WO2017002875A1 - 電動舵取機用駆動装置、電動舵取機、電動舵取機用駆動制御装置、電動舵取機構、電動舵取ユニット、船舶及び電動舵取機の設計方法 - Google Patents

電動舵取機用駆動装置、電動舵取機、電動舵取機用駆動制御装置、電動舵取機構、電動舵取ユニット、船舶及び電動舵取機の設計方法 Download PDF

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rudder
gear
drive
electric steering
rotation
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加藤 英雄
広至 赤瀬
修 野原
勝彦 横山
裕司 日比野
浅川 雄一
Original Assignee
ナブテスコ株式会社
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H25/00Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements
    • B63H25/06Steering by rudders
    • B63H25/08Steering gear
    • B63H25/14Steering gear power assisted; power driven, i.e. using steering engine
    • B63H25/26Steering engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D55/00Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes
    • F16D55/24Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes with a plurality of axially-movable discs, lamellae, or pads, pressed from one side towards an axially-located member
    • F16D55/26Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes with a plurality of axially-movable discs, lamellae, or pads, pressed from one side towards an axially-located member without self-tightening action
    • F16D55/28Brakes with only one rotating disc

Definitions

  • the present invention relates to a drive device for an electric steering device that rotationally drives a rudder provided in a ship body, an electric steering device including the electric steering device drive device, a drive control device for an electric steering device, and an electric steering device.
  • the present invention relates to a steering mechanism, an electric steering unit and a ship, and a method for designing an electric steering machine.
  • the course of the ship is adjusted by the rudder being operated by the steering mechanism.
  • a hydraulic steering mechanism has been used as the steering mechanism.
  • JP 2014-156135A an electric steering mechanism using a drive device for an electric steering machine has been studied.
  • the electric steering gear can reduce the layout of the equipment in the ship and is excellent in environmental performance.
  • the electric steering mechanism disclosed in JP2014-156135A has a driven gear fixed to the rudder and an electric steering gear drive device having a drive gear meshing with the driven gear.
  • the drive device for an electric steering machine has an electric motor and a speed reducer that decelerates the rotation of the electric motor and transmits it to a drive gear.
  • the drive gear of the electric steering gear drive device is stopped due to some abnormality occurring in the electric steering gear drive device of the steering mechanism, for example, due to a failure of the electric motor included in the electric steering gear drive device. It may be maintained in the state. Since the drive gear is connected to the speed reducer, it cannot rotate freely. Therefore, when a large external force acts on the rudder, a large force is generated between the drive gear and the driven gear of the electric steering gear drive device. Moreover, in order to ensure sufficient torque, the electric steering mechanism may include a plurality of electric steering gear drive devices. Then, an abnormality may occur in one of the plurality of electric steering gear drive devices, and a locked state may occur. In this state, when another electric steering gear drive device is activated, A large force is generated between the driving gear and the driven gear of the driving device, and the driving gear or the driven gear can be damaged.
  • the first invention has been made in consideration of the above points, and has an object to effectively prevent the drive gear and the driven gear from being damaged due to the abnormality of the drive device for the electric steering gear. To do.
  • the course of the ship is adjusted by operating a rudder attached to the ship body with a steering machine.
  • a steering machine a hydraulic steering machine or an electric steering machine is usually used.
  • JP 2014-156135A discloses an electric steering machine that operates a rudder with two electric motors. In this electric steering machine, the rotation of the electric motor is decelerated by two planetary gear trains, and the decelerated rotation is transmitted from the subsequent planetary gear train to the rudder.
  • an unexpected large external force may act on the rudder operating in the sea.
  • an excessive force is applied to the mechanism for rotating the rudder, and various parts may be damaged.
  • a driven gear such as a ring gear connected to the rudder tries to rotate rapidly, but the driven gear is engaged with a driving gear such as a pinion of a driving device.
  • the meshing portion between the driving gear and the driven gear is likely to be damaged due to local concentration of load.
  • the rotation of the rudder may be constrained by unexpected events such as a foreign object entangled in the rudder.However, if rotational power is transmitted from the motor to the rudder while the rudder cannot rotate, the motor and rudder A large load is applied to the mechanism interposed between them, and various parts may be damaged.
  • the second invention has been made in view of the above circumstances, and provides a technology capable of reducing a force applied to a component and preventing a failure in advance when an unexpected excessive force or load is applied.
  • the purpose is to do.
  • the course of a ship is generally adjusted by a rudder operated by a rudder attached to the main body of the ship.
  • a steering machine a hydraulic steering machine or an electric steering machine is usually used.
  • JP 2014-156135A discloses an electric steering machine that operates a rudder with two electric motors. In this electric steering machine, the rotation of the electric motor is decelerated by two planetary gear trains, and the decelerated rotation is transmitted from the subsequent planetary gear train to the rudder.
  • a ship is required to operate according to a predetermined route, and such a predetermined route is determined by combining routes of various shapes under various conditions. Therefore, a ship generally heads for a destination along a route in which a straight route having a certain traveling direction and a curved route accompanied by a change in traveling direction are appropriately combined.
  • the traveling direction of the ship is controlled by the rudder as described above, it is required to switch the rudder direction according to the traveling direction during operation.
  • the ship is traveling in a certain direction, it is not necessary to change the direction of the rudder and it is preferable that the rudder direction is basically fixed.
  • the third invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a technique capable of appropriately braking the rudder and preventing unintended rotation of the rudder.
  • the course of a ship is generally adjusted by a rudder that is attached to the main body of the ship being operated by a steering machine.
  • a steering machine a hydraulic steering machine or an electric steering machine is usually used.
  • JP 2014-156135A discloses an electric steering machine that operates a rudder with two electric motors. In this electric steering machine, the rotation of the electric motor is decelerated by two planetary gear trains, and the decelerated rotation is transmitted from the subsequent planetary gear train to the rudder.
  • the electric steering machine disclosed in JP2014-156135A has two electric motors. If one of the electric motors breaks down, there is a possibility that the rudder cannot be turned only by driving the other electric motor. It may stop functioning. In addition, the rudder will not function even if the speed reducer comprising the planetary gear train fails.
  • the fourth invention is made in consideration of the above situation, and includes a plurality of drive devices for operating the rudder, and even if a part of the plurality of drive devices fails.
  • An object of the present invention is to provide a design method for an electric steering machine, an electric steering mechanism, an electric steering unit, a ship, and an electric steering machine that can prevent a situation in which the rudder stops functioning.
  • the course of a ship is generally adjusted by a rudder that is attached to the main body of the ship being operated by a steering machine.
  • a steering machine a hydraulic steering machine or an electric steering machine is usually used.
  • JP 2014-156135A discloses an electric steering machine that operates a rudder with two electric motors. In this electric steering machine, the rotation of the electric motor is decelerated by two planetary gear trains, and the decelerated rotation is transmitted from the subsequent planetary gear train to the rudder.
  • a reduction gear using a planetary gear mechanism generally has a large backlash. Therefore, in the steering gear of JP2014-156135A, the backlash is relatively large by providing two planetary gear trains. Therefore, when turning the rudder, the driving gear of the steering machine accelerated by the distance of the backlash momentarily strikes the driven gear of the rudder with a strong force, so that these members may be damaged.
  • the steering machine disclosed in JP2014-156135A has two planetary gear trains and is relatively large in size, and there is room for improvement in downsizing.
  • the fifth invention is made in consideration of the above situation, and can suppress the damage to the drive gear and the driven gear when the driven gear of the rudder is rotated by the drive gear, and can stabilize the operation of the ship. It is an object of the present invention to provide a drive device for an electric steering machine, an electric steering mechanism, an electric steering unit, and a ship that can be reduced in size and device configuration.
  • the course of the ship is adjusted by the rudder being operated by the steering mechanism.
  • a hydraulic steering mechanism has been used as the steering mechanism.
  • JP 2014-156135A an electric steering mechanism using a drive device for an electric steering machine has been studied.
  • the electric steering mechanism can reduce the layout of the equipment in the ship and is excellent in environmental performance.
  • the electric steering mechanism disclosed in JP2014-156135A has a driven gear fixed to the rudder and an electric steering gear drive device having a drive gear meshing with the driven gear.
  • the drive device for an electric steering machine has an electric motor and a speed reducer that decelerates the rotation of the electric motor and transmits it to a drive gear.
  • a plurality of electric steering gear drive devices may be provided for one driven gear from the viewpoint of securing sufficient torque.
  • the drive gear of one of the plurality of electric steering gear drive devices is maintained in a fixed state due to some abnormality.
  • the drive gear of the electric steering gear drive device in which the abnormality has occurred is kept in mesh with the driven gear.
  • the driven gear may be damaged. If the driven gear is damaged, it is impossible to steer even if a normal electric steering gear drive device remains.
  • the sixth invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide an electric steering mechanism that can be steered even if the driven gear is damaged.
  • An object of the first invention is to effectively prevent the drive gear and the driven gear from being damaged due to the abnormality of the electric steering gear drive device.
  • the drive device for an electric steering machine is: A drive device for an electric steering machine that rotationally drives a rudder provided in a ship body, An electric motor, A decelerator that decelerates the rotational power output from the electric motor and outputs it from the output shaft; A drive gear which is provided on the output shaft and meshes with a driven gear whose rotation center is located on the rotation axis of the rudder; A retracting mechanism for retracting at least the drive gear from a position where the drive gear meshes with the driven gear and releasing the meshing between the drive gear and the driven gear.
  • the retraction mechanism radiates the drive gear with respect to the driven gear together with the electric motor and the speed reducer about the rotation axis of the rudder.
  • the meshing of the drive gear and the driven gear may be released by moving in the direction.
  • the retraction mechanism together with the electric motor and the speed reducer, moves the drive gear in a direction parallel to the rotation axis of the rudder with respect to the driven gear. It may be moved to release the engagement of the drive gear and the driven gear.
  • the retracting mechanism may release the engagement of the drive gear and the driven gear by dropping the drive gear from the output shaft.
  • the electric steering machine drive device further comprises detection means for detecting an abnormal state of the electric steering machine drive device,
  • the retraction mechanism may release the meshing of the drive gear and the driven gear when the detecting means detects an abnormal state.
  • the electric steering mechanism according to the first invention is: Any one of the electric steering gear drive device according to the first invention described above; The driven gear meshing with the drive gear of the electric steering gear drive device.
  • the electric steering unit according to the first invention is: Any one of the electric steering gear drive device according to the first invention described above; The driven gear meshing with the drive gear of the electric steering drive device; The rudder to which the driven gear is fixed.
  • the ship according to the first invention is at least one or more of the drive device for an electric steering machine according to the first invention described above, the electric steering mechanism according to the first invention mentioned above, and the electric steering unit described above. Is provided.
  • the first invention it is possible to effectively avoid the drive gear and the driven gear from being damaged.
  • the second invention aims to provide a technique capable of reducing a force applied to a component and preventing a failure in advance when an unexpected excessive force or load is applied.
  • One aspect of the second invention is provided between a drive device that outputs rotational power, a rudder that rotates about the rotation axis by the rotational power transmitted from the drive device, and the drive device or between the drive device and the rudder. And a clutch mechanism that switches between transmission and non-transmission of force.
  • transmission and non-transmission of force are switched by the clutch mechanism, and therefore, when an unexpected excessive force or load is received at least in any place, the force is not transmitted by the clutch mechanism.
  • the electric steering unit further includes a driven gear coupled to the rudder and having a rotation center on the rotation axis of the rudder, and the driving device includes an electric motor that generates rotational power, a reduction unit that decelerates the rotational power generated by the electric motor, and A reduction gear having an output shaft that outputs rotational power decelerated by the reduction portion; and a drive gear that is provided on the output shaft and meshes with the driven gear, and the clutch mechanism is provided on the output shaft.
  • transmission and non-transmission of force are switched on the output shaft. Therefore, in a state where the force is not transmitted by the clutch mechanism, for example, it is possible to prevent the force from being transmitted from the speed reduction unit to the drive gear, and it is possible to prevent the force from being transmitted from the drive gear to the speed reduction unit.
  • the electric steering unit further includes a driven gear coupled to the rudder and having a rotation center on the rotation axis of the rudder, and the driving device includes an electric motor that generates rotational power, a reduction unit that decelerates the rotational power generated by the electric motor, and A reduction gear having an output shaft that outputs rotational power decelerated by the reduction portion; and a drive gear that is provided on the output shaft and meshes with a driven gear.
  • the clutch mechanism includes an electric motor and a reduction gear. Between the two.
  • transmission and non-transmission of force are switched between the electric motor and the reduction gear. Therefore, in a state where the force is not transmitted by the clutch mechanism, for example, it is possible to prevent the force from being transmitted from the electric motor to the reduction gear, and it is possible to prevent the force from being transmitted from the reduction device to the electric motor.
  • a plurality of driving devices may be provided, and the driven gear may mesh with the driving gears of the plurality of driving devices.
  • the plurality of driving devices cooperate to drive the rudder to rotate.
  • the output shaft and drive gear may be integrated.
  • the output shaft and the drive gear can be formed by the same member.
  • the electric steering unit may further include a brake mechanism that brakes the rotation of the rudder.
  • the rotation of the rudder can be braked by the brake mechanism.
  • the electric steering unit further includes a force detection mechanism that directly or indirectly detects a force acting on at least one of the rudder, the drive device, and the clutch mechanism, and the clutch mechanism is a force detected by the force detection mechanism. When is larger than a predetermined threshold value, the force may not be transmitted.
  • Another aspect of the second invention is a drive device for an electric steering machine that rotates a rudder with rotational power, and is connected to the motor that generates rotational power and switches between transmission and non-transmission of force.
  • a drive mechanism for an electric steering machine including a clutch mechanism.
  • Another aspect of the second invention is an electric steering mechanism that rotates a rudder by rotational power, and is connected to the rudder, and a driven gear having a rotational center on the rotational axis of the rudder and produces rotational power.
  • the present invention relates to an electric steering mechanism including a drive device having a gear and a clutch mechanism that is provided in the drive device and switches between transmission and non-transmission of force.
  • Another aspect of the second invention relates to a ship provided with the above-described electric steering unit.
  • the force is not transmitted by the clutch mechanism when an unexpected excessive force or load is applied at least in any place. By doing so, it is possible to reduce the force applied to various parts and prevent failures.
  • ⁇ Third invention> It is an object of the third invention to provide a technique capable of appropriately braking the rudder and preventing unintended rotation of the rudder.
  • a rudder that rotates about a rotation axis, a driving device that rotationally drives the rudder, and rotation of the rudder in a state in which a driving force by the driving device is not applied to the rudder.
  • the present invention relates to an electric steering unit including rotation suppression means for suppressing.
  • a driving device that rotationally drives a rudder that rotates about a rotation axis, and the rotation of the rudder is suppressed in a state where a driving force by the driving device is not applied to the rudder.
  • a drive control device for an electric steering machine.
  • the rotation suppression means may be a non-excitation operation type electromagnetic brake. According to this aspect, it is possible to maintain the rudder angle even when no power is supplied to the rotation suppressing means.
  • the rotation suppressing means may have a pin. According to this aspect, rotation can be suppressed with a simple configuration.
  • the drive device may include an electric motor, and the rotation suppression unit may be an electromagnetic brake that suppresses the rotation of the electric motor. According to this aspect, the rotation of the rudder can be indirectly braked by braking the electric motor.
  • the electric steering unit or the drive control device for the electric steering device further includes a state detection mechanism that detects a state of the drive device, and the rotation detection unit is configured to detect that the drive device is not operating. If detected, the rotation of the rudder may be suppressed. According to this aspect, for example, even when the drive device fails, the rotation of the rudder can be more reliably suppressed.
  • the rotation suppressing means may be provided separately from the driving device.
  • the rotation of the rudder can be suppressed by suppressing the operation of the constituent elements of the rudder rather than the drive device.
  • the degree of freedom of arrangement of the rotation suppression means is also improved.
  • the drive steering device or the drive control device for the electric steering machine may further include detection means for detecting whether or not the rotation suppression of the rudder by the rotation suppression means functions. According to this aspect, it is possible to detect whether or not the rotation of the rudder is appropriately suppressed by the rotation suppression unit.
  • the electric steering unit or the drive control device for the electric steering machine includes at least one of the rudder, a driven gear connected to the rudder and having a rotation center on a rotation axis of the rudder, the driving device, and the rotation suppressing unit.
  • a force detection mechanism that directly or indirectly detects a force acting on one of the rotations, and the rotation suppression unit rotates the rudder when the force detected by the force detection mechanism is greater than a predetermined threshold. This suppression may be released.
  • the force acting on at least one of the rudder, the driven gear connected to the rudder and having the rotation center on the rotation axis of the rudder, the driving device, and the rotation suppression unit is greater than a predetermined threshold value. The suppression of the rotation of the rudder is released, the rotation of the rudder is allowed, and the force can be effectively released.
  • the electric steering unit or the drive control device for the electric steering machine includes at least one of the rudder, a driven gear connected to the rudder and having a rotation center on a rotation axis of the rudder, the driving device, and the rotation suppressing unit.
  • a force detection mechanism that directly or indirectly detects a force acting on either of the drive gear and the driven gear of the drive device when the force detected by the force detection mechanism is greater than a predetermined threshold.
  • a retraction mechanism for releasing the engagement can be prevented by releasing the meshing between the driving gear and the driven gear. For example, when a large external force is applied to the rudder, the rudder can freely rotate, so that damage to the rudder can be prevented.
  • the retracting mechanism may release the meshing of the drive gear and the driven gear by separating the drive gear from the driven gear.
  • Still another aspect of the third invention is a rudder that rotates about a rotation axis, a driven gear that is connected to the rudder and has a rotation center on the rotation axis of the rudder, an electric motor, and a rotation output from the electric motor.
  • a reduction gear that decelerates power and outputs from the output shaft; a drive gear that is a drive gear provided on the output shaft and meshes with the driven gear; and a rotation suppression means that brakes the rotation of the rudder.
  • the present invention relates to an electric steering unit provided.
  • the rudder can be appropriately braked by the rotation suppression means, and unintended rudder rotation can be prevented.
  • the rotation suppression means may brake the rotation of the rudder by braking the driven gear.
  • the rotation of the rudder can be indirectly braked by braking the driven gear.
  • the electric motor may have a drive shaft that outputs rotational power
  • the rotation suppression means may have an electromagnetic brake that brakes the rotation of the drive shaft of the electric motor.
  • the electric steering unit further includes a force detection mechanism that directly or indirectly detects a force acting on at least one of the rudder, the driven gear, the drive device, and the rotation suppression unit, and the rotation suppression unit detects the force.
  • a force detection mechanism that directly or indirectly detects a force acting on at least one of the rudder, the driven gear, the drive device, and the rotation suppression unit, and the rotation suppression unit detects the force.
  • the force detected by the mechanism is larger than a predetermined threshold, braking of the rudder rotation may be released.
  • the electric steering unit can brake the rotation of the rudder when the force acting on at least one of the rudder, the driven gear, the driving device, and the rotation suppression unit is larger than the predetermined threshold. It is released and the rotation of the rudder is allowed, and the force can be effectively released.
  • the electric steering unit includes a force detection mechanism that directly or indirectly detects a force acting on at least one of the rudder, the driven gear, the drive device, and the rotation suppression unit, and a force detected by the force detection mechanism is predetermined. And a retracting mechanism for releasing the engagement of the drive gear and the driven gear.
  • the transmission of force between the driving gear and the driven gear can be prevented by releasing the meshing between the driving gear and the driven gear.
  • the retracting mechanism may release the meshing of the drive gear and the driven gear by separating the drive gear from the driven gear.
  • the engagement of the drive gear and the driven gear can be reliably released by separating the drive gear from the driven gear.
  • the electric steering unit may further include detection means for detecting whether or not the steering rotation braking by the rotation suppression means is functioning.
  • a plurality of rotation suppression means are provided, and the sum of the rated torques related to braking of some of the rotation suppression means may be equal to or greater than the design braking torque required for rudder rotation braking.
  • Still another aspect of the third invention is a drive control device for an electric steering machine that performs rotational drive control of a rudder with rotational power, and decelerates rotational power output from the drive motor and an electric motor having a drive shaft.
  • a drive control device for an electric steering machine comprising: a drive device having a reduction gear that is output from the output shaft; a drive device provided on the output shaft; and a rotation suppression means that brakes rotation of the drive shaft of the electric motor.
  • the drive control device for an electric steering machine further includes a retracting mechanism that releases the meshing between the drive gear and the driven gear fixed to the rudder, and at least retracts the driving gear from a position that meshes with the driven gear. May be.
  • Still another aspect of the third invention is the above-described drive control device for an electric steering machine, and a driven gear that is connected to the rudder and has a rotation center on the rotation axis of the rudder and meshes with the driving gear. And an electric steering mechanism.
  • Another aspect of the third invention relates to a ship provided with the above-described electric steering unit.
  • the rotation suppressing means when external force is applied to the rudder in a state where the driving force from the drive device is not applied to the rudder, rotation of the rudder can be suppressed by the rotation suppressing means, so that power consumption can be reduced. Can be suppressed.
  • ⁇ Fourth Invention> 4th invention is equipped with the several drive device for operating a rudder, and even if it is a case where some of these drive devices fail, the electric steering which can prevent the situation where a rudder stops functioning It aims at providing the design method of a machine, an electric steering mechanism, an electric steering unit, a ship, and an electric steering machine.
  • An electric steering gear includes a plurality of driving devices for operating a rudder provided in a ship body, and each of the driving devices decelerates rotation of the electric motor and the electric motor and outputs an output shaft. And a drive gear provided on the output shaft, the drive gear meshes with a driven gear provided on the rudder, and is configured to turn the rudder by rotation thereof. And the sum of the rated torques of the remaining drive devices that are driven in a state in which some of the drive devices are not driven is equal to or greater than the design turning torque required for turning the rudder. It is comprised as follows, It is an electric steering machine.
  • the electric steering gear of the fourth aspect of the invention as a part of the plurality of drive devices, for example, even when one drive device fails, the sum of the rated torques of the remaining drive devices is By being more than the design turning torque required for turning of the rudder, the remaining driving device can turn the rudder appropriately. Thereby, even when a part of the plurality of drive devices for operating the rudder is broken, it is possible to prevent the rudder from functioning.
  • the electric steering machine according to the fourth invention may further include a braking device that brakes the rotation of the rudder.
  • the rudder when the rudder is not operated, the rudder can be held at a predetermined position by the braking device, so that the course of the ship including the ship body and the rudder can be stabilized.
  • the braking device when the braking device fails while holding the rudder, a load is applied to the driving device, which causes a problem that the driving device is likely to fail.
  • the electric steering gear of the fourth aspect of the present invention there is a situation in which the rudder stops functioning even when a part of the drive device fails due to the braking device. Since this can be prevented, problems that may be caused by the braking device can be compensated. Therefore, the electric steering machine according to the fourth aspect of the invention can be used particularly effectively when a braking device is provided.
  • a plurality of the braking devices are provided, and braking torques of the remaining braking devices in a state where some of the braking devices are not operating. May be configured to be equal to or greater than the designed turning torque.
  • the total braking torque of the remaining braking devices is required for turning the rudder.
  • the rudder can be held at a predetermined position by these remaining braking devices. Thereby, the course of a ship can be stabilized reliably.
  • the braking device is an electromagnetic brake that is provided in each of the plurality of driving devices and brakes rotation of the electric motor in each of the driving devices.
  • the take-up machine is configured such that the sum of the rated torques of the remaining drive devices driven in a state where the some drive devices are not driven is set to the designed turning torque, and the braking provided in the some drive devices. You may be comprised so that it may become more than the torque which added the braking torque of the apparatus.
  • some of the plurality of drive devices are not driven, and the remaining drive devices are driven to turn the rudder. It is also possible to control the brake device so as not to operate when the brake device is operated.
  • An electric steering mechanism is an electric steering mechanism comprising the electric steering device and the driven gear with which each of the drive gears of the electric steering device is engaged.
  • An electric steering unit includes the electric steering device, the driven gear with which each of the drive gears of the electric steering device is engaged, and the rudder provided with the driven gear.
  • the ship which concerns on 4th invention is a ship provided with the said electric steering unit.
  • a design method for an electric steerer including a plurality of drive devices for operating a rudder provided in a ship body, and each of the drive devices includes an electric motor and rotation of the electric motor.
  • the fourth invention even when a part of the plurality of drive devices for operating the rudder fails, it is possible to prevent a situation in which the rudder stops functioning. it can.
  • An object is to provide an electric steering machine drive device, an electric steering mechanism, an electric steering unit, and a ship that can be used.
  • An electric steering gear drive device is an electric steering gear drive device that rotationally drives a rudder provided in a ship body, and decelerates the electric motor and the rotational power output from the electric motor.
  • the reduction gear is an electric steering gear drive device that is an eccentric rocking reduction gear.
  • the speed reducer is an eccentric rocking type speed reducer
  • the backlash can be reduced and the drive gear is instantaneously strong against the driven gear of the rudder. Striking with force is suppressed.
  • a large reduction ratio can be ensured even if it is small.
  • the electric steering drive device may further include a clutch mechanism that switches between transmission and non-transmission of rotational power from the electric motor to the speed reducer.
  • the motor and the speed reducer can be idled by setting the clutch mechanism to the non-transmitting (disconnected) state.
  • the clutch mechanism for example, when the rudder tries to rotate suddenly in response to an unintended force, it is possible to prevent an undesired impact load from being applied to the electric motor and the speed reducer by making the clutch mechanism non-transmitting.
  • the electric steering gear drive device may further include an electromagnetic brake for braking the rotation of the electric motor.
  • This configuration makes it possible to stabilize the course of the ship by enabling the rudder to be held at a predetermined position by the electromagnetic brake when the rudder is not operated.
  • an electric steering mechanism comprising: the electric steering device driving device; and the driven gear meshing with the driving gear of the electric steering device driving device.
  • the electric steering drive device, the driven gear that meshes with the drive gear of the electric steering drive device, and the driven gear are fixed.
  • An electric steering unit comprising the rudder.
  • the ship which concerns on 5th invention is a ship provided with the said electric steering unit.
  • the driven gear of the rudder when the driven gear of the rudder is rotated by the driving gear, it is possible to suppress the damage to the driving gear and the driven gear, to stabilize the operation of the ship, and to downsize the device configuration. Can be achieved.
  • a sixth aspect of the invention aims to provide an electric steering mechanism that can be steered even if the driven gear is damaged.
  • the electric steering mechanism according to the sixth invention is: An electric steering mechanism for rotationally driving a rudder provided in a ship body, A driven gear fixed to the rudder and having a center of rotation located on a rotation axis of the rudder; A plurality of electric steering gear drive devices having a drive gear meshing with the driven gear, The driven gear is thicker than the drive gear, The drive gear of one of the plurality of electric steering gear drive devices is for at least one of the plurality of electric steering gear drive devices. The drive gear of the drive device and the driven gear are shifted in the thickness direction.
  • the region on the driven gear with which the drive gear of the one electric steering gear drive device meshes is the one of the at least one other electric steering gear drive device.
  • the area on the driven gear with which the driving gear meshes may not overlap.
  • the driven gear has a plurality of tooth portions arranged to be shifted in the thickness direction, The tooth portion of the driven gear with which the drive gear of the one drive device for electric steering gears meshes, You may make it differ from the tooth
  • the remaining electric steering drive that operates in a state in which a part of the plurality of electric steering drive units is stopped. You may make it the sum total of the rated torque of an apparatus become more than the design drive torque requested
  • the electric steering mechanism according to the sixth invention may further include a brake mechanism for braking the rotation of the rudder.
  • a plurality of the brake mechanisms are provided, You may make it the sum total of the braking torque of the remaining brake mechanism in the state which does not operate some brake mechanisms among the said several brake mechanisms become more than the said design drive torque.
  • the brake mechanism is a mechanism that is provided in each of the plurality of electric steering gear drive devices and brakes rotation of the electric motor of each electric steering gear drive device,
  • the sum of the rated torques of the remaining electric steering drive devices that are driven in a state where the partial electric steering drive devices are stopped is the design drive torque. You may make it become more than the torque which added the braking torque of the said brake mechanism provided in the machine drive device.
  • the electric steering unit according to the sixth invention is: Any of the electric steering mechanisms according to the sixth invention described above; The rudder to which the driven gear of the electric steering mechanism is fixed.
  • a ship according to a sixth invention includes at least one of the electric steering mechanism according to the sixth invention described above and the electric steering unit described above.
  • one of the plurality of electric steering gear drive devices has an abnormality, and the driven gear that meshes with the drive gear of the electric steering gear drive device. Even if it is damaged, it is possible to effectively prevent the steering from becoming impossible.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a ship, an electric steering unit, and an electric steering mechanism according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the electric steering unit and the electric steering mechanism.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the drive device for the electric steering machine.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a retracting mechanism of the electric steering machine drive device, and is a side sectional view showing the electric steering mechanism.
  • FIG. 5 is a side sectional view showing the electric steering mechanism in a state different from that in FIG. 4.
  • FIG. 6 is a view for explaining a modification of the retracting mechanism, and is a side sectional view showing the electric steering mechanism.
  • FIG. 7 is a side sectional view showing the electric steering mechanism shown in FIG. 6 in a state different from FIG.
  • FIG. 8 is a view for explaining another modified example of the retracting mechanism, and is a side sectional view showing the electric steering mechanism.
  • FIG. 9 is a side sectional view showing the electric steering mechanism shown in FIG. 8 in a state different from FIG.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of an electric steering device and a rudder operated by the electric steering device according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is a perspective view schematically showing the electric steering machine and the rudder.
  • FIG. 12 is a block diagram illustrating an example of a case in which the clutch mechanism is provided in the drive device.
  • FIG. 13 is a block diagram illustrating another example of a case in which the clutch mechanism is provided in the drive device.
  • FIG. 14 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of the clutch mechanism.
  • FIG. 12 is a block diagram illustrating an example of a case in which the clutch mechanism is provided in the drive device.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating an example of a driving device.
  • FIG. 16 is a diagram schematically illustrating a cross section of a brake mechanism, a control unit, and a force detection mechanism.
  • FIG. 17 is a schematic diagram of an electric steering gear and a rudder according to the third embodiment.
  • FIG. 18 is a perspective view schematically showing the electric steering machine and the rudder.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view of the driving device.
  • FIG. 20 is a diagram schematically illustrating a cross section of the rotation suppressing unit, a control unit, and a force detection mechanism.
  • FIG. 21 is an enlarged view showing a part of the cross section of the rotation suppressing means shown in FIG.
  • FIG. 28 is a schematic diagram showing a ship, an electric steering unit, and an electric steering mechanism according to the sixth embodiment.
  • FIG. 29 is a perspective view showing an electric steering unit and an electric steering mechanism.
  • FIG. 30 is a longitudinal sectional view of the drive device for the electric steering machine.
  • FIG. 31 is a side view for explaining the positional relationship between the drive gears and the driven gears of a plurality of electric steering gear drive devices and showing the electric steering mechanism.
  • FIG. 32 is a side view showing a modified example of the driven gear.
  • the “electric steering device drive device” is a device that outputs a driving force for driving the rudder, and is also simply referred to as an “electric drive device” below.
  • the “electric steering mechanism” according to the present embodiment includes an electric drive device 10 and a ring gear (driven gear) 104 in the following example.
  • the “electric steering unit” according to the present embodiment includes an electric steering mechanism M (electric drive device 10 and ring gear (driven gear) 104) and a rudder 101 in the following example.
  • the “ship” according to the present embodiment includes an electric steering mechanism M (electric drive device 10 and ring gear (driven gear) 104), a rudder 101, and a ship body 100 in the following example. .
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the first embodiment, and is a schematic diagram of a rudder 101 operated by using the electric drive device 10.
  • FIG. 2 shows an electric steering mechanism M and a rudder 101. It is the perspective view which showed schematically.
  • the marine vessel S includes a marine vessel main body 100 and a rudder 101 provided at the lower tail of the marine vessel main body 100.
  • the rudder 101 includes a rudder main body 102 and a cylindrical swivel tube 103 that protrudes from an upper portion of the rudder main body 102.
  • the upper part of the swivel cylinder 103 is rotatably supported by the bottom part of the main body of the ship main body 100.
  • the rudder 101 is rotatable with respect to the ship main body 100 within a predetermined angle range around the rotation axis L1.
  • the ship S has an electric steering mechanism M that rotates the rudder 101 with respect to the ship body 100.
  • the electric steering mechanism M constitutes an electric steering unit U together with the rudder 101 as described above.
  • the electric steering mechanism M includes an electric drive device 10 having a drive gear, and a driven gear that meshes with the drive gear.
  • the drive gear is configured as a pinion gear 17.
  • the driven gear is configured as an annular ring gear 104.
  • a ring gear 104 as a driven gear is fixed to the rudder 101.
  • the ring gear 104 can rotate with respect to the ship body 100 together with the rudder 101.
  • the ring gear 104 is fixed to the upper part of the revolving cylinder 103.
  • the center of the annular ring gear 104 is located on the rotation axis L ⁇ b> 1 of the rudder 101.
  • a propeller 105 is provided at a position in front of the rudder 101.
  • the propeller 105 is driven to rotate by an electric motor or an internal combustion engine (not shown).
  • the ship S is propelled by rotating the propeller 105.
  • the ship S can be turned in a desired direction.
  • the electric drive device 10 of the electric steering mechanism M is arranged in a region above the swivel cylinder 103 in the ship main body 100.
  • the electric steering mechanism M includes a plurality (four in the illustrated example) of electric drive devices 10 (10a, 10b, 10c, and 10d) that form an electric steering machine.
  • Each of the electric drive devices 10 (10a, 10b, 10c, 10d) is installed on the ship body 100.
  • Each of the electric drive devices 10 (10a, 10b, 10c, 10d) includes an electric motor 12, a speed reducer 13 that decelerates the rotational power output from the electric motor 12 and outputs it from the output shaft, and a drive fixed to the output shaft. And a gear.
  • the output shaft of the speed reducer 13 is configured by a carrier 25 (see FIG. 3) described later.
  • the drive gear is constituted by a pinion 17 that meshes with a ring gear 104 provided on the rudder 101.
  • the rotational power from the electric motor 12 of the electric drive device 10 is decelerated by the speed reducer 13 and output from the carrier 25. Thereby, the reduced rotational power is transmitted from the pinion 17 to the ring gear 104.
  • the ring gear 104 operates with respect to the electric drive device 10 (10a, 10b, 10c, 10d) installed on the ship body 100 by the rotation of the pinion 17 synchronized with the carrier 25. More specifically, the annular ring gear 104 rotates around the center of the ring. Along with the operation of the ring gear 104 with respect to the electric drive device 10, the rudder 101 to which the ring gear 104 is fixed also operates with respect to the ship body 100.
  • each electric motor 12 is the same model, and has the same rated output, rated torque, rated rotational speed, and the like.
  • Each reduction gear 13 has the same structure and the same reduction ratio.
  • Each pinion 17 has the same number of teeth and the same inner and outer diameters. Therefore, the rated output, the rated torque, the rated rotation speed, etc. of each electric drive device 10 (10a, 10b, 10c, 10d) are also the same.
  • Each electric motor 12 is connected to the inverter 108 shown in FIG. 1, and the supplied power is controlled by the inverter 108.
  • the inverter 108 is configured to control the rotational speed and rotational position of the electric motor 12 by adjusting the power frequency and the power voltage based on a command signal from the turning controller 109 that is communicably connected.
  • the turning controller 109 is communicably connected to a main controller (not shown).
  • the main controller determines the turning direction and turning speed of the ship S based on the operation of the operator of the ship S, and outputs a command signal to the turning controller 109.
  • the turning controller 109 outputs to the inverter 108 a rotation command signal for the rotation speed and rotation angle position at which the rotation is stopped in each electric motor 12 determined according to the command signal output from the main controller.
  • the inverter 108 rotates the electric motor 12 according to the rotation command signal output from the turning controller 109.
  • the rotational power output from the electric motor 12 is transmitted to the speed reducer 13, the pinion 17, and the ring gear 104.
  • the rudder 101 turns in a desired direction at a desired speed.
  • the electric motor 12 is controlled using the inverter 108, but the electric motor 12 may be controlled without using the inverter 108.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the electric drive device 10.
  • the electric motor 12 has a drive shaft 12a that outputs rotational power.
  • the speed reducer 13 includes an input shaft 14, a case 15, a speed reduction portion 16 including the above-described carrier 25, and the like. A part of the speed reducer 13 protrudes from the case 15 and is exposed at one end side located on the lower side.
  • the pinion 17 is fixed to a portion exposed from the case 15 of the speed reducer 13.
  • the electric motor 12 is attached to the case 15 on the other end side located above the speed reducer 13.
  • the rotational power input from the electric motor 12 disposed on the upper side is decelerated via the speed reducing unit 16 disposed on the inner side of the case 15 and output from the carrier 25.
  • the pinion 17 provided on the carrier 25 of each reduction gear 13 is disposed around the rotation axis L1 of the rudder 101 as shown in FIG.
  • the pinion 17 is disposed so as to mesh with teeth 104 a formed on the outer periphery of the ring gear 104 that is rotatably supported with respect to the ship body 100. In this case, it becomes easy to perform maintenance of each driving device 11.
  • the teeth 104 a are formed on the outer periphery of the ring gear 104, but the teeth 104 a may be formed on the inner periphery of the ring gear 104.
  • the electric drive device 10 is arranged so that the pinion 17 meshes with the teeth 104 a on the inner periphery of the ring gear 104.
  • the size of the ring gear 104 can be increased, for example, rigidity can be ensured.
  • the pinions 17 are arranged along the outer periphery of the ring gear 104 at equal intervals in the circumferential direction (in this embodiment, every 90 °). Since each pinion 17 is arranged in this way, each pinion 17 is rotated by rotation of each electric motor 12, and the ring gear 104 that is rotatably supported by the ship body 100 and meshes with the pinion 17 is connected to the rotation axis L1. Rotate around. Thereby, the rudder 101 to which the ring gear 104 is fixed turns with respect to the ship main body 100 around the rotation axis L1.
  • the pinions 17 are arranged along the outer circumference of the ring gear 104 at equal intervals in the circumferential direction.
  • the arrangement of the pinions 17 is not limited to this mode.
  • the drive devices 11 may be densely arranged in a predetermined region of the ring gear 104 according to the arrangement of other devices around the drive device 11.
  • the speed reducer 13 is an eccentric oscillating speed reducer.
  • the configuration of the speed reducer 13 will be described in detail with reference to FIG.
  • the output side that is the lower side where the pinion 17 is disposed is one end side
  • the input side that is the upper side where the electric motor 12 is disposed is the other end side.
  • an arrow indicating one end side and an arrow indicating the other end side are shown.
  • the case 15 in the speed reducer 13 includes a first case portion 15a, a second case portion 15b, and a third case portion 15c formed in a cylindrical shape.
  • or 3rd case parts 15a, 15b, and 15c are arrange
  • the first case portion 15a is disposed on one end side
  • the second case portion 15b is fixed to the other end side of the first case portion 15a
  • the third case portion 15c is fixed to the other end side of the second case portion 15b. Has been.
  • an input shaft 14, a speed reduction unit 16 and the like are accommodated.
  • the drive shaft 12 a, the input shaft 14, and the speed reducer 16 of the electric motor 12 are arranged in series along the direction of the speed reducer axis Q that is the rotation axis of the speed reducer 13.
  • the case 15 is open on one end side (the end side of the first case portion 15a).
  • the case 15 has the electric motor 12 fixed to the other end side (the end portion side of the third case portion 15c).
  • the speed reducer axis Q is parallel to the rotation axis L1 of the rudder 101.
  • a plurality of pin internal teeth 20 constituting internal teeth are arranged on the inner periphery of the first case portion 15a in the case 15.
  • the pin internal teeth 20 are pin-shaped members.
  • the pin internal teeth 20 are arranged such that the longitudinal direction thereof is parallel to the speed reducer axis Q.
  • the pin internal teeth 20 are arranged at equal intervals along the circumferential direction of the inner peripheral surface in the first case portion 15a.
  • the pin internal teeth 20 mesh with external teeth 41 of an external gear 26 described later.
  • the input shaft 14 is connected to the drive shaft 12 a of the electric motor 12 via a coupling 21.
  • a gear portion 14 a that meshes with a later-described crankshaft gear 23 in the speed reduction portion 16 is provided on one end portion side of the input shaft 14 (the end portion side opposite to the coupling 21 side).
  • the input shaft 14 transmits the rotational power output from the electric motor 12 to the speed reduction unit 16.
  • a ball bearing 22 is provided at the center of the second case portion 15 b of the case 15. The ball bearing 22 supports the input shaft 14 rotatably.
  • the deceleration unit 16 includes the above-described crankshaft gear 23, crankshaft 24, carrier 25, external gear 26, main bearings (30, 31), and the like.
  • the crankshaft gear 23 is provided as a spur gear element.
  • a plurality of (for example, three) crankshaft gears 23 are arranged around the gear portion 14 a so as to mesh with the gear portion 14 a of the input shaft 14.
  • the crankshaft gear 23 is formed with a through hole in the central portion, and is fixed to the other end side of the crankshaft 24 disposed through the through hole by spline coupling.
  • a plurality of (for example, three) crankshafts 24 are arranged at equal intervals along the circumferential direction around the reduction gear axis Q.
  • the crankshaft 24 is arranged so that its axial direction is parallel to the speed reducer axis Q.
  • the crankshaft 24 is disposed so as to pass through a crank hole 34 formed in the external gear 26.
  • the crankshaft 24 is rotated by receiving rotational power from the input shaft 14 via the crankshaft gear 23.
  • the crankshaft 24 has a shaft main body 24c, and a first eccentric portion 24a and a second eccentric portion 24b provided on the shaft main body 24c.
  • the first eccentric portion 24a and the second eccentric portion 24b are formed in an intermediate portion of the shaft main body 24c in a direction parallel to the speed reducer axis Q.
  • the 1st eccentric part 24a is located in the one end side, and the 2nd eccentric part 24b is located in the other end side.
  • the first eccentric portion 24a and the second eccentric portion 24b have a circular cross section in a cross section orthogonal to the speed reducer axis Q.
  • the center positions of the first eccentric portion 24 a and the second eccentric portion 24 b are eccentric with respect to the central axis of the shaft body 24 c of the crankshaft 24.
  • the first eccentric part 24a and the second eccentric part 24b are symmetrically eccentric with respect to each other about the central axis of the shaft body 24c.
  • the first eccentric portion 24 a and the second eccentric portion 24 b are located in the above-described crank hole 34 of the external gear 26.
  • One end of the shaft main body 24c of the crankshaft 24 is rotatably held with respect to the carrier 25 via a bearing (not shown).
  • the other end of the shaft main body 24c is rotatably held with respect to the carrier 25 via a bearing (not shown).
  • the other end of the shaft body 24c protrudes from the carrier 25 to the other end side, and the above-described crankshaft gear 23 is fixed.
  • the carrier 25 includes a base carrier 27, an end carrier 28, and a support column 29.
  • One end portion of the shaft body 24c of the crankshaft 24 is rotatably held by the base carrier 27 of the carrier 25, and the other end portion of the shaft body 24c is rotatably held by the end carrier 28.
  • a pinion 17 is connected to one end side of the base carrier 27 via a bolt 18. That is, the base carrier 27 is an output shaft of the speed reducer 13.
  • the end carrier 28 is formed in a disc shape.
  • the post 29 is located between the base carrier 27 and the end carrier 28.
  • the support column 29 is provided as a columnar portion that connects the base carrier 27 and the end carrier 28. In the illustrated example, the support post 29 is formed integrally with the base carrier 27.
  • a bolt penetrating the end carrier 28 is inserted into each support column 29. Using this bolt, the end carrier 28 and the base carrier 27 are connected via a support column 29.
  • a plurality of struts 29 are arranged along the circumferential direction around the reduction gear axis Q, and the axial directions thereof are arranged parallel to the reduction gear axis Q.
  • the carrier 25 is rotatably held with respect to the case 15 via the main bearings 30 and 31.
  • the first main bearing 30 is configured as a ball bearing interposed between the base carrier 27 and the first case portion 15a.
  • the first main bearing 30 rotatably holds the base carrier 27 with respect to the inner peripheral side of the first case portion 15a.
  • the 2nd main bearing 31 is comprised as a ball bearing interposed between the edge part carrier 28 and the 1st case part 15a.
  • the external gear 26 has a first external gear 26a and a second external gear 26b.
  • the first external gear 26a and the second external gear 26b are formed in a disk shape.
  • the first external gear 26a and the second external gear 26b are arranged so that their plate surfaces are parallel to each other.
  • the first external gear 26a and the second external gear 26b are respectively formed with the above-described crank hole 34 through which the crankshaft 24 passes and the column through hole through which the column 29 passes.
  • the number of the crank holes 34 of the external gear 26 corresponds to the number of the crankshafts 24.
  • the through-holes are formed in a number corresponding to the number of the columns 29.
  • the eccentric portions 24a and 24b of the crankshaft 24 are positioned in the crank holes 34 of the external gears 26a and 26b. Therefore, when the crankshaft 24 rotates about the central axis of the shaft body 24 c by the rotational drive of the input shaft 14, the external gears 26 a and 26 b swing eccentrically with respect to the carrier 25. In the illustrated example, the external gears 26 a and 26 b are translated with respect to the carrier 25 along a circumferential trajectory centered on the speed reducer axis Q of the speed reducer 13.
  • external teeth 41 that mesh with the pin internal teeth 20 are provided on the outer circumferences of the first external gear 26a and the second external gear 26b.
  • the number of teeth of the outer teeth 41 is one or more than the number of teeth of the pin inner teeth 20.
  • the electric drive apparatus 10 further includes a brake mechanism 50 that brakes the rotation of the rudder 101.
  • FIG. 3 shows an example of the brake mechanism 50.
  • the brake mechanism 50 is provided for each electric drive device 10, and one brake mechanism 50 is attached to one electric motor 12.
  • the brake mechanism 50 shown in FIG. 3 is a mechanism as an electromagnetic brake that brakes the rotation of the drive shaft 12a of the electric motor 12 or releases the brake of the drive shaft 12a based on a command from the turning controller 109. Have. In a state where the rotation of the drive shaft 12a is braked, the electric drive device 10 is maintained in a state in which its operation is restricted.
  • the brake mechanism 50 is fixed to an upper cylindrical housing 51 fixed to the upper portion of the electric motor 12 and the other end portion (upper end portion) of the output shaft 12 a of the electric motor 12.
  • the disc-shaped first friction plate 52 accommodated, the cylindrical electromagnet 53 fixed to the upper inner surface of the housing 51 above the first friction plate 52, and the electromagnet between the electromagnet 53 and the first friction plate 52.
  • a disk-shaped armature 54 that is arranged so as to be detachable from the arm 53, a disk-shaped second friction plate 55 that is fixed to the surface of the armature 54 on the first friction plate 52 side, and the armature 54.
  • An elastic member 56 that urges toward the friction plate 52 side, and a disk-shaped third friction plate 57 that is fixed to the upper portion of the electric motor 12 below the first friction plate 52 are provided.
  • the first friction plate 52, the electromagnet 53, the armature 54, the second friction plate 55, and the third friction plate 57 are arranged coaxially, and the output shaft 12a of the electric motor 12 is passed inside each member.
  • the electromagnet 53 has a cylindrical electromagnet main body 53a and an annular coil 53b disposed in the electromagnet main body 53a.
  • the elastic member 56 presses the second friction plate 55 against the first friction plate 51 via the armature 54 when no current is supplied to the coil 53b and the electromagnet 53 is in a non-excited state.
  • the first friction plate 51 is sandwiched between the second friction plate 55 and the third friction plate 57. Therefore, rotation of the drive shaft 12a of the electric motor 12 is braked and regulated. Therefore, the pinion 17 that forms the drive gear of the electric drive device 10 is braked and restricted in rotation, and the rotation of the rudder 101 is braked and maintained in a stopped state.
  • the pinion 17 (drive gear) of the electric drive device 10 is stopped due to some abnormality occurring in the electric drive device 10 due to, for example, a failure of the electric motor 12 included in the electric drive device 10. May be maintained. Since the pinion 17 (drive gear) is connected to the speed reducer 13, it cannot rotate freely. Therefore, when a large external force acts on the rudder, a large force is applied between the pinion 17 (drive gear) and the ring gear 104 (driven gear) of the electric drive device 10. If the pinion 17 or the ring gear 104 of the electric steering mechanism 10 is damaged, it is necessary to replace damaged parts or the electric drive device 10 itself. Part replacement is costly and the ship cannot navigate while part replacement is taking place.
  • the electric steering unit U includes a plurality of electric drive units 10 as in the illustrated example.
  • the electric steering unit U includes a plurality of electric drive devices 10 for reasons such as securing sufficient torque
  • an abnormality occurs in some of the plurality of electric drive devices 10 and the locked state
  • the electric drive device 10 and the ring gear 104 may be damaged.
  • the ring gear 104 (driven gear) that meshes with the pinions 17 (driving gears) of the plurality of electric driving devices 10 is a large and relatively expensive part. Not only is it time consuming, it also requires enormous costs.
  • the electric drive device 10 further includes a retraction mechanism 60 that retreats at least the drive gear from a position where the drive gear meshes with the driven gear to release the engagement between the drive gear and the driven gear. is doing.
  • a retraction mechanism 60 that retreats at least the drive gear from a position where the drive gear meshes with the driven gear to release the engagement between the drive gear and the driven gear.
  • the electric drive device 10 includes a drive device main body 11 and a retraction mechanism 60 positioned between the drive device main body 11 and the ship main body 100.
  • the drive device main body 11 includes the above-described electric motor 12, speed reducer 13, and pinion 17.
  • the retraction mechanism 60 moves the drive device body 11 relative to the ring gear 104. 4 and 5, the retraction mechanism 60, together with the electric motor 12 and the speed reducer 13, causes the pinion 17 to be in a radial direction (radial direction) around the rotation axis L ⁇ b> 1 of the rudder 101. In other words, it is moved in a direction orthogonal to the rotation axis L1 and across the rotation axis L1.
  • 4 shows a normal position (meshing position) where the pinion 17 is engaged with the ring gear 104
  • FIG. 5 shows a retracted position where the pinion 17 is separated from the ring gear 104.
  • the drive device main body 11 is installed on the holding portion 110 of the ship main body 100 using the retraction mechanism 60.
  • the holding part 110 is formed with a hole 110a through which one side portion of the drive device body 11 passes.
  • the retracting mechanism 60 includes a retracting device 62 that moves the drive device main body 11 and a guide member 61 that guides the movement of the drive device main body 11.
  • the retracting device 62 can be constituted by, for example, a hydraulic cylinder.
  • the retracting device 62 includes a drive unit 62a including an electric motor and a speed reducer, and a movable unit 62b including a ball screw mechanism.
  • the guide member 61 is engaged with the movable portion 62b, and the movement of the movable portion 62b is limited to a movement along a straight line.
  • the guide member 61 can be composed of, for example, a rail material fixed to the holding unit 110.
  • the retraction mechanism 60 may be controlled according to the detection result of the detection means 70 that detects the abnormal state of the electric drive device 10.
  • the electric drive device 10 includes a detection unit 70 that detects an abnormal state of the electric drive device 10 and an abnormality detection that controls the retracting mechanism 60 based on the detection result of the detection unit 70. And a controller 71.
  • the detection means 70 detects an abnormality
  • the abnormality detection controller 71 sends a command signal to the retraction mechanism 60 to move the pinion 17 (drive gear) from the normal position shown in FIG. 4 to the retraction shown in FIG. Move to position.
  • the detection means 70 is attached to the case 15 and measures the deformation of the case 15.
  • the detecting means 70 is composed of, for example, a strain gauge.
  • the abnormality detection controller 71 detects the electric steering mechanism M (dynamic steering unit U). It is determined that an abnormality has occurred.
  • the abnormality detection controller 71 transmits an operation command to the retraction mechanism 60.
  • the retracting mechanism 60 moves the drive device main body 11 to release the engagement between the pinion 17 and the ring gear 104.
  • the detection means 70 is not limited to a sensor that measures the deformation amount of the case 15.
  • the detection means 70 may be a sensor that measures the displacement of a fastener for installing the drive device body 11 or the electric drive device 10.
  • a large force is generated between the pinion 17 and the ring gear 104, a large displacement is likely to occur in the fastener for installing the drive device body 11 or the electric drive device 10. Therefore, damage to the pinion 17 or the ring gear 104 can be effectively prevented by operating the retracting mechanism 60 when the displacement of the fastener detected by the detection means 70 becomes larger than a predetermined threshold value. .
  • the detection means 70 may be a sensor that measures the torque of any shaft included in the drive device body 11 or a sensor that measures the current value of the electric motor 12. According to such a detection means 70, it is possible to directly evaluate a change in the load of the electric drive device 10 (drive device main body 11). Therefore, when the torque value or the current value detected by the detection means 70 is larger than a predetermined threshold value, the retracting mechanism 60 is operated to damage the electric drive device 10 (drive device body 11) or the ring gear 104. It can be effectively prevented.
  • the detection unit 70 may be a sensor 70 a that detects an operation abnormality of the brake mechanism 50.
  • the detection means 70 may be a sensor 70 a that detects the position of the second friction plate 55. According to the sensor 70a, it is possible to detect whether or not the second friction plate 55 is operating accurately according to the command signal transmitted to the brake mechanism 50. That is, the detection means 70 can detect a state in which the brake mechanism 50 is unintentionally braking the electric motor 12, and in this state, the retracting mechanism 60 is operated to damage the pinion 17 or the ring gear 104. Can be effectively prevented. In particular, in the brake mechanism 50 in which braking is released in the excited state and braking is executed in the demagnetized state, it is also assumed that the braking state is unintentionally maintained. Is useful.
  • the electric drive device 10 includes the electric motor 12, the speed reducer 13, the drive gear (pinion 17) that meshes with the driven gear (ring gear 104), the drive gear (pinion 17), and A retraction mechanism 60 for releasing the meshing of the driven gear (ring gear 104) is provided.
  • the pinion 17 and the pinion 17 are driven by an external force applied to the rudder 101 or by a driving force from another normal electric driving device 10 while the operation of the ring gear 104 is restricted by the electric driving device 10 in which an abnormality has occurred. Generation of a large force with the ring gear 104 can be effectively avoided. Thereby, damage to the electric drive device 10 or the ring gear 104 can be effectively prevented.
  • the retraction mechanism 60 has the drive gear (pinion 17) as well as the electric motor 12 and the speed reducer 13 with respect to the driven gear (ring gear 104) about the rotation axis L1 of the rudder 101. Move in the radial direction to release the engagement of the drive gear and the driven gear. Such an operation of the drive gear (pinion 17) with respect to the driven gear (ring gear 104) can be carried out stably and without difficulty.
  • the electric drive device 10 further includes detection means 70 that detects an abnormal state of the electric drive device 10.
  • the detecting unit 70 detects an abnormal state
  • the retracting mechanism 60 releases the meshing between the drive gear (pinion 17) and the driven gear (ring gear 104).
  • the retracting mechanism 60 moves the drive gear (pinion 17) with respect to the driven gear (ring gear 104) together with the motor 12 and the speed reducer 13.
  • the retracting mechanism 60 is not limited to the above-described example, and various mechanisms that can release the engagement of the drive gear (pinion 17) and the driven gear (ring gear 104) can be employed.
  • the retracting mechanism 60 is configured such that the drive gear (pinion 17), together with the electric motor 12 and the speed reducer 13, is the rotation axis L ⁇ b> 1 of the rudder 101 with respect to the driven gear (ring gear 104).
  • the drive gear (pinion 17) and the driven gear (ring gear 104) may be disengaged.
  • the retracting mechanism 60 shown in FIGS. 6 and 7 includes a guide member 61 and a retracting device 62 as in the example shown in FIGS. 4 and 5.
  • the drive device body 11 is held by the movable portion 62 b of the guide member 61 via the bracket 63.
  • the electric drive device 10 (drive device main body 11) is located at a normal position where the pinion 17 meshes with the ring gear 104.
  • the electric drive device 10 (drive device main body 11) is located at a retracted position where the pinion 17 is separated from the ring gear 104.
  • the drive device body 11 is located above the normal position in FIG. 6 in the retracted position in FIG.
  • the pinion 17 and the ring gear 104 are simple spur gears as an example, the pinion 17 and the ring gear are moved by moving the electric drive device 10 (drive device main body 11) in a direction parallel to the rotation axis L1 of the rudder 101. The meshing of 104 can be released smoothly.
  • the retracting mechanism 60 causes the drive gear (pinion 17) to drop off from the output shaft (carrier 25), and the drive gear (pinion 17) and the driven gear (ring gear 104). The meshing may be released.
  • the base carrier 27 of the carrier 25 has a protruding portion 25a protruding toward one side along the speed reducer axis Q, that is, the lower side in the illustrated example. Yes.
  • the pinion 17 has an accommodating recess 17a that accommodates the protruding portion 25a.
  • the projecting portion 25a of the carrier 25 and the inner wall of the accommodating recess 17a are spline-coupled, and the pinion 17 can rotate in synchronization with the carrier 25 that forms the output shaft of the speed reducer 13.
  • the retracting mechanism 60 includes an engaging convex portion 65 and a driving device 66 built in the protruding portion 25 a, and an engaging concave portion 67 formed in the accommodating concave portion 17 a of the pinion 17. And is composed of.
  • the drive machine 66 consists of an electromagnetic solenoid, for example.
  • the drive machine 66 drives the engagement convex part 65 in the direction orthogonal to the speed reducer axis Q.
  • the engaging convex part 65 is formed as a rod-shaped member.
  • the engaging convex portion 65 appears and disappears from the protruding portion 25 a under the control of the driving machine 66.
  • the electric drive device 10 is located at a normal position where the pinion 17 and the ring gear 104 mesh.
  • the engaging convex portion 65 protrudes from the protruding portion 25 a and enters the engaging concave portion 67 of the pinion 17. Due to the engagement between the engagement convex portion 65 and the engagement concave portion 67, the pinion 17 is restricted from moving relative to the carrier 25 in a direction parallel to the speed reducer axis Q.
  • the electric drive device 10 is located at the retracted position where the pinion 17 is separated from the ring gear 104.
  • the engaging convex portion 65 enters the protruding portion 25a, and the engagement between the engaging convex portion 65 and the engaging concave portion 67 is released. Therefore, the pinion 17 can move relative to the carrier 25 in a direction parallel to the speed reducer axis Q. The pinion 17 falls off the carrier 25 due to its own weight. According to the example shown in FIGS. 8 and 9, the engagement of the pinion 17 and the ring gear 104 can be smoothly released by the retraction mechanism 60 having a simple configuration.
  • the operation of the electric motor 12 of the electric drive device 10 is controlled by the turning controller 109, and the operation of the retracting mechanism 60 of the electric drive device 10 is different from that of the turning controller 109.
  • the example controlled by the detection controller 71 was shown. According to this example, the retracting mechanism 60 can be stably controlled by a system independent of the electric motor 12. Therefore, damage to the electric drive device 10 or the ring gear 104 can be avoided more stably.
  • the abnormality detection controller 71 may notify the turning controller 109 that an operation abnormality has occurred in the electric drive device 10, stop the electric motor 12, and perform braking by the brake mechanism 50.
  • the retraction mechanism 60 can smoothly release the retraction mechanism 60 that releases the meshing of the drive gear (pinion 17) and the driven gear (ring gear 104).
  • the present invention is not limited to the above-described example, and the abnormality detection controller 71 may be omitted, and the turning controller 109 may have the function of the abnormality detection controller 71 and control the operation of the retraction mechanism 60.
  • the electric drive device 10 further includes a clutch mechanism that switches between transmission and non-transmission of rotational power from the drive shaft 12a of the electric motor 12 to the output shaft (carrier 25). May be. Switching between transmission and non-transmission by the clutch mechanism may be controlled based on the detection result of the detection means 70 as in the retracting mechanism 60.
  • a clutch mechanism 75 may be provided at the position of the coupling 21.
  • the clutch mechanism may be provided between the carrier 25 and an output shaft provided as a separate body from the carrier 25.
  • the clutch mechanism 75 for example, a mechanism having a pair or many pairs of friction plates can be adopted.
  • the brake mechanism 50 is provided integrally with the electric drive device 10 (particularly, the electric motor 12).
  • the rotation of the rudder 101 can be appropriately braked.
  • the configuration of the brake mechanism 50 is not particularly limited. Therefore, the brake mechanism 50 is not only one that brakes the rotation of the drive shaft 12a of the electric motor 12, but the rotation of the rudder 101 by braking the rotation of various elements constituting the ring gear 104 (driven gear) and the speed reducer 13. May be indirectly braked, or may be one that directly brakes the rotation of the rudder 101.
  • the braking method is not particularly limited, and a method other than a method of obtaining a braking force by applying a frictional resistance to a direct braking target (first friction plate 56 in the above-described embodiment) may be employed.
  • the brake mechanism 50 may be a braking method other than the electromagnetic type, and may include, for example, a hydraulic braking device.
  • the electric drive devices 10 may be more or less than four, and the number thereof is as follows. It is not limited.
