 토출량이 제어되어 동기한 속도에서 회동하기 때문에, 암(11)은 큰 회전력을 받아 회동하게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 선박용 조타장치에 의하면, 제1 정용량형 액체 펌프(16)로부터의 수압을 이에 접속된 제1 및 제2 편로드형 복동 실린더(12) 및 (13)의 양쪽에 직접적으로 공급하고 있는 동시에, 제2 정용량형 액체 펌프(17)로부터의 수압을 이에 접속된 제1 및 제2 편로드형 복동 실린더(12) 및 (13)의 양쪽에 직접적으로 공급하고 있으며, 더욱이, 복수의 편로드형 복동 실린더(12) 및 (13)를 하나의 암(11)에 연결하여, 복수의 복동 실린더의 다중의 합력에 의해 암(11)을, 따라서 키(10)를 구동하고 있다. 이 직접제어방식에 의하면, 방향제어밸브를 이용하지 않고 제1 및 제2 편로드형 복동 실린더(12) 및 (13)의 밀고 당김, 로드속도, 로드추력을 제1및 제2 정용량형 액체 펌프(16) 및 (17)에 의해 직접적으로 제어할 수 있다.
특히 본 실시형태의 조타장치에 있어서는, 제1 정용량형 액체 펌프(16)로부터의 수압이 제1 편로드형 복동 실린더(12)의 로드실(12a)뿐만 아니라 제2 편로드형 복동 실린더(13)의 보텀실(13b)에도 공급되어, 암(11)을, 따라서 키(10)를 반시계방향으로 회동시킨다. 게다가, 제2 정용량형 액체 펌프(17)로부터의 수압이 제2 편로드형 복동 실린더(13)의 보텀실(13b)뿐만 아니라 제1 편로드형 복동 실린더(12)의 로드실(12a)에도 공급되어, 암(11)을 따라서 키(10)를 반시계방향으로 회동시킨다.
따라서, 한쪽의 전동기 및/또는 정용량형 액체 펌프가 고장난 경우, 예를 들어 제2 전동기(19) 및/또는 제2 정용량형 액체 펌프(17)가 고장난 경우, 제1 전동기(18)에 의해 구동되는 제1 정용량형 액체 펌프(16)로부터의 수압이, 제1 편로드형 복동 실린더(12)의 보텀실(12b) 또는 로드실(12a)과, 제2 편로드형 복동 실린더(13)의 로드실(13a) 또는 보텀실(13b)에 자동적으로 공급되어, 제1 편로드형 복동 실린더(12) 및 제2 편로드형 복동 실린더(13)의 양쪽을 작동시켜, 키(10)를 시계방향 또는 반시계방향으로 회동시킬 수 있다. 이 경우, 고장난 측의 편로드형 복동 실린더의 로드실과 보텀실을 전자절환밸브 등에서 연통시켜 자유상태로 절환제어하지 않고, 암(11)을 회동시킬 수 있기 때문에, 더욱 간이화한 구성으로, 안전성 및 신뢰성을 확실하고 자동적으로 확보할 수 있는 자동 페일세이프 기능을 얻을 수 있다. 또, 제1 편로드형 복동 실린더(12)의 로드실(12a) 및 보텀실(12b)과의 사이에서, 제2 편로드형 복동 실린더(13)의 로드실(13a) 및 보텀실(13b)과의 사이에서, 액량의 과부족이 생기지 않기 때문에, 이들 사이에 액량보상회로를 설치할 필요가 없으므로, 그 의미로도, 더욱 간이화한 구성으로 할 수 있다.
또한, 상술한 실시형태에 있어서는, 가변속도의 전동기와 정용량형 액체 펌프를 이용한 예를 설명했지만, 일정한 회전속도의 전동기와 가변용량형 액체 펌프를 이용해 구성하여, 제어회로로부터의 지령신호에 의해, 전동기의 회전방향과 가변용량형 액체 펌프의 토출량의 제어, 또는 전동기의 회전방향을 일정하게 하여 가변용량형 액체 펌프의 토출방향과 토출량을 제어하도록 해도 좋다.
이상 상술한 실시형태는 모두 본 발명을 예시적으로 나타낸 것이며 한정적으로 나타낸 것이 아니라, 본 발명은 다른 여러가지 변형상태 및 변경상태에서 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 특허청구의 범위 및 그 균등범위에 의해서만 규정되는 것이다.

