(57)【要約】  液圧系統は、可変容量型液圧ポンプに駆動するように結合された可変速度原動機を備えるアクチュエータに流体を供給するためにある。系統は、流体導管を介して、アクチュエータに液圧流体を配送するように構成される。それは、圧力上昇の第１の速度において第１の液圧で、および、圧力上昇の第２の速度において第２の液圧で、アクチュエータに液圧流体を配送することができる。第１の液圧は、第２の液圧より大きくてよく、圧力上昇の第１の液圧速度は、圧力上昇の第２の液圧速度よりも低くてよい。
2018513951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体をアクチュエータに供給するための液圧系統であって、
可変容量型液圧ポンプに駆動するように結合された可変速度原動機を備え、
前記液圧系統は、
圧力上昇の第１の速度での第１の液圧で、および、
圧力上昇の第２の速度での第２の液圧で、
流体導管を介してアクチュエータに液圧流体を配送するように構成され、
第１の液圧は、第２の液圧よりも大きく、
圧力上昇の第１の液圧速度は、圧力上昇の第２の液圧速度より低い、
液圧系統。
【請求項２】
前記液圧系統は、
第１の液圧と第２の液圧の値の範囲と、
圧力上昇の第１の液圧速度と圧力上昇の第２の液圧速度との値の範囲と
を配送するように動作可能であり、
第１の液圧の値の範囲は、第２の液圧の値の範囲よりも大きく、
圧力上昇の第１の液圧速度の値の範囲は、圧力上昇の第２の液圧速度との値の範囲よりも低い、
請求項１に記載の液圧系統。
【請求項３】
前記可変容量型液圧ポンプが、少なくとも２つのポートを有し、
各ポートは、流体導管からの流体の配送と受け取りのためにある、
請求項１または請求項２のいずれか一項に記載の液圧系統。
【請求項４】
原動機は、可変出力を有するように電動モータを駆動するために動作可能な可変速度モータ駆動装置によって制御可能で、前記可変速度モータ駆動装置と信号のやり取りをする電動モータを備える、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の液圧系統。
【請求項５】
前記液圧系統は、更に、
前記可変容量型液圧ポンプと流体のやり取りをする加圧ポンプと、
液圧流体の供給を調節し、それによって、前記可変容量型液圧ポンプの出力を調節するための制御機構と、
を備え、
前記加圧ポンプは、前記可変容量型液圧ポンプの作動のために、可変容量型液圧ポンプに液圧流体を供給するように動作可能である、
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の液圧系統。
【請求項６】
前記加圧ポンプは、前記可変容量型液圧ポンプを介して前記可変速度原動機に結合され、または、
前記可変容量型液圧ポンプは、前記加圧ポンプを介して前記可変速度原動機に駆動するように結合され、または、
前記加圧ポンプは、更なる原動機に駆動するように結合され、前記更なる原動機は、前記可変容量型液圧ポンプに結合された前記可変速度原動機と異なる、
請求項５に記載の液圧系統。
【請求項７】
アクチュエータと流体のやり取りをする、請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の液圧系統を備え、
前記アクチュエータは、変位されるように動作可能な要素への結合のための押しのけ容量部材を与えられ、
前記液圧系統は、
前記押しのけ容量部材の押しのけ容量の変化の第１の速度で第１の力を、
前記押しのけ容量部材の押しのけ容量の変化の第２の速度で第２の力を、
与えるために、前記アクチュエータに流体を供給するように動作可能であり、
第１の力は第２の力よりも大きく、
押しのけ容量の変化の前記第１の速度は、押しのけ容量の変化の前記第２の速度よりも低い、
液圧アクチュエータ系統。
【請求項８】
前記アクチュエータは、
第１の力と第２の力の値の範囲と、
押しのけ容量の変化の第１の速度と押しのけ容量の変化の第２の速度の値の範囲と、
を配送するように動作可能であり、
