(57)【要約】  手動操作式ステアリングポンプと油圧ステアリングアクチュエータとを有した船舶用のパワーステアリングを提供する装置並びに方法。動力付加油圧ポンプは手動操作式ポンプとアクチュエータとの間で油圧作動式に連結されている。ステアリングポンプの油圧液体積出力と動力付加ポンプの油圧液体積出力が検出される。ステアリングポンプの液体出力が動力付加ポンプの液体出力と比較され、動力付加ポンプの出力がステアリングポンプの出力と釣り合うように動力付加ポンプが作動される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧式ステアリング装置であって、
手動操作式油圧ステアリングポンプと、
油圧ステアリングアクチュエータと、
前記アクチュエータを手動操作によって移動させるべく前記手動操作式ポンプを前記アクチュエータと油圧作動式に連結させる油圧導管と、
前記手動操作式ポンプと前記アクチュエータとの間で前記導管によって油圧作動式に連結された動力付加油圧ポンプと、
前記油圧ステアリングアクチュエータの移動を助けるために前記手動操作式ポンプが作動すると前記動力付加ポンプを作動させる手段と、
を含んでおり、前記手段は前記手動操作式ポンプで移動された液量を検出することで起動されることを特徴とする装置。
【請求項２】
動力付加油圧ポンプの出力と等しい負のフィードバックを、手動操作式ポンプによって移動された液量と釣合う前記動力付加油圧ポンプの前記出力を維持するための作動手段へ提供するための手段を含んでいることを特徴とする請求項１記載のステアリング装置。
【請求項３】
作動手段は、手動操作式ステアリングポンプに油圧式に連結された油圧シリンダと該シリンダ内にシール状態で往復式に受領される部材とを含んでおり、前記油圧シリンダが前記手動操作式ステアリングポンプから油圧液を受領すると前記部材が移動し、前記部材のポジションを検出する前記部材に隣接したポジションセンサーと、動力付加油圧ポンプに接続されたコントローラとをさらに含んでおり、該センサーは前記コントローラに作動式に連結され、前記部材のポジションが変化すると前記動力付加油圧ポンプを作動させるよう前記コントローラに信号を提供することを特徴とする請求項２記載のステアリング装置。
【請求項４】
ポジションセンサーは、動力付加油圧ポンプのシリンダから出力される液体を差し引いたステアリングポンプによって出力された液体量を表すシリンダ内の液体の制御量を検出することを特徴とする請求項３記載の装置。
【請求項５】
シリンダと部材は、バルブ本体とバルブスプールとを有した方向制御バルブを含んでおり、前記シリンダは前記バルブ本体内に提供され、前記部材は前記スプール内であることを特徴とする請求項２記載のステアリング装置。
【請求項６】
手動操作式ポンプは２つのポートである第１ポンプポートと第２ポンプポートとを有しており、該第１ポンプポートは前記ポンプが作動しているときに液体を排出し、アクチュエータを第１方向に移動させ、前記第２ポンプポートは前記ポンプが作動しているときに液体を受領し、アクチュエータを前記第１方向に移動させ、前記第２ポンプポートは前記ポンプが作動しているときに液体を排出し、アクチュエータを第２方向に移動させ、前記第１ポンプポートは前記ポンプが作動しているときに液体を受領し、アクチュエータを前記第２方向に移動させることを特徴とする請求項５記載のステアリング装置。
【請求項７】
油圧導管は第１ポンプポートから方向制御バルブまで延びる第１油圧導管、第２ポンプポートから方向制御バルブまで延びる第２油圧導管、並びに前記制御バルブと動力付加油圧ポンプとの間で延びる第３油圧導管及び第４油圧導管を含んでおり、液体が前記第１ポンプポートから流出するとき、前記方向制御バルブは、前記動力付加油圧ポンプを前記油圧導管に油圧式に連結し、前記動力付加油圧ポンプにアクチュエータに液体が流れるのを補助させ、該アクチュエータを第１方向に移動させ、液体が前記第２ポンプポートから流出するとき、前記動力付加油圧ポンプを前記油圧導管に油圧式に連結するように設計されたポートを有しており、前記動力付加油圧ポンプに液体が前記アクチュエータに流れるのを補助させ該アクチュエータを第２方向に移動させることを特徴とする請求項６記載のステアリング装置。
【請求項８】
第４油圧導管は方向制御バルブ並びに動力付加油圧ポンプの入力ポートと連通し、第５油圧導管は前記方向制御バルブ並びに前記動力付加油圧ポンプの出力ポートと連通し、油圧シリンダは第１シリンダポート及び第２シリンダポートを有しており、第６導管が前記方向制御バルブ並びに前記第１シリンダポートと連通しており、第７導管が前記方向制御バルブ並びに前記第２シリンダポートと連通しており、手動式ポンプが前記第１油圧導管から液体を排出させるとき、前記方向制御バルブは前記第１導管を前記第４導管と連結し、前記第２導管を前記第６導管と連結し、前記第７導管を前記第２導管と連結し、前記手動式ポンプが前記第２油圧導管から液体を排出させるとき、前記方向制御バルブは前記第２導管を前記第４導管と連結し、前記第５導管を前記第７導管と連結し、前記第６導管を前記第１導管と連結することを特徴とする請求項７記載のステアリング装置。
【請求項９】
動力付加油圧ポンプは、手動操作式油圧ステアリングポンプ並びにアクチュエータと油圧式に直列接続されていることを特徴とする請求項１記載のステアリング装置。
【請求項１０】
作動手段は比例式コントローラであることを特徴とする請求項１記載のステアリング装置。
【請求項１１】
