WO2012090375A1 - 舶用操舵装置及び舶用操舵方法 - Google Patents

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WO2012090375A1
WO2012090375A1 PCT/JP2011/006404 JP2011006404W WO2012090375A1 WO 2012090375 A1 WO2012090375 A1 WO 2012090375A1 JP 2011006404 W JP2011006404 W JP 2011006404W WO 2012090375 A1 WO2012090375 A1 WO 2012090375A1
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WO
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steering
rudder
angle deviation
electric motor
steering angle
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/006404
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English (en)
French (fr)
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雅浩 藤澤
嘉彦 松岡
高志 下舞
中村　光
香織 山口
Original Assignee
川崎重工業株式会社
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H25/00—Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements
    • B63H25/06—Steering by rudders
    • B63H25/08—Steering gear
    • B63H25/14—Steering gear power assisted; power driven, i.e. using steering engine
    • B63H25/26—Steering engines
    • B63H25/28—Steering engines of fluid type
    • B63H25/30—Steering engines of fluid type hydraulic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/02—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member
    • F15B11/024—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member by means of differential connection of the servomotor lines, e.g. regenerative circuits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/02—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member
    • F15B11/04—Systems essentially incorporating special features for controlling the speed or actuating force of an output member for controlling the speed

Definitions

  • a hydraulic pump is driven to rotate by an electric motor, and a rudder plate driving unit is operated by pressure liquid discharged from the hydraulic pump, and a rudder angle of the rudder plate can be changed by the rudder plate driving unit.
  • the present invention relates to a marine steering apparatus and a marine steering method.
  • a hydraulic pump is driven to rotate by an electric motor that rotates at a rated output at a constant rated rotational speed, and a rudder plate drive unit is operated by pressure oil discharged from the hydraulic pump.
  • Some drive units change the rudder angle of the rudder plate.
  • the direction control valve in a stop state in which the operation of changing the rudder angle of the rudder is not performed, for example, the direction control valve is switched, and the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump is not supplied to the rudder plate drive. In addition, it is circulated in a predetermined circulation circuit.
  • the operating speed of the rudder plate can be greatly increased by using a speed-controlled servo motor, and the rudder angle of the rudder plate can be changed quickly.
  • a speed-controlled servo motor for example, refer to Patent Document 1.
  • the rudder angle can be quickly changed. Even if the operation of changing the rudder angle is not performed and the rudder plate is in a stopped state, the electric motor is rotating at a constant rotational speed, and therefore reduction of the energy consumption of the electric motor in this state is required. .
  • An object of the present invention is to provide a marine steering device and a marine steering method that can suppress deterioration.
  • a marine steering apparatus includes a steering unit that outputs a command steering angle signal corresponding to a command steering angle, an electric motor that is driven to rotate based on an operation of the steering unit, and a control that controls a rotation speed of the electric motor.
  • a hydraulic pump that is rotationally driven by the electric motor, a steering plate drive unit that is operated by the hydraulic fluid discharged from the hydraulic pump, a steering plate that is operated by the steering plate drive unit, and the steering plate
  • a marine steering apparatus including a steering angle detector that detects an actual steering angle and outputs an actual steering angle signal, a steering angle deviation between the command steering angle signal and the actual steering angle signal is zero or close to zero.
  • the duration is less than or equal to a predetermined set duration
  • the motor is rotated at a first rotational speed
  • the duration exceeds the predetermined set duration the motor is Rotating at a second rotation speed smaller than the first rotation speed or stopping the rotation.
  • the steering unit when the steering unit is operated, the steering unit outputs a command steering angle signal, and the control unit determines the steering angle deviation between the command steering angle signal and the actual steering angle signal. Based on this, the rotation speed of the electric motor can be controlled.
  • the hydraulic pump is rotationally driven by an electric motor, and can operate a rudder plate drive unit with a pressure liquid having a flow rate corresponding to the rotation speed of the electric motor. Can be changed.
  • the rudder angle detector can detect the actual rudder angle of the rudder plate and output an actual rudder angle signal. Further, the duration measurement timer can measure the duration for which the state in which the steering angle deviation between the command steering angle signal and the actual steering angle signal is zero or less than the first steering angle deviation close to zero continues. As a result, the duration measurement timer operates the steering unit after the rudder plate is actuated until the command rudder angle and the actual rudder angle coincide with each other, that is, the time until the command rudder angle and the actual rudder angle do not coincide. Can not measure the time.
  • control unit can stop supplying the hydraulic fluid discharged from the hydraulic pump to the steering plate driving unit when the steering angle deviation is zero or less than the first steering angle deviation.
  • the steering plate can be prevented from being displaced from the position of the command steering angle by the hydraulic fluid discharged from the hydraulic pump.
  • the control unit continues from the time when the command rudder angle and the actual rudder angle coincide with each other until the command rudder angle and the actual rudder angle do not coincide, that is, the rudder angle deviation is zero or less than the first rudder angle deviation.
  • the electric motor can be rotated at the first rotation speed.
  • the control unit rotates the electric motor at a second rotational speed smaller than the first rotational speed when the duration when the steering angle deviation is zero or less than the first steering angle deviation exceeds a predetermined set duration. Or can be stopped.
  • control unit determines that the rudder angle deviation is the first rudder angle without determining that the rudder angle deviation is zero when the supply of the hydraulic fluid discharged from the hydraulic pump to the rudder plate drive unit is stopped.
  • the control unit rotates the electric motor at a rotation speed corresponding to the rudder angle deviation, and The rudder plate can be operated.
  • the electric motor is rotated at a rotation speed corresponding to the rudder angle deviation to steer.
  • the board can be activated.
  • the rudder angle deviation between the command rudder angle and the actual rudder angle is large
  • the rudder angle of the rudder plate can be changed at high speed by rotating the electric motor at high speed.
  • the rudder plate When the rudder angle deviation between the command rudder angle of the rudder plate and the actual rudder angle is small, the rudder plate can be operated at a low speed by rotating the electric motor at a low speed. As a result, the rudder plate can be smoothly stopped without hindrance so as not to generate a large impact at the position of the command rudder angle.
  • the steering plate when the rudder angle deviation is greater than zero, or when the rudder angle deviation is greater than or equal to a second rudder angle deviation greater than the first rudder angle deviation,
  • the steering plate is operated by rotating at a third rotational speed greater than the first rotational speed, and the steering angle deviation is less than the second steering angle deviation and is zero or greater than the first steering angle deviation.
  • the steering plate may be operated by rotating the electric motor at the first rotation speed.
  • the control unit increases the electric motor to the first rotation speed greater than the first rotation speed.
  • the rudder can be operated by rotating at three rotation speeds. For example, when the operation unit is operated and the rudder angle deviation between the command rudder angle and the actual rudder angle of the rudder plate is relatively large, the control unit rotates the motor at a high speed (third rotation speed) to By changing the rudder angle at high speed, the rudder plate can be directed to the command rudder angle in a relatively short time.
  • the control unit can rotate the electric motor at the first rotation speed to operate the rudder plate. it can.
  • the motor is rotated at a low speed (first rotation speed) to change the steering angle of the steering plate at a low speed.
  • control unit may control the rotation speed of the electric motor via an inverter.
  • control unit controls the rotation speed of the electric motor using the inverter, for example, it is economical because it can control the speed of the existing electric motor.
  • a marine steering method includes a steering unit that outputs a command rudder angle signal corresponding to a command rudder angle, an electric motor that is rotationally driven based on an operation of the steering unit, and a control that controls a rotation speed of the electric motor.
  • a hydraulic pump that is rotationally driven by the electric motor, a steering plate drive unit that is operated by the hydraulic fluid discharged from the hydraulic pump, a steering plate that is operated by the steering plate drive unit, and the steering plate
  • a steering angle detector that detects an actual steering angle and outputs an actual steering angle signal; and a steering angle deviation between the command steering angle signal and the actual steering angle signal is zero or less than a first steering angle deviation near zero
  • a marine steering method using a marine steering apparatus including a duration measuring timer for measuring a duration in which a certain state continues, wherein the control unit has a steering angle deviation of zero or less than the first steering angle deviation.
  • the electric motor is rotated at a first rotational speed, and the duration exceeds the predetermined set duration.
  • the electric motor is rotated at a second rotational speed smaller than the first rotational speed, or is stopped.
  • the marine steering method according to the present invention operates in the same manner as the marine steering apparatus according to the present invention.
  • the control unit has a duration in which the steering angle deviation is zero or less than or equal to the first steering angle deviation, that is, a duration in which the steering unit is not operated is a predetermined set duration or less. , Since the electric motor can be rotated at the first rotation speed, the pressure liquid discharged from the hydraulic pump can be maintained at a flow rate corresponding to the rotation speed of the electric motor. When the steering unit is operated, the steering plate can be operated smoothly and with excellent responsiveness.
  • the control unit rotates the electric motor at a second rotational speed smaller than the first rotational speed when the duration time in which the rudder angle deviation is zero or less than the first rudder angle deviation exceeds a predetermined set duration time. Since the steering unit is not operated and the situation in which the command rudder angle and the actual rudder angle coincide (or substantially coincide) continues beyond the set duration, the setting is continued.