前記第１の力の値の範囲は、前記第２の力の値の範囲よりも大きく、
押しのけ容量の変化の前記第１の速度の値の範囲は、押しのけ容量の変化の前記第２の速度の値の範囲よりも低い、
請求項７に記載の液圧アクチュエータ系統。
【請求項９】
前記液圧系統は、唯一つのアクチュエータと流体のやり取りをする、請求項７または請求項８のいずれか一項に記載の液圧アクチュエータ系統。
【請求項１０】
請求項７ないし請求項９のいずれか一項に記載の液圧アクチュエータ系統に結合された可動の制御舵面を備える船舶。
【請求項１１】
液圧系統を動作させる方法であって、
前記液圧系統は、可変容量型液圧ポンプに結合された可変速度原動機を備え、
前記可変容量型液圧ポンプの出力と前記可変速度原動機の出力とを制御し、それによって、アクチュエータへの配送のために前記液圧系統によりポンプで送られる流体の圧力と圧力上昇の速度とを制御するステップを備える、
液圧系統を動作させる方法。
【請求項１２】
圧力上昇の第１の速度での第１の液圧においてアクチュエータに、
圧力上昇の第２の速度での第２の液圧においてアクチュエータに、
流体を配送するステップを備え、
前記第１の液圧は、前記第２の液圧よりも大きく、
圧力上昇の前記第１の速度は、圧力上昇の前記第２の速度より低い、
請求項１１に記載の液圧系統を動作させる方法。
【請求項１３】
前記可変容量型液圧ポンプと前記可変速度原動機は、
前記可変容量型液圧ポンプの押しのけ容量が固定され、前記可変速度原動機の出力が可変であるように、または、
前記可変容量型液圧ポンプの押しのけ容量が可変であり、前記可変速度原動機の出力が固定されるように、または、
前記可変容量型液圧ポンプの押しのけ容量が可変であり、前記可変速度原動機の出力が可変であるように、
制御されるように動作される、請求項１１または請求項１２のいずれか一項に記載の液圧系統を動作させる方法。
【請求項１４】
更に、
原動機出力速度、
可変ポンプ押しのけ容量、
可変ポンプ流量、
流体の圧力、
アクチュエータの負荷、および、
押しのけ容量の変化のアクチュエータ速度、
の内の少なくとも２つに依存して、前記液圧系統の即時のパワー使用量を決定するステップを備え、
更に、決定された即時のパワー使用量が予め定められた限度を超えないように、原動機出力速度、または、可変ポンプ押しのけ容量を変化させるステップを備える、
請求項１１ないし請求項１３のいずれか一項に記載の液圧系統を動作させる方法。
【請求項１５】
船舶を動作させる方法であって、
請求項７ないし請求項９のいずれか一項に記載され、請求項１０ないし請求項１４のいずれか一項に記載の液圧系統を動作させる方法を備える液圧アクチュエータ系統に結合された制御舵面を備える、
船舶を動作させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、液圧系統に関する。
【０００２】
特に、本開示は、アクチュエータに流体を供給するための液圧系統に関する。
【背景技術】
【０００３】
水上船舶や潜水艦は、船舶の方向を制御するために動かされる、例えば、舵などの可動の操縦舵面を有する。
【０００４】
従来、操縦舵面は、液圧パワーユニットと制御弁の系統によって動力を供給されるアクチュエータに結合され、そのアクチュエータによって動かされことができる。各液圧パワーユニットは、いくつかのアクチュエータに供給することができる。これは、系統が、船舶の大きな領域にわたって広がり、設置のために時間を費やし、洗浄が困難で、モニタされ保守されなければならない複雑な配管、インターフェース、および、弁から成り得ることを意味する。
【０００５】
更に、従来の作動系統の性能要件は、一般に、最大の予想される負荷／力と最大のスルーレート（即ち、操縦舵面の変位の変化速度）の要件に合致するように規定される。従って、アクチュエータのジオメトリは、最大の予想される負荷を克服するように構成され、要求されるスルーレートを達成するために、順次、液の流量を設定する。
【０００６】