  • the output shaft of the speed reducer 13 is formed as a part of the carrier 25 in the electric drive device 10 is shown, but the present invention is not limited to this example.
  • the carrier 25 may be formed as a separate body.
  • the example in which the drive gear (pinion 17) is formed as a separate body from the output shaft of the speed reducer 13 in the electric drive device 10 is shown, but this is not the only example. Instead, the drive gear (pinion 17) may be formed integrally with the output shaft of the speed reducer 13.
  • the present invention is not limited to this example.
  • the drive gear (pinion 17) may be meshed indirectly with the driven gear (ring gear 104).
  • the drive gear (pinion 17) may mesh with the driven gear (ring gear 104) via an intermediate gear.
  • the retracting mechanism 60 moves the drive gear (pinion 17) away from the intermediate gear.
  • the engagement between the drive gear (pinion 17) and the intermediate gear is released and the drive gear ( The meshing between the pinion 17) and the driven gear (ring gear 104) may be released.
  • the retracting mechanism 60 moves the driving gear (pinion 17) together with the intermediate gear so as to be separated from the driven gear (ring gear 104), and as a result, the intermediate gear and the driven gear (ring gear 104) The meshing may be released, and the meshing between the drive gear (pinion 17) and the driven gear (ring gear 104) may be released.
  • the speed reducer 13 of the electric drive device 10 is configured as an eccentric oscillating type speed reducing mechanism.
  • the present invention is not limited to this example.
  • a speed reduction mechanism of a mold or a spur gear type may be adopted, or two or more of the same type or different types among the eccentric oscillating type speed reduction mechanism, the planetary gear type speed reduction mechanism, and the spur gear type speed reduction mechanism may be included.
  • Electric steering device driving device 211 is a device that performs rotational driving of the rudder by rotational power, and includes a motor 212 and a clutch mechanism 290 in the following example. (See FIGS. 12 and 13).
  • the “electric steering mechanism 205” according to the present embodiment includes an electric motor 212, a speed reducer 213, a pinion (drive gear) 217, a ring gear (driven gear) 104, a clutch mechanism 290, and the like in the following example.
  • the “electric steering unit 203” according to the present embodiment is a concept including the drive device 211, the rudder 101, and the clutch mechanism 290 in the following example.
  • the “ship” according to the present embodiment is a concept including the drive device 211, the rudder 101, the clutch mechanism 290 (the electric steering unit 203), and other elements constituting the ship body 100 in the following example. (See FIG. 10).
  • a mechanism including a plurality of drive devices 211 is referred to as an electric steering machine 201.
  • FIG. 10 is a schematic view of the electric steering device 201 and the rudder 101 operated by the electric steering device 201 according to the second embodiment
  • FIG. 11 schematically shows the electric steering device 201 and the rudder 101.
  • the ship S includes a ship body 100 and a rudder 101 provided at the lower stern of the ship body 100.
  • the rudder 101 includes a rudder body 102 and a cylindrical swivel tube 103 that protrudes from the upper part of the rudder body 102.
  • An annular ring gear 104 as a driven gear is provided on the upper part of the swivel cylinder 103.
  • the ring gear 104 is connected and fixed to the rudder 101 (particularly, the swivel cylinder 103 in this example), and has a rotation center on the rotation axis L1 of the rudder 101.
  • the upper part of the swivel cylinder 103 is rotatably supported by the stern lower part of the ship main body 100, and the rudder body 102 and the rudder 101 including the swivel cylinder 103 provided integrally rotate about the rotation axis L1.
  • the ring gear 104 is fixed to the turning cylinder 103 so as to rotate integrally with the turning cylinder 103.
  • a propeller 105 is provided in front of the rudder 101.
  • the propeller 105 is driven to rotate by an electric motor or an internal combustion engine (not shown).
  • the ship S is propelled by rotating the propeller 105.
  • the ship S can be turned in a desired direction by rotating the rudder 101 by the electric steering machine 201.
  • the electric steering gear 201 is disposed in the ship main body 100 above the swivel cylinder 103. As shown in FIG. 11, the electric steering gear 201 for operating the rudder 101 has a plurality (four in this example) of electric steering gear driving devices 211 (211a, 211b, 211c) that output rotational power. 211d). Each of the drive devices 211 (211a, 211b, 211c, 211d) is fixed to the ship body 100, and the rudder 101 rotates around the rotation axis L1 by the rotational power transmitted from the drive device 211.
  • Each of the driving devices 211 includes an electric motor 212 that generates rotational power, a speed reducer 213 that decelerates the rotational power generated by the electric motor 212 and outputs it from a carrier 225 described later, and a carrier 225. And a pinion 217 which is a drive gear provided.
  • the pinions 217 of the plurality of drive devices 211 are configured to mesh with the ring gear 104 provided in the rudder 101 and rotate the rudder 101 by the rotation thereof.
  • the rotational power from the electric motor 212 is decelerated by the speed reducer 213 and output from the carrier 225.
  • the rotational power decelerated thereby is transmitted from the pinion 217 to the ring gear 104, and the rudder 101 rotates.
  • each electric motor 212 is the same model, and has the same rated output, rated torque, rated rotational speed, and the like.
  • Each reduction gear 213 has the same structure and the same reduction ratio.
  • Each pinion 217 has the same number of teeth and the same inner and outer diameters. Therefore, the rated output, rated torque, rated rotational speed, and the like of each driving device 211 (211a, 211b, 211c, 211d) are also the same.
  • Each electric motor 212 is connected to the inverter 108 shown in FIG. 10, and the supplied power is controlled by the inverter 108.
  • the inverter 108 is configured to control the rotational speed and rotational position of the electric motor 212 by adjusting the power frequency and the power voltage based on a command signal from the turning controller 109 that is communicably connected.
  • the turning controller 109 is communicably connected to a main controller (not shown).
  • the main controller determines the turning direction and turning speed of the ship S based on the operation of the operator of the ship S, and sends a command signal. Is output to the turning controller 109.
  • the turning controller 109 outputs to the inverter 108 a rotation command signal for the rotation speed and rotation angle position at which the rotation is stopped in each electric motor 212 determined according to the command signal output from the main controller. Then, the inverter 108 rotates the electric motor 212 according to the rotation command signal output from the turning controller 109, so that the rotational power output from the electric motor 212 passes through the speed reducer 213, the pinion 217, and the ring gear 104, and the rudder 101.
  • the rudder 101 rotates at a desired speed in a desired direction.
  • the electric motor 212 is controlled using the inverter 108, but the electric motor 212 may be controlled without using the inverter 108.
  • the clutch mechanism of this example is provided in “the driving device 211” or “between each driving device 211 and the rudder 101”, and switches between transmission and non-transmission of force.
  • FIG. 12 is a block diagram illustrating an example of a case in which the clutch mechanism 290 is provided in the driving device 211.
  • FIG. 13 is a block diagram illustrating another example of a case in which the clutch mechanism 290 is provided in the driving device 211.
  • the drive device 211 typically includes an electric motor 212, a speed reducer 213, and a pinion 217 that functions as a drive gear.
  • the clutch mechanism 290 is suitably provided, for example, in “between the electric motor 212 and the speed reducer 213 (see FIG. 12)” or “carrier (output shaft) 225 (see FIG. 13)”. That is, the clutch mechanism 290 may be provided upstream of the speed reducer 213 and downstream of the electric motor 212 (see FIG. 12), or may be provided downstream of the speed reduction unit 216 of the speed reducer 213 (see FIG. 12). (See FIG. 13).
  • the clutch mechanism 290 when switching between transmission and non-transmission of rotational power output from the motor 212, the clutch mechanism 290 is disposed between the motor 212 and the speed reducer 213 as shown in FIG. It is preferable.
  • the clutch mechanism 290 when switching between transmission and non-transmission of the force output from the speed reduction unit 216 of the speed reducer 213, or when switching between transmission and non-transmission of the force from the rudder 101 to the speed reduction unit 216, the clutch mechanism 290 is shown in FIG. It is preferable to arrange
  • the clutch mechanism 290 may be arranged at a stage subsequent to the drive device 211.
  • the clutch mechanism 290 is a clutch between the ring gear 104 and the turning cylinder 103 (the rudder 101; see FIGS. 10 and 11).
  • a mechanism 290 may be provided.
  • FIG. 14 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of the clutch mechanism 290.
  • the clutch mechanism 290 of this example includes a clutch operating unit 291 (first clutch operating unit 291a and second clutch operating unit 291b) and a clutch control unit 292 (clutch switching unit 292a and clutch driver 292b).
  • At least one of the first clutch operating unit 291a and the second clutch operating unit 291b is movably provided, and the first clutch operating unit 291a and the second clutch operating unit 291b are arranged in accordance with the distance between the first clutch operating unit 291a and the second clutch operating unit 291b. Engagement and disengagement between the clutch operating part 291a and the second clutch operating part 291b are switched. That is, when the first clutch operating unit 291a and the second clutch operating unit 291b are in physical contact, the first clutch operating unit 291a is engaged with the second clutch operating unit 291b, and the first clutch operating unit 291a and the second clutch operating unit 291a are engaged with each other.
  • the two-clutch operating portion 291b rotates integrally.
  • the “engagement method between the first clutch operating unit 291a and the second clutch operating unit 291b” is not particularly limited, and the first clutch operating unit 291a and the second clutch operating unit 291b transmit power by, for example, frictional force.
  • a “friction engagement clutch” that performs power transmission and a “engagement engagement clutch” that transmits power using claws that engage with each other can be suitably employed.
  • the first clutch operating unit 291a and the second clutch operating unit 291b are separated from each other and are not physically in contact with each other, the first clutch operating unit 291a and the second clutch operating unit 291b are not engaged. Become. In this non-engaged state, the clutch actuating portion 291 idles, the first clutch actuating portion 291a basically rotates independently of the second clutch actuating portion 291b, and the second clutch actuating portion 291b is basically the first clutch. It rotates independently of the operating part 291a.
  • the clutch switching unit 292a and the clutch driver 292b control switching between engagement and disengagement between the first clutch operation unit 291a and the second clutch operation unit 291b. That is, the clutch control unit 292b can be moved by applying a force to at least one of the first clutch operation unit 291a and the second clutch operation unit 291b under the control of the clutch switching unit 292a.
  • the method of applying force by the clutch control unit 292b is not particularly limited, and the clutch driving body 292b is formed by using any means such as an elastic body such as a spring, an electromagnetic device such as a solenoid, a hydraulic system, or a combination thereof. A force can be applied to at least one of the first clutch operating part 291a and the second clutch operating part 291b.
  • the clutch switching unit 292a controls the clutch control unit 292b and adjusts the force applied from the clutch control unit 292b to at least one of the first clutch operation unit 291a and the second clutch operation unit 291b.
  • the clutch control unit 292 can be realized by combining an elastic body such as a spring and an electromagnet, the clutch switching unit 292a includes an elastic body and an electromagnet, the clutch driving body 292b receives the elastic force of the elastic body, and the magnetic force of the electromagnet. It may be composed of a magnetic material that receives the action of. In this case, the clutch switching unit 292a controls energization and de-energization of the electromagnet, thereby controlling on / off of the clutch in the clutch operating unit 291.
  • the clutch operating portion 291 when the electromagnet is in a demagnetized state without being energized, the clutch operating portion 291 is placed in the first state using the elastic force of the elastic body, while the electromagnet is energized and in the excited state. Can dispose the clutch operating portion 291 in the second state against the elastic force of the elastic body by the magnetic force of the electromagnet.
  • first state and second state is a clutch-on state (that is, a state in which the first clutch operating part 291a and the second clutch operating part 291b are engaged), and the other is By setting the clutch off state (that is, the state in which the first clutch operating unit 291a and the second clutch operating unit 291b are not engaged), it is possible to appropriately control on / off of the clutch in the clutch operating unit 291. it can.
  • the clutch mechanism 290 can be realized by using a hydraulic system.
  • the clutch driving body 292b connected to the hydraulic system is pressed against at least one of the first clutch operating portion 291a and the second clutch operating portion 291b by the hydraulic pressure of the hydraulic system, and the clutch driving body 292b is pressed.
  • the first clutch operating part 291a can be engaged with the second clutch operating part 291b by pressure.
  • the pressing force continues to act on the first clutch operating unit 291a and / or the second clutch operating unit 291b from the clutch driver 292b, and the first clutch operating unit 291a
  • the engaged state with the second clutch operating portion 291b can be maintained.
  • the pressing force from the clutch driver 292b to the first clutch operating unit 291a and / or the second clutch operating unit 291b is reduced (or zero (0)). )
  • the first clutch operating part 291a and the second clutch operating part 291b can be separated, and the engaged state between the first clutch operating part 291a and the second clutch operating part 291b can be released.
  • Release of the hydraulic pressure of the hydraulic system can be easily performed by discharging (draining) a part of hydraulic oil such as mineral oil.
  • the clutch mechanism 290 of this example (in the example shown in FIG. 14, the clutch switching unit 292a (clutch control unit 292)) is connected to the force detection mechanism 280 and receives the detection result of the force detection mechanism 280.
  • the force detection mechanism 280 directly or indirectly detects a force acting on at least one of the drive device 211, the clutch mechanism 290, the ring gear (driven gear) 104, and the rudder 101.
  • the clutch switching unit 292a (clutch control unit 292) of the clutch mechanism 290 has a clutch operating unit 291 (first clutch).
  • the operating portion 291a and the second clutch operating portion 291b) are controlled, and the clutch operating portion 291 is disengaged to interrupt the transmission of force.
  • the specific detection location and detection method of the force detection mechanism 280 are not particularly limited, and the force detection mechanism 280 includes the rudder 101, the ring gear (driven gear) 104, the drive device 211, the brake mechanism 250, and the clutch mechanism 290. It is realizable by the arbitrary structures which can detect the force which acts on at least one of them directly or indirectly. Therefore, the force detection mechanism 280 may directly detect the force using, for example, a sensor that measures distortion of the ring gear 104 or the rudder 101. Further, the force detection mechanism 280 may measure the rotational speed of the ring gear 104 and detect a force acting on the ring gear 104 based on a difference value between the measured value and the calculated value, or drive current of the motor 212.
  • the type of “force” detected by the force detection mechanism 280 is not limited, and may be, for example, an external force applied from the outside, the rudder 101, the ring gear (driven gear) 104, the drive device 211, and the brake mechanism 250. And a force that may be caused by at least one of the problems of the clutch mechanism 290.
  • the clutch mechanism 290 (clutch switching unit 292a) disengages the clutch operating unit 291 and disconnects the clutch when the force detected by the force detecting mechanism 280 is greater than the “predetermined threshold value”.
  • the “predetermined threshold value” here can be determined from various viewpoints. For example, from the viewpoint of preventing damage to the rudder 101 itself, from the viewpoint of preventing damage to parts such as the ring gear 104 that are not particularly damaged, from the viewpoint of preventing damage to parts that are easily damaged due to concentration of stress such as the pinion 217, etc. Based on this, the “predetermined threshold value” here can be determined as appropriate.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view showing an example of the driving device 211.
  • the lower output side where the pinion 217 is disposed is one end side
  • the input side where the electric motor 212 is disposed is the other end side.
  • an arrow indicating one end side and an arrow indicating the other end side are shown.
  • a brake mechanism 250 is provided in addition to the electric motor 212 and the speed reducer 213 constituting the driving device 211, and the speed reducer 213 is disposed on one end side of the electric motor 212.
  • a brake mechanism 250 is disposed on the other end side of the motor.
  • the electric motor 212 has a drive shaft 212a that outputs rotational power
  • the speed reducer 213 that decelerates rotational power from the electric motor 212 includes an input shaft 214, a speed reduction unit 216 including a case 215, a carrier 225, and the like.
  • a carrier 225 is connected to the speed reduction portion 216 so that a part thereof protrudes from the case 215 on one end side, and a pinion 217 is attached to one end side of the carrier 225.
  • the rotational power input from the electric motor 212 disposed on the upper side is decelerated via the speed reducing unit 216 disposed inside the case 215, and the rotational power decelerated in the speed reducing unit 216 is output from the carrier 225. Is done.
  • a pinion 217 provided on the carrier 225 of each speed reducer 213 is formed on the outer periphery of the ring gear 104 that is disposed around the rotation axis L1 and is rotatably supported with respect to the ship body 100 as shown in FIG. It arrange
  • the teeth 104 a are formed on the outer periphery of the ring gear 104, but the teeth 104 a may be formed on the inner periphery of the ring gear 104.
  • the pinion 217 is disposed so as to mesh with the teeth 104 a on the inner periphery of the ring gear 104. In this case, the size of the ring gear 104 can be increased, for example, rigidity can be ensured.
  • the pinions 217 are arranged along the outer circumference of the ring gear 104 at equal intervals in the circumferential direction (in this embodiment, every 90 °). Since each pinion 217 is arranged in this way, each pinion 217 is rotated by rotating each electric motor 212, and the ring gear 104 that is rotatably supported by the ship body 100 and meshes with the pinion 217 is rotated by the rotation axis L1. Rotate around. As a result, the rudder 101 provided with the ring gear 104 rotates about the rotation axis L1.
  • the pinions 217 are arranged at equal intervals in the circumferential direction along the outer periphery of the ring gear 104.
  • the arrangement of the pinions 217 is not limited to this mode.
  • the drive devices 211 may be densely arranged in a predetermined region of the ring gear 104 according to the arrangement of other devices around the drive device 211.
  • the speed reducer 213 is an eccentric oscillating speed reducer.
  • the configuration of the speed reducer 213 will be described in detail with reference to FIG.
  • the above-mentioned case 215 in the speed reducer 213 includes a first case portion 215a, a second case portion 215b, and a third case portion 215c formed in a cylindrical shape.
  • the first to third case parts 215a, 215b, 215c are arranged in series and are connected to each other by fastening means such as bolts.
  • the first case portion 215a is disposed on one end side
  • the second case portion 215b is fixed to the other end side of the first case portion 215a
  • the third case portion 215c is fixed to the other end side of the second case portion 215b.
  • the case 215 houses the input shaft 214, the speed reduction unit 216, and the like, and the drive shaft 212a, the input shaft 214, the speed reduction unit 216, and the base carrier 227 (carrier 225: output shaft) are along the direction of the rotation axis Q. Are arranged in series.
  • One end side of the case 215 (the end side of the first case part 215a) is opened, and the electric motor 212 is fixed to the other end side (the end part side of the third case part 215c).
  • a ball bearing 222 is provided at the center of the second case portion 215 b of the case 215, and the input shaft 214 is rotatably supported by the ball bearing 222.
  • the drive shaft 212a of the electric motor 212 is connected to the input shaft 214, and the rotational power output from the drive shaft 212a is transmitted to the input shaft 214.
  • the drive shaft 212a of the electric motor 212 and the speed reducer 213 are connected to each other.
  • a clutch mechanism 290 is provided between the input shaft 214 and the input shaft 214. That is, a clutch control unit 292 (refer to the clutch switching unit 292a and the clutch driving body 292b in FIG. 14) and the first clutch operating unit 291a are attached to the tip of the drive shaft 212a, and the first end of the input shaft 214 is attached to the tip of the other end side.
  • a two-clutch operating part 291b is attached, and the first clutch operating part 291a and the second clutch operating part 291b are arranged facing each other.
  • a gear portion 214 a that meshes with a later-described crankshaft gear 223 in the speed reduction portion 216 is provided on one end side of the input shaft 214.
  • the clutch control unit 292 switches the engagement state and the non-engagement state between the first clutch operation unit 291a and the second clutch operation unit 291b by moving the clutch operation unit 291a in a direction parallel to the rotation axis Q. .
  • the clutch control unit 292 replaces the first clutch operation unit 291a with the second clutch operation unit 291b.
  • the first clutch operating part 291a is engaged with the second clutch operating part 291b by pressing.
  • the drive shaft 212a and the input shaft 214 rotate integrally, and the rotational power output from the drive shaft 212a of the electric motor 212 is transmitted to the input shaft 214 (reduction gear 213) via the clutch mechanism 290.
  • the clutch control unit 292 causes the first clutch operation unit 291a to be separated from the second clutch operation unit 291b. Then, the engagement of the first clutch operating part 291a with respect to the second clutch operating part 291b is released.
  • the input shaft 214 rotates from the electric motor 212 (drive shaft 212a) only in a state where the clutch mechanism 290 is engaged with the first clutch operating portion 291a and the second clutch operating portion 291b. Power is transmitted to the speed reduction unit 216.
  • the speed reducer 216 includes a crankshaft gear 223, a crankshaft 224, an external gear 226, a main bearing (230, 231), and the like.
  • the crankshaft gear 223 is provided as a spur gear element, and a plurality (for example, three) of gears 214a are arranged around the gear portion 214a so as to mesh with the gear portion 214a of the input shaft 214.
  • the crankshaft gear 223 is formed with a through hole at the center, and is fixed to the other end side of the crankshaft 224 disposed through the through hole by spline coupling.
  • a plurality of crankshafts 224 are arranged at equal intervals along the circumferential direction around the rotation axis Q, and are arranged so that the axial directions thereof are parallel to the rotation axis Q.
  • the crankshaft 224 is disposed so as to pass through the crank holes 234 formed in the external gear 226, and the rotational power from the input shaft 214 disposed on the other end side passes through the crankshaft gear 223.
  • the external gear 226 is decentered and oscillated and rotated.
  • the crankshaft 224 performs a revolution operation together with the rotation of the external gear 226 accompanying its rotation (spinning).
  • the crankshaft 224 includes a shaft main body 224c, and a first eccentric portion 224a and a second eccentric portion 224b provided on the shaft main body 224c.
  • the first eccentric part 224a and the second eccentric part 224b are formed at the axial center part of the shaft body 224c, the first eccentric part 224a is located on one end side, and the second eccentric part 224b is located on the other end side.
  • the first eccentric portion 224a and the second eccentric portion 224b are formed such that a cross section perpendicular to the axial direction is a circular cross section, and each center position is provided to be eccentric with respect to the central axis of the crankshaft 224.
  • the first eccentric portion 224 a and the second eccentric portion 224 b are disposed in the above-described crank hole 234 of the external gear 226.
  • One end portion of the shaft body 224c of the crankshaft 224 is rotatably held with respect to the carrier 225 via a bearing (not shown), and the other end portion of the shaft body 224c is supported with respect to the carrier 225 via a bearing (not shown). And is held rotatably.
  • the other end portion of the shaft main body 224c protrudes from the carrier 225 to the other end side, and the above-described crankshaft gear 223 is fixed.
  • the carrier 225 includes a base carrier 227, an end carrier 228, and a support column 229. Of the carrier 225, one end of the shaft body 224c of the crankshaft 224 is rotatably held by the base carrier 227, and the other end of the shaft body 224c is rotatably held by the end carrier 228.
  • a pinion 217 is connected to one end side of the base carrier 227 via a bolt 218.
  • the end carrier 228 is formed in a disc shape, and is connected to the base carrier 227 via the support column 229.
  • the support column 229 is disposed between the base carrier 227 and the end carrier 228, and is provided as a columnar portion that connects the base carrier 227 and the end carrier 228.
  • a plurality of struts 229 are arranged along the circumferential direction around the rotation axis Q, and are arranged so that the axial direction is parallel to the rotation axis Q. Note that a bolt extending from the end carrier 228 is inserted into each column 229, whereby the end carrier 228 and the base carrier 227 are connected via the column 229.
  • the carrier 225 is rotatably held with respect to the case 215 via the main bearings (230, 231).
  • the main bearing 230 is configured as a ball bearing interposed between the base carrier 227 and the first case part 215a, and rotates the base carrier 227 relative to the inner peripheral side of the first case part 215a. Hold freely.
  • the main bearing 231 is configured as a ball bearing interposed between the end carrier 228 and the first case portion 215a, and holds the end carrier 228 rotatably with respect to the inner peripheral side of the first case portion 215a. To do.
  • a plurality of pin internal teeth 220 constituting internal teeth are arranged on the inner periphery of the first case portion 215a in the case 215.
  • the pin internal teeth 220 are pin-shaped members, and are arranged so that the longitudinal direction thereof is parallel to the rotation axis Q, and are arranged at equal intervals along the circumferential direction on the inner periphery of the first case portion 215a.
  • the outer teeth 241 of the external gear 226, which will be described later, are configured to mesh with each other.
  • the external gear 226 includes a first external gear 226a and a second external gear 226b that are accommodated in the case 215 in a state of being arranged in parallel.
  • the first external gear 226a and the second external gear 226b are respectively formed with the above-described crank hole 234 through which the crankshaft 224 passes and a post through hole through which the post 229 passes.
  • the crank holes 234 of the external gear 226 (226a, 226b) are formed in a number corresponding to the number of crankshafts 224.
  • the through-holes are formed in a number corresponding to the number of the columns 229.
  • External teeth 241 that mesh with the pin internal teeth 220 are provided on the outer circumferences of the first external gear 226a and the second external gear 226b.
  • the number of teeth of the external teeth 241 is provided to be one or more than the number of teeth of the pin inner teeth 220.
  • FIG. 16 is a diagram schematically showing a cross section of the brake mechanism 250, the control unit 270, and the force detection mechanism 280.
  • the brake mechanism 250 of this example is provided for each drive device 211, and one brake mechanism 250 is attached to one electric motor 212.
  • a brake mechanism 250 shown in FIG. 16 has a mechanism as an electromagnetic brake that brakes the rotation of the drive shaft 212a of the electric motor 212 or releases the brake of the drive shaft 212a based on a command from the control unit 270.
  • the drive device 211 In a state where the rotation of the drive shaft 212a is braked, the drive device 211 is placed in a state where its operation has stopped. On the other hand, in a state where braking of the drive shaft 212a is released, the drive device 211 is placed in an activated state, and can rotate the rudder 101.
  • the brake mechanism 250 will be described in detail.
  • the brake mechanism 250 of this example is attached to the end of the cover 272 of the electric motor 212 opposite to the speed reducer 213, and includes a housing 251, a first friction plate 256, a second friction plate 257, an elastic member 255, It has an electromagnet 253, a detected portion 275, a detecting portion 276, a first friction plate connecting portion 277, and the like.
  • the housing 251 is a structure that houses the first friction plate 256, the second friction plate 257, the elastic member 255, the electromagnet 253, the detected portion 275, the detection portion 276, the first friction plate connecting portion 277, and the like.
  • the cover 272 is fixed.
  • the first friction plate 256 is formed of a sintered metal material, for example, and is provided as a ring-shaped plate member having a through hole in the center.
  • the first friction plate 256 is connected to the drive shaft 212a of the electric motor 212 via the first friction plate connecting portion 277. It is connected to.
  • one end of the drive shaft 212a is disposed so as to penetrate therethrough.
  • the first friction plate connecting portion 277 of this example has a spline shaft 277a and a slide shaft 277b.
  • the spline shaft 277a is provided as a shaft member in which spline teeth are provided on the outer periphery and a through hole extending in the axial direction is formed inside.
  • the spline shaft 277a is fixed to the outer periphery of one end portion of the drive shaft 212a by key coupling by a key member (not shown) and engagement by a stopper ring 277c.
  • the slide shaft 277b has a cylindrical portion in which a spline groove is formed on the inner periphery, and a flange-shaped portion that extends in the radial direction from the end of the cylindrical portion and expands in the circumferential direction.
  • the spline groove of the slide shaft 277b is combined with the spline teeth of the spline shaft 277a so as to be slidable in the axial direction, and the slide shaft 277b is attached to the spline shaft 277a so as to be slidable in the axial direction.
  • the first friction plate connecting portion 277 is provided with a spring mechanism (not shown) for positioning the position of the slide shaft 277b in the axial direction with respect to the spline shaft 277a at a predetermined position.
  • the inner periphery of the first friction plate 256 is fixed to the outer peripheral edge of the flange-shaped portion of the slide shaft 277b, and the first friction plate 256 is integrally coupled to the slide shaft 277b.
  • the spline shaft 277a, the slide shaft 277b, and the first friction plate 256 when the drive shaft 212a rotates, the spline shaft 277a, the slide shaft 277b, and the first friction plate 256 also rotate together with the drive shaft 212a.
  • the slide shaft 277b and the first friction plate 256 held so as to be slidable in the axial direction with respect to the drive shaft 212a and the spline shaft 277a are separated from the spline shaft 277a. It is positioned at a predetermined position in the axial direction.
  • the first friction plate 256 disposed at the predetermined position is separated from a second friction plate 257 and a third friction plate 258 described later.
  • the second friction plate 257 is provided so as to be able to contact the first friction plate 256, and is provided as a member that generates a braking force for braking the rotation of the drive shaft 212a by contacting the first friction plate 256. Yes.
  • the second friction plate 257 of this example includes a contact portion 257a and an armature portion 257b.
  • the armature portion 257b is formed of, for example, a magnetic material and is provided as a ring-shaped plate-like member having a through hole in the center, and is held by the electromagnet 253 so as to be slidable parallel to the axial direction of the drive shaft 212a.
  • a mechanism for holding the armature portion 257b on the electromagnet 253 in a state in which the armature portion 257b is slidable in the axial direction is omitted.
  • One end of the drive shaft 212a, and the cylindrical portions of the spline shaft 277a and the slide shaft 277b are disposed in the through hole of the armature portion 257b.
  • the contact portion 257a is formed of a sintered metal material, for example, and is provided as a ring-shaped plate member having a through hole in the center.
  • the contact portion 257a is fixed to the armature portion 257b and is attached to the first friction plate 256. It is installed so that it can contact. More specifically, the contact portion 257a is fixed to the armature portion 257b on the side opposite to the side facing the first friction plate 256.
  • the first friction plate 256 and the contact portion 257a have substantially the same area on the end surfaces (contact surfaces) facing each other, but the areas of these contact surfaces are different from each other. Also good.
  • a third friction plate 258 is provided at a position facing the first friction plate 256 in one end portion of the cover 272 of the electric motor 212.
  • the third friction plate 258 is formed of, for example, a sintered metal material, and is provided as a ring-shaped plate member having a through hole in the center. The third friction plate 258 can come into contact with the first friction plate 256. In place.
  • the first friction plate 256 and the third friction plate 258 have substantially the same area on the end surfaces (contact surfaces) facing each other, but the areas of these contact surfaces are different from each other. May be.
  • the elastic member 255 is held by an electromagnet body 253a of an electromagnet 253, which will be described later, and biases the second friction plate 257 from the electromagnet 253 side toward the first friction plate 256 side.
  • the elastic member 255 is typically provided as a coil spring, and a plurality of elastic members 255 are provided in the example shown in FIG. 16, but may be an elastic member other than the coil spring, or only one may be provided.
  • the plurality of elastic members 255 are preferably arranged at equal angles in the circumferential direction around the drive shaft 212a in the electromagnet main body 253a.
  • the plurality of elastic members 255 of this example are arranged in the circumferential direction in the electromagnet main body 253a in a concentric manner with the drive shaft 212a as the center and in two arrays on the inner peripheral side and the outer peripheral side.
  • the elastic member 255 arranged on the inner peripheral side is arranged inside the coil portion 253b, and the elastic member 255 arranged on the outer peripheral side is arranged outside the coil portion 253b.
  • positioning form of the above-mentioned elastic member 255 is only an illustration, and the elastic member 255 may take another arrangement
  • the electromagnet 253 includes an electromagnet main body 253a and a coil portion 253b, and separates the second friction plate 257 from the first friction plate 256 by attracting the second friction plate 257 by a magnetic force.
  • the electromagnet body 253a is provided as a cylindrical structure having a through hole in the center, and the end of the drive shaft 212a is disposed in the through hole of the electromagnet body 253a.
  • the electromagnet main body 253a is fixed to the housing 251 at the end opposite to the side facing the second friction plate 257.
  • the electromagnet main body 253a is provided with a plurality of elastic member holding holes 253c that open toward the second friction plate 257, and the elastic member 255 is disposed in each of these elastic member holding holes 253c.
  • the coil part 253b is installed inside the electromagnet main body 253a and is arranged in the circumferential direction of the electromagnet main body 253a. Supply and interruption of current to the coil unit 253b are performed based on a command from the control unit 270.
  • the armature portion 257b of the second friction plate 257 is attracted to the coil portion 253b by the magnetic force generated in the electromagnet 253.
  • the second friction plate 257 is attracted to the electromagnet 253 against the elastic force (spring force) of the plurality of elastic members 255.
  • the contact portion 257a of the second friction plate 257 is separated from the first friction plate 256, and the braking of the drive shaft 212a is released. Therefore, in a state where the electromagnet 253 is excited and the braking of the drive shaft 212a is released, the armature portion 257b of the second friction plate 257 is in contact with the electromagnet main body 253a.
  • FIG. 16 shows a state where the electromagnet 253 is demagnetized and the rotation of the drive shaft 212a is braked.
  • the first friction plate 256 In the state where the electromagnet 253 is demagnetized and the drive shaft 212a is braked, the first friction plate 256 also abuts on the third friction plate 258 by the biasing force acting from the second friction plate 257. Therefore, when the electromagnet 253 is demagnetized, the first friction plate 256 is sandwiched between the second friction plate 257 and the third friction plate 258 by the biasing force from the plurality of elastic members 255. Thus, the rotation of the drive shaft 212a is caused by the friction force generated between the second friction plate 257 and the first friction plate 256 and the friction force generated between the first friction plate 256 and the third friction plate 258. Very strong braking.
  • the detected portion 275 is an element fixed to the second friction plate 257 in order to detect the position and displacement of the second friction plate 257 in the direction parallel to the axial direction of the drive shaft 212a by the detection portion 276 described later. Is provided.
  • the detected portion 275 of this example is provided as a permanent magnet, and is fixed to the armature portion 257b of the second friction plate 257, and is particularly attached to the electromagnet 253 side portion of the outer peripheral portion of the armature portion 257b.
  • the detecting unit 276 is provided as a sensor capable of detecting the position and the amount of displacement of the detected portion 275 that is displaced together with the second friction plate 257. That is, the detection unit 276 detects the position and displacement amount of the detected unit 275 in a direction parallel to the axial direction of the drive shaft 212a, so that the position of the second friction plate 257 in the direction parallel to the axial direction of the drive shaft 212a. And the amount of displacement can be detected.
  • the detection unit 276 of this example is provided as a magnetic sensor that measures the strength and direction of a magnetic field (magnetic field) provided by the detected unit 275 that is a permanent magnet, and is fixed to the inner wall of the housing 251.
  • the detection unit 276 detects the position and displacement of the detected unit 275 by measuring the strength and direction of the magnetic field (magnetic field) provided by the detected unit 275. Therefore, the detection unit 276 is preferably fixed to the housing 251 at a position corresponding to the detected unit 275 in a direction parallel to the axial direction of the drive shaft 212a.
  • the detection unit 276 is connected to the control unit 270 via the communication cable 279 and outputs a detection result to the control unit 270. Therefore, the control unit 270 receives the detection result of the position and displacement amount of the second friction plate 257 from each detection unit 276 of the plurality of drive devices 211. Each detection unit 276 receives a command signal from the control unit 270 via the communication cable 279.
  • the control unit 270 is controlled by the turning controller 109 (see FIG. 10), and confirms the operation of the second friction plate 257 on the basis of the detection result sent from the detection unit 276 of each drive device 211, and the first The amount of wear of at least one of the friction plate 256 and the second friction plate 257 can be detected.
  • the operation check of the second friction plate 257 by the control unit 270 is executed based on the position of the second friction plate 257 detected by the detection unit 276 when the electromagnet 253 shifts from a demagnetized state to an excited state, for example. Is possible.
  • the amount of wear of the first friction plate 256 and / or the second friction plate 257 by the control unit 270 is detected, for example, with the second friction plate 257 (covered) detected by the detection unit 276 in a state where the electromagnet 253 is demagnetized. It can be executed based on the position of the detection unit 275).
  • a combination of the detected portion 275, the detection portion 276, and the control portion 270 constitutes “a detection means for detecting whether or not the braking of the rotation of the rudder 101 by the brake mechanism 250 is functioning”. Yes.
  • the second friction plate 257 contacts the first friction plate 256 when the electromagnet 253 is demagnetized, and the second friction plate when the electromagnet 253 is excited.
  • the position of the detected portion 275 changes in the axial direction according to the demagnetization state and the excitation state of the electromagnet 253 so that the plate 257 is separated from the first friction plate 256.
  • the control unit 270 can detect whether or not the rotation of the rudder 101 is braked by the brake mechanism 250 based on the position of the second friction plate 257 detected by the detection unit 276. Further, when the braking function of the brake mechanism 250 is not functioning properly, the position of the detected portion 275 does not change regardless of the demagnetization state and the excitation state of the electromagnet 253, or the demagnetization state and the excitation state of the electromagnet 253 are changed. Accordingly, the detected part 275 is arranged at a position different from the assumed position. Therefore, the control unit 270 can detect whether or not the braking function of the brake mechanism 250 is functioning properly based on the position of the second friction plate 257 detected by the detection unit 276. When the control unit 270 detects that the braking function of the brake mechanism 250 is not functioning properly, the control unit 270 may issue a warning or the like to the operator or the like of the ship S and call the operator's attention or the like. preferable.
  • a force detection mechanism 280 is connected to the control unit 270 of this example, and a detection result by the force detection mechanism 280 is sent to the control unit 270.
  • the control unit 270 controls the brake mechanism 250 to release the braking of the rudder 101. If excessive force continues to act on the rudder 101, the ring gear (driven gear) 104, the driving device 211, or the brake mechanism 250 in a state where the rotation of the rudder 101 is braked by the brake mechanism 250, the force cannot be released. There is a risk that parts such as the rudder 101 and the ring gear 104 may be damaged.
  • the rudder 101 can be rotated to release the force, and the rudder 101, the ring gear 104, etc. Can prevent damage to parts.
  • the brake mechanism 250 releases the brake when the force detected by the force detection mechanism 280 is larger than the “predetermined threshold value”.
  • the “predetermined threshold value” used here as a reference for releasing the brake is various. Can be determined from various perspectives. For example, from the viewpoint of preventing damage to the rudder 101 itself, from the viewpoint of preventing damage to parts such as the ring gear 104 that are not particularly damaged, from the viewpoint of preventing damage to parts that are easily damaged due to concentration of stress such as the pinion 217, etc. Based on this, the “predetermined threshold value” here can be determined as appropriate.
  • the force acting on the rudder 101, the ring gear 104, the drive device 211, or the brake mechanism 250 can be reduced by providing the clutch mechanism 290 for switching between transmission and non-transmission of force. That is, by disengaging the clutch in the clutch mechanism 290 and not transmitting the force, the clutch mechanism 290 can be idled to release the force applied to various members. Therefore, when the rudder 101, the ring gear 104, the driving device 211, or the brake mechanism 250 receives an unexpected excessive force or load, the clutch mechanism 290 disengages the clutch to reduce the force applied to various parts. Failure can be prevented in advance.
  • the clutch of the clutch actuating portion 291 when the electromagnet is in a non-energized state (demagnetized state). It is preferable from the viewpoint of obtaining an energy saving effect that the clutch actuating portion 291 is disengaged when the electromagnet is in the energized state (excited state).
  • the clutch of the clutch operating unit 291 is engaged during normal use, and the clutch of the clutch operating unit 291 is disengaged in the event of an unexpected force or load acting on various parts.
  • the time during which the clutch of the clutch operating unit 291 is engaged is longer than the time during which the clutch of the clutch operating unit 291 is disengaged. Therefore, the electromagnet is not energized during the longer “clutch on state in the clutch operating portion 291” and the electromagnet is energized during the shorter time “the clutch off state in the clutch operating portion 291”. However, it is preferable from the viewpoint of energy saving.
  • the clutch mechanism 290 (particularly the clutch operating part 291) is provided between the electric motor 212 and the speed reducer 213, but the clutch mechanism 290 (particularly the clutch operating part 291). May be provided at another location between the electric motor 212 and the rudder 101.
  • the clutch mechanism 290 (particularly the clutch operating portion 291) may be provided between the “carrier 225 (base carrier 227: output shaft)” or “between the carrier 225 (base carrier 227: output shaft) and the pinion 217”. .
  • the base carrier 227 is configured by a first carrier part attached to the speed reduction part 216 and a second carrier part to which the pinion 217 is attached, and between the first carrier part and the second carrier part, It is also possible to attach the second clutch operating part 291b to the second carrier part while attaching the first clutch operating part 291a to the carrier part. It is also possible to attach the second clutch operating part 291b to the pinion 217 while attaching the first clutch operating part 291a to the base carrier 227 without fixing the pinion 217 to the base carrier 227 by the bolt 218. Also in these cases, force transmission and non-transmission can be switched by controlling the engagement state and the non-engagement state between the first clutch operation unit 291a and the second clutch operation unit 291b by the clutch control unit 292. .
  • the engagement of the pinion (drive gear) 217 and the ring gear (driven gear) 104 is released by a bolt 218 (see FIG. 15) that connects the pinion 217 to the carrier 225 (base carrier 227).
  • the retracting mechanism 285 may be configured by other members. The retracting mechanism 285 retracts at least the pinion 217 from the ring gear 104 and retracts from the position where the pinion 217 meshes with the ring gear 104, so that the “meshing of the pinion 217 and the ring gear 104” starts from “the position where the pinion 217 meshes with the ring gear 104”.
  • the retracting mechanism 285 can move the drive device 211 itself to move away from the ring gear 104 in addition to the above-described mechanism (bolt 218) that can drop the pinion 217 from the drive device 211. It may be a mechanism capable of moving the ring gear 104 or the pinion 217 away from the ring gear 104 by moving the ring gear 104.
  • a specific method for separating the pinion (drive gear) 217 from the ring gear (driven gear) 104 is not particularly limited, and at least one of the pinion 217 and the ring gear 104 is set to be relative to the axial direction of the rotation shaft. It may be moved automatically, or may be moved relatively in the radial direction of the rotating shaft.
  • the “release of the engagement of the pinion (drive gear) 217 and the ring gear (driven gear) 104” by the retraction mechanism 285 may be performed manually by an operator or the like.
  • the detection result of the force detection mechanism 280 It may be done automatically in response.
  • the retracting mechanism 285 is configured by the bolt 218 as illustrated in FIG. 15, an operator who confirms the detection result of the force detection mechanism 280 removes the bolt 218 from the driving device 211 as necessary.
  • the engagement of the pinion 217 and the ring gear 104 can be released.
  • the retraction mechanism 285 moves at least one of the pinion 217 and the ring gear 104
  • the retraction mechanism 285 receives the detection result of the force detection mechanism 280, and the pinion 217 and the ring gear according to the detection result. At least one of 104 may be moved. Therefore, the retraction mechanism 285 moves at least one of the pinion 217 and the ring gear 104 when the force detected by the force detection mechanism 280 is larger than a predetermined threshold value, for example. The meshing may be released.
  • the brake mechanism 250 is provided integrally with the drive device 211 (particularly the electric motor 212). However, if the rotation of the rudder 101 can be appropriately braked, the brake mechanism 250 is provided.
  • the configuration of is not particularly limited. Therefore, the brake mechanism 250 is not only one that brakes the rotation of the drive shaft 212a of the electric motor 212, but also the rotation of the rudder 101 by braking the rotation of various elements constituting the ring gear 104 (drive gear) and the speed reducer 213.
  • the brake may be performed indirectly, or the rotation of the rudder 101 may be directly braked.
  • the braking method is not particularly limited, and a method other than a method of obtaining a braking force by applying a frictional resistance to a direct braking target (the first friction plate 256 in the second embodiment described above) may be employed.
  • the brake mechanism 250 may employ a braking method other than the electromagnetic type, and may include, for example, a hydraulic braking device.
  • the drive devices 211 may be more or less than four, and the number is not limited. .
  • the drive device 211 particularly the carrier 225 (base carrier 227: output shaft)
  • the rudder 101 may be directly connected.
  • the pinion 217 of each drive device 211 meshes with the ring gear 104, and each drive device 211 (each reducer 213) and the rudder 101 use the ring gear 104. Connected through.
  • the pinion 217 and the ring gear 104 are not necessarily required, and the output shaft of the drive device 211 (the carrier 225 (base carrier 227) in the second embodiment described above) and the rudder. 101 (swivel cylinder 103 in the second embodiment described above) may be integrally connected, and rotational power may be directly transmitted from the output shaft of the drive device 211 to the rudder 101.
  • the rotation axis L1 of the rudder 101 and the rotation axis Q of the drive device 211 coincide.
  • the rudder 101 can be appropriately rotated by the rotational power transmitted from the base carrier 227 (carrier 225) to the turning cylinder 103.
  • the pinion 217 and the ring gear 104 may be meshed directly as described above, or may be meshed indirectly via another gear (intermediate gear).
  • the retracting mechanism 285 moves the drive gear (pinion 217) away from the intermediate gear, and as a result, releases the meshing between the drive gear (pinion 217) and the intermediate gear and drives the drive gear (pinion). 217) and the driven gear (ring gear 104) may be disengaged.
  • the retracting mechanism 285 moves the drive gear (pinion 217) together with the intermediate gear so as to be separated from the driven gear (ring gear 104), and as a result, the intermediate gear and the driven gear (ring gear 104) The meshing may be released, and the meshing between the drive gear (pinion 217) and the driven gear (ring gear 104) may be released.
  • the carrier 225 base carrier 227: output shaft
  • electric steering drive control device C refers to a device that performs rotational drive control of the rudder using rotational power, and includes a drive device 311 and rotation suppression means 349. It is a concept.
  • Electric steering mechanism M in the following embodiment is a concept including a drive device 311, a rotation suppression means 349 (electric steering device drive control device C), and a ring gear (driven gear) 104. .
  • Electric steering unit U in the following embodiment is a concept including a drive device 311, a rotation suppression means 349, a ring gear (driven gear) 104 (electric steering mechanism), and a rudder 101.
  • the “ship S” in the following embodiments includes a rudder 101, a ring gear (driven gear) 104, a driving device 311, a rotation suppression unit 349 (electric steering unit U), and other elements that constitute the ship body 100. It is a concept that includes In the following description, a mechanism including a plurality of drive devices 311 is referred to as an electric steering machine 301.
  • FIG. 17 is a schematic view of the electric steering device 301 and the rudder 101 operated by the electric steering device 301 according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 18 schematically shows the electric steering device 301 and the rudder 101. It is the shown perspective view.
  • the ship S includes a ship body 100 and a rudder 101 provided at the lower stern of the ship body 100.
  • the rudder 101 includes a rudder body 102 and a cylindrical swivel tube 103 that protrudes from the upper part of the rudder body 102.
  • An annular ring gear 104 as a driven gear is provided on the upper part of the swivel cylinder 103.
  • the ring gear 104 is connected and fixed to the rudder 101 (particularly, the swivel cylinder 103 in this example), and has a rotation center on the rotation axis L1 of the rudder 101.
  • the rudder 101 is rotatably supported by the upper part of the swivel cylinder 103 at the lower stern of the ship body 100 and rotates around the rotation axis L1.
  • the ring gear 104 is fixed to the turning cylinder 103 so as to rotate integrally with the turning cylinder 103.
  • a propeller 105 is provided in front of the rudder 101.
  • the propeller 105 is driven to rotate by an electric motor or an internal combustion engine (not shown).
  • the ship S is propelled by rotating the propeller 105.
  • the ship S can be turned in a desired direction by rotating the rudder 101 by the electric steering machine 301.
  • the electric steering machine 301 is disposed in the ship main body 100 above the swivel cylinder 103. As shown in FIG. 18, the electric steering machine 301 for operating the rudder 101 includes a plurality (4 in this example) of driving devices 311 (311a, 311b, 311c, 311d). Each of the driving devices 311 (311a, 311b, 311c, 311d) is fixed to the ship body 100.
  • Each of the driving devices 311 includes an electric motor 312, a speed reducer 313 that decelerates the rotational power output from the electric motor 312 and outputs it from a carrier 325 described later corresponding to the output shaft, and a carrier And a pinion 317 which is a driving gear provided at 325.
  • the pinion 317 meshes with the ring gear 104 provided in the above-described rudder 101 and is configured to rotate the rudder 101 by its rotation.
  • the rotational power from the electric motor 312 is decelerated by the speed reducer 313 and output from the carrier 325.
  • the rotational power decelerated thereby is transmitted from the pinion 317 to the ring gear 104, and the rudder 101 rotates.
  • each electric motor 312 is the same model, and has the same rated output, rated torque, rated rotational speed, and the like.
  • Each reducer 313 has the same structure and the same reduction ratio.
  • Each pinion 317 has the same number of teeth and the same inner and outer diameters. Therefore, the rated output, the rated torque, the rated rotational speed, and the like of each driving device 311 (311a, 311b, 311c, 311d) are also the same.
  • Each electric motor 312 is connected to the inverter 108 shown in FIG. 17, and the supplied power is controlled by the inverter 108.
  • the inverter 108 is configured to control the rotational speed and rotational position of the electric motor 312 by adjusting the power frequency and the power voltage based on a command signal from the turning controller 109 that is communicably connected.
  • the turning controller 109 is communicably connected to a main controller (not shown).
  • the main controller determines the turning direction and turning speed of the ship S based on the operation of the operator of the ship S, and sends a command signal. Is output to the turning controller 109.
  • the turning controller 109 outputs to the inverter 108 a rotation command signal for the rotation speed and rotation angle position at which the rotation is stopped in each electric motor 312 determined according to the command signal output from the main controller.
  • the inverter 108 rotates the electric motor 312 in accordance with the rotation command signal output from the turning controller 109, so that the rotational power output from the electric motor 312 passes through the speed reducer 313, the pinion 317, and the ring gear 104, and the rudder 101. Is transmitted to. As a result, the rudder 101 rotates at a desired speed in a desired direction.
  • the electric motor 312 is controlled using the inverter 108, but the electric motor 312 may be controlled without using the inverter
  • FIG. 19 is a cross-sectional view of the driving device 311.
  • the electric motor 312 has a drive shaft 312 a that outputs rotational power
  • the speed reducer 313 includes an input shaft 314, a case 315, a speed reduction unit 316 including the above-described carrier 325, and the like.
  • a pinion 317 is attached to a carrier 325 positioned so as to partially protrude from the case 315 on one end side disposed on the lower side, and the motor is connected to the case 315 on the other end side disposed on the upper side. 312 is attached.
  • the rotational power input from the electric motor 312 disposed on the upper side is decelerated via the speed reducing unit 316 disposed inside the case 315 and output from the carrier 325.
  • the pinion 317 provided on the carrier 325 of each speed reducer 313 is formed on the outer periphery of the ring gear 104 that is disposed around the rotation axis L1 and rotatably supported with respect to the ship body 100 as shown in FIG. It arrange
  • the teeth 104 a are formed on the outer periphery of the ring gear 104, but the teeth 104 a may be formed on the inner periphery of the ring gear 104.
  • the pinion 317 is disposed so as to mesh with the teeth 104 a on the inner periphery of the ring gear 104. In this case, the size of the ring gear 104 can be increased, for example, rigidity can be ensured.
  • the pinions 317 are arranged along the outer periphery of the ring gear 104 at equal intervals in the circumferential direction (in this embodiment, every 90 °). Since each pinion 317 is arranged in this manner, each pinion 317 is rotated by rotation of each electric motor 312, and the ring gear 104 that is rotatably supported by the ship body 100 and meshes with the pinion 317 is rotated by an axis L ⁇ b> 1. Rotate around. As a result, the rudder 101 provided with the ring gear 104 rotates about the rotation axis L1.
  • the pinions 317 are arranged at equal intervals in the circumferential direction along the outer periphery of the ring gear 104, but the arrangement of the pinions 17 is not limited to this mode.
  • the driving devices 311 may be densely arranged in a predetermined region of the ring gear 104 according to the arrangement of other devices around the driving device 311.
  • the speed reducer 313 is an eccentric oscillating speed reducer.
  • the configuration of the speed reducer 313 will be described in detail with reference to FIG.
  • the lower output side where the pinion 317 is arranged is one end side
  • the upper input side where the electric motor 312 is arranged is the other end side.
  • an arrow indicating one end side and an arrow indicating the other end side are shown.
  • the above-described case 315 in the speed reducer 313 includes a first case portion 315a, a second case portion 315b, and a third case portion 315c formed in a cylindrical shape.
  • the first to third case portions 315a, 315b, and 315c are arranged in series and are connected to each other by fastening means such as bolts.
  • the first case portion 315a is disposed on one end side
  • the second case portion 315b is fixed to the other end side of the first case portion 315a
  • the third case portion 315c is fixed to the other end side of the second case portion 315b.
  • the case 315 houses an input shaft 314, a speed reduction unit 316, and the like. Are arranged in series. One end of the case 315 (the end of the first case 315a) is open, and the motor 312 is fixed to the other end (the end of the third case 315c).
  • a plurality of pin internal teeth 320 constituting internal teeth are arranged on the inner periphery of the first case portion 315a in the case 315.
  • the pin inner teeth 320 are pin-shaped members, and are arranged so that the longitudinal direction thereof is parallel to the speed reducer axis Q, and are arranged at equal intervals along the circumferential direction on the inner periphery of the first case portion 315a. It is configured to mesh with external teeth 341 of an external gear 326 described later.
  • the input shaft 314 is connected to the drive shaft 312 a of the electric motor 312 via a coupling 321.
  • a gear portion 314 a that meshes with a later-described crankshaft gear 323 in the reduction portion 316 is provided on one end side of the input shaft 314 (the end portion side opposite to the coupling 321 side).
  • the input shaft 314 is configured to transmit the rotational power output from the electric motor 312 to the speed reduction unit 316.
  • a ball bearing 322 is provided at the center of the second case portion 315b of the case 315, and the input shaft 314 is rotatably supported by the ball bearing 322.
  • the speed reduction unit 316 includes the above-described crankshaft gear 323, crankshaft 324, carrier 325, external gear 326, main bearings (330, 331), and the like.
  • the crankshaft gear 323 is provided as a spur gear element, and a plurality (for example, three) of gears 314 a are arranged around the gear portion 314 a so as to mesh with the gear portion 314 a of the input shaft 314.
  • the crankshaft gear 323 is formed with a through hole at the center, and is fixed to the other end of the crankshaft 324 disposed through the through hole by spline coupling.
  • a plurality of (for example, three) crankshafts 324 are arranged at equal intervals along the circumferential direction centered on the speed reducer axis Q, and are arranged so that the axial directions thereof are parallel to the speed reducer axis Q. Yes.
  • the crankshaft 324 is disposed so as to pass through the crank holes 334 formed in the external gear 326, and the rotational power from the input shaft 314 disposed on the other end side passes through the crankshaft gear 323.
  • the external gear 326 is eccentrically rotated and rotated.
  • the crankshaft 324 performs a revolution operation together with the rotation of the external gear 326 accompanying its rotation (spinning).
  • the crankshaft 324 has a shaft main body 324c, and a first eccentric portion 324a and a second eccentric portion 324b provided on the shaft main body 24c.
  • the first eccentric part 324a and the second eccentric part 324b are formed at the axial center of the shaft body 324c, the first eccentric part 324a is located on one end side, and the second eccentric part 324b is located on the other end side.
  • the first eccentric portion 324a and the second eccentric portion 324b are formed such that a cross section perpendicular to the axial direction is a circular cross section, and each center position is provided to be eccentric with respect to the central axis of the crankshaft 324.
  • the first eccentric portion 324a and the second eccentric portion 324b are disposed in the above-described crank hole 334 of the external gear 326.
  • One end of the shaft body 324c of the crankshaft 324 is rotatably held with respect to the carrier 325 via a bearing (not shown), and the other end of the shaft body 324c is supported with respect to the carrier 325 via a bearing (not shown). And is held rotatably. Among these, the other end portion of the shaft main body 324c protrudes from the carrier 325 to the other end side, and the above-described crankshaft gear 323 is fixed.
  • the carrier 325 includes a base carrier 327, an end carrier 328, and a support column 329. Of the carrier 325, one end of the shaft main body 324c of the crankshaft 324 is rotatably held by the base carrier 327, and the other end of the shaft main body 324c is rotatably held by the end carrier 328.
  • a pinion 317 is connected to one end side of the base carrier 327 via a bolt 318.
  • the end carrier 328 is formed in a disc shape, and is connected to the base carrier 327 via a support column 329.
  • the support column 329 is disposed between the base carrier 327 and the end carrier 328, and is provided as a columnar portion that connects the base carrier 327 and the end carrier 328.
  • a plurality of struts 329 are arranged along the circumferential direction around the reduction gear axis Q, and the axial directions thereof are arranged in parallel with the reduction gear axis Q. Note that a bolt extending from the end carrier 328 is inserted into each support column 329, whereby the end carrier 328 and the base carrier 327 are connected via the support column 329.
  • the carrier 325 is rotatably held with respect to the case 315 via main bearings (330, 331).
  • the main bearing 330 is configured as a ball bearing interposed between the base carrier 327 and the first case part 315a, and rotates the base carrier 327 with respect to the inner peripheral side of the first case part 315a. Hold freely.
  • the main bearing 331 is configured as a ball bearing interposed between the end carrier 328 and the first case portion 315a, and holds the end carrier 328 rotatably with respect to the inner peripheral side of the first case portion 315a. To do.
  • the external gear 326 includes a first external gear 326a and a second external gear 326b that are accommodated in the case 315 in a state of being arranged in parallel.
  • the first external gear 326a and the second external gear 326b are respectively formed with the above-described crank hole 334 through which the crankshaft 324 passes and a post through hole through which the post 329 passes.
  • the crank holes 334 of the external gear 326 (326a, 326b) are formed in a number corresponding to the number of crankshafts 324.
  • the through-holes are formed in a number corresponding to the number of the columns 329.
  • External teeth 341 that mesh with the pin internal teeth 320 are provided on the outer circumferences of the first external gear 326a and the second external gear 326b.
  • the number of teeth of the external teeth 341 is provided to be one or more than the number of teeth of the pin inner teeth 320.
  • FIG. 20 is a diagram schematically illustrating a cross section of the rotation suppressing unit 349, the control unit 370, and the force detection mechanism 380.
  • FIG. 21 is an enlarged view showing a part of the cross section of the rotation suppressing means 349 shown in FIG.
  • the rotation suppression means 349 is a means for suppressing the rotation of the rudder 101, and in particular, can suppress the rotation of the rudder 101 in a state where the driving force by the driving device 311 is not applied to the rudder 101.
  • the suppression is a concept including not only stopping the rotation but also reducing the rotation speed.
  • the rotation suppression means 349 in the illustrated example is provided for each driving device 311, and one rotation suppression means 349 is attached to one electric motor 312. 20 and 21 serves as an electromagnetic brake 350 that brakes the rotation of the drive shaft 312a of the electric motor 312 or releases the brake of the drive shaft 312a based on a command from the control unit 370. It has a mechanism. In a state where the rotation of the drive shaft 312a is braked, the drive device 311 is placed in a state where its operation is stopped. In this state, the rudder 101 meshed with the pinion 317 of the drive device 311 via the driven gear 104 is also braked in rotation together with the drive shaft 312a. On the other hand, in a state where the braking of the drive shaft 312a is released, the drive device 311 is placed in an activated state and can rotate the rudder 101.
  • the rotation suppressing means 349 will be described in detail.
  • the rotation suppression means 349 of this example is attached to the end of the cover 372 of the motor 312 on the side opposite to the speed reducer 313, and includes a housing 351, a first friction plate 356, a second friction plate 357, an elastic member. A member 355, an electromagnet 353, a detected portion 375, a detecting portion 376, a first friction plate connecting portion 377, and the like are included.
  • the housing 351 is a structure that houses the first friction plate 356, the second friction plate 357, the elastic member 355, the electromagnet 353, the detected portion 375, the detection portion 376, the first friction plate connecting portion 377, and the like.
  • the cover 372 is fixed.
  • the first friction plate 356 is formed of a sintered metal material, for example, and is provided as a ring-shaped plate member having a through hole in the center.
  • the first friction plate 356 is provided with a drive shaft 312a of the motor 312 via the first friction plate connecting portion 377. It is connected to.
  • one end of the drive shaft 312a of the electric motor 312 is disposed so as to penetrate therethrough.
  • the first friction plate coupling portion 377 of the present example has a spline shaft 377a and a slide shaft 377b as shown in FIG.
  • the spline shaft 377a is provided as a shaft member in which spline teeth are provided on the outer periphery and a through hole extending in the axial direction is formed inside.
  • the spline shaft 377a is fixed to the outer periphery of one end portion of the drive shaft 312a by key coupling by a key member (not shown) and engagement by a stopper ring 377c.
  • the slide shaft 377b has a cylindrical portion in which a spline groove is formed on the inner periphery, and a flange-shaped portion that extends in the radial direction from the end of the cylindrical portion and expands in the circumferential direction.
  • the spline groove of the slide shaft 377b is combined with the spline teeth of the spline shaft 377a so as to be slidable in the axial direction, and the slide shaft 377b is attached to the spline shaft 377a so as to be slidable in the axial direction.
  • first friction plate connecting portion 377 is provided with a spring mechanism (not shown) for positioning the position of the slide shaft 377b in the axial direction with respect to the spline shaft 377a at a predetermined position.