  • the energy consumption of the electric motor after the time can be reduced. That is, it is possible to reduce the number of times of acceleration / deceleration of the electric motor and suppress an increase in power consumption due to acceleration. Furthermore, this makes it possible to suppress performance deterioration of the hydraulic fluid due to an increase in the temperature of the hydraulic fluid discharged from the hydraulic pump, and a cooling device for cooling the hydraulic fluid becomes unnecessary.
  • FIG. 1 is a hydraulic circuit diagram of a marine steering system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of the marine steering apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the marine steering apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the marine steering apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the marine steering apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • the marine steering device 16 includes a rudder handle 17 that is rotatably attached to the stern of the ship, and a rudder plate 18 is fixed to the rudder handle 17 via a rudder shaft 17a.
  • a receiving portion 20 formed from a substantially U-shaped concave portion is provided at the other end portion of the turning arm 19.
  • the marine steering device 16 includes a steering plate driving unit 21 for driving the steering handle 17 to rotate.
  • the steering plate drive unit 21 includes a pair of first and second cylinder mechanisms 22 and 23 and a ram 24 that constitutes an output unit of the first and second cylinder mechanisms 22 and 23.
  • the first and second cylinder mechanisms 22 and 23 have first and second cylinders 25 and 26 disposed so as to face each other, and one end portion of the ram 24 is attached to one of the first cylinders 25 to be extendable and contractible.
  • the other end portion of the ram 24 is attached to the other second cylinder 26 so as to be stretchable.
  • a ram pin 27 is provided at the center of the ram 24 in the axial direction, and the ram pin 27 is attached to the receiving portion 20 of the turning arm 19. Accordingly, when the ram 24 is moved in the direction indicated by the arrow 28 (rightward in FIG. 1), the ram pin 27 is moved together with the ram 24, whereby the turning arm 19, the steering handle 17, the rudder shaft 17a, and the rudder plate 18 are integrated. Is rotated counterclockwise as indicated by an arrow 29. On the contrary, when the ram 24 moves in the direction indicated by the arrow 30 (leftward in FIG. 1), the ram pin 27 is moved together with this, so that the turning arm 19, the steering handle 17 and the steering plate 18 are integrated. Is rotated clockwise as indicated by an arrow 31.
  • the marine steering apparatus 16 includes a steering hydraulic pump (hereinafter simply referred to as a “hydraulic pump”) for driving the steering plate drive unit 21 (first and second cylinder mechanisms 22, 23). ”) 32 is provided.
  • the hydraulic pump 32 is, for example, a fixed displacement hydraulic pump.
  • the hydraulic pump 32 is rotationally driven in a predetermined direction by an electric motor 33, and the speed of the electric motor 33 is controlled by an inverter 34.
  • the inverter 34 is controlled by the control unit 35 shown in FIG.
  • the hydraulic pump 32 is provided with a steering hydraulic circuit 36, and the hydraulic pump 32 is connected to the steering plate drive unit 21 via the steering hydraulic circuit 36 in a hydraulic circuit manner.
  • the steering hydraulic circuit 36 operates the steering plate drive unit 21 with the pressure oil discharged from the hydraulic pump 32 to rotate the steering plate 18 in a desired direction, so that the steering plate 18 has a desired command steering angle. It can be operated to become.
  • the steering hydraulic circuit 36 includes a direction control valve 37, a direction operation valve 38, and a relief circuit 39 as shown in FIG.
  • the direction control valve 37 can supply the pressure oil discharged from the discharge port of the hydraulic pump 32 to the first cylinder 25 or the second cylinder 26 and is discharged from the second cylinder 26 or the first cylinder 25.
  • the oil can be switched so that it can be returned to the suction port of the hydraulic pump 32.
  • the direction control valve 37 includes a P1 port, a T1 port, an A1 port, and a B1 port.
  • the P1 port is connected to the discharge port of the hydraulic pump 32 via the upstream pressure oil supply line 40
  • the T1 port is connected to the suction port of the hydraulic pump 32 via the downstream hydraulic oil return line 41.
  • the A1 port is connected to the second cylinder 26 via the pressure oil supply / discharge line 42
  • the B1 port is connected to the first cylinder 25 via the pressure oil supply / discharge line 43.
  • this directional control valve 37 As shown in FIG. 1, when the spool 44 is in the neutral position, the P1 port and the T1 port are connected, and the pressure oil discharged from the discharge port of the hydraulic pump 32 is The oil is returned to the suction port of the hydraulic pump 32 through the pressure oil supply line 40 and the hydraulic oil return line 41. In the neutral position, the rudder plate 18 is maintained in a stopped state.
  • the spool 44 of the directional control valve 37 moves from the neutral position to the right side in FIG. 1 and switches to the right side position, the P1 port and the A1 port are connected, and the pressure oil discharged from the hydraulic pump 32 is discharged.
  • the steering plate 18 can be rotated in the direction of the arrow 31 by being supplied to the second cylinder 26 through the pressure oil supply line 40 and the pressure oil supply / discharge line 42.
  • the hydraulic oil in the first cylinder 25 is returned to the suction port of the hydraulic pump 32 through the pressure oil supply / discharge line 43 and the hydraulic oil return line 41.
  • the spool 44 of the direction control valve 37 moves from the neutral position to the left side in FIG. 1 and switches to the left side position, the P1 port and the B1 port are connected, and the pressure oil discharged from the hydraulic pump 32 is discharged.
  • the steering plate 18 can be rotated in the direction of the arrow 29 by being supplied to the first cylinder 25 through the pressure oil supply line 40 and the pressure oil supply / discharge line 43.
  • the direction operation valve 38 is an electromagnetic valve, and the operator switches the position of the spool 45 of the direction operation valve 38 to a neutral position, a right position, and a left position by operating the steering unit 46 shown in FIG.
  • the position of the spool 44 of the directional control valve 37 can be switched to a desired neutral position, left side position, and right side position.
  • the directional control valve 38 includes a P2 port, a T2 port, an A2 port, and a B2 port as shown in FIG.
  • the P2 port is connected to the discharge port of the hydraulic pump 32 via the pilot line 47 and the pressure oil supply line 40.
  • the T2 port is connected to the tank 49 via the tank line 48.
  • the A2 port is connected to the pilot port X of the direction control valve 37 via the pilot line 50, and the B2 port is connected to the pilot port Y of the direction control valve 37 via the pilot line 51.
  • this directional control valve 38 when the spool 45 is in the neutral position, no pressure oil is supplied to either of the pilot ports X and Y of the directional control valve 37.
  • the spool 44 is maintained in a neutral position, and the rudder plate 18 is maintained in a stopped state.
  • the relief circuit 39 shown in FIG. 1 has a relief valve 52, and can control the discharge pressure of the hydraulic pump 32.
  • the marine steering device 16 includes a control unit 35.
  • the control unit 35 includes a central processing unit, and can perform various calculations and processes according to a predetermined program stored in advance in the storage unit.
  • the control unit 35 is electrically connected to the steering unit 46 and the steering angle detection unit 53.
  • the steering unit 46 is operated by a steering wheel to rotate the rudder plate 18 in a desired direction and set it to a desired command rudder angle, and a command rudder corresponding to the desired command rudder angle.
  • the angle signal can be output to the control unit 35.
  • the steering angle detection unit 53 can detect an actual steering angle (actual steering angle) of the steering plate 18 shown in FIG. 1 and output an actual steering angle signal to the control unit 35.
  • a directional control valve 38 (electromagnetic valve) and an inverter 34 are electrically connected to the control unit 35, and these operations can be controlled.
  • an electric motor 33 (for example, an induction motor) is electrically connected to the inverter 34.
  • the direction operation valve 38 is operated based on a signal output from the control unit 35.
  • control unit 35 includes a first steering angle deviation determination unit (step S102), a second steering angle deviation determination unit (step S110), a speed control unit (steps S112, S120, and S148), and a duration measurement timer (step S138). ) And a duration determination unit (step S144).
  • the first rudder angle deviation determination unit is operated by operating the steering unit 46 to output a command rudder angle signal (command rudder angle) and an actual rudder angle signal output from the rudder angle detection unit 53 (actual steering angle signal). It is determined whether or not the steering angle deviation from the steering angle is zero.
  • the first rudder angle deviation determination unit determines whether or not the rudder angle deviation is zero. Instead, for example, whether or not the rudder angle deviation is equal to or smaller than the first rudder angle deviation near zero. May be determined. If it does in this way, it can control that direction operation valve 38 and direction control valve 37 actuate frequently based on vibration etc. of rudder plate 18 (actual rudder angle signal). Thereby, the stability of the operation of the marine steering device 16 can be increased.
  • the second rudder angle deviation determination unit is equal to or greater than the second rudder angle deviation when the first rudder angle deviation determination unit determines that the rudder angle deviation is not zero (or larger than the first rudder angle deviation). Whether or not.
  • the second steering angle deviation is a deviation larger than zero (or larger than the first steering angle deviation).
  • the speed control unit can generate a third rotation speed signal when the second steering angle deviation determination unit determines that the steering angle deviation is equal to or greater than the second steering angle deviation (the steering angle deviation is relatively large). It is. Accordingly, the electric motor 33 (and the hydraulic pump 32) can be rotated at the third rotation speed (high speed), and the rudder plate 18 can be changed to the command steering angle at high speed.