しかし、押しのけ容量（displacement）の同時の大きな力と高速の変化とを生成する能力は、ほとんどの運用要件を達成するためには必要ではない。従って、そのような構成は、それらが提供する必要があるそれらの機能性にとって過剰に規定され、全体としての系統に、結果、それらが含まれる船舶に、大きさや、効率性や、重量の不利をもたらす。
【０００７】
従って、アクチュエータを介して制御舵面に対して好適な力と変位の要件を与えるように構成され、また、船舶内に都合よく詰め込まれ得る液圧系統が、強く望まれる。
【発明の概要】
【０００８】
本開示に従って、添付された特許請求の範囲に記載された装置および方法を提供する。本発明の他の特徴は、従属の請求項、および、以下の記載から明らかになるであろう。
【０００９】
従って、可変容量型液圧ポンプに駆動するように結合された可変速度原動機を備える、アクチュエータに流体を供給するための液圧系統が提供され得、  系統は、圧力上昇の第１の速度での第１の液圧で、および、圧力上昇の第２の速度での第２の液圧で、流体導管を介してアクチュエータに液圧流体を配送するように構成され；  第１の液圧は、第２の液圧よりも大きく；  圧力上昇の第１の液圧速度は、圧力上昇の第２の液圧速度より低い。
【００１０】
系統は、第１の液圧と第２の液圧の値の範囲と、圧力上昇の第１の液圧速度と圧力上昇の第２の液圧速度との値の範囲とを配送するように動作可能であり得、  第１の液圧の値の範囲は、第２の液圧の値の範囲よりも大きく、  圧力上昇の第１の液圧速度の値の範囲は、圧力上昇の第２の液圧速度との値の範囲よりも低い。
【００１１】
可変容量型液圧ポンプが、少なくとも２つのポート、各ポートは流体導管からの流体の配送と受け取りのため、を有し得る。
【００１２】
原動機は、可変出力を有するように電動モータを駆動するために動作可能な可変速度モータ駆動装置によって制御可能で、可変速度モータ駆動装置との信号のやり取りをする電動モータを備え得る。
【００１３】
系統は、更に、可変容量型液圧ポンプと流体のやり取りをする加圧（ブースト）ポンプと、液圧流体の供給を調節し、それによって、可変容量型液圧ポンプの出力を調節するための制御機構とを備え、  加圧ポンプは、可変容量型液圧ポンプの作動のために、可変容量型液圧ポンプに液圧流体を供給するように動作可能である。
【００１４】
加圧ポンプは、可変容量型液圧ポンプを介して可変速度原動機に結合され得る。
【００１５】
可変容量型液圧ポンプが加圧ポンプを介して可変速度原動機に駆動するように結合されてもよいです。
【００１６】
加圧ポンプは、更なる原動機に駆動するように結合され得、更なる原動機は、可変容量型液圧ポンプに結合された可変速度原動機と異なる。
【００１７】
また、液圧アクチュエータ系統が提供され得、  本開示に係る液圧計は、アクチュエータと流体のやり取りをし、  アクチュエータは、変位されるように動作可能な要素への結合のための押しのけ容量部材を与えられ、  液圧系統は、押しのけ容量部材の押しのけ容量の変化の第１の速度での第１の力と、押しのけ容量部材の押しのけ容量の変化の第２の速度での第２の力とを与えるために、アクチュエータに流体を供給するように動作可能であり、  第１の力は第２の力よりも大きく、押しのけ容量の変化の第１の速度は、押しのけ容量の変化の第２の速度よりも低い。
【００１８】
アクチュエータは、第１の力と第２の力の値の範囲と、押しのけ容量の変化の第１の速度と押しのけ容量の変化の第２の速度の値の範囲とを配送するように動作可能であり得、  第１の力の値の範囲は、第２の力の値の範囲よりも大きく、  押しのけ容量の変化の第１の速度の値の範囲は、押しのけ容量の変化の第２の速度の値の範囲よりも低い。
【００１９】
液圧系統は、唯一つのアクチュエータと流体のやり取りをしてもよい。
【００２０】
また、本開示に係る液圧アクチュエータ系統に結合された可動の制御舵面を備える船舶が提供され得る。
【００２１】