ステアリングポンプの出力を検出する流入センサー、動力付加ポンプの出力を検出するフィードバック流センサー、及び前記流入センサーと前記フィードバック流センサーからの信号を比較して前記動力付加ポンプへ信号を提供するコンパレータとを含んでおり、前記動力付加ポンプの出力は前記ステアリングポンプの出力並びに所望のステアリングポジションに従って調整されることを特徴とする請求項１記載のステアリング装置。
【請求項１２】
油圧式ステアリングシステムのパワーステアリング装置であって、
方向制御バルブと、該方向制御バルブと油圧式に連結され、手動操作式ステアリングポンプの第１ポンプポートと連結可能である第１バルブポートと、前記方向制御バルブと油圧式に連結され、手動操作式ステアリングポンプの第２ポンプポートと連結可能である第２バルブポートと、第３バルブポート、第４バルブポート、第５バルブポート並びに第６バルブポートと、それぞれ前記方向制御バルブの前記第３バルブポート及び前記第４バルブポートに油圧式に連結された入力ポート及び出力ポートを有した動力付加油圧ポンプと、を含んでおり、前記方向制御バルブは油圧液が前記第１バルブポートから本装置に流入するとき第１態様で移動する部材を有しており、該部材は油圧液が前記第２バルブポートから本装置に流入するとき第２態様で移動し、本装置は、前記部材の移動を検出するポジションセンサーと、油圧液が前記第１バルブポートあるいは前記第２バルブポートから本装置に流入するとき前記センサーから信号を受領し、前記動力付加油圧ポンプを操作するコントローラと、をさらに含んでおり、前記第５バルブポートと前記第６バルブポートはステアリングアクチュエータに油圧式に連結されるものであり、油圧液が前記第１バルブポートを介して本装置に流入するとき前記制御バルブは前記動力付加油圧ポンプの前記出力ポートを前記第５バルブポートに連結させ、油圧液が前記第２バルブポートを介して本装置に流入するとき前記動力付加油圧ポンプの前記出力ポートを前記第６バルブポートに連結させることを特徴とする装置。
【請求項１３】
制御バルブはスプールバルブであり、部材はそのスプールであることを特徴とする請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
制御バルブは３ポジション、６ウェイのバルブであることを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
ポンプは可変速度モーターを有しており、コントローラは比例式コントローラであり、前記モーターの速度は制御バルブの部材の移動距離に比例することを特徴とする請求項１２記載の装置。
【請求項１６】
パワーステアリング装置であって、
動力付加油圧ポンプと、手動操作式ステアリングポンプから油圧液を受領する第１ポートと、前記第１ポートを介して本装置に流入する液流を検出する手段と、前記第１ポートを介して本装置内に流入する液流が検出されると前記動力付加油圧ポンプを作動するコントローラと、油圧ステアリングアクチュエータに液体を供給する第２ポートと、前記第１ポートを介して本装置内に流入する液流が検出されると、前記動力付加ポンプからの油圧液を前記第２ポートへ向けて送り、本装置に流入する液体を前記動力付加ポンプへ向けて送る手段と、を含んでいることを特徴とする装置。
【請求項１７】
検出手段は、第１ポートを介して装置に流入する液体によって移動可能な部材と、該部材に隣接するポジションセンサーとを含んでいることを特徴とする請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
方向付け手段は制御バルブを含んでおり、部材は前記制御バルブのスプールであることを特徴とする請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
手動操作式ステアリングポートに連結可能な第３ポートと、油圧式ステアリングアクチュエータに連結可能な第４ポートとを含んでおり、第１ポートを介して本装置に流入する液体が検出されると、制御バルブは前記第４ポートを前記第３ポートに連結させ、前記第３ポートを介して本装置に流入する液体が検出されると、動力付加油圧ポンプからの油圧液を前記第３ポートに方向付け、前記第３ポートを介して本装置に流入する液体が検出されると前記第１ポートは前記第４ポートに連結され、前記第３ポートを介して本装置に流入する液体が検出されるとコントローラは前記動力付加油圧ポンプを作動することを特徴とする請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
油圧式ステアリング装置であって、
第１ステアリングポンプポートと第２ステアリングポンプポートとを有した手動操作式油圧ステアリングポンプと、
第１ステアリングアクチュエータポートと第２ステアリングアクチュエータポートとを有したステアリングアクチュエータと、
モーター、入力ポート及び出力ポートを有した動力付加油圧ポンプと、
可動バルブスプール、前記第１ステアリングポンプポートに油圧式に連結された第１バルブポート、前記第２ステアリングポンプポートに油圧式に連結された第２バルブポート、前記第１ステアリングアクチュエータポートに油圧式に連結された第３バルブポート、前記第２ステアリングアクチュエータポートに油圧式に連結された第４バルブポート、前記動力付加油圧ポンプの前記入力ポートに油圧式に連結された第５バルブポート、並びに前記動力付加油圧ポンプの前記出力ポートに油圧式に連結された第６バルブポートを有した油圧式方向制御バルブであって、前記第１バルブポートに流入する油圧液は前記バルブスプールを移動させ、前記第１バルブポートを前記第５バルブポートに連結し、前記第６バルブポートを前記第３バルブポートに連結し、前記第４バルブポートを前記第２バルブポートに連結し、前記第２バルブポートに流入する油圧液は前記バルブスプールを移動させ、前記第２バルブポートを前記第５バルブポートに連結し、前記第６バルブポートを前記第４バルブポートに連結し、前記第１バルブポートを前記第３バルブポートに連結させる方向制御バルブと、