  • the inner periphery of the first friction plate 356 is fixed to the outer peripheral edge of the flange-shaped portion of the slide shaft 377b, and the first friction plate 356 is integrally coupled to the slide shaft 377b.
  • the spline shaft 377a, the slide shaft 377b, and the first friction plate 356 also rotate together with the drive shaft 312a.
  • the slide shaft 377b and the first friction plate 356 held so as to be slidable in the axial direction with respect to the drive shaft 312a and the spline shaft 377a are separated from the spline shaft 377a by a spring mechanism. It is positioned at a predetermined position in the axial direction.
  • the first friction plate 356 disposed at the predetermined position is separated from a second friction plate 357 and a third friction plate 358 described later.
  • the second friction plate 357 is provided so as to be able to come into contact with the first friction plate 356, and is provided as a member that generates a braking force that brakes the rotation of the drive shaft 312a by coming into contact with the first friction plate 356. Yes.
  • the second friction plate 357 of this example includes a contact portion 357a and an armature portion 357b.
  • the armature portion 357b is formed of, for example, a magnetic material and is provided as a ring-shaped plate member having a through hole in the center.
  • the armature portion 357b is held by the electromagnet 353 while being slidable parallel to the axial direction of the drive shaft 312a.
  • a mechanism for holding the armature portion 357b on the electromagnet 353 in a state in which the armature portion 357b is slidable in the axial direction is not shown.
  • One end portion of the drive shaft 312a, the cylindrical portions of the spline shaft 377a and the slide shaft 377b are disposed in the through hole of the armature portion 357b.
  • the contact portion 357a is formed of a sintered metal material, for example, and is provided as a ring-shaped plate-like member having a through hole in the center.
  • the contact portion 357a is fixed to the armature portion 357b and is attached to the first friction plate 356. It is installed so that it can contact. More specifically, the contact portion 357a is fixed to the armature portion 357b on the side opposite to the side facing the first friction plate 356.
  • the first friction plate 356 and the contact portion 357a have substantially the same area on the end surfaces (contact surfaces) facing each other, but the areas of these contact surfaces are mutually different. May be different.
  • a third friction plate 358 is provided at a position facing one of the first friction plates 356 in one end of the cover 372 of the electric motor 312.
  • the third friction plate 358 is formed of, for example, a sintered metal material and is provided as a ring-shaped plate member having a through hole in the center.
  • the third friction plate 358 can come into contact with the first friction plate 356. In place.
  • the first friction plate 356 and the third friction plate 358 have substantially the same area on the end surfaces (contact surfaces) facing each other in the example shown in FIGS. 20 and 21, but the areas of these contact surfaces are mutually different. May be different.
  • the elastic member 355 is held by an electromagnet body 353a of an electromagnet 353 described later, and biases the second friction plate 357 from the electromagnet 353 side toward the first friction plate 356 side.
  • the elastic member 355 is typically provided as a coil spring, and a plurality of elastic members 355 are provided in the examples shown in FIGS. 20 and 21, but may be an elastic member other than the coil spring, or only one may be provided. Good.
  • the plurality of elastic members 355 are preferably arranged at equal angles in the circumferential direction around the drive shaft 312a in the electromagnet main body 353a.
  • the plurality of elastic members 355 of this example are arranged in the circumferential direction in the electromagnet main body 353a in a concentric manner around the drive shaft 312a in two arrangements on the inner peripheral side and the outer peripheral side.
  • the elastic member 355 arranged on the inner peripheral side is arranged inside the coil portion 353b, and the elastic member 355 arranged on the outer peripheral side is arranged outside the coil portion 353b.
  • positioning form of the above-mentioned elastic member 355 is only an illustration, and the elastic member 355 may take another arrangement
  • the electromagnet 353 includes an electromagnet main body 353a and a coil portion 353b, and the second friction plate 357 is separated from the first friction plate 356 by attracting the second friction plate 357 with a magnetic force.
  • the electromagnet main body 353a is provided as a cylindrical structure having a through hole in the center, and the end of the drive shaft 312a is disposed in the through hole of the electromagnet main body 353a.
  • the electromagnet main body 353a is fixed to the housing 351 at the end opposite to the side facing the second friction plate 357.
  • the electromagnet main body 353a is provided with a plurality of elastic member holding holes 353c that open toward the second friction plate 357, and the elastic member 355 is disposed in each of the elastic member holding holes 353c.
  • the coil part 353b is installed inside the electromagnet main body 353a and is arranged in the circumferential direction of the electromagnet main body 353a. Supply and interruption of current to the coil unit 353b are performed based on a command from the control unit 370.
  • the electromagnet 353 when the braking of the drive shaft 312a is released by the rotation suppressing unit 349, current is supplied to the coil unit 353b based on a command from the control unit 370, and the electromagnet 353 is energized.
  • the electromagnet 353 When the electromagnet 353 is energized and excited, the armature portion 357b of the second friction plate 357 is attracted to the coil portion 353b by the magnetic force generated in the electromagnet 353.
  • the second friction plate 357 is attracted to the electromagnet 353 against the elastic force (spring force) of the plurality of elastic members 355.
  • the contact portion 357a of the second friction plate 357 is separated from the first friction plate 356, and the braking of the drive shaft 312a is released. Therefore, when the electromagnet 353 is excited and the braking of the drive shaft 312a is released, the armature portion 357b of the second friction plate 357 is in contact with the electromagnet main body 353a.
  • the rotation suppression means 349 when the drive shaft 312a is braked by the rotation suppression means 349, the supply of current to the coil unit 353b is cut off based on the command of the control unit 370, and the electromagnet 353 is demagnetized.
  • the second friction plate 357 When the electromagnet 353 is demagnetized, the second friction plate 357 is biased toward the first friction plate 356 by the elastic force of the plurality of elastic members 355, and the contact portion 357a of the second friction plate 357 is the first. It contacts the friction plate 356. Thereby, a frictional force is generated between the second friction plate 357 and the first friction plate 356, and the rotation of the drive shaft 312a is braked. That is, in the illustrated example, the rotation suppression means 349 is configured as a non-excitation actuating brake mechanism. 20 and 21 show a state where the electromagnet 353 is demagnetized and the rotation of the drive shaft 312a is braked.
  • the first friction plate 356 abuts on the third friction plate 358 by the biasing force acting from the second friction plate 357. Therefore, when the electromagnet 353 is demagnetized, the first friction plate 356 is sandwiched between the second friction plate 357 and the third friction plate 358 by the urging force from the plurality of elastic members 355. Thus, the rotation of the drive shaft 312a is caused by the frictional force generated between the second friction plate 357 and the first friction plate 356 and the frictional force generated between the first friction plate 356 and the third friction plate 358. Very strong braking.
  • the detected portion 375 is an element fixed to the second friction plate 357 in order to detect the position and displacement of the second friction plate 357 in the direction parallel to the axial direction of the drive shaft 312a by the detection portion 376 described later. Is provided.
  • the detected portion 375 of this example is provided as a permanent magnet, is fixed to the armature portion 357b of the second friction plate 357, and is particularly attached to the electromagnet 353 side portion of the outer peripheral portion of the armature portion 357b.
  • the detection unit 376 is provided as a sensor capable of detecting the position and displacement of the detected unit 375 that is displaced together with the second friction plate 357. That is, the detection unit 376 detects the position and displacement amount of the detected unit 375 in the direction parallel to the axial direction of the drive shaft 312a, so that the position of the second friction plate 357 in the direction parallel to the axial direction of the drive shaft 312a. And the amount of displacement can be detected.
  • the detection unit 376 of this example is provided as a magnetic sensor that measures the strength and direction of the magnetic field (magnetic field) provided by the detected unit 375, which is a permanent magnet, and is fixed to the inner wall of the housing 351.
  • the detection unit 376 detects the position and displacement of the detected unit 375 by measuring the strength and direction of the magnetic field (magnetic field) provided by the detected unit 375. Therefore, the detection unit 376 is preferably fixed to the housing 351 at a position corresponding to the detected unit 375 with respect to a direction parallel to the axial direction of the drive shaft 312a.
  • the detection unit 376 is connected to the control unit 370 via the communication cable 379 and outputs a detection result to the control unit 370. Therefore, the control unit 370 receives the detection result of the position and displacement amount of the second friction plate 357 from each detection unit 376 of the plurality of drive devices 311. Each detection unit 376 receives a command signal from the control unit 370 via the communication cable 379.
  • the control unit 370 is controlled by the turning controller 109 (see FIG. 17), confirms the operation of the second friction plate 357 based on the detection result sent from the detection unit 376 of each driving device 311, and The amount of wear of at least one of the friction plate 356 and the second friction plate 357 can be detected. Confirmation of the operation of the second friction plate 357 by the control unit 370 is executed based on the position of the second friction plate 357 detected by the detection unit 376 when the electromagnet 353 shifts from a demagnetized state to an excited state, for example. Is possible.
  • the amount of wear of the first friction plate 356 and / or the second friction plate 357 by the control unit 370 is detected, for example, with the second friction plate 357 (covered) detected by the detection unit 376 in a state where the electromagnet 353 is demagnetized. It can be executed based on the position of the detection unit 375).
  • the combination of the detected portion 375, the detecting portion 376, and the control portion 370 constitutes “a detecting means for detecting whether or not the braking of the rotation of the rudder 101 by the rotation suppressing means 349 is functioning”. ing.
  • the second friction plate 357 contacts the first friction plate 356 when the electromagnet 353 is demagnetized, and the second when the electromagnet 353 is excited.
  • the position of the detected portion 375 changes in the axial direction according to the demagnetization state and the excitation state of the electromagnet 353 so that the friction plate 357 is separated from the first friction plate 356.
  • the control unit 370 can detect whether or not the rotation of the rudder 101 is braked by the rotation suppression unit 349 based on the position of the second friction plate 357 detected by the detection unit 376. If the braking function of the rotation suppression means 349 is not functioning properly, the position of the detected portion 375 does not change regardless of the demagnetization state and excitation state of the electromagnet 353, or the demagnetization state and excitation state of the electromagnet 353. The detected part 375 is arranged at a position different from the position assumed depending on the case. Therefore, the control unit 370 can detect whether or not the braking function of the rotation suppression unit 349 is functioning properly based on the position of the second friction plate 357 detected by the detection unit 376. When the control unit 370 detects that the braking function of the rotation suppression unit 349 is not functioning properly, the control unit 370 issues a warning or the like to the operator or the like of the ship S and alerts the operator or the like. Is preferred.
  • a force detection mechanism 380 is connected to the control unit 370 of this example, and a detection result by the force detection mechanism 380 is sent to the control unit 370.
  • the force detection mechanism 380 directly or indirectly detects a force acting on at least one of the rudder 101, the ring gear (driven gear) 104, the driving device 311, and the rotation suppression unit 349.
  • the control unit 370 controls the rotation suppression unit 349 to release the rotation braking of the rudder 101.
  • the specific detection location and detection method of the force detection mechanism 380 are not particularly limited, and the force detection mechanism 380 includes at least one of the rudder 101, the ring gear (driven gear) 104, the driving device 311, and the rotation suppression unit 349. It can be realized by any configuration capable of directly or indirectly detecting the force acting on either. Therefore, the force detection mechanism 380 may detect the force directly using, for example, a sensor that measures distortion of the ring gear 104 or the rudder 101. The force detection mechanism 380 may measure the rotational speed of the ring gear 104 and detect a force acting on the ring gear 104 based on a difference value between the measured value and the calculated value.
  • the force acting on any of the rudder 101, the ring gear (driven gear) 104, and the driving device 311 may be detected based on a difference value between the measured value and the calculated value.
  • the type of “force” detected by the force detection mechanism 380 is not limited, and may be, for example, an external force applied from the outside, a rudder 101, a ring gear (driven gear) 104, a drive device 311 and rotation suppression means. It may be a force that can be generated by at least one of the defects 349.
  • the rotation suppression means 349 releases the braking when the force detected by the force detection mechanism 380 is larger than the “predetermined threshold value”.
  • the “predetermined threshold value” used here as a reference for releasing the braking is various. It can be determined from a viewpoint. For example, from the viewpoint of preventing damage to the rudder 101 itself, from the viewpoint of preventing damage of parts such as the ring gear 104 that are not particularly damaged, or from the viewpoint of preventing damage to parts that are easily damaged due to concentration of stress such as the pinion 317. Based on this, the “predetermined threshold value” here can be determined as appropriate.
  • the rotation suppression unit 349 rotates the rudder 101 even when the driving force from the driving device 311 is not applied to the rudder 101. It can be suppressed appropriately. That is, according to the rotation suppression means 349, unintended rotation of the rudder 101 can be effectively prevented.
  • the direction of the rudder 101 is fixed by the rotation restraining means 349 when the ship S is advanced in a certain direction in the navigation in which the traveling direction is relatively small during the operation and the traveling time in the certain direction is relatively long.
  • the braking force is generated when the electromagnet 353 of the rotation suppressing means 349 is not energized, and the braking force is released when the electromagnet 353 is energized, so that the time for traveling in a certain direction is reached.
  • the energization time of the rotation suppression means 349 in the entire operation can be shortened, so that a higher energy saving effect can be obtained.
  • the rotation suppressing means 349 integrally with the driving device 311 (particularly the electric motor 312), the rotation suppressing means 349 and the driving device 311 can be unitized.
  • the unit of the rotation suppression unit 349 and the drive device 311 can be replaced even if a problem occurs in any part of the rotation suppression unit 349 and the drive device 311. By replacing it with another unit that operates properly, the problem can be solved easily.
  • the rotation suppressing means 349 is provided integrally with the drive device 311 (particularly the electric motor 312). However, if the rotation of the rudder 101 can be braked appropriately, the rotation is suppressed.
  • the structure of the suppression means 349 is not specifically limited. Therefore, the rotation suppression means 349 is not only for braking the rotation of the drive shaft 312a of the electric motor 312 but also for rotating the rudder 101 by braking the rotation of various elements constituting the ring gear 104 (drive gear) and the speed reducer 313. May be indirectly braked, or may be one that directly brakes the rotation of the rudder 101.
  • the braking method is not particularly limited, and a method other than a method of obtaining a braking force by applying a frictional resistance to a direct braking target (the first friction plate 356 in the above-described third embodiment) may be adopted.
  • the rotation suppressing means 349 may be a braking method other than the electromagnetic type, and may include, for example, a hydraulic braking device.
  • the rotation suppression unit 349 can be configured as various units for suppressing the rotation of the rudder 101.
  • the rotation suppressing unit 349 may include a pin 361 and a pin driving mechanism 362 that drives the pin 361.
  • the pin drive mechanism 362 can move the pin 361 along its axial direction.
  • the pin 361 is driven by the pin drive mechanism 362 so that the pin 361 is engaged with the rudder 101 or a component that operates in conjunction with the rudder 101, and the component that operates in conjunction with the rudder 101 or rudder 101. It is possible to move between the separated positions.
  • the pin 361 By engaging the pin 361 with the rudder 101 or a component that operates in conjunction with the rudder 101, the operation of the rudder 101 or a component that operates in conjunction with the rudder 101 can be braked.
  • the pin 361 can move in a direction parallel to the rotation axis L ⁇ b> 1 of the ring gear 104.
  • the illustrated pin 361 enters between the teeth of the ring gear 104, thereby restricting the rotation of the ring gear 104, thereby braking the rotation of the rudder 101.
  • the present invention is not limited to the illustrated example, and the pin 361 is engaged with, for example, each part of the electric motor 312 or each part (gear, etc.) of the speed reducer 313 to suppress or restrict the rotation of the rudder 101. Also good.
  • the rotation suppressing means 349 may be provided as a separate body from the driving device 311.
  • the engagement of the pinion 317 as the driving gear and the ring gear 104 as the driven gear is released by the bolt 318 (see FIG. 19) that connects the pinion 317 to the carrier 325 (base carrier 327).
  • the retracting mechanism 385 may be configured by other members.
  • the retracting mechanism 385 is an arbitrary mechanism capable of releasing the meshing of the driving gear and the driven gear by retracting at least the driving gear (pinion 317) from the position where it is separated from the driven gear (ring gear 104) and meshed with the driven gear. It is possible to employ this mechanism.
  • the retracting mechanism 385 can move the drive device 311 itself to move the pinion 317 away from the ring gear 104 in addition to the above-described mechanism (bolt 318) that can drop the pinion 317 from the drive device 311.
  • a mechanism capable of moving the ring gear 104 away from the ring gear 104 by moving the ring gear 104 may be used.
  • the specific method for separating the drive gear (pinion 317) from the driven gear (ring gear 104) is not particularly limited, and at least one of the drive gear and the driven gear is relatively moved in the axial direction of the rotating shaft. It may be moved, or may be moved relatively in the radial direction of the rotating shaft.
  • the retracting mechanism 385 moves the driving device 311 in a direction orthogonal to the rotation axis L1 (that is, the radial direction) so as to release the meshing between the driving gear (pinion 317) and the driven gear (ring gear 104). It may be.
  • the “release of the engagement between the driving gear and the driven gear” by the retraction mechanism 385 may be performed manually by an operator or the like, or may be automatically performed according to the detection result of the force detection mechanism 380, for example. Good.
  • the retracting mechanism 385 is configured by the bolt 318 as shown in FIG. 19, the operator or the like removes the bolt 318 from the driving device 311 as necessary to release the engagement of the driving gear and the driven gear. be able to.
  • the retracting mechanism 385 moves at least one of the drive gear (pinion 317) and the driven gear (ring gear 104) as shown in FIG. 18, the retracting mechanism 385 displays the detection result of the force detecting mechanism 380.
  • the retracting mechanism 385 moves at least one of the drive gear and the driven gear so that the drive gear and the driven gear The meshing may be released. Therefore, the retracting mechanism 385 can also move the unitized “unit driving device 311 and rotation suppressing means 349” itself to release the engagement of the driving gear and the driven gear.
  • the magnitude of “rated torque related to braking” expected for each rotation suppression means 349 is The value can be determined as appropriate according to the “design braking torque” required for the braking of the rotation 101, and the specific torque value is not particularly limited.
  • “rated torque related to braking” means braking torque that can be safely generated in each rotation suppression means 349 under specified conditions, and is determined according to the configuration of the rotation suppression means 349.
  • the “design braking torque” means a braking torque necessary to stop the rotation of the rudder 101 under a specified condition, and is determined according to an assumed use environment and a configuration of the rudder 101.
  • the total sum of the rated torques related to braking of some of the rotation suppression means 349 among the plurality of rotation suppression means 349 is preferably equal to or greater than the design braking torque required for braking the rotation of the rudder 101.
  • each rotation suppression unit 349 constituting the plurality of rotation suppression units 349 may independently generate a rated torque that is higher than the design braking torque required for braking the rotation of the rudder 101, or two or more rotation suppression units.
  • the sum of the rated torques relating to the braking of the means 349 may be equal to or greater than the design braking torque required for braking the rotation of the rudder 101.
  • the rotation of the rudder 101 is appropriately braked by the other rotation suppression means 349. can do. Therefore, for example, when the driving state of the rotation suppression unit 349 is monitored by the control unit 370 and it is detected that at least one rotation suppression unit 349 is not driven due to a failure or the like, The rotation of the rudder 101 may be braked by driving. When such braking is performed, it is preferable that the turning controller 109 performs control so that the driving device 311 (particularly, the electric motor 312) does not operate.
  • the number of drive devices 311 may be more or less than four, and the number is not limited. .
  • the drive device 311 (reduction gear 313) and the rudder 101 may be directly connected.
  • the pinion 317 of each drive device 311 meshes with the ring gear 104, and each drive device 311 (each reducer 313) and the rudder 101 are connected via the ring gear 104. Connected.
  • the drive device 311 when there is one drive device 311, the drive device 311 (reduction gear 313) and the rudder 101 may be directly connected. That is, when there is one drive device 311, the pinion 317 and the ring gear 104 are not necessarily required, and the output shaft of the drive device 311 (the carrier 325 (base carrier 327) in the third embodiment described above) and the rudder. 101 (swivel cylinder 103 in the third embodiment described above) may be integrally connected, and rotational power may be directly transmitted to the rudder 101 from the output shaft of the drive device 311. In this case, it is preferable that the rotation axis of the rudder 101 and the rotation axis of the output shaft of the drive device 311 coincide.
  • the detection means for detecting whether or not the rotation braking of the rudder 101 by the rotation suppression means 349 is functioning is a combination of the detected part 375, the detection part 376, and the control part 370.
  • the detection means monitors the current value supplied to the electromagnetic brake, or monitors the torque applied to the rudder 101, and whether or not the braking of the rotation of the rudder 101 by the rotation suppression means 349 is functioning. May be detected.
  • a state detection mechanism 364 for detecting the state of the drive device 311 is further provided.
  • the rotation suppression means 349 The rotation of the rudder 101 may be suppressed.
  • the state detection mechanism 364 monitors the operation of the output shaft of the drive device 311, monitors the current value supplied to the drive device 311, or monitors the torque of the drive device 311.
  • the state detection mechanism 364 is connected to the control unit 370, and the detection result of the state detection mechanism 364 is transmitted to the control unit 370.
  • the control unit 370 controls the operation of the rotation suppression unit 349 based on the detection result of the state detection mechanism 364.
  • the driving device 311 includes an electric motor, and the driving device 311 is supplied with electric power to drive the rudder 101 with electric power.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the drive device 311 may drive the rudder 101 by hydraulic pressure.
  • the rotational driving of the rudder 101 of the ship S has been described.
  • the rudder 101 described above may be a wing of an aircraft, and the present invention includes such a form.
  • FIG. 22 is a schematic diagram of the electric steering device 401 and the rudder 101 operated by the electric steering device 401 according to the fourth embodiment
  • FIG. 23 schematically shows the electric steering device 401 and the rudder 101.
  • the ship S includes a ship body 100 and a rudder 101 provided at the lower stern of the ship body 100.
  • the rudder 101 includes a rudder main body 102, a cylindrical swivel cylinder 103 protruding from the upper part of the rudder main body 102, and an annular ring gear 104 that is a driven gear provided on the upper part of the swirl cylinder 103.
  • the ring gear 104 is connected to the rudder 101 (in particular, the swivel cylinder 103 in this example), and has a rotation center on the rotation axis L1 of the rudder 101.
  • the rudder 101 is rotatable about the rotation axis L ⁇ b> 1 by the upper part of the swivel cylinder 103 being rotatably supported by the stern lower part of the ship body 100.
  • the ring gear 104 is fixed to the turning cylinder 103 so as to rotate integrally with the turning cylinder 103.
  • a propeller 105 is provided in front of the rudder 101.
  • the propeller 105 is driven to rotate by an electric motor or an internal combustion engine (not shown).
  • the ship S propels forward.
  • the ship S can be turned in a desired turning direction by turning the rudder 101 by the electric steering machine 401.
  • the combination of electric steering gear 401 and ring gear 104 corresponds to electric steering mechanism M, and the combination of electric steering gear 401, ring gear 104 and rudder 101 is electric.
  • the steering unit U corresponds to the steering unit U.
  • the electric steering gear 401 is disposed in the ship main body 100 above the swivel cylinder 103. As shown in FIG. 23, the electric steering machine 401 includes a plurality (four in this example) of driving devices 411 (411a, 411b, 411c, 411d). Each of the drive devices 411 (411a, 411b, 411c, 411d) is fixed to the ship body 100.
  • Each of the drive devices 411 (411a, 411b, 411c, 411d) decelerates the rotation of the electric motor 412 and the rotation of the electric motor 412 (rotation of an output shaft 412a (drive shaft) described later), that is, the rotational power output from the electric motor 412.
  • a reduction gear 413 that outputs from a carrier 425 (see FIG. 24), which will be described later, corresponding to the output shaft
  • a pinion 417 that is a drive gear provided on the carrier 425 are included.
  • the pinion 417 is configured to mesh with the above-described ring gear 104 and turn the rudder 101 by its rotation.
  • the rotation of the electric motor 412 is decelerated by the speed reducer 413 and output from the carrier 425, whereby the rotation decelerated from the pinion 417 is transmitted to the ring gear 104, and the rudder 101 turns.
  • each electric motor 412 is the same model, and has the same rated output, rated torque, rated rotational speed, and the like.
  • Each speed reducer 413 has the same structure and the same speed ratio.
  • Each pinion 417 has the same number of teeth and the same inner and outer diameters. Therefore, the rated output, the rated torque, the rated rotational speed, etc. of each drive device 411 (411a, 411b, 411c, 411d) are also the same.
  • Each electric motor 412 is connected to an inverter 108 shown in FIG. 22, and supplied power is controlled by the inverter 108.
  • the inverter 108 is configured to control the rotational speed and rotational position of the electric motor 412 by adjusting the power frequency and the power voltage based on a command signal from the turning controller 109 connected to be communicable.
  • the turning controller 109 is communicably connected to a main controller (not shown).
  • the main controller determines the turning direction and turning speed of the ship S based on the operation of the operator of the ship S, and sends a command signal. Is output to the turning controller 109.
  • the turning controller 109 outputs to the inverter 108 a rotation command signal for the rotation speed and rotation angle position at which the rotation is stopped in each electric motor 412 determined according to the command signal output from the main controller.
  • the inverter 108 rotates the electric motor 412 according to the rotation command signal output from the turning controller 109, and this rotation is transmitted to the rudder 101 through the speed reducer 413, the pinion 417 and the ring gear 104.
  • the rudder 101 turns at a desired turning speed in a desired turning direction.
  • the electric motor 412 is controlled using the inverter 108, but the electric motor 412 may be controlled without using the inverter 108.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view of the driving device 411.
  • the speed reducer 413 includes an input shaft 414, a case 415, a speed reducing portion 416 including the above-described carrier 425, and the like.
  • a pinion 417 is attached to a carrier 425 positioned so that a part protrudes from the case 415 on one end side disposed on the lower side, and the motor is connected to the case 415 on the other end side disposed on the upper side. 412 is attached.
  • the rotation input from the electric motor 412 arranged on the upper side is decelerated via the speed reducing unit 416 arranged inside the case 415 and output from the carrier 425.
  • the pinion 417 provided on the carrier 425 of each reduction gear 413 is arranged around the rotation axis L1 and is provided on the outer periphery of the ring gear 104 that is rotatably supported with respect to the ship body 100. It arrange
  • the teeth 104 a are formed on the outer periphery of the ring gear 104, but the teeth 104 a may be formed on the inner periphery of the ring gear 104.
  • the pinion 417 is disposed so as to mesh with the teeth 104 a on the inner periphery of the ring gear 104.
  • the size of the ring gear 104 can be increased, for example, rigidity can be ensured.
  • the pinions 417 are arranged along the outer periphery of the ring gear 104 at equal intervals in the circumferential direction (in this embodiment, every 90 °). Since each pinion 417 is arranged in this manner, each pinion 417 is rotated by rotating each electric motor 412, and the ring gear 104 that is rotatably supported by the ship body 100 and meshes with the pinion 417 is rotated by the rotation axis L ⁇ b> 1. Rotate around. Thereby, the rudder 101 provided with the ring gear 104 turns around the rotation axis L1.
  • the pinions 417 are arranged along the outer circumference of the ring gear 104 at equal intervals in the circumferential direction.
  • the arrangement of the pinions 417 is not limited to this mode.
  • the drive devices 411 may be densely arranged in a predetermined region of the ring gear 104 according to the arrangement of other devices around the drive device 411.
  • the speed reducer 413 is an eccentric oscillating speed reducer.
  • the configuration of the speed reducer 413 will be described in detail with reference to FIG.
  • the output side that is the lower side where the pinion 417 is arranged is one end side
  • the input side that is the upper side where the electric motor 412 is arranged is the other end side.
  • an arrow indicating one end side and an arrow indicating the other end side are shown.
  • the above-described case 415 in the speed reducer 413 includes a first case portion 415a, a second case portion 415b, and a third case portion 415c formed in a cylindrical shape.
  • the first to third case parts (415a, 415b, 415c) are arranged in series and connected by fastening means such as bolts.
  • the first case portion 415a is disposed on one end side
  • the second case portion 415b is fixed to the other end side
  • the third case portion 415c is fixed to the other end side of the second case portion 415b.
  • the case 415 accommodates an input shaft 414, a speed reduction unit 416, and the like. Are arranged in series. One end side of the case 415 (the end portion side of the first case portion 415a) is open, and the motor 412 is fixed to the other end side (the end portion side of the third case portion 415c).
  • a plurality of pin internal teeth 420 constituting internal teeth are arranged on the inner periphery of the first case portion 415a in the case 415.
  • the pin internal teeth 420 are pin-shaped members, and are arranged so that the longitudinal direction thereof is parallel to the speed reducer axis Q, and are equally spaced along the circumferential direction on the inner periphery of the first case portion 415a. They are arranged so as to mesh with external teeth 441 of an external gear 426 described later.
  • the input shaft 414 is connected to the output shaft 412a of the electric motor 412 via a coupling 421.
  • a gear portion 414 a that meshes with a later-described crankshaft gear 423 in the speed reduction portion 416 is provided on one end portion side of the input shaft 414 (end portion side opposite to the coupling 421 side).
  • the input shaft 414 is configured to transmit the rotation output from the electric motor 412 to the speed reduction unit 416.
  • a ball bearing 422 is provided in the center of the second case portion 415b of the case 415, and the input shaft 414 is rotatably supported by the ball bearing 422.
  • the speed reduction unit 416 includes the above-described crankshaft gear 423, crankshaft 424, carrier 425, external gear 426, main bearings (430, 431), and the like.
  • the crankshaft gear 423 is provided as a spur gear element, and a plurality (for example, three) of gears 414a are arranged around the gear portion 414a so as to mesh with the gear portion 414a of the input shaft 414.
  • the crankshaft gear 423 is formed with a through hole in the central portion, and is fixed to the other end side of the crankshaft 424 by spline coupling in the through hole.
  • a plurality of (for example, three) crankshafts 424 are arranged at equal intervals along the circumferential direction around the speed reducer axis Q, and are arranged so that the axial directions thereof are parallel to the speed reducer axis Q. Yes.
  • Each crankshaft 424 is disposed so as to penetrate a crank hole 434 formed in the external gear 426, and the rotation from the input shaft 414 disposed on the other end side is transmitted via the crankshaft gear 423.
  • the external gear 426 is eccentrically rotated by being transmitted and rotated. At this time, the crankshaft 424 performs a revolution operation together with the rotation of the external gear 426 accompanying its rotation (spinning).
  • the crankshaft 424 has a shaft main body 424c, and a first eccentric portion 424a and a second eccentric portion 424b provided on the shaft main body 424c.
  • the first eccentric portion 424a and the second eccentric portion 424b are formed on the axial center side of the shaft body 424c, the first eccentric portion 424a is located on one end side, and the second eccentric portion 424b is located on the other end side.
  • the first eccentric portion 424a and the second eccentric portion 424b are formed such that a cross section perpendicular to the axial direction is a circular cross section, and each center position is provided to be eccentric with respect to the central axis of the crankshaft 424.
  • the first eccentric portion 424 a and the second eccentric portion 424 b are disposed in the above-described crank hole 434 of the external gear 426.
  • One end of the shaft body 424c of the crankshaft 424 is rotatably held with respect to the carrier 425 via a bearing (not shown), and the other end of the shaft body 424c is supported with respect to the carrier 425 via a bearing (not shown). And is held rotatably.
  • the other end portion of the shaft main body 424c projects from the carrier 425 to the other end side, and the above-described crankshaft gear 423 is fixed.
  • the carrier 425 includes a base carrier 427, an end carrier 428, and a support column 429. Among these, one end of the shaft main body 424c of the crankshaft 424 is rotatably held by the base carrier 427, and the other end of the shaft main body 424c is rotatably held by the end carrier 428.
  • a pinion 417 is connected to one end side of the base carrier 427 via a bolt 418.
  • the end carrier 428 is formed in a disc shape, and is connected to the base carrier 427 via a support column 429.
  • the support column 429 is disposed between the base carrier 427 and the end carrier 428, and is provided as a columnar portion that connects the base carrier 427 and the end carrier 428.
  • a plurality of struts 429 are arranged along the circumferential direction around the reduction gear axis Q, and are arranged so that the axial direction is parallel to the reduction gear axis Q. Note that a bolt extending from the end carrier 428 is inserted into each column 429, whereby the end carrier 428 and the base carrier 427 are connected via the column 429.
  • the carrier 425 is rotatably held with respect to the case 415 via the main bearings (430, 431).
  • the main bearing 430 is configured as a ball bearing that rotatably holds the base carrier 427 with respect to the inner peripheral side of the first case portion 415a on the outer peripheral side thereof.
  • the main bearing 431 is configured as a ball bearing that holds the end carrier 428 on the outer peripheral side thereof so as to be rotatable with respect to the inner peripheral side of the first case portion 415a.
  • the external gear 426 includes a first external gear 426a and a second external gear 426b that are accommodated in the case 415 in a state of being arranged in parallel.
  • the first external gear 426a and the second external gear 426b are respectively formed with the above-described crank hole 434 through which the crankshaft 424 passes and a post through hole through which the post 429 passes.
  • the crank holes 434 of the external gear 426 (426a, 426b) are formed in a number corresponding to the number of crankshafts 424.
  • the through-holes are formed in a number corresponding to the number of the columns 429.
  • External teeth 441 that mesh with the pin internal teeth 420 are provided on the outer circumferences of the first external gear 426a and the second external gear 426b.
  • the number of teeth of the external teeth 441 is provided to be one or more than the number of teeth of the pin inner teeth 420. Accordingly, each time the crankshaft 424 rotates, the meshing between the meshing external teeth 441 and the pin internal teeth 420 is shifted, and the external gears 426 (426a, 426b) are eccentrically rotated.
  • the external gear 426 rotatably holds the crankshaft 424 in the crank hole 434 via an external tooth bearing (not shown).
  • an electromagnetic brake 450 as a braking device is provided above each electric motor 412.
  • the electromagnetic brake 450 of the present embodiment brakes the rotation of the rudder 101 by braking the rotation of the output shaft 412a of the electric motor 412 protruding upward.
  • the electromagnetic brake 450 is fixed to the top cylindrical housing 451 fixed to the upper portion of the electric motor 412, and the other end (upper end) of the output shaft 412 a of the electric motor 412, and to the housing 451.
  • the disc-shaped first friction plate 452 accommodated, the cylindrical electromagnet 453 fixed to the upper inner surface of the housing 451 above the first friction plate 452, and the electromagnet between the electromagnet 453 and the first friction plate 452
  • a disk-shaped armature 454 disposed so as to be detachable with respect to 453, a disk-shaped second friction plate 455 fixed to the surface of the armature 454 on the first friction plate 452 side, and the armature 454
  • An elastic member 456 that urges toward the friction plate 452, and a disk-shaped third friction plate 457 fixed to the upper portion of the electric motor 412 below the first friction plate 452. The has.
  • the first friction plate 452, the electromagnet 453, the armature 454, the second friction plate 455, and the third friction plate 457 are arranged coaxially, and the output shaft 412a of the electric motor 412 is passed through each member.
  • the electromagnet 453 includes a cylindrical electromagnet main body 453a and an annular coil 453b disposed in the electromagnet main body 453a.
  • the elastic member 456 presses the second friction plate 455 against the first friction plate 452 via the armature 454.
  • the first friction plate 452 is sandwiched between the second friction plate 455 and the third friction plate 457, and the electromagnetic brake 450 enters the braking state.
  • the rotation of the output shaft 412a is braked, and as a result, the rotation of the rudder 101 is braked.
  • the armature 454 is drawn toward the electromagnet 453 against the elastic member 456, and the second friction plate 455 is moved to the first friction plate.
  • the electromagnetic brake 450 is in a non-braking state after being separated from 452. Thereby, the rotation of the output shaft 412a is allowed, and as a result, the rudder 101 is allowed to turn.
  • the electromagnetic brake 450 is controlled by the turning controller 109 described above.
  • the electric steering machine 401 includes some of the drive devices 411 (411a, 411b, 411c, 411d) (for example, one, two, etc.). ) is the sum T sUM rated torque of the remaining drive unit is driven in a state where no driving, so that the design turning torque T R than is required to pivot the rudder 101 is configured.
  • the electric steering 401 has a total sum T SUM of rated torques of the remaining drive devices excluding some of the drive devices 411 (411a, 411b, 411c, 411d) as the rudder 101. as a design turning torque T R or required for the turning is configured.
  • the rudder 101 can be turned by the remaining drive devices in a state where some of the drive devices 411 (411a, 411b, 411c, 411d) are not driven. As described above, the rated torque of each driving device 411 is set.
  • the electric steering gear 401 drives all of the plurality of driving devices 411 (411a, 411b, 411c, 411d) during normal operation to turn the rudder 101,
  • the driving device 411 outputs a driving torque smaller than the rated torque and can turn the rudder 101 with the required responsiveness, while the driving devices 411 (411a, 411b, 411c, 411d).
  • the rudder 101 can be turned by the remaining driving devices.
  • the remaining drive device can drive the rudder 101 by outputting a drive torque less than the rated torque.
  • the electric steering motor 401 in the present embodiment the sum T SUM rated torque described above, a value greater than the design turning torque T R, the design turning torque T R, a plurality of driving devices 411 (411a, 411b, 411c, 411d) so that the added torque or braking torque T B of the electromagnetic brake 450 provided above a part of the driving device that is not driven out, and is configured .
  • Design swivel torque T R is greater than the torque required for rotating from rest at least rudder 101, in this embodiment, has a torque required to move to enable the rudder 101.
  • the “torque necessary for effectively moving the rudder 101” is, for example, necessary for rotating the rudder 101 by a predetermined angle within a predetermined time during forward traveling at the maximum voyage speed at the maximum voyage draft. This is a value that is individually required according to the type and size of the ship.
  • the design turning torque T R, to the extent pivotable rudder 101 may be a value smaller than the torque required to move effectively the rudder 101 described above.
  • the electric steering motor 401 is configured Yes.
  • the electric steering machine 401 normally drives all of the plurality of drive devices 411 (411a, 411b, 411c, 411d) to turn the rudder 101, but one drive device is not driven.
  • the remaining three drives 411 in the following drive torque rated torque, it is possible to output the design turning torque T R, does not occur hinder proper (driving device 411 a rudder 101 It is possible to turn. Further, even if a state where one of the drive unit brake torque T B in and one of the electromagnetic brake 450 not driven is applied, the remaining three drives 411, in the following drive torque rated torque , it is possible to output a torque obtained by adding the braking torque T B of the design turning torque T R and the electromagnetic brake 450 of one, even in this case, it does not occur hinder proper (driving device 411 a rudder 101 It is possible to turn.
  • the electric steering gear 401 has the remaining electromagnetic brakes 450 in a state where some of the electromagnetic brakes 450 (for example, one, two, etc.) are not in operation.
  • sum T Bsum of braking torque is also configured so as to be above the design turning torque T R above.
  • sum T sUM becomes a more torque obtained by adding the braking torque T B of the design turning torque T R and the electromagnetic brake 450 of the one, and, single electromagnetic brake 450 of the plurality of the electromagnetic brake 450 is operated in the sum T Bsum the braking torque of the remaining electromagnetic brake 450 in a state not found to be the above design turning torque T R above, the procedure for designing the electric steering motor 401.
  • identifying a braking torque T B of the design turning torque T R and the electromagnetic brake 450 is performed.
  • the design turning torque T R are as described above, it is set to the torque required to move to enable the rudder 101. Meanwhile, in this example, since the sum T Bsum the braking torque of the electromagnetic brake 450 of the remaining (three) in the state in which the single electromagnetic brake 450 is not operated becomes a design turning torque T R above, one braking torque T B of the electromagnetic brake 450 is designed turning torque T R / 3 or more.
  • a step of selecting the drive device 411 is performed.
  • the total sum T SUM of the rated torques of the three drive devices 411 is equal to or greater than “design turning torque T R + braking torque T B ”. Therefore, the rated torque of one drive device 411 is required to be (design turning torque T R + braking torque T B ) / 3 or more. Therefore, when selecting the drive device 411, a drive device that satisfies the condition that its rated torque is equal to or more than (design turning torque T R + braking torque T B ) / 3 is selected.
  • the driving device 411 By selecting the driving device 411 as described above, the remaining three driven in a state where one of the four driving devices 411 (411a, 411b, 411c, 411d) is not driven.
  • sum T sUM rated torque of the platform of the drive unit 411 becomes more torque obtained by adding the braking torque T B of the design turning torque T R and the electromagnetic brake 450 of one and one of the plurality of the electromagnetic brake 450 sum T Bsum the braking torque of the remaining electromagnetic brake 450 in a state where the electromagnetic brake 450 is not operated platform becomes the above-described design turning torque T R above, it is possible to design an electric steering motor 401.
  • the driving device 411 is selected as described above, rather than a combination of normally selected are motor and reduction gear when outputting the design turning torque T R by four driving device, a motor of a high output It is composed of a combination with a reduction gear.
  • the combination drive 411 between the high output of the electric motor and the reduction gear, the reduction gear, the reduction gear is normally selected when outputting the design turning torque T R by four driving device described above While selecting a common motor, it is preferable to select a motor with a high output (large capacity) as compared with a normally selected motor.
  • reference numeral 120 denotes a monitoring device that detects the driving state (whether or not driving) of the driving device 411 (411a, 411b, 411c, 411d).
  • the electric steering machine 401 according to the present embodiment further includes a monitoring device 120, and the monitoring device 120 outputs a drive state to the turning controller 109.
  • the main controller (not shown) described above determines the turning direction and turning speed of the ship S based on the operation of the operator of the ship S, and turns the command signal. Output to the controller 109.
  • the turning controller 109 outputs to the inverter 108 a rotation command signal for the rotation speed and rotation angle position at which the rotation is stopped in each electric motor 412 determined according to the command signal output from the main controller. Then, the inverter 108 rotates the electric motor 412 according to the rotation command signal output from the turning controller 109.
  • the turning controller 109 detects all the drive devices 411 (411a, 411b, 411c and 411d) are continuously driven to turn the rudder 101.
  • the turning controller 109 Turns the rudder 101 by driving the remaining driving device.
  • the turning controller 109 controls each electromagnetic brake 450 of the driving device 411 (411a, 411b, 411c, 411d) to the non-braking state before rotating the electric motor 412, but is not driven (failed).
  • the electromagnetic brake 450 of the driving device is in a braking state, control is performed so that the electromagnetic brake 450 is not operated. That is, the turning controller 109 is in a state where some of the drive devices 411 (411a, 411b, 411c, 411d) are not driven, and drives the remaining drive devices to steer the rudder.
  • the electromagnetic brake 450 is controlled not to be operated.
  • the turning controller 109 is in a state in which the driving of the remaining driving device is stopped, such as after the remaining driving device is driven to turn the rudder 101 and the rudder 101 is controlled to a predetermined position. Activates each electromagnetic brake 450. Thereby, the rudder 101 can be held at a predetermined position.
  • the electric steering gear 401 is provided with a plurality of drive devices 411 (411a, 411b, 411c, 411d) for operating the rudder 101 rotatably provided on the ship body 100. ), And each of the drive devices 411 (411a, 411b, 411c, 411d) is provided in the carrier 425, the motor 412, the speed reducer 413 that decelerates the rotation of the motor and outputs the output from the carrier 425 that is the output shaft. And a pinion 417 which is a driving gear. Each pinion 417 is configured to mesh with a ring gear 104 provided on the rudder 101 and rotate the rudder 101 by its rotation.
  • this electric steering machine 401 is in the state in which some drive devices (one in 4th Embodiment) are not driving among several drive devices 411 (411a, 411b, 411c, 411d).
  • the electric steering machine 401 further includes an electromagnetic brake 450 as a braking device that brakes the rotation of the rudder 101.
  • an electromagnetic brake 450 as a braking device that brakes the rotation of the rudder 101.
  • the electric steering 401 has a rudder even when a part of the drive device 411 (411a, 411b, 411c, 411d) has failed due to the electromagnetic brake 450. Since the situation where the 101 stops functioning can be prevented, problems that may occur due to the electromagnetic brake 450 can be compensated. Therefore, the electric steering machine 401 according to the fourth embodiment can be used particularly effectively when the electromagnetic brake 450 is provided.
  • a plurality of electromagnetic brakes 450 (four in the fourth embodiment) are provided, and a part of the plurality of electromagnetic brakes 450 (one in the fourth embodiment) operates.
  • the total braking torque T BSUM of the remaining electromagnetic brakes 450 is required for turning the rudder 101. that by designing the turning is torque T R above, it may be to hold the rudder 101 these remaining electromagnetic brake 450 to a predetermined position. Thereby, the course of ship S can be stabilized reliably.
  • the electromagnetic brake 450 is provided in each of the plurality of drive devices 411 (411a, 411b, 411c, 411d), and brakes the rotation of the electric motor 412 in each drive device 411 (411a, 411b, 411c, 411d). is there. Then, in the fourth embodiment as described above, the sum T SUM of the rated torque, the design turning torque T R, is specified torque obtained by adding the braking torque T B in a single electromagnetic brake 450.
  • the fifth invention is not limited to the above-described fourth embodiment.
  • the sum T SUM of the rated torques of the remaining two drive devices that are driven in a state where the two drive devices of the plurality of drive devices 411 (411a, 411b, 411c, 411d) are not driven is it may be a design turning torque T R or the like.
  • the rated torque of the remaining one driving device three drive is driven in a state where no driving (total T SUM) may be a design turning torque T R or the like.
  • the electromagnetic brake 450 is used as the braking device, but a hydraulic braking device or the like may be used.
  • the electromagnetic brake 450 is provided in each of the driving devices 411 (411a, 411b, 411c, 411d), and an electromagnetic brake or other type of braking device provided to directly brake the rudder 101 is used. May be. Further, the electromagnetic brake 450 may not be provided.
  • FIG. 25 ⁇ Fifth embodiment>
  • FIG. 25 is a schematic diagram of the electric steering machine 501 and the rudder 101 operated by the electric steering machine 501 according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 26 schematically shows the electric steering machine 501 and the rudder 101. It is the shown perspective view.
  • the ship S includes a ship body 100 and a rudder 101 provided at the lower stern of the ship body 100.
  • the rudder 101 includes a rudder main body 102, a cylindrical swivel cylinder 103 protruding from the upper part of the rudder main body 102, and an annular ring gear 104 that is a driven gear provided on the upper part of the swirl cylinder 103.
  • the ring gear 104 is connected to the rudder 101 (in particular, the swivel cylinder 103 in this example), and has a rotation center on the rotation axis L1 of the rudder 101.
  • the rudder 101 is rotatable about the rotation axis L ⁇ b> 1 by the upper part of the swivel cylinder 103 being rotatably supported by the stern lower part of the ship body 100.
  • the ring gear 104 is fixed to the turning cylinder 103 so as to rotate integrally with the turning cylinder 103.
  • a propeller 105 is provided in front of the rudder 101.
  • the propeller 105 is driven to rotate by an electric motor or an internal combustion engine (not shown).
  • the ship S propels forward.
  • the ship S can be turned in a desired turning direction by turning the rudder 101 by the electric steering machine 501.
  • the electric steering machine 501 is disposed in the ship main body 100 above the swivel cylinder 103. As shown in FIG. 26, the electric steering machine 501 includes drive devices 511 (511a, 511b, 511c, and 511d) corresponding to a plurality (four in this example) of electric steering machine drive devices. . Each of the driving devices 511 (511a, 511b, 511c, 511d) is fixed to the ship main body 100. In the present embodiment, the electric steering machine 501 includes a plurality of driving devices 511, but the electric steering device 501 may be configured to include one driving device 511.
  • the combination of at least one drive device 511 and the ring gear 104 constituting the electric steering machine 501 corresponds to the electric steering mechanism M and constitutes the electric steering machine 501.
  • the combination of at least one drive device 511, ring gear 104, and rudder 101 corresponds to the electric steering unit U.
  • Each of the drive devices 511 decelerates the rotation of the motor 512 and the rotation of the motor 512 (rotation of an output shaft 512a (drive shaft) described later), that is, the rotational power output from the motor 512.
  • a reduction gear 513 that outputs from a carrier 525 (see FIG. 27), which will be described later, corresponding to the output shaft, and a pinion 517 that is a drive gear provided on the carrier 525 are included.
  • the pinion 517 is configured to mesh with the above-described ring gear 104 and turn the rudder 101 by its rotation. Specifically, the rotation of the electric motor 512 is decelerated by the speed reducer 513 and output from the carrier 525, whereby the rotation decelerated from the pinion 517 is transmitted to the ring gear 104, and the rudder 101 turns.
  • Each electric motor 512 is connected to an inverter 108 shown in FIG. 25, and supplied power is controlled by the inverter 108.
  • the inverter 108 is configured to control the rotational speed and rotational position of the electric motor 512 by adjusting the power frequency and the power voltage based on a command signal from the turning controller 109 that is communicably connected.
  • the turning controller 109 is communicably connected to a main controller (not shown).
  • the main controller determines the turning direction and turning speed of the ship S based on the operation of the operator of the ship S, and sends a command signal. Is output to the turning controller 109.
  • the turning controller 109 outputs to the inverter 108 a rotation command signal for the rotation speed and the rotation angle position at which the rotation is stopped in each electric motor 512 determined according to the command signal output from the main controller.
  • the inverter 108 rotates the electric motor 512 according to the rotation command signal output from the turning controller 109, and this rotation is transmitted to the rudder 101 through the speed reducer 513, the pinion 517 and the ring gear 104.
  • the rudder 101 turns at a desired turning speed in a desired turning direction.
  • the electric motor 512 is controlled using the inverter 108, but the electric motor 512 may be controlled without using the inverter 108.
  • FIG. 27 is a cross-sectional view of the driving device 511.
  • the speed reducer 513 includes an input shaft 514, a case 515, a speed reduction portion 516 including the above-described carrier 525, and the like.
  • a pinion 517 is attached to a carrier 525 that is positioned so as to partially protrude from the case 515 on one end side disposed on the lower side, and an electric motor for the case 515 on the other end side disposed on the upper side. 512 is attached.
  • the rotation input from the electric motor 512 disposed on the upper side is decelerated via the speed reducing unit 516 disposed inside the case 515 and is output from the carrier 525.
  • the pinion 517 provided on the carrier 525 of each reduction gear 513 is arranged around the rotation axis L1 and is arranged on the outer periphery of the ring gear 104 that is rotatably supported with respect to the ship body 100. It arrange
  • the teeth 104 a are formed on the outer periphery of the ring gear 104, but the teeth 104 a may be formed on the inner periphery of the ring gear 104.
  • the pinions 517 are arranged so as to mesh with the teeth 104 a on the inner periphery of the ring gear 104.
  • the size of the ring gear 104 can be increased, for example, rigidity can be ensured.
  • the pinions 517 are arranged along the outer periphery of the ring gear 104 at regular intervals in the circumferential direction (in this embodiment, every 90 °). Since each pinion 517 is arranged in this manner, each pinion 517 is rotated by rotation of each electric motor 512, and the ring gear 104 that is rotatably supported by the ship body 100 and meshes with the pinion 517 is rotated by an axis L1. Rotate around. Thereby, the rudder 101 provided with the ring gear 104 turns around the rotation axis L1.
  • the pinions 517 are arranged at equal intervals along the outer periphery of the ring gear 104 in the circumferential direction.
  • the arrangement of the pinions 517 is not limited to this mode.
  • the drive devices 511 may be densely arranged in a predetermined region of the ring gear 104 according to the arrangement of other devices around the drive device 511.
  • the speed reducer 513 is an eccentric rocking type speed reducer.
  • the configuration of the speed reducer 513 will be described in detail with reference to FIG.
  • the output side that is the lower side where the pinion 517 is arranged is one end side
  • the input side that is the upper side where the electric motor 512 is arranged is the other end side.
  • an arrow indicating one end side and an arrow indicating the other end side are shown.
  • the above-described case 515 in the speed reducer 513 includes a first case portion 515a, a second case portion 515b, and a third case portion 515c formed in a cylindrical shape.
  • the first to third case parts (515a, 515b, 515c) are arranged in series and connected by fastening means such as bolts.
  • the first case portion 515a is disposed on one end side
  • the second case portion 515b is fixed to the other end side
  • the third case portion 515c is fixed to the other end side of the second case portion 515b.
  • the case 515 accommodates an input shaft 514, a speed reduction unit 516, and the like.
  • the output shaft 512a, the input shaft 514, and the speed reduction unit 516 of the electric motor 512 are arranged in the direction of the speed reducer axis Q that is the rotation axis of the speed reducer 513.
  • One end of the case 515 (the end of the first case 515a) is open, and the motor 512 is fixed to the other end (the end of the third case 515c).
  • a plurality of pin internal teeth 520 constituting internal teeth are arranged on the inner periphery of the first case portion 515a in the case 515.
  • the pin inner teeth 520 are pin-shaped members, and are arranged so that the longitudinal direction thereof is parallel to the speed reducer axis Q, and are equally spaced along the circumferential direction on the inner periphery of the first case portion 515a. They are arranged so as to mesh with external teeth 541 of an external gear 526 described later.
  • a clutch mechanism 560 is provided between the other end portion side of the input shaft 514 and one end portion side of the output shaft 512a of the electric motor 512.
  • Clutch mechanism 560 is configured to switch between transmission and non-transmission of rotational power from output shaft 512a of electric motor 512 to input shaft 514 of reduction gear 513.
  • a hydraulic clutch mechanism is used as the clutch mechanism 560.
  • a clutch mechanism that switches between transmission and non-transmission by an electromagnet may be used, and transmission and non-transmission are switched by a wire or the like.
  • a mechanical clutch mechanism may be used. The control of the clutch mechanism 560 is performed by the turning controller 109 described above.
  • the input shaft 514 When the clutch mechanism 560 is in the transmission state, the input shaft 514 is rotated by the rotation of the output shaft 512a of the electric motor 512. On the other hand, when the clutch mechanism 560 is in a non-transmission state, the electric motor 512 and the speed reducer 513 idle.
  • a gear portion 514 a that meshes with a later-described crankshaft gear 523 in the reduction portion 516 is provided on one end portion side (the end portion side opposite to the clutch mechanism 560 side) of the input shaft 514.
  • the input shaft 514 is configured to transmit the rotation output from the electric motor 512 to the speed reduction unit 516 via the gear unit 514a when the clutch mechanism 560 is in the transmission state.
  • a ball bearing 522 is provided at the center of the second case portion 515b of the case 515, and the input shaft 514 is rotatably supported by the ball bearing 522.
  • the speed reduction unit 516 includes the above-described crankshaft gear 523, crankshaft 524, carrier 525, external gear 526, main bearings (530, 531), and the like.
  • the crankshaft gear 523 is provided as a spur gear element, and a plurality (for example, three) of gears 514a are arranged around the gear portion 514a so as to mesh with the gear portion 514a of the input shaft 514.
  • the crankshaft gear 523 is formed with a through hole in the central portion thereof, and is fixed to the other end side of the crankshaft 524 by spline coupling in the through hole.
  • a plurality of (for example, three) crankshafts 524 are arranged at equal intervals along the circumferential direction around the speed reducer axis Q, and are arranged so that the axial directions thereof are parallel to the speed reducer axis Q. Yes.
  • Each crankshaft 524 is disposed so as to penetrate a crank hole 534 formed in the external gear 526, and the rotation from the input shaft 514 disposed on the other end side is transmitted via the crankshaft gear 523.
  • the external gear 526 is eccentrically rotated by being rotated.
  • the crankshaft 524 performs a revolution operation together with the rotation of the external gear 526 accompanying the rotation (self-rotation) of the crankshaft 524.
  • the crankshaft 524 has a shaft main body 524c, and a first eccentric portion 524a and a second eccentric portion 524b provided on the shaft main body 24c.
  • the first eccentric portion 524a and the second eccentric portion 524b are formed on the axial center side of the shaft body 524c, the first eccentric portion 524a is located on one end side, and the second eccentric portion 524b is located on the other end side.
  • the first eccentric portion 524a and the second eccentric portion 524b are formed such that a cross section perpendicular to the axial direction is a circular cross section, and each center position is provided to be eccentric with respect to the central axis of the crankshaft 524.
  • the first eccentric portion 524a and the second eccentric portion 524b are disposed in the above-described crank hole 534 of the external gear 526.
  • One end of the shaft body 524c of the crankshaft 524 is rotatably held with respect to the carrier 525 via a bearing (not shown), and the other end of the shaft body 524c is supported with respect to the carrier 525 via a bearing (not shown). And is held rotatably. Among these, the other end portion of the shaft body 524c protrudes from the carrier 525 to the other end side, and the above-described crankshaft gear 523 is fixed.
  • the carrier 525 includes a base carrier 527, an end carrier 528, and a support column 529. Among these, one end of the shaft main body 524c of the crankshaft 524 is rotatably held by the base carrier 527, and the other end of the shaft main body 524c is rotatably held by the end carrier 528.
  • a pinion 517 is connected to one end side of the base carrier 527 via a bolt 518.
  • the end carrier 528 is formed in a disk shape, and is connected to the base carrier 527 through a support column 529.
  • the support column 529 is disposed between the base carrier 527 and the end carrier 528 and is provided as a columnar portion that connects the base carrier 527 and the end carrier 528.
  • a plurality of struts 529 are arranged along the circumferential direction around the reduction gear axis Q, and are arranged so that the axial direction is parallel to the reduction gear axis Q.
  • a bolt extending from the end carrier 528 is inserted into each support 529, whereby the end carrier 528 and the base carrier 527 are connected via the support 529.
  • the carrier 525 is rotatably held with respect to the case 515 via the main bearings (530, 531).
  • the main bearing 530 is configured as a ball bearing that rotatably holds the base carrier 527 with respect to the inner peripheral side of the first case portion 515a on the outer peripheral side thereof.
  • the main bearing 531 is configured as a ball bearing that rotatably holds the end carrier 528 on the outer peripheral side with respect to the inner peripheral side of the first case portion 515a.
  • the external gear 526 includes a first external gear 526a and a second external gear 526b that are accommodated in the case 515 in a state of being arranged in parallel.
  • the first external gear 526a and the second external gear 526b are respectively formed with the above-described crank hole 534 through which the crankshaft 524 passes and a post through hole through which the post 529 passes.
  • the crank holes 534 of the external gear 526 (526a, 526b) are formed in a number corresponding to the number of crankshafts 524.
  • the through-holes are formed in a number corresponding to the number of the columns 529.
  • External teeth 541 that mesh with the pin internal teeth 520 are provided on the outer circumferences of the first external gear 526a and the second external gear 526b.
  • the number of teeth of the external teeth 541 is provided to be one or more than the number of teeth of the pin inner teeth 520.
  • the crankshaft 524 rotates.
  • the first and second eccentric portions 524a and 524b of the crankshaft 524 rotate eccentrically, respectively.
  • the eccentric portions 524a and 524b rotate eccentrically
  • the external gear 526 rotates and rotates.
  • the external gear 526 rotates relative to the case 515 while engaging the external teeth 541 with the pin internal teeth 520 of the case 515.
  • the carrier 525 that supports the external gear 526 via the crankshaft 524 rotates with respect to the case 515.
  • the rotation whose torque is increased by the deceleration is transmitted from the pinion 517 to the ring gear 104, and the rudder 101 turns.
  • an electromagnetic brake 550 as a braking device is provided above each electric motor 512.
  • the electromagnetic brake 550 of the present embodiment brakes the rotation of the rudder 101 by braking the rotation of the output shaft 512a of the electric motor 512 protruding upward.
  • the electromagnetic brake 550 is fixed to the top cylindrical housing 551 fixed to the upper portion of the electric motor 512 and the other end portion (upper end portion) of the output shaft 512a of the electric motor 512 and attached to the housing 551.
  • the disc-shaped first friction plate 552 accommodated, the cylindrical electromagnet 553 fixed to the upper inner surface of the housing 551 above the first friction plate 552, and the electromagnet between the electromagnet 553 and the first friction plate 552
  • a disk-shaped armature 554 that is arranged so as to be detachable with respect to 553, a disk-shaped second friction plate 555 fixed to the surface of the armature 554 on the first friction plate 552 side, and the armature 554
  • An elastic member 556 that urges the friction plate 552 toward the friction plate 552; a disc-shaped third friction plate 557 that is fixed to the upper portion of the electric motor 512 below the first friction plate 552; The has.
  • the first friction plate 552, the electromagnet 553, the armature 554, the second friction plate 555, and the third friction plate 557 are arranged on the same axis, and the output shaft 512a of the electric motor 512 is passed inside each member.
  • the electromagnet 553 includes a cylindrical electromagnet main body 553a and an annular coil 553b disposed in the electromagnet main body 553a.
  • this electromagnetic brake 550 when the current is not supplied to the coil 553b and the electromagnet 553 is in a non-excited state, the elastic member 556 presses the second friction plate 555 against the first friction plate 552 via the armature 554. The first friction plate 552 is sandwiched between the second friction plate 555 and the third friction plate 557, and the electromagnetic brake 550 enters a braking state. Thereby, the rotation of the output shaft 512a is braked, and as a result, the rotation of the rudder 101 is braked.
  • the electromagnetic brake 550 is in a non-braking state after being separated from 552. Thereby, the rotation of the output shaft 512a is allowed, and as a result, the rudder 101 is allowed to turn.