また、液圧系統を動作させる方法が提供され、  液圧系統は、可変容量型液圧ポンプに結合された可変速度原動機を備え、  方法は、  可変ポンプの出力と原動機の出力とを制御し、それによって、アクチュエータへの配送のために系統によりポンプで送られる流体の圧力と圧力上昇の速度とを制御するステップを備える。
【００２２】
方法は、流体を、  圧力上昇の第１の速度での第１の液圧においてアクチュエータに、  圧力上昇の第２の速度での第２の液圧においてアクチュエータに、  流体を配送するステップを備え得、  第１の液圧は、第２の液圧よりも大きく、  圧力上昇の第１の液圧速度は、圧力上昇の第２の液圧速度より低い。
【００２３】
可変ポンプと原動機は、  可変ポンプの押しのけ容量が固定され、原動機の出力が可変であるように、  または、  可変ポンプの押しのけ容量が可変であり、原動機の出力が固定されるように、  または、  可変ポンプの押しのけ容量が可変であり、原動機の出力が可変であるように、  制御されるように動作され得る。
【００２４】
また、本開示に従って、液圧系統を動作させる方法が提供され、  方法は、更に、原動機出力速度、可変ポンプ押しのけ容量、可変ポンプ流量、流体の圧力、アクチュエータの負荷、および、押しのけ容量の変化のアクチュエータ速度の少なくとも２つに依存して、系統の即時のパワー使用量を決定するステップを備え、  方法は、更に、  決定された系統の即時のパワー使用量が予め定められた限度を超えないように、原動機出力速度、または、可変ポンプ押しのけ容量を変化させるステップを備える。
【００２５】
また、船舶を動作させる方法が提供され得、船舶は、本開示に従った液圧系統を動作させる方法を備えて本開示に従う液圧アクチュエータ系統に結合された制御舵面を備える。
【００２６】
各アクチュエータは、低い流体圧力での高い流体流速、または、高い流体圧力での低い流体流速が可能な、専用の液圧パワーユニットを有する。ポンプで生成された圧力がアクチュエータの負荷に直接関連するので、この構成は、「可変圧力液圧系統（variable pressure hydraulic system）」と呼ばれ得る。
【００２７】
即ち、アクチュエータに結合された制御舵面の位置制御を可能にし、本開示の液圧系統によって動力を与えられるように動作させることができる、可変圧力液圧（Variable Pressure Hydraulic：ＶＰＨ）系統が提供される。
【００２８】
ここで、本開示の実施例が、添付の図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本開示に係る液圧系統によって可動である制御舵面を備える船舶を示す。
【図２】図２は、本開示に係る液圧アクチュエータ系統の第１の例を示す。
【図３】図３は、本開示に係る液圧アクチュエータ系統の第２の例を示す。
【図４】図４は、本開示に係る液圧アクチュエータ系統の第３の例を示す。
【詳細な説明】
【００３０】
図１は、潜水可能な船舶１０の側面を示す。船舶１０は、例えば、船尾板１２、舵板１４、航行翼１６、および／または、水平舵１８などのいくつかの制御舵面を含む。これらの制御舵面の動きは、船舶１０の方向制御を可能にする。制御陀面１２、１４、１６、１８の各々は、本開示に従う液圧系統と流体のやり取りをするアクチュエータに結合され得る。
【００３１】
図２は、本開示に係る液圧系統２２を備える液圧アクチュエータ系統２０の第１の例を示す。船舶の任意の制御舵面であってよい制御舵面２４が、液圧アクチュエータ２６に結合される。即ち、液圧系統２２は、唯一つのアクチュエータ２６と流体のやり取りをし、アクチュエータ２６は、唯一つの制御舵面２４とやり取りする。
【００３２】
アクチュエータ２６に流体を供給するために構成された液圧系統２２は、可変容量型液圧ポンプ３０に駆動するように結合された可変速度原動機２８を備える。液圧系統２２は、液圧系統２２を通して流体通路を形成する太い黒線として図２に示された、流体導管３１に液圧流体を配送する。流体導管は、以下に記載のように、いくつかの流体管から作られる。可変容量型液圧ポンプ３０は、各々のポート３２、３４が流体導管３１からの流体の配送と受け取りをするためにある少なくとも２つのポートを有する。