前記方向制御バルブと隣接し、前記スプール上で位置を検出するポジションセンサーと、
前記方向制御バルブの前記スプールが前記第１バルブポートあるいは前記第２バルブポートに流入する油圧液で移動されると、前記ポジションセンサー及びモーターと作動式に連結し、該モーターを作動することで前記動力付加油圧ポンプを作動するモーターコントローラと、
を含んでいることを特徴とする装置。
【請求項２１】
コントローラは比例式コントローラであり、モーターの速度並びに動力付加油圧ポンプの速度は方向制御バルブのスプールの移動距離に比例することを特徴とする請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
動力付加油圧ポンプはステアリングアクチュエータ並びに手動操作式油圧ステアリングポンプと油圧式に直列接続されていることを特徴とする請求項２０記載の装置。
【請求項２３】
センサーは線状可変差動変圧器を含んでいることを特徴とする請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
センサーは異方性磁気抵抗センサーであることを特徴とする請求項２２記載の装置。
【請求項２５】
センサーはホイートストンブリッジ内にアレンジされた複数の異方性磁気抵抗センサーを有した集積回路を含んでいることを特徴とする請求項２２記載の装置。
【請求項２６】
センサーはホール効果センサーであることを特徴とする請求項２２記載の装置。
【請求項２７】
センサーは強力磁気抵抗センサーであることを特徴とする請求項２２記載の装置。
【請求項２８】
パワーステアリングシステムを有した船舶であって、
船首と船尾とを有した船殻と、
該船殻内に備え付けられ、第１ステアリングポートと第２ステアリングポートとを有した手動操作式油圧ステアリングポンプと、
第１ステアリングアクチュエータポートと第２ステアリングアクチュエータポートとを有し、前記船尾に隣接したステアリングアクチュエータと、
モーター、入力ポート及び出力ポートを有し、前記船殻内に備え付けられた動力付加油圧ポンプと、
可動バルブスプール、前記第１ステアリングポンプポートに油圧式に連結された第１バルブポート、前記第２ステアリングポンプポートに油圧式に連結された第２バルブポート、前記第１ステアリングアクチュエータポートに油圧式に連結された第３バルブポート、前記第２ステアリングアクチュエータポートに油圧式に連結された第４バルブポート、前記動力付加油圧ポンプの前記入力ポートに油圧式に連結された第５バルブポート、並びに前記動力付加油圧ポンプの前記出力ポートに油圧式に連結された第６バルブポートを有した油圧式方向制御バルブであって、前記第１バルブポートに流入する油圧液は前記バルブスプールを移動させ、前記第１バルブポートを前記第５バルブポートに連結し、前記第６バルブポートを前記第３バルブポートに連結し、前記第４バルブポートを前記第２バルブポートに連結し、前記第２バルブポートに流入する油圧液は前記バルブスプールを移動させ、前記第２バルブポートを前記第５バルブポートに連結し、前記第６バルブポートを前記第４バルブポートに連結し、前記第１バルブポートを前記第３バルブポートに連結させる方向制御バルブと、
前記方向制御バルブと隣接し、前記スプール上で位置を検出するポジションセンサーと、
前記方向制御バルブの前記スプールが前記第１バルブポートあるいは前記第２バルブポートに流入する油圧液で移動されると、前記ポジションセンサー及びモーターと作動式に連結し、該モーターを作動することで前記動力付加油圧ポンプを作動するモーターコントローラと、
を含んでいることを特徴とする船舶。
【請求項２９】
コントローラは比例式コントローラであり、モーターの速度並びに動力付加油圧ポンプの速度は方向制御バルブのスプールの移動距離に比例することを特徴とする請求項２８記載の船舶。
【請求項３０】
動力付加油圧ポンプはステアリングアクチュエータ並びに手動操作式油圧ステアリングポンプと油圧式に直列接続されていることを特徴とする請求項２９記載の船舶。
【請求項３１】
ポジションセンサーはセンサーを含んでいることを特徴とする請求項３０記載の船舶。
【請求項３２】
センサーは線状可変差動変圧器を含んでいることを特徴とする請求項２８記載の装置。
【請求項３３】
センサーは異方性磁気抵抗センサーであることを特徴とする請求項２８記載の装置。
【請求項３４】
センサーはホイートストンブリッジ内にアレンジされた複数の異方性磁気抵抗センサーを有した集積回路を含んでいることを特徴とする請求項２８記載の装置。
【請求項３５】
センサーはホール効果センサーであることを特徴とする請求項２８記載の装置。
【請求項３６】
センサーは強力磁気抵抗センサーであることを特徴とする請求項２８記載の装置。
【請求項３７】
手動操作式ステアリングポンプと油圧ステアリングアクチュエータとを有した船舶用のパワーステアリングを提供する方法であって、