  • the speed control unit may generate the first rotation speed signal when the second steering angle deviation determination unit determines that the steering angle deviation is less than the second steering angle deviation (the steering angle deviation is relatively small). it can. Accordingly, the electric motor 33 (and the hydraulic pump 32) can be rotated at the first rotation speed (low speed), and the rudder plate 18 can be changed to the command steering angle at a low speed.
  • the duration T during which the steering angle deviation is zero (or less than the first steering angle deviation) can be measured. That is, the actual rudder angle of the rudder plate 18 coincides with (or substantially coincides with) the command rudder angle, and the time during which the steering member is not operating the steering unit 46 in this state is measured.
  • the spool 44 of the directional control valve 37 shown in FIG. 1 is in the neutral position. Thus, the supply of the pressure oil discharged from the hydraulic pump 32 to the steering plate drive unit 21 is stopped.
  • the duration determination unit determines whether or not the duration T measured by the duration measurement timer is equal to or less than a predetermined set duration TS (for example, a predetermined set time between about 3 seconds to 3 minutes). Judgment.
  • a predetermined set duration TS for example, a predetermined set time between about 3 seconds to 3 minutes.
  • the speed control unit rotates the electric motor 33 at the first rotation speed (low speed) when the duration determination unit determines that the duration T is equal to or less than the set duration TS.
  • the speed control unit stops the motor 33 (or rotates at a second rotational speed (very low speed) smaller than the first rotational speed (low speed)) when the continuous time T exceeds the set continuous time TS. It has become.
  • step S100 when the steering person operates the steering unit 46 to give a steering angle command (step S100), the adder 54 generates a command steering angle signal (target steering angle signal) generated by the steering unit 46. ) And the actual steering angle signal generated by the steering angle detection unit 53 are added to calculate the steering angle deviation.
  • step S100 when the steering person operates the steering unit 46 to give a steering angle command (step S100), the adder 54 generates a command steering angle signal (target steering angle signal) generated by the steering unit 46. ) And the actual steering angle signal generated by the steering angle detection unit 53 are added to calculate the steering angle deviation.
  • target steering angle signal target steering angle signal
  • the first rudder angle deviation determination unit determines whether or not this rudder angle deviation is zero (or less than or equal to the first rudder angle deviation close to zero) (step S102). At this time, when the rudder angle deviation is zero (or less than the first rudder angle deviation) and it is determined as YES, the control unit 35 performs the direction operation shown in FIG. 1 according to, for example, a positive or negative value of the rudder angle deviation.
  • the valve 38 is energized (step S104), and the spool 45 is moved to the right side position or the left side position. Thereby, the rudder angle of the rudder plate 18 can be rotated toward the position of the command rudder angle.
  • step S106 since the rudder plate 18 is rotated, the control unit 35 turns off and resets the duration measurement timer (step S106). Then, it is determined whether or not there is no abnormality in the inverter 34 (step S108).
  • the second steering angle deviation determination unit determines whether or not the steering angle deviation is equal to or greater than the second steering angle deviation (the steering angle deviation is relatively large). Is determined (step S110).
  • the control unit 35 outputs the third rotation speed signal to the inverter 34 (step S112), the electric motor 33 can be rotated at the third rotation speed (high speed), the hydraulic pump 32 can be rotated at the third rotation speed (high speed) (step S114), and the steering plate 18 can be rotated at the third speed (high speed). Can be rotated in a predetermined direction (step S116).
  • the actual steering angle of this steering plate 18 is detected by the steering angle detection part 53, and the steering angle detection part 53 can output an actual steering angle signal to the control part 35 (step S118).
  • the actual steering angle signal is fed back to the adder 54, and the calculation by the adder 54 and the processing of steps S102 to S118 are repeated in the same manner as described above.
  • step S110 the determination by the second rudder angle deviation determination unit is that the rudder angle deviation is less than the second rudder angle deviation (the rudder angle deviation is relatively small) and NO.
  • the control unit 35 outputs the first rotation speed signal to the inverter 34 (step S120), rotates the electric motor 33 at the first rotation speed (low speed), and causes the hydraulic pump 32 to move to the first rotation speed. It can be rotated at (low speed) (step S122), and the steering plate 18 can be rotated at a first speed (low speed) in a predetermined direction (step S124).
  • the actual steering angle of this steering plate 18 is detected by the steering angle detection part 53, and the steering angle detection part 53 can output an actual steering angle signal to the control part 35 (step S126).
  • the determination by the first rudder angle deviation determination unit in step S102 is that the rudder angle deviation is zero (or less than the first rudder angle deviation close to zero) and NO.
  • the control unit 35 outputs an unload signal to the directional control valve 38 shown in FIG. 1 to return the spool 45 of the directional control valve 38 to the neutral position (step S136). ).
  • the pressure oil discharged from the hydraulic pump 32 is not supplied to the steering plate drive unit 21, and the steering plate 18 can be stopped at the position of the commanded steering angle (step S140).
  • step S138 the control unit 35 turns on the duration measurement timer (step S138). Then, it is determined whether or not there is any abnormality in the inverter 34 (step S142).
  • the duration determination unit determines whether the duration T measured by the duration measurement timer (step S138) is equal to or less than a predetermined set duration TS. (Step S144), and when it is determined that the duration T is equal to or less than the set duration TS and YES, the actual steering angle is detected (step S146) and the processing returns to the adder 54 and the above processing is repeated. .
  • step S144 if the duration T exceeds the set duration TS and the duration determination unit determines NO, the control unit 35 outputs a stop signal to the inverter 34 (step S148), and the electric motor 33 and the hydraulic pump 32 are stopped (step S150). Then, the actual steering angle is detected and the process returns to the adder 54, and the above processing is repeated (step S152).
  • the stop signal is output to the inverter 34 (step S148), and the electric motor 33 and the hydraulic pump 32 are stopped (step S150).
  • the control unit 35 causes the inverter 34 to A two rotation speed signal (very low speed signal) may be output (step S148), and the electric motor 33 and the hydraulic pump 32 may be rotated at the second rotation speed (extremely constant speed) (step S150).
  • the steering plate 18 can be operated smoothly and with excellent responsiveness when the steering unit 46 is operated next time.
  • step S108 shown in FIG. 3 when it is determined that the inverter 34 is abnormal and YES, the control unit 35 outputs a signal indicating that the inverter 34 is abnormal, and displays the signal on, for example, the display unit of the steering stand. A message is displayed (step S128). And an unload signal is output with respect to the direction operation valve 38 shown in FIG. 1, and the spool 45 of the direction operation valve 38 is returned to a neutral position (step S130). Thereby, the pressure oil discharged from the hydraulic pump 32 is not supplied to the steering plate drive unit 21, and the steering plate 18 can be stopped at the position of the commanded steering angle (step S134).
  • the duration measurement timer is turned OFF, reset, and the steering process is terminated (step S132).
  • step S142 shown in FIG. 4 when it is determined that there is an abnormality in the inverter 34 and YES, the control unit 35 turns off and resets the duration measurement timer (step S154). Then, a signal indicating that the inverter 34 is abnormal is output, for example, on the display unit of the steering stand (step S156), and the steering process is terminated. In this way, the marine steering device 16 operates.
  • this marine steering system 16 when the steering person operates the steering unit 46, the steering unit 46 outputs a command steering angle signal, and the control unit 35 is based on the command steering angle signal.
  • the rotational speed of the electric motor 33 can be controlled.
  • the hydraulic pump 32 is driven to rotate by the electric motor 33, discharges pressure oil at a flow rate corresponding to the rotation speed of the electric motor 33, and can operate the steering plate driving unit 21 by this pressure oil.
  • the rudder angle can be changed by operating the rudder plate 18 by this rudder plate drive part 21.
  • the rudder angle detector 53 can detect the actual rudder angle of the rudder plate 18 and output an actual rudder angle signal.
  • the duration measurement timer may measure a duration T during which the steering angle deviation between the command steering angle signal and the actual steering angle signal is zero (or less than or equal to the first steering angle deviation close to zero). it can. Accordingly, the duration measurement timer is a time from when the rudder plate 18 is actuated to coincide with the command rudder angle until the rudder angle deviation becomes zero (or more than the first rudder angle deviation close to zero), that is, Next, the time until the steering unit 46 is operated can be measured.
  • control unit 35 controls the steering plate for pressure oil discharged from the hydraulic pump 32 when the steering plate 18 coincides with the command steering angle and the steering angle deviation is zero (or less than the first steering angle deviation).
  • Supply to the drive unit 21 can be stopped.
  • the rudder plate 18 can be prevented from being displaced from the position of the command rudder angle by the pressure oil discharged from the hydraulic pump 32.
  • control part 35 is when the continuation time T whose steering angle deviation is zero (or less than 1st steering angle deviation), ie, the continuation time T which is not operating the steering part 46, is below predetermined setting continuation time TS.
  • the steering unit 46 is operated, the steering plate 18 is moved. It can be operated smoothly and with excellent responsiveness.