  • the electromagnetic brake 550 is controlled by the turning controller 109 described above.
  • each driving device 511 has an abnormality detection sensor 580 that detects an abnormal state of the driving device 511.
  • the clutch mechanism 560 switches between transmission and non-transmission of rotational power from the output shaft 512a of the electric motor 512 to the input shaft 514 of the reduction gear 513 based on the detection result of the abnormality detection sensor 580.
  • the abnormality detection sensor 580 in the present embodiment is configured by a strain gauge attached to the case 515 as an example, and measures the deformation of the case 515 to detect an abnormal state of the driving device 511. To do. If any abnormality occurs in the drive device 511, or if the rudder 101 receives an unintended force and rotates to generate a large force between the pinion 517 and the ring gear 104, the case 515 tends to be greatly deformed. There is. In the present embodiment, when the deformation amount of the case 515 detected by the abnormality detection sensor 580 is larger than a predetermined threshold value, it is determined that an abnormality has occurred in the driving device 511, and the clutch mechanism 560 is used. The power transmission between the electric motor 512 and the speed reducer 513 is cut off.
  • the abnormality detection sensor 580 may be a sensor that measures the displacement of a fastener for installing the drive device 511. As described above, when a large force is generated between the pinion 517 and the ring gear 104, a large displacement is likely to occur in the fastener for installing the driving device 511. In this configuration, when the displacement of the above-described fastener is greater than a predetermined threshold, it is determined that an abnormality has occurred in the driving device 511, and the motor 512 and the speed reducer 513 are determined using the clutch mechanism 560. The power transmission between can be cut off.
  • the abnormality detection sensor 580 may be a sensor that measures the torque of any shaft included in the drive device 511 or a sensor that measures the current value of the electric motor 512. Even in these cases, the abnormality can be detected by directly evaluating the change in the load of the driving device 511. In these configurations, when the detected torque value or current value exceeds a predetermined threshold value, it is determined that an abnormality has occurred in the drive device 511, and the motor 512 and the speed reducer are used using the clutch mechanism 560. Power transmission to and from 513 can be cut off.
  • each driving device 511 further includes a brake monitoring sensor 570 as detection means for detecting an operation abnormality of the brake mechanism 550.
  • the brake monitoring sensor 570 is a sensor that detects the position of the second friction plate 555. According to the brake monitoring sensor 570, it is possible to detect whether or not the second friction plate 555 is operating accurately in accordance with a command signal transmitted to the brake mechanism 550. That is, the brake monitoring sensor 570 can detect a state in which the brake mechanism 550 is braking the electric motor 512 unintentionally. In the drive device 511, when this state is detected, the power transmission may be cut off using the clutch mechanism 560.
  • the speed reducer 513 is an eccentric oscillating type speed reducer
  • the backlash can be reduced, and the pinion 517 that is the driving gear is the rudder. It is suppressed that the ring gear 104 that is the driven gear 101 is abutted with a strong force instantaneously.
  • a large reduction ratio can be ensured even if it is small. That is, in the eccentric oscillating type reduction gear, the reduction ratio obtained by a reduction gear of a general planetary gear mechanism can be normally secured in a smaller external shape than the reduction gear of the planetary gear mechanism.
  • the device configuration that is, the overall configuration of the drive device 511 or the overall configuration of the electric steering machine 501 can be reduced.
  • the driving device 511 further includes a clutch mechanism 560 that switches between transmission and non-transmission of rotational power from the electric motor 512 to the speed reducer, the electric motor 512 is brought into a non-transmission (disconnection) state. And the speed reducer 513 can be idled.
  • the clutch mechanism 560 is brought into a non-transmitting state, thereby suppressing an undesired impact load on the electric motor 512 and the speed reducer 513. it can.
  • the pinion 517, the speed reducer 513, and the electric motor 512 are arranged in the order of the ring gear 104 of the rudder 101, the pinion 517, the speed reducer 513, and the electric motor 512.
  • a clutch mechanism 560 is provided between the speed reducer 513 and the electric motor 512 that are relatively far from the rudder 101.
  • the driving device 511 further includes an electromagnetic brake 550 that brakes the rotation of the electric motor 512, the electromagnetic brake 550 can hold the rudder 101 in a predetermined position when the rudder 101 is not operated. Thus, the course of the ship S can be stabilized.
  • the electromagnetic brake 550 is used as a braking device, but a hydraulic braking device or the like may be used.
  • the electromagnetic brake 550 is provided in each of the driving devices 511 (511a, 511b, 511c, and 511d), and an electromagnetic brake or other type of braking device provided to directly brake the rudder 101 is used. May be. Further, the electromagnetic brake 550 and the clutch mechanism 560 may not be provided.
  • the electric steering machine 501 may include a single drive device 511.
  • the “electric steering device drive device” is a device that outputs a driving force for driving the rudder, and is also simply referred to as an “electric drive device” below.
  • the “electric steering mechanism” according to the present embodiment includes an electric drive device 610 and a ring gear (driven gear) 690 in the following example.
  • the “electric steering unit” according to the present embodiment includes an electric steering mechanism M (an electric drive device 610 and a ring gear (driven gear) 690) and a rudder 101 in the following example.
  • the “ship” according to the present embodiment includes an electric steering mechanism M (electric drive device 610 and ring gear (driven gear) 690), a rudder 101, and a ship main body 100. .
  • FIG. 28 is a diagram for explaining the sixth embodiment, and is a schematic view of the rudder 101 operated using the electric drive device 610.
  • FIG. 29 is a diagram illustrating the electric steering mechanism M and the rudder 101. It is the perspective view which showed schematically.
  • the ship S includes a ship main body 100 and a rudder 101 provided at the bottom of the main body of the ship main body 100.
  • the rudder 101 includes a rudder main body 102 and a cylindrical swivel tube 103 that protrudes from an upper portion of the rudder main body 102.
  • the upper part of the swivel cylinder 103 is rotatably supported by the bottom part of the main body of the ship main body 100.
  • the rudder 101 is rotatable with respect to the ship main body 100 within a predetermined angle range around the rotation axis L1.
  • the ship S has an electric steering mechanism M that rotates the rudder 101 with respect to the ship body 100.
  • the electric steering mechanism M constitutes an electric steering unit U together with the rudder 101 as described above.
  • the electric steering mechanism M includes an electric drive device 610 having a drive gear and a driven gear that meshes with the drive gear.
  • the drive gear is configured as a pinion 617.
  • the driven gear is configured as an annular ring gear 690.
  • a ring gear 690 that is a driven gear is fixed to the rudder 101.
  • the ring gear 690 can rotate with respect to the ship main body 100 together with the rudder 101.
  • the ring gear 690 is fixed to the upper portion of the revolving cylinder 103.
  • the center of the annular ring gear 690 is located on the rotation axis L ⁇ b> 1 of the rudder 101.
  • a propeller 105 is provided at a position in front of the rudder 101.
  • the propeller 105 is driven to rotate by an electric motor or an internal combustion engine (not shown).
  • the ship S is propelled by rotating the propeller 105.
  • the ship S can be turned in a desired direction.
  • the electric drive device 610 of the electric steering mechanism M is disposed in a region above the swivel cylinder 103 in the ship main body 100.
  • the electric steering mechanism M includes a plurality of electric drive devices 610 that form an electric steering machine.
  • the electric steering mechanism M includes first to fourth electric drive devices 610a, 610b, 610c, and 610d.
  • Each of the electric drive devices 610 (610a, 610b, 610c, 610d) is installed on the ship body 100.
  • Each of the electric drive devices 610 includes an electric motor 612, a reduction gear 613 that decelerates the rotational power output from the electric motor 612, and outputs the rotational power from the output shaft. And a rotating drive gear.
  • the output shaft of the speed reducer 613 is configured by a carrier 625 (see FIG. 30) described later.
  • the drive gear is configured by a pinion 617 that meshes with a ring gear 690 provided on the rudder 101. The rotational power from the electric motor 612 of the electric drive device 610 is decelerated by the speed reducer 613 and output from the carrier 625.
  • the reduced rotational power is transmitted from the pinion 617 to the ring gear 690.
  • the ring gear 690 operates with respect to the electric drive device 610 (610a, 610b, 610c, 610d) installed on the ship body 100. More specifically, the annular ring gear 690 rotates with the center of the ring as the center of rotation.
  • the rudder 101 to which the ring gear 690 is fixed also operates with respect to the ship body 100.
  • each electric motor 612 is the same model, and has the same rated output, rated torque, rated rotational speed, and the like.
  • Each reduction gear 613 has the same structure and the same reduction ratio.
  • Each pinion 617 has the same number of teeth and the same inner and outer diameters. Therefore, the rated output, rated torque, rated rotational speed, and the like of each electric drive device 610 (610a, 610b, 610c, 610d) are also the same.
  • Each electric motor 612 is connected to an inverter 108 shown in FIG. 28, and supplied power is controlled by the inverter 108.
  • the inverter 108 is configured to control the rotational speed and rotational position of the electric motor 612 by adjusting the power frequency and the power voltage based on a command signal from the turning controller 109 that is communicably connected.
  • the turning controller 109 is communicably connected to a main controller (not shown).
  • the main controller determines the turning direction and turning speed of the ship S based on the operation of the operator of the ship S, and outputs a command signal to the turning controller 109.
  • the turning controller 109 outputs to the inverter 108 a rotation command signal for the rotation speed and rotation angle position at which the rotation is stopped in each electric motor 612 determined according to the command signal output from the main controller.
  • the inverter 108 rotates the electric motor 612 according to the rotation command signal output from the turning controller 109.
  • Rotational power output from the electric motor 612 is transmitted to the speed reducer 613, the pinion 617, and the ring gear 690.
  • the rudder 101 turns in a desired direction at a desired speed.
  • the electric motor 612 is controlled using the inverter 108, but the electric motor 612 may be controlled without using the inverter 108.
  • FIG. 30 is a cross-sectional view of the electric drive device 610.
  • the electric motor 612 has a drive shaft 612a that outputs rotational power.
  • the speed reducer 613 includes an input shaft 614, a case 615, a speed reduction unit 616 including the carrier 625 described above, and the like. A part of the speed reducer 613 protrudes from the case 615 and is exposed at one end located on the lower side.
  • the pinion 617 is fixed to a portion exposed from the case 615 of the speed reducer 613.
  • an electric motor 612 is attached to the case 615 on the other end side located above the speed reducer 613.
  • the rotational power input from the electric motor 612 disposed on the upper side is decelerated via the speed reducing portion 616 disposed on the inner side of the case 615 and output from the carrier 625.
  • the pinion 617 provided on the carrier 625 of each reduction gear 613 is disposed around the rotation axis L1 of the rudder 101 as shown in FIG.
  • the pinion 617 is arranged so as to mesh with teeth 691 formed on the outer periphery of a ring gear 690 that is rotatably supported with respect to the ship body 100. In this case, it becomes easy to perform maintenance of each driving device 610.
  • the teeth 691 are formed on the outer periphery of the ring gear 690, but the teeth 691 may be formed on the inner periphery of the ring gear 690.
  • the electric drive device 610 is arranged so that the pinion 617 meshes with the teeth 691 on the inner periphery of the ring gear 690.
  • the size of the ring gear 690 can be increased, for example, rigidity can be ensured.
  • the pinions 617 are arranged along the outer periphery of the ring gear 690 at equal intervals in the circumferential direction (in this embodiment, every 90 °). Since the pinions 617 are arranged in this manner, the respective pinions 617 are rotated by the rotation of the electric motors 612, and the ring gear 690 that is rotatably supported by the ship body 100 and meshes with the pinions 617 is the rotation axis L1. Rotate around. Thereby, the rudder 101 to which the ring gear 690 is fixed turns with respect to the ship main body 100 around the rotation axis L1.
  • the pinions 617 are arranged along the outer circumference of the ring gear 690 at equal intervals in the circumferential direction, but the arrangement of the pinions 617 is not limited to this mode.
  • the drive devices 610 may be densely arranged in a predetermined region of the ring gear 690 according to the arrangement of other devices around the drive device 610.
  • the speed reducer 613 is an eccentric oscillating speed reducer.
  • the configuration of the speed reducer 613 will be described in detail with reference to FIG.
  • the output side which is the lower side where the pinion 617 is arranged
  • the input side which is the upper side where the electric motor 612 is arranged
  • an arrow indicating one end side and an arrow indicating the other end side are shown.
  • the above-described case 615 in the speed reducer 613 includes a first case portion 615a, a second case portion 615b, and a third case portion 615c formed in a cylindrical shape.
  • the first to third case parts 615a, 615b, 615c are arranged in series and connected to each other by fastening means such as bolts.
  • the first case portion 615a is disposed on one end side
  • the second case portion 615b is fixed to the other end side of the first case portion 615a
  • the third case portion 615c is fixed to the other end side of the second case portion 615b.
  • an input shaft 614, a speed reduction unit 616 and the like are accommodated.
  • the drive shaft 612 a, the input shaft 614, and the speed reduction unit 616 of the electric motor 612 are arranged in series along the direction of the speed reducer axis Q that is the rotation axis of the speed reducer 613.
  • the case 615 is open on one end side (the end side of the first case portion 615a). Further, the case 615 has the electric motor 612 fixed to the other end side (the end portion side of the third case portion 615c).
  • the speed reducer axis Q is parallel to the rotation axis L1 of the rudder 101.
  • a plurality of pin internal teeth 620 constituting internal teeth are arranged on the inner periphery of the first case portion 615a in the case 615.
  • the pin internal tooth 620 is a pin-shaped member.
  • the pin internal teeth 620 are arranged so that the longitudinal direction thereof is parallel to the speed reducer axis Q.
  • the pin internal teeth 620 are arranged at equal intervals along the circumferential direction of the inner peripheral surface in the first case portion 615a.
  • the pin internal teeth 620 mesh with external teeth 641 of an external gear 626 described later.
  • the input shaft 614 is connected to the drive shaft 612a of the electric motor 612 via a coupling 621.
  • a gear portion 614 a that meshes with a later-described crankshaft gear 623 in the speed reduction portion 616 is provided on one end portion side of the input shaft 614 (the end portion side opposite to the coupling 621 side).
  • the input shaft 614 transmits the rotational power output from the electric motor 612 to the speed reduction unit 616.
  • a ball bearing 622 is provided at the center of the second case portion 615 b of the case 615. The ball bearing 622 supports the input shaft 614 rotatably.
  • the reduction gear 616 includes the above-described crankshaft gear 623, crankshaft 624, carrier 625, external gear 626, main bearings (630, 631), and the like.
  • the crankshaft gear 623 is provided as a spur gear element.
  • a plurality of (for example, three) crankshaft gears 623 are arranged around the gear portion 614a so as to mesh with the gear portion 614a of the input shaft 614.
  • the crankshaft gear 623 is formed with a through hole at a central portion, and is fixed to the other end side of the crankshaft 624 disposed through the through hole by spline coupling.
  • a plurality of (for example, three) crankshafts 624 are arranged at equal intervals along the circumferential direction centered on the speed reducer axis Q.
  • the crankshaft 624 is disposed so that its axial direction is parallel to the speed reducer axis Q.
  • the crankshaft 624 is disposed so as to penetrate the crank hole 634 formed in the external gear 626.
  • the crankshaft 624 receives rotation power from the input shaft 614 via the crankshaft gear 623 and rotates.
  • the crankshaft 624 includes a shaft main body 624c, and a first eccentric portion 624a and a second eccentric portion 624b provided on the shaft main body 624c.
  • the first eccentric portion 624a and the second eccentric portion 624b are formed in an intermediate portion of the shaft main body 624c in a direction parallel to the speed reducer axis Q.
  • the 1st eccentric part 624a is located in the one end side, and the 2nd eccentric part 624b is located in the other end side.
  • the first eccentric portion 624a and the second eccentric portion 624b have a circular cross section in a cross section orthogonal to the speed reducer axis Q.
  • the center positions of the first eccentric portion 624a and the second eccentric portion 624b are eccentric with respect to the central axis of the shaft body 624c of the crankshaft 624.
  • the first eccentric portion 624a and the second eccentric portion 624b are symmetrically eccentric with respect to each other about the central axis of the shaft body 624c.
  • the first eccentric portion 624 a and the second eccentric portion 624 b are located in the above-described crank hole 634 of the external gear 626.
  • One end portion of the shaft main body 624c of the crankshaft 624 is rotatably held with respect to the carrier 625 via a bearing (not shown).
  • the other end of the shaft main body 624c is rotatably held with respect to the carrier 625 via a bearing (not shown).
  • the other end of the shaft main body 624c protrudes from the carrier 625 to the other end side, and the above-described crankshaft gear 623 is fixed.
  • the carrier 625 includes a base carrier 627, an end carrier 628, and a column 629. Of the carrier 625, one end of the shaft body 624c of the crankshaft 624 is rotatably held by the base carrier 627, and the other end of the shaft body 624c is rotatably held by the end carrier 628.
  • a pinion 617 is connected to one end side of the base carrier 627 via a bolt 618. That is, the base carrier 627 forms the output shaft of the speed reducer 613.
  • the end carrier 628 is formed in a disc shape.
  • the post 629 is located between the base carrier 627 and the end carrier 628.
  • the column 629 is provided as a columnar portion that connects the base carrier 627 and the end carrier 628. In the illustrated example, the post 629 is formed integrally with the base carrier 627.
  • a bolt that penetrates the end carrier 628 is inserted into each support column 629. Using this bolt, the end carrier 628 and the base carrier 627 are connected via a support column 629.
  • a plurality of struts 629 are arranged along the circumferential direction around the speed reducer axis Q, and are arranged so that the axial direction is parallel to the speed reducer axis Q.
  • the carrier 625 is rotatably held with respect to the case 615 via main bearings 630 and 631.
  • the first main bearing 630 is configured as a ball bearing interposed between the base carrier 627 and the first case portion 615a.
  • the first main bearing 630 rotatably holds the base carrier 627 with respect to the inner peripheral side of the first case portion 615a.
  • the second main bearing 631 is configured as a ball bearing interposed between the end carrier 628 and the first case portion 615a.
  • the second main bearing 631 rotatably holds the end carrier 628 with respect to the inner peripheral side of the first case portion 615a.
  • the external gear 626 has a first external gear 626a and a second external gear 626b.
  • the first external gear 626a and the second external gear 626b are formed in a disk shape.
  • the first external gear 626a and the second external gear 626b are arranged so that their plate surfaces are parallel to each other.
  • the first external gear 626a and the second external gear 626b are respectively formed with the above-described crank hole 634 through which the crankshaft 624 passes and the post through hole through which the post 629 passes.
  • the crank holes 634 of the external gear 626 (626a, 626b) are formed in a number corresponding to the number of crankshafts 624.
  • the through-holes are formed in a number corresponding to the number of the columns 629.
  • the eccentric portions 624a and 624b of the crankshaft 624 are positioned in the crank holes 634 of the external gears 626a and 626b. Accordingly, when the crankshaft 624 is rotated about the central axis of the shaft main body 624 c by the rotational drive of the input shaft 614, the external gears 626 a and 626 b swing eccentrically with respect to the carrier 625. In the illustrated example, the external gears 626 a and 626 b move in translation with respect to the carrier 625 along a circumferential trajectory centered on the speed reducer axis Q of the speed reducer 613.
  • external teeth 641 that mesh with the pin internal teeth 620 are provided on the outer circumferences of the first external gear 626a and the second external gear 626b.
  • the number of external teeth 641 is one or more than the number of teeth of the pin internal teeth 620.
  • the carrier 625 also rotates with respect to the case 615 in synchronization with the external gear 626.
  • the crankshaft 624 revolves with the carrier 625 about the speed reducer axis Q of the speed reducer 613 and rotates (autorotates) with respect to the carrier 625.
  • the carrier 625 that supports the external gear 626 via the crankshaft 624 rotates with respect to the case 615.
  • the rotational power whose torque is increased by the deceleration is transmitted from the pinion 617 to the ring gear 690, and the rudder 101 turns.
  • the electric drive device 610 further includes a brake mechanism 650 that brakes the rotation of the rudder 101.
  • FIG. 30 shows an example of the brake mechanism 650.
  • the brake mechanism 650 is provided for each electric drive device 610, and one brake mechanism 650 is attached to one electric motor 612.
  • the brake mechanism 650 shown in FIG. 30 is a mechanism as an electromagnetic brake that brakes the rotation of the drive shaft 612a of the electric motor 612 or releases the brake of the drive shaft 612a based on a command from the turning controller 109. Have. In a state where the rotation of the drive shaft 612a is braked, the electric drive device 610 is maintained in a state where its operation is restricted.
  • the brake mechanism 650 is fixed to the top-end cylindrical housing 651 fixed to the top of the electric motor 612 and the other end (upper end) of the output shaft 612 a of the electric motor 612 and to the housing 651.
  • the disc-shaped first friction plate 652 accommodated, the cylindrical electromagnet 653 fixed to the upper inner surface of the housing 651 above the first friction plate 652, and the electromagnet between the electromagnet 653 and the first friction plate 652
  • a disk-shaped armature 654 disposed detachably with respect to 653, a disk-shaped second friction plate 655 fixed to the surface of the armature 654 on the first friction plate 652 side, and the armature 654
  • An elastic member 656 that urges toward the friction plate 652, and a disk-shaped third friction plate 657 fixed to the upper portion of the electric motor 612 below the first friction plate 652. The has.
  • the first friction plate 652, the electromagnet 653, the armature 654, the second friction plate 655, and the third friction plate 657 are arranged on the same axis, and the output shaft 612a of the electric motor 612 is passed inside each member.
  • the electromagnet 653 has a cylindrical electromagnet main body 653a and an annular coil 653b disposed in the electromagnet main body 653a.
  • the elastic member 656 presses the second friction plate 655 against the first friction plate 652 via the armature 654.
  • the first friction plate 652 is sandwiched between the second friction plate 655 and the third friction plate 657. Therefore, the rotation of the drive shaft 612a of the electric motor 612 is braked and restricted. Therefore, the pinion 617 constituting the drive gear of the electric drive device 610 is braked and regulated, and the rotation of the rudder 101 is braked and maintained in a stopped state.
  • an abnormality occurs in a part of the plurality of electric drive devices 610 and a locked state is established.
  • Examples of abnormalities that occur in the electric drive device 610 include missing teeth of gears included in the electric drive device 610, electrical failure of the motor 612 (insulation failure as an example), failure of the brake mechanism of the motor 612, and the like. Can do.
  • another electric drive device is operated in a state where the drive gear of the electric drive device 610 cannot be operated due to some abnormality, a large force is generated between the drive gear and the driven gear of one of the electric drive devices. appear.
  • the ring gear 690 driven gear
  • the thickness w1 of the ring gear 690 (driven gear) is set to the pinion 617 (drive gear). ) Thicker than w2.
  • the pinion 617 (drive gear) of one of the plurality of electric drive devices 610 is at least the other of the plurality of electric drive devices 610.
  • the pinion 617 (driving gear) and the ring gear 690 (driven gear) of one electric drive device 610 are shifted from each other in the thickness direction dw.
  • FIG. 30 is a diagram schematically showing the electric steering unit U, and the position of the pinion 617 in the thickness direction dw is not illustrated exactly as in FIGS. 31 and 32.
  • the thickness of the driven gear means the length of the portion where the teeth of the driven gear are provided along the rotational axis of the driven gear, as shown in FIGS. 31 and 32.
  • the “thickness of the drive gear” refers to the length of the portion where the teeth of the drive gear are provided along the rotational axis of the driven gear that meshes with the drive gear.
  • the “thickness direction” refers to a direction parallel to the rotation axis of the driven gear.
  • an abnormality occurs in any one of the electric drive devices 610, and the pinion 617 (drive gear) of the electric drive device 610 in which an abnormality has occurred due to continued operation of the other electric drive devices 610.
  • the damage is caused by the pinion 617 (driving gear) of the electric drive device 610 in which an abnormality has occurred and the ring gear. 690 (driven gear) is limited to a portion facing the pinion 617 (drive gear).
  • the portion of the ring gear 690 (driven gear) that is likely to be damaged is in the thickness direction dw, the range that overlaps with the pinion 617 (drive gear) of the electric drive device 610 in which an abnormality has occurred, and its surroundings. Become. Therefore, by shifting the pinion 617 (drive gear) in the thickness direction dw among the plurality of electric drive devices 610, the pinion 617 of the other normal electric drive device 610 in the ring gear 690 (driven gear) is changed.
  • the facing part can still operate normally. That is, even if an operation abnormality occurs in any one of the electric drive devices 610, it is possible to effectively avoid the situation where steering is impossible and maintain the function of the electric steering mechanism M.
  • a ring gear with which a pinion 617 (drive gear) of one electric steering gear drive device 610 is engaged does not overlap with the area on the ring gear 690 (driven gear) with which the pinion 617 (drive gear) of the other at least one electric steering drive device 610 is engaged, that is, It is preferable that they are completely deviated.
  • the electric steering mechanism M includes a single ring gear 690 and first to fourth electric driving devices 610a, 610b, 610c, 610d.
  • the thickness w2 of the pinion 617 included in each of the first to fourth electric drive devices 610a, 610b, 610c, and 610d is the same between the first to fourth electric drive devices 610a, 610b, 610c, and 610d. It has become.
  • the thickness w1 of the ring gear 690 is larger than the thickness w2 of the pinion 617.
  • the position of the pinion 617 is shifted in the thickness direction dw between the first to fourth electric drive devices 610a, 610b, 610c, and 610d.
  • the position of the pinion 617 does not overlap in the thickness direction dw between the first to fourth electric drive devices 610a, 610b, 610c, 610d.
  • the pinion 617 of the first electric drive device 610a is located on the lowest side in the thickness direction dw, in the drawing, on the lowest side in the thickness direction dw.
  • the pinion 617 of the second electric drive device 610b, the pinion 617 of the third electric drive device 610c, and the pinion 617 of the fourth electric drive device 610d are sequentially thicker than the pinion 617 of the first electric drive device 610a. It has shifted to the other side in the vertical direction dw.
  • the ring gear 690 has a large number of teeth 691 arranged in the circumferential direction. Each tooth 691 extends in the thickness direction dw.
  • the outer peripheral surface of the ring gear 690 on which the teeth 691 are provided is divided into first to fourth regions 692a, 692b, 692c, and 692d along the thickness direction dw, as shown in FIG.
  • the first to fourth regions 692a, 692b, 692c, and 692d are arranged in this order from one side to the other side along the thickness direction dw.
  • the first region 692a of the ring gear 690 meshes with the pinion 617 of the first electric drive device 610a
  • the second region 692b of the ring gear 690 meshes with the pinion 617 of the second electric drive device 610b
  • the third region of the ring gear 690 The region 692c meshes with the pinion 617 of the third electric drive device 610c
  • the fourth region 692d of the ring gear 690 meshes with the pinion 617 of the fourth electric drive device 610d.
  • any one of the ring gears 690 facing the pinion 617 of the electric drive device due to an abnormality in any of the electric drive devices 610a, 610b, 610c, 610d (for example, the first electric drive device 610a).
  • the regions 692a, 692b, 692c, and 692d (for example, the first region 692a) are damaged, they face other electric drive devices (for example, the second to fourth electric drive devices 610b, 610c, and 610d) in which no abnormality has occurred.
  • the other regions (for example, the second to third regions 692b, 692c, and 692d) of the ring gear 690 can function effectively. Therefore, the steering can still be made possible by meshing the pinion 617 of the electric drive device in which no abnormality has occurred and the region maintained so that the ring gear 690 can function effectively.
  • the ring gear 690 (driven gear) has a plurality of tooth portions 691a, 691b, 691c, and 691d arranged so as to be shifted in the thickness direction dw.
  • a plurality of teeth 691a, 691b, 691c, and 691d are provided with teeth 691 separately. That is, the tooth 691 does not extend continuously across the plurality of tooth portions 691a, 691b, 691c, 691d.
  • each tooth 691 continuously extends between the first to fourth regions 692a, 692b, 692c, and 692d.
  • the first tooth portion 691a of the ring gear 690 meshes with the pinion 617 of the first electric drive device 610a, and the second tooth portion 691b of the ring gear 690 is made of the second electric drive device 610b.
  • the third tooth portion 691c of the ring gear 690 is engaged with the pinion 617 of the third electric drive device 610c, and the fourth tooth portion 691d of the ring gear 690 is engaged with the pinion 617 of the fourth electric drive device 610d.
  • FIG. 32 the first tooth portion 691a of the ring gear 690 meshes with the pinion 617 of the first electric drive device 610a, and the second tooth portion 691b of the ring gear 690 is made of the second electric drive device 610b.
  • the third tooth portion 691c of the ring gear 690 is engaged with the pinion 617 of the third electric drive device 610c
  • the fourth tooth portion 691d of the ring gear 690 is engaged with the pinion 617 of the fourth electric drive
  • the position of the pinion 617 (drive gear) in the thickness direction dw can be adjusted as appropriate depending on the length of the output shaft of the electric drive device 610, for example.
  • the thickness direction dw of the electric drive device 610 is used for the electric drive device 610 in which the outer diameter around the speed reducer axis Q of the case 615 and the electric motor 612 is smaller than the outer diameter of the pinion 617 (drive gear).