Claims (8)

  1. 제1 및 제2 전동기와, 그 제1 및 제2 전동기에 각각 연결되어 구동되도록 구성되어 있으며 각각이 양방향으로 액체를 토출하는 제1 및 제2 토출구를 갖춘 제1 및 제2 액체 펌프와, 그 제1 및 제2 액체 펌프에 각각 대응하여 설치되어 있는 동시에 조타해야할 키에 연결된 제1 및 제2 복동 실린더를 갖추고 있으며,
    상기 제1 액체 펌프의 상기 제1 토출구가 상기 제1 복동 실린더의 제1 작동실과 상기 제2 복동 실린더의 제2 작동실에 연통하고 있는 동시에, 상기 제1 액체 펌프의 상기 제2 토출구가 상기 제1 복동 실린더의 제2 작동실과 상기 제2 복동 실린더의 제1 작동실에 연통하고 있으며,
    상기 제2 액체 펌프의 상기 제1 토출구가 상기 제2 복동 실린더의 제1 작동실과 상기 제1 복동 실린더의 제2 작동실에 연통하고 있는 동시에, 상기 제2 액체 펌프의 상기 제2 토출구가 상기 제2 복동 실린더의 제2 작동실과 상기 제1 복동 실린더의 제1 작동실에 연통하고 있으며,
    또한, 상기 키의 회동각도(θf)를 검출하는 타각검출기와, 조타 스티어링의 조타각도(θi)를 검출하는 조타각검출기와, 상기 타각검출기 및 상기 조타각검출기에 전기적으로 접속되어 있으며, 검출된 회동각도와 조타각도와의 차(θi－θf) 및 차(θf－θi)를 연산하고, 그 차(θi－θf)에 대응하는 구동신호(Sdi) 및 그 차(θf－θi)에 대응하는 구동신호(Sd2)를 출력하는 제어회로와, 그 제어회로에 전기적으로 접속되어 있으며, 출력된 구동신호(Sd1)에 따라 상기 제1 전동기를 구동하는 제1 구동회로와, 상기 제어회로에 전기적으로 접속되어 있으며, 출력된 구동신호(Sd2)에 따라 상기 제2 전동기를 구동하는 제2 구동회로를 더 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 선박용 조타장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 구동회로 및 상기 제2 구동회로는 상기 제1 액체 펌프 및 상기 제2 액체 펌프의 회전방향이 서로 역방향이 되도록 정부가 서로 다른 전압신호를 상기 제1 전동기 및 상기 제2 전동기에 출력하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 선박용 조타장치.
  3. 제1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 키에 일체적으로 고착되어 있으며, 그 키의 지점을 중심으로 하여 회동구동되는 암을 더 갖추고 있으며, 상기 제1 복동 실린더 및 상기 제2 복동 실린더는 상기 암의 양단부에 각각 설치된 한 쌍의 연결부에 요동이 자유롭게 연결되어 있는 한 쌍의 편로드형 복동 실린더인 것을 특징으로 하는 선박용 조타장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 타각검출기는 상기 암의 회동각도를 검출하는 회전엔코더인 것을 특징으로 하는 선박용 조타장치.
  5. 제1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 조타각검출기는 상기 조타 스티어링의 회동각도를 검출하는 회전엔코더인 것을 특징으로 하는 선박용 조타장치.
  6. 제1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제1 액체 펌프 및 제2 액체 펌프는, 시계방향 및 반시계방향의 양방향으로 회전가능하며, 그 회전방향에 따른 방향으로 회전속도에 따른 소정의 수압을 토출하는 한 쌍의 정용량형 액체 펌프인 것을 특징으로 하는 선박용 조타장치.
  7. 제1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제1 구동회로 및 상기 제2 구동회로는, 상기 구동신호(Sd1) 및 상기 구동신호(Sd2)에 따라 정부가 서로 반대인 같은 레벨의 전압신호를 발생하여 상기 제1 전동기 및 상기 제2 전동기에 각각 인가하는 한 쌍의 서보증폭기인 것을 특징으로 하는 선박용 조타장치.
  8. 제1항 또는 제 2항에 있어서, 제1 탱크와, 상기 제1 액체 펌프의 상기 제1 토출구에 출력측이 접속되어, 그 제1 액체 펌프 및 상기 제1 탱크에 입력측이 접속된 제1 체크 밸브와, 상기 제1 액체 펌프의 상기 제2 토출구에 출력측이 접속되어, 그 제1 액체 펌프 및 상기 제1 탱크에 입력측이 접속된 제2 체크 밸브와, 제2 탱크와, 상기 제2 액체 펌프의 상기 제1 토출구에 출력측이 접속되어, 그 제2 액체 펌프 및 상기 제2 탱크에 입력측이 접속된 제3 체크 밸브와, 상기 제2 액체 펌프의 상기 제2 토출구에 출력측이 접속되어, 그 제2 액체 펌프 및 상기 제2 탱크에 입력측이 접속된 제 4 체크 밸브를 더 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 선박용 조타장치.
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