  • the energy consumption of the electric motor 33 can be reduced by setting the rotation speed of the hydraulic pump 32 to the low first rotation speed until the steering section 46 is next operated.
  • the control unit 35 moves the electric motor 33 from the first rotational speed (low speed). Can be rotated at a small second rotation speed (very low speed) or stopped. Therefore, when the steering unit 46 is not operated and the situation in which the command rudder angle and the actual rudder angle coincide (or substantially coincide) continues beyond the set duration TS, the electric motor 33 after the set duration TS The energy consumption can be further reduced.
  • step S110 shown in FIG. 3 when the steering part 46 is operated and there exists a steering angle command, a steering angle deviation (deviation of a command steering angle and an actual steering angle) is more than a 2nd steering angle deviation.
  • the control unit 35 can operate the steering plate 18 by rotating the electric motor 33 at a high third rotational speed. That is, when the rudder angle deviation between the command rudder angle of the rudder plate 18 and the actual rudder angle is relatively large, the control unit 35 rotates the electric motor 33 at high speed to change the rudder angle of the rudder plate 18 at high speed.
  • the rudder plate 18 can be directed to the command rudder angle in a relatively short time.
  • the control unit 35 rotates the electric motor 33 at a low first rotation speed.
  • the rudder plate 18 can be operated. That is, when the rudder angle deviation between the command rudder angle of the rudder plate 18 and the actual rudder angle is small or small, the electric motor 33 can be rotated at a low speed to change the rudder angle of the rudder plate 18 at a low speed. As a result, the rudder plate 18 can be stopped without generating a large impact at the position of the command rudder angle.
  • control unit 35 uses the inverter 34 to control the rotational speed of the electric motor 33, so that, for example, it is economical to control the speed of an existing constant speed electric motor. is there.
  • the speed of the electric motor 33 is controlled by the inverter 34, but the speed may be controlled using a speed control motor other than this.
  • the rotational speed of the hydraulic pump 32 may be controlled by controlling the speed of a servo motor with a control unit.
  • the control part 35 (2nd steering angle deviation determination part) determines whether a steering angle deviation is more than a 2nd steering angle deviation. Therefore, the rotation speed of the electric motor 33 and the hydraulic pump 32 is changed at two stages of rotation speeds (the third rotation speed and the first rotation speed). Instead, the control unit 35 has a steering angle deviation of zero. If it is larger (or larger than the first steering angle deviation), the steering plate 18 may be operated by rotating the electric motor 33 at a rotational speed corresponding to the steering angle deviation. And this rotational speed may be changed in three steps or more, or may be changed in a stepless manner.
  • the electric motor 33 is made to respond to the steering angle deviation.
  • the rudder plate 18 can be actuated by rotating at a rotating speed. For example, according to the magnitude of the steering angle deviation between the command steering angle of the steering plate 18 and the actual steering angle, the electric motor 33 is rotated at a plurality of speeds, and the steering angle of the steering plate 18 is set to high speed, medium speed, and low speed. Etc. can be changed in multiple stages.
  • the steering plate 18 can be directed to the command steering angle in a relatively short time, or the steering plate 18 can be directed to the command steering angle at a reasonable speed. It is also possible to stop 18 at a low speed without generating a large impact at the position of the command steering angle.
  • the control unit 35 controls the motor 33 to the third rotational speed (high speed) or the first speed (low speed).
  • the steering plate 18 can be rotated in a desired direction at the third speed (high speed) or the first speed (low speed), but instead, as shown in FIG.
  • steps S110 to S118 are omitted and when it is determined that the inverter 34 is normal and NO in step S108, the control unit 35 rotates the electric motor 33 at the fourth rotational speed, and the steering plate 18 is moved to the fourth speed. May be rotated in a desired direction.