  • the position of the pinion 617 (drive gear) in the thickness direction dw can be appropriately adjusted while avoiding interference between the electric drive device 610 and the ring gear 690. Can be adjusted.
  • the electric drive device 610 in which the outer diameter around the speed reducer axis Q of the case 615 and the electric motor 612 is larger than the outer diameter of the pinion 617 (drive gear), the pinion 617 (drive gear) and the speed reducer
  • the electric drive device 610 can be disposed at a position where the case 615 and the electric motor 612 overlap with the ring gear 690 in the thickness direction dw. More specifically, an intermediate gear is provided at the position of the pinion 617 in FIG. 30, and the pinion 617 (drive gear) is eccentric from the reduction gear axis Q by meshing with the intermediate gear that rotates in synchronization with the output shaft. It can rotate around the axis.
  • the position of the pinion 617 (drive gear) in the thickness direction dw can be appropriately adjusted by the holding positions of the electric drive device 610 and the intermediate gear along the thickness direction dw.
  • the sum T SUM rated torque of the remaining three electric driving device 610 if a design driving torque T R above, the remaining three electric driving device 610, the driving of the rated torque torque, it is possible to output the design drive torque T R, for example, at normal operating speed, it is possible to perform stable steering.
  • the design drive torque T R is greater than the torque required for rotating at least the steering 101 quiescence, in the present embodiment, a torque required to move to enable the rudder 101 ing.
  • the “torque necessary for effectively moving the rudder 101” is, for example, necessary for rotating the rudder 101 by a predetermined angle within a predetermined time during forward traveling at the maximum voyage speed at the maximum voyage draft. This is a value that is individually required according to the type and size of the ship.
  • the design drive torque T R, to the extent pivotable rudder 101 may be a value smaller than the torque required to move effectively the rudder 101 described above.
  • the electric driving device 610 is selected as described above, rather than a combination of a normal electric motor and reduction gear to be selected in the case of outputting the design drive torque T R by four electric driving device, the high output It is comprised with the combination of an electric motor and a reduction gear.
  • the combination of the high output of the electric motor and reduction gear (electric drive device 610), the reduction gear is normally selected when outputting design drive torque T R by four electric driving device described above While a common motor is selected, it is preferable to select a motor with a high output (large capacity) as compared with a normally selected motor.
  • the brake mechanism 650 provided in the electric drive device 610 is maintained in a braking state, that is, in the example shown in FIG. It can be assumed that 653 will malfunction. In this abnormality, not only the electric drive device 610 in which the abnormality has occurred does not operate, but also the brake mechanism 650 of the electric drive device 610 generates a braking force that restricts the rotation of the ring gear 690.
  • the sum T SUM rated torque of the electric driving apparatus 610 that does not cause abnormalities not only is the design drive torque T R above, the design drive torque T R, abnormality occurs it is preferable that a braking torque T B of the brake mechanism 650 provided in a part of the electric drive device described above was added torque than you are.
  • a braking torque T B of the brake mechanism 650 provided in a part of the electric drive device described above was added torque than you are.
  • the sum T SUM rated torque of the remaining three electric driving device 610 sufficient that the design drive torque T R, and the braking torque T B of one of the brake mechanism 650, the sum torque more if, the remaining three electric driving device 610, in the following drive torque rated torque, it is possible to output the design drive torque T R, for example, at normal operating speed, it is stably performed steering Is possible.
  • part of the brake mechanisms 650 provided in the plurality of electric drive devices 610 loses the braking function due to some abnormality, the electric steering mechanism M as a whole can ensure the braking function.
  • part of the brake mechanism 650 (e.g. one, two, etc.) of the plurality of brake mechanism 650 sum T Bsum the braking torque of the remaining brake mechanism 650 in a state that does not activate the can, the above design the drive torque T R The above is preferable.
  • the sum T Bsum the braking torque of the brake mechanism 650 remaining in a state of not operating the single brake mechanism 650 of the plurality of brake mechanism 650 (three) is above the design drive torque T R above and If so, the remaining (three) brake mechanisms 650 can stably brake the rotation of the rudder 101.
  • the thickness w1 of the ring gear 690 (driven gear) is thicker than the thickness w2 of the pinion 617 (drive gear), and a plurality of steering gear drive devices 610 are provided.
  • the pinion 617 (drive gear) of one of the electric steering gear drive devices 610 is a pinion 617 (drive) of at least one other electric steering gear drive device among the plural steering gear drive devices 610.
  • Gear) and the ring gear 690 (driven gear) are shifted in the thickness direction dw.
  • the electric steering mechanism M including the plurality of electric drive devices 610 it is also assumed that an abnormality occurs in any one of the electric drive devices 610 and the pinion 617 of the electric drive device 610 becomes non-rotatable.
  • the region on the ring gear 690 (driven gear) with which the pinion 617 (driving gear) of one electric steering gear driving device 610 meshes is at least one other electric steering gear. It does not overlap with the region on the ring gear 690 (driven gear) with which the pinion 617 (driving gear) of the driving device 610 is engaged, and is completely displaced. According to such a sixth embodiment, even if an operation abnormality occurs in any one of the electric drive devices 610, it is stably and effectively avoided that the steering becomes impossible, and the electric steering mechanism It becomes possible to maintain the function of M stably.
  • the ring gear 690 (driven gear) has a plurality of tooth portions 692a, 692b, 692c, and 692d arranged so as to be shifted in the thickness direction dw.
  • the tooth portion of the ring gear 690 (driven gear) with which the pinion 617 (drive gear) of the take-up drive device 610 is engaged is a ring gear with which the pinion 617 (drive gear) of at least one other drive device for the electric steering gear is engaged. It is different from the tooth part of 690 (driven gear). According to the sixth embodiment as described above, even if an operation abnormality occurs in any of the electric drive devices 610, it is more stably and effectively avoided that the steering becomes impossible. It becomes possible to maintain the function of the mechanism M more stably.
  • the remaining electric steering gears that operate in a state where some of the electric steering gear drive devices 610 out of the plurality of electric steering gear drive devices 610 are stopped.
  • sum T sUM rated torque of use driving device 610 has been designed drive torque T R than is required to drive the rudder 101. Therefore, even when a part of the plurality of electric drive devices 610 for operating the rudder 101 breaks down, it is possible to effectively avoid the situation where the steering becomes impossible.
  • the electric steering mechanism M has a brake mechanism 650 that brakes the rotation of the rudder.
  • the brake mechanism 650 By using the brake mechanism 650, the rudder 101 can be held at a predetermined position when the rudder 101 is not operated.
  • the brake mechanism 650 can stabilize the course of the ship S.
  • the brake mechanism 650 when the brake mechanism 650 is provided, it can be assumed that the brake mechanism 650 breaks down while holding the rudder 101. Under this assumption, the electric drive device 610 (610a, 610b, 610c, 610d) is subject to a load, and the electric drive device 610 is likely to fail.
  • the sixth embodiment even when a part of the electric drive device 610 fails due to the brake mechanism 650, it is effectively prevented from becoming impossible to steer. Therefore, problems that may occur due to the brake mechanism 650 can be compensated. Therefore, the sixth embodiment in which the meshing between the plurality of pinions 617 (drive gears) and the ring gear 690 (driven gears) is suitable for the electric steering mechanism M having the brake mechanism 650. .
  • a plurality of brake mechanisms 650 are provided, and the total braking torque T BSUM of the remaining brake mechanisms 650 in a state where some of the brake mechanisms 650 are not operated is calculated. It has become a design driving torque T R above. Therefore, even if some of the brake mechanisms 650 are malfunctioning, the remaining brake mechanisms 650 can be used to hold the rudder 101 in a predetermined position. Thereby, the course of ship S can be stabilized.
  • the brake mechanism 650 is provided in each of the plurality of electric drive devices 610, and is a mechanism that brakes the rotation of the electric motor 612 in each electric drive device.
  • the sum T SUM remaining rated torque of the electric drive system 610 that operates in a state of stopping a part of the electric drive unit 610, the design drive torque T R, provided in a part of the electric driving device 610 It is equal to or greater than the torque obtained by adding the braking torque T B of the brake mechanism 650. Therefore, even when a part of the plurality of electric drive devices 610 for operating the rudder 101 is out of order, it is possible to more stably avoid being unable to steer.
  • the electric drive device 610 may further include a clutch mechanism that switches between transmission and non-transmission of rotational power from the drive shaft 612a of the electric motor 612 to the output shaft (carrier 625).
  • a clutch mechanism 675 may be provided at the position of the coupling 621 instead of the coupling 621 shown in FIG.
  • the clutch mechanism may be provided between the carrier 625 and an output shaft provided separately from the carrier 625.
  • the clutch mechanism 675 for example, a mechanism having a pair or multiple pairs of friction plates can be employed.
  • the clutch mechanism 675 may switch between transmission and non-transmission of rotational power from the drive shaft 612a of the electric motor 612 to the output shaft (carrier 625) based on the detection result of the detection means.
  • the detecting means may be constituted by, for example, a strain gauge attached to the case 615 and measure the deformation of the case 615.
  • a strain gauge attached to the case 615 and measure the deformation of the case 615.
  • the detection means may be a sensor that measures the displacement of a fastener for installing the electric drive device 610.
  • a large force is generated between the pinion 617 and the ring gear 690, a large displacement is likely to occur in the fastener for installing the electric drive device 610. Therefore, when the displacement of the fastener detected by the detecting means becomes larger than a predetermined threshold, it is determined that an abnormality has occurred in the electric steering mechanism M (dynamic steering unit U), and the clutch mechanism 675 is determined. May be used to cut off the power transmission of the electric drive device 610.
  • the detecting means may be a sensor that measures the torque of any shaft included in the electric drive device 610 or a sensor that measures the current value of the electric motor 612. According to such a detection means, a change in the load of the electric drive device 610 can be directly evaluated. Therefore, when the torque value or the current value detected by the detection means becomes larger than the predetermined threshold value, it is determined that an abnormality has occurred in the electric steering mechanism M (dynamic steering unit U), and the clutch mechanism 675 is determined. May be used to cut off the power transmission of the electric drive device 610.
  • the detection unit may be a sensor 670 a that detects an abnormal operation of the brake mechanism 650.
  • the detection unit 670 may be a sensor 670 a that detects the position of the second friction plate 655. According to the sensor 670a, it is possible to detect whether or not the second friction plate 655 is operating accurately in accordance with a command signal transmitted to the brake mechanism 650. That is, the detection unit 670 can detect a state where the brake mechanism 650 is unintentionally braking the electric motor 612, and when this state is detected, the power of the electric drive device 610 can be detected using the clutch mechanism 675. Transmission may be cut off.
  • detection means have been described. However, these two or more detection means are incorporated in the electric drive device 610 so that the clutch mechanism 675 operates based on the detection results of the plurality of detection means. May be.
  • the brake mechanism 650 is provided integrally with the electric drive device 610 (particularly the electric motor 612).
  • the configuration of the brake mechanism 650 is not particularly limited. Therefore, the brake mechanism 650 not only brakes the rotation of the drive shaft 612a of the electric motor 612 but also rotates the rudder 101 by braking the rotation of various elements constituting the ring gear 690 (driven gear) and the speed reducer 613. May be indirectly braked, or may be one that directly brakes the rotation of the rudder 101.
  • the braking method is not particularly limited, and a method other than a method of obtaining a braking force by applying a frictional resistance to a direct braking target (first friction plate 652 in the above-described embodiment) may be employed.
  • the brake mechanism 650 may be a braking system other than the electromagnetic system, and may include, for example, a hydraulic brake mechanism.
  • the electric drive devices 610 may be more or less than four, and the number thereof may be as follows. It is not limited.
  • the example in which the output shaft of the speed reducer 613 is formed as a part of the carrier 625 in the electric drive device 610 is shown, but the present invention is not limited to this example.
  • the carrier 625 may be formed as a separate body.
  • the drive gear (pinion) is formed separately from the output shaft of the speed reducer 613.
  • the drive gear (pinion) may be formed integrally with the output shaft of the speed reducer 613.
  • the drive gear (pinion) is fixed to the output shaft of the speed reducer 613 and rotates in synchronization with the output shaft.
  • an intermediate gear may be fixed to the output shaft, and the drive gear (pinion) may be engaged with the intermediate gear.
  • the drive gear (pinion) can rotate around an axis that is eccentric from the speed reducer axis Q of the speed reducer 613.
  • the speed reducer 613 of the electric drive device 610 is configured as an eccentric oscillating speed reduction mechanism.
  • the present invention is not limited to this example.
  • a gear-type or spur gear-type reduction mechanism may be employed, or two or more of the same type or different types among the eccentric oscillation type reduction mechanism, the planetary gear type reduction mechanism, and the spur gear type reduction mechanism may be included. .

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Abstract

電動舵取機用駆動装置(10)は、船舶本体(100)に設けられる舵(101)を回転駆動する。電動舵取機用駆動装置は、電動機(12)と、電動機から出力される回転動力を減速させて出力軸(25)から出力する減速機(13)と、出力軸に設けられた駆動ギア(17)と、を有している。駆動ギアは、舵の回転軸線(L1)上に回転中心が位置する被動ギア(104)と噛み合う。電動舵取機用駆動装置は、駆動ギア及び被動ギアの噛み合いを解除する退避機構(60)を、さらに有する。

Description

電動舵取機用駆動装置、電動舵取機、電動舵取機用駆動制御装置、電動舵取機構、電動舵取ユニット、船舶及び電動舵取機の設計方法
 本発明は、船舶本体に設けられる舵を回転駆動する電動舵取機用駆動装置、並びに、この電動舵取機用駆動装置を含む電動舵取機、電動舵取機用駆動制御装置、電動舵取機構、電動舵取ユニットおよび船舶、並びに、電動舵取機の設計方法に関する。
 船舶の進路は、舵取機構によって舵が操作されることで、調整される。舵取機構として、従来、油圧舵取機構が用いられてきた。昨今では、JP2014-156135Aに開示されているように、電動舵取機用駆動装置を用いた電動舵取機構も検討されている。JP2014-156135Aによれば、電動舵取機は、船舶内の機器のレイアウトを小型化することができ、また、環境性能にも優れる。JP2014-156135Aに開示された電動舵取機構は、舵に固定された被動ギアと、被動ギアと噛み合う駆動ギアを有した電動舵取機用駆動装置と、を有している。電動舵取機用駆動装置は、電動機と、電動機の回転を減速して駆動ギアに伝達する減速機と、を有している。
 ところで、舵取機構の電動舵取機用駆動装置に生じた何らかの異常により、例えば電動舵取機用駆動装置に含まれる電動機の故障により、当該電動舵取機用駆動装置の駆動ギアが停止された状態に維持されることもある。駆動ギアは、減速機に接続されているので、フリー回転することはできない。したがって、舵に大きな外力が働くと、電動舵取機用駆動装置の駆動ギアと被動ギアとの間に大きな力が発生する。また、十分なトルクを確保するため、電動舵取機構が複数の電動舵取機用駆動装置を含むこともある。そして、複数の電動舵取機用駆動装置の一つに異常が生じてロック状態となることもあるが、この状態で、他の電動舵取機用駆動装置が作動すると、電動舵取機用駆動装置の駆動ギアと被動ギアとの間に大きな力が生じ、駆動ギア又は被動ギアが破損し得る。
 電動舵取機構の駆動ギアや被動ギアが破損してしまうと、破損部品の交換や電動舵取機用駆動装置自体の交換が必要になる。部品交換にはコストがかかり、部品交換が行われる間、船舶は航行することができない。特に、複数の電動舵取機用駆動装置の駆動ギアと噛み合う被動ギアは、大型であり比較的高価な部品となるため、被動ギアの交換作業の手間及びコストは大きな負担となる。
 第1の発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、電動舵取機用駆動装置の異常にともなって駆動ギア及び被動ギアが破損することを効果的に防止することを目的とする。
 また、船舶は、船舶本体に取り付けられる舵が舵取機によって操作されることで、針路が調整される。舵取機としては、通常、油圧舵取機又は電動舵取機が用いられている。
 電動舵取機によれば、船舶内の機器のレイアウトの小型化を図りやすく、環境性能に優れる等の利点が得られる。このような点から、近時、電動舵取機は注目されている。例えばJP2014-156135Aには、2つの電動機によって舵を操作する電動舵取機が開示されている。この電動舵取機は、電動機の回転を2つの遊星歯車列によって減速し、減速された回転を後段の遊星歯車列から舵に伝達するようになっている。
 ところで、海中で動作する舵には、想定外の大きな外力が作用することがある。想定外の大きな外力を舵が受けると、舵を回転させる機構には過大な力が作用し、各種部品が破損してしまう虞がある。特に、舵に何らかの力が急激にかかると、舵に連結されるリングギア等の被動ギアが急激に回転しようとするが、その被動ギアには駆動装置のピニオン等の駆動ギアが噛み合っているため、駆動ギアと被動ギアとの噛み合い部分は局所的に加重が集中して破損しやすい。
 また破損を来さない程度の外力が舵に働いている場合であっても、そのような外力に対抗するように舵を回転させると、通常よりも大きな負荷が電動舵取機にかかるため、電動舵取機や被動ギアが破損する虞がある。また十分な駆動トルクを確保するため、舵を回転駆動するための駆動装置が複数設けられる場合があるが、複数の駆動装置のうちの1つが不具合によりロックしてしまうことがある。一部の駆動装置がロックされた状態で他の駆動装置が作動すると、当該他の駆動装置には非常に大きな負荷がかかるため、駆動装置を構成する各種部品や被動ギアが破損する虞がある。
 また海中の異物が舵に絡まる等の想定外の出来事によって舵の回転が拘束されることがあるが、舵が回転不能な状態で電動機から舵に回転動力が伝達されると、電動機と舵との間に介在する機構には大きな負荷がかかってしまい、各種部品が破損する虞がある。
 電動舵取機を構成する各種部品や被動ギアが破損してしまうと、破損部品の交換や電動舵取機自体の交換が必要になるが、そのような交換にはコストがかかり、交換が行われる間は船舶を運航できない。特に電動舵取機と係合するリングギアは大型で比較的高価な部品であるため、リングギアの交換作業には多大なコストが必要になるだけではなく手間が非常にかかる。そのため、運航中にリングギア等が破損してしまうと、迅速な修理又は交換を行うことが難しく、舵取機の機能が損なわれた状態で航行せざるをえない状況も想定される。
 したがって、舵が想定外の過大な力を受ける場合や電動舵取機に想定外の負荷がかかる場合には部品にかかる力を軽減し、部品破損等の故障を未然に防ぐことが望ましい。
 第2の発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、想定外の過大な力や負荷を受けた場合に、部品にかかる力を軽減して故障を未然に防ぐことができる技術を提供することを目的とする。
 船舶は、一般に船舶本体に取り付けられる舵が舵取機によって操作されることで、針路が調整される。舵取機としては、通常、油圧舵取機又は電動舵取機が用いられている。
 電動舵取機によれば、船舶内の機器のレイアウトの小型化を図り易く、環境性能に優れる等の利点が得られる。このような点から、近時、電動舵取機は注目されている。例えばJP2014-156135Aには、2つの電動機によって舵を操作する電動舵取機が開示されている。この電動舵取機は、電動機の回転を2つの遊星歯車列によって減速し、減速された回転を後段の遊星歯車列から舵に伝達するようになっている。
 ところで、船舶は所定の航路に従って運航することが求められており、そのような所定の航路は種々の条件下で様々な形状のルートが組み合わされて決定される。したがって船舶は、一定の進行方向を持つ直線的なルートと、進行方向の変化を伴う曲線的なルートとが適宜組み合わされた航路に沿って目的地に向かうのが一般的である。
 また、上述のように船舶の進行方向は舵によってコントロールされるため、運航中は進行方向に応じて舵の向きを切り換えることが求められる。ただし船舶が一定方向に進行している間は、舵の向きを変えることは本来的には必要とされず、舵の向きを基本的には固定状態とすることが好ましい。
 しかしながら海中を移動する舵は様々な方向から力が加わり、意図しない衝撃等の強い力が舵に作用することがある。この場合、舵の向きを固定するための制動力が働いていないと、舵の向きが意図せずに変わってしまうため、所望の舵角度を保持することが難しい。また電動舵取機の動力源である電動機の電源を切った後も、海中に存在する舵には依然として意図しない力が加わる可能性があるため、舵が意図しない方向に向いてしまうことがある。その一方で、舵の向きを固定するために、舵に駆動力を付与し続けることは、電力消費の観点から好ましくない。
 なお、船舶が一定方向に進行する間も制動力を働かせず、舵の向きを常に動的にコントロールすることで船舶を進行させることも考えられる。しかしながらそのようなケースでは、意図しない力が加わる度に舵の向きが簡単に変わってしまい、その都度、舵の向きをコントロールして進行方向を修正する必要があるため、運航コントロールが全体として煩雑になる。
 第3の発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、舵を適切に制動して、意図しない舵の回転を防ぐことができる技術を提供することを目的とする。
 また、船舶は、一般に船舶本体に取り付けられる舵が舵取機によって操作されることで、針路が調整される。上述の舵取機としては、通常、油圧舵取機又は電動舵取機が用いられている。
 電動舵取機によれば、船舶内の機器のレイアウトの小型化を図り易く、環境性能に優れる等の利点が得られる。このような点から、近時、電動舵取機は注目されている。例えばJP2014-156135Aには、2つの電動機によって舵を操作する電動舵取機が開示されている。この電動舵取機は、電動機の回転を2つの遊星歯車列によって減速し、減速された回転を後段の遊星歯車列から舵に伝達するようになっている。
 ところで、JP2014-156135Aに開示された電動舵取機は2つの電動機を有するが、このうちの一方の電動機が故障した場合に、他方の電動機の駆動のみでは舵を旋回できない虞があり、舵が機能しなくなる可能性がある。また、遊星歯車列からなる減速機の故障によっても、舵が機能しなくなる。
 第4の発明は、上記実情を考慮してなされたものであって、舵を操作するための複数の駆動装置を備え、これら複数の駆動装置のうちの一部が故障した場合であっても、舵が機能しなくなる事態を防止できる電動舵取機、電動舵取機構、電動舵取ユニット、船舶及び電動舵取機の設計方法を提供することを目的とする。
 また、船舶は、一般に船舶本体に取り付けられる舵が舵取機によって操作されることで、針路が調整される。上述の舵取機としては、通常、油圧舵取機又は電動舵取機が用いられている。
 電動舵取機によれば、船舶内の機器のレイアウトの小型化を図り易く、環境性能に優れる等の利点が得られる。このような点から、近時、電動舵取機は注目されている。例えばJP2014-156135Aには、2つの電動機によって舵を操作する電動舵取機が開示されている。この電動舵取機は、電動機の回転を2つの遊星歯車列によって減速し、減速された回転を後段の遊星歯車列から舵に伝達するようになっている。
 ところで、遊星歯車機構を利用する減速機は、一般的にバックラッシが大きい。そのため、JP2014-156135Aの舵取機では、2つの遊星歯車列が設けられることで、そのバックラッシが比較的大きくなる。したがって、舵を旋回させる際に、バックラッシの距離分で加速された舵取機の駆動ギアが舵の被動ギアに瞬間的に強い力で突き当たることで、これらの部材に損傷が生じる虞がある。
 また、上述のように駆動ギアが舵の被動ギアに瞬間的に強い力で突き当たる場合、船舶が揺れ易くなるため、船舶の運航が不安定となる虞もある。さらに、JP2014-156135Aに開示された舵取機は、2つの遊星歯車列を有することで比較的大型であり、小型化にも改善の余地がある。
 第5の発明は、上記実情を考慮してなされたものであって、舵の被動ギアを駆動ギアによって回転させる際に駆動ギア及び被動ギアに損傷が生じることを抑制できるとともに船舶の運航を安定させることができ、且つ装置構成の小型化を図ることができる電動舵取機用駆動装置、電動舵取機構、電動舵取ユニット及び船舶を提供することを目的とする。
 船舶の進路は、舵取機構によって舵が操作されることで、調整される。舵取機構として、従来、油圧舵取機構が用いられてきた。昨今では、JP2014-156135Aに開示されているように、電動舵取機用駆動装置を用いた電動舵取機構も検討されている。JP2014-156135Aによれば、電動舵取機構は、船舶内の機器のレイアウトを小型化することができ、また、環境性能にも優れる。JP2014-156135Aに開示された電動舵取機構は、舵に固定された被動ギアと、被動ギアと噛み合う駆動ギアを有した電動舵取機用駆動装置と、を有している。電動舵取機用駆動装置は、電動機と、電動機の回転を減速して駆動ギアに伝達する減速機と、を有している。
 ところで、舵取機構では、十分なトルクを確保する観点から、一つの被動ギアに対して複数の電動舵取機用駆動装置が設けられることもある。この舵取機構において、複数の電動舵取機用駆動装置のうちの一つの電動舵取機用駆動装置の駆動ギアが、何らかの異常により、固定された状態に維持されてしまうことも想定される。このような異常時、異常を生じた電動舵取機用駆動装置の駆動ギアは、被動ギアとの噛み合いを維持される。この状態で、他の正常な電動舵取機用駆動装置が動作すると、被動ギアが破損することもある。被動ギアが破損すると、正常な電動舵取機用駆動装置が残っていたとしても、操舵することは不可能となる。
 第6の発明は以上の点を考慮してなされたものであり、被動ギアが破損したとしても操舵可能に維持される電動舵取機構を提供することを目的とする。
<第1の発明>
 第1の発明は、電動舵取機用駆動装置の異常にともなって駆動ギア及び被動ギアが破損することを効果的に防止することを目的とする。
 第1の発明による電動舵取機用駆動装置は、
 船舶本体に設けられる舵を回転駆動する電動舵取機用駆動装置であって、
 電動機と、
 前記電動機から出力される回転動力を減速させて出力軸から出力する減速機と、
 前記出力軸に設けられ、前記舵の回転軸線上に回転中心が位置する被動ギアと噛み合う駆動ギアと、
 少なくとも前記駆動ギアを前記被動ギアと噛み合う位置から退避させて前記駆動ギア及び前記被動ギアの噛み合いを解除する退避機構と、を備える。
 第1の発明による電動舵取機用駆動装置において、前記退避機構は、前記駆動ギアを、前記電動機及び前記減速機とともに、前記被動ギアに対して、前記舵の前記回転軸線を中心とした放射方向に移動させて、前記駆動ギア及び前記被動ギアの噛み合いを解除するようにしてもよい。
 第1の発明による電動舵取機用駆動装置において、前記退避機構は、前記駆動ギアを、前記電動機及び前記減速機とともに、前記被動ギアに対して、前記舵の前記回転軸線と平行な方向に移動させて、前記駆動ギア及び前記被動ギアの噛み合いを解除するようにしてもよい。
 第1の発明による電動舵取機用駆動装置において、前記退避機構は、前記駆動ギアを前記出力軸から脱落させて、前記駆動ギア及び前記被動ギアの噛み合いを解除するようにしてもよい。
 第1の発明による電動舵取機用駆動装置が、前記電動舵取機用駆動装置の異常状態を検出する検出手段を、さらに備え、
 前記退避機構は、前記検出手段が異常状態を検出した場合に、前記駆動ギア及び前記被動ギアの噛み合いを解除するようにしてもよい。
 第1の発明による電動舵取機構は、
 上述した第1の発明による電動舵取機用駆動装置のいずれかと、
 前記電動舵取機用駆動装置の前記駆動ギアと噛み合う前記被動ギアと、を備える。
 第1の発明による電動舵取ユニットは、
 上述した第1の発明による電動舵取機用駆動装置のいずれかと、
 前記電動舵取機用駆動装置の前記駆動ギアと噛み合う前記被動ギアと、
 前記被動ギアが固定された前記舵と、を備える。
 第1の発明による船舶は、上述した第1の発明によるいずれかの電動舵取機用駆動装置、上述した第1の発明による電動舵取機構、及び、上述した電動舵取ユニットの少なくとも一以上を備える。
 第1の発明によれば、駆動ギア及び被動ギアが破損することを効果的に回避することができる。
<第2の発明>
 第2の発明は、想定外の過大な力や負荷を受けた場合に、部品にかかる力を軽減して故障を未然に防ぐことができる技術を提供することを目的とする。
 第2の発明の一態様は、回転動力を出力する駆動装置と、駆動装置から伝達される回転動力によって回転軸線を中心に回転する舵と、駆動装置又は駆動装置と舵との間に設けられ、力の伝達及び非伝達を切り換えるクラッチ機構と、を備える電動舵取ユニットに関する。
 本態様によれば、クラッチ機構により力の伝達及び非伝達が切り換えられるため、少なくともいずれかの箇所において想定外の過大な力や負荷を受けた場合には、クラッチ機構によって力を非伝達とすることで、電動舵取ユニットを構成する各種部品にかかる力を軽減して故障を未然に防ぐことができる。
 電動舵取ユニットは、舵に連結され、舵の回転軸線上に回転中心がある被動ギアを更に備え、駆動装置は、回転動力を生み出す電動機と、電動機が生み出した回転動力を減速させる減速部及び当該減速部により減速された回転動力を出力する出力軸を有する減速機と、出力軸に設けられる駆動ギアであって被動ギアと噛み合う駆動ギアと、を有し、クラッチ機構は、出力軸に設けられてもよい。
 本態様によれば、出力軸において力の伝達及び非伝達が切り換えられる。したがってクラッチ機構によって力を非伝達とした状態では、例えば減速部から駆動ギアに力が伝達することを防ぐことができ、また駆動ギアから減速部に力が伝達することを防ぐことができる。
 電動舵取ユニットは、舵に連結され、舵の回転軸線上に回転中心がある被動ギアを更に備え、駆動装置は、回転動力を生み出す電動機と、電動機が生み出した回転動力を減速させる減速部及び当該減速部により減速された回転動力を出力する出力軸を有する減速機と、出力軸に設けられる駆動ギアであって被動ギアと噛み合う駆動ギアと、を有し、クラッチ機構は、電動機と減速機との間に設けられてもよい。
 本態様によれば、電動機と減速機との間において力の伝達及び非伝達が切り換えられる。したがってクラッチ機構によって力を非伝達とした状態では、例えば電動機から減速機に力が伝達することを防ぐことができ、また減速機から電動機に力が伝達することを防ぐことができる。
 駆動装置は複数設けられ、被動ギアは、複数の駆動装置の駆動ギアと噛み合ってもよい。
 本態様によれば、複数の駆動装置が協働して舵の回転駆動を行う。
 出力軸と駆動ギアとは一体化されていてもよい。
 本態様によれば、同一部材によって出力軸及び駆動ギアを形成できる。
 電動舵取ユニットは、舵の回転を制動するブレーキ機構を更に備えてもよい。
 本態様によれば、ブレーキ機構によって舵の回転を制動することができる。
 電動舵取ユニットは、舵、駆動装置及びクラッチ機構のうちの少なくともいずれかに作用する力を直接的又は間接的に検出する力検出機構を更に備え、クラッチ機構は、力検出機構が検出する力が所定の閾値よりも大きい場合、力を非伝達としてもよい。
 本態様によれば、所定の閾値よりも大きい力が舵、駆動装置及びクラッチ機構のうちの少なくともいずれかに作用した場合に、クラッチ機構によって力の伝達が遮断され、各種部品にかかる力を軽減できる。
 第2の発明の他の態様は、回転動力によって舵の回転駆動を行う電動舵取機用駆動装置であって、回転動力を生み出す電動機と、電動機に連結され、力の伝達及び非伝達を切り換えるクラッチ機構と、を備える電動舵取機用駆動装置に関する。
 第2の発明の他の態様は、回転動力によって舵の回転駆動を行う電動舵取機構であって、舵に連結され、舵の回転軸線上に回転中心がある被動ギアと、回転動力を生み出す電動機と、電動機が生み出した回転動力を減速させる減速部及び当該減速部により減速された回転動力を出力する出力軸を有する減速機と、出力軸に設けられる駆動ギアであって被動ギアと噛み合う駆動ギアと、を有する駆動装置と、駆動装置に設けられ、力の伝達及び非伝達を切り換えるクラッチ機構と、を備える電動舵取機構に関する。
 第2の発明の他の態様は、上記の電動舵取ユニットを備える船舶に関する。
 第2の発明によれば、クラッチ機構により力の伝達及び非伝達が切り換えられるため、少なくともいずれかの箇所において想定外の過大な力や負荷を受けた場合には、クラッチ機構によって力を非伝達とすることで、各種部品にかかる力を軽減して故障を未然に防ぐことができる。
<第3の発明>
 第3の発明は、舵を適切に制動して、意図しない舵の回転を防ぐことができる技術を提供することを目的とする。
 第3の発明による一態様は、回転軸線を中心に回転する舵と、前記舵を回転駆動させる駆動装置と、前記駆動装置による駆動力が前記舵に加えられていない状態で前記舵の回転を抑制する回転抑制手段と、を備える、電動舵取ユニットに関する。また、第3の発明による他の態様は、回転軸線を中心に回転する舵を回転駆動させる駆動装置と、前記駆動装置による駆動力が前記舵に加えられていない状態で前記舵の回転を抑制する回転抑制手段と、を備える、電動舵取機用駆動制御装置に関する。
 本態様によれば、駆動装置による駆動力が舵に加えられていない状態で舵に外力が加わった場合であっても、舵の回転を抑制して所望の舵角度に維持することができる。したがって、駆動装置から駆動力を出力し続けて舵角度を維持する必要がなく、消費電力を抑制することができる。
 前記回転抑制手段は、無励磁作動型電磁ブレーキであってもよい。本態様によれば、回転抑制手段に電力を供給していない状態でも舵角度を維持することができる。
 前記回転抑制手段は、ピンを有するようにしてもよい。本態様によれば、簡単な構成で回転を抑制することができる。
 前記駆動装置は電動機を有し、前記回転抑制手段が前記電動機の回転を抑制する電磁ブレーキであるようにしてもよい。本態様によれば、電動機を制動することで、舵の回転を間接的に制動することができる。
 電動舵取ユニット又は電動舵取機用駆動制御装置は、前記駆動装置の状態を検出する状態検出機構を更に備え、前記回転抑制手段は、前記駆動装置が動作していないことを前記状態検出機構が検出した場合、前記舵の回転を抑制するようにしてもよい。本態様によれば、例えば駆動装置が故障した場合でも、舵の回転をより確実に抑制することができる。
 前記回転抑制手段は、前記駆動装置とは別体で設けられていてもよい。駆動装置よりも舵の構成要素の動作を抑制することで、舵の回転を抑制することができる。回転抑制手段の配置の自由度も向上する。
 動舵取ユニット又は電動舵取機用駆動制御装置は、前記回転抑制手段による前記舵の回転の抑制が機能しているか否かを検知する検知手段を更に備えるようにしてもよい。本態様によれば、回転抑制手段による舵の回転の抑制が適切に行われているか否かを検知することができる。
 電動舵取ユニット又は電動舵取機用駆動制御装置は、前記舵、前記舵に連結され且つ前記舵の回転軸線上に回転中心がある被動ギア、前記駆動装置及び前記回転抑制手段のうちの少なくともいずれかに作用する力を直接的又は間接的に検出する力検出機構を更に備え、前記回転抑制手段は、前記力検出機構が検出する前記力が所定の閾値よりも大きい場合、前記舵の回転の抑制を解除するようにしてもよい。本態様によれば、舵、舵に連結され且つ舵の回転軸線上に回転中心がある被動ギア、駆動装置及び回転抑制手段のうちの少なくともいずれかに作用する力が所定の閾値よりも大きい場合、舵の回転の抑制が解除されて舵の回転が許容され、力を効果的に逃がすことができる。
 電動舵取ユニット又は電動舵取機用駆動制御装置は、前記舵、前記舵に連結され且つ前記舵の回転軸線上に回転中心がある被動ギア、前記駆動装置及び前記回転抑制手段のうちの少なくともいずれかに作用する力を直接的又は間接的に検出する力検出機構と、前記力検出機構が検出する前記力が所定の閾値よりも大きい場合、前記駆動装置の前記駆動ギア及び前記被動ギアの噛み合いを解除する退避機構と、を更に備えるようにしてもよい。本態様によれば、駆動ギア及び被動ギアの噛み合いを解除することで、駆動ギアと被動ギアとの間における力の伝達を防げることができる。例えば、舵に大きな外力が加わった場合に、舵は自由に回転できるため、舵の損傷を防止することができる。
 退避機構は、駆動ギアを被動ギアから離間させて駆動ギア及び被動ギアの噛み合いを解除してもよい。
 第3の発明の更に他の態様は、回転軸線を中心に回転する舵と、舵に連結され、舵の回転軸線上に回転中心がある被動ギアと、電動機と、当該電動機から出力される回転動力を減速させて出力軸から出力する減速機と、出力軸に設けられる駆動ギアであって被動ギアと噛み合う駆動ギアと、を有する駆動装置と、舵の回転を制動する回転抑制手段と、を備える電動舵取ユニットに関する。
 本態様によれば、回転抑制手段によって舵を適切に制動することができ、意図しない舵の回転を防ぐことができる。
 回転抑制手段は、被動ギアを制動することで舵の回転を制動してもよい。
 本態様によれば、被動ギアを制動することで、舵の回転を間接的に制動することができる。
 電動機は、回転動力を出力する駆動軸を有し、回転抑制手段は、電動機の駆動軸の回転を制動する電磁ブレーキを有してもよい。
 本態様によれば、電動機の駆動軸を制動することで、舵の回転を間接的に制動することができる。
 電動舵取ユニットは、舵、被動ギア、駆動装置及び回転抑制手段のうちの少なくともいずれかに作用する力を直接的又は間接的に検出する力検出機構を更に備え、回転抑制手段は、力検出機構が検出する力が所定の閾値よりも大きい場合、舵の回転の制動を解除してもよい。
 本態様によれば、電動舵取ユニットは、舵、被動ギア、駆動装置及び回転抑制手段のうちの少なくともいずれかに作用する力が所定の閾値よりも大きい場合には、舵の回転の制動が解除されて舵の回転が許容され、力を効果的に逃がすことができる。
 電動舵取ユニットは、舵、被動ギア、駆動装置及び回転抑制手段のうちの少なくともいずれかに作用する力を直接的又は間接的に検出する力検出機構と、力検出機構が検出する力が所定の閾値よりも大きい場合、駆動ギア及び被動ギアの噛み合いを解除する退避機構と、を更に備えてもよい。
 本態様によれば、駆動ギア及び被動ギアの噛み合いを解除することで、駆動ギアと被動ギアとの間における力の伝達を防げる。
 退避機構は、駆動ギアを被動ギアから離間させて駆動ギア及び被動ギアの噛み合いを解除してもよい。
 本態様によれば、駆動ギアを被動ギアから離間させることで、駆動ギア及び被動ギアの噛み合いを確実に解除できる。
 電動舵取ユニットは、回転抑制手段による舵の回転の制動が機能しているか否かを検知する検知手段を更に備えてもよい。
 本態様によれば、回転抑制手段による舵の回転の制動が適切に行われているか否かを検知することができる。
 回転抑制手段は複数設けられ、複数の回転抑制手段のうちの一部の回転抑制手段の制動に関する定格トルクの総和は、舵の回転の制動に要求される設計制動トルク以上であってもよい。
 本態様によれば、複数の回転抑制手段のうちの一部の回転抑制手段のみによって、舵の回転を制動することが可能である。
 第3の発明の更に他の態様は、回転動力によって舵の回転駆動制御を行う電動舵取機用駆動制御装置であって、駆動軸を有する電動機と、駆動軸から出力される回転動力を減速させて出力軸から出力する減速機と、出力軸に設けられる駆動ギアと、を有する駆動装置と、電動機の駆動軸の回転を制動する回転抑制手段と、を備える電動舵取機用駆動制御装置に関する。
 電動舵取機用駆動制御装置は、駆動ギアと、舵に固定された被動ギアとの噛み合いを解除する退避機構であって、少なくとも駆動ギアを被動ギアと噛み合う位置から退避させる退避機構を更に備えてもよい。
 第3の発明の更に他の態様は、上記の電動舵取機用駆動制御装置と、舵に連結され、舵の回転軸線上に回転中心がある被動ギアであって前記駆動ギアと噛み合う被動ギアと、を備える電動舵取機構に関する。
 第3の発明の他の態様は、上記の電動舵取ユニットを備える船舶に関する。
 第3の発明によれば、駆動装置からの駆動力が舵に加えられていない状態で舵に外力が加わった場合に、回転抑制手段により舵の回転を抑制することができるので、消費電力を抑制することができる。
<第4の発明>
 第4の発明は、舵を操作するための複数の駆動装置を備え、これら複数の駆動装置のうちの一部が故障した場合であっても、舵が機能しなくなる事態を防止できる電動舵取機、電動舵取機構、電動舵取ユニット、船舶及び電動舵取機の設計方法を提供することを目的とする。
 第4の発明に係る電動舵取機は、船舶本体に設けられる舵を操作するための複数の駆動装置を備え、前記駆動装置の各々は、電動機と、前記電動機の回転を減速させて出力軸から出力する減速機と、前記出力軸に設けられた駆動ギアと、を有し、前記駆動ギアは、前記舵に設けられる被動ギアに噛み合い、その回転によって前記舵を旋回させるように構成されており、複数の前記駆動装置のうちの一部の駆動装置が駆動していない状態において駆動される残りの駆動装置の定格トルクの総和が、前記舵の旋回に要求される設計旋回トルク以上となるように構成されている、電動舵取機、である。
 第4の発明に係る電動舵取機によれば、複数の駆動装置のうちの一部として、例えば1台の駆動装置が故障した場合であっても、残りの駆動装置の定格トルクの総和が舵の旋回に要求される設計旋回トルク以上であることで、これら残りの駆動装置によって舵を適正に旋回させ得る。これにより、舵を操作するための複数の駆動装置のうちの一部が故障した場合であっても、舵が機能しなくなる事態を防止できる。
 第4の発明に係る電動舵取機は、前記舵の回転を制動する制動装置をさらに備えていてもよい。
 この構成によれば、舵を操作しない場合に制動装置によって舵を所定の位置に保持することが可能となることで、船舶本体と舵とを備えてなる船舶の針路を安定させることができる。その一方、制動装置が設けられる場合には、制動装置が舵を保持したままの状態で故障した際に、駆動装置に負荷がかかることで、駆動装置が故障し易くなるという問題が生じる。しかしながら、この問題に対し、第4の発明に係る電動舵取機によれば、制動装置に起因して駆動装置のうちの一部が故障した場合であっても、舵が機能しなくなる事態を防止できるため、制動装置によって生じ得る問題を補償できる。そのため、第4の発明に係る電動舵取機は、制動装置を備える場合に、とりわけ効果的に用いられ得る。
 また、第4の発明に係る電動舵取機において、前記制動装置は、複数設けられ、複数の前記制動装置のうちの一部の制動装置が作動していない状態における残りの制動装置の制動トルクの総和が、前記設計旋回トルク以上となるように構成されていてもよい。
 この構成によれば、複数の制動装置のうちの一部として、例えば1台の制動装置が故障した場合であっても、残りの制動装置の制動トルクの総和が舵の旋回に要求される設計旋回トルク以上であることで、これら残りの制動装置によって舵を所定の位置に保持することできる。これにより、船舶の針路を確実に安定させることができる。
 また、第4の発明に係る電動舵取機において、前記制動装置は、複数の前記駆動装置の各々に設けられ、各前記駆動装置において前記電動機の回転を制動する電磁ブレーキであり、当該電動舵取機は、前記一部の駆動装置が駆動していない状態において駆動される前記残りの駆動装置の定格トルクの総和が、前記設計旋回トルクに、前記一部の駆動装置に設けられた前記制動装置の制動トルクを加えたトルク以上となるように構成されていてもよい。
 この構成によれば、一部の駆動装置の故障によりその制動装置が故障して、制動トルクが作用した状態のままとなった場合であっても、残りの駆動装置によって舵を適正に旋回させ得る。これにより、舵が機能しなくなる事態を確実に防止できる。
 また、第4の発明に係る電動舵取機においては、複数の前記駆動装置のうちの一部の駆動装置が駆動していない状態であって、残りの駆動装置を駆動させて前記舵を旋回させる時に、前記制動装置を作動させない状態に制御するようにしてもよい。
 また、第4の発明に係る電動舵取機構は、前記の電動舵取機と、当該電動舵取機の前記駆動ギアの各々が噛み合う前記被動ギアと、を備える、電動舵取機構、である。
 また、第4の発明に係る電動舵取ユニットは、前記の電動舵取機と、当該電動舵取機の前記駆動ギアの各々が噛み合う前記被動ギアと、当該被動ギアが設けられる前記舵と、を備える、電動舵取ユニット、である。
 また、第4の発明に係る船舶は、前記の電動舵取ユニットを備える、船舶、である。
 また、第4の発明に係る電動舵取機の設計方法は、船舶本体に設けられる舵を操作するための複数の駆動装置を備え、前記駆動装置の各々は、電動機と、前記電動機の回転を減速させて出力軸から出力する減速機と、前記出力軸に設けられた駆動ギアと、を有し、前記駆動ギアは、前記舵に設けられる被動ギアに噛み合い、その回転によって前記舵を旋回させるように構成される電動舵取機の設計方法であって、複数の前記駆動装置のうちの一部の駆動装置が駆動していない状態において駆動される残りの駆動装置の定格トルクの総和が、前記舵の旋回に要求される設計旋回トルク以上となるように、複数の前記駆動装置を選定する、電動舵取機の設計方法、である。
 第4の発明によれば、舵を操作するための複数の駆動装置のうちの一部が故障した場合であっても、舵が機能しなくなる事態を防止できる。
できる。
 第5の発明は、舵の被動ギアを駆動ギアによって回転させる際に駆動ギア及び被動ギアに損傷が生じることを抑制できるとともに船舶の運航を安定させることができ、且つ装置構成の小型化を図ることができる電動舵取機用駆動装置、電動舵取機構、電動舵取ユニット及び船舶を提供することを目的とする。
 第5の発明に係る電動舵取機用駆動装置は、船舶本体に設けられる舵を回転駆動する電動舵取機用駆動装置であって、電動機と、前記電動機から出力される回転動力を減速させて出力軸から出力する減速機と、前記出力軸に設けられ、前記舵の回転軸線上に回転中心が位置するように当該舵に固定される被動ギアと噛み合う駆動ギアと、を有し、前記減速機は、偏心揺動型減速機である、電動舵取機用駆動装置、である。
 第5の発明に係る電動舵取機用駆動装置によれば、減速機が偏心揺動型減速機であるため、バックラッシを小さくすることができ、駆動ギアが舵の被動ギアに瞬間的に強い力で突き当たることが抑制される。また、小型であっても減速比を大きく確保できる。これにより、舵の被動ギアを駆動ギアによって回転させる際に駆動ギア及び被動ギアに損傷が生じることを抑制できるとともに船舶の運航を安定させることができ、且つ装置構成の小型化を図ることができる。
 また、第5の発明に係る電動舵取機用駆動装置は、前記電動機から前記減速機への回転動力の伝達及び非伝達を切り換えるクラッチ機構をさらに備えていてもよい。
 この構成によれば、クラッチ機構を非伝達(切断)状態とすることで、電動機と減速機とを空転させることができる。これにより、例えば舵が意図しない力を受けて急激に回転しようとした場合にクラッチ機構を非伝達状態とすることで、電動機及び減速機に不所望な衝撃荷重がかかることを抑制できる。
 また、第5の発明に係る電動舵取機用駆動装置は、前記電動機の回転を制動する電磁ブレーキをさらに備えていてもよい。
 この構成によれば、舵を操作しない場合に電磁ブレーキによって舵を所定の位置に保持することが可能となることで、船舶の針路を安定させることができる。
 また、第5の発明に係る電動舵取機構は、前記の電動舵取機用駆動装置と、前記電動舵取機用駆動装置の前記駆動ギアと噛み合う前記被動ギアと、を備える、電動舵取機構、である。
 また、第5の発明に係る電動舵取ユニットは、前記の電動舵取機用駆動装置と、前記電動舵取機用駆動装置の前記駆動ギアと噛み合う前記被動ギアと、前記被動ギアが固定された前記舵と、を備える、電動舵取ユニット、である。
 また、第5の発明に係る船舶は、前記の電動舵取ユニットを備える、船舶、である。
 第5の発明によれば、舵の被動ギアを駆動ギアによって回転させる際に駆動ギア及び被動ギアに損傷が生じることを抑制できるとともに船舶の運航を安定させることができ、且つ装置構成の小型化を図ることができる。
<第6の発明>
 第6の発明は、被動ギアが破損したとしても操舵可能に維持される電動舵取機構を提供することを目的とする。
 第6の発明による電動舵取機構は、
 船舶本体に設けられる舵を回転駆動するための電動舵取機構であって、
 前記舵に固定され前記舵の回転軸線上に回転中心が位置する被動ギアと、
 前記被動ギアと噛み合う駆動ギアを有した複数の電動舵取機用駆動装置と、を備え、
 前記被動ギアの厚さは、前記駆動ギアの厚さよりも厚く、
 前記複数の電動舵取機用駆動装置のうちの一つの電動舵取機用駆動装置の駆動ギアは、前記複数の電動舵取機用駆動装置のうちの他の少なくとも一つの電動舵取機用駆動装置の駆動ギアと、前記被動ギアの厚さ方向にずれて位置している。
 第6の発明による電動舵取機構において、前記一つの電動舵取機用駆動装置の前記駆動ギアが噛み合う前記被動ギア上の領域は、前記他の少なくとも一つの電動舵取機用駆動装置の前記駆動ギアが噛み合う前記被動ギア上の領域と、重なっていなくてもよい。
 第6の発明による電動舵取機構において、
 前記被動ギアは、前記厚さ方向にずらして配置された複数の歯部を有しており、
 前記一つの電動舵取機用駆動装置の前記駆動ギアが噛み合う前記被動ギアの歯部は、
 前記他の少なくとも一つの電動舵取機用駆動装置の前記駆動ギアが噛み合う前記被動ギアの歯部と異なるようにしてもよい。
 第6の発明による電動舵取機構において、前記複数の電動舵取機用駆動装置のうちの一部の電動舵取機用駆動装置を停止させた状態において動作する残りの電動舵取機用駆動装置の定格トルクの総和が、前記舵の駆動に要求される設計駆動トルク以上となるようにしてもよい。
 第6の発明による電動舵取機構が、前記舵の回転を制動するブレーキ機構をさらに備えるようにしてもよい。
 第6の発明による電動舵取機構において、
 前記ブレーキ機構は、複数設けられ、
 複数の前記ブレーキ機構のうちの一部のブレーキ機構を作動させない状態における残りのブレーキ機構の制動トルクの総和が、前記設計駆動トルク以上となるようにしてもよい。
 第6の発明による電動舵取機構において、
 前記ブレーキ機構は、前記複数の電動舵取機用駆動装置の各々に設けられ、各電動舵取機用駆動装置の電動機の回転を制動する機構であり、
 前記一部の電動舵取機用駆動装置を停止させた状態において駆動される前記残りの電動舵取機用駆動装置の定格トルクの総和が、前記設計駆動トルクに、前記一部の電動舵取機用駆動装置に設けられた前記ブレーキ機構の制動トルクを加えたトルク以上となるようにしてもよい。
 第6の発明による電動舵取ユニットは、
 上述した第6の発明による電動舵取機構のいずれかと、
 前記電動舵取機構の前記被動ギアが固定された前記舵と、を備える。
  第6の発明による船舶は、上述した第6の発明によるいずれかの電動舵取機構、及び、上述した電動舵取ユニットの少なくとも一以上を備える。
 第6の発明によれば、複数の電動舵取機用駆動装置のうちの一つの電動舵取機用駆動装置が異常を来たし、当該電動舵取機用駆動装置の駆動ギアと噛み合う被動ギアが破損したとしても、操舵不可能となることを効果的に抑制することができる。
図1は、第1の実施の形態に係る船舶、電動舵取ユニット及び電動舵取機構を示す概略図である。 図2は、電動舵取ユニット及び電動舵取機構を示す斜視図である。 図3は、電動舵取機用駆動装置の縦断面図である。 図4は、電動舵取機用駆動装置の退避機構を説明するための図であって、電動舵取機構を示す側断面図である。 図5は、図4とは異なる状態で電動舵取機構を示す側断面図である。 図6は、退避機構の一変形例を説明するための図であって、電動舵取機構を示す側断面図である。 図7は、図6とは異なる状態で図6に示された電動舵取機構を示す側断面図である。 図8は、退避機構の他の変形例を説明するための図であって、電動舵取機構を示す側断面図である。 図9は、図8とは異なる状態で図8に示された電動舵取機構を示す側断面図である。 図10は、第2の実施の形態に係る電動舵取機及び電動舵取機によって操作される舵の概略図である。 図11は、電動舵取機及び舵を概略的に示した斜視図である。 図12は、クラッチ機構が駆動装置に設けられるケースの一例を示すブロック図である。 図13は、クラッチ機構が駆動装置に設けられるケースの他の例を示すブロック図である。 図14は、クラッチ機構の機能構成の一例を示すブロック図である。 図15は、駆動装置の一例を示す断面図である。 図16は、ブレーキ機構の断面と制御部及び力検出機構とを模式的に示す図である。 図17は、第3の実施の形態に係る電動舵取機及び舵の概略図である。 図18は、電動舵取機及び舵を概略的に示した斜視図である。 図19は、駆動装置の断面図である。 図20は、回転抑制手段の断面と制御部及び力検出機構とを模式的に示す図である。 図21は、図20に示す回転抑制手段の断面の一部を拡大して示す図である。 第4の実施の形態に係る電動舵取機及びこの電動舵取機によって駆動される舵の概略図である。 図22の電動舵取機及び舵を概略的に示した斜視図である。 図22の電動舵取機を構成する駆動装置の断面図である。 第5の実施の形態に係る電動舵取機及びこの電動舵取機によって駆動される舵の概略図である。 図25の電動舵取機及び舵を概略的に示した斜視図である。 図25の電動舵取機を構成する駆動装置の断面図である。 図28は、第6の実施の形態に係る船舶、電動舵取ユニット及び電動舵取機構を示す概略図である。 図29は、電動舵取ユニット及び電動舵取機構を示す斜視図である。 図30は、電動舵取機用駆動装置の縦断面図である。 図31は、複数の電動舵取機用駆動装置の駆動ギアと被動ギアとの位置関係を説明するための図であって、電動舵取機構を示す側面図である。 図32は、被動ギアの一変形例を示す側面図である。
<第1の実施の形態>
 以下、図1~図9を参照しながら第1の発明に関連した第1の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態に係る「電動舵取機用駆動装置」は、舵を駆動するための駆動力を出力する装置であり、以下においては、単に「電動駆動装置」とも呼ぶ。本実施の形態に係る「電動舵取機構」は、以下の例において、電動駆動装置10と、リングギア(被動ギア)104と、を含んでいる。本実施の形態に係る「電動舵取ユニット」は、以下の例において、電動舵取機構M(電動駆動装置10及びリングギア(被動ギア)104)と、舵101と、含んでいる。本実施の形態に係る「船舶」は、以下の例において、電動舵取機構M(電動駆動装置10及びリングギア(被動ギア)104)と、舵101と、船舶本体100と、を含んでいる。
 図1は、第1の実施の形態を説明するための図であって、電動駆動装置10を用いて操作される舵101の概略図であり、図2は、電動舵取機構M及び舵101を概略的に示した斜視図である。図1に示すように、船舶Sは、船舶本体100と、船舶本体100の本体尾下部に設けられた舵101と、を有している。舵101は、舵本体102と、舵本体102の上部から突出する円筒状の旋回筒103と、を有している。舵101は、旋回筒103の上部が船舶本体100の本体尾下部に回転可能に支持されている。舵101は、回転軸線L1を中心として、或る決められた角度範囲内において船舶本体100に対して回転可能となっている。
 船舶Sは、舵101を船舶本体100に対して回転させる電動舵取機構Mを有している。電動舵取機構Mは、上述したように、舵101とともに電動舵取ユニットUを構成する。電動舵取機構Mは、駆動ギアを有した電動駆動装置10と、駆動ギアと噛み合う被動ギアと、を有している。図示された例において、駆動ギアは、ピニオンギア17として構成されている。また、被動ギアは、円環状のリングギア104として構成されている。被動ギアであるリングギア104は、舵101に固定されている。リングギア104は、舵101とともに、船舶本体100に対して回転可能である。図示された例において、リングギア104は、旋回筒103の上部に固定されている。円環状のリングギア104の中心は、舵101の回転軸線L1上に位置している。
 図示の船舶Sにおいては、舵101の前方となる位置に、プロペラ105が設けられている。プロペラ105は、図示省略する電動機或いは内燃機関等によって回転駆動される。プロペラ105を回転させることにより、船舶Sが推進する。この際、電動舵取機構Mを用いて舵101を旋回させることにより、船舶Sを所望の方向に旋回させることが可能となる。