【００３３】
原動機２８は、可変速度モータ駆動装置３８によって制御され、それと信号のやり取りをする電動モータ３６を備える。可変速度モータ駆動装置３８は、可変出力を有するように電動モータ３６を駆動するように動作可能である。他の例では、原動機は、代わりに、空気モータ、エンジン、または、液圧モータなどの任意の好適な可変速度原動機を備えてもよい。
【００３４】
原動機２８は、シャフト４０を介して、可変容量型ポンプ３０に結合され、それにより駆動される。従って、原動機２８は、シャフト４０によって可変容量型ポンプ３０に伝達される回転出力を生成するように動作可能である。
【００３５】
システム２２は、更に、可変容量型液圧ポンプ３０の作動のために可変容量型液圧ポンプ３０と流体のやり取りをする加圧ポンプ（boost pump）４２を含む。制御機構４４が、加圧ポンプ４２と可変容量型液圧ポンプ３０との間の流体導管に設けられる。制御機構４４は、可変容量型ポンプ３０への液圧流体の供給を調節するように動作可能であり、それによって、可変容量型液圧ポンプ３０の出力を調節するためにある。
【００３６】
図２に示された例では、加圧ポンプ４２は、可変容量型液圧ポンプ３０を介して可変速度原動機２８に結合される。シャフト４６は、加圧ポンプ４２を可変容量型液圧ポンプからの出力に結合する。一例では、シャフト４６は、原動機２８と可変容量型ポンプ３０との間を延びるシャフト４０に直に結合されてもよい。他の例では、シャフト４６は、原動機２８と可変容量型ポンプ３０との間を延びるシャフト４０に間接的に結合されてもよい。従って、原動機２８は、直接または間接的に、加圧ポンプ４２を駆動し得る。
【００３７】
加圧ポンプ４２は、導管５２を介して、流体貯留槽５０と流体のやり取りをする。必要とされる場合に、可変容量型ポンプ３０から貯留槽５０に入る流れを可能にするために、流体管８０が、可変容量型ポンプ３０と流体貯留槽５０との間に延びる。加圧ポンプ４２は、また、可変容量型ポンプ３０とアクチュエータ２６との間に延びる流体導管３１と流体のやり取りをする。
【００３８】
加圧ポンプ４２は、流体管５４を介して、流体導管３１と流体のやり取りをする。加えて、流体管７４が、制御機構４４を介して、流体管５４と可変容量型ポンプ３０との間を延びる。従って、加圧ポンプは、流体管５４を介して、流路導管３１に液圧流体を配送し、流体管７４を介して、可変容量型ポンプ３０の出力を調節するために流体を配送する。即ち、加圧ポンプ４２は、アクチュエータ２６に接続された配管における、および、配管への流れを流す（flushing）最小圧力を維持するために油を供給し、可変容量型ポンプ３０の押しのけ容量を変えることを必要とされたパイロットサプライを提供するように動作可能である。例えば、ポンプ３０は、方向が、圧力がかけられた流体の加圧ポンプ４２からの流体管７４を介した配送によって調節され得る斜板を備え得、それによって、本技術において周知であるように、可変容量型ポンプ３０の出力を調節する。
【００３９】
可変容量型液圧ポンプは、通常、シャフトの時計回りまたは反時計回りのいずれかのために最適化される。開液圧回路のために設計されたポンプは、０％から１００％までの範囲で流れを変化させることができる。しかし、本開示のポンプなど、閉液圧回路のために設計されたポンプは、−１００％から１００％までの範囲で流れを変化させることができる。即ち、一方向の軸回転で双方向の流れを配送するように構成される。これは、ゼロの「ヌル」位置（即ち、「オーバーセンター（over centre）」の回りに斜板制御機構を回すことによって達成される。
【００４０】
従って、ポンプ３０は、唯一つの方向（即ち、それは、単方向である）に回転可能であるが、アクチュエータに供給される流体の流れの方向は、（即ち、ポート６０に向かってか、または、ポート６６に向かってかにかかわらず）オーバーセンターの斜板の位置を変えること（ゼロの「ヌル」位置について斜板を回すこと）によって変化させることができる。