  • this 4th rotational speed is a speed larger than the 2nd rotational speed in the said embodiment, and is a speed
  • the marine steering apparatus and the marine steering method according to the present invention can reduce the energy consumption of the electric motor when the state where the steering unit is not operated continues, and the temperature of the hydraulic fluid increases. It has an excellent effect of suppressing deterioration and is suitable for application to such a marine steering apparatus and marine steering method.

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Abstract

　操舵部を操作していない状況が続くときに、電動機の消費エネルギの低減を図ることができると共に、作動液の温度上昇による劣化を抑制すること。　制御部（３５）は、操舵部（４６）を操作していない状況である指令舵角と実舵角との舵角偏差が零（又は第１舵角偏差以下）であるときに、油圧ポンプ（３２）から吐出される圧油の舵板駆動部（２１）への供給を止めると共に、この圧油の供給を停止している継続時間Ｔが設定継続時間ＴＳ以下であるときは、油圧ポンプ（３２）を回転駆動する電動機（３３）を低速の第１回転速度で回転させ、継続時間Ｔが設定継続時間ＴＳを越えたときは、電動機（３３）を低速の第１回転速度よりも小さい極低速の第２回転速度で回転させ又は停止させる構成。

Description

舶用操舵装置及び舶用操舵方法
　本発明は、電動機で液圧ポンプを回転駆動して、この液圧ポンプが吐出する圧液によって舵板駆動部を動作させ、この舵板駆動部によって舵板の舵角を変更することができる舶用操舵装置及び舶用操舵方法に関する。
　従来の舶用操舵装置の一例として、一定の定格回転速度の定格出力で回転する電動機で油圧ポンプを回転駆動して、この油圧ポンプが吐出する圧油によって舵板駆動部を動作させ、この舵板駆動部によって舵板の舵角を変更するものがある。
　そして、この舶用操舵装置によると、舵板の舵角を変更する動作を行なっていない停止状態では、例えば方向制御弁を切換えて、油圧ポンプが吐出する作動油を舵板駆動部に供給せずに、所定の循環回路で循環させるようになっている。
　また、従来の他の舶用操舵装置では、速度制御されるサーボモータを使用することによって、舵板の動作速度を大幅に高速化することを可能にして、舵板の舵角を迅速に変更することができるものがある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１－１１４１９５号公報
　しかし、前記従来の舶用操舵装置のうち、一定の定格回転速度の定格出力で回転する電動機によって油圧ポンプを回転駆動しているものでは、舵角を迅速に変更することができるが、舵板の舵角を変更する動作を行なっておらず舵板が停止状態であっても、電動機は、一定の回転速度で回転しているので、この状態での電動機の消費エネルギの低減が求められている。
　そして、舵板の舵角を変更する動作を行なっておらず舵板が停止状態であっても、舵角を変更する状態のときと同様に、油圧ポンプから一定流量の作動油を所定の循環回路で循環させているので、この循環する作動油の油温を無駄に上昇させ、作動油の温度上昇による劣化が早期に生じることとなり、作動油を冷却する場合は、別途冷却装置が必要となる。
　また、従来の他の舶用操舵装置では、速度制御されるサーボモータを使用して、舵板の動作速度を制御することが可能であるが、舵板の舵角変更動作を行わない舵板の停止状態が継続する場合に、電動機の消費エネルギの低減を図ることができるようにはなってはいない。
　本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、操舵部が操作されない状況が続くときに、電動機の消費エネルギの低減を図ることができると共に、作動液の温度上昇による劣化を抑制することができる舶用操舵装置及び舶用操舵方法を提供することを目的としている。
　本発明に係る舶用操舵装置は、指令舵角と対応する指令舵角信号を出力する操舵部と、前記操舵部の操作に基づいて回転駆動される電動機と、前記電動機の回転速度を制御する制御部と、前記電動機によって回転駆動される液圧ポンプと、前記液圧ポンプから吐出される圧液によって動作する舵板駆動部と、前記舵板駆動部によって作動される舵板と、前記舵板の実舵角を検出して実舵角信号を出力する舵角検出部とを備える舶用操舵装置において、前記指令舵角信号と前記実舵角信号との舵角偏差が零又は零に近い第１舵角偏差以下である状態が継続する継続時間を測定する継続時間測定タイマを備え、前記制御部は、前記舵角偏差が零又は前記第１舵角偏差以下であるときに、前記液圧ポンプから吐出される圧液の前記舵板駆動部への供給を止めると共に、前記継続時間が所定の設定継続時間以下であるときに、前記電動機を第１回転速度で回転させ、前記継続時間が前記所定の設定継続時間を越えたときに、前記電動機を前記第１回転速度よりも小さい第２回転速度で回転させ、又は停止させることを特徴とするものである。
　本発明に係る舶用操舵装置によると、操舵部が操作されると、操舵部は、指令舵角信号を出力し、制御部は、この指令舵角信号と実舵角信号との舵角偏差に基づいて電動機の回転速度を制御することができる。液圧ポンプは、電動機によって回転駆動されて、電動機の回転速度に応じた流量の圧液によって舵板駆動部を動作させることができ、この舵板駆動部によって舵板を作動させて舵角を変更することができる。
　そして、舵角検出部は、舵板の実舵角を検出して実舵角信号を出力することができる。また、継続時間測定タイマは、指令舵角信号と実舵角信号との舵角偏差が零又は零に近い第１舵角偏差以下である状態が継続する継続時間を測定することができる。これによって、この継続時間測定タイマは、舵板が作動して指令舵角と実舵角が一致したときから、指令舵角と実舵角が不一致となるまでの時間、つまり操舵部を操作していない時間を測定することができる。
　また、制御部は、舵角偏差が零又は第１舵角偏差以下であるときに、液圧ポンプから吐出される圧液の舵板駆動部への供給を止めることができる。これによって、液圧ポンプから吐出される圧液によって舵板が指令舵角の位置からずれないようにすることができる。
　そして、制御部は、指令舵角と実舵角が一致したときから、指令舵角と実舵角が不一致となるまでの時間、つまり舵角偏差が零又は第１舵角偏差以下である継続時間が所定の設定継続時間以下であるときは、電動機を第１回転速度で回転させることができる。また、制御部は、舵角偏差が零又は第１舵角偏差以下である継続時間が所定の設定継続時間を越えたときは、電動機を第１回転速度よりも小さい第２回転速度で回転させ、又は停止させることができる。
　また、制御部が、液圧ポンプから吐出される圧液の舵板駆動部への供給を止めるときの判定基準を舵角偏差が零であるときとせずに、舵角偏差が第１舵角偏差以下であるときとすることによって、この舶用操舵装置の動作の安定性を向上させることができる。
　この発明に係る舶用操舵装置において、前記制御部は、前記舵角偏差が零又は前記第１舵角偏差よりも大きいときに、前記電動機を前記舵角偏差に応じた回転速度で回転させて前記舵板を作動させるものとすることができる。
　これによって、操舵部を操作したときに、つまり、舵角偏差が零よりも大きい又は第１舵角偏差よりも大きくなったときに、電動機を舵角偏差に応じた回転速度で回転させて舵板を作動させることができる。例えば舵板の指令舵角と実舵角との舵角偏差が大きいときは、電動機を高速で回転させて舵板の舵角を高速で変更することができる。これによって、舵角偏差が大きいときでも、比較的短時間で舵板を指令舵角に向けることができる。そして、舵板の指令舵角と実舵角との舵角偏差が小さいときは、電動機を低速で回転させて舵板を低速で作動させることができる。これによって、舵板を指令舵角の位置に大きな衝撃を発生させないよう支障なく滑らかに停止させることが可能である。
　この発明に係る舶用操舵装置において、前記制御部は、前記舵角偏差が零よりも大きいときに、又は前記第１舵角偏差よりも大きい第２舵角偏差以上であるときに、前記電動機を前記第１回転速度よりも大きい第３回転速度で回転させて前記舵板を作動させ、前記舵角偏差が前記第２舵角偏差未満であって、零又は前記第１舵角偏差よりも大きいときに、前記電動機を前記第１回転速度で回転させて前記舵板を作動させるものとすることができる。
　このようにすると、舵角偏差が零よりも大きいときは、又は第１舵角偏差よりも大きい第２舵角偏差以上であるときは、制御部は、電動機を第１回転速度よりも大きい第３回転速度で回転させて舵板を作動させることができる。例えば操作部が操作されて、舵板の指令舵角と実舵角との舵角偏差が比較的大きいときは、制御部は、電動機を高速（第３回転速度）で回転させて舵板の舵角を高速で変更して、比較的短時間で舵板を指令舵角に向けることができる。
　そして、舵角偏差が第２舵角偏差未満であって、零又は第１舵角偏差よりも大きいときは、制御部は、電動機を第１回転速度で回転させて舵板を作動させることができる。例えば、舵板の指令舵角と実舵角との舵角偏差が小さいとき又は小さくなったときは、電動機を低速（第１回転速度）で回転させて舵板の舵角を低速で変更することができ、これによって、舵板を指令舵角の位置に大きな衝撃を発生させないよう支障なく滑らかに停止させることが可能である。
　この発明に係る舶用操舵装置において、前記制御部は、インバータを介して前記電動機の回転速度を制御するものとすることができる。
　このように、制御部は、インバータを使用して電動機の回転速度を制御すると、例えば既設の電動機の速度制御を行うことができて経済的である。