前記手動操作式ポンプと前記アクチュエータとの間に動力付加油圧ポンプを油圧作動式に連結させるステップと、前記手動操作式ポンプと前記動力付加油圧ポンプとに可動部材を有した制御バルブを連結させるステップと、前記制御バルブに隣接して前記可動部材のポジションを検出するセンサーを設置するステップとを含んでおり、前記部材は前記制御バルブに流入する油圧液によって移動され、前記センサーは前記部材の移動を検出し、前記動力付加油圧ポンプで油圧液を前記手動操作式ポンプから前記アクチュエータへ送ることを特徴とする方法。
【請求項３８】
コントローラは比例式コントローラであり、動力付加油圧ポンプは手動操作式ポンプの移動距離並びに可動部材の移動距離に比例する速度で作動されることを特徴とする請求項３７記載の方法。
【請求項３９】
手動操作式ステアリングポンプと油圧ステアリングアクチュエータとを有した船舶用のパワーステアリングを提供する方法であって、
前記手動操作式ポンプと前記アクチュエータとの間に動力付加油圧ポンプを油圧作動式に連結させるステップと、前記ステアリングポンプの油圧液出力体積を検出するステップと、前記動力付加ポンプの油圧液出力体積を検出するステップと、前記ステアリングポンプの前記液体出力を前記動力付加ポンプの前記液体出力と比較するステップと、前記動力付加ポンプの前記出力が前記ステアリングポンプの出力と釣り合うように前記動力付加ポンプを作動させるステップと、を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項４０】
体積は電子センサーによって検出され、液体出力は電子コンパレータによって比較され、前記電子コンパレータは動力付加ポンプに電子信号を送信することを特徴とする請求項３９記載の方法。
【請求項４１】
コンパレータは電子アンプを介して電子信号を動力付加ポンプに提供することを特徴とする請求項４０記載の方法。
【請求項４２】
手動操作式ステアリングポンプと油圧ステアリングアクチュエータとを有した船舶用のパワーステアリングを提供する方法であって、
前記手動操作式ポンプと前記アクチュエータとの間に動力付加油圧ポンプを油圧作動式に連結させるステップと、前記ステアリングポンプの液流出力を検出するステップと、前記動力付加ポンプの液流を検出するステップと、前記ステアリングポンプの前記液流を前記動力付加ポンプの前記液流と比較するステップと、前記動力付加ポンプの前記液流が前記ステアリングポンプの前記液流と釣り合うように前記動力付加ポンプを作動させるステップと、を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項４３】
液流は電子センサーによって検出され、コンパレータは電子コンパレータであり、前記液流は動力付加ポンプに電子信号を提供するコンパレータによって比較されることを特徴とする請求項４２記載の方法。
【請求項４４】
コンパレータは電子アンプを介して電子信号を動力付加ポンプに提供することを特徴とする請求項４３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は油圧式パワーステアリングシステムに関し、特に、典型的には船舶で利用される油圧式パワーステアリングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
マロールのＰＣＴ/ＪＰ００/０４５７３は舵柄ポンプ及び方向舵に連結された複動式油圧シリンダを備えた閉鎖型油圧回路を含んだパワーステアリングシステムを開示する。この動力付加油圧ポンプは舵柄ポンプからの圧力を検出することで起動される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そのようなパワーステアリングシステムの弱点は、舵柄ポンプの作動により所定量の圧力が蓄積された後でのみ舵柄ポンプが起動されることである。このことで操舵員が舵柄を介して船舶を操舵する際にレスポンスの遅れが発生する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の１特徴により油圧式ステアリング装置が提供される。この装置は手動操作式油圧ステアリングポンプ、油圧ステアリングアクチュエータ及びその手動操作式ポンプをそのアクチュエータと油圧作動式に連結する油圧導管を含んでいる。この手動操作式ポンプの手動操作でアクチュエータが移動する。動力付加油圧ポンプは手動式ポンプとアクチュエータとの間で導管によって油圧作動式に連結されている。油圧ステアリングアクチュエータの移動を助けるために手動操作式ポンプが作動すると動力付加油圧ポンプを作動させる手段が存在する。手動操作式油圧ポンプで移動された液量を検出することでその手段は起動される。
【０００５】
本発明の別の特徴により動力付加油圧ポンプ、手動操作式ステアリングポンプから油圧液を受領する第１ポートと、第１ポートを介して装置に流入する液流を検出する手段とを含んだパワーステアリング装置が提供される。第１ポートを介して装置内に流入する液流が検出されると動力付加油圧ポンプを作動するコントローラが存在する。第２ポートは油圧ステアリングアクチュエータに液体を供給する。第１ポートを介して装置内に流入する液流が検出されると、動力付加油圧ポンプからの油圧液を第２ポートに向けて送り、装置に流入する液体を動力付加油圧ポンプに送る手段が存在する。
【０００６】