 図示された例において、電動舵取機構Mの電動駆動装置10は、船舶本体100内における旋回筒103の上方となる領域に配置されている。図2に示すように、電動舵取機構Mは、電動舵取機をなす複数(図示された例では、四つ)の電動駆動装置10(10a、10b、10c、10d)を有している。電動駆動装置10(10a、10b、10c、10d)の各々は、船舶本体100に据え付けられている。
 電動駆動装置10(10a、10b、10c、10d)の各々は、電動機12と、電動機12から出力される回転動力を減速させて出力軸から出力する減速機13と、出力軸に固定された駆動ギアと、を有している。図示された例では、減速機13の出力軸は、後述するキャリア25(図3参照)によって構成されている。また、図示された例において、駆動ギアは、舵101に設けられるリングギア104と噛み合うピニオン17によって構成されている。電動駆動装置10の電動機12からの回転動力が、減速機13によって減速されてキャリア25から出力される。これにより、減速された回転動力が、ピニオン17からリングギア104に伝達される。キャリア25と同期したピニオン17の回転によって、リングギア104は、船舶本体100に据え付けられた電動駆動装置10(10a、10b、10c、10d)に対して動作する。より具体的には、円環状からなるリングギア104は、円環の中心を回転中心として、回転する。リングギア104の電動駆動装置10に対する動作に伴い、リングギア104が固定された舵101も、船舶本体100に対して動作する。
 図示された例において、電動駆動装置10(10a、10b、10c、10d)の各々における電動機12、減速機13及びピニオン17は、互いに同一のものが用いられている。すなわち、各電動機12は同一の型式であり、同一の定格出力、定格トルク及び定格回転速度等を有している。各減速機13は、同一の構造であり、同一の減速比を有している。各ピニオン17は、同一の歯数を有し、同一の内外径を有している。したがって、各電動駆動装置10(10a、10b、10c、10d)の定格出力、定格トルク及び定格回転速度等も互いに同一となっている。
 各電動機12は、図1に示すインバータ108に接続されており、このインバータ108によって供給電力が制御される。インバータ108は、通信可能に接続された旋回コントローラ109からの指令信号に基づいて電源周波数及び電源電圧を調整して、電動機12の回転速度や回転位置を制御するように構成されている。
 旋回コントローラ109は、図示省略するメインコントローラに対して通信可能に接続されている。当該メインコントローラは、船舶Sの操作者の操作に基づいて船舶Sの旋回方向や旋回速度を決定し、指令信号を旋回コントローラ109に出力する。旋回コントローラ109は、メインコントローラから出力された指令信号に応じて決定される各電動機12における回転速度及び回転を停止する回転角度位置についての回転指令信号をインバータ108に出力するようになっている。そして、インバータ108が、旋回コントローラ109から出力された回転指令信号に応じて電動機12を回転させる。電動機12から出力される回転動力が、減速機13、ピニオン17及びリングギア104に伝達される。これにより、舵101が所望の方向に向けて所望の速度で旋回することになる。なお、本実施の形態では、インバータ108を用いて電動機12が制御されるが、インバータ108を用いること無く、電動機12が制御されてもよい。
 図3は、電動駆動装置10の断面図である。図3に示すように、電動機12は、回転動力を出力する駆動軸12aを有する。減速機13は、入力軸14、ケース15、上述のキャリア25を含む減速部16等を有している。この減速機13の一部が、下側に位置する一端側において、ケース15から突出して露出している。ピニオン17は、減速機13のケース15から露出した部分に、固定されている。また、減速機13の上側に位置する他端側において、ケース15に対して電動機12が取り付けられている。減速機13においては、上側に配置された電動機12から入力される回転動力がケース15の内側に配置された減速部16を介して減速されてキャリア25から出力される。
 各減速機13のキャリア25に設けられたピニオン17は、図2に示すように、舵101の回転軸線L1の周囲に配置されている。ピニオン17は、船舶本体100に対して回転自在に支持されたリングギア104の外周に形成された歯104aと噛み合うように配置されている。この場合には、各駆動装置11のメンテナンスを行うことが容易となる。なお、本実施の形態では、リングギア104の外周に歯104aが形成されているが、歯104aは、リングギア104の内周に形成されていてもよい。この場合、ピニオン17が、リングギア104の内周において歯104aと噛み合うよう、電動駆動装置10が配置される。この場合には、リングギア104の大きさを大きくでき、例えば剛性を確保することができる。
 各ピニオン17は、リングギア104の外周に沿ってその周方向に等間隔に(本実施の形態では90°毎に)配置されている。このように各ピニオン17が配置されているため、各電動機12が回転することで各ピニオン17が回転し、船舶本体100に回転自在に支持されてピニオン17に噛み合うリングギア104が、回転軸線L1を中心として回転する。これにより、リングギア104が固定された舵101は回転軸線L1を中心として船舶本体100に対して旋回する。なお、本実施の形態では、各ピニオン17がリングギア104の外周に沿ってその周方向に等間隔に配置されるが、ピ二オン17の配置は、この態様に限定されるものではない。例えば、駆動装置11の周辺の他の装置の配置に応じて、駆動装置11がリングギア104の所定領域に密集して配置されてもよい。
 図3に示すように、本実施の形態に係る減速機13は、偏心揺動型減速機である。図3を参照しつつ、減速機13の構成について詳述する。以下の説明においては、減速機13にて、ピニオン17が配置される下側である出力側を一端側として、電動機12が配置される上側である入力側を他端側として説明する。図3においては、説明の便宜上、一端側を示す矢印と、他端側を示す矢印と、が示されている。
 図3に示すように、減速機13における上述のケース15は、筒状に形成された第1ケース部15a、第2ケース部15b及び第3ケース部15cを備えている。第1乃至第3ケース部15a、15b、15cは、直列に配置されてボルト等の締結手段によって相互に連結されている。第1ケース部15aは一端側に配置され、第1ケース部15aの他端側に第2ケース部15bが固定され、更にその第2ケース部15bの他端側に第3ケース部15cが固定されている。
 ケース15の内部には、入力軸14や減速部16等が収納されている。電動機12の駆動軸12a、入力軸14及び減速部16は、減速機13の回転軸線である減速機軸線Qの方向に沿って直列に配置されている。ケース15は、一端側(第1ケース部15aの端部側)において、開口している。また、ケース15は、他端側(第3ケース部15cの端部側)において、電動機12を固定されている。なお、減速機軸線Qは、舵101の回転軸線L1と平行になっている。
 ケース15における第1ケース部15aの内周には、内歯を構成する複数のピン内歯20が配置されている。ピン内歯20は、ピン状の部材である。ピン内歯20は、その長手方向が減速機軸線Qと平行になるように配置されている。ピン内歯20は、第1ケース部15aの内部において、内周面の周方向に沿って等間隔に配列されている。ピン内歯20は、後述する外歯歯車26の外歯41と噛み合う。
 図3に示すように、入力軸14は、電動機12の駆動軸12aに対してカップリング21を介して連結されている。入力軸14の一端部側(カップリング21側とは反対側の端部側)には、減速部16における後述のクランク軸用歯車23と噛み合うギア部14aが設けられている。入力軸14は、電動機12から出力される回転動力を減速部16に伝達する。また、ケース15のうちの第2ケース部15bの中央部には玉軸受22が設けられている。玉軸受22は、入力軸14を回転自在に支持している。
 減速部16は、上述のクランク軸用歯車23、クランク軸24、キャリア25、外歯歯車26及び主軸受(30、31)等を備えている。このうち、クランク軸用歯車23は、平歯車要素として設けられている。クランク軸用歯車23は、入力軸14のギア部14aと噛み合うようにギア部14aの周囲に複数(例えば、3つ)配置されている。クランク軸用歯車23は、中央部分に貫通孔が形成され、この貫通孔を貫通して配置されるクランク軸24の他端側に対してスプライン結合により固定されている。
 クランク軸24は、減速機軸線Qを中心とした周方向に沿って等間隔に複数(例えば、3台)配置されている。クランク軸24は、その軸方向が減速機軸線Qと平行になるように配置されている。クランク軸24は、外歯歯車26に形成されたクランク用孔34をそれぞれ貫通するように配置されている。クランク軸24は、クランク軸用歯車23を介して入力軸14からの回転動力を伝達され、回転する。
 本実施の形態において、クランク軸24は、軸本体24cと、軸本体に24cに設けられた第1偏心部24a及び第2偏心部24bと、を有している。第1偏心部24a及び第2偏心部24bは、減速機軸線Qと平行な方向において、軸本体24cの中間部に形成されている。第1偏心部24aが一端側に位置し、第2偏心部24bが他端側に位置している。第1偏心部24a及び第2偏心部24bは、減速機軸線Qに直交する断面において、円形断面を有している。第1偏心部24a及び第2偏心部24bのそれぞれの中心位置は、クランク軸24の軸本体24cの中心軸線に対して偏心している。第1偏心部24a及び第2偏心部24bは、互いに対して、軸本体24cの中心軸線を中心として対称的に偏心している。これら第1偏心部24a及び第2偏心部24bが、外歯歯車26の上述のクランク用孔34内に位置している。
 クランク軸24の軸本体24cの一端部は、図示しない軸受を介してキャリア25に対して回転自在に保持されている。軸本体24cの他端部は、図示しない軸受を介してキャリア25に対して回転自在に保持されている。このうち、軸本体24cの他端は、キャリア25から他端側に突出して、上述のクランク軸用歯車23が固定されている。
 キャリア25は、基部キャリア27と、端部キャリア28と、支柱29と、を含んでいる。このキャリア25のうち基部キャリア27にクランク軸24の軸本体24cの一端部が回転自在に保持され、端部キャリア28に軸本体24cの他端部が回転自在に保持されている。
 基部キャリア27の一端側には、ボルト18を介してピニオン17が連結されている。すなわち、基部キャリア27は、減速機13の出力軸をなしている。端部キャリア28は、円板状に形成されている。支柱29は、基部キャリア27と端部キャリア28との間に位置している。支柱29は、基部キャリア27と端部キャリア28とを連結する柱状部分として設けられている。図示されて例において、支柱29は、基部キャリア27と一体的に形成されている。各支柱29には、端部キャリア28を貫通したボルトが挿入されている。このボルトを用いて、端部キャリア28と基部キャリア27とが支柱29を介して連結されている。支柱29は、減速機軸線Qを中心とした周方向に沿って複数配置され、その軸方向が減速機軸線Qと平行となるように配置されている。
 キャリア25は、主軸受30、31を介してケース15に対して回転自在に保持されている。図3に示すように、第1の主軸受30は、基部キャリア27と第1ケース部15aとの間に介在する玉軸受として構成されている。第1の主軸受30は、第1ケース部15aの内周側に対して基部キャリア27を回転自在に保持する。また、第2の主軸受31は、端部キャリア28と第1ケース部15aとの間に介在する玉軸受として構成されている。第2の主軸受31は、第1ケース部15aの内周側に対して端部キャリア28を回転自在に保持する。
 外歯歯車26は、第1外歯歯車26a及び第2外歯歯車26bを有している。第1外歯歯車26a及び第2外歯歯車26bは、円板状に形成されている。第1外歯歯車26a及び第2外歯歯車26bは、その板面が互いに平行となるよう、配置されている。第1外歯歯車26a及び第2外歯歯車26bにはそれぞれ、クランク軸24が貫通する上述のクランク用孔34、及び、支柱29が貫通する支柱貫通孔が形成されている。なお、外歯歯車26(26a、26b)のクランク用孔34は、クランク軸24の数に対応した数で形成されている。また、支柱貫通孔も、同様に、支柱29の数に対応した数で形成されている。
 各外歯歯車26a,26bのクランク用孔34には、クランク軸24の偏心部24a,24bが位置している。したがって、クランク軸24が、入力軸14の回転駆動より軸本体24cの中心軸線を中心として回転すると、外歯歯車26a,26bは、キャリア25に対して、偏心揺動する。図示された例において、外歯歯車26a,26bは、減速機13の減速機軸線Qを中心とした周状軌跡に沿って、キャリア25に対して並進移動する。
 また、第1外歯歯車26a及び第2外歯歯車26bのそれぞれの外周には、ピン内歯20に噛み合う外歯41が設けられている。外歯41の歯数は、ピン内歯20の歯数よりも1個又は複数個少ない。これにより、クランク軸24が回転する毎に、外歯41とピン内歯20との噛み合いがずれ、外歯歯車26(26a、26b)が偏心して揺動回転することになる。なお、外歯歯車26は、クランク用孔34において外歯用軸受(図示せず)を介してクランク軸24を回転自在に保持している。したがって、外歯歯車26がケース15に対して揺動回転する際、キャリア25も、外歯歯車26と同期してケース15に対して回転する。このとき、クランク軸24は、減速機13の減速機軸線Qを中心としてキャリア25とともに公転するとともに、キャリア25に対して回転(自転)する。
 以上に説明した減速機13においては、電動機12からの回転動力が入力軸14に伝達されると、クランク軸24が回転する。このとき、クランク軸24の第1偏心部24a及び第2偏心部24bは、それぞれ偏心回転する。第1偏心部24a及び第2偏心部24bが偏心回転すると、外歯歯車26は、偏心揺動する。このとき、外歯歯車26の外歯41の歯数とケース15のピン内歯20の歯数との相違から、外歯歯車26は、その外歯41をピン内歯20に噛み合わせながら、ケース15に対して回転する。この結果、クランク軸24を介して外歯歯車26を支持するキャリア25がケース15に対して回転する。これにより、減速によってトルクが増大された回転動力がピニオン17からリングギア104に伝達され、舵101が旋回することになる。
 図示されて例において、電動駆動装置10は、さらに、舵101の回転を制動するブレーキ機構50を有している。図3には、ブレーキ機構50の一例が示されている。図3に示された例において、ブレーキ機構50は電動駆動装置10毎に設けられ、1つの電動機12に対して1つのブレーキ機構50が取り付けられる。図3に示された、ブレーキ機構50は、旋回コントローラ109からの指令に基づいて、電動機12の駆動軸12aの回転を制動し、或いは、駆動軸12aの制動を解除する電磁ブレーキとしての機構を有している。駆動軸12aの回転が制動されている状態では、電動駆動装置10は、その作動が規制された状態に維持される。
 図3に示すように、ブレーキ機構50は、電動機12の上部に固定された有頂筒状のハウジング51と、電動機12の出力軸12aの他端部(上端部)に固定され且つハウジング51に収容された円板状の第1摩擦板52と、第1摩擦板52の上側においてハウジング51の上部内面に固定された円筒状の電磁石53と、電磁石53及び第1摩擦板52の間において電磁石53に対して離接自在に配置された円板状のアーマチュア54と、アーマチュア54の第1摩擦板52側の面に固定された円板状の第2摩擦板55と、アーマチュア54を第1摩擦板52側に向けて付勢する弾性部材56と、第1摩擦板52の下側において電動機12の上部に固定された円板状の第3摩擦板57と、を有している。
 第1摩擦板52、電磁石53、アーマチュア54、第2摩擦板55及び第3摩擦板57は、同軸上に配置されており、各部材の内側に、電動機12の出力軸12aが通されている。電磁石53は、円筒状の電磁石本体53aと、電磁石本体53a内に配置された円環状のコイル53bと、を有している。
 このブレーキ機構50では、コイル53bに電流が供給されず電磁石53が非励磁の状態とされる際に、弾性部材56がアーマチュア54を介して第2摩擦板55を第1摩擦板51に押し付ける。第1摩擦板51は、第2摩擦板55と第3摩擦板57との間に挟み込まれる。これにより、電動機12の駆動軸12aの回転が、制動および規制される。したがって、電動駆動装置10の駆動ギアをなすピニオン17は、回転を制動および規制されるようになり、舵101の回転が制動され且つ回転を停止した状態に維持される。また、コイル53bに電流が供給され電磁石53が励磁の状態とされた際には、弾性部材56に抗してアーマチュア54が電磁石53側に引き寄せられて、第2摩擦板55が第1摩擦板51から離間する。これにより、電動機12の駆動軸12aの回転が、許容される。したがって、電動駆動装置10の駆動ギアをなすピニオン17も回転を許容され、舵101を旋回させることが可能となる。
 ところで、既に説明したように、電動駆動装置10に生じた何らかの異常により、例えば電動駆動装置10に含まれる電動機12の故障により、当該電動駆動装置10のピニオン17(駆動ギア)が停止された状態に維持されることもある。ピニオン17(駆動ギア)は、減速機13に接続されているので、フリー回転することはできない。したがって、舵に大きな外力が働くと、電動駆動装置10のピニオン17(駆動ギア)とリングギア104(被動ギア)との間に大きな力が加えられる。電動舵取機構10のピニオン17やリングギア104が破損してしまうと、破損部品の交換や電動駆動装置10自体の交換が必要になる。部品交換にはコストがかかり、部品交換が行われる間、船舶は航行することができない。
 そして、電動舵取ユニットU(電動舵取機構M)が、図示された例のように、複数の電動駆動装置10を含む場合には、この問題はより深刻となる。十分なトルクを確保する等の理由で電動舵取ユニットU(電動舵取機構M)が複数の電動駆動装置10を含む場合、複数の電動駆動装置10の一部に異常が生じてロック状態となることが想定され得る。この状態で、他の電動駆動装置が作動すると、いずれかの電動駆動装置の駆動ギアと被動ギアとの間に大きな力が発生する。この結果として、異常が生じている電動駆動装置10だけでなく、異常が生じていない電動駆動装置10やリングギア104(被動ギア)までもが、破損してしまうこともある。特に、複数の電動駆動装置10のピニオン17(駆動ギア)と噛み合うリングギア104(被動ギア)は、大型であり比較的高価な部品となるため、リングギア104(被動ギア)の交換作業には手間が非常にかかるだけではなく莫大なコストも必要になる。
 このような不具合を解消するため、本実施の形態による電動駆動装置10は、少なくとも駆動ギアを被動ギアと噛み合う位置から退避させて駆動ギア及び被動ギアの噛み合いを解除する退避機構60を、さらに有している。以下、図面を参照して、退避機構60の具体例について説明する。
 まず、図4及び図5に示された例では、電動駆動装置10が、駆動装置本体11と、駆動装置本体11及び船舶本体100の間に位置する退避機構60と、を有している。駆動装置本体11は、上述した電動機12、減速機13及びピニオン17を有している。退避機構60は、この駆動装置本体11をリングギア104に対して相対移動させる。図4及び図5に示された退避機構60は、ピニオン17を、電動機12及び減速機13とともに、リングギア104に対して、舵101の回転軸線L1を中心とした放射方向(径方向)、言い換えると回転軸線L1と直交して回転軸線L1を横切る方向に、移動させる。図4は、ピニオン17がリングギア104と噛み合っている通常位置(噛み合い位置)を示しており、図5は、ピニオン17がリングギア104から離間した退避位置を示している。
 図4及び図5に示された例において、駆動装置本体11は、退避機構60を用いて、船舶本体100の保持部110に据え付けられている。保持部110には、駆動装置本体11の一側部分が通過する穴110aが形成されている。退避機構60は、駆動装置本体11を移動させる退避装置62と、駆動装置本体11の移動を案内する誘導部材61と、を有している。退避装置62は、例えば、油圧シリンダによって構成され得る。図示された例において、退避装置62は、電動機および減速機を含んだ駆動部62aと、ボールねじ機構からなる可動部62bと、を有している。誘導部材61は、可動部62bと係合して、可動部62bの移動を直線状に沿った移動に限定している。誘導部材61は、例えば、保持部110に固定されたレール材等から構成され得る。
 退避機構60による、駆動ギア及び被動ギアの噛み合いの解除は、操作者等によって手動的に行われてもよい。その一方で、図4及び図5に示す例のように、退避機構60が、電動駆動装置10の異常状態を検出する検出手段70の検出結果に応じて、制御されるようにしてもよい。図4及び図5に示された例において、電動駆動装置10は、電動駆動装置10の異常状態を検出する検出手段70と、検出手段70での検出結果に基づき退避機構60を制御する異常検出コントローラ71と、を有している。異常検出コントローラ71は、検出手段70が異常を検出した場合、退避機構60に指令信号を送出して、ピニオン17(駆動ギア)を図4に示された通常位置から図5に示された退避位置へと移動させる。
 図4及び図5に示された例において、検出手段70は、ケース15に取り付けられケース15の変形を測定する。検出手段70は、例えば歪みゲージから構成される。電動駆動装置10の内部に何らかの異常が生じた場合、或いは、ピニオン17及びリングギア104の間に大きな力が発生する場合、ケース15は大きく変形する傾向がある。図4及び図5に示された例では、検出手段70によって検出された変形量が、所定の閾値よりも大きい場合に、異常検出コントローラ71は、電動舵取機構M(動舵取ユニットU)に異常が生じたものと判断する。異常検出コントローラ71は、異常が生じていると判断した場合、退避機構60に動作指令を送信する。退避機構60は、駆動装置本体11を移動させてピニオン17とリングギア104との噛み合いを解除する。
 なお、検出手段70は、ケース15の変形量を計測するセンサに限られない。例えば、検出手段70は、駆動装置本体11または電動駆動装置10を据え付けるための締結具の変位を計測するセンサとしてもよい。ピニオン17及びリングギア104の間に大きな力が発生した場合、駆動装置本体11または電動駆動装置10を据え付けるための締結具に大きな変位が生じやすい。したがって、検出手段70で検出された締結具の変位が所定の閾値よりも大きくなった場合に退避機構60を動作させることで、ピニオン17又はリングギア104の損傷を効果的に防止することができる。
 また、別の例として、検出手段70が、駆動装置本体11に含まれるいずれかの軸のトルクを計測するセンサや、電動機12の電流値を測定するセンサであってもよい。このような検出手段70によれば、電動駆動装置10(駆動装置本体11)の負荷の変化を直接評価することができる。したがって、検出手段70で検出されたトルク値または電流値が所定の閾値より大きくなった場合に退避機構60を動作させることで、電動駆動装置10(駆動装置本体11)又はリングギア104の損傷を効果的に防止することができる。
 さらに、図3に示すように、電動駆動装置10がブレーキ機構50を有する場合には、検出手段70が、ブレーキ機構50の動作異常を検出するセンサ70aであってもよい。一具体例として、検出手段70が、第2摩擦板55の位置を検出するセンサ70aであってもよい。このセンサ70aによれば、第2摩擦板55が、ブレーキ機構50へ送信される指令信号に従って正確に動作しているか否かを、検出することができる。すなわち、検出手段70は、意図せずブレーキ機構50が電動機12を制動している状態を検出することができ、この状態において、退避機構60を動作させることで、ピニオン17又はリングギア104の損傷を効果的に防止することができる。とりわけ、励磁状態で制動が解除され且つ消磁状態で制動が実行されるブレーキ機構50においては、意図せず制動状態が維持されることも想定されるため、センサ70aからなる検出手段70は、とりわけ、有用である。
 なお、以上において、検出手段70の例をいくつ説明してきたが、これらの二つ以上の検出手段を電動駆動装置10に組み込んでもよい。
 以上に説明してきた本実施の形態においては、電動駆動装置10が、電動機12、減速機13、被動ギア(リングギア104)と噛み合う駆動ギア(ピニオン17)、及び、駆動ギア(ピニオン17)及び被動ギア(リングギア104)の噛み合いを解除する退避機構60を有している。このような電動駆動装置10によれば、電動駆動装置10に異常が生じてピニオン17がロックされた際に、退避機構60を用いてピニオン17とリングギア104との噛み合いを解除することができる。したがって、異常が生じた電動駆動装置10によってリングギア104の動作が拘束されている状態で、舵101に負荷される外力によって或いは他の正常な電動駆動装置10からの駆動力により、ピニオン17とリングギア104との間に大きな力が発生することを効果的に回避することができる。これにより、電動駆動装置10又はリングギア104の損傷を効果的に防止することができる。
 また、本実施の形態において、退避機構60は、駆動ギア(ピニオン17)を、電動機12及び減速機13とともに、被動ギア(リングギア104)に対して、舵101の回転軸線L1を中心とした放射方向に移動させて、駆動ギア及び被動ギアの噛み合いを解除する。このような駆動ギア(ピニオン17)の被動ギア(リングギア104)に対する動作は、安定して無理なく実施することができる。
 さらに、本実施の形態において、電動駆動装置10は、電動駆動装置10の異常状態を検出する検出手段70を、さらに有している。そして、退避機構60は、検出手段70が異常状態を検出した場合に、駆動ギア(ピニオン17)及び被動ギア(リングギア104)の噛み合いを解除する。検出手段70の検出結果に基づいて退避機構60を制御することにより、電動駆動装置10又はリングギア104の損傷をより安定して回避することができる。
 なお、上述した第1の実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した第1の実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の第1の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いるとともに、重複する説明を省略する。
 上述した第1の実施の形態において、図4及び図5に示すように、退避機構60が、駆動ギア(ピニオン17)を、電動機12及び減速機13とともに、被動ギア(リングギア104)に対して、舵101の回転軸線L1を中心とした放射方向に移動させる例を説明した。しかしながら、退避機構60は、上述した例に限られず、駆動ギア(ピニオン17)及び被動ギア(リングギア104)の噛み合いを解除し得る種々の機構を採用することができる。
 まず、図6及び図7に示すように、退避機構60は、駆動ギア(ピニオン17)を、電動機12及び減速機13とともに、被動ギア(リングギア104)に対して、舵101の回転軸線L1と平行な方向に移動させて、駆動ギア(ピニオン17)及び被動ギア(リングギア104)の噛み合いを解除するようにしてもよい。図6及び図7に示された退避機構60は、図4及び図5に示された例と同様に、誘導部材61及び退避装置62を有している。駆動装置本体11は、ブラケット63を介して誘導部材61の可動部62bに保持されている。図6において、電動駆動装置10(駆動装置本体11)は、ピニオン17がリングギア104に噛み合う通常位置に位置している。一方、図7において、電動駆動装置10(駆動装置本体11)は、ピニオン17がリングギア104から離間した退避位置に位置している。駆動装置本体11は、図7の退避位置において、図6の通常位置よりも上方に位置している。ピニオン17及びリングギア104が、一例として簡易な平歯車である場合、電動駆動装置10(駆動装置本体11)を舵101の回転軸線L1と平行な方向に移動させることで、ピニオン17及びリングギア104の噛み合いを円滑に解除することができる。
 また、図8及び図9に示すように、退避機構60は、駆動ギア(ピニオン17)を出力軸(キャリア25)から脱落させて、駆動ギア(ピニオン17)及び被動ギア(リングギア104)の噛み合いを解除するようにしてもよい。図8及び図9に示された例において、キャリア25の基部キャリア27は、減速機軸線Qに沿った一側、つまり図示された例における下側に向けて突出した突出部25aを有している。ピニオン17は、突出部25aを収容する収容凹部17aを有している。キャリア25の突出部25aと収容凹部17aの内壁は、スプライン結合しており、ピニオン17は、減速機13の出力軸をなすキャリア25と同期して回転することができる。
 図8及び図9に示された例において、退避機構60は、突出部25aに内蔵された係合凸部65及び駆動機66と、ピニオン17の収容凹部17a内に形成された係合凹部67と、によって構成されている。駆動機66は、例えば電磁ソレノイドからなっている。駆動機66は、減速機軸線Qに直交する方向に係合凸部65を駆動する。係合凸部65は、棒状部材として形成されている。係合凸部65は、駆動機66の制御によって、突出部25aから出没する。図8において、電動駆動装置10は、ピニオン17とリングギア104とが噛み合う通常位置に位置している。電動駆動装置10が通常位置に位置する場合、係合凸部65は、突出部25aから突出して、ピニオン17の係合凹部67に入り込んでいる。係合凸部65と係合凹部67との係合により、ピニオン17は、減速機軸線Qと平行な方向へキャリア25に対して相対移動することを規制される。一方、図9において、電動駆動装置10は、ピニオン17がリングギア104から離間した退避位置に位置している。電動駆動装置10が退避位置に位置する場合、係合凸部65は、突出部25a内に入り込み、係合凸部65と係合凹部67との係合は解除される。したがって、ピニオン17は、減速機軸線Qと平行な方向へキャリア25に対して相対移動することが可能となる。ピニオン17は、その自重により、キャリア25から脱落して落下する。図8及び図9に示された例によれば、簡易な構成の退避機構60によって、ピニオン17及びリングギア104の噛み合いを円滑に解除することができる。
 さらに、上述した第1の実施の形態において、電動駆動装置10の電動機12の動作が、旋回コントローラ109によって制御され、電動駆動装置10の退避機構60の動作が、旋回コントローラ109とは別の異常検出コントローラ71によって制御される例を示した。この例によれば、退避機構60を電動機12とは独立した系統によって安定して制御することができる。したがって、電動駆動装置10又はリングギア104の損傷をより安定して回避することができる。ただし、異常検出コントローラ71が、電動駆動装置10に動作異常が生じていることを、旋回コントローラ109に通知して、電動機12を停止し且つブレーキ機構50により制動を行うようにしてもよい。この場合、退避機構60によって、駆動ギア(ピニオン17)及び被動ギア(リングギア104)の噛み合いを解除する退避機構60と、を円滑に解除することができる。また、上述した例に限られず、異常検出コントローラ71を省略して、旋回コントローラ109が、異常検出コントローラ71の機能を有し、退避機構60の動作を制御するようにしてもよい。
 さらに、上述した第1の実施の形態において、電動駆動装置10が、電動機12の駆動軸12aから出力軸(キャリア25)までの回転動力の伝達および非伝達を切り換えるクラッチ機構を、さらに有するようにしてもよい。クラッチ機構による伝達および非伝達の切り換えは、退避機構60と同様に、検出手段70での検出結果に基づいて制御されるようにしてもよい。一具体例として、図3に示されたカップリング21に代えて、当該カップリング21の位置にクラッチ機構75を設けるようにしてもよい。また、別の例として、クラッチ機構が、キャリア25と、キャリア25とは別体として設けられた出力軸と、の間に設けられてもよい。クラッチ機構75としては、例えば、一対又は多数対の摩擦板を有する機構を採用することができる。退避機構60に加えてクラッチ機構を設けることにより、電動駆動装置10に冗長性を付与して、より安定して、電動駆動装置10又はリングギア104の損傷をより回避することができる。
 さらに、上述した第1の実施の形態では、ブレーキ機構50が電動駆動装置10(特に電動機12)と一体的に設けられているが、舵101の回転を適切に制動することができるのであれば、ブレーキ機構50の構成は特に限定されない。したがって、ブレーキ機構50は、電動機12の駆動軸12aの回転を制動するものだけはなく、リングギア104(被動ギア)や減速機13を構成する各種要素の回転を制動することで舵101の回転を間接的に制動するものであってもよいし、舵101の回転を直接的に制動するものであってもよい。また制動方式も特に限定されず、直接的な制動対象(上述の実施形態では第1摩擦板56)に摩擦抵抗を与えることで制動力を得る方式以外の方式が採用されてもよい。ブレーキ機構50は、電磁式以外の制動方式であってもよく、例えば油圧式の制動装置等を有していてもよい。
 さらに、上述の図2に示す例では、4台の電動駆動装置10が設けられる例を説明したが、電動駆動装置10は、4台より多くてもよいし少なくてもよいし、その数は限定されない。
 さらに、上述した第1の実施の形態では、電動駆動装置10において、減速機13の出力軸が、キャリア25の一部分として形成されている例を示したが、この例に限られず、出力軸がキャリア25とは別体として形成されていてもよい。また、上述した第1の実施の形態では、電動駆動装置10において、駆動ギア(ピニオン17)が、減速機13の出力軸と別体として形成されている例を示したが、この例に限られず、駆動ギア(ピニオン17)が、減速機13の出力軸と一体的に形成されていてもよい。
 さらに、上述した第1の実施の形態では、電動駆動装置10の駆動ギア(ピニオン17)が、被動ギア(リングギア104)と直接噛み合う例を示したが、この例に限られない。駆動ギア(ピニオン17)が、被動ギア(リングギア104)と間接的に噛み合うようにしてもよい。例えば、駆動ギア(ピニオン17)が、中間ギアを介して、被動ギア(リングギア104)と噛み合うようにしてもよい。この例において、退避機構60は、駆動ギア(ピニオン17)を中間ギアから離間するように移動させ、この結果として、駆動ギア(ピニオン17)と中間ギアとの噛み合いを解除するとともに、駆動ギア(ピニオン17)と被動ギア(リングギア104)との噛み合いを解除するようにしてもよい。或いは、退避機構60は、駆動ギア(ピニオン17)を、中間ギアとともに、被動ギア(リングギア104)から離間するように移動させ、この結果として、中間ギアと被動ギア(リングギア104)との噛み合いを解除するとともに、駆動ギア(ピニオン17)と被動ギア(リングギア104)との噛み合いを解除するようにしてもよい。
 さらに、上述した第1実施の形態において、電動駆動装置10の減速機13が偏心揺動型減速機構として構成されている例を示したが、この例に限られず、減速機13は、遊星歯車型や平歯車型の減速機構を採用してもよいし、偏心揺動型減速機構、遊星歯車型減速機構および平歯車型減速機構のうちの同一型式または異なる型式を二以上含むようにしてもよい。
 なお、以上において上述した第1の実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。
<第2の実施の形態>
 以下、図10~図16を参照しながら第2の発明に関連した第2の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態に係る「電動舵取機用駆動装置211」は、回転動力によって舵の回転駆動を行う装置を示し、以下の例における電動機212と、クラッチ機構290とを含む概念である(図12及び図13参照)。また本実施の形態に係る「電動舵取機構205」は、以下の例における電動機212と、減速機213と、ピニオン(駆動ギア)217と、リングギア(被動ギア)104と、クラッチ機構290とを含む概念である。また本実施の形態に係る「電動舵取ユニット203」は、以下の例における駆動装置211と、舵101と、クラッチ機構290と含む概念である。また本実施の形態に係る「船舶」は、以下の例における駆動装置211、舵101及びクラッチ機構290(電動舵取ユニット203)と、船舶本体100を構成する他の要素とを含む概念である(図10参照)。また、以下の実施形態では、複数の駆動装置211を含む機構を電動舵取機201と呼ぶ。
 図10は第2の実施の形態に係る電動舵取機201及び電動舵取機201によって操作される舵101の概略図であり、図11は電動舵取機201及び舵101を概略的に示した斜視図である。船舶Sは、船舶本体100と、船舶本体100の船尾下部に設けられる舵101とを備える。舵101は、舵本体102と、舵本体102の上部から突出する円筒状の旋回筒103とを有する。旋回筒103の上部には被動ギアである円環状のリングギア104が設けられている。リングギア104は、舵101(特に本例では旋回筒103)に連結固定され、舵101の回転軸線L1上に回転中心がある。
 旋回筒103の上部は船舶本体100の船尾下部に回転可能に支持され、一体的に設けられる舵本体102及び旋回筒103を含む舵101は回転軸線L1を中心に回転する。リングギア104は、旋回筒103と一体的に回転するように旋回筒103に固定されている。
 図示の船舶Sにおいて、舵101の前方にプロペラ105が設けられている。プロペラ105は、図示省略する電動機或いは内燃機関等によって回転駆動される。プロペラ105を回転させることにより、船舶Sが推進する。この際、舵101を電動舵取機201によって回転させることにより、船舶Sを所望の方向に旋回させることが可能となる。
 本実施の形態に係る電動舵取機201は、旋回筒103の上方において船舶本体100内に配置されている。図11に示すように、舵101を操作するための電動舵取機201は、回転動力を出力する複数(本例では、4台)の電動舵取機用駆動装置211(211a、211b、211c、211d)を備えている。駆動装置211(211a、211b、211c、211d)の各々は、船舶本体100に固定され、舵101は、駆動装置211から伝達される回転動力によって回転軸線L1を中心に回転する。
 駆動装置211(211a、211b、211c、211d)の各々は、回転動力を生み出す電動機212と、電動機212が生み出した回転動力を減速させて後述のキャリア225から出力する減速機213と、キャリア225に設けられた駆動ギアであるピニオン217と、を有している。複数の駆動装置211(211a、211b、211c、211d)のピニオン217は、上述の舵101に設けられるリングギア104と噛み合い、その回転によって舵101を回転させるように構成されている。詳しくは、電動機212からの回転動力が減速機213によって減速されてキャリア225から出力され、これにより減速された回転動力がピニオン217からリングギア104に伝達され、舵101が回転する。
 本実施の形態おいて、駆動装置211(211a、211b、211c、211d)の各々における電動機212、減速機213及びピニオン217は、互いに同一のものが用いられている。すなわち、各電動機212は同一の型式であり、同一の定格出力、定格トルク及び定格回転速度等を有している。各減速機213は、同一の構造であり、同一の減速比を有している。各ピニオン217は、同一の歯数を有し、同一の内外径を有している。したがって、各駆動装置211(211a、211b、211c、211d)の定格出力、定格トルク及び定格回転速度等も互いに同一となっている。
 各電動機212は、図10に示すインバータ108に接続されており、このインバータ108によって供給電力が制御される。インバータ108は、通信可能に接続された旋回コントローラ109からの指令信号に基づいて電源周波数及び電源電圧を調整して、電動機212の回転速度や回転位置を制御するように構成されている。
 旋回コントローラ109は、図示省略するメインコントローラに対して通信可能に接続されており、当該メインコントローラは、船舶Sの操作者の操作に基づいて船舶Sの旋回方向や旋回速度を決定し、指令信号を旋回コントローラ109に出力する。旋回コントローラ109は、メインコントローラから出力された指令信号に応じて決定される各電動機212における回転速度及び回転を停止する回転角度位置についての回転指令信号をインバータ108に出力するようになっている。そして、インバータ108が、旋回コントローラ109から出力された回転指令信号に応じて電動機212を回転させることにより、電動機212から出力される回転動力が減速機213、ピニオン217及びリングギア104を経て舵101に伝達される。これにより、舵101が所望の方向に向けて所望の速度で回転することになる。なお、本実施の形態では、インバータ108を用いて電動機212が制御されるが、インバータ108を用いること無く、電動機212が制御されてもよい。
[クラッチ機構]
 次に、クラッチ機構について説明する。本例のクラッチ機構は、「駆動装置211」又は「各駆動装置211と舵101との間」に設けられ、力の伝達及び非伝達を切り換える。
 図12は、クラッチ機構290が駆動装置211に設けられるケースの一例を示すブロック図である。図13は、クラッチ機構290が駆動装置211に設けられるケースの他の例を示すブロック図である。
 駆動装置211は、典型的には、電動機212、減速機213、及び駆動ギアとして機能するピニオン217を備える。この場合、クラッチ機構290は、例えば「電動機212と減速機213との間(図12参照)」や「キャリア(出力軸)225(図13参照)」に好適に設けられる。すなわちクラッチ機構290は、減速機213よりも前段であって電動機212よりも後段に設けられてもよいし(図12参照)、減速機213の減速部216よりも後段に設けられてもよい(図13参照)。例えば、電動機212から出力される回転動力の伝達及び非伝達を切り換える場合には、クラッチ機構290は図12に示すように電動機212と減速機213との間に配置され、電動機212に連結されることが好ましい。一方、減速機213の減速部216から出力される力の伝達及び非伝達を切り換える場合や、舵101から減速部216への力の伝達及び非伝達を切り換える場合には、クラッチ機構290は図13に示すように減速部216より後段に配置されることが好ましい。
 なお図示は省略するが、クラッチ機構290は駆動装置211よりも後段に配置されてもよく、例えば「リングギア104と旋回筒103(舵101;図10及び図11参照)との間」においてクラッチ機構290が設けられてもよい。
 図14は、クラッチ機構290の機能構成の一例を示すブロック図である。本例のクラッチ機構290は、クラッチ作動部291(第1クラッチ作動部291a及び第2クラッチ作動部291b)及びクラッチ制御部292(クラッチ切換部292a及びクラッチ駆動体292b)を有する。
 第1クラッチ作動部291a及び第2クラッチ作動部291bのうちの少なくともいずれか一方は移動可能に設けられ、第1クラッチ作動部291aと第2クラッチ作動部291bとの間の距離に応じて第1クラッチ作動部291aと第2クラッチ作動部291bとの間の係合及び非係合が切り換えられる。すなわち第1クラッチ作動部291aと第2クラッチ作動部291bとが物理的に接触することで、第1クラッチ作動部291aは第2クラッチ作動部291bと係合し、第1クラッチ作動部291aと第2クラッチ作動部291bとは一体的に回転する。なお「第1クラッチ作動部291aと第2クラッチ作動部291bとの間の係合方式」は特に限定されず、第1クラッチ作動部291a及び第2クラッチ作動部291bは、例えば摩擦力により動力伝達を行う「摩擦係合式のクラッチ」や互いに噛み合う爪により動力伝達を行う「噛み合い係合式のクラッチ」を好適に採用しうる。
 一方、第1クラッチ作動部291aと第2クラッチ作動部291bとが離間して物理的に非接触となることで、第1クラッチ作動部291aと第2クラッチ作動部291bとは非係合状態となる。この非係合状態ではクラッチ作動部291は空転し、第1クラッチ作動部291aは基本的に第2クラッチ作動部291bと無関係に回転し、また第2クラッチ作動部291bは基本的に第1クラッチ作動部291aと無関係に回転する。
 クラッチ切換部292a及びクラッチ駆動体292bは、第1クラッチ作動部291aと第2クラッチ作動部291bとの間の係合及び非係合の切り換えをコントロールする。すなわちクラッチ制御部292bは、クラッチ切換部292aの制御下で、第1クラッチ作動部291a及び第2クラッチ作動部291bのうちの少なくともいずれか一方に力を加えて移動させることができる。クラッチ制御部292bによる力の付与方式は特に限定されず、クラッチ駆動体292bは、例えばバネ等の弾性体、ソレノイド等の電磁機器、油圧システム或いはこれらの組み合わせ等の任意の手段を使って、第1クラッチ作動部291a及び第2クラッチ作動部291bのうちの少なくともいずれか一方に力を適用することができる。クラッチ切換部292aはクラッチ制御部292bをコントロールし、クラッチ制御部292bから第1クラッチ作動部291a及び第2クラッチ作動部291bのうちの少なくともいずれか一方に対して適用される力を調整する。
 例えば、バネ等の弾性体と電磁石とを組み合わせることによってクラッチ制御部292を実現でき、クラッチ切換部292aが弾性体及び電磁石を含み、クラッチ駆動体292bが弾性体の弾性力を受けるとともに電磁石の磁力の作用を受ける磁性体によって構成されてもよい。この場合、クラッチ切換部292aが電磁石の通電及び非通電を制御することで、クラッチ作動部291におけるクラッチのオン・オフがコントロールされる。すなわち、電磁石が通電されずに消磁状態にある場合には弾性体の弾性力を利用してクラッチ作動部291を第1の状態に配置する一方で、電磁石が通電されて励磁状態にある場合には電磁石の磁力によって弾性体の弾性力に抗してクラッチ作動部291を第2の状態に配置することができる。これらの「第1の状態」及び「第2の状態」のうちの一方をクラッチオンの状態(すなわち第1クラッチ作動部291aと第2クラッチ作動部291bとが係合した状態)とし、他方をクラッチオフの状態(すなわち第1クラッチ作動部291aと第2クラッチ作動部291bとが係合していない状態)とすることで、クラッチ作動部291におけるクラッチのオン・オフを適切にコントロールすることができる。
 またクラッチ機構290は、油圧方式を利用して実現することも可能である。例えば、油圧システムに接続されるクラッチ駆動体292bを、当該油圧システムの油圧によって第1クラッチ作動部291a及び第2クラッチ作動部291bの少なくともいずれか一方に押し当てて、このクラッチ駆動体292bの押圧力によって第1クラッチ作動部291aを第2クラッチ作動部291bに係合させることができる。この係合状態で油圧システムの油圧を保持することにより、クラッチ駆動体292bから第1クラッチ作動部291a及び/又は第2クラッチ作動部291bに押圧力が引き続き作用し、第1クラッチ作動部291aと第2クラッチ作動部291bとの間の係合状態を維持できる。一方、クラッチ切換部292aによって油圧システムの油圧を解放することで、クラッチ駆動体292bから第1クラッチ作動部291a及び/又は第2クラッチ作動部291bに対する押圧力を弱めて(又はゼロ(0)として)、第1クラッチ作動部291aと第2クラッチ作動部291bとを離間し、第1クラッチ作動部291aと第2クラッチ作動部291bとの間の係合状態を解除できる。油圧システムの油圧の解放は、例えば鉱物油等の作動油の一部を外部に排出(ドレン)することで簡単に行うことができる。
 また本例のクラッチ機構290(図14に示す例ではクラッチ切換部292a(クラッチ制御部292))は、力検出機構280に接続され、力検出機構280の検出結果を受信する。
 力検出機構280は、駆動装置211、クラッチ機構290、リングギア(被動ギア)104及び舵101のうちの少なくともいずれかに作用する力を直接的又は間接的に検出する。クラッチ機構290のクラッチ切換部292a(クラッチ制御部292)は、力検出機構280の検出結果が示す「検出対象に作用する力」が所定の閾値よりも大きい場合、クラッチ作動部291(第1クラッチ作動部291a及び第2クラッチ作動部291b)を制御し、クラッチ作動部291を非係合状態として力の伝達を遮断する。第1クラッチ作動部291aと第2クラッチ作動部291bとが係合してクラッチがつながった状態で過大な力が舵101、リングギア104或いは駆動装置211に作用し続けると、その力を逃がすことができず、舵101、リングギア104及び駆動装置211の各種部品が破損してしまう虞がある。一方、本例のように「検出対象に作用する力」が所定の閾値よりも大きい場合にはクラッチを切ることで、クラッチ機構290を介して連結される部材間の拘束が解かれ、力を逃がすことができ、リングギア104等の部品の破損を防ぐことができる。
 なお、力検出機構280の具体的な検出箇所や検出手法は特に限定されず、力検出機構280は、舵101、リングギア(被動ギア)104、駆動装置211、ブレーキ機構250及びクラッチ機構290のうちの少なくともいずれかに作用する力を直接的又は間接的に検出可能な任意の構成によって実現可能である。したがって力検出機構280は、例えばリングギア104や舵101の歪みを計測するセンサを使って力を直接的に検出してもよい。また力検出機構280は、リングギア104の回転速度を測定し、当該測定値と計算値との差分値に基づいてリングギア104に作用する力を検出してもよいし、電動機212の駆動電流値を測定し、当該測定値と計算値との差分値に基づいて、舵101、リングギア(被動ギア)104、駆動装置211、ブレーキ機構250及びクラッチ機構290のいずれかに作用する力を検出してもよい。なお力検出機構280によって検出される「力」の種類は問われず、例えば、外部から加えられる外力であってもよいし、舵101、リングギア(被動ギア)104、駆動装置211、ブレーキ機構250及びクラッチ機構290のうちの少なくともいずれかの不具合によって生じうる力であってもよい。
 またクラッチ機構290(クラッチ切換部292a)は力検出機構280が検出する力が「所定の閾値」よりも大きい場合にクラッチ作動部291の係合を解除してクラッチを切るが、クラッチを切る基準となるここでいう「所定の閾値」は、様々な観点から定められうる。例えば舵101自体の破損を防ぐ観点や、リングギア104等の特に破損が望まれない部品の破損を防ぐ観点や、ピニオン217等の応力が集中して破損しやすい部品の破損を防ぐ観点等に基づいて、ここでいう「所定の閾値」を適宜定められる。
[典型例]
 次に、上述のクラッチ機構290を備える駆動装置211の典型例について説明する。以下では、電動機212と減速機213との間にクラッチ機構290が設けられるケース(図12参照)の一例について説明する。
 図15は、駆動装置211の一例を示す断面図である。なお以下の説明においては、減速機213にて、ピニオン217が配置される下側である出力側を一端側として、電動機212が配置される上側である入力側を他端側として説明する。図15においては、説明の便宜上、一端側を示す矢印と、他端側を示す矢印とが示されている。
 図15に示すように、本例では、駆動装置211を構成する電動機212及び減速機213に加えてブレーキ機構250が設けられており、電動機212の一端側に減速機213が配置され、電動機212の他端側にブレーキ機構250が配置されている。電動機212は、回転動力を出力する駆動軸212aを有し、電動機212からの回転動力を減速する減速機213は、入力軸214、ケース215を含む減速部216、及びキャリア225等を有する。減速部216には、一端側においてケース215から一部が突出するように配置されるキャリア225が接続され、このキャリア225の一端側にはピニオン217が取り付けられている。減速機213では、上側に配置された電動機212から入力される回転動力がケース215の内側に配置された減速部216を介して減速され、減速部216において減速された回転動力がキャリア225から出力される。
 各減速機213のキャリア225に設けられたピニオン217は、図11に示すように回転軸線L1の周囲に配置され、且つ船舶本体100に対して回転自在に支持されたリングギア104の外周に形成された歯104aと噛み合うように配置されている。この場合には、各駆動装置211のメンテナンスを行うことが容易となる。なお、本実施の形態では、リングギア104の外周に歯104aが形成されているが、歯104aは、リングギア104の内周に形成されていてもよい。この場合、ピニオン217は、リングギア104の内周において歯104aと噛み合うように配置される。この場合には、リングギア104の大きさを大きくでき、例えば剛性を確保することができる。
 各ピニオン217は、リングギア104の外周に沿ってその周方向に等間隔に(本実施の形態では90°毎に)配置されている。このように各ピニオン217が配置されているため、各電動機212が回転することで各ピニオン217が回転し、船舶本体100に回転自在に支持されるとともにピニオン217に噛み合うリングギア104が回転軸線L1を中心として回転する。これにより、リングギア104が設けられた舵101は回転軸線L1を中心に回転するようになっている。なお、本実施の形態では、各ピニオン217がリングギア104の外周に沿ってその周方向に等間隔に配置されるが、ピニオン217の配置は、この態様に限定されるものではない。例えば、駆動装置211の周辺の他の装置の配置に応じて、駆動装置211がリングギア104の所定領域に密集して配置されてもよい。
 図15に示すように、本実施の形態に係る減速機213は、偏心揺動型減速機である。図15を参照しつつ、減速機213の構成について詳述する。
 図15に示すように、減速機213における上述のケース215は、筒状に形成された第1ケース部215a、第2ケース部215b及び第3ケース部215cを備えている。第1乃至第3ケース部215a、215b、215cは、直列に配置されてボルト等の締結手段によって相互に連結されている。第1ケース部215aは一端側に配置され、第1ケース部215aの他端側に第2ケース部215bが固定され、更にその第2ケース部215bの他端側に第3ケース部215cが固定されている。
 ケース215の内部には、入力軸214や減速部216等が収納され、駆動軸212a、入力軸214、減速部216及び基部キャリア227(キャリア225:出力軸)は、回転軸線Qの方向に沿って直列に配置されている。ケース215は、一端側(第1ケース部215aの端部側)が開放し、他端側(第3ケース部215cの端部側)には、電動機212が固定されている。なお、ケース215のうちの第2ケース部215bの中央部には玉軸受222が設けられ、入力軸214が玉軸受222によって回転自在に支持されている。
 入力軸214には電動機212の駆動軸212aが連結され、当該駆動軸212aから出力される回転動力が入力軸214に伝達されるが、本例では、電動機212の駆動軸212aと減速機213の入力軸214との間にクラッチ機構290が設けられている。すなわち駆動軸212aの先端にはクラッチ制御部292(図14のクラッチ切換部292a及びクラッチ駆動体292b参照)及び第1クラッチ作動部291aが取り付けられ、入力軸214の他端側の先端には第2クラッチ作動部291bが取り付けられ、第1クラッチ作動部291a及び第2クラッチ作動部291bが向かい合って配置されている。なお入力軸214の一端側には、減速部216における後述のクランク軸用歯車223と噛み合うギア部214aが設けられている。
 クラッチ制御部292は、回転軸線Qと平行な方向にクラッチ作動部291aを移動させて、第1クラッチ作動部291aと第2クラッチ作動部291bとの間の係合状態及び非係合状態を切り換える。例えば力検出機構280(図14参照)の検出結果が示す「検出対象に作用する力」が所定の閾値以下の場合、クラッチ制御部292は第1クラッチ作動部291aを第2クラッチ作動部291bに押し当てて第1クラッチ作動部291aを第2クラッチ作動部291bに係合させる。これにより駆動軸212aと入力軸214とは一体的に回転し、電動機212の駆動軸212aから出力される回転動力がクラッチ機構290を介して入力軸214(減速機213)に伝達される。一方、力検出機構280の検出結果が示す「検出対象に作用する力」が所定の閾値よりも大きい場合、クラッチ制御部292は第1クラッチ作動部291aを第2クラッチ作動部291bから離間させて、第2クラッチ作動部291bに対する第1クラッチ作動部291aの係合を解除する。これにより駆動軸212aと入力軸214とは分離され、駆動軸212aと入力軸214との間における力の伝達がクラッチ機構290によって遮断され、電動機212(駆動軸212a)から出力される回転動力が減速機213(入力軸214)に伝達されなくなる。
 このように入力軸214は、クラッチ機構290において第1クラッチ作動部291aと第2クラッチ作動部291bとが係合してクラッチがつながれている状態においてのみ、電動機212(駆動軸212a)からの回転動力を減速部216に伝達する。
 減速部216は、クランク軸用歯車223、クランク軸224、外歯歯車226及び主軸受(230、231)等を備えている。このうち、クランク軸用歯車223は、平歯車要素として設けられており、入力軸214のギア部214aと噛み合うようにギア部214aの周囲に複数(例えば、3つ)配置されている。クランク軸用歯車223は、中央部分に貫通孔が形成され、この貫通孔を貫通して配置されるクランク軸224の他端側に対してスプライン結合により固定されている。
 クランク軸224は、回転軸線Qを中心とした周方向に沿って等間隔に複数(例えば、3台)配置されており、その軸方向が回転軸線Qと平行になるように配置されている。クランク軸224は、外歯歯車226に形成されたクランク用孔234をそれぞれ貫通するように配置されており、他端側に配置された入力軸214からの回転動力がクランク軸用歯車223を介して伝達されて回転することで、外歯歯車226を偏心させて揺動回転させるようになっている。このとき、クランク軸224は、自らの回転(自転)に伴う外歯歯車226の回転とともに、公転動作を行うことになる。
 本実施の形態において、クランク軸224は、軸本体224cと、軸本体224cに設けられた第1偏心部224a及び第2偏心部224bと、を有している。第1偏心部224a及び第2偏心部224bは、軸本体224cの軸方向中央部に形成され、第1偏心部224aが一端側に位置し、第2偏心部224bが他端側に位置している。第1偏心部224a及び第2偏心部224bは、軸方向と垂直な断面が円形断面となるように形成され、それぞれの中心位置がクランク軸224の中心軸線に対して偏心するように設けられている。これら第1偏心部224a及び第2偏心部224bが、外歯歯車226の上述のクランク用孔234内に配置されている。
 クランク軸224の軸本体224cの一端部は、図示しない軸受を介してキャリア225に対して回転自在に保持されており、軸本体224cの他端部は、図示しない軸受を介してキャリア225に対して回転自在に保持されている。このうち、軸本体224cの他端部は、キャリア225から他端側に突出して、上述のクランク軸用歯車223が固定されている。
 キャリア225は、基部キャリア227と、端部キャリア228と、支柱229と、を備えている。このキャリア225のうち基部キャリア227にクランク軸224の軸本体224cの一端部が回転自在に保持され、端部キャリア228に軸本体224cの他端部が回転自在に保持されている。
 基部キャリア227の一端側には、ボルト218を介してピニオン217が連結されている。端部キャリア228は、円板状に形成されており、支柱229を介して基部キャリア227に連結されている。支柱229は、基部キャリア227と端部キャリア228との間に配置され、基部キャリア227と端部キャリア228とを連結する柱状部分として設けられている。支柱229は、回転軸線Qを中心とした周方向に沿って複数配置され、その軸方向が回転軸線Qと平行となるように配置されている。なお、各支柱229には、端部キャリア228から延びるボルトが挿入されており、これにより端部キャリア228と基部キャリア227とが支柱229を介して連結されている。
 キャリア225は、主軸受(230、231)を介してケース215に対して回転自在に保持されている。図15に示すように、主軸受230は、基部キャリア227と第1ケース部215aとの間に介在する玉軸受として構成され、第1ケース部215aの内周側に対して基部キャリア227を回転自在に保持する。また、主軸受231は、端部キャリア228と第1ケース部215aとの間に介在する玉軸受として構成され、第1ケース部215aの内周側に対して端部キャリア228を回転自在に保持する。
 ケース215における第1ケース部215aの内周には、内歯を構成する複数のピン内歯220が配置されている。ピン内歯220は、ピン状の部材であり、その長手方向が回転軸線Qと平行になるように配置されるとともに、第1ケース部215aの内周において周方向に沿って等間隔に配列され、後述する外歯歯車226の外歯241と噛み合うように構成されている。
 外歯歯車226は、平行に配置された状態でケース215内に収納される第1外歯歯車226aと第2外歯歯車226bとで構成されている。第1外歯歯車226a及び第2外歯歯車226bにはそれぞれ、クランク軸224が貫通する上述のクランク用孔234、及び、支柱229が貫通する支柱貫通孔が形成されている。なお、外歯歯車226(226a、226b)のクランク用孔234は、クランク軸224の数に対応した数で形成されている。また、支柱貫通孔も、同様に、支柱229の数に対応した数で形成されている。
 第1外歯歯車226a及び第2外歯歯車226bのそれぞれの外周には、ピン内歯220に噛み合う外歯241が設けられている。外歯241の歯数は、ピン内歯220の歯数よりも1個又は複数個少なくなるように設けられている。これにより、クランク軸224が回転する毎に、外歯241とピン内歯220との噛み合いがずれ、外歯歯車226(226a、226b)が偏心して揺動回転することになる。なお、外歯歯車226は、クランク用孔234において外歯用軸受(図示せず)を介してクランク軸224を回転自在に保持している。
 この減速機213においては、電動機212からの回転動力が入力軸214に伝達されると、クランク軸224が回転する。このとき、クランク軸224の第1偏心部224a及び第2偏心部224bは、それぞれ偏心回転する。第1偏心部224a及び第2偏心部224bが偏心回転すると、外歯歯車226は、揺動回転する。このとき、外歯歯車226は、ケース215のピン内歯220にその外歯241を噛み合わせながら、ケース215に対して回転する。この結果、クランク軸224を介して外歯歯車226を支持するキャリア225がケース215に対して回転する。これにより、減速によってトルクが増大された回転動力がピニオン217からリングギア104に伝達され、舵101が旋回することになる。
[ブレーキ機構]
 次に、舵101の回転を制動するブレーキ機構250について説明する。図16は、ブレーキ機構250の断面と制御部270及び力検出機構280とを模式的に示す図である。
 本例のブレーキ機構250は駆動装置211毎に設けられ、1つの電動機212に対して1つのブレーキ機構250が取り付けられる。図16に示すブレーキ機構250は、制御部270からの指令に基づいて、電動機212の駆動軸212aの回転を制動し、或いは、駆動軸212aの制動を解除する電磁ブレーキとしての機構を有する。駆動軸212aの回転が制動されている状態では、駆動装置211は、その作動が停止した状態に置かれる。一方、駆動軸212aの制動が解除されている状態では、駆動装置211は、作動した状態に置かれ、舵101を回転駆動することができる。以下、ブレーキ機構250について、詳しく説明する。
 本例のブレーキ機構250は、電動機212のカバー272のうち減速機213とは反対側の端部に取り付けられており、ハウジング251、第1摩擦板256、第2摩擦板257、弾性部材255、電磁石253、被検出部275、検出部276及び第1摩擦板連結部277等を有する。
 ハウジング251は、第1摩擦板256、第2摩擦板257、弾性部材255、電磁石253、被検出部275、検出部276及び第1摩擦板連結部277等を収納する構造体であり、電動機212のカバー272に固定されている。
 第1摩擦板256は、例えば焼結金属材料で形成され、中央に貫通孔を有するリング状の板状部材として設けられており、第1摩擦板連結部277を介して電動機212の駆動軸212aに連結されている。第1摩擦板256の貫通孔には、駆動軸212aの一方の端部が貫通した状態で配置されている。
 本例の第1摩擦板連結部277は、スプライン軸277a及びスライド軸277bを有する。スプライン軸277aは、外周にスプライン歯が設けられ、軸方向に延びる貫通孔が内側に形成された軸部材として設けられている。スプライン軸277aは、キー部材(図示省略)によるキー結合とストッパリング277cによる係合とによって、駆動軸212aの一方の端部の外周に対して固定されている。
 スライド軸277bは、内周にスプライン溝が形成された筒状の部分と、その筒状の部分の端部から径方向に延びるとともに周方向に広がったフランジ状の部分とを有する。スライド軸277bのスプライン溝は、スプライン軸277aのスプライン歯に対して軸方向へスライド可能に組み合わされ、スライド軸277bは軸方向へスライド移動可能にスプライン軸277aに対して取り付けられている。また第1摩擦板連結部277には、スプライン軸277aに対するスライド軸277bの軸方向の位置を所定の位置に位置決めするバネ機構(図示省略)が設けられている。スライド軸277bにおけるフランジ状の部分の外周の縁部には第1摩擦板256の内周が固定されており、第1摩擦板256はスライド軸277bと一体に結合されている。
 上記の構成を有するブレーキ機構250において、駆動軸212aが回転すると、スプライン軸277a、スライド軸277b及び第1摩擦板256も駆動軸212aとともに回転する。後述の電磁石253が励磁された状態では、駆動軸212a及びスプライン軸277aに対して軸方向にスライド移動可能に保持されたスライド軸277b及び第1摩擦板256は、バネ機構により、スプライン軸277aの軸方向に関して所定位置に位置決めされている。この所定位置に配置されている第1摩擦板256は、後述の第2摩擦板257及び第3摩擦板258から離間している。
 第2摩擦板257は、第1摩擦板256に対して当接可能に設けられ、第1摩擦板256に当接することで駆動軸212aの回転を制動する制動力を発生させる部材として設けられている。本例の第2摩擦板257は、当接部257a及びアーマチュア部257bを有する。
 アーマチュア部257bは、例えば磁性材料で形成され、中央に貫通孔を有するリング状の板状部材として設けられており、駆動軸212aの軸方向と平行にスライド移動可能な状態で、電磁石253に保持されている。なお、アーマチュア部257bを軸方向へスライド移動可能な状態で電磁石253に保持する機構の図示は省略されている。アーマチュア部257bの貫通孔には、駆動軸212aの一方の端部、スプライン軸277a及びスライド軸277bの筒状部分が貫通した状態で配置されている。
 当接部257aは、例えば焼結金属材料で形成され、中央に貫通孔を有するリング状の板状部材として設けられており、アーマチュア部257bに対して固定され、第1摩擦板256に対して当接可能に設置されている。より具体的には、当接部257aは、第1摩擦板256に対向する側とは反対側において、アーマチュア部257bに固定されている。第1摩擦板256及び当接部257aは、図16に示す例では互いに対向する側の端面(当接面)においてほぼ同じ面積を有するが、これらの当接面の面積は相互に異なっていてもよい。
 また本例では、電動機212のカバー272の一方の端部のうち第1摩擦板256に対向する箇所において、第3摩擦板258が設けられている。第3摩擦板258は、例えば焼結金属材料で形成され、中央に貫通孔を有するリング状の板状部材として設けられており、第3摩擦板258は第1摩擦板256と当接可能な位置に設置されている。第1摩擦板256及び第3摩擦板258は、図16に示す例では互いに対向する側の端面(当接面)においてほぼ同じ面積を有するが、これらの当接面の面積は相互に異なっていてもよい。
 弾性部材255は、後述する電磁石253の電磁石本体253aに保持され、第2摩擦板257を電磁石253側から第1摩擦板256側に向かって付勢する。弾性部材255は、典型的にはコイルバネとして設けられ、図16に示す例では複数設けられているが、コイルバネ以外の弾性部材であってもよいし、1つのみ設けられていてもよい。複数の弾性部材255は、電磁石本体253aにおいて、駆動軸212aを中心とする周方向に均等角度で配置されることが好ましい。特に本例の複数の弾性部材255は、電磁石本体253aにおいて、駆動軸212aを中心とした同心円状に内周側及び外周側の2つの配列で周方向に配置されている。同心円状に配置される弾性部材255のうち内周側に配置される弾性部材255はコイル部253bの内側に配置され、外周側に配置される弾性部材255はコイル部253bの外側に配置される。なお、上述の弾性部材255の配置形態は例示に過ぎず、弾性部材255は他の配置形態をとってもよい。
 電磁石253は、電磁石本体253a及びコイル部253bを含み、第2摩擦板257を磁力によって引き付けることにより第2摩擦板257を第1摩擦板256から離間させる。
 電磁石本体253aは、中央に貫通孔を有する円筒状の構造体として設けられており、電磁石本体253aの貫通孔には駆動軸212aの端部が配置される。電磁石本体253aは、第2摩擦板257に対向する側とは反対側の端部において、ハウジング251に固定されている。電磁石本体253aには、第2摩擦板257に向かって開口する複数の弾性部材保持穴253cが設けられており、これらの弾性部材保持穴253cの各々に弾性部材255が配置される。
 コイル部253bは、電磁石本体253aの内部に設置され、電磁石本体253aの周方向に配置されている。コイル部253bへの電流の供給及び遮断は、制御部270の指令に基づいて行われる。
 例えばブレーキ機構250による駆動軸212aの制動の解除が行われる際には、制御部270の指令に基づいて、コイル部253bへ電流が供給されて電磁石253は通電される。電磁石253が通電されて励磁された状態になると、電磁石253において発生した磁力によって、第2摩擦板257のアーマチュア部257bがコイル部253bに引き付けられる。このとき第2摩擦板257は、複数の弾性部材255の弾性力(バネ力)に抗して、電磁石253に引き付けられる。これにより、第2摩擦板257の当接部257aが第1摩擦板256から離間し、駆動軸212aの制動が解除される。したがって、電磁石253が励磁されて駆動軸212aの制動が解除された状態では、第2摩擦板257のアーマチュア部257bは電磁石本体253aに当接した状態となる。
 一方、ブレーキ機構250による駆動軸212aの制動が行われる際には、制御部270の指令に基づいて、コイル部253bへの電流の供給が遮断されて電磁石253は消磁される。電磁石253が消磁された状態になると、複数の弾性部材255の弾性力によって第2摩擦板257が第1摩擦板256に向かって付勢され、第2摩擦板257の当接部257aが第1摩擦板256に当接する。これにより、第2摩擦板257と第1摩擦板256との間で摩擦力が生じ、駆動軸212aの回転が制動される。なお図16は、電磁石253が消磁された状態であり、駆動軸212aの回転が制動されている状態を示す。
 また、電磁石253が消磁されて駆動軸212aが制動された状態では、第1摩擦板256は、第2摩擦板257から作用する付勢力によって、第3摩擦板258にも当接する。したがって電磁石253が消磁されると、第1摩擦板256は、複数の弾性部材255からの付勢力によって、第2摩擦板257と第3摩擦板258との間で挟み込まれた状態となる。これにより、第2摩擦板257と第1摩擦板256との間で生じる摩擦力と、第1摩擦板256と第3摩擦板258との間で生じる摩擦力とによって、駆動軸212aの回転が非常に強く制動される。
 被検出部275は、駆動軸212aの軸方向と平行な方向における第2摩擦板257の位置及び変位量を後述の検出部276によって検出するために、第2摩擦板257に固定される要素として設けられている。本例の被検出部275は、永久磁石として設けられ、第2摩擦板257のアーマチュア部257bに固定されており、特にアーマチュア部257bの外周部のうち電磁石253側部分に取り付けられている。この被検出部275の位置及び変位量を検出部276によって検出することで、第2摩擦板257のうち電磁石253に当接可能な部分の位置及び変位量(とりわけ駆動軸212aの軸方向と平行な方向に関する位置及び変位量)を検知することができる。
 検出部276は、第2摩擦板257とともに変位する被検出部275の位置及び変位量を検出可能なセンサとして設けられている。すなわち検出部276は、駆動軸212aの軸方向と平行な方向に関する被検出部275の位置及び変位量を検出することで、駆動軸212aの軸方向と平行な方向における第2摩擦板257の位置及び変位量を検知することができる。
 本例の検出部276は、永久磁石である被検出部275によってもたらされる磁場(磁界)の強さ及び方向を計測する磁気センサとして設けられ、ハウジング251の内壁に固定されている。検出部276は、被検出部275によってもたらされる磁場(磁界)の強さ及び方向を計測することで、被検出部275の位置及び変位量を検出する。したがって検出部276は、駆動軸212aの軸方向と平行な方向に関し、被検出部275に対応する位置で、ハウジング251に固定されることが好ましい。
 検出部276は、通信ケーブル279を介して制御部270に接続され、制御部270に対して検出結果を出力する。したがって制御部270は、複数の駆動装置211の各々の検出部276から、第2摩擦板257の位置及び変位量の検出結果を受信する。なお、各検出部276は、制御部270からの指令信号を、通信ケーブル279を介して受信する。
 制御部270は、旋回コントローラ109(図10参照)によってコントロールされ、各駆動装置211の検出部276から送られてくる検出結果に基づいて、第2摩擦板257の作動確認を行うとともに、第1摩擦板256及び第2摩擦板257の少なくともいずれかの摩耗量を検知することができる。制御部270による第2摩擦板257の作動確認は、例えば電磁石253が消磁された状態から励磁された状態に移行する際に検出部276によって検出される第2摩擦板257の位置に基づいて実行可能である。また制御部270による第1摩擦板256及び/又は第2摩擦板257の摩耗量の検知は、例えば電磁石253が消磁されている状態で、検出部276によって検出される第2摩擦板257(被検出部275)の位置に基づいて実行可能である。
 このように本例では、被検出部275、検出部276及び制御部270の組み合わせによって「ブレーキ機構250による舵101の回転の制動が機能しているか否かを検知する検知手段」が構成されている。例えばブレーキ機構250の制動機能が適切に機能している場合、電磁石253が消磁された状態では第2摩擦板257が第1摩擦板256に当接し、電磁石253が励磁された状態では第2摩擦板257が第1摩擦板256から離間するように、電磁石253の消磁状態及び励磁状態に応じて被検出部275の位置が軸方向に変化する。したがって制御部270は、検出部276によって検出される第2摩擦板257の位置に基づいて、ブレーキ機構250によって舵101の回転が制動されているか否かを検知することが可能である。またブレーキ機構250の制動機能が適切に機能していない場合には、被検出部275の位置が電磁石253の消磁状態及び励磁状態にかかわらず変化しなかったり、電磁石253の消磁状態及び励磁状態に応じて想定される位置とは異なる位置に被検出部275が配置されたりする。したがって制御部270は、検出部276によって検出される第2摩擦板257の位置に基づいて、ブレーキ機構250の制動機能が適切に機能しているか否かを検知することが可能である。制御部270は、ブレーキ機構250の制動機能が適切に機能していないことを検知した場合には、船舶Sの操作者等に対して警告等を発し、操作者等の注意を喚起することが好ましい。
 なお本例の制御部270には、力検出機構280が接続され、力検出機構280による検出結果が制御部270に送られる。制御部270は、力検出機構280の検出結果が示す「検出対象に作用する力」が所定の閾値よりも大きい場合、ブレーキ機構250を制御して舵101の回転の制動を解除する。ブレーキ機構250によって舵101の回転が制動された状態で過大な力が舵101、リングギア(被動ギア)104、駆動装置211或いはブレーキ機構250に作用し続けると、その力を逃がすことができず、舵101やリングギア104等の部品が破損してしまう虞がある。一方、本例のように、「検出対象に作用する力」に応じてブレーキ機構250による制動を解除することで、舵101が回転して力を逃がすことができ、舵101やリングギア104等の部品の破損を防ぐことができる。
 このようにブレーキ機構250は力検出機構280が検出する力が「所定の閾値」よりも大きい場合に制動を解除するが、制動の解除の基準となるここでいう「所定の閾値」は、様々な観点から定められうる。例えば舵101自体の破損を防ぐ観点や、リングギア104等の特に破損が望まれない部品の破損を防ぐ観点や、ピニオン217等の応力が集中して破損しやすい部品の破損を防ぐ観点等に基づいて、ここでいう「所定の閾値」を適宜定めることができる。
 以上説明したように、力の伝達及び非伝達を切り換えるクラッチ機構290を設けることによって、舵101、リングギア104、駆動装置211或いはブレーキ機構250に作用する力を軽減することができる。すなわち、クラッチ機構290においてクラッチを切って力を非伝達とすることで、クラッチ機構290を空転させて、各種部材にかかる力を逃がすことができる。したがって、舵101、リングギア104、駆動装置211或いはブレーキ機構250が想定外の過大な力や負荷を受けた場合に、クラッチ機構290においてクラッチを切ることで、各種部品にかかる力を軽減して故障を未然に防ぐことができる。
 なお、クラッチ機構290がソレノイド等のように電磁石の電磁力を利用してクラッチのオン・オフを切り換える機構のケースでは、電磁石が非通電状態(消磁状態)にある場合にクラッチ作動部291のクラッチがつながれ、電磁石が通電状態(励磁状態)にある場合にクラッチ作動部291のクラッチが切られることが、省エネルギー効果を得る観点からは好ましい。一般に、通常使用時にはクラッチ作動部291のクラッチがつながれ、想定外の力や負荷が各種部品に作用する非常時にクラッチ作動部291のクラッチが切られる。したがって通常は、クラッチ作動部291のクラッチがつながれている時間の方が、クラッチ作動部291のクラッチが切られている時間よりも長くなる。そのため、時間がより長い「クラッチ作動部291におけるクラッチオン状態」の間は電磁石を非通電状態とし、時間がより短い「クラッチ作動部291におけるクラッチオフ状態」の間は電磁石を通電状態とすることが、省エネルギーの観点からは好ましい。