　本発明に係る舶用操舵方法は、指令舵角と対応する指令舵角信号を出力する操舵部と、前記操舵部の操作に基づいて回転駆動される電動機と、前記電動機の回転速度を制御する制御部と、前記電動機によって回転駆動される液圧ポンプと、前記液圧ポンプから吐出される圧液によって動作する舵板駆動部と、前記舵板駆動部によって作動される舵板と、前記舵板の実舵角を検出して実舵角信号を出力する舵角検出部と、前記指令舵角信号と前記実舵角信号との舵角偏差が零又は零に近い第１舵角偏差以下である状態が継続する継続時間を測定する継続時間測定タイマを備える舶用操舵装置を使用する舶用操舵方法であって、前記制御部は、前記舵角偏差が零又は前記第１舵角偏差以下であるときに、前記液圧ポンプから吐出される圧液の前記舵板駆動部への供給を止めると共に、前記継続時間が所定の設定継続時間以下であるときに、前記電動機を第１回転速度で回転させ、前記継続時間が前記所定の設定継続時間を越えたときに、前記電動機を前記第１回転速度よりも小さい第２回転速度で回転させ、又は停止させることを特徴とするものである。
　本発明に係る舶用操舵方法によると、本発明に係る舶用操舵装置と同様に作用する。
　本発明に係る舶用操舵装置及び舶用操舵方法によると、制御部は、舵角偏差が零又は第１舵角偏差以下である継続時間、つまり操舵部が操作されない継続時間が所定の設定継続時間以下であるときは、電動機を第１回転速度で回転させることができる構成であるので、液圧ポンプから吐出される圧液を、電動機の回転速度に対応する流量に保持することができ、次に、操舵部が操作されたときに、舵板を滑らかにしかも優れた応答性で作動させることができる。
　そして、制御部は、舵角偏差が零又は第１舵角偏差以下である継続時間が所定の設定継続時間を越えたときは、電動機を第１回転速度よりも小さい第２回転速度で回転させ、又は停止させることができる構成であるので、操舵部が操作されず、指令舵角と実舵角が一致（又は略一致）している状況が設定継続時間を越えて続くときに、設定継続時間以降の電動機の消費エネルギの低減を図ることができる。つまり、電動機の加減速の回数を減らし、加速による消費電力の増加を抑えることが可能になる。更に、これによって液圧ポンプから吐出される圧液の液温の上昇による作動液の性能劣化を抑制することができ、作動液を冷却するための冷却装置が不要となる。
図１は、この発明の一実施形態に係る舶用操舵装置の油圧回路図である。 図２は、同実施形態に係る舶用操舵装置のブロック図である。 図３は、同実施形態に係る舶用操舵装置の動作を示すフローチャートである。 図４は、同実施形態に係る舶用操舵装置の動作を示すフローチャートである。 図５は、同発明の実施形態に係る舶用操舵装置の動作を示すフローチャートである。
　以下、本発明に係る舶用操舵装置及び舶用操舵方法の一実施形態を、図１～図４を参照して説明する。この舶用操舵装置１６は、図１に示すように、船舶の船尾に回動自在に取付けられる舵柄１７を備え、この舵柄１７に、舵軸１７ａを介して舵板１８が固定されている。また、舵柄１７には旋回アーム１９の一端部が固定され、この旋回アーム１９の他端部に、略Ｕ字状の凹部から形成された受部２０が設けられている。
　また、この舶用操舵装置１６は、舵柄１７を回動駆動するための舵板駆動部２１を備えている。この舵板駆動部２１は、一対の第１及び第２シリンダ機構２２、２３と、第１及び第２シリンダ機構２２、２３の出力部を構成するラム２４とを有している。第１及び第２シリンダ機構２２、２３は、相互に対向して配置された第１及び第２シリンダ２５、２６を有し、一方の第１シリンダ２５にラム２４の一端部が伸縮自在に装着され、また他方の第２シリンダ２６にラム２４の他端部が伸縮自在に装着されている。
　このラム２４の軸線方向中央部にはラムピン２７が設けられ、このラムピン２７が旋回アーム１９の受部２０に装着されている。従って、ラム２４が矢印２８で示す方向（図１において右方向）に移動すると、これと共にラムピン２７が移動し、これによって旋回アーム１９、舵柄１７、舵軸１７ａ、及び舵板１８が一体的に矢印２９で示す反時計方向に回動される。そしてこれとは逆に、ラム２４が矢印３０で示す方向（図１において左方向）に移動すると、これと共にラムピン２７が移動し、これによって旋回アーム１９、舵柄１７及び舵板１８が一体的に矢印３１で示す時計方向に回動される。
　そして、この舶用操舵装置１６は、図１に示すように、舵板駆動部２１（第１及び第２シリンダ機構２２、２３）を駆動するための操舵用油圧ポンプ（以下、単に、「油圧ポンプ」と言うこともある。）３２を備えている。この油圧ポンプ３２は、例えば固定容量型の油圧ポンプである。
　また、図１に示すように、この油圧ポンプ３２は、電動機３３によって所定方向に回転駆動され、この電動機３３は、インバータ３４によって速度制御される。そして、このインバータ３４は、図２に示す制御部３５によって制御される。
　また、油圧ポンプ３２には、操舵用油圧回路３６が設けられ、油圧ポンプ３２は、この操舵用油圧回路３６を介して舵板駆動部２１と油圧回路的に接続している。
　この操舵用油圧回路３６は、油圧ポンプ３２から吐出される圧油によって舵板駆動部２１を動作させて、舵板１８を所望の方向に回動させて、舵板１８が所望の指令舵角となるように作動させることができるものである。この操舵用油圧回路３６は、図１に示すように、方向制御弁３７、方向操作弁３８、及びリリーフ回路３９を備えている。
　方向制御弁３７は、油圧ポンプ３２の吐出口から吐出される圧油を第１シリンダ２５又は第２シリンダ２６に供給することができると共に、第２シリンダ２６又は第１シリンダ２５から排出される作動油を油圧ポンプ３２の吸込み口に戻すことができるように切り換えることができるものである。
　つまり、方向制御弁３７は、図１に示すように、Ｐ１ポート、Ｔ１ポート、Ａ１ポート、及びＢ１ポートを備えている。このＰ１ポートは、上流側の圧油供給ライン４０を介して油圧ポンプ３２の吐出口と接続し、Ｔ１ポートは、下流側の作動油戻りライン４１を介して油圧ポンプ３２の吸込み口と接続している。そして、Ａ１ポートは、圧油給排ライン４２を介して第２シリンダ２６と接続し、Ｂ１ポートは、圧油給排ライン４３を介して第１シリンダ２５と接続している。
　この方向制御弁３７によると、図１に示すように、スプール４４が中立位置の状態では、Ｐ１ポートとＴ１ポートとが接続した状態となり、油圧ポンプ３２の吐出口から吐出された圧油が、圧油供給ライン４０及び作動油戻りライン４１を通って油圧ポンプ３２の吸込み口に戻される。この中立位置の状態では、舵板１８は、停止した状態が維持される。
　そして、方向制御弁３７のスプール４４が中立位置から図１の右側に移動して右側位置に切り換わると、Ｐ１ポートとＡ１ポートとが接続した状態となり、油圧ポンプ３２から吐出された圧油が、圧油供給ライン４０及び圧油給排ライン４２を通って第２シリンダ２６に供給されて、舵板１８を矢印３１の方向に回動させることができる。
　そしてこのときは、第１シリンダ２５内の作動油は、圧油給排ライン４３及び作動油戻りライン４１を通って油圧ポンプ３２の吸込み口に戻される。
　また、方向制御弁３７のスプール４４が中立位置から図１の左側に移動して左側位置に切り換わると、Ｐ１ポートとＢ１ポートとが接続した状態となり、油圧ポンプ３２から吐出された圧油が、圧油供給ライン４０及び圧油給排ライン４３を通って第１シリンダ２５に供給されて、舵板１８を矢印２９の方向に回動させることができる。
　そしてこのときは、第２シリンダ２６内の作動油は、圧油給排ライン４２及び作動油戻りライン４１を通って油圧ポンプ３２吸込み口に戻される。
　次に、方向操作弁３８を説明する。方向操作弁３８は、電磁弁であり、操舵者が、図２に示す操舵部４６を操作することによって、この方向操作弁３８のスプール４５の位置を中立位置、右側位置、及び左側位置に切り換えることができ、これによって、方向制御弁３７のスプール４４の位置を所望の中立位置、左側位置、及び右側位置に切り換えることができるものである。
　つまり、方向操作弁３８は、図１に示すように、Ｐ２ポート、Ｔ２ポート、Ａ２ポート、及びＢ２ポートを備えている。このＰ２ポートは、パイロットライン４７及び圧油供給ライン４０を介して油圧ポンプ３２の吐出口と接続している。Ｔ２ポートは、タンクライン４８を介してタンク４９と接続している。そして、Ａ２ポートは、パイロットライン５０を介して方向制御弁３７のパイロットポートＸと接続し、Ｂ２ポートは、パイロットライン５１を介して方向制御弁３７のパイロットポートＹと接続している。
　この方向操作弁３８によると、図１に示すように、スプール４５が中立位置の状態では、圧油が方向制御弁３７のパイロットポートＸ、Ｙのいずれにも供給されないため、方向制御弁３７のスプール４４は、中立位置の状態が維持され、舵板１８は、停止した状態が維持される。
　そして、操舵部４６が操作されて、方向操作弁３８のスプール４５が中立位置から図１の右側に移動して右側位置に切り換わると、Ｐ２ポートとＢ２ポートとが接続した状態となり、油圧ポンプ３２から吐出された圧油を、パイロットライン４７、５１を通って方向制御弁３７のパイロットポートＹに供給することができる。これによって、方向制御弁３７のスプール４４が左側位置に切り換わり、舵板１８を矢印２９の方向に回動させることができる。
　また、操舵部４６が操作されて、方向操作弁３８のスプール４５が中立位置から図１の左側に移動して左側位置に切り換わると、Ｐ２ポートとＡ２ポートとが接続した状態となり、油圧ポンプ３２から吐出された圧油を、パイロットライン４７、５０を通って方向制御弁３７のパイロットポートＸに供給することができる。これによって、方向制御弁３７のスプール４４が右側位置に切り換わり、舵板１８を矢印３１の方向に回動させることができる。
　なお、図１に示すリリーフ回路３９は、リリーフ弁５２を有するものであり、油圧ポンプ３２の吐出圧を制御することができる。
　次に、図２に示す舶用操舵装置１６のブロック図を説明する。この舶用操舵装置１６は、制御部３５を備えている。この制御部３５は、中央演算処理装置を備えており、記憶部に予め記憶されている所定のプログラムに従って、種々の演算や処理を行うことができるものである。そして、この制御部３５は、操舵部４６及び舵角検出部５３が電気的に接続されている。
　操舵部４６は、操舵者によって操作されて舵板１８を所望の方向に回動させて所望の指令舵角に設定することができるものであって、その所望の指令舵角に対応する指令舵角信号を制御部３５に出力することができるものである。