本発明の別特徴によりパワーステアリングシステムを備えた船舶が提供される。船舶は船首と船尾とを備えた船殻を含んでいる。手動操作式油圧ステアリングポンプは船殻内に設置されており、第１ステアリングポンプポートと第２ステアリングポンプポートとを有している。ステアリングアクチュエータは船尾に隣接し、第１ステアリングアクチュエータポートと第２ステアリングアクチュエータポートとを有している。動力付加油圧ポンプは船殻内に設置され、モーター、入力ポート及び出力ポートを有している。可動バルブスプール、第１ステアリングポンプポートと油圧作動式に連結された第１バルブポート、第２ステアリングポンプポートと油圧作動式に連結された第２バルブポート、第１ステアリングアクチュエータポートと油圧作動式に連結された第３バルブポート、第２ステアリングアクチュエータポートと油圧作動式に連結された第４バルブポート、動力付加油圧ポンプの入力ポートと油圧作動式に連結された第５バルブポート及び動力付加油圧ポンプの出力ポートと油圧作動式に連結された第６バルブポートを有した方向制御バルブが提供される。このバルブは油圧式に起動され、第１バルブポートへ流入する油圧液はバルブスプールを移動させて第１バルブポートを第５バルブポートと連結させ、第６バルブポートを第３バルブポートと連結させ、第４バルブポートを第２バルブポートと連結させる。第２バルブポートへ流入する油圧液はバルブスプールを移動させて第２バルブポートを第５バルブポートと連結させ、第６バルブポートを第４バルブポートと連結させ、第５バルブポートを第３バルブポートと連結させる。ポジションセンサーは方向制御バルブに隣接し、そのスプールのポジションを検出する。モーターコントローラはポジションセンサー及びモーターと作動式に連結され、第１バルブポートあるいは第２バルブポートへ流入する油圧液で方向制御バルブのスプールが移動されたときモーター及び動力付加油圧ポンプを作動させる。
【０００７】
本発明の別特徴により手動操作式ステアリングポンプと油圧ステアリングアクチュエータとを有した船舶用のパワーステアリングを提供する方法が提供される。この方法は手動操作式ポンプとアクチュエータとの間に動力付加油圧ポンプを油圧作動式に連結させるステップと、手動操作式ポンプと動力付加油圧ポンプとに可動部材を有した制御バルブを連結させるステップと、制御バルブに隣接して可動部材のポジションを検出するセンサーを設置するステップとを含む。可動部材は制御バルブに流入する油圧液によって移動され、センサーは可動部材の移動を検出し、動力付加油圧ポンプで油圧液を手動操作式ポンプからアクチュエータに送る。
【０００８】
本発明のさらに別な特徴により油圧式パワーステアリングシステムが提供される。第１ステアリングポンプポートと第２ステアリングポンプポートとを有した手動操作式油圧ステアリングポンプが提供される。ステアリングアクチュエータは第１ステアリングアクチュエータポートと第２ステアリングアクチュエータポートとを有している。動力付加油圧ポンプは電動モーター、入力ポート及び出力ポートを有している。可動バルブスプール、第１ステアリングポンプポートと油圧作動式に連結された第１バルブポート、第２ステアリングポンプポートと油圧作動式に連結された第２バルブポート、第１ステアリングアクチュエータポートと油圧作動式に連結された第３バルブポート、第２ステアリングアクチュエータポートと油圧作動式に連結された第４バルブポート、動力付加油圧ポンプの入力ポートと油圧作動式に連結された第５バルブポート及び動力付加油圧ポンプの出力ポートと油圧作動式に連結された第６バルブポートを有した方向制御バルブが提供される。このバルブは油圧式に起動され、第１バルブポートに流入する油圧液はバルブスプールを移動させ、第１ステアリングポンプポートを動力付加油圧ポンプの入力ポートと連結させ、動力付加油圧ポンプの出力ポートを第１ステアリングアクチュエータポートと連結させ、第２ステアリングアクチュエータポートを第２バルブポートと連結させる。第２ステアリングポンプポートに流入する油圧液はバルブスプールを移動させ、第２ステアリングポンプポートを動力付加油圧ポンプの入力ポートと連結させ、動力付加油圧ポンプの出力ポートを第２ステアリングアクチュエータポートと連結させ、第１ステアリングアクチュエータポートを第１ステアリングポンプポートと連結させる。方向制御バルブに隣接するポジションセンサーはそのスプールのポジションを検出する。モーターコントローラはポジションセンサー及びモーターと作動式に連結され、方向制御バルブのスプールが第１バルブポートまたは第２バルブポートに流入する油圧液で移動されるとモーター及び動力付加油圧ポンプを作動させる。
【０００９】
本発明は、動力付加ポンプがステアリングポンプから排出される油圧液の圧力を検出することで起動される従来の油圧式パワーステアリングシステムと比較して大きな利点を提供する。本発明はステアリングポンプから排出される液体の体積流量を検出することでモーターを起動させ、ポンプ作動のための圧力を全く必要としない。その結果、本発明のパワーステアリングシステムはさらに感度が良い。
【００１０】
方向制御バルブを使用し、動力付加油圧ポンプのモーターを起動させるために圧力センサーを利用する従来の油圧式ステアリングシステムは、典型的には動力付加ポンプが起動される前にバルブスプールの完全移動を必要とする。なぜなら圧力は蓄積せず、方向制御バルブのスプールがこの限界に移動するまでポンプモーターを起動できないからである。この時点に至る前に、ステアリングポンプにより排出された液体は単にバルブスプールを移動させ、圧力は蓄積しない。一方、本発明による油圧式システムの動力付加ポンプはバルブスプールのポジションに変化が検出されると直ちに作動を開始する。よって、ステアリング感度を大きく向上させる。圧力センサーを利用して動力付加油圧ポンプを起動させるよりも大幅に少ないエネルギースプールを移動させることができる。従って、船舶操縦士の負担が軽減され、ステアリング反応は速くなる。