 また、駆動装置211、ブレーキ機構250及びクラッチ作動部291を一体的に設けてユニット化することで、駆動装置211、ブレーキ機構250及びクラッチ作動部291のいずれかの箇所に不具合が生じても、そのユニットを適切に作動する他のユニットに交換することで、簡単に不具合を解消することができる。
[他の変形例]
 第2の本発明は上述の第2実施形態に限定されるものではなく、他の変形が加えられてもよい。
 例えば、上述の図15に示す第2実施形態では電動機212と減速機213との間にクラッチ機構290(特にクラッチ作動部291)が設けられているが、クラッチ機構290(特にクラッチ作動部291)は電動機212と舵101との間の他の箇所に設けられてもよい。例えば「キャリア225(基部キャリア227:出力軸)」或いは「キャリア225(基部キャリア227:出力軸)とピニオン217との間」に、クラッチ機構290(特にクラッチ作動部291)が設けられてもよい。一例として、基部キャリア227を、減速部216に取り付けられる第1キャリア部と、ピニオン217が取り付けられる第2キャリア部とによって構成し、第1キャリア部と第2キャリア部との間において、第1キャリア部に第1クラッチ作動部291aを取り付ける一方で第2キャリア部に第2クラッチ作動部291bを取り付けることも可能である。また、ボルト218によってピニオン217を基部キャリア227に固定せず、基部キャリア227に第1クラッチ作動部291aを取り付ける一方でピニオン217に第2クラッチ作動部291bを取り付けることも可能である。これらのケースにおいても第1クラッチ作動部291aと第2クラッチ作動部291bとの間の係合状態及び非係合状態をクラッチ制御部292によってコントロールすることで、力の伝達及び非伝達を切り換えられる。
 また上述の第2実施形態では、キャリア225(基部キャリア227)にピニオン217を連結するボルト218(図15参照)によって、ピニオン(駆動ギア)217及びリングギア(被動ギア)104の噛み合いを解除する退避機構285が構成されているが、他の部材によって退避機構285が構成されてもよい。退避機構285は、少なくともピニオン217をリングギア104から離間させてリングギア104と噛み合う位置から退避させることで、「ピニオン217とリングギア104とが噛み合う位置」から「ピニオン217及びリングギア104の噛み合いを解除する位置」に退避させることが可能な任意の機構を採用することが可能である。したがって退避機構285は、駆動装置211からピニオン217を脱落させることが可能な上述の機構(ボルト218)だけではなく、駆動装置211自体を移動させることでピニオン217をリングギア104から離間させることが可能な機構や、リングギア104を移動させることでピニオン217をリングギア104から離間させることが可能な機構であってもよい。なおピニオン(駆動ギア)217をリングギア(被動ギア)104から離間させる具体的な手法は特に限定されず、ピニオン217及びリングギア104のうちの少なくともいずれか一方を、回転軸の軸方向に相対的に移動させてもよいし、回転軸の径方向に相対的に移動させてもよい。
 なお退避機構285による「ピニオン(駆動ギア)217及びリングギア(被動ギア)104の噛み合いの解除」は、操作者等によって手動的に行われてもよいし、例えば力検出機構280の検出結果に応じて自動的に行われてもよい。例えば図15に示すようなボルト218によって退避機構285が構成される場合には、力検出機構280の検出結果を確認した操作者等が必要に応じてボルト218を駆動装置211から取り外すことで、ピニオン217及びリングギア104の噛み合いを解除することができる。一方、退避機構285がピニオン217及びリングギア104のうちの少なくともいずれか一方を移動させる場合、退避機構285は力検出機構280の検出結果を受信し、その検出結果に応じてピニオン217及びリングギア104のうちの少なくともいずれか一方を移動させてもよい。したがって退避機構285は、例えば力検出機構280が検出する力が所定の閾値よりも大きい場合に、ピニオン217及びリングギア104のうちの少なくともいずれか一方を移動させて、ピニオン217及びリングギア104の噛み合いを解除してもよい。
 また上述の第2実施形態では、ブレーキ機構250が駆動装置211(特に電動機212)と一体的に設けられているが、舵101の回転を適切に制動することができるのであれば、ブレーキ機構250の構成は特に限定されない。したがってブレーキ機構250は、電動機212の駆動軸212aの回転を制動するものだけはなく、リングギア104(駆動ギア)や減速機213を構成する各種要素の回転を制動することで舵101の回転を間接的に制動するものであってもよいし、舵101の回転を直接的に制動するものであってもよい。また制動方式も特に限定されず、直接的な制動対象(上述の第2実施形態では第1摩擦板256)に摩擦抵抗を与えることで制動力を得る方式以外の方式が採用されてもよい。またブレーキ機構250は電磁式以外の制動方式を採用してもよく、例えば油圧式の制動装置等を有していてもよい。
 また、上述の図11に示す例では、4台の駆動装置211が設けられる例を説明したが、駆動装置211は、4台より多くてもよいし少なくてもよいし、その数は限定されない。特に駆動装置211が1台のみしか設けられない場合には、駆動装置211(特にキャリア225(基部キャリア227:出力軸))と舵101とを直接的に連結してもよい。複数の駆動装置211が設けられる上述の第2実施形態では、各駆動装置211のピニオン217がリングギア104と噛み合って、各駆動装置211(各減速機213)と舵101とがリングギア104を介して連結される。一方、駆動装置211が1台の場合には、ピニオン217やリングギア104は必ずしも必要とされず、駆動装置211の出力軸(上述の第2実施形態ではキャリア225(基部キャリア227))と舵101(上述の第2実施形態では旋回筒103)とを一体的に連結し、駆動装置211の出力軸から舵101に回転動力を直接伝達してもよい。この場合、舵101の回転軸線L1と駆動装置211(出力軸(キャリア225(基部キャリア227)))の回転軸線Qとが一致することが好ましい。この場合、基部キャリア227(キャリア225)から旋回筒103に伝達される回転動力によって舵101を適切に回転させることができる。
 またピニオン217とリングギア104とは上述のように直接的に噛み合っていてもよいし、他のギア(中間ギア)を介して間接的に噛み合っていてもよい。この場合、退避機構285は、駆動ギア(ピニオン217)を中間ギアから離間するように移動させ、この結果として、駆動ギア(ピニオン217)と中間ギアとの噛み合いを解除するとともに、駆動ギア(ピニオン217)と被動ギア(リングギア104)との噛み合いを解除するようにしてもよい。或いは、退避機構285は、駆動ギア(ピニオン217)を、中間ギアとともに、被動ギア(リングギア104)から離間するように移動させ、この結果として、中間ギアと被動ギア(リングギア104)との噛み合いを解除するとともに、駆動ギア(ピニオン217)と被動ギア(リングギア104)との噛み合いを解除するようにしてもよい。
 また駆動装置211のキャリア225(基部キャリア227:出力軸)とピニオン217(駆動ギア)とは上述のように別部材によって別体で設けられてもよいし、同一部材によって一体的に設けられてもよい。
<第3の実施の形態>
 以下、図17~図21を参照しながら第3の発明に関連した第3の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態において、「電動舵取機用駆動制御装置C」は、回転動力によって舵の回転駆動制御を行う装置を示し、駆動装置311と、回転抑制手段349とを含む概念である。また以下の実施の形態における「電動舵取機構M」は、駆動装置311及び回転抑制手段349(電動舵取機用駆動制御装置C)と、リングギア(被動ギア)104とを含む概念である。また以下の実施の形態における「電動舵取ユニットU」は、駆動装置311、回転抑制手段349及びリングギア(被動ギア)104(電動舵取機構)と、舵101とを含む概念である。また以下の実施の形態における「船舶S」は、舵101、リングギア(被動ギア)104、駆動装置311及び回転抑制手段349(電動舵取ユニットU)と、船舶本体100を構成する他の要素とを含む概念である。また、以下の説明では、複数の駆動装置311を含む機構を電動舵取機301と呼ぶ。
 図17は本発明の一実施の形態に係る電動舵取機301及び電動舵取機301によって操作される舵101の概略図であり、図18は電動舵取機301及び舵101を概略的に示した斜視図である。船舶Sは、船舶本体100と、船舶本体100の船尾下部に設けられる舵101とを備える。舵101は、舵本体102と、舵本体102の上部から突出する円筒状の旋回筒103とを有する。旋回筒103の上部には被動ギアである円環状のリングギア104が設けられている。リングギア104は、舵101(特に本例では旋回筒103)に連結固定され、舵101の回転軸線L1上に回転中心がある。
 舵101は、旋回筒103の上部が船舶本体100の船尾下部に回転可能に支持され、回転軸線L1を中心に回転する。リングギア104は、旋回筒103と一体的に回転するように旋回筒103に固定されている。
 図示の船舶Sにおいて、舵101の前方にプロペラ105が設けられている。プロペラ105は、図示省略する電動機或いは内燃機関等によって回転駆動される。プロペラ105を回転させることにより、船舶Sが推進する。この際、舵101を電動舵取機301によって回転させることにより、船舶Sを所望の方向に旋回させることが可能となる。
 本実施の形態に係る電動舵取機301は、旋回筒103の上方において船舶本体100内に配置されている。図18に示すように、舵101を操作するための電動舵取機301は、複数(本例では、4台)の駆動装置311(311a、311b、311c、311d)を備えている。駆動装置311(311a、311b、311c、311d)の各々は、船舶本体100に固定されている。
 駆動装置311(311a、311b、311c、311d)の各々は、電動機312と、電動機312から出力される回転動力を減速させて出力軸に対応する後述のキャリア325から出力する減速機313と、キャリア325に設けられた駆動ギアであるピニオン317と、を有している。このうち、ピニオン317は、上述の舵101に設けられるリングギア104と噛み合い、その回転によって舵101を回転させるように構成されている。詳しくは、電動機312からの回転動力が減速機313によって減速されてキャリア325から出力され、これにより減速された回転動力がピニオン317からリングギア104に伝達され、舵101が回転する。
 本実施の形態おいて、駆動装置311(311a、311b、311c、311d)の各々における電動機312、減速機313及びピニオン317は、互いに同一のものが用いられている。すなわち、各電動機312は同一の型式であり、同一の定格出力、定格トルク及び定格回転速度等を有している。各減速機313は、同一の構造であり、同一の減速比を有している。各ピニオン317は、同一の歯数を有し、同一の内外径を有している。したがって、各駆動装置311(311a、311b、311c、311d)の定格出力、定格トルク及び定格回転速度等も互いに同一となっている。
 各電動機312は、図17に示すインバータ108に接続されており、このインバータ108によって供給電力が制御される。インバータ108は、通信可能に接続された旋回コントローラ109からの指令信号に基づいて電源周波数及び電源電圧を調整して、電動機312の回転速度や回転位置を制御するように構成されている。
 旋回コントローラ109は、図示省略するメインコントローラに対して通信可能に接続されており、当該メインコントローラは、船舶Sの操作者の操作に基づいて船舶Sの旋回方向や旋回速度を決定し、指令信号を旋回コントローラ109に出力する。旋回コントローラ109は、メインコントローラから出力された指令信号に応じて決定される各電動機312における回転速度及び回転を停止する回転角度位置についての回転指令信号をインバータ108に出力するようになっている。そして、インバータ108が、旋回コントローラ109から出力された回転指令信号に応じて電動機312を回転させることにより、電動機312から出力される回転動力が減速機313、ピニオン317及びリングギア104を経て舵101に伝達される。これにより、舵101が所望の方向に向けて所望の速度で回転することになる。なお、本実施の形態では、インバータ108を用いて電動機312が制御されるが、インバータ108を用いること無く、電動機312が制御されてもよい。
 図19は、駆動装置311の断面図である。図19に示すように、電動機312は、回転動力を出力する駆動軸312aを有し、減速機313は、入力軸314、ケース315、上述のキャリア325を含む減速部316等を備えている。減速機313では、下側に配置された一端側においてケース315から一部が突出するように位置するキャリア325にピニオン317が取り付けられ、上側に配置された他端側においてケース315に対して電動機312が取り付けられている。減速機313においては、上側に配置された電動機312から入力される回転動力がケース315の内側に配置された減速部316を介して減速されてキャリア325から出力される。
 各減速機313のキャリア325に設けられたピニオン317は、図18に示すように回転軸線L1の周囲に配置され、且つ船舶本体100に対して回転自在に支持されたリングギア104の外周に形成された歯104aと噛み合うように配置されている。この場合には、各駆動装置311のメンテナンスを行うことが容易となる。なお、本実施の形態では、リングギア104の外周に歯104aが形成されているが、歯104aは、リングギア104の内周に形成されていてもよい。この場合、ピニオン317は、リングギア104の内周において歯104aと噛み合うように配置される。この場合には、リングギア104の大きさを大きくでき、例えば剛性を確保することができる。
 各ピニオン317は、リングギア104の外周に沿ってその周方向に等間隔に(本実施の形態では90°毎に)配置されている。このように各ピニオン317が配置されているため、各電動機312が回転することで各ピニオン317が回転し、船舶本体100に回転自在に支持されるとともにピニオン317に噛み合うリングギア104が回転軸線L1を中心として回転する。これにより、リングギア104が設けられた舵101は回転軸線L1を中心に回転するようになっている。なお、本実施の形態では、各ピニオン317がリングギア104の外周に沿ってその周方向に等間隔に配置されるが、ピ二オン17の配置は、この態様に限定されるものではない。例えば、駆動装置311の周辺の他の装置の配置に応じて、駆動装置311がリングギア104の所定領域に密集して配置されてもよい。
 図19に示すように、本実施の形態に係る減速機313は、偏心揺動型減速機である。図19を参照しつつ、減速機313の構成について詳述する。以下の説明においては、減速機313にて、ピニオン317が配置される下側である出力側を一端側として、電動機312が配置される上側である入力側を他端側として説明する。図19においては、説明の便宜上、一端側を示す矢印と、他端側を示す矢印とが示されている。
 図19に示すように、減速機313における上述のケース315は、筒状に形成された第1ケース部315a、第2ケース部315b及び第3ケース部315cを備えている。第1乃至第3ケース部315a、315b、315cは、直列に配置されてボルト等の締結手段によって相互に連結されている。第1ケース部315aは一端側に配置され、第1ケース部315aの他端側に第2ケース部315bが固定され、更にその第2ケース部315bの他端側に第3ケース部315cが固定されている。
 ケース315の内部には、入力軸314や減速部316等が収納され、電動機312の駆動軸312a、入力軸314及び減速部316は、減速機313の回転軸である減速機軸線Qの方向に沿って直列に配置されている。ケース315は、一端側(第1ケース部315aの端部側)が開放し、他端側(第3ケース部315cの端部側)には、電動機312が固定されている。
 ケース315における第1ケース部315aの内周には、内歯を構成する複数のピン内歯320が配置されている。ピン内歯320は、ピン状の部材であり、その長手方向が減速機軸線Qと平行になるように配置されるとともに、第1ケース部315aの内周において周方向に沿って等間隔に配列され、後述する外歯歯車326の外歯341と噛み合うように構成されている。
 図19に示すように、入力軸314は、電動機312の駆動軸312aに対してカップリング321を介して連結されている。入力軸314の一端側(カップリング321側とは反対側の端部側)には、減速部316における後述のクランク軸用歯車323と噛み合うギア部314aが設けられている。入力軸314は、電動機312から出力される回転動力を減速部316に伝達するように構成されている。また、ケース315のうちの第2ケース部315bの中央部には玉軸受322が設けられ、玉軸受322に入力軸314が回転自在に支持されている。
 減速部316は、上述のクランク軸用歯車323、クランク軸324、キャリア325、外歯歯車326及び主軸受(330、331)等を備えている。このうち、クランク軸用歯車323は、平歯車要素として設けられており、入力軸314のギア部314aと噛み合うようにギア部314aの周囲に複数(例えば、3つ)配置されている。クランク軸用歯車323は、中央部分に貫通孔が形成され、この貫通孔を貫通して配置されるクランク軸324の他端側に対してスプライン結合により固定されている。
 クランク軸324は、減速機軸線Qを中心とした周方向に沿って等間隔に複数(例えば、3台)配置されており、その軸方向が減速機軸線Qと平行になるように配置されている。クランク軸324は、外歯歯車326に形成されたクランク用孔334をそれぞれ貫通するように配置されており、他端側に配置された入力軸314からの回転動力がクランク軸用歯車323を介して伝達されて回転することで、外歯歯車326を偏心させて揺動回転させるようになっている。このとき、クランク軸324は、自らの回転(自転)に伴う外歯歯車326の回転とともに、公転動作を行うことになる。
 本実施の形態において、クランク軸324は、軸本体324cと、軸本体に24cに設けられた第1偏心部324a及び第2偏心部324bと、を有している。第1偏心部324a及び第2偏心部324bは、軸本体324cの軸方向中央部に形成され、第1偏心部324aが一端側に位置し、第2偏心部324bが他端側に位置している。第1偏心部324a及び第2偏心部324bは、軸方向と垂直な断面が円形断面となるように形成され、それぞれの中心位置がクランク軸324の中心軸線に対して偏心するように設けられている。これら第1偏心部324a及び第2偏心部324bが、外歯歯車326の上述のクランク用孔334内に配置されている。
 クランク軸324の軸本体324cの一端部は、図示しない軸受を介してキャリア325に対して回転自在に保持されており、軸本体324cの他端部は、図示しない軸受を介してキャリア325に対して回転自在に保持されている。このうち、軸本体324cの他端部は、キャリア325から他端側に突出して、上述のクランク軸用歯車323が固定されている。
 キャリア325は、基部キャリア327と、端部キャリア328と、支柱329と、を備えている。このキャリア325のうち基部キャリア327にクランク軸324の軸本体324cの一端部が回転自在に保持され、端部キャリア328に軸本体324cの他端部が回転自在に保持されている。
 基部キャリア327の一端側には、ボルト318を介してピニオン317が連結されている。端部キャリア328は、円板状に形成されており、支柱329を介して基部キャリア327に連結されている。支柱329は、基部キャリア327と端部キャリア328との間に配置され、基部キャリア327と端部キャリア328とを連結する柱状部分として設けられている。支柱329は、減速機軸線Qを中心とした周方向に沿って複数配置され、その軸方向が減速機軸線Qと平行となるように配置されている。なお、各支柱329には、端部キャリア328から延びるボルトが挿入されており、これにより端部キャリア328と基部キャリア327とが支柱329を介して連結されている。
 キャリア325は、主軸受(330、331)を介してケース315に対して回転自在に保持されている。図19に示すように、主軸受330は、基部キャリア327と第1ケース部315aとの間に介在する玉軸受として構成され、第1ケース部315aの内周側に対して基部キャリア327を回転自在に保持する。また、主軸受331は、端部キャリア328と第1ケース部315aとの間に介在する玉軸受として構成され、第1ケース部315aの内周側に対して端部キャリア328を回転自在に保持する。
 外歯歯車326は、平行に配置された状態でケース315内に収納される第1外歯歯車326aと第2外歯歯車326bとで構成されている。第1外歯歯車326a及び第2外歯歯車326bにはそれぞれ、クランク軸324が貫通する上述のクランク用孔334、及び、支柱329が貫通する支柱貫通孔が形成されている。なお、外歯歯車326(326a、326b)のクランク用孔334は、クランク軸324の数に対応した数で形成されている。また、支柱貫通孔も、同様に、支柱329の数に対応した数で形成されている。
 第1外歯歯車326a及び第2外歯歯車326bのそれぞれの外周には、ピン内歯320に噛み合う外歯341が設けられている。外歯341の歯数は、ピン内歯320の歯数よりも1個又は複数個少なくなるように設けられている。これにより、クランク軸324が回転する毎に、外歯341とピン内歯320との噛み合いがずれ、外歯歯車326(326a、326b)が偏心して揺動回転することになる。なお、外歯歯車326は、クランク用孔334において外歯用軸受(図示せず)を介してクランク軸324を回転自在に保持している。
 この減速機313においては、電動機312からの回転動力が入力軸314に伝達されると、クランク軸324が回転する。このとき、クランク軸324の第1偏心部324a及び第2偏心部324bは、それぞれ偏心回転する。第1偏心部324a及び第2偏心部324bが偏心回転すると、外歯歯車326は、揺動回転する。このとき、外歯歯車326は、ケース315のピン内歯320にその外歯341を噛み合わせながら、ケース315に対して回転する。この結果、クランク軸324を介して外歯歯車326を支持するキャリア325がケース315に対して回転する。これにより、減速によってトルクが増大された回転動力がピニオン317からリングギア104に伝達され、舵101が回転することになる。
[回転抑制手段]
 次に、舵101の回転を制動する回転抑制手段349について説明する。図20は、回転抑制手段349の断面と制御部370及び力検出機構380とを模式的に示す図である。図21は、図20に示す回転抑制手段349の断面の一部を拡大して示す図である。
 回転抑制手段349は、舵101の回転を抑制するための手段であり、とりわけ駆動装置311による駆動力が舵101に加えられていない状態で舵101の回転を抑制することができる。ここで抑制とは、回転を停止させることだけでなく、回転速度を低下させることも含む概念である。
 図示された例の回転抑制手段349は駆動装置311毎に設けられ、1つの電動機312に対して1つの回転抑制手段349が取り付けられている。図20及び図21に示す回転抑制手段349は、制御部370からの指令に基づいて、電動機312の駆動軸312aの回転を制動し、或いは、駆動軸312aの制動を解除する電磁ブレーキ350としての機構を有する。駆動軸312aの回転が制動されている状態では、駆動装置311は、その作動が停止した状態に置かれる。この状態において、駆動装置311のピニオン317と被動ギア104を介して噛み合った舵101も、駆動軸312aとともに、回転を制動される。一方、駆動軸312aの制動が解除されている状態では、駆動装置311は、作動した状態に置かれ、舵101を回転駆動することができる。以下、回転抑制手段349について、詳しく説明する。
 本例の回転抑制手段349は、電動機312のカバー372カバー372のうち減速機313とは反対側の端部に取り付けられており、ハウジング351、第1摩擦板356、第2摩擦板357、弾性部材355、電磁石353、被検出部375、検出部376及び第1摩擦板連結部377等を有する。
 ハウジング351は、第1摩擦板356、第2摩擦板357、弾性部材355、電磁石353、被検出部375、検出部376及び第1摩擦板連結部377等を収納する構造体であり、電動機312のカバー372に固定されている。
 第1摩擦板356は、例えば焼結金属材料で形成され、中央に貫通孔を有するリング状の板状部材として設けられており、第1摩擦板連結部377を介して電動機312の駆動軸312aに連結されている。第1摩擦板356の貫通孔には、電動機312の駆動軸312aの一方の端部が貫通した状態で配置されている。
 本例の第1摩擦板連結部377は、図21に示すように、スプライン軸377a及びスライド軸377bを有する。スプライン軸377aは、外周にスプライン歯が設けられ、軸方向に延びる貫通孔が内側に形成された軸部材として設けられている。スプライン軸377aは、キー部材(図示省略)によるキー結合とストッパリング377cによる係合とによって、駆動軸312aの一方の端部の外周に対して固定されている。
 スライド軸377bは、内周にスプライン溝が形成された筒状の部分と、その筒状の部分の端部から径方向に延びるとともに周方向に広がったフランジ状の部分とを有する。スライド軸377bのスプライン溝は、スプライン軸377aのスプライン歯に対して軸方向へスライド可能に組み合わされ、スライド軸377bは軸方向へスライド移動可能にスプライン軸377aに対して取り付けられている。また第1摩擦板連結部377には、スプライン軸377aに対するスライド軸377bの軸方向の位置を所定の位置に位置決めするバネ機構(図示省略)が設けられている。スライド軸377bにおけるフランジ状の部分の外周の縁部には第1摩擦板356の内周が固定されており、第1摩擦板356はスライド軸377bと一体に結合されている。
 上記の構成を有する回転抑制手段349において、駆動軸312aが回転すると、スプライン軸377a、スライド軸377b及び第1摩擦板356も駆動軸312aとともに回転する。後述の電磁石353が励磁された状態では、駆動軸312a及びスプライン軸377aに対して軸方向にスライド移動可能に保持されたスライド軸377b及び第1摩擦板356は、バネ機構により、スプライン軸377aの軸方向に関して所定位置に位置決めされている。この所定位置に配置されている第1摩擦板356は、後述の第2摩擦板357及び第3摩擦板358から離間している。
 第2摩擦板357は、第1摩擦板356に対して当接可能に設けられ、第1摩擦板356に当接することで駆動軸312aの回転を制動する制動力を発生させる部材として設けられている。本例の第2摩擦板357は、当接部357a及びアーマチュア部357bを有する。
 アーマチュア部357bは、例えば磁性材料で形成され、中央に貫通孔を有するリング状の板状部材として設けられており、駆動軸312aの軸方向と平行にスライド移動可能な状態で、電磁石353に保持されている。なお、アーマチュア部357bを軸方向へスライド移動可能な状態で電磁石353に保持する機構の図示は省略されている。アーマチュア部357bの貫通孔には、駆動軸312aの一方の端部、スプライン軸377a及びスライド軸377bの筒状部分が貫通した状態で配置されている。
 当接部357aは、例えば焼結金属材料で形成され、中央に貫通孔を有するリング状の板状部材として設けられており、アーマチュア部357bに対して固定され、第1摩擦板356に対して当接可能に設置されている。より具体的には、当接部357aは、第1摩擦板356に対向する側とは反対側において、アーマチュア部357bに固定されている。第1摩擦板356及び当接部357aは、図20及び図21に示す例では互いに対向する側の端面(当接面)においてほぼ同じ面積を有するが、これらの当接面の面積は相互に異なっていてもよい。
 また本例では、電動機312のカバー372の一方の端部のうち第1摩擦板356に対向する箇所において、第3摩擦板358が設けられている。第3摩擦板358は、例えば焼結金属材料で形成され、中央に貫通孔を有するリング状の板状部材として設けられており、第3摩擦板358は第1摩擦板356と当接可能な位置に設置されている。第1摩擦板356及び第3摩擦板358は、図20及び図21に示す例では互いに対向する側の端面(当接面)においてほぼ同じ面積を有するが、これらの当接面の面積は相互に異なっていてもよい。
 弾性部材355は、後述する電磁石353の電磁石本体353aに保持され、第2摩擦板357を電磁石353側から第1摩擦板356側に向かって付勢する。弾性部材355は、典型的にはコイルバネとして設けられ、図20及び図21に示す例では複数設けられているが、コイルバネ以外の弾性部材であってもよいし、一つのみ設けられていてもよい。複数の弾性部材355は、電磁石本体353aにおいて、駆動軸312aを中心とする周方向に均等角度で配置されることが好ましい。特に本例の複数の弾性部材355は、電磁石本体353aにおいて、駆動軸312aを中心とした同心円状に内周側及び外周側の2つの配列で周方向に配置されている。同心円状に配置される弾性部材355のうち内周側に配置される弾性部材355はコイル部353bの内側に配置され、外周側に配置される弾性部材355はコイル部353bの外側に配置される。なお、上述の弾性部材355の配置形態は例示に過ぎず、弾性部材355は他の配置形態をとってもよい。
 電磁石353は、電磁石本体353a及びコイル部353bを含み、第2摩擦板357を磁力によって引き付けることにより第2摩擦板357を第1摩擦板356から離間させる。
 電磁石本体353aは、中央に貫通孔を有する円筒状の構造体として設けられており、電磁石本体353aの貫通孔には駆動軸312aの端部が配置される。電磁石本体353aは、第2摩擦板357に対向する側とは反対側の端部において、ハウジング351に固定されている。電磁石本体353aには、第2摩擦板357に向かって開口する複数の弾性部材保持穴353cが設けられており、これらの弾性部材保持穴353cの各々に弾性部材355が配置される。
 コイル部353bは、電磁石本体353aの内部に設置され、電磁石本体353aの周方向に配置されている。コイル部353bへの電流の供給及び遮断は、制御部370の指令に基づいて行われる。
 例えば回転抑制手段349による駆動軸312aの制動の解除が行われる際には、制御部370の指令に基づいて、コイル部353bへ電流が供給されて電磁石353は通電される。電磁石353が通電されて励磁された状態になると、電磁石353において発生した磁力によって、第2摩擦板357のアーマチュア部357bがコイル部353bに引き付けられる。このとき第2摩擦板357は、複数の弾性部材355の弾性力(バネ力)に抗して、電磁石353に引き付けられる。これにより、第2摩擦板357の当接部357aが第1摩擦板356から離間し、駆動軸312aの制動が解除される。したがって、電磁石353が励磁されて駆動軸312aの制動が解除された状態では、第2摩擦板357のアーマチュア部357bは電磁石本体353aに当接した状態となる。
 一方、回転抑制手段349による駆動軸312aの制動が行われる際には、制御部370の指令に基づいて、コイル部353bへの電流の供給が遮断されて電磁石353は消磁される。電磁石353が消磁された状態になると、複数の弾性部材355の弾性力によって第2摩擦板357が第1摩擦板356に向かって付勢され、第2摩擦板357の当接部357aが第1摩擦板356に当接する。これにより、第2摩擦板357と第1摩擦板356との間で摩擦力が生じ、駆動軸312aの回転が制動される。すなわち、図示された例において、回転抑制手段349は、無励磁作動型ブレーキ機構として構成されている。なお図20及び図21は、電磁石353が消磁された状態であり、駆動軸312aの回転が制動されている状態を示す。
 また、電磁石353が消磁されて駆動軸312aが制動された状態では、第1摩擦板356は、第2摩擦板357から作用する付勢力によって、第3摩擦板358にも当接する。したがって電磁石353が消磁されると、第1摩擦板356は、複数の弾性部材355からの付勢力によって、第2摩擦板357と第3摩擦板358との間で挟み込まれた状態となる。これにより、第2摩擦板357と第1摩擦板356との間で生じる摩擦力と、第1摩擦板356と第3摩擦板358との間で生じる摩擦力とによって、駆動軸312aの回転が非常に強く制動される。
 被検出部375は、駆動軸312aの軸方向と平行な方向における第2摩擦板357の位置及び変位量を後述の検出部376によって検出するために、第2摩擦板357に固定される要素として設けられている。本例の被検出部375は、永久磁石として設けられ、第2摩擦板357のアーマチュア部357bに固定されており、特にアーマチュア部357bの外周部のうち電磁石353側部分に取り付けられている。この被検出部375の位置及び変位量を検出部376によって検出することで、第2摩擦板357のうち電磁石353に当接可能な部分の位置及び変位量(とりわけ駆動軸312aの軸方向と平行な方向に関する位置及び変位量)を検知することができる。
 検出部376は、第2摩擦板357とともに変位する被検出部375の位置及び変位量を検出可能なセンサとして設けられている。すなわち検出部376は、駆動軸312aの軸方向と平行な方向に関する被検出部375の位置及び変位量を検出することで、駆動軸312aの軸方向と平行な方向における第2摩擦板357の位置及び変位量を検知することができる。
 本例の検出部376は、永久磁石である被検出部375によってもたらされる磁場(磁界)の強さ及び方向を計測する磁気センサとして設けられ、ハウジング351の内壁に固定されている。検出部376は、被検出部375によってもたらされる磁場(磁界)の強さ及び方向を計測することで、被検出部375の位置及び変位量を検出する。したがって検出部376は、駆動軸312aの軸方向と平行な方向に関し、被検出部375に対応する位置で、ハウジング351に固定されることが好ましい。
 検出部376は、通信ケーブル379を介して制御部370に接続され、制御部370に対して検出結果を出力する。したがって制御部370は、複数の駆動装置311の各々の検出部376から、第2摩擦板357の位置及び変位量の検出結果を受信する。なお、各検出部376は、制御部370からの指令信号を、通信ケーブル379を介して受信する。
 制御部370は、旋回コントローラ109(図17参照)によってコントロールされ、各駆動装置311の検出部376から送られてくる検出結果に基づいて、第2摩擦板357の作動確認を行うとともに、第1摩擦板356及び第2摩擦板357の少なくともいずれかの摩耗量を検知することができる。制御部370による第2摩擦板357の作動確認は、例えば電磁石353が消磁された状態から励磁された状態に移行する際に検出部376によって検出される第2摩擦板357の位置に基づいて実行可能である。また制御部370による第1摩擦板356及び/又は第2摩擦板357の摩耗量の検知は、例えば電磁石353が消磁されている状態で、検出部376によって検出される第2摩擦板357(被検出部375)の位置に基づいて実行可能である。
 このように本例では、被検出部375、検出部376及び制御部370の組み合わせによって「回転抑制手段349による舵101の回転の制動が機能しているか否かを検知する検知手段」が構成されている。例えば回転抑制手段349の制動機能が適切に機能している場合、電磁石353が消磁された状態では第2摩擦板357が第1摩擦板356に当接し、電磁石353が励磁された状態では第2摩擦板357が第1摩擦板356から離間するように、電磁石353の消磁状態及び励磁状態に応じて被検出部375の位置が軸方向に変化する。したがって制御部370は、検出部376によって検出される第2摩擦板357の位置に基づいて、回転抑制手段349によって舵101の回転が制動されているか否かを検知することが可能である。また回転抑制手段349の制動機能が適切に機能していない場合には、被検出部375の位置が電磁石353の消磁状態及び励磁状態にかかわらず変化しなかったり、電磁石353の消磁状態及び励磁状態に応じて想定される位置とは異なる位置に被検出部375が配置されたりする。したがって制御部370は、検出部376によって検出される第2摩擦板357の位置に基づいて、回転抑制手段349の制動機能が適切に機能しているか否かを検知することが可能である。制御部370は、回転抑制手段349の制動機能が適切に機能していないことを検知した場合には、船舶Sの操作者等に対して警告等を発し、操作者等の注意を喚起することが好ましい。
 なお本例の制御部370には、力検出機構380が接続され、力検出機構380による検出結果が制御部370に送られる。力検出機構380は、舵101、リングギア(被動ギア)104、駆動装置311及び回転抑制手段349のうちの少なくともいずれかに作用する力を直接的又は間接的に検出する。制御部370は、力検出機構380の検出結果が示す「検出対象に作用する力」が所定の閾値よりも大きい場合、回転抑制手段349を制御して舵101の回転の制動を解除する。回転抑制手段349によって舵101の回転が制動された状態で過大な力が舵101、リングギア(被動ギア)104、駆動装置311或いは回転抑制手段349に作用し続けると、その力を逃がすことができず、舵101やリングギア104等の部品が破損してしまう虞がある。一方、本例のように、「検出対象に作用する力」に応じて回転抑制手段349による制動を解除することで、舵101が回転して力を逃がすことができ、舵101やリングギア104等の部品の破損を防ぐことができる。
 なお、力検出機構380の具体的な検出箇所や検出手法は特に限定されず、力検出機構380は、舵101、リングギア(被動ギア)104、駆動装置311及び回転抑制手段349のうちの少なくともいずれかに作用する力を直接的又は間接的に検出可能な任意の構成によって実現可能である。したがって力検出機構380は、例えばリングギア104や舵101の歪みを計測するセンサを使って力を直接的に検出してもよい。また力検出機構380は、リングギア104の回転速度を測定し、当該測定値と計算値との差分値に基づいてリングギア104に作用する力を検出してもよいし、電動機312の駆動電流値を測定し、当該測定値と計算値との差分値に基づいて、舵101、リングギア(被動ギア)104及び駆動装置311のいずれかに作用する力を検出してもよい。なお力検出機構380によって検出される「力」の種類は問われず、例えば、外部から加えられる外力であってもよいし、舵101、リングギア(被動ギア)104、駆動装置311及び回転抑制手段349のうちの少なくともいずれかの不具合によって生じうる力であってもよい。
 また回転抑制手段349は力検出機構380が検出する力が「所定の閾値」よりも大きい場合に制動を解除するが、制動の解除の基準となるここでいう「所定の閾値」は、様々な観点から定められうる。例えば舵101自体の破損を防ぐ観点や、リングギア104等の特に破損が望まれない部品の破損を防ぐ観点や、ピニオン317等の応力が集中して破損し易い部品の破損を防ぐ観点等に基づいて、ここでいう「所定の閾値」を適宜定めることができる。
 以上説明したように第3の実施形態に係る電動舵取機301によれば、駆動装置311からの駆動力が舵101に加えられていない状態においても、回転抑制手段349によって舵101の回転を適切に抑制することができる。すなわち、回転抑制手段349によれば、意図しない舵101の回転を効果的に防ぐことができる。
 したがって、運航中に進行方向を変更する機会が比較的少なく、一定方向に進行する時間が比較的長い航行において、船舶Sを一定方向に進行させる際に回転抑制手段349によって舵101の向きを固定することで、非常に高い省エネルギー効果を期待することができる。特に、第3の実施形態のように回転抑制手段349の電磁石353の非通電時に制動力を生じさせて、電磁石353の通電時に制動力を解除する構成とすることで、一定方向に進行する時間が比較的長い航行では運航全体における回転抑制手段349の通電時間を短くすることができるため、より高い省エネルギー効果が得られる。
 また、回転抑制手段349を駆動装置311(特に電動機312)と一体的に設けることによって、回転抑制手段349及び駆動装置311をユニット化することができる。回転抑制手段349及び駆動装置311をユニット化することで、回転抑制手段349及び駆動装置311のいずれかの箇所に不具合が生じた場合であっても、回転抑制手段349及び駆動装置311のユニットを適切に作動する他のユニットに交換することで、簡単に不具合を解消することができる。
[変形例]
 第3の本発明は上述の第3の実施形態に限定されるものではなく、他の変形が加えられてもよい。
 例えば上述の第3の実施形態では、回転抑制手段349が駆動装置311(特に電動機312)と一体的に設けられているが、舵101の回転を適切に制動することができるのであれば、回転抑制手段349の構成は特に限定されない。したがって回転抑制手段349は、電動機312の駆動軸312aの回転を制動するものだけはなく、リングギア104(駆動ギア)や減速機313を構成する各種要素の回転を制動することで舵101の回転を間接的に制動するものであってもよいし、舵101の回転を直接的に制動するものであってもよい。また制動方式も特に限定されず、直接的な制動対象(上述した第3の実施形態では第1摩擦板356)に摩擦抵抗を与えることで制動力を得る方式以外の方式が採用されてもよい。また回転抑制手段349は、電磁式以外の制動方式であってもよく、例えば油圧式の制動装置等を有していてもよい。
 上述した第3の実施の形態において、回転抑制手段349が、ブレーキ機構350である例を示したが、この例に限られない。例えば、回転抑制手段349は、舵101の回転を抑制するための種々の手段として構成され得る。例えば、図18に示すように、回転抑制手段349が、ピン361と、ピン361を駆動するピン駆動機構362と、を有するようにしてもよい。ピン駆動機構362は、ピン361をその軸線方向に沿って、移動させることができる。ピン361は、ピン駆動機構362に駆動されることで、舵101または舵101と連動して動作する構成要素と係合する位置、および、舵101または舵101と連動して動作する構成要素から離間する位置との間を移動することができる。ピン361が、舵101または舵101と連動して動作する構成要素と係合することで、舵101または舵101と連動して動作する構成要素の動作を制動することができる。図18に示された例において、ピン361は、リングギア104の回転軸線L1と平行な方向に移動可能となっている。図示されたピン361は、リングギア104の歯と歯との間に入り込み、これにより、リングギア104の回転を規制することで、舵101の回転を制動するようになっている。しかしながら、図示された例に限られず、ピン361が、例えば、電動機312の各部や減速機313の各部(ギア等)と係合することで、舵101の回転を抑制さらには規制するようにしてもよい。
 さらに、上述した第3の実施の形態において、回転抑制手段349が、駆動装置311内に配置される例を示したが、この例に限られない。上述したピン361のように、駆動装置311とは別体として、回転抑制手段349が設けられていてもよい。
 また上述した第3の実施形態では、キャリア325(基部キャリア327)にピニオン317を連結するボルト318(図19参照)によって、駆動ギアであるピニオン317及び被動ギアであるリングギア104の噛み合いを解除する退避機構385が構成されているが、他の部材によって退避機構385が構成されてもよい。退避機構385は、少なくとも駆動ギア(ピニオン317)を被動ギア(リングギア104)から離間させて被動ギアと噛み合う位置から退避させることで、駆動ギア及び被動ギアの噛み合いを解除することが可能な任意の機構を採用することが可能である。したがって退避機構385は、駆動装置311からピニオン317を脱落させることが可能な上述の機構(ボルト318)だけではなく、駆動装置311自体を移動させることでピニオン317をリングギア104から離間させることが可能な機構や、リングギア104を移動させることでピニオン317をリングギア104から離間させることが可能な機構であってもよい。なお駆動ギア(ピニオン317)を被動ギア(リングギア104)から離間させる具体的な手法は特に限定されず、駆動ギア及び被動ギアのうち少なくともいずれか一方を、回転軸の軸方向に相対的に移動させてもよいし、回転軸の径方向に相対的に移動させてもよい。例えば、図18に示された退避機構385は、駆動装置311を回転軸線L1と平行な方向に移動させることで、駆動ギア(ピニオン317)と被動ギア(リングギア104)との噛み合いを解除することができるようになっている。また、退避機構385が、駆動装置311を回転軸線L1と直交する方向(すなわち径方向)に移動させることで、駆動ギア(ピニオン317)と被動ギア(リングギア104)との噛み合いを解除するようにしてもよい。
 なお退避機構385による「駆動ギア及び被動ギアの噛み合いの解除」は、操作者等によって手動的に行われてもよいし、例えば力検出機構380の検出結果に応じて自動的に行われてもよい。例えば図19に示すようなボルト318によって退避機構385が構成される場合には、操作者等が必要に応じてボルト318を駆動装置311から取り外すことで、駆動ギア及び被動ギアの噛み合いを解除することができる。一方、図18に示すように退避機構385が駆動ギア(ピニオン317)及び被動ギア(リングギア104)のうちの少なくともいずれか一方を移動させる場合、退避機構385は力検出機構380の検出結果を受信し、その検出結果に応じて駆動ギア及び被動ギアのうちの少なくともいずれか一方を移動させてもよい。この場合、退避機構385は、例えば力検出機構380が検出する力が所定の閾値よりも大きい場合に、駆動ギア及び被動ギアのうちの少なくともいずれか一方を移動させて、駆動ギア及び被動ギアの噛み合いを解除してもよい。したがって退避機構385は、例えばユニット化された「ユニット駆動装置311及び回転抑制手段349」自体を移動して、駆動ギア及び被動ギアの噛み合いを解除することも可能である。
 また上述した第3の実施形態のように一つの舵101に対して複数の回転抑制手段349が設けられる場合、各回転抑制手段349に期待される「制動に関する定格トルク」の大きさは、舵101の回転の制動に要求される「設計制動トルク」に応じて適宜定めることができ、具体的なトルクの値は特に限定されない。ここでいう「制動に関する定格トルク」は、各回転抑制手段349において指定条件下で安全に発生可能な制動トルクを意味し、回転抑制手段349の構成に応じて定められる。また「設計制動トルク」は、指定条件下で舵101の回転を止めるために必要な制動トルクを意味し、想定される使用環境や舵101の構成に応じて定められる。
 なお、複数の回転抑制手段349のうちの一部の回転抑制手段349の制動に関する定格トルクの総和は、舵101の回転の制動に要求される設計制動トルク以上であることが好ましい。例えば複数の回転抑制手段349を構成する各回転抑制手段349が、単独で、舵101の回転の制動に要求される設計制動トルク以上の定格トルクを生じさせてもよいし、2以上の回転抑制手段349の制動に関する定格トルクの総和が、舵101の回転の制動に要求される設計制動トルク以上であってもよい。この場合、例えば故障等によっていずれかの回転抑制手段349が本来の定格トルクよりも小さな制動力しか生じさせることができなくなったとしても、他の回転抑制手段349によって舵101の回転を適切に制動することができる。したがって、例えば回転抑制手段349の駆動状態を制御部370によって監視し、少なくとも1台の回転抑制手段349が故障等により駆動していないことが検出された場合には、残りの回転抑制手段349を駆動して舵101の回転を制動してもよい。このような制動が行われる場合、駆動装置311(特に電動機312)が作動しないように旋回コントローラ109は制御を行うことが好ましい。
 また、上述の図18に示す例では、4台の駆動装置311が設けられる例を説明したが、駆動装置311は、4台より多くてもよいし少なくてもよいし、その数は限定されない。特に駆動装置311が1台のみしか設けられない場合には、駆動装置311(減速機313)と舵101とを直接的に連結してもよい。複数の駆動装置311が設けられる上述の実施形態では、各駆動装置311のピニオン317がリングギア104と噛み合って、各駆動装置311(各減速機313)と舵101とがリングギア104を介して連結される。一方、駆動装置311が1台の場合には、駆動装置311(減速機313)と舵101とを直接的に連結してもよい。すなわち駆動装置311が1台の場合には、ピニオン317やリングギア104は必ずしも必要とされず、駆動装置311の出力軸(上述した第3の実施形態ではキャリア325(基部キャリア327))と舵101(上述した第3の実施形態では旋回筒103)とを一体的に連結し、駆動装置311の出力軸から舵101に回転動力を直接伝達してもよい。この場合、舵101の回転軸線と駆動装置311の出力軸の回転軸線とが一致することが好ましい。
 さらに、上述した一実施の形態において、回転抑制手段349による舵101の回転の制動が機能しているか否かを検知する検知手段が、被検出部375、検出部376及び制御部370の組み合わせによって、構成されている例を示したが、この例に限られない。例えば、検知手段は、電磁ブレーキに供給される電流値を監視して、或いは、舵101に負荷されるトルクを監視して、回転抑制手段349による舵101の回転の制動が機能しているか否かを検知するようにしてもよい。
 さらに、上述した一実施の形態では、駆動装置311による駆動力が舵101に加えられていない状態において、回転抑制手段349が、舵101の回転を抑制することで、消費電力の低減を可能にした。そこで、駆動装置311の状態を検出する状態検出機構364(図20参照)が、更に設けられ、駆動装置311が動作していないことを状態検出機構364が検出した場合に、回転抑制手段349が、舵101の回転を抑制するようにしてもよい。状態検出機構364は、例えば、駆動装置311の出力軸の動作を監視することで、或いは、駆動装置311に供給され電流値を監視することで、或いは、駆動装置311のトルクを監視することで、或いは、これの組み合わせにより、駆動装置311の状態、例えば、駆動装置311からの駆動力が舵101に出力されているか否かを検出するようにしてもよい。図20に示すように、状態検出機構364が制御部370に接続され、状態検出機構364の検出結果は制御部370に送信される。制御部370は、状態検出機構364での検出結果に基づき、回転抑制手段349の動作を制御する。
 さらに、上述した一実施の形態において、駆動装置311が電動機を含み、電力により、駆動装置311が電力供給を受けて舵101を駆動する例を示したが、これに限られない。例えば、駆動装置311が、油圧により、舵101を駆動するようにしてもよい。
 さらに、上述した一実施の形態において、船舶Sの舵101の回転駆動について説明したが、本発明を船舶S以外に用いられる舵の制御、例えば、航空機の舵(翼)に対して適用することができる。すなわち、上述してきた舵101は、航空機の翼であってもよく、本発明はこのような形態を包含する。
<第4の実施の形態>
 以下、図22~図24を参照しながら第4の発明に関連した第4の実施の形態について説明する。
 図22は第4の実施の形態に係る電動舵取機401及び電動舵取機401によって操作される舵101の概略図であり、図23は電動舵取機401及び舵101を概略的に示した斜視図である。船舶Sは、船舶本体100と、船舶本体100の船尾下部に設けられる舵101とを備える。舵101は、舵本体102と、舵本体102の上部から突出する円筒状の旋回筒103と、旋回筒103の上部に設けられた被動ギアである円環状のリングギア104と、を有している。リングギア104は、舵101(特に本例では旋回筒103)に連結され、舵101の回転軸線L1上に回転中心がある。
 舵101は、旋回筒103の上部が船舶本体100の船尾下部に回転可能に支持されることにより、回転軸線L1を中心に回転自在となっている。リングギア104は、旋回筒103と一体に回転するように旋回筒103に固定されている。
 図示の船舶本体100においては、舵101の前方にプロペラ105が設けられている。プロペラ105は、図示省略する電動機あるいは内燃機関等によって回転駆動される。プロペラ105を回転させることにより、船舶Sが前方に推進する。この際、舵101を電動舵取機401によって旋回させることにより、船舶Sを所望の旋回方向に旋回させることが可能となる。なお、本実施の形態においては、電動舵取機401とリングギア104との組合せが、電動舵取機構Mに対応し、電動舵取機401とリングギア104と舵101との組合せが、電動舵取ユニットUに対応する。
 本実施の形態に係る電動舵取機401は、旋回筒103の上方において船舶本体100内に配置されている。図23に示すように、電動舵取機401は、複数(本例では、4台)の駆動装置411(411a,411b,411c,411d)を備えている。駆動装置411(411a,411b,411c,411d)の各々は、船舶本体100に固定されている。
 駆動装置411(411a,411b,411c,411d)の各々は、電動機412と、電動機412の回転(後述の出力軸412a(駆動軸)の回転)、すなわち電動機412から出力される回転動力を減速させて出力軸に対応する後述のキャリア425(図24参照)から出力する減速機413と、キャリア425に設けられた駆動ギアであるピニオン417と、を有している。このうち、ピニオン417は、上述のリングギア104と噛み合い、その回転によって舵101を旋回させるように構成されている。詳しくは、電動機412の回転が減速機413によって減速されてキャリア425から出力され、これによりピニオン417から減速された回転がリングギア104に伝達され、舵101が旋回する。
 本実施の形態おいて、駆動装置411(411a,411b,411c,411d)の各々における電動機412、減速機413及びピニオン417は、互いに同一のものが用いられている。すなわち、各電動機412は同一の型式であり、同一の定格出力、定格トルク及び定格回転速度等を有している。各減速機413は、同一の構造であり、同一の速比を有している。各ピニオン417は、同一の歯数を有し、同一の内外径を有している。したがって、各駆動装置411(411a,411b,411c,411d)の定格出力、定格トルク及び定格回転速度等も互いに同一となっている。
 各電動機412は、図22に示すインバータ108に接続されており、このインバータ108によって供給電力が制御される。インバータ108は、通信可能に接続された旋回コントローラ109からの指令信号に基づいて電源周波数及び電源電圧を調整して、電動機412の回転速度や回転位置を制御するように構成されている。
 旋回コントローラ109は、図示省略するメインコントローラに対して通信可能に接続されており、当該メインコントローラは、船舶Sの操作者の操作に基づいて船舶Sの旋回方向や旋回速度を決定し、指令信号を旋回コントローラ109に出力する。旋回コントローラ109は、メインコントローラから出力された指令信号に応じて決定される各電動機412における回転速度及び回転を停止する回転角度位置についての回転指令信号をインバータ108に出力するようになっている。そして、インバータ108が、旋回コントローラ109から出力された回転指令信号に応じて電動機412を回転させることにより、この回転が減速機413、ピニオン417及びリングギア104を経て舵101に伝達される。これにより、舵101が所望の旋回方向に向けて所望の旋回速度で旋回することになる。なお、本実施の形態では、インバータ108を用いて電動機412が制御されるが、インバータ108を用いること無く、電動機412が制御されてもよい。
 図24は、駆動装置411の断面図である。図24に示すように、減速機413は、入力軸414、ケース415、上述のキャリア425を含む減速部416等を備えている。減速機413では、下側に配置された一端側においてケース415から一部が突出するように位置するキャリア425にピニオン417が取り付けられ、上側に配置された他端側においてケース415に対して電動機412が取り付けられている。減速機413においては、上側に配置された電動機412から入力された回転がケース415の内側に配置された減速部416を介して減速されてキャリア425から出力される。
 図23に示すように、各減速機413のキャリア425に設けられたピニオン417は、回転軸線L1の周囲に配置され、且つ船舶本体100に対して回転自在に支持されたリングギア104の外周に形成された歯104aとそれぞれ噛み合うように配置されている。この場合には、各駆動装置411のメンテナンスを行うことが容易となる。なお、本実施の形態では、リングギア104の外周に歯104aが形成されているが、歯104aは、リングギア104の内周に形成されていてもよい。この場合、ピニオン417は、リングギア104の内周において歯104aとそれぞれ噛み合うように配置される。この場合には、リングギア104の大きさを大きくでき、例えば剛性を確保することができる。
 各ピニオン417は、リングギア104の外周に沿ってその周方向に等間隔に(本実施の形態では90°毎に)配置されている。このように各ピニオン417が配置されているため、各電動機412が回転することで各ピニオン417が回転し、船舶本体100に回転自在に支持されるとともにピニオン417に噛み合うリングギア104が回転軸線L1を中心として回転する。これにより、リングギア104が設けられた舵101が回転軸線L1を中心に旋回するようになっている。なお、本実施の形態では、各ピニオン417がリングギア104の外周に沿ってその周方向に等間隔に配置されるが、ピ二オン417の配置は、この態様に限定されるものではない。例えば、駆動装置411の周辺の他の装置の配置に応じて、駆動装置411がリングギア104の所定領域に密集して配置されてもよい。
 図24に示すように、本実施の形態に係る減速機413は、偏心揺動型減速機である。図24を参照しつつ、減速機413の構成について詳述する。以下の説明においては、減速機413にて、ピニオン417が配置される下側である出力側を一端側として、電動機412が配置される上側である入力側を他端側として説明する。図24においては、説明の便宜上、一端側を示す矢印と、他端側を示す矢印と、が示されている。
 図24に示すように、減速機413における上述のケース415は、筒状に形成された第1ケース部415a、第2ケース部415b及び第3ケース部415cを備えている。第1乃至第3ケース部(415a、415b、415c)は、直列に配置されてボルト等の締結手段によって連結されている。第1ケース部415aは、一端側に配置され、その他端側に第2ケース部415bが固定され、更にその第2ケース部415bの他端側に第3ケース部415cが固定されている。
 ケース415の内部には、入力軸414や減速部416等が収納され、電動機412の出力軸412a、入力軸414及び減速部416は、減速機413の回転軸線である減速機軸線Qの方向に沿って直列に配置されている。ケース415は、一端側(第1ケース部415aの端部側)が開放し、他端側(第3ケース部415cの端部側)には、電動機412が固定されている。
 ケース415における第1ケース部415aの内周には、内歯を構成する複数のピン内歯420が配置されている。ピン内歯420は、ピン状の部材であり、その長手方向が減速機軸線Qと平行に位置するように配置されるとともに、第1ケース部415aの内周において周方向に沿って等間隔に配列され、後述する外歯歯車426の外歯441と噛み合うように構成されている。
 図24に示すように、入力軸414は、電動機412の出力軸412aに対してカップリング421を介して連結されている。入力軸414の一端部側(カップリング421側とは反対側の端部側)には、減速部416における後述のクランク軸用歯車423と噛み合うギア部414aが設けられている。入力軸414は、電動機412から出力される回転を減速部416に伝達するように構成されている。また、ケース415のうちの第2ケース部415bの中央には、玉軸受422が設けられ、玉軸受422に入力軸414が回転自在に支持されている。
 減速部416は、上述のクランク軸用歯車423、クランク軸424、キャリア425、外歯歯車426、主軸受(430、431)等を備えている。このうち、クランク軸用歯車423は、平歯車要素として設けられており、入力軸414のギア部414aと噛み合うようにギア部414aの周囲に複数(例えば、3つ)配置されている。クランク軸用歯車423は、中央部分に貫通孔が形成され、この貫通孔においてクランク軸424の他端側に対してスプライン結合により固定されている。
 クランク軸424は、減速機軸線Qを中心とした周方向に沿って等間隔に複数(例えば、3つ)配置されており、その軸方向が減速機軸線Qと平行になるように配置されている。各クランク軸424は、外歯歯車426に形成されたクランク用孔434をそれぞれ貫通するように配置されており、他端側に配置された入力軸414からの回転をクランク軸用歯車423を介して伝達されて回転することで、外歯歯車426を偏心させて揺動回転させるようになっている。このとき、クランク軸424は、自らの回転(自転)に伴う外歯歯車426の回転とともに、公転動作を行うことになる。
 本実施の形態において、クランク軸424は、軸本体424cと、軸本体424cに設けられた第1偏心部424a及び第2偏心部424bと、を有している。第1偏心部424a及び第2偏心部424bは、軸本体424cの軸方向中央側に形成され、第1偏心部424aが一端側に位置し、第2偏心部424bが他端側に位置している。第1偏心部424a及び第2偏心部424bは、軸方向と垂直な断面が円形断面となるように形成され、それぞれの中心位置がクランク軸424の中心軸線に対して偏心するように設けられている。これら第1偏心部424a及び第2偏心部424bが、外歯歯車426の上述のクランク用孔434内に配置されている。
 クランク軸424の軸本体424cの一端部は、図示しない軸受を介してキャリア425に対して回転自在に保持されており、軸本体424cの他端部は、図示しない軸受を介してキャリア425に対して回転自在に保持されている。このうち、軸本体424cの他端部は、キャリア425から他端側に突出して、上述のクランク軸用歯車423が固定されている。
 キャリア425は、基部キャリア427と、端部キャリア428と、支柱429と、を備えている。このうち、基部キャリア427にクランク軸424の軸本体424cの一端部が回転自在に保持され、端部キャリア428に軸本体424cの他端部が回転自在に保持されている。
 基部キャリア427の一端側には、ボルト418を介してピニオン417が連結されている。端部キャリア428は、円板状に形成されており、支柱429を介して基部キャリア427に連結されている。支柱429は、基部キャリア427と端部キャリア428との間に配置され、基部キャリア427と端部キャリア428とを連結する柱状部分として設けられている。支柱429は、減速機軸線Qを中心とした周方向に沿って複数配置され、その軸方向が減速機軸線Qと平行となるように配置されている。なお、各支柱429には、端部キャリア428から延びるボルトが挿入されており、これにより端部キャリア428と基部キャリア427とが支柱429を介して連結されている。
 またキャリア425は、主軸受(430、431)を介してケース415に対して回転自在に保持されている。図24に示すように、主軸受430は、基部キャリア427をその外周側において第1ケース部415aの内周側に対して回転自在に保持する玉軸受として構成されている。また、主軸受431は、端部キャリア428をその外周側において第1ケース部415aの内周側に対して回転自在に保持する玉軸受として構成されている。
 次に外歯歯車426は、平行に配置された状態でケース415内に収納される第1外歯歯車426aと第2外歯歯車426bとで構成されている。第1外歯歯車426a及び第2外歯歯車426bにはそれぞれ、クランク軸424が貫通する上述のクランク用孔434、及び、支柱429が貫通する支柱貫通孔が形成されている。なお、外歯歯車426(426a、426b)のクランク用孔434は、クランク軸424の数に対応した数で形成されている。また、支柱貫通孔も、同様に、支柱429の数に対応した数で形成されている。
 第1外歯歯車426a及び第2外歯歯車426bのそれぞれの外周には、ピン内歯420に噛み合う外歯441が設けられている。外歯441の歯数は、ピン内歯420の歯数よりも1個又は複数個少なくなるように設けられている。これにより、クランク軸424が回転するごとに、噛み合う外歯441とピン内歯420との噛み合いがずれ、外歯歯車426(426a、426b)が偏心して揺動回転することになる。なお、外歯歯車426は、クランク用孔434において外歯用軸受(図示せず)を介してクランク軸424を回転自在に保持している。
 この減速機413においては、電動機412からの回転が入力軸414に伝達されると、クランク軸424が回転する。このとき、クランク軸424の第1及び第2偏心部424a,424bは、それぞれ、偏心回転する。偏心部424a,424bが偏心回転すると、外歯歯車426は、揺動回転する。このとき、外歯歯車426は、ケース415のピン内歯420にその外歯441を噛み合わせながら、ケース415に対して回転する。この結果、クランク軸424を介して外歯歯車426を支持するキャリア425がケース415に対して回転する。これにより、減速によってトルクが増加された回転がピニオン417からリングギア104に伝達され、舵101が旋回することになる。
 また、本実施の形態においては、図24に示すように、各電動機412の上部に制動装置としての電磁ブレーキ450が設けられている。本実施の形態の電磁ブレーキ450は、上側に突出する電動機412の出力軸412aの回転を制動することにより、舵101の回転を制動するようになっている。
 図24に示すように、電磁ブレーキ450は、電動機412の上部に固定された有頂筒状のハウジング451と、電動機412の出力軸412aの他端部(上端部)に固定され且つハウジング451に収容された円板状の第1摩擦板452と、第1摩擦板452の上側においてハウジング451の上部内面に固定された円筒状の電磁石453と、電磁石453及び第1摩擦板452の間において電磁石453に対して離接自在に配置された円板状のアーマチュア454と、アーマチュア454の第1摩擦板452側の面に固定された円板状の第2摩擦板455と、アーマチュア454を第1摩擦板452側に向けて付勢する弾性部材456と、第1摩擦板452の下側において電動機412の上部に固定された円板状の第3摩擦板457と、を有している。
 第1摩擦板452、電磁石453、アーマチュア454、第2摩擦板455及び第3摩擦板457は、同軸上に配置されており、各部材の内側に、電動機412の出力軸412aが通されている。電磁石453は、円筒状の電磁石本体453aと、電磁石本体453a内に配置された円環状のコイル453bと、を有している。
 この電磁ブレーキ450では、コイル453bに電流が供給されず電磁石453が非励磁の状態とされる際に、弾性部材456がアーマチュア454を介して第2摩擦板455を第1摩擦板452に押し付けて、第1摩擦板452が第2摩擦板455と第3摩擦板457との間に挟み込まれ、電磁ブレーキ450が制動状態となる。これにより、出力軸412aの回転が制動され、その結果、舵101の回転が制動される。また、コイル453bに電流が供給され電磁石453が励磁の状態とされた際には、弾性部材456に抗してアーマチュア454が電磁石453側に引き寄せられて、第2摩擦板455が第1摩擦板452から離間し、電磁ブレーキ450が非制動状態となる。これにより、出力軸412aの回転が許容され、その結果、舵101の旋回が許容される。なお、電磁ブレーキ450の制御は、上述の旋回コントローラ109によって行われるようになっている。
 ところで、上述の構成を備える本実施の形態に係る電動舵取機401は、複数の駆動装置411(411a,411b,411c,411d)のうちの一部の駆動装置(例えば1台、2台等)が駆動していない状態において駆動される残りの駆動装置の定格トルクの総和TSUMが、舵101の旋回に要求される設計旋回トルクT以上となるように、構成されている。換言すると、電動舵取機401は、複数の駆動装置411(411a,411b,411c,411d)のうちの一部の駆動装置を除いた残りの駆動装置の定格トルクの総和TSUMが、舵101の旋回に要求される設計旋回トルクT以上となるように、構成されている。つまり、この電動舵取機401では、複数の駆動装置411(411a,411b,411c,411d)のうちの一部の駆動装置が駆動していない状態において、残りの駆動装置によって舵101を旋回できるように、各駆動装置411の定格トルクが設定されている。
 すなわち、本実施の形態に係る電動舵取機401は、通常の運転の際、複数の駆動装置411(411a,411b,411c,411d)を全て駆動させて舵101を旋回させ、この際の各駆動装置411は、その定格トルクよりも小さい駆動トルクを出力して、要求される応答性で舵101を旋回させることができる一方で、複数の駆動装置411(411a,411b,411c,411d)のうちの一部の駆動装置が駆動していない状態においても、残りの駆動装置によって舵101を旋回できる。この際、当該残りの駆動装置は、その定格トルク以下の駆動トルクを出力して、舵101を旋回させることができるようになっている。
 より詳しくは、本実施の形態における電動舵取機401は、上述の定格トルクの総和TSUMが、設計旋回トルクTよりも大きい値であって、設計旋回トルクTに、複数の駆動装置411(411a,411b,411c,411d)のうちの駆動していない上述の一部の駆動装置に設けられた電磁ブレーキ450の制動トルクTを加えたトルク以上となるように、構成されている。
 設計旋回トルクTは、少なくとも舵101を静止状態から回転させるために必要なトルクよりも大きい値であり、本実施の形態では、舵101を有効に動かすために必要なトルクとなっている。ここで、「舵101を有効に動かすために必要なトルク」とは、例えば、最大航海喫水において最大航海速力で前進中に、所定時間内に舵101を所定の角度だけ回転させるために必要となるトルク等を意味し、船舶の型式や大きさ等に応じて個別に要求される値である。なお、設計旋回トルクTは、舵101を旋回可能な限りにおいて、上述の舵101を有効に動かすために必要なトルクよりも小さい値でもよい。
 具体的に本実施の形態では、一例として、4台の駆動装置411(411a,411b,411c,411d)のうちの1台の駆動装置が駆動していない状態であっても、残りの3台の駆動装置411の定格トルクの総和TSUMが、設計旋回トルクTと1台の電磁ブレーキ450の制動トルクTとを加算したトルク以上となるように、電動舵取機401が構成されている。これにより、電動舵取機401は、通常、複数の駆動装置411(411a,411b,411c,411d)を全て駆動させて舵101を旋回させるが、1台の駆動装置が駆動していない状態であっても、残りの3台の駆動装置411が、定格トルク以下の駆動トルクで、設計旋回トルクTを出力することが可能であり、舵101を適切に(駆動装置411に支障が生じない状態で)旋回することが可能となっている。また、1台の駆動装置が駆動しておらず且つ1台の電磁ブレーキ450の制動トルクTが作用した状態の場合でも、残りの3台の駆動装置411が、定格トルク以下の駆動トルクで、設計旋回トルクTと1台の電磁ブレーキ450の制動トルクTとを加算したトルクを出力することが可能であり、この場合でも、舵101を適切に(駆動装置411に支障が生じない状態で)旋回することが可能となっている。
 また、本実施の形態に係る電動舵取機401は、複数の電磁ブレーキ450のうちの一部の電磁ブレーキ450(例えば1台、2台等)が作動していない状態における残りの電磁ブレーキ450の制動トルクの総和TBSUMが、上述の設計旋回トルクT以上となるようにも構成されている。具体的に本実施の形態においては、一例として、複数の電磁ブレーキ450のうちの一台の電磁ブレーキ450が作動していない状態における残り(3台)の電磁ブレーキ450の制動トルクの総和TBSUMが、上述の設計旋回トルクT以上となるように構成されている。
 以下では、一例として、4台の駆動装置411(411a,411b,411c,411d)のうちの1台の駆動装置が駆動していない状態で駆動される残りの3台の駆動装置411の定格トルクの総和TSUMが、設計旋回トルクTと1台の電磁ブレーキ450の制動トルクTとを加算したトルク以上となり、且つ、複数の電磁ブレーキ450のうちの一台の電磁ブレーキ450が作動していない状態における残りの電磁ブレーキ450の制動トルクの総和TBSUMが、上述の設計旋回トルクT以上となるように、電動舵取機401を設計する手順について説明する。
 この設計においては、まず、設計旋回トルクT及び電磁ブレーキ450の制動トルクTを特定する工程が行われる。本実施の形態では、設計旋回トルクTが、上述したように、舵101を有効に動かすために必要なトルクに設定される。一方、この例では、一台の電磁ブレーキ450が作動していない状態における残り(3台)の電磁ブレーキ450の制動トルクの総和TBSUMが、設計旋回トルクT以上となるため、1台の電磁ブレーキ450の制動トルクTは、設計旋回トルクT/3以上の値とされる。
 次いで、駆動装置411を選定する工程が行われる。ここでは、3台の駆動装置411の定格トルクの総和TSUMが「設計旋回トルクT+制動トルクT」以上であることが、要求される。そのため、1台の駆動装置411の定格トルクは、(設計旋回トルクT+制動トルクT)/3以上であることが要求される。したがって、駆動装置411の選定に際しては、その定格トルクが(設計旋回トルクT+制動トルクT)/3以上である条件を満たす駆動装置が選定される。
 上述のようにして駆動装置411が選定されることにより、4つの駆動装置411(411a,411b,411c,411d)のうちの1台の駆動装置が駆動していない状態において駆動される残りの3台の駆動装置411の定格トルクの総和TSUMが、設計旋回トルクTと1台の電磁ブレーキ450の制動トルクTとを加算したトルク以上となり、且つ、複数の電磁ブレーキ450のうちの一台の電磁ブレーキ450が作動していない状態における残りの電磁ブレーキ450の制動トルクの総和TBSUMが、上述の設計旋回トルクT以上となる、電動舵取機401を設計することができる。
 なお、上述のようにして選定される駆動装置411は、4台の駆動装置によって設計旋回トルクTを出力する場合に通常選定される電動機と減速機との組合せよりも、高出力の電動機と減速機との組合せで構成されることになる。この高出力の電動機と減速機との組合せ(駆動装置411)の選択においては、減速機について、上述の4台の駆動装置によって設計旋回トルクTを出力する場合に通常選定される減速機と共通のものを選択する一方、電動機については、通常選択される電動機に比して高出力(大容量)の電動機を選択することが好ましい。
 また、図22において、符号120は、駆動装置411(411a,411b,411c,411d)の駆動状態(駆動しているか否か)を検出する監視装置を示している。本実施の形態に係る電動舵取機401は、監視装置120を更に備え、監視装置120は、旋回コントローラ109に駆動状態を出力するようになっている。
 ここで、本実施の形態に係る電動舵取機401の動作の一例を説明する。
 電動舵取機401を動作させる際には、まず、上述したメインコントローラ(不図示)が、船舶Sの操作者の操作に基づいて船舶Sの旋回方向や旋回速度を決定し、指令信号を旋回コントローラ109に出力する。旋回コントローラ109は、メインコントローラから出力された指令信号に応じて決定される各電動機412における回転速度及び回転を停止する回転角度位置についての回転指令信号をインバータ108に出力する。そして、インバータ108が、旋回コントローラ109から出力された回転指令信号に応じて電動機412を回転させる。
 このとき、監視装置120が、駆動装置411(411a,411b,411c,411d)が駆動していることを検出している場合には、旋回コントローラ109が、全ての駆動装置411(411a,411b,411c,411d)を継続して駆動して、舵101を旋回させる。一方、監視装置120が、駆動装置411(411a,411b,411c,411d)のうちの少なくとも1台の駆動装置が駆動していない(故障している)ことを検出した場合には、旋回コントローラ109は、駆動している残りの駆動装置を駆動させて舵101を旋回させる。なお、旋回コントローラ109は、電動機412を回転させる前に、駆動装置411(411a,411b,411c,411d)の各電磁ブレーキ450を非制動状態に制御するが、仮に、駆動していない(故障している)駆動装置の電磁ブレーキ450が制動状態である場合には、電磁ブレーキ450を作動させない状態に制御する。すなわち、旋回コントローラ109は、複数の駆動装置411(411a,411b,411c,411d)のうちの一部の駆動装置が駆動していない状態であって、残りの駆動装置を駆動させて前記舵を旋回させる時に、電磁ブレーキ450を作動させない状態に制御する。
 また、旋回コントローラ109は、上述の残りの駆動装置を駆動させて舵101を旋回させて舵101を所定の位置に制御した後等、上述の残りの駆動装置の駆動を停止している状態においては、各電磁ブレーキ450を作動させるようにする。これにより、舵101を所定の位置に保持することができる。
 以上に説明したように第4の実施の形態に係る電動舵取機401は、船舶本体100に回転自在に設けられる舵101を操作するための複数の駆動装置411(411a,411b,411c,411d)を備え、駆動装置411(411a,411b,411c,411d)の各々は、電動機412と、電動機の回転を減速させて出力軸であるキャリア425から出力する減速機413と、キャリア425に設けられた駆動ギアであるピ二オン417と、を有する。各ピ二オン417は、舵101に設けられるリングギア104に噛み合い、その回転によって舵101を回転させるように構成されている。そして、この電動舵取機401は、複数の駆動装置411(411a,411b,411c,411d)のうちの一部の駆動装置(第4の実施の形態では1台)が駆動していない状態において駆動される残りの駆動装置(第4の実施の形態では3台)の定格トルクの総和TSUMが、舵101の旋回に要求される設計旋回トルクT以上、正確には、第4の実施の形態では、設計旋回トルクTに1台の電磁ブレーキ450の制動トルクTを加えたトルク以上となるように構成されている。
 これにより、複数の駆動装置411(411a,411b,411c,411d)のうちの一部として、1台の駆動装置が故障した場合であっても、残り(3台)の駆動装置の定格トルクの総和TSUMが舵101の旋回に要求される設計旋回トルクT以上、正確には、第4の実施の形態では、設計旋回トルクTに1台の電磁ブレーキ450の制動トルクTを加えたトルク以上であることで、これら残りの駆動装置によって舵101を適正に旋回させ得る。よって、舵101を操作するための複数の駆動装置411のうちの一部が故障した場合であっても、舵101が機能しなくなる事態を防止できる。