　舵角検出部５３は、図１に示す舵板１８の実際の舵角（実舵角）を検出して実舵角信号を制御部３５に出力することができるものである。
　また、この制御部３５には、方向操作弁３８（電磁弁）及びインバータ３４が電気的に接続されており、これらの動作を制御することができる。なお、インバータ３４には、電動機３３（例えば誘導電動機）が電気的に接続されている。そして、方向操作弁３８は、制御部３５が出力する信号に基づいて作動するようになっている。
　更に、制御部３５は、第１舵角偏差判定部（ステップＳ１０２）、第２舵角偏差判定部（ステップＳ１１０）、速度制御部（ステップＳ１１２、Ｓ１２０、Ｓ１４８）、継続時間測定タイマ（ステップＳ１３８）、及び継続時間判定部（ステップＳ１４４）を備えている。
　第１舵角偏差判定部は、操舵部４６が操作されてこの操舵部４６から出力される指令舵角信号（指令舵角）と、舵角検出部５３から出力される実舵角信号（実舵角）との舵角偏差が零であるか否かを判定するものである。
　ただし、第１舵角偏差判定部は、舵角偏差が零であるか否かを判定したが、これに代えて、例えば舵角偏差が零に近い第１舵角偏差以下であるか否かを判定するようにしてもよい。このようにすると、舵板１８（実舵角信号）の振動等に基づき方向操作弁３８及び方向制御弁３７が頻繁に作動することを抑制することができる。これによって、この舶用操舵装置１６の動作の安定性を大きくすることができる。
　第２舵角偏差判定部は、舵角偏差が零ではない（又は第１舵角偏差よりも大きい）と、第１舵角偏差判定部が判定したときに、第２舵角偏差以上であるか否かを判定するものである。この第２舵角偏差は、零よりも大きい（又は第１舵角偏差よりも大きい）偏差である。
　速度制御部は、舵角偏差が第２舵角偏差以上（舵角偏差が比較的大きい）と第２舵角偏差判定部が判定したときに、第３回転速度信号を生成することができるものである。これによって、電動機３３（及び油圧ポンプ３２）を第３回転速度（高速）で回転させることができ、舵板１８を高速で指令舵角に変更することができる。
　そして、速度制御部は、舵角偏差が第２舵角偏差未満（舵角偏差が比較的小さい）と第２舵角偏差判定部が判定したときに、第１回転速度信号を生成することができる。これによって、電動機３３（及び油圧ポンプ３２）を第１回転速度（低速）で回転させることができ、舵板１８を低速で指令舵角に変更することができる。
　継続時間測定タイマは、指令舵角信号と実舵角信号との舵角偏差が零（又は零に近い第１舵角偏差以下）であると第１舵角偏差判定部が判定したときに、舵角偏差が零（又は第１舵角偏差以下）である状態が継続する継続時間Ｔを測定することができるものである。つまり、舵板１８の実舵角が指令舵角と一致（又は略一致）しており、この状態で操舵者が操舵部４６を操作していない時間を測定するものである。
　なお、第１舵角偏差判定部が、舵角偏差が零（又は第１舵角偏差以下）であると判定したときは、図１に示す方向制御弁３７のスプール４４が中立位置となるようにして、油圧ポンプ３２から吐出される圧油の舵板駆動部２１への供給を止めるようになっている。
　継続時間判定部は、継続時間測定タイマによって測定されている継続時間Ｔが所定の設定継続時間ＴＳ（例えば３秒～３分程度の間の所定の設定された時間）以下であるか否かを判定するものである。
　そして、速度制御部は、継続時間Ｔが設定継続時間ＴＳ以下であるとこの継続時間判定部が判定したときに、電動機３３を第１回転速度（低速）で回転させるようになっている。
　また、速度制御部は、継続時間Ｔが設定継続時間ＴＳを越えたときに、電動機３３を停止（又は第１回転速度（低速）よりも小さい第２回転速度（極低速）で回転）させるようになっている。
　次に、この舶用操舵装置１６の動作を、図３及び図４に示すフローチャートを参照して説明する。まず、図３に示すように、操舵者が操舵部４６を操作して舵角命令を行なうと（ステップＳ１００）、加算器５４は、操舵部４６が生成する指令舵角信号（目標舵角信号）と、舵角検出部５３が生成する実舵角信号とを加算して舵角偏差を演算する。
　そして、第１舵角偏差判定部は、この舵角偏差が零（又は零に近い第１舵角偏差以下）であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。このとき、舵角偏差が零（又は第１舵角偏差以下）でありＹＥＳと判定したときは、制御部３５は、舵角偏差の例えば正又は負の値に応じて図１に示す方向操作弁３８に通電して（ステップＳ１０４）、スプール４５を右側位置又は左側位置に移動させる。これによって、舵板１８の舵角を指令舵角の位置に向かって回動させることができる。
　このときは、舵板１８を回動させているので、制御部３５は、継続時間測定タイマをＯＦＦにしてリセットする（ステップＳ１０６）。そして、インバータ３４に異常が無いか否かを判定する（ステップＳ１０８）。
　次に、インバータ３４に異常が無くＮＯと判定したときは、第２舵角偏差判定部は、この舵角偏差が第２舵角偏差以上（舵角偏差が比較的大きい）であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。このとき、舵角偏差が第２舵角偏差以上（舵角偏差が比較的大きい）でありＹＥＳと判定したときは、制御部３５は、第３回転速度信号をインバータ３４に出力して（ステップＳ１１２）、電動機３３を第３回転速度（高速）で回転させて、油圧ポンプ３２を第３回転速度（高速）で回転させることができ（ステップＳ１１４）、舵板１８を第３速度（高速）で所定の方向に回動させることができる（ステップＳ１１６）。そして、この舵板１８の実舵角は、舵角検出部５３によって検出され、舵角検出部５３は、実舵角信号を制御部３５に出力することができる（ステップＳ１１８）。
　そして、この実舵角信号は、加算器５４にフィードバックされて、上記と同様に、加算器５４による演算、及びステップＳ１０２～Ｓ１１８の処理を繰り返し行なう。
　そして、実舵角が指令舵角に近づき、ステップＳ１１０において、第２舵角偏差判定部による判定が、舵角偏差が第２舵角偏差未満（舵角偏差が比較的小さい）でありＮＯと判定したときは、制御部３５は、第１回転速度信号をインバータ３４に出力して（ステップＳ１２０）、電動機３３を第１回転速度（低速）で回転させて、油圧ポンプ３２を第１回転速度（低速）で回転させることができ（ステップＳ１２２）、舵板１８を第１速度（低速）で所定の方向に回動させることができる（ステップＳ１２４）。そして、この舵板１８の実舵角は、舵角検出部５３によって検出され、舵角検出部５３は、実舵角信号を制御部３５に出力することができる（ステップＳ１２６）。
　そして、この実舵角信号は、加算器５４にフィードバックされて、上記と同様に、加算器５４による演算、ステップＳ１０２～Ｓ１１０、及びステップＳ１２０～Ｓ１２６の処理を繰り返し行なう。
　そして、実舵角が指令舵角に一致して、ステップＳ１０２において、第１舵角偏差判定部による判定が、舵角偏差が零（又は零に近い第１舵角偏差以下）でありＮＯと判定したときは、図４に示すように、制御部３５は、図１に示す方向操作弁３８に対してアンロード信号を出力して方向操作弁３８のスプール４５を中立位置に戻す（ステップＳ１３６）。これによって、油圧ポンプ３２から吐出される圧油が舵板駆動部２１に供給されず、舵板１８を指令舵角の位置に停止させておくことができる（ステップＳ１４０）。
　このときは、舵板１８を停止させているので、制御部３５は、継続時間測定タイマをＯＮにする（ステップＳ１３８）。そして、インバータ３４に異常が無いか否かを判定する（ステップＳ１４２）。
　次に、インバータ３４に異常が無くＮＯと判定したときは、継続時間判定部は、継続時間測定タイマ（ステップＳ１３８）によって測定されている継続時間Ｔが所定の設定継続時間ＴＳ以下であるか否かを判定し（ステップＳ１４４）、継続時間Ｔが設定継続時間ＴＳ以下でありＹＥＳと判定したときは、実舵角を検出して（ステップＳ１４６）加算器５４に戻り、上記の処理を繰り返し行なう。
　そして、ステップＳ１４４において、継続時間Ｔが設定継続時間ＴＳを越えて、継続時間判定部がＮＯと判定したときは、制御部３５は、インバータ３４に停止信号を出力して（ステップＳ１４８）、電動機３３及び油圧ポンプ３２を停止させる（ステップＳ１５０）。そして、実舵角を検出して加算器５４に戻り、上記の処理を繰り返し行なう（ステップＳ１５２）。
　なお、この実施形態では、インバータ３４に停止信号を出力させ（ステップＳ１４８）、電動機３３及び油圧ポンプ３２を停止させたが（ステップＳ１５０）、これに代えて、制御部３５が、インバータ３４に第２回転速度信号（極低速信号）を出力して（ステップＳ１４８）、電動機３３及び油圧ポンプ３２を第２回転速度（極定速）で回転させてもよい（ステップＳ１５０）。このようにすることによって、次に操舵部４６を操作したときに、舵板１８を滑らかにしかも優れた応答性で作動させることができる。
　ただし、図３に示すステップＳ１０８において、インバータ３４に異常がありＹＥＳと判定したときは、制御部３５は、インバータ３４が異常である旨の信号を出力して、例えば操舵スタンドの表示部にその旨を表示させる（ステップＳ１２８）。そして、図１に示す方向操作弁３８に対してアンロード信号を出力して方向操作弁３８のスプール４５を中立位置に戻す（ステップＳ１３０）。これによって、油圧ポンプ３２から吐出される圧油が舵板駆動部２１に供給されず、舵板１８を指令舵角の位置に停止させておくことができる（ステップＳ１３４）。
　このときは、インバータ３４に異常があるので、継続時間測定タイマをＯＦＦにし、リセットして操舵処理を終了する（ステップＳ１３２）。
　そして、図４に示すステップＳ１４２において、インバータ３４に異常がありＹＥＳと判定したときは、制御部３５は、継続時間測定タイマをＯＦＦにし、リセットする（ステップＳ１５４）。そして、インバータ３４が異常である旨の信号を出力して、例えば操舵スタンドの表示部にその旨を表示させて（ステップＳ１５６）、操舵処理を終了する。このようにして、舶用操舵装置１６が動作する。
　次に、この舶用操舵装置１６の作用を説明する。図１及び図２に示す舶用操舵装置１６によると、操舵者が操舵部４６を操作すると、操舵部４６は、指令舵角信号を出力し、制御部３５は、この指令舵角信号に基づいて電動機３３の回転速度を制御することができる。油圧ポンプ３２は、電動機３３によって回転駆動されて、電動機３３の回転速度に応じた流量の圧油を吐出して、この圧油によって舵板駆動部２１を動作させることができる。そして、この舵板駆動部２１によって舵板１８を作動させて舵角を変更することができる。