【００１１】
本発明は、例えば多くの小型プレジャーボートが現在採用する手動油圧式ステアリングシステムに後設置することもできる。以下でさらに詳細に解説するように、このシステムは動力付加油圧ポンプ、方向制御バルブ及びチェックバルブのごとき標準機材を舵柄とステアリングシンリンダとの間に含んだパワーステアリング装置を設置することで提供できる。あるいは、本発明は新船に利用することも、現存船舶の油圧式ステアリング装置に利用することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明の１実施例による油圧式パワーステアリングシステム２０を図示する。このシステムは手動操作式油圧ステアリングポンプ２２を含んでいる。船舶操舵用である本実施例ではステアリングポンプは従来型ロータリ舵柄ポンプである。ステアリングホイール（操舵輪：図示せず）はステアリングポンプに連結されており、船舶の操舵のために回転される。ステアリングポンプは第１ステアリングポンプポート２４と第２ステアリングポンプポート２６とを有している。液体はポート２４を介してポンプから排出され、船舶を右舷に操舵し、ポート２６から排出されて船舶を左舷に操舵する。ステアリングポンプには従来型ロックバルブ３０が装備され、液体の逆流で舵柄の移動を防止する。油圧導管ペア３４と３６はステアリングポンプのポート２４と２６に油圧作動式に連結される。ポンプモーターンク２５に連結される。
【００１３】
バレル４１、ピストン４２及びピストンロッド４４を備えたステアリングアクチュエータまたはシリンダ４０の形態で油圧ステアリングアクチュエータが提供される。ステアリングシリンダは、ステアリングシステムが船舶に利用されるとき方向舵、船外モーターあるいは船内/船外モーターでもよい船舶用のステアリング機材に連結される。あるいは、アクチュエータは陸上車両のホイールに連結できる。ロータリ式油圧アクチュエータ等の他タイプのアクチュエータでも代用できる。ステアリングシリンダは第１ポート４６と第２ポート４８とを有し、反対方向に操舵するためにピストンを反対方向に移動させる加圧された油圧液を受領する。油圧導管５０はポート４６に連結され、油圧導管５２はポート４８に連結される。手動式ステアリングシステムでは、油圧導管３４は油圧導管５０に直接連結され、導管３６は導管５２に直接連結されるであろう。
【００１４】
しかし、本例のシステムは油圧式パワーステアリングシステム６０を含む。この装置は第１ポート６４、第２ポート６６、第３ポート６８及び第４ポート７０を備えた本体６２を有する。ポート６４と６６は導管３４と３６でステアリングポンプに連結され、ポート６８と７０は導管５０と５２でステアリングシリンダに連結される。この装置はまた導管２７でタンク２５に連結されたタンクポート２９を有している。よって、装置６０は現存する手動式の油圧式ステアリングシステムに、それをステアリングシリンダとステアリングポンプとの間に介在させることで連結できる。あるいは、油圧式パワーステアリングシステム２０全体を新品とすることができ、ユニットとして販売できる。
【００１５】
図２は船殻１１を有した船舶１０内に設置された装置６０を図示する。船殻は船首１２と船尾ビーム１４とを有している。装置６０に動力を供給するステアリングポンプ２２とバッテリ６１も図示されている。ステアリングシリンダ４０はステアリングリンク４５で船外モーター４１と４３のペアに連結されている。別例では、装置は例えば船内/船外駆動装置あるいは方向舵のために使用できる。油圧ライン３４と３６は装置６０をステアリングポンプに連結し、油圧パイプ５０と５２は装置をステアリングシリンダと連結させる。
【００１６】
図１に示す如く、装置６０は、バルブスプール８１を有した３ポジション、６ウェイの方向制御バルブ８０を含んでいる。スプール８１は、その本体８５内のバルブのシリンダ８３内にシール状態で往復式に受領される部材を含んでいる。バルブは一連のバルブポート８２，８４，８６，８８，９０及び９２を含んでいる。請求項ではこれらのポートは第１、第２、第３、第４、第５及び第６バルブポートとして記載されているが、これらの用語はバルブポート８２，８４，８６，８８，９０及び９２のいずれも指すことができ、第１、第２、第３、第４、第５及び第６の用語はその請求項あるいは別請求項で示された異なるバルブポートを区別する目的でのみ使用されている。バルブはアクチュエータ９３と９５によって油圧式に起動され、スプールは油圧液がポート６４を介して装置へ流入すると図１の右方向へ移動し、油圧液がポート６６を介して装置へ流入すると図１の左方向へ移動する。
【００１７】
装置は本実施例では、モーター９８、ＤＣ、可変速度モーターを有する動力付加油圧ポンプ９６を含んでいる。ポンプ９６は手動式ステアリングポンプ２２とステアリングアクチュエータ４０との間に油圧式に提供されている。本例では、ポンプは手動式ステアリングポンプ及びステアリングアクチュエータと直列に提供されている。モーターはバルブ８０に隣接するポジションセンサー１０２にカップリングされたモーターコントローラ１００によって制御される。ポジションセンサーは、バルブスプールがポート６４またはポート６６の一方を通って装置に流入する油圧液によって移動される時にバルブスプール８１のポジションを検出し、モーター９８を起動させるためにコントローラ１００に信号を提供する。本例のコントローラ１００は、スプール８１の移動、従ってポンプ２２を介するステアリング量に比例してモーター速度を制御する比例式コントローラである。