 また、電動舵取機401は、舵101の回転を制動する制動装置としての電磁ブレーキ450をさらに備えている。これにより、舵101を操作しない場合に電磁ブレーキ450によって舵101を所定の位置に保持することが可能となることで、船舶Sの針路を安定させることができる。その一方、電磁ブレーキ450が設けられる場合には、電磁ブレーキ450が舵101を保持したままの状態で故障した際に、駆動装置411(411a,411b,411c,411d)に負荷がかかることで、駆動装置411(411a,411b,411c,411d)が故障し易くなるという問題が生じる。しかしながら、この問題に対し、電動舵取機401によれば、電磁ブレーキ450に起因して駆動装置411(411a,411b,411c,411d)のうちの一部が故障した場合であっても、舵101が機能しなくなる事態を防止できるため、電磁ブレーキ450によって生じ得る問題を補償できる。そのため、第4の実施の形態に係る電動舵取機401は、電磁ブレーキ450を備える場合に、とりわけ効果的に用いられ得る。
 また、電磁ブレーキ450は、複数(第4の実施の形態では4台)設けられ、複数の電磁ブレーキ450のうちの一部の電磁ブレーキ450(第4の実施の形態では1台)が作動していない状態における残り(3台)の電磁ブレーキ450の制動トルクの総和TBSUMが、設計旋回トルクT以上となるように構成されている。これにより、複数の電磁ブレーキ450のうちの一部として、1台の電磁ブレーキ450が故障した場合であっても、残りの電磁ブレーキ450の制動トルクの総和TBSUMが舵101の旋回に要求される設計旋回トルクT以上であることで、これら残りの電磁ブレーキ450によって舵101を所定の位置に保持することできる。これにより、船舶Sの針路を確実に安定させることができる。
 また、電磁ブレーキ450は、複数の駆動装置411(411a,411b,411c,411d)の各々に設けられ、各駆動装置411(411a,411b,411c,411d)において電動機412の回転を制動する構成である。そして、上述したように第4の実施の形態では、前記の定格トルクの総和TSUMが、設計旋回トルクTに、1台の電磁ブレーキ450の制動トルクTを加えたトルク以上である。これにより、1台の駆動装置411(411a,411b,411c,411d)の故障によりその電磁ブレーキ450が故障して、制動トルクが作用した状態のままとなった場合であっても、残りの駆動装置によって舵101を適正に旋回させ得るので、舵101が機能しなくなる事態を確実に防止できる。
 以上、第4の発明に関連した第4の実施の形態を説明したが、第5の発明は上述の第4の実施の形態に限定されるものではない。
 例えば、上述の第4の実施の形態では、複数の駆動装置411(411a,411b,411c,411d)のうちの1台の駆動装置が駆動していない状態において駆動される残りの3台の駆動装置の定格トルクの総和TSUMが、設計旋回トルクT以上、正確には、第4の実施の形態では、設計旋回トルクTに1台の電磁ブレーキ450の制動トルクTを加えたトルク以上となる例を説明したが、これに限られるものではない。すなわち、複数の駆動装置411(411a,411b,411c,411d)のうちの2台の駆動装置が駆動していない状態において駆動される残りの2台の駆動装置の定格トルクの総和TSUMが、設計旋回トルクT以上等となるようにしてもよい。また、3台の駆動装置が駆動していない状態において駆動される残りの1台の駆動装置の定格トルク(総和TSUM)が、設計旋回トルクT以上等となってもよい。
 また、例えば上述の第4の実施の形態では、制動装置として電磁ブレーキ450が用いられているが、油圧式の制動装置等が用いられてもよい。また、電磁ブレーキ450は、駆動装置411(411a,411b,411c,411d)の各々に設けられるが、舵101を直接的に制動するように設けられた電磁ブレーキ又はその他の型式の制動装置が用いられてもよい。また、電磁ブレーキ450が設けられていなくてもよい。
 また、上述の第4の実施の形態では、駆動装置411が4台設けられる例を説明したが、駆動装置411は、複数台であれば、その数は限定されない。
<第5の実施の形態>
 以下、図25~図27を参照しながら第5の発明の関連した第5の実施の形態について説明する。
 図25は本発明の一実施の形態に係る電動舵取機501及び電動舵取機501によって操作される舵101の概略図であり、図26は電動舵取機501及び舵101を概略的に示した斜視図である。船舶Sは、船舶本体100と、船舶本体100の船尾下部に設けられる舵101とを備える。舵101は、舵本体102と、舵本体102の上部から突出する円筒状の旋回筒103と、旋回筒103の上部に設けられた被動ギアである円環状のリングギア104と、を有している。リングギア104は、舵101(特に本例では旋回筒103)に連結され、舵101の回転軸線L1上に回転中心がある。
 舵101は、旋回筒103の上部が船舶本体100の船尾下部に回転可能に支持されることにより、回転軸線L1を中心に回転自在となっている。リングギア104は、旋回筒103と一体に回転するように旋回筒103に固定されている。
 図示の船舶本体100においては、舵101の前方にプロペラ105が設けられている。プロペラ105は、図示省略する電動機あるいは内燃機関等によって回転駆動される。プロペラ105を回転させることにより、船舶Sが前方に推進する。この際、舵101を電動舵取機501によって旋回させることにより、船舶Sを所望の旋回方向に旋回させることが可能となる。
 本実施の形態に係る電動舵取機501は、旋回筒103の上方において船舶本体100内に配置されている。図26に示すように、電動舵取機501は、複数(本例では、4台)の電動舵取機用駆動装置に対応する駆動装置511(511a,511b,511c,511d)を備えている。駆動装置511(511a,511b,511c,511d)の各々は、船舶本体100に固定されている。なお、本実施の形態では、電動舵取機501が複数の駆動装置511を備えるが、電動舵取機501は一つの駆動装置511を備えて構成されていてもよい。ここで、本実施の形態においては、電動舵取機501を構成する少なくとも1つの駆動装置511とリングギア104との組合せが、電動舵取機構Mに対応し、電動舵取機501を構成する少なくとも1つの駆動装置511とリングギア104と舵101との組合せが、電動舵取ユニットUに対応する。
 駆動装置511(511a,511b,511c,511d)の各々は、電動機512と、電動機512の回転(後述の出力軸512a(駆動軸)の回転)、すなわち電動機512から出力される回転動力を減速させて出力軸に対応する後述のキャリア525(図27参照)から出力する減速機513と、キャリア525に設けられた駆動ギアであるピニオン517と、を有している。このうち、ピニオン517は、上述のリングギア104と噛み合い、その回転によって舵101を旋回させるように構成されている。詳しくは、電動機512の回転が減速機513によって減速されてキャリア525から出力され、これによりピニオン517から減速された回転がリングギア104に伝達され、舵101が旋回する。
 各電動機512は、図25に示すインバータ108に接続されており、このインバータ108によって供給電力が制御される。インバータ108は、通信可能に接続された旋回コントローラ109からの指令信号に基づいて電源周波数及び電源電圧を調整して、電動機512の回転速度や回転位置を制御するように構成されている。
 旋回コントローラ109は、図示省略するメインコントローラに対して通信可能に接続されており、当該メインコントローラは、船舶Sの操作者の操作に基づいて船舶Sの旋回方向や旋回速度を決定し、指令信号を旋回コントローラ109に出力する。旋回コントローラ109は、メインコントローラから出力された指令信号に応じて決定される各電動機512における回転速度及び回転を停止する回転角度位置についての回転指令信号をインバータ108に出力するようになっている。そして、インバータ108が、旋回コントローラ109から出力された回転指令信号に応じて電動機512を回転させることにより、この回転が減速機513、ピニオン517及びリングギア104を経て舵101に伝達される。これにより、舵101が所望の旋回方向に向けて所望の旋回速度で旋回することになる。なお、本実施の形態では、インバータ108を用いて電動機512が制御されるが、インバータ108を用いること無く、電動機512が制御されてもよい。
 図27は、駆動装置511の断面図である。図27に示すように、減速機513は、入力軸514、ケース515、上述のキャリア525を含む減速部516等を備えている。減速機513では、下側に配置された一端側においてケース515から一部が突出するように位置するキャリア525にピニオン517が取り付けられ、上側に配置された他端側においてケース515に対して電動機512が取り付けられている。減速機513においては、上側に配置された電動機512から入力された回転がケース515の内側に配置された減速部516を介して減速されてキャリア525から出力される。
 図26に示すように、各減速機513のキャリア525に設けられたピニオン517は、回転軸線L1の周囲に配置され、且つ船舶本体100に対して回転自在に支持されたリングギア104の外周に形成された歯104aとそれぞれ噛み合うように配置されている。この場合には、各駆動装置511のメンテナンスを行うことが容易となる。なお、本実施の形態では、リングギア104の外周に歯104aが形成されているが、歯104aは、リングギア104の内周に形成されていてもよい。この場合、ピニオン517は、リングギア104の内周において歯104aとそれぞれ噛み合うように配置される。この場合には、リングギア104の大きさを大きくでき、例えば剛性を確保することができる。
 各ピニオン517は、リングギア104の外周に沿ってその周方向に等間隔に(本実施の形態では90°毎に)配置されている。このように各ピニオン517が配置されているため、各電動機512が回転することで各ピニオン517が回転し、船舶本体100に回転自在に支持されるとともにピニオン517に噛み合うリングギア104が回転軸線L1を中心として回転する。これにより、リングギア104が設けられた舵101が回転軸線L1を中心に旋回するようになっている。なお、本実施の形態では、各ピニオン517がリングギア104の外周に沿ってその周方向に等間隔に配置されるが、ピ二オン517の配置は、この態様に限定されるものではない。例えば、駆動装置511の周辺の他の装置の配置に応じて、駆動装置511がリングギア104の所定領域に密集して配置されてもよい。
 図27に示すように、本実施の形態に係る減速機513は、偏心揺動型減速機である。図27を参照しつつ、減速機513の構成について詳述する。以下の説明においては、減速機513にて、ピニオン517が配置される下側である出力側を一端側として、電動機512が配置される上側である入力側を他端側として説明する。図27においては、説明の便宜上、一端側を示す矢印と、他端側を示す矢印と、が示されている。
 図27に示すように、減速機513における上述のケース515は、筒状に形成された第1ケース部515a、第2ケース部515b及び第3ケース部515cを備えている。第1乃至第3ケース部(515a、515b、515c)は、直列に配置されてボルト等の締結手段によって連結されている。第1ケース部515aは、一端側に配置され、その他端側に第2ケース部515bが固定され、更にその第2ケース部515bの他端側に第3ケース部515cが固定されている。
 ケース515の内部には、入力軸514や減速部516等が収納され、電動機512の出力軸512a、入力軸514及び減速部516は、減速機513の回転軸線である減速機軸線Qの方向に沿って直列に配置されている。ケース515は、一端側(第1ケース部515aの端部側)が開放し、他端側(第3ケース部515cの端部側)には、電動機512が固定されている。
 ケース515における第1ケース部515aの内周には、内歯を構成する複数のピン内歯520が配置されている。ピン内歯520は、ピン状の部材であり、その長手方向が減速機軸線Qと平行に位置するように配置されるとともに、第1ケース部515aの内周において周方向に沿って等間隔に配列され、後述する外歯歯車526の外歯541と噛み合うように構成されている。
 図27に示すように、本実施の形態では、入力軸514の他端部側と電動機512の出力軸512aの一端部側との間にクラッチ機構560が設けられている。クラッチ機構560は、電動機512の出力軸512aから減速機513の入力軸514への回転動力の伝達及び非伝達を切り換えるように構成されている。本実施の形態では、クラッチ機構560として、油圧式のクラッチ機構が用いられているが、電磁石によって伝達及び非伝達を切り換えるクラッチ機構が用いられてもよいし、ワイヤー等によって伝達及び非伝達を切り換える機械式のクラッチ機構が用いられてもよい。なお、クラッチ機構560の制御は、上述の旋回コントローラ109によって行われるようになっている。
 クラッチ機構560が伝達状態である場合に、電動機512の出力軸512aの回転によって入力軸514が回転する。一方、クラッチ機構560が非伝達状態である場合には、電動機512と減速機513とが空転する。そして、入力軸514の一端部側(クラッチ機構560側とは反対側の端部側)には、減速部516における後述のクランク軸用歯車523と噛み合うギア部514aが設けられている。入力軸514は、クラッチ機構560が伝達状態である場合に、電動機512から出力される回転をギア部514aを介して減速部516に伝達するように構成されている。また、ケース515のうちの第2ケース部515bの中央には、玉軸受522が設けられ、玉軸受522に入力軸514が回転自在に支持されている。
 減速部516は、上述のクランク軸用歯車523、クランク軸524、キャリア525、外歯歯車526、主軸受(530、531)等を備えている。このうち、クランク軸用歯車523は、平歯車要素として設けられており、入力軸514のギア部514aと噛み合うようにギア部514aの周囲に複数(例えば、3つ)配置されている。クランク軸用歯車523は、中央部分に貫通孔が形成され、この貫通孔においてクランク軸524の他端側に対してスプライン結合により固定されている。
 クランク軸524は、減速機軸線Qを中心とした周方向に沿って等間隔に複数(例えば、3つ)配置されており、その軸方向が減速機軸線Qと平行になるように配置されている。各クランク軸524は、外歯歯車526に形成されたクランク用孔534をそれぞれ貫通するように配置されており、他端側に配置された入力軸514からの回転をクランク軸用歯車523を介して伝達されて回転することで、外歯歯車526を偏心させて揺動回転させるようになっている。このとき、クランク軸524は、自らの回転(自転)に伴う外歯歯車526の回転とともに、公転動作を行うことになる。
 本実施の形態において、クランク軸524は、軸本体524cと、軸本体に24cに設けられた第1偏心部524a及び第2偏心部524bと、を有している。第1偏心部524a及び第2偏心部524bは、軸本体524cの軸方向中央側に形成され、第1偏心部524aが一端側に位置し、第2偏心部524bが他端側に位置している。第1偏心部524a及び第2偏心部524bは、軸方向と垂直な断面が円形断面となるように形成され、それぞれの中心位置がクランク軸524の中心軸線に対して偏心するように設けられている。これら第1偏心部524a及び第2偏心部524bが、外歯歯車526の上述のクランク用孔534内に配置されている。
 クランク軸524の軸本体524cの一端部は、図示しない軸受を介してキャリア525に対して回転自在に保持されており、軸本体524cの他端部は、図示しない軸受を介してキャリア525に対して回転自在に保持されている。このうち、軸本体524cの他端部は、キャリア525から他端側に突出して、上述のクランク軸用歯車523が固定されている。
 キャリア525は、基部キャリア527と、端部キャリア528と、支柱529と、を備えている。このうち、基部キャリア527にクランク軸524の軸本体524cの一端部が回転自在に保持され、端部キャリア528に軸本体524cの他端部が回転自在に保持されている。
 基部キャリア527の一端側には、ボルト518を介してピニオン517が連結されている。端部キャリア528は、円板状に形成されており、支柱529を介して基部キャリア527に連結されている。支柱529は、基部キャリア527と端部キャリア528との間に配置され、基部キャリア527と端部キャリア528とを連結する柱状部分として設けられている。支柱529は、減速機軸線Qを中心とした周方向に沿って複数配置され、その軸方向が減速機軸線Qと平行となるように配置されている。なお、各支柱529には、端部キャリア528から延びるボルトが挿入されており、これにより端部キャリア528と基部キャリア527とが支柱529を介して連結されている。
 またキャリア525は、主軸受(530、531)を介してケース515に対して回転自在に保持されている。図27に示すように、主軸受530は、基部キャリア527をその外周側において第1ケース部515aの内周側に対して回転自在に保持する玉軸受として構成されている。また、主軸受531は、端部キャリア528をその外周側において第1ケース部515aの内周側に対して回転自在に保持する玉軸受として構成されている。
 次に外歯歯車526は、平行に配置された状態でケース515内に収納される第1外歯歯車526aと第2外歯歯車526bとで構成されている。第1外歯歯車526a及び第2外歯歯車526bにはそれぞれ、クランク軸524が貫通する上述のクランク用孔534、及び、支柱529が貫通する支柱貫通孔が形成されている。なお、外歯歯車526(526a、526b)のクランク用孔534は、クランク軸524の数に対応した数で形成されている。また、支柱貫通孔も、同様に、支柱529の数に対応した数で形成されている。
 第1外歯歯車526a及び第2外歯歯車526bのそれぞれの外周には、ピン内歯520に噛み合う外歯541が設けられている。外歯541の歯数は、ピン内歯520の歯数よりも1個又は複数個少なくなるように設けられている。これにより、クランク軸524が回転するごとに、噛み合う外歯541とピン内歯520との噛み合いがずれ、外歯歯車526(526a、526b)が偏心して揺動回転することになる。なお、外歯歯車526は、クランク用孔534において外歯用軸受(図示せず)を介してクランク軸524を回転自在に保持している。
 この減速機513においては、電動機512からの回転が入力軸514に伝達されると、クランク軸524が回転する。このとき、クランク軸524の第1及び第2偏心部524a,524bは、それぞれ、偏心回転する。偏心部524a,524bが偏心回転すると、外歯歯車526は、揺動回転する。このとき、外歯歯車526は、ケース515のピン内歯520にその外歯541を噛み合わせながら、ケース515に対して回転する。この結果、クランク軸524を介して外歯歯車526を支持するキャリア525がケース515に対して回転する。これにより、減速によってトルクが増加された回転がピニオン517からリングギア104に伝達され、舵101が旋回することになる。
 また、本実施の形態においては、図27に示すように、各電動機512の上部に制動装置としての電磁ブレーキ550が設けられている。本実施の形態の電磁ブレーキ550は、上側に突出する電動機512の出力軸512aの回転を制動することにより、舵101の回転を制動するようになっている。
 図27に示すように、電磁ブレーキ550は、電動機512の上部に固定された有頂筒状のハウジング551と、電動機512の出力軸512aの他端部(上端部)に固定され且つハウジング551に収容された円板状の第1摩擦板552と、第1摩擦板552の上側においてハウジング551の上部内面に固定された円筒状の電磁石553と、電磁石553及び第1摩擦板552の間において電磁石553に対して離接自在に配置された円板状のアーマチュア554と、アーマチュア554の第1摩擦板552側の面に固定された円板状の第2摩擦板555と、アーマチュア554を第1摩擦板552側に向けて付勢する弾性部材556と、第1摩擦板552の下側において電動機512の上部に固定された円板状の第3摩擦板557と、を有している。
 第1摩擦板552、電磁石553、アーマチュア554、第2摩擦板555及び第3摩擦板557は、同軸上に配置されており、各部材の内側に、電動機512の出力軸512aが通されている。電磁石553は、円筒状の電磁石本体553aと、電磁石本体553a内に配置された円環状のコイル553bと、を有している。
 この電磁ブレーキ550では、コイル553bに電流が供給されず電磁石553が非励磁の状態とされる際に、弾性部材556がアーマチュア554を介して第2摩擦板555を第1摩擦板552に押し付けて、第1摩擦板552が第2摩擦板555と第3摩擦板557との間に挟み込まれ、電磁ブレーキ550が制動状態となる。これにより、出力軸512aの回転が制動され、その結果、舵101の回転が制動される。また、コイル553bに電流が供給され電磁石553が励磁の状態とされた際には、弾性部材556に抗してアーマチュア554が電磁石553側に引き寄せられて、第2摩擦板555が第1摩擦板552から離間し、電磁ブレーキ550が非制動状態となる。これにより、出力軸512aの回転が許容され、その結果、舵101の旋回が許容される。なお、電磁ブレーキ550の制御は、上述の旋回コントローラ109によって行われるようになっている。
 また、本実施の形態では、各駆動装置511が、駆動装置511の異常状態を検出する異常検出センサ580を有している。そして、上述のクラッチ機構560が、異常検出センサ580での検出結果に基づき、電動機512の出力軸512aから減速機513の入力軸514への回転動力の伝達及び非伝達を切り換えるようになっている。
 図27に示すように、本実施の形態における異常検出センサ580は、一例として、ケース515に取り付けられた歪みゲージによって構成され、ケース515の変形を測定して、駆動装置511の異常状態を検出する。駆動装置511の内部に何らかの異常が生じた場合、或いは、舵101が意図しない力を受けて回転してピニオン517及びリングギア104の間に大きな力が発生する場合、ケース515は大きく変形する傾向がある。本実施の形態では、異常検出センサ580によって検出されたケース515の変形量が、所定の閾値よりも大きい場合に、駆動装置511に異常が生じたものと判断して、クラッチ機構560を用いて電動機512と減速機513との間の動力伝達を断ち切る。
 また、別の例として、異常検出センサ580は、駆動装置511を据え付けるための締結具の変位を計測するセンサであってもよい。上述と同様にピニオン517及びリングギア104の間に大きな力が発生した場合、駆動装置511を据え付けるための締結具に大きな変位が生じやすい。この構成においては、上述の締結具の変位が所定の閾値よりも大きくなった場合に、駆動装置511に異常が生じたものと判断して、クラッチ機構560を用いて電動機512と減速機513との間の動力伝達を断ち切ることができる。
 さらに、別の例として、異常検出センサ580は、駆動装置511に含まれるいずれかの軸のトルクを計測するセンサや、電動機512の電流値を測定するセンサであってもよい。これらの場合においても、駆動装置511の負荷の変化を直接評価することによって、異常を検出し得る。これらの構成においては、検出されたトルク値または電流値が所定の閾値より大きくなった場合に、駆動装置511に異常が生じたものと判断して、クラッチ機構560を用いて電動機512と減速機513との間の動力伝達を断ち切ることができる。
 一方で、本実施の形態では、各駆動装置511が、ブレーキ機構550の動作異常を検出する検出手段としてのブレーキ監視センサ570を更に有している。図27に示すように、一具体例として、ブレーキ監視センサ570は、第2摩擦板555の位置を検出するセンサとなっている。このブレーキ監視センサ570によれば、第2摩擦板555が、ブレーキ機構550へ送信される指令信号に従って正確に動作しているか否かを、検出することができる。すなわち、ブレーキ監視センサ570は、意図せずブレーキ機構550が電動機512を制動している状態を検出することができる。駆動装置511においては、この状態が検出された場合に、クラッチ機構560を用いて動力伝達を断ち切るようにしてもよい。
 以上に説明した第5の実施の形態に係る駆動装置511では、その減速機513が偏心揺動型減速機であるため、バックラッシを小さくすることができ、駆動ギアであるピ二オン517が舵101の被動ギアであるリングギア104に瞬間的に強い力で突き当たることが抑制される。また、小型であっても減速比を大きく確保できる。すなわち、偏心揺動型減速機では、一般的な遊星歯車機構の減速機で得られる減速比を当該遊星歯車機構の減速機よりも小型の外形において通常、確保できる。したがって、リングギア104をピ二オン517によって回転させる際にピ二オン517及びリングギア104に損傷が生じることを抑制できるとともに船舶Sの運航を安定させることができる。また、装置構成、すなわち駆動装置511の全体構成或いは電動舵取機501の全体構成の小型化を図ることができる。
 また、駆動装置511は、電動機512から減速機への回転動力の伝達及び非伝達を切り換えるクラッチ機構560をさらに備えているため、クラッチ機構560を非伝達(切断)状態とすることで、電動機512と減速機513とを空転させることができる。これにより、例えば舵101が意図しない力を受けて急激に回転しようとした場合にクラッチ機構560を非伝達状態とすることで、電動機512及び減速機513に不所望な衝撃荷重がかかることを抑制できる。
 また、第5の実施の形態の駆動装置511では、舵101のリングギア104からピニオン517、減速機513、電動機512の順で、これらピニオン517、減速機513及び電動機512が配置されており、舵101から比較的離れた減速機513と電動機512との間にクラッチ機構560が設けられる。これにより、クラッチ機構560を作動させるための作動力の切換構造を比較的簡素に構成できるため、クラッチ機構560を容易に設置することができる。具体的には、クラッチ機構560の切り換えのための作動油の油圧経路を短くできる等の簡素化が可能となる。
 また、駆動装置511は、電動機512の回転を制動する電磁ブレーキ550をさらに備えているため、舵101を操作しない場合に電磁ブレーキ550によって舵101を所定の位置に保持することが可能となることで、船舶Sの針路を安定させることができる。
 以上、第5の発明に関連した第5の実施の形態を説明したが、第5の発明は上述の第5の実施の形態に限定されるものではない。
 例えば、上述の第5の実施の形態では、制動装置として電磁ブレーキ550が用いられているが、油圧式の制動装置等が用いられてもよい。また、電磁ブレーキ550は、駆動装置511(511a,511b,511c,511d)の各々に設けられるが、舵101を直接的に制動するように設けられた電磁ブレーキ又はその他の型式の制動装置が用いられてもよい。また、電磁ブレーキ550やクラッチ機構560は設けられていなくてもよい。
 また、上述の第5の実施の形態では、電動舵取機501において駆動装置511が4台設けられる例を説明したが、駆動装置511の数は限定されない。例えば、電動舵取機501は1台の駆動装置511を備える構成でもよい。
<第6の実施の形態>
 以下、図28~図32を参照しながら第6の発明に関連した第6の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態に係る「電動舵取機用駆動装置」は、舵を駆動するための駆動力を出力する装置であり、以下においては、単に「電動駆動装置」とも呼ぶ。本実施の形態に係る「電動舵取機構」は、以下の例において、電動駆動装置610と、リングギア(被動ギア)690と、を含んでいる。本実施の形態に係る「電動舵取ユニット」は、以下の例において、電動舵取機構M(電動駆動装置610及びリングギア(被動ギア)690)と、舵101と、含んでいる。本実施の形態に係る「船舶」は、以下の例において、電動舵取機構M(電動駆動装置610及びリングギア(被動ギア)690)と、舵101と、船舶本体100と、を含んでいる。
 図28は、第6の実施の形態を説明するための図であって、電動駆動装置610を用いて操作される舵101の概略図であり、図29は、電動舵取機構M及び舵101を概略的に示した斜視図である。図28に示すように、船舶Sは、船舶本体100と、船舶本体100の本体尾下部に設けられた舵101と、を有している。舵101は、舵本体102と、舵本体102の上部から突出する円筒状の旋回筒103と、を有している。舵101は、旋回筒103の上部が船舶本体100の本体尾下部に回転可能に支持されている。舵101は、回転軸線L1を中心として、或る決められた角度範囲内において船舶本体100に対して回転可能となっている。
 船舶Sは、舵101を船舶本体100に対して回転させる電動舵取機構Mを有している。電動舵取機構Mは、上述したように、舵101とともに電動舵取ユニットUを構成する。電動舵取機構Mは、駆動ギアを有した電動駆動装置610と、駆動ギアと噛み合う被動ギアと、を有している。図示された例において、駆動ギアは、ピニオン617として構成されている。また、被動ギアは、円環状のリングギア690として構成されている。被動ギアであるリングギア690は、舵101に固定されている。リングギア690は、舵101とともに、船舶本体100に対して回転可能である。図示された例において、リングギア690は、旋回筒103の上部に固定されている。円環状のリングギア690の中心は、舵101の回転軸線L1上に位置している。
 図示の船舶Sにおいては、舵101の前方となる位置に、プロペラ105が設けられている。プロペラ105は、図示省略する電動機或いは内燃機関等によって回転駆動される。プロペラ105を回転させることにより、船舶Sが推進する。この際、電動舵取機構Mを用いて舵101を旋回させることにより、船舶Sを所望の方向に旋回させることが可能となる。
 図示された例において、電動舵取機構Mの電動駆動装置610は、船舶本体100内における旋回筒103の上方となる領域に配置されている。図29に示すように、電動舵取機構Mは、電動舵取機をなす複数の電動駆動装置610を有している。図示された例において、電動舵取機構Mは、第1~第4の電動駆動装置610a、610b、610c、610dを有している。電動駆動装置610(610a、610b、610c、610d)の各々は、船舶本体100に据え付けられている。
 電動駆動装置610(610a、610b、610c、610d)の各々は、電動機612と、電動機612から出力される回転動力を減速させて出力軸から出力する減速機613と、出力軸から回転動力を伝達されて回転する駆動ギアと、を有している。図示された例では、減速機613の出力軸は、後述するキャリア625(図30参照)によって構成されている。また、図示された例において、駆動ギアは、舵101に設けられるリングギア690と噛み合うピニオン617によって構成されている。電動駆動装置610の電動機612からの回転動力が、減速機613によって減速されてキャリア625から出力される。これにより、減速された回転動力が、ピニオン617からリングギア690に伝達される。キャリア625と同期したピニオン617の回転によって、リングギア690は、船舶本体100に据え付けられた電動駆動装置610(610a、610b、610c、610d)に対して動作する。より具体的には、円環状からなるリングギア690は、円環の中心を回転中心として、回転する。リングギア690の電動駆動装置610に対する動作に伴い、リングギア690が固定された舵101も、船舶本体100に対して動作する。
 図示された例において、電動駆動装置610(610a、610b、610c、610d)の各々における電動機612、減速機613及びピニオン617は、互いに同一のものが用いられている。すなわち、各電動機612は同一の型式であり、同一の定格出力、定格トルク及び定格回転速度等を有している。各減速機613は、同一の構造であり、同一の減速比を有している。各ピニオン617は、同一の歯数を有し、同一の内外径を有している。したがって、各電動駆動装置610(610a、610b、610c、610d)の定格出力、定格トルク及び定格回転速度等も互いに同一となっている。
 各電動機612は、図28に示すインバータ108に接続されており、このインバータ108によって供給電力が制御される。インバータ108は、通信可能に接続された旋回コントローラ109からの指令信号に基づいて電源周波数及び電源電圧を調整して、電動機612の回転速度や回転位置を制御するように構成されている。
 旋回コントローラ109は、図示省略するメインコントローラに対して通信可能に接続されている。当該メインコントローラは、船舶Sの操作者の操作に基づいて船舶Sの旋回方向や旋回速度を決定し、指令信号を旋回コントローラ109に出力する。旋回コントローラ109は、メインコントローラから出力された指令信号に応じて決定される各電動機612における回転速度及び回転を停止する回転角度位置についての回転指令信号をインバータ108に出力するようになっている。そして、インバータ108が、旋回コントローラ109から出力された回転指令信号に応じて電動機612を回転させる。電動機612から出力される回転動力が、減速機613、ピニオン617及びリングギア690に伝達される。これにより、舵101が所望の方向に向けて所望の速度で旋回することになる。なお、本実施の形態では、インバータ108を用いて電動機612が制御されるが、インバータ108を用いること無く、電動機612が制御されてもよい。
 図30は、電動駆動装置610の断面図である。図30に示すように、電動機612は、回転動力を出力する駆動軸612aを有する。減速機613は、入力軸614、ケース615、上述のキャリア625を含む減速部616等を有している。この減速機613の一部が、下側に位置する一端側において、ケース615から突出して露出している。ピニオン617は、減速機613のケース615から露出した部分に、固定されている。また、減速機613の上側に位置する他端側において、ケース615に対して電動機612が取り付けられている。減速機613においては、上側に配置された電動機612から入力される回転動力がケース615の内側に配置された減速部616を介して減速されてキャリア625から出力される。
 各減速機613のキャリア625に設けられたピニオン617は、図29に示すように、舵101の回転軸線L1の周囲に配置されている。ピニオン617は、船舶本体100に対して回転自在に支持されたリングギア690の外周に形成された歯691と噛み合うように配置されている。この場合には、各駆動装置610のメンテナンスを行うことが容易となる。なお、本実施の形態では、リングギア690の外周に歯691が形成されているが、歯691は、リングギア690の内周に形成されていてもよい。この場合、ピニオン617が、リングギア690の内周において歯691と噛み合うよう、電動駆動装置610が配置される。この場合には、リングギア690の大きさを大きくでき、例えば剛性を確保することができる。
 各ピニオン617は、リングギア690の外周に沿ってその周方向に等間隔に(本実施の形態では90°毎に)配置されている。このように各ピニオン617が配置されているため、各電動機612が回転することで各ピニオン617が回転し、船舶本体100に回転自在に支持されてピニオン617に噛み合うリングギア690が、回転軸線L1を中心として回転する。これにより、リングギア690が固定された舵101は回転軸線L1を中心として船舶本体100に対して旋回する。なお、本実施の形態では、各ピニオン617がリングギア690の外周に沿ってその周方向に等間隔に配置されるが、ピ二オン617の配置は、この態様に限定されるものではない。例えば、駆動装置610の周辺の他の装置の配置に応じて、駆動装置610がリングギア690の所定領域に密集して配置されてもよい。
 図30に示すように、本実施の形態に係る減速機613は、偏心揺動型減速機である。図30を参照しつつ、減速機613の構成について詳述する。以下の説明においては、減速機613にて、ピニオン617が配置される下側である出力側を一端側として、電動機612が配置される上側である入力側を他端側として説明する。図30においては、説明の便宜上、一端側を示す矢印と、他端側を示す矢印と、が示されている。
 図30に示すように、減速機613における上述のケース615は、筒状に形成された第1ケース部615a、第2ケース部615b及び第3ケース部615cを備えている。第1乃至第3ケース部615a、615b、615cは、直列に配置されてボルト等の締結手段によって相互に連結されている。第1ケース部615aは一端側に配置され、第1ケース部615aの他端側に第2ケース部615bが固定され、更にその第2ケース部615bの他端側に第3ケース部615cが固定されている。
 ケース615の内部には、入力軸614や減速部616等が収納されている。電動機612の駆動軸612a、入力軸614及び減速部616は、減速機613の回転軸線である減速機軸線Qの方向に沿って直列に配置されている。ケース615は、一端側(第1ケース部615aの端部側)において、開口している。また、ケース615は、他端側(第3ケース部615cの端部側)において、電動機612を固定されている。なお、減速機軸線Qは、舵101の回転軸線L1と平行になっている。
 ケース615における第1ケース部615aの内周には、内歯を構成する複数のピン内歯620が配置されている。ピン内歯620は、ピン状の部材である。ピン内歯620は、その長手方向が減速機軸線Qと平行になるように配置されている。ピン内歯620は、第1ケース部615aの内部において、内周面の周方向に沿って等間隔に配列されている。ピン内歯620は、後述する外歯歯車626の外歯641と噛み合う。
 図30に示すように、入力軸614は、電動機612の駆動軸612aに対してカップリング621を介して連結されている。入力軸614の一端部側(カップリング621側とは反対側の端部側)には、減速部616における後述のクランク軸用歯車623と噛み合うギア部614aが設けられている。入力軸614は、電動機612から出力される回転動力を減速部616に伝達する。また、ケース615のうちの第2ケース部615bの中央部には玉軸受622が設けられている。玉軸受622は、入力軸614を回転自在に支持している。
 減速部616は、上述のクランク軸用歯車623、クランク軸624、キャリア625、外歯歯車626及び主軸受(630、631)等を備えている。このうち、クランク軸用歯車623は、平歯車要素として設けられている。クランク軸用歯車623は、入力軸614のギア部614aと噛み合うようにギア部614aの周囲に複数(例えば、3つ)配置されている。クランク軸用歯車623は、中央部分に貫通孔が形成され、この貫通孔を貫通して配置されるクランク軸624の他端側に対してスプライン結合により固定されている。
 クランク軸624は、減速機軸線Qを中心とした周方向に沿って等間隔に複数(例えば、3台)配置されている。クランク軸624は、その軸方向が減速機軸線Qと平行になるように配置されている。クランク軸624は、外歯歯車626に形成されたクランク用孔634をそれぞれ貫通するように配置されている。クランク軸624は、クランク軸用歯車623を介して入力軸614からの回転動力を伝達され、回転する。
 本実施の形態において、クランク軸624は、軸本体624cと、軸本体624cに設けられた第1偏心部624a及び第2偏心部624bと、を有している。第1偏心部624a及び第2偏心部624bは、減速機軸線Qと平行な方向において、軸本体624cの中間部に形成されている。第1偏心部624aが一端側に位置し、第2偏心部624bが他端側に位置している。第1偏心部624a及び第2偏心部624bは、減速機軸線Qに直交する断面において、円形断面を有している。第1偏心部624a及び第2偏心部624bのそれぞれの中心位置は、クランク軸624の軸本体624cの中心軸線に対して偏心している。第1偏心部624a及び第2偏心部624bは、互いに対して、軸本体624cの中心軸線を中心として対称的に偏心している。これら第1偏心部624a及び第2偏心部624bが、外歯歯車626の上述のクランク用孔634内に位置している。
 クランク軸624の軸本体624cの一端部は、図示しない軸受を介してキャリア625に対して回転自在に保持されている。軸本体624cの他端部は、図示しない軸受を介してキャリア625に対して回転自在に保持されている。このうち、軸本体624cの他端は、キャリア625から他端側に突出して、上述のクランク軸用歯車623が固定されている。
 キャリア625は、基部キャリア627と、端部キャリア628と、支柱629と、を含んでいる。このキャリア625のうち基部キャリア627にクランク軸624の軸本体624cの一端部が回転自在に保持され、端部キャリア628に軸本体624cの他端部が回転自在に保持されている。
 基部キャリア627の一端側には、ボルト618を介してピニオン617が連結されている。すなわち、基部キャリア627は、減速機613の出力軸をなしている。端部キャリア628は、円板状に形成されている。支柱629は、基部キャリア627と端部キャリア628との間に位置している。支柱629は、基部キャリア627と端部キャリア628とを連結する柱状部分として設けられている。図示されて例において、支柱629は、基部キャリア627と一体的に形成されている。各支柱629には、端部キャリア628を貫通したボルトが挿入されている。このボルトを用いて、端部キャリア628と基部キャリア627とが支柱629を介して連結されている。支柱629は、減速機軸線Qを中心とした周方向に沿って複数配置され、その軸方向が減速機軸線Qと平行となるように配置されている。
 キャリア625は、主軸受630、631を介してケース615に対して回転自在に保持されている。図30に示すように、第1の主軸受630は、基部キャリア627と第1ケース部615aとの間に介在する玉軸受として構成されている。第1の主軸受630は、第1ケース部615aの内周側に対して基部キャリア627を回転自在に保持する。また、第2の主軸受631は、端部キャリア628と第1ケース部615aとの間に介在する玉軸受として構成されている。第2の主軸受631は、第1ケース部615aの内周側に対して端部キャリア628を回転自在に保持する。
 外歯歯車626は、第1外歯歯車626a及び第2外歯歯車626bを有している。第1外歯歯車626a及び第2外歯歯車626bは、円板状に形成されている。第1外歯歯車626a及び第2外歯歯車626bは、その板面が互いに平行となるよう、配置されている。第1外歯歯車626a及び第2外歯歯車626bにはそれぞれ、クランク軸624が貫通する上述のクランク用孔634、及び、支柱629が貫通する支柱貫通孔が形成されている。なお、外歯歯車626(626a、626b)のクランク用孔634は、クランク軸624の数に対応した数で形成されている。また、支柱貫通孔も、同様に、支柱629の数に対応した数で形成されている。
 各外歯歯車626a,626bのクランク用孔634には、クランク軸624の偏心部624a,624bが位置している。したがって、クランク軸624が、入力軸614の回転駆動より軸本体624cの中心軸線を中心として回転すると、外歯歯車626a,626bは、キャリア625に対して、偏心揺動する。図示された例において、外歯歯車626a,626bは、減速機613の減速機軸線Qを中心とした周状軌跡に沿って、キャリア625に対して並進移動する。
 また、第1外歯歯車626a及び第2外歯歯車626bのそれぞれの外周には、ピン内歯620に噛み合う外歯641が設けられている。外歯641の歯数は、ピン内歯620の歯数よりも1個又は複数個少ない。これにより、クランク軸624が回転する毎に、外歯641とピン内歯620との噛み合いがずれ、外歯歯車626(626a、626b)が偏心して揺動回転することになる。なお、外歯歯車626は、クランク用孔634において外歯用軸受(図示せず)を介してクランク軸624を回転自在に保持している。したがって、外歯歯車626がケース615に対して揺動回転する際、キャリア625も、外歯歯車626と同期してケース615に対して回転する。このとき、クランク軸624は、減速機613の減速機軸線Qを中心としてキャリア625とともに公転するとともに、キャリア625に対して回転(自転)する。
 以上に説明した減速機613においては、電動機612からの回転動力が入力軸614に伝達されると、クランク軸624が回転する。このとき、クランク軸624の第1偏心部624a及び第2偏心部624bは、それぞれ偏心回転する。第1偏心部624a及び第2偏心部624bが偏心回転すると、外歯歯車626は、偏心揺動する。このとき、外歯歯車626の外歯641の歯数とケース615のピン内歯620の歯数との相違から、外歯歯車626は、その外歯641をピン内歯620に噛み合わせながら、ケース615に対して回転する。この結果、クランク軸624を介して外歯歯車626を支持するキャリア625がケース615に対して回転する。これにより、減速によってトルクが増大された回転動力がピニオン617からリングギア690に伝達され、舵101が旋回することになる。
 図示されて例において、電動駆動装置610は、さらに、舵101の回転を制動するブレーキ機構650を有している。図30には、ブレーキ機構650の一例が示されている。図30に示された例において、ブレーキ機構650は電動駆動装置610毎に設けられ、1つの電動機612に対して1つのブレーキ機構650が取り付けられる。図30に示された、ブレーキ機構650は、旋回コントローラ109からの指令に基づいて、電動機612の駆動軸612aの回転を制動し、或いは、駆動軸612aの制動を解除する電磁ブレーキとしての機構を有している。駆動軸612aの回転が制動されている状態では、電動駆動装置610は、その動作が規制された状態に維持される。
 図30に示すように、ブレーキ機構650は、電動機612の上部に固定された有頂筒状のハウジング651と、電動機612の出力軸612aの他端部(上端部)に固定され且つハウジング651に収容された円板状の第1摩擦板652と、第1摩擦板652の上側においてハウジング651の上部内面に固定された円筒状の電磁石653と、電磁石653及び第1摩擦板652の間において電磁石653に対して離接自在に配置された円板状のアーマチュア654と、アーマチュア654の第1摩擦板652側の面に固定された円板状の第2摩擦板655と、アーマチュア654を第1摩擦板652側に向けて付勢する弾性部材656と、第1摩擦板652の下側において電動機612の上部に固定された円板状の第3摩擦板657と、を有している。
 第1摩擦板652、電磁石653、アーマチュア654、第2摩擦板655及び第3摩擦板657は、同軸上に配置されており、各部材の内側に、電動機612の出力軸612aが通されている。電磁石653は、円筒状の電磁石本体653aと、電磁石本体653a内に配置された円環状のコイル653bと、を有している。
 このブレーキ機構650では、コイル653bに電流が供給されず電磁石653が非励磁の状態とされる際に、弾性部材656がアーマチュア654を介して第2摩擦板655を第1摩擦板652に押し付ける。第1摩擦板652は、第2摩擦板655と第3摩擦板657との間に挟み込まれる。これにより、電動機612の駆動軸612aの回転が、制動および規制される。したがって、電動駆動装置610の駆動ギアをなすピニオン617は、回転を制動および規制されるようになり、舵101の回転が制動され且つ回転を停止した状態に維持される。また、コイル653bに電流が供給され電磁石653が励磁の状態とされた際には、弾性部材656に抗してアーマチュア654が電磁石653側に引き寄せられて、第2摩擦板655が第1摩擦板652から離間する。これにより、電動機612の駆動軸612aの回転が、許容される。したがって、電動駆動装置610の駆動ギアをなすピニオン617も回転を許容され、舵101を旋回させることが可能となる。
 ところで、既に説明したように、複数の電動駆動装置610の一部に異常が生じてロック状態となることが想定され得る。電動駆動装置610に生じる異常としては、電動駆動装置610に含まれる歯車の歯の欠損、電動機612の電気的な不良(一例として、絶縁不良)、電動機612のブレーキ機構の不良等を例示することができる。電動駆動装置610の駆動ギアが何らかの異常により動作不可能となるなっている状態で、他の電動駆動装置が動作すると、いずれかの電動駆動装置の駆動ギアと被動ギアとの間に大きな力が発生する。この結果として、異常が生じている電動駆動装置610だけでなく、リングギア690(被動ギア)までもが、破損してしまうこともある。リングギア690(被動ギア)が破損すると、正常な電動舵取機用駆動装置が残っていたとしても、操舵することは不可能となる。
 このような不具合を解消するため、本実施の形態による電動舵取機構Mでは、例えば図31及び図32に示すように、リングギア690(被動ギア)の厚さw1は、ピニオン617(駆動ギア)の厚さw2よりも厚くなっている。さらに、本実施の形態による電動舵取機構Mでは、複数の電動駆動装置610のうちの一つの電動駆動装置610のピニオン617(駆動ギア)は、複数の電動駆動装置610のうちの他の少なくとも一つの電動駆動装置610のピニオン617(駆動ギア)と、リングギア690(被動ギア)の厚さ方向dwにずれて位置している。なお、図30は、電動舵取ユニットUを模式的に示す図であり、ピニオン617の厚さ方向dwにおける位置は、図31及び図32と同様に厳密には図示していない。
 ここで、「被動ギアの厚さ」とは、図31及び図32に示すように、被動ギアの回転軸線に沿った被動ギアの歯が設けられている部分の長さのことを差す。また、「駆動ギアの厚さ」とは、駆動ギアと噛み合う被動ギアの回転軸線に沿った駆動ギアの歯が設けられている部分の長さのことを差す。また、「厚さ方向」とは、被動ギアの回転軸線と平行な方向のことを指す。
 電動舵取機構Mでは、いずれかの電動駆動装置610に異常が発生し、且つ、他の電動駆動装置610が動作し続けることで、異常を発生した電動駆動装置610のピニオン617(駆動ギア)とリングギア690(被動ギア)との間に大きな力が発生したとしても、多くの場合、破損を生じるのは、異常を発生した電動駆動装置610の当該ピニオン617(駆動ギア)と、リングギア690(被動ギア)のうちの当該ピニオン617(駆動ギア)に対面する部分に、限られるようになる。すなわち、リングギア690(被動ギア)のうちの破損が生じ易くなる部分は、厚さ方向dwにおいて、異常を発生した電動駆動装置610のピニオン617(駆動ギア)と重なる範囲、及び、その周囲となる。したがって、複数の電動駆動装置610の間で、ピニオン617(駆動ギア)を厚さ方向dwずらすことで、リングギア690(被動ギア)のうちの、他の正常な電動駆動装置610のピニオン617に対面する部分は、依然として、正常に動作することが可能となる。すなわち、いずれかの電動駆動装置610に動作異常が生じたとしても、操舵不可能に陥ることを効果的に回避して、電動舵取機構Mの機能を維持することが可能となる。
 とりわけ、電動舵取機構Mを操舵可能な状態に維持する観点からは、図31及び図32に示すように、一つの電動舵取機用駆動装置610のピニオン617(駆動ギア)が噛み合うリングギア690(被動ギア)上の領域が、他の少なくとも一つの電動舵取機用駆動装置610のピニオン617(駆動ギア)が噛み合うリングギア690(被動ギア)上の領域と、重なっていないこと、すなわち完全にずれていることが好ましい。このような電動舵取機構Mによれば、一つの電動舵取機用駆動装置610の動作異常に起因してリングギア690(被動ギア)が破損したとしても、当該破損が、リングギア690(被動ギア)のうちの他の少なくとも一つの電動舵取機用駆動装置610が噛み合う領域にまで及ぶことを効果的に回避することができる。すなわち、いずれかの電動駆動装置610に動作異常が生じたとしても、操舵不可能に陥ることをより安定して回避し、電動舵取機構Mの舵取機能をより安定して維持することが可能となる。
 ここで、図31に示された例において、電動舵取機構Mは、単一のリングギア690と、第1~第4の電動駆動装置610a,610b,610c,610dと、を含んでいる。第1~第4の電動駆動装置610a,610b,610c,610dにそれぞれ含まれるピニオン617の厚さw2は、第1~第4の電動駆動装置610a,610b,610c,610dの間で、互いに同一となっている。図31に示すように、リングギア690の厚さw1は、ピニオン617の厚さw2よりも大きくなっている。ピニオン617の位置は、第1~第4の電動駆動装置610a,610b,610c,610dの間で、厚さ方向dwにおいてずれている。とりわけ、ピニオン617の位置は、第1~第4の電動駆動装置610a,610b,610c,610dの間で、厚さ方向dwにおいて重複していない。第1電動駆動装置610aのピニオン617が、厚さ方向dwにおける最も一方の側、図面においては厚さ方向dwにおける最も下側に位置している。そして、第2電動駆動装置610bのピニオン617、第3電動駆動装置610cのピニオン617、及び、第4電動駆動装置610dのピニオン617は、順に、第1電動駆動装置610aのピニオン617に対し、厚さ方向dwにおける他側へとずれていっている。
 リングギア690は、周方向に配列された多数の歯691を有している。各歯691は、厚さ方向dwに延びている。そして、リングギア690の歯691が設けられている外周面は、図31に示すように、厚さ方向dwに沿って第1~第4の領域692a,692b,692c,692dに区分けされる。第1~第4の領域692a,692b,692c,692dは、この順番で、厚さ方向dwに沿って一側から他側へ配列されている。リングギア690の第1領域692aが、第1電動駆動装置610aのピニオン617に噛み合い、リングギア690の第2領域692bが、第2電動駆動装置610bのピニオン617に噛み合い、リングギア690の第3領域692cが、第3電動駆動装置610cのピニオン617に噛み合い、リングギア690の第4領域692dが、第4電動駆動装置610dのピニオン617に噛み合う。この例では、いずれかの電動駆動装置610a,610b,610c,610d(例えば第1電動駆動装置610a)の異常に起因して、当該電動駆動装置のピニオン617に対面するリングギア690のいずれかの領域692a,692b,692c,692d(例えば第1領域692a)が、損傷したとしても、異常が生じていない他の電動駆動装置(例えば第2~第4電動駆動装置610b,610c,610d)に対面するリングギア690のその他の領域(例えば第2~第3領域692b,692c,692d)が有効に機能し得る。したがって、異常が発生してない電動駆動装置のピニオン617とリングギア690の有効に機能し得るように維持された領域との噛み合いにより、操舵を依然として可能にすることができる。
 次に、図32に示された例では、リングギア690(被動ギア)が、厚さ方向dwにずらして配置された複数の歯部691a,691b,691c,691dを有している。複数の歯部691a,691b,691c,691dには、別途に、歯691が設けられている。すなわち、歯691は、複数の歯部691a,691b,691c,691dを跨いで連続して延びていない。この点、上述の図31に示された例では、各歯691が、第1~第4領域692a,692b,692c,692dの間を、連続して延びている。
 図32に示された例では、リングギア690の第1歯部691aが、第1電動駆動装置610aのピニオン617に噛み合い、リングギア690の第2歯部691bが、第2電動駆動装置610bのピニオン617に噛み合い、リングギア690の第3歯部691cが、第3電動駆動装置610cのピニオン617に噛み合い、リングギア690の第4歯部691dが、第4電動駆動装置610dのピニオン617に噛み合う。図32に示された例によれば、いずれかの電動駆動装置610a,610b,610c,610d(例えば第1電動駆動装置610a)の異常に起因して、当該電動駆動装置のピニオン617に対面するリングギア690のいずれかの歯部691a,691b,691c,691d(例えば第1歯部691a)が、損傷したとしても、当該損傷が、歯691を伝って、他の歯部691b,691c,691dまで及ぶことを極めて効果的に回避することができる。したがって、図32に示された例によれば、いずれかの電動駆動装置610に動作異常が生じたとしても、操舵不可能に陥ることをより安定して回避し、電動舵取機構Mの機能をより安定して維持することが可能となる。
 なお、ピニオン617(駆動ギア)の厚さ方向dwにおける位置は、例えば、電動駆動装置610の出力軸の長さにより、適宜調節することができる。また、ケース615及び電動機612の減速機軸線Qを中心とした外径がピニオン617(駆動ギア)の外径よりも小さくなっている電動駆動装置610については、電動駆動装置610の厚さ方向dwに沿った保持位置を高い自由度で調節することができ、これにより、電動駆動装置610とリングギア690との干渉を回避しながら、ピニオン617(駆動ギア)の厚さ方向dwにおける位置を適宜調節することができる。さらに、ケース615及び電動機612の減速機軸線Qを中心とした外径がピニオン617(駆動ギア)の外径よりも大きくなっている電動駆動装置610については、ピニオン617(駆動ギア)と減速機613の出力軸との間に中間ギアを設けることで、ケース615及び電動機612が、厚さ方向dwにおいてリングギア690と重複する位置に、電動駆動装置610を配置することが可能となる。より具体的には、図30における、ピニオン617の位置に中間ギアを設け、ピニオン617(駆動ギア)が、出力軸と同期して回転する中間ギアと噛み合うことで、減速機軸線Qから偏心した軸線を中心として回転することができる。この場合、電動駆動装置610及び中間ギアの厚さ方向dwに沿った保持位置により、ピニオン617(駆動ギア)の厚さ方向dwにおける位置を適宜調節することができる。
 また、このような電動舵取機構Mにおいては、複数の電動駆動装置610(610a、610b、610c、610d)のうちの一部の電動駆動装置(例えば1台、2台等)を停止させた状態において動作する残りの電動駆動装置の定格トルクの総和TSUMが、舵101の駆動に要求される設計駆動トルクT以上となるように、構成されていることが好ましい。具体例として、図示された4台の電動駆動装置610(610a,610b,610c,611d)のうちの1台の電動駆動装置が停止したと仮定する。このとき、残りの3台の電動駆動装置610の定格トルクの総和TSUMが、設計駆動トルクT以上となっていれば、当該残りの3台の電動駆動装置610が、定格トルク以下の駆動トルクで、設計駆動トルクTを出力することが可能であり、例えば通常の操作速度で、操舵を安定して行うことが可能となる。
 ここで、設計駆動トルクTは、少なくとも舵101を静止状態から回転させるために必要なトルクよりも大きい値であり、本実施の形態では、舵101を有効に動かすために必要なトルクとなっている。ここで、「舵101を有効に動かすために必要なトルク」とは、例えば、最大航海喫水において最大航海速力で前進中に、所定時間内に舵101を所定の角度だけ回転させるために必要となるトルク等を意味し、船舶の型式や大きさ等に応じて個別に要求される値である。なお、設計駆動トルクTは、舵101を旋回可能な限りにおいて、上述の舵101を有効に動かすために必要なトルクよりも小さい値でもよい。
 なお、上述のようにして選定される電動駆動装置610は、4台の電動駆動装置によって設計駆動トルクTを出力する場合に通常選定される電動機と減速機との組合せよりも、高出力の電動機と減速機との組合せで構成されることになる。この高出力の電動機と減速機との組合せ(電動駆動装置610)の選択においては、減速機について、上述の4台の電動駆動装置によって設計駆動トルクTを出力する場合に通常選定される減速機と共通のものを選択する一方、電動機については、通常選択される電動機に比して高出力(大容量)の電動機を選択することが好ましい。
 また、上述したように、電動駆動装置610に生じる異常として、当該電動駆動装置610に設けられたブレーキ機構650が制動状態に維持されてしまうこと、つまり、図30に示された例において、電磁石653が動作不良を起こすことが想定され得る。この異常においては、単に、異常を発生した電動駆動装置610が動作しないだけでなく、当該電動駆動装置610のブレーキ機構650が、リングギア690の回転を規制する制動力を生じさせることになる。この状況を考慮すると、異常を生じさせていない電動駆動装置610の定格トルクの総和TSUMは、設計駆動トルクT以上となっているだけでなく、設計駆動トルクTに、異常が生じている上述の一部の電動駆動装置に設けられたブレーキ機構650の制動トルクTを加えたトルク以上となっていることが好ましい。具体例として、図示された4台の電動駆動装置610(610a,610b,610c,610d)のうちの1台の電動駆動装置について、電磁石653が動作不良を起こし、電動機612の駆動軸612aの回転が制動されていると仮定する。このとき、残りの3台の電動駆動装置610の定格トルクの総和TSUMが、設計駆動トルクTと、1台のブレーキ機構650の制動トルクTと、を加算したトルク以上となっていれば、当該残りの3台の電動駆動装置610が、定格トルク以下の駆動トルクで、設計駆動トルクTを出力することが可能であり、例えば通常の操作速度で、操舵を安定して行うことが可能となる。
 さらに、複数の電動駆動装置610に設けられたブレーキ機構650の一部が、何らかの異常によって制動機能を失ったとしても、電動舵取機構M全体として、制動機能を確保し得るようにする観点から、複数のブレーキ機構650のうちの一部のブレーキ機構650(例えば1台、2台等)を作動させない状態における残りのブレーキ機構650の制動トルクの総和TBSUMが、上述の設計駆動トルクT以上となっていることが好ましい。具体例として、複数のブレーキ機構650のうちの一台のブレーキ機構650を作動させない状態における残り(3台)のブレーキ機構650の制動トルクの総和TBSUMが、上述の設計駆動トルクT以上となっていれば、残り(3台)のブレーキ機構650によって、舵101の回転を安定して制動することができる。
 以上に説明してきた第6の実施の形態において、リングギア690(被動ギア)の厚さw1は、ピニオン617(駆動ギア)の厚さw2よりも厚く、複数の舵取機用駆動装置610のうちの一つの電動舵取機用駆動装置610のピニオン617(駆動ギア)は、複数の舵取機用駆動装置610のうちの他の少なくとも一つの電動舵取機用駆動装置のピニオン617(駆動ギア)と、リングギア690(被動ギア)の厚さ方向dwにずれて位置している。複数の電動駆動装置610を含む電動舵取機構Mでは、いずれかの電動駆動装置610に異常が生じて、当該電動駆動装置610のピニオン617が回転不可能な状態になることも想定される。この状態で、他の正常な電動駆動装置610が動作すると、異常が生じた電動駆動装置610のピニオン617が破損するだけでなく、リングギア690(被動ギア)のうちの当該ピニオン617に厚さ方向dwにおいて対面する部分も破損しやすくなる。ただし、第6の実施の形態によれば、リングギア690(被動ギア)のうちの、他の正常な電動駆動装置610のピニオン617に対面する部分は、依然として、正常に動作することが可能となる。すなわち、いずれかの電動駆動装置610に動作異常が生じたとしても、操舵不可能に陥ることを効果的に回避して、電動舵取機構Mの機能を維持することが可能となる。
 また、第6の実施の形態において、一つの電動舵取機用駆動装置610のピニオン617(駆動ギア)が噛み合うリングギア690(被動ギア)上の領域は、他の少なくとも一つの電動舵取機用駆動装置610のピニオン617(駆動ギア)が噛み合うリングギア690(被動ギア)上の領域と、重なっておらず、完全にずれている。このような第6の実施の形態によれば、いずれかの電動駆動装置610に動作異常が生じたとしても、操舵不可能に陥ることを安定して効果的に回避して、電動舵取機構Mの機能を安定して維持することが可能となる。
 さらに、第6の実施の形態において、リングギア690(被動ギア)は、厚さ方向dwにずらして配置された複数の歯部692a,692b,692c,692dを有しており、一つの電動舵取機用駆動装置610のピニオン617(駆動ギア)が噛み合うリングギア690(被動ギア)の歯部は、他の少なくとも一つの電動舵取機用駆動装置のピニオン617(駆動ギア)が噛み合うリングギア690(被動ギア)の歯部と異なる。このような第6の実施の形態によれば、いずれかの電動駆動装置610に動作異常が生じたとしても、操舵不可能に陥ることをより安定して効果的に回避して、電動舵取機構Mの機能をより安定して維持することが可能となる。
 さらに、第6の実施の形態によれば、複数の電動舵取機用駆動装置610のうちの一部の電動舵取機用駆動装置610を停止させた状態において動作する残りの電動舵取機用駆動装置610の定格トルクの総和TSUMが、舵101の駆動に要求される設計駆動トルクT以上となっている。したがって、舵101を操作するための複数の電動駆動装置610のうちの一部が故障した場合であっても、操舵不可能となることを効果的に回避することができる。
 さらに、第6の実施の形態において、電動舵取機構Mは、舵の回転を制動するブレーキ機構650を有している。ブレーキ機構650を用いることで、舵101を操作しない場合に、舵101を所定の位置に保持することが可能となる。このブレーキ機構650により、船舶Sの針路を安定させることができる。その一方、ブレーキ機構650を設けた場合、ブレーキ機構650が舵101を保持したままの状態で故障することも想定され得る。この想定では、電動駆動装置610(610a、610b、610c、610d)に負荷がかかることで、電動駆動装置610が故障し易くなってしまう。しかしながら、第6の実施の形態によれば、ブレーキ機構650に起因して電動駆動装置610のうちの一部が故障した場合であっても、操舵不可能となることを効果的に防止することができるため、ブレーキ機構650によって生じ得る問題を補償することができる。したがって、複数のピニオン617(駆動ギア)とリングギア690(被動ギア)との噛み合いを工夫した第6の実施の形態は、ブレーキ機構650を有した電動舵取機構Mに対して、好適である。
 さらに、第6の実施の形態において、ブレーキ機構650は複数設けられ、複数のブレーキ機構650のうちの一部のブレーキ機構650を作動させない状態における残りのブレーキ機構650の制動トルクの総和TBSUMが、設計駆動トルクT以上となっている。たがって、一部のブレーキ機構650が作動不良に陥ったとしても、残りのブレーキ機構650を用いて、舵101を所定の位置に保持することできる。これにより、船舶Sの針路を安定させることができる。
 さらに、第6の実施の形態において、ブレーキ機構650は、複数の電動駆動装置610の各々に設けられ、各電動駆動装置において電動機612の回転を制動する機構となっている。そして、一部の電動駆動装置610を停止させた状態において動作する残りの電動駆動装置610の定格トルクの総和TSUMが、設計駆動トルクTに、一部の電動駆動装置610に設けられたブレーキ機構650の制動トルクTを加えたトルク以上となっている。したがって、舵101を操作するための複数の電動駆動装置610のうちの一部が故障した場合であっても、操舵不可能となることをより安定して回避することができる。
 なお、上述した第6の実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、変形の一例について説明する。以下の説明では、上述した第6の実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の第6の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いるとともに、重複する説明を省略する。
 上述した第6の実施の形態において、電動駆動装置610が、電動機612の駆動軸612aから出力軸(キャリア625)までの回転動力の伝達および非伝達を切り換えるクラッチ機構を、さらに有するようにしてもよい。一具体例として、図30に示されたカップリング621に代えて、当該カップリング621の位置にクラッチ機構675を設けるようにしてもよい。また、別の例として、クラッチ機構が、キャリア625と、キャリア625とは別体として設けられた出力軸と、の間に設けられてもよい。クラッチ機構675としては、例えば、一対又は多数対の摩擦板を有する機構を採用することができる。クラッチ機構を設けることにより、電動駆動装置610に冗長性を付与して、より安定して、電動舵取機構Mを操舵可能な状態に維持することができる。
 なお、クラッチ機構675を設ける場合には、さらに、電動駆動装置610の異常状態を検出する検出手段を設けるようにしてもよい。クラッチ機構675は、検出手段での検出結果に基づき、電動機612の駆動軸612aから出力軸(キャリア625)までの回転動力の伝達および非伝達を切り換えるようにしてもよい。
 検出手段は、例えば、ケース615に取り付けられた歪みゲージによって構成され、ケース615の変形を測定するようにしてもよい。電動駆動装置610の内部に何らかの異常が生じた場合、或いは、ピニオン617及びリングギア690の間に大きな力が発生する場合、ケース615は大きく変形する傾向がある。検出手段によって検出されたケース615の変形量が、所定の閾値よりも大きい場合に、電動舵取機構M(動舵取ユニットU)に異常が生じたものと判断して、クラッチ機構675を用いて電動駆動装置610の動力伝達を断ち切るようにしてもよい。
 また、別の例として、検出手段は、電動駆動装置610を据え付けるための締結具の変位を計測するセンサとしてもよい。ピニオン617及びリングギア690の間に大きな力が発生した場合、電動駆動装置610を据え付けるための締結具に大きな変位が生じやすい。したがって、検出手段で検出された締結具の変位が所定の閾値よりも大きくなった場合に、電動舵取機構M(動舵取ユニットU)に異常が生じたものと判断して、クラッチ機構675を用いて電動駆動装置610の動力伝達を断ち切るようにしてもよい。
 さらに、別の例として、検出手段が、電動駆動装置610に含まれるいずれかの軸のトルクを計測するセンサや、電動機612の電流値を測定するセンサであってもよい。このような検出手段によれば、電動駆動装置610の負荷の変化を直接評価することができる。したがって、検出手段で検出されたトルク値または電流値が所定の閾値より大きくなった場合に、電動舵取機構M(動舵取ユニットU)に異常が生じたものと判断して、クラッチ機構675を用いて電動駆動装置610の動力伝達を断ち切るようにしてもよい。
 さらに、図30に示すように、電動駆動装置610がブレーキ機構650を有する場合には、検出手段が、ブレーキ機構650の動作異常を検出するセンサ670aであってもよい。一具体例として、検出手段670が、第2摩擦板655の位置を検出するセンサ670aであってもよい。このセンサ670aによれば、第2摩擦板655が、ブレーキ機構650へ送信される指令信号に従って正確に動作しているか否かを、検出することができる。すなわち、検出手段670は、意図せずブレーキ機構650が電動機612を制動している状態を検出することができ、この状態が検出された場合に、クラッチ機構675を用いて電動駆動装置610の動力伝達を断ち切るようにしてもよい。
 なお、以上において、検出手段の例をいくつ説明してきたが、これらの二つ以上の検出手段を電動駆動装置610に組み込み、複数の検出手段の検出結果に基づき、クラッチ機構675が動作するようにしてもよい。
 さらに、上述した第6の実施の形態では、ブレーキ機構650が電動駆動装置610(特に電動機612)と一体的に設けられているが、舵101の回転を適切に制動することができるのであれば、ブレーキ機構650の構成は特に限定されない。したがって、ブレーキ機構650は、電動機612の駆動軸612aの回転を制動するものだけはなく、リングギア690(被動ギア)や減速機613を構成する各種要素の回転を制動することで舵101の回転を間接的に制動するものであってもよいし、舵101の回転を直接的に制動するものであってもよい。また制動方式も特に限定されず、直接的な制動対象(上述の実施形態では第1摩擦板652)に摩擦抵抗を与えることで制動力を得る方式以外の方式が採用されてもよい。ブレーキ機構650は、電磁式以外の制動方式であってもよく、例えば油圧式のブレーキ機構等を有していてもよい。
 さらに、上述の図29に示す例では、4台の電動駆動装置610が設けられる例を説明したが、電動駆動装置610は、4台より多くてもよいし少なくてもよいし、その数は限定されない。
 さらに、上述した第6の実施の形態では、電動駆動装置610において、減速機613の出力軸が、キャリア625の一部分として形成されている例を示したが、この例に限られず、出力軸がキャリア625とは別体として形成されていてもよい。また、上述した第6の実施の形態では、電動駆動装置610において、駆動ギア(ピニオン)が、減速機613の出力軸と別体として形成されている例を示したが、この例に限られず、駆動ギア(ピニオン)が、減速機613の出力軸と一体的に形成されていてもよい。さらに、上述した第6の実施の形態では、電動駆動装置610において、駆動ギア(ピニオン)が、減速機613の出力軸に固定され且つ出力軸と同期して回転する例を示したが、この例に限られず、出力軸に中間ギアが固定され、駆動ギア(ピニオン)が中間ギアと噛み合うようにしてもよい。この例において、駆動ギア(ピニオン)は、減速機613の減速機軸線Qから偏心した軸線を中心として回転することができる。
 さらに、上述した第6の実施の形態において、電動駆動装置610の減速機613が偏心揺動型減速機構として構成されている例を示したが、この例に限られず、減速機613は、遊星歯車型や平歯車型の減速機構を採用してもよいし、偏心揺動型減速機構、遊星歯車型減速機構および平歯車型減速機構のうちの同一型式または異なる型式を二以上含むようにしてもよい。
 なお、以上において上述した第6の実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。

Claims (15)

  1.  船舶本体に設けられる舵を回転駆動する電動舵取機用駆動装置であって、
     電動機と、
     前記電動機から出力される回転動力を減速させて出力軸から出力する減速機と、
     前記出力軸に設けられ、前記舵の回転軸線上に回転中心が位置するように当該舵に固定された被動ギアと噛み合う駆動ギアと、
     少なくとも前記駆動ギアを前記被動ギアと噛み合う位置から退避させて前記駆動ギア及び前記被動ギアの噛み合いを解除する退避機構と、を備える、電動舵取機用駆動装置。
  2.  前記退避機構は、前記駆動ギアを、前記電動機及び前記減速機とともに、前記被動ギアに対して、前記舵の前記回転軸線を中心とした放射方向に移動させて、前記駆動ギア及び前記被動ギアの噛み合いを解除する、請求項1に記載の電動舵取機用駆動装置。
  3.  前記退避機構は、前記駆動ギアを、前記電動機及び前記減速機とともに、前記被動ギアに対して、前記舵の前記回転軸線と平行な方向に移動させて、前記駆動ギア及び前記被動ギアの噛み合いを解除する、請求項1又は2に記載の電動舵取機用駆動装置。
  4.  前記退避機構は、前記駆動ギアを前記出力軸から脱落させて、前記駆動ギア及び前記被動ギアの噛み合いを解除する、請求項1~3のいずれか一項に記載の電動舵取機用駆動装置。
  5.  前記電動舵取機用駆動装置の異常状態を検出する検出手段を、さらに備え、
     前記退避機構は、前記検出手段が異常状態を検出した場合に、前記駆動ギア及び前記被動ギアの噛み合いを解除する、請求項1~4のいずれか一項に記載の電動舵取機用駆動装置。
  6.  回転動力を出力する駆動装置と、
     前記駆動装置から伝達される前記回転動力によって回転軸線を中心に回転する舵と、
     前記駆動装置又は前記駆動装置と前記舵との間に設けられ、力の伝達及び非伝達を切り換えるクラッチ機構と、を備える電動舵取ユニット。
  7.  回転動力によって舵の回転駆動を行う電動舵取機用駆動装置であって、
     前記回転動力を生み出す電動機と、
     前記電動機に連結され、力の伝達及び非伝達を切り換えるクラッチ機構と、を備える電動舵取機用駆動装置。
  8.  回転動力によって舵の回転駆動を行う電動舵取機構であって、
     前記舵に連結され、前記舵の回転軸線上に回転中心がある被動ギアと、
     前記回転動力を生み出す電動機と、前記電動機が生み出した前記回転動力を減速させる減速部及び当該減速部により減速された前記回転動力を出力する出力軸を有する減速機と、前記出力軸に設けられる駆動ギアであって前記被動ギアと噛み合う駆動ギアと、を有する駆動装置と、
     前記駆動装置に設けられ、力の伝達及び非伝達を切り換えるクラッチ機構と、を備える電動舵取機構。
  9.  回転軸線を中心に回転する舵と、
     前記舵を回転駆動させる駆動装置と、
     前記駆動装置による駆動力が前記舵に加えられていない状態で前記舵の回転を抑制する回転抑制手段と、を備える、電動舵取ユニット。
  10.  回転軸線を中心に回転する舵を回転駆動させる駆動装置と、
     前記駆動装置による駆動力が前記舵に加えられていない状態で前記舵の回転を抑制する回転抑制手段と、を備える、電動舵取機用駆動制御装置。
  11.  船舶本体に設けられる舵を操作するための複数の駆動装置を備え、
     前記駆動装置の各々は、電動機と、前記電動機の回転を減速させて出力軸から出力する減速機と、前記出力軸に設けられた駆動ギアと、を有し、
     前記駆動ギアは、前記舵に設けられる被動ギアに噛み合い、その回転によって前記舵を旋回させるように構成されており、
     複数の前記駆動装置のうちの一部の駆動装置が駆動していない状態において駆動される残りの駆動装置の定格トルクの総和が、前記舵の旋回に要求される設計旋回トルク以上となるように構成されている、電動舵取機。
  12.  前記舵の回転を制動する制動装置をさらに備えている、請求項11に記載の電動舵取機。
  13.  前記制動装置は、複数設けられ、
     複数の前記制動装置のうちの一部の制動装置が作動していない状態における残りの制動装置の制動トルクの総和が、前記設計旋回トルク以上となるように構成されている、請求項12に記載の電動舵取機。
  14.  前記制動装置は、複数の前記駆動装置の各々に設けられ、各前記駆動装置において前記電動機の回転を制動する電磁ブレーキであり、
     前記一部の駆動装置が駆動していない状態において駆動される前記残りの駆動装置の定格トルクの総和が、前記設計旋回トルクに、前記一部の駆動装置に設けられた前記制動装置の制動トルクを加えたトルク以上となるように構成されている、請求項12又は13に記載の電動舵取機。
  15.  複数の前記駆動装置のうちの一部の駆動装置が駆動していない状態であって、残りの駆動装置を駆動させて前記舵を旋回させる時に、前記制動装置を作動させない状態に制御する、請求項12乃至14のいずれかに記載の電動舵取機。
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