　そして、舵角検出部５３は、舵板１８の実舵角を検出して実舵角信号を出力することができる。また、継続時間測定タイマは、指令舵角信号と実舵角信号との舵角偏差が零（又は零に近い第１舵角偏差以下）である状態が継続する継続時間Ｔを測定することができる。これによって、この継続時間測定タイマは、舵板１８が作動して指令舵角と一致したときから、舵角偏差が零でなくなる（又は零に近い第１舵角偏差以上）までの時間、つまり次に操舵部４６を操作するまでの時間を測定することができる。
　また、制御部３５は、舵板１８が指令舵角と一致して、舵角偏差が零（又は第１舵角偏差以下）であるときに、油圧ポンプ３２から吐出される圧油の舵板駆動部２１への供給を止めることができる。これによって、油圧ポンプ３２から吐出される圧油によって舵板１８が指令舵角の位置からずれないようにすることができる。
　そして、制御部３５は、舵角偏差が零（又は第１舵角偏差以下）である継続時間Ｔ、つまり操舵部４６を操作していない継続時間Ｔが所定の設定継続時間ＴＳ以下であるときは、電動機３３を第１回転速度（低速）で回転させることができる。よって、油圧ポンプ３２から吐出される圧油を、電動機３３の第１回転速度（低速）に対応する流量に保持することができ、次に、操舵部４６を操作したときに、舵板１８を滑らかにしかも優れた応答性で作動させることができる。そして、操舵部４６を次に操作するまでの間、油圧ポンプ３２の回転速度を低速の第１回転速度にしておくことで、電動機３３の消費エネルギの削減を図ることができる。
　また、制御部３５は、舵角偏差が零（又は第１舵角偏差以下）である継続時間Ｔが所定の設定継続時間ＴＳを越えたときは、電動機３３を第１回転速度（低速）よりも小さい第２回転速度（極低速）で回転させ、又は停止させることができる。よって、操舵部４６を操作せず、指令舵角と実舵角とが一致（又は略一致）している状況が設定継続時間ＴＳを越えて続くときに、設定継続時間ＴＳ以降の電動機３３の消費エネルギの更なる低減を図ることができる。そして、これによって油圧ポンプ３２から吐出される圧油の油温の上昇を抑えることができ、作動油の温度上昇による劣化を抑制することができるし、作動油を冷却するための冷却装置を不要とすることが可能となる。
　そして、図３に示すステップＳ１１０において、操舵部４６が操作されて舵角命令があったときに、舵角偏差（指令舵角と実舵角との偏差）が第２舵角偏差以上であるときは、制御部３５は、電動機３３を高速の第３回転速度で回転させて舵板１８を作動させることができる。つまり、舵板１８の指令舵角と実舵角との舵角偏差が比較的大きいときは、制御部３５は、電動機３３を高速で回転させて舵板１８の舵角を高速で変更して、比較的短時間で舵板１８を指令舵角に向けることができる。
　そして、舵角偏差が第２舵角偏差未満であって、零ではないとき（又は第１舵角偏差よりも大きいとき）は、制御部３５は、電動機３３を低速の第１回転速度で回転させて舵板１８を作動させることができる。つまり、舵板１８の指令舵角と実舵角との舵角偏差が小さいとき又は小さくなったときは、電動機３３を低速で回転させて舵板１８の舵角を低速で変更することができ、これによって、舵板１８を指令舵角の位置に大きな衝撃を発生させずに停止させることが可能である。
　また、図２に示すように、制御部３５は、インバータ３４を使用して電動機３３の回転速度を制御しているので、例えば既設の定速度電動機の速度制御を行うことができて経済的である。
　ただし、上記実施形態では、電動機３３をインバータ３４で速度制御したが、これ以外の速度制御モータを使用して速度制御してもよい。例えばサーボモータを制御部で速度制御して、油圧ポンプ３２の回転速度を制御してもよい。
　そして、上記実施形態では、図３に示すステップＳ１１０、Ｓ１１２、Ｓ１２０に示すように、制御部３５（第２舵角偏差判定部）は、舵角偏差が第２舵角偏差以上であるか否かによって、２段階の回転速度（第３回転速度及び第１回転速度）で電動機３３及び油圧ポンプ３２の回転速度を変更したが、これに代えて、制御部３５は、舵角偏差が零よりも大きいときに（又は第１舵角偏差よりも大きいときに）、電動機３３を舵角偏差に応じた回転速度で回転させて舵板１８を作動させるようにしてもよい。そして、この回転速度は、３段階以上に変更するようにしてもよいし、無段階で変更するようにしてもよい。
　これによって、操舵部４６を操作したときに、つまり、舵角偏差が零よりも大きくなったときに（又は第１舵角偏差よりも大きくなったときに）、電動機３３を舵角偏差に応じた回転速度で回転させて舵板１８を作動させることができる。例えば舵板１８の指令舵角と実舵角との舵角偏差の大きさに応じて、電動機３３を複数段の速度で回転させて、舵板１８の舵角を高速、中速、及び低速等の多段階で変更することができる。その結果、舵角偏差の大きさに応じて、比較的短時間で舵板１８を指令舵角に向けたり、合理的な速度で舵板１８を指令舵角に向けることができるし、舵板１８を指令舵角の位置に大きな衝撃を発生させずに低速にして停止させることも可能である。
　また、上記実施形態では、図３に示すステップＳ１０８において、インバータ３４に異常が無くＮＯと判定したときは、制御部３５は、電動機３３を第３回転速度（高速）又は第１速度（低速）で回転させて、舵板１８を第３速度（高速）又は第１速度（低速）で所望の方向に回動させることができるようにしたが、これに代えて、図５に示すように、ステップＳ１１０～Ｓ１１８を省略して、ステップＳ１０８において、インバータ３４に異常が無くＮＯと判定したときに、制御部３５が、電動機３３を第４回転速度で回転させて、舵板１８を第４速度で所望の方向に回動させるようにしてもよい。
　なお、この第４回転速度は、上記実施形態における第２回転速度よりも大きい速度であり、舵板１８を速やかに指令舵角に向けることができる速度である。
　以上のように、本発明に係る舶用操舵装置及び舶用操舵方法は、操舵部を操作していない状況が続くときに、電動機の消費エネルギの低減を図ることができると共に、作動液の温度上昇による劣化を抑制することができる優れた効果を有し、このような舶用操舵装置及び舶用操舵方法に適用するのに適している。
　１６　舶用操舵装置
　１７　舵柄
　１７ａ　舵軸
　１８　舵板
　１９　旋回アーム
　２０　受部
　２１　舵板駆動部
　２２　第１シリンダ機構
　２３　第２シリンダ機構
　２４　ラム
　２５　第１シリンダ
　２６　第２シリンダ
　２７　ラムピン
　２８、２９、３０、３１　矢印
　３２　操舵用油圧ポンプ
　３３　電動機
　３４　インバータ
　３５　制御部
　３６　操舵用油圧回路
　３７　方向制御弁
　３８　方向操作弁
　３９　リリーフ回路
　４０　圧油供給ライン
　４１　作動油戻りライン
　４２、４３　圧油給排ライン
　４４、４５　スプール
　４６　操舵部
　４７、５０、５１　パイロットライン
　４８　タンクライン
　４９　タンク
　５２　リリーフ弁
　５３　舵角検出部
　５４　加算器

Claims (5)

  1. 　指令舵角と対応する指令舵角信号を出力する操舵部と、
    　前記操舵部の操作に基づいて回転駆動される電動機と、
    　前記電動機の回転速度を制御する制御部と、
    　前記電動機によって回転駆動される液圧ポンプと、
    　前記液圧ポンプから吐出される圧液によって動作する舵板駆動部と、
    　前記舵板駆動部によって作動される舵板と、
    　前記舵板の実舵角を検出して実舵角信号を出力する舵角検出部とを備える舶用操舵装置において、
    　前記指令舵角信号と前記実舵角信号との舵角偏差が零又は零に近い第１舵角偏差以下である状態が継続する継続時間を測定する継続時間測定タイマを備え、
    　前記制御部は、前記舵角偏差が零又は前記第１舵角偏差以下であるときに、前記液圧ポンプから吐出される圧液の前記舵板駆動部への供給を止めると共に、
    　前記継続時間が所定の設定継続時間以下であるときに、前記電動機を第１回転速度で回転させ、
    　前記継続時間が前記所定の設定継続時間を越えたときに、前記電動機を前記第１回転速度よりも小さい第２回転速度で回転させ、又は停止させることを特徴とする舶用操舵装置。
  2. 　前記制御部は、前記舵角偏差が零又は前記第１舵角偏差よりも大きいときに、前記電動機を前記舵角偏差に応じた回転速度で回転させて前記舵板を作動させることを特徴とする請求項１記載の舶用操舵装置。
  3. 　前記制御部は、前記舵角偏差が零よりも大きいときに、又は前記第１舵角偏差よりも大きい第２舵角偏差以上であるときに、前記電動機を前記第１回転速度よりも大きい第３回転速度で回転させて前記舵板を作動させ、
    　前記舵角偏差が前記第２舵角偏差未満であって、零又は前記第１舵角偏差よりも大きいときに、前記電動機を前記第１回転速度で回転させて前記舵板を作動させることを特徴とする請求項１記載の舶用操舵装置。
  4. 　前記制御部は、インバータを介して前記電動機の回転速度を制御することを特徴とする請求項１記載の舶用操舵装置。
  5. 　指令舵角と対応する指令舵角信号を出力する操舵部と、
    　前記操舵部の操作に基づいて回転駆動される電動機と、
    　前記電動機の回転速度を制御する制御部と、
    　前記電動機によって回転駆動される液圧ポンプと、
    　前記液圧ポンプから吐出される圧液によって動作する舵板駆動部と、
    　前記舵板駆動部によって作動される舵板と、
    　前記舵板の実舵角を検出して実舵角信号を出力する舵角検出部と、
    　前記指令舵角信号と前記実舵角信号との舵角偏差が零又は零に近い第１舵角偏差以下である状態が継続する継続時間を測定する継続時間測定タイマを備える舶用操舵装置を使用する舶用操舵方法であって、
    　前記制御部は、前記舵角偏差が零又は前記第１舵角偏差以下であるときに、前記液圧ポンプから吐出される圧液の前記舵板駆動部への供給を止めると共に、
    　前記継続時間が所定の設定継続時間以下であるときに、前記電動機を第１回転速度で回転させ、
    　前記継続時間が前記所定の設定継続時間を越えたときに、前記電動機を前記第１回転速度よりも小さい第２回転速度で回転させ、又は停止させることを特徴とする舶用操舵方法。
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