【００１８】
本例では、センサーは線状可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）である。しかしながら、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）センサー等の他のポジションセンサーを利用することもできる。１例として市販の集積回路が利用できる。集積回路は２体の        ホイートストンブリッジ内にアレンジされた８体のＡＭＲストリップを含んでいる。１方のブリッジは差動測定を提供し、他方は温度補償を提供する。１体の磁石がスプールバルブのスプールに取り付けられている。集積回路は抵抗ストリップ内の磁気モーメントファクターと電流との間の角度に基づいて差動電圧を提供する。あるいは、好適には温度補償を有するホール効果センサーや強力磁気抵抗（ＧＭＲ）センサーの如き他のタイプのセンサーを用いることもできる。
【００１９】
方向制御バルブのポート９０は、油圧導管１１１と１１０によって動力付加油圧ポンプの入力ポート１０３に連結されている。動力付加油圧ポンプの出力ポート１１２は、油圧導管１０１と１０２を介して方向制御バルブのポート９２に連結されている。チェックバルブ１１３が導管１０１に提供されている。
【００２０】
舵柄が右舷に操舵されると、手動操作式ステアリングポンプ２２はポート２４を介して油圧液を排出する。油圧液は油圧導管３４、ポート６４及び導管３７を介して油圧式パワーステアリング装置６０へ流入する。油圧液の流入によってバルブスプール８１が図１の右方向へ移動してポート８２をポート９０へ連結させ、結果的に油圧導管１１１と１１０、及び動力付加油圧ポンプ９６の入力ポート１０３へ連結させる。同時に、ポート９２及び結果的に動力付加油圧ポンプ９６の出力ポート１１２はポート８６へ連結され、よって導管６７を介してステアリング装置のポート６８へ、さらに油圧導管５０を介して油圧シリンダ４０のポート４６へ連結させる。同時に、方向制御バルブのポート８８はポート８４へ連結され、油圧シリンダ４０のポート４８を、導管５２，６９及び３６を介して手動操作式油圧ステアリングポンプ２２のポート２６へ相互連結させる。
【００２１】
導管９９は導管３７をアクチュエータ９３へ連結する。油圧液がポート６４を介して油圧式ステアリング６０へ流入し、バルブスプール８１を右方向へ移動させると、センサー１０２によって検出されたポジションがコントローラ１００へ信号を送信する。コントローラ１００はその後モーター９８に動力付加油圧ポンプ９６を作動させるための電力を提供する。本例では、モーターに供給される電圧はバルブスプール８１の移動量と比例している。油圧液は、手動操作式油圧ステアリングシステムと同様に、手動操作式ステアリングポンプから油圧式ステアリングアクチュエータへ、並びにステアリングアクチュエータからステアリングポンプへと流入するが、ポンプ９６からパワー補助を受領する。動力付加油圧式ポンプ９６はステアリングポンプ９２からの体積流量に反応して起動される。体積流量は、体積流量に比例するバルブスプール８１の移動並びにセンサー１０２で検出される。
【００２２】
ステアリングポンプが反対方向に回転され、油圧液がポート２６から流出すると、油圧液は油圧導管３６を介して油圧式パワーステアリング装置６０のポート６６へ、並びに導管３５を介してバルブのポート８４へ流入する。これによって、バルブスプール８１が図１の左方向へ移動し、油圧液が動力付加油圧ポンプの入力ポート１０３へ向かって流入するようにポート８４をポート９０と整合させる。ポンプの出力ポート１１２は導管１０１と１０２及び方向制御バルブのポート９２と８８を介して装置のポート７０に連結される。ポート７０は導管５２を介してステアリングシリンダのポート４８へ連結される。ステアリングシリンダの他方のポート４６は装置の導管５０、ポート６８及び装置の導管６７を介して方向制御バルブのポート８６へ連結される。これを方向制御バルブがそのポート８２へ連結し、よってポート６４と油圧導管３４とを介して手動操作式油圧ステアリングポンプ２２のポート２４へと連結する。
【００２３】
導管９７は導管３５をアクチュエータ９５へ連結する。前述の如く、ポジションセンサー１０２が、ポート６６を介して装置へ流入する油圧液流によって発生したバルブスプールの左方向への移動を検出し、モーター９８と動力付加油圧ポンプ９６を作動させるようコントローラ１００へ信号を提供する。このように、ポンプは手動操作式油圧ステアリングポンプのポート２６から受領した油圧液をステアリングシリンダのポート４８へ向けて送る。この操作は、バルブスプールが右方向へ移動するときの前述の操作の逆である。動力付加ポンプ９６の操作はステアリングポンプ２２から流出する油圧液量によって制御される。バルブスプール８１の移動はポンプ２２から流出する油圧液量と比例する。この移動は、動力付加ポンプ９６のモーター９８を作動させるようコントローラ１００へ信号を提供するセンサー１０２によって検出される。ここでの“右方向”及び“左方向”は本発明の理解のみを目的としており、作業環境におけるバルブスプールの実際の移動方向を示すものではない。
【００２４】
導管１０６に取り付けられたチェックバルブ１０８は補給チェックバルブとして提供されている。動力付加ポンプ９６が、手動操作式ポンプ２２よりも速く液体を供給するとき、動力付加ポンプはタンクからバルブ１０８を介して液体を吸い上げる。
【００２５】
導管１０５に取り付けられたリリーフバルブ１０４は、動力付加ポンプ９６が過剰油圧を提供した際にタンクにバックリリーフを提供する。
【００２６】
導管１０１のチェックバルブ１１３は、液体がポンプ９６の出力ポート１１２へ流入するのを防止する。
【００２７】
導管１１７のチェックバルブ１１５は、動力付加油圧ポンプからの加圧液体がポンプ１０３の入力ポート１０３へ流入するのを防止する。
【００２８】
油圧シリンダ４０からのフィードバックが油圧パワーステアリング装置６０の操作または手動操作式油圧ステアリングポンプ２６の操作に影響するのを防止するためにロックバルブ１５０が提供されている。これはロックバルブ３０のような従来技術であるため詳説しない。
【００２９】
本発明は変更可能である。例えば、ポンプ９６を可逆性とすることができ、これによって方向制御バルブの必要性を排除できるであろう。しかしながら、ポンプ操作がポンプから流出する液体の圧力によって支配される従来技術とは異なり、ポンプ操作はステアリングポンプからの体積流量によって支配される。圧力センサーの代わりに、１以上の油圧シリンダとピストンの組合せをステアリングポンプ２２のポートに連結でき、センサー１０２と同様な１以上のポジションセンサーをピストンの移動の検出に使用して体積流量を検出することができる。この操作は、ピストンとシリンダの組合せが方向制御バルブとしての機能を有さない点以外は前述の実施例と類似する。別実施例では、２体の動力付加ポンプを１体の動力付加ポンプの代わりに用いることができる。また、ロータリ装置が前述のスプールバルブ、ピストン及びシリンダの組合せの代用となることができる。
【００３０】
図３はスプール８１と２つのポート９０と８６とを含んだ制御バルブ８０の一部を示している。ポジションセンサーは、制御バルブ内の液体ＣＶの制御量に直接関係するスプール８１のポジションを検出する。ポジションセンサーは以下の式の如く制御量の変化を検出する：
【００３１】
2008502520.tif 000003
ＣＶ＝制御量；
ｑｉｎ＝手動操作式油圧ステアリングポンプ２２からＣＶに入る流量；及び
ｑｏｕｔ＝ＣＶから動力付加油圧ポンプ９６に入る流量
【００３２】
図１の参照番号に“．１”が追加された図４の別実施例では、流入センサー１５０は舵柄ポンプ２２．１からの油圧液の出力１５２を検出する。流量センサーからの信号１５４は、電子アンプ１５８を介した動力付加ポンプ９６．１からの流出を制御するための信号を提供する電子コンパレータ１５６に供給される。ポンプから流出する油圧液の出力１６０は、ステアリングポジション１６２を調整するためにシリンダ４０．１へ供給される。負のフィードバックループ１６４が存在するため、フィードバック流量センサー１６６は電動ポンプの油圧液出力１６０を検出し、負のフィードバック１７０をコンパレータ１５６へ提供する。このように電動ポンプの出力１６０は舵柄ポンプ２２．１の出力１５０並びに所望のステアリングポジションと釣り合うように制御される。
【００３３】
図５の別実施例では、図４の参照番号に “．１”を追加して示されている。本例では、コンパレータ１５６．２は油圧コンパレータであって、例えば図１の実施例のバルブ８０の機能を提供することができる。舵柄ポンプ２２．２の油圧出力は、前述の式で特定される制御量ＣＶを有したコンパレータに供給される。ポジションセンサー１０２．２は、例えば図３の実施例のためのスプール８１のポジションを決定するように使用される。センサーの電気出力１８０は、動力付加ポンプ９６．２へ信号を提供する電子アンプ１５８．２へ供給される。ポンプの出力１６０．２は１６２．２でステアリングポジションを起動させる油圧アクチュエータ４０．２へ供給される。負のフィードバックループ１６４．２は、電気ポンプの油圧出力１６０．２と等しいコンパレータ１５６．２からの油圧液の流出を表している。このように、センサー１０２．２によって検出される制御量の変化は動力付加ポンプ９６．２の油圧出力１６０．２を舵柄ポンプ２２．２の出力１５２．２並びに所望のステアリングポジションの出力に従わせる。
【００３４】
前述の実施例は本発明の例示のみを目的としており、本発明の範囲を逸脱しない範囲で本発明を変更することは可能である。本発明の範囲は添付の請求の範囲によって定義される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は本発明の１実施例による油圧式パワーステアリングシステムの概略図である。
【図２】図２は本発明の１実施例による油圧式パワーステアリングシステムを設置した船舶の概略平面図である。
【図３】図３は図１と図２の実施例のための制御バルブの一部概略図であり、バルブ内の制御量の液体とバルブ内外への液流との間の関係を示す。
【図４】図４は本発明の別実施例による油圧式パワーステアリングシステムの概略図である。
【図５】図５は本発明の第５実施例の概略図である。
【図１】
2008502520.tif 000004
【図２】
2008502520.tif 000005
【図３】
2008502520.tif 000006
【図４】
2008502520.tif 000007
【図５】
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【国際調査報告】
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