【００４１】
従って、ポンプ３０は双方向であり、ポンプ３０が一方向にのみ回転可能であっても、それは、二方向に流れを配送することができる。
【００４２】
流体管５６は、流体管５４を、可変容量ポンプ３０のポート３４とアクチュエータ２６のハウジングに設けられたポート６０との間に延びる流体管５８に、流体が流れるように接続する。流体管６２は、流体管５４を、可変容量型ポンプ３０のポート３２とアクチュエータ２６のハウジングのポート６６との間に延びる流体管６４に、流体が流れるように接続する。アクチュエータ２６は、アクチュエータ２６のハウジング内で摺動可能であるピストン（または、押しのけ容量部材）７０を備える。押しのけ容量部材７０は、更に、制御舵面２４に結合されるロッド７２を備える。結合の細密な態様は、ここでは詳細に記載されず、本発明の部分を形成しない。結合は、ロッド７２の変位が、所望の方向での制御舵面２４の変位に変換され得るようにあると述べることで十分である。
【００４３】
系統は、更に、アクチュエータ２６の過負荷の場合に液圧系統を保護する、液圧系統に一般的ないくつかの圧力制御弁を備える。例えば、第１の圧力逃がし弁１００が、流体管５６と６４の間に設けられ、一方向への流れを可能にするとともに、第２の圧力逃がし弁１０２が、流体管５８と６４の間に設けられ、反対方向の流体の流れを可能にする。また、管５４との流れのやり取りをする流体制御アンローダ弁１０４（即ち、圧力解放弁）が設けられる。流体管１０６が、アンローダ弁１０４から貯留槽５０に延び、流体管５４における設定された圧力に到達したときに、流体が貯留槽５０に抜かれることを可能にするように動作可能である。即ち、管５４内の所定の圧力に達したとき、アンローダ弁１０４は、貯留槽５０への流体の流れを許容するように開く。管５４内の圧力がより低い所定の圧力に落ちると、アンローダ弁１０４は閉じるように動作可能であり得、貯留槽５０への流体の流れを止める。
【００４４】
蓄積器（アキュムレータ）１０８は、加圧ポンプ４２の供給流を補う系統への加圧流体の供給源を提供するために、流体管５４と流体のやり取りをするよう提供され、それによって、導管３１と流体管７４におけるベースラインの圧力を維持する。
【００４５】
図２に示された例では、原動機２８は、制御舵面２４の運用負荷要件によって決定される、様々な速度で可変容量型ポンプ３０と加圧ポンプ４２とを駆動するように動作可能である。可変容量型ポンプ３０は、様々な流量で、アクチュエータ２６の一方の側から液圧流体を引き込み、アクチュエータ２６の他方にそれを配送する。アクチュエータ２６に供給される流れは、押しのけ容量部材７０を制御舵面２４の必要とされる動作負荷に抗して動かすために必要な最小の負荷依存圧力におけるものであってよい。
【００４６】
可変容量型ポンプ３０の押しのけ容量を変えることによって、または、原動機２８の速度を変化させることによって、または、それら２つの選択肢の組み合わせを通して、押しのけ容量部材７０の速度が変えられ得る。
【００４７】
従って、動作において、原動機２８は、可変容量型ポンプ３０の向きを変え、ポンプ３０の出力は、制御機構４４よって制御され、流体は、ポート６０と流体管５８を介して、アクチュエータ２６の左側チャンバ１１０（図２に示される）に配送される。これは、右側（図２でみて）に向かって、押しのけ容量部材７０にバイアスをかける。同時に、アクチュエータ２６の右側チャンバ１１２内に存在する流体は、流体管６４の中へのポート６６を通して、可変容量型ポンプ３０に戻されるように抜かれる。
【００４８】
逆に、流体は、押しのけ容量部材に左側（図２で見て）に力を加えるために、アクチュエータ２６の右側チャンバ１１２へのポート６６を介して、可変容量型ポンプ３０からアクチュエータ２６に配送され得る。アクチュエータ２６の左側チャンバ１１０内の流体は、流体管５８を介して可変容量型ポンプ３０に戻るように搬送される。
【００４９】
可変ポンプ３０の出力と電動機２８の出力は、それによって、アクチュエータ２６への配送のために可変容量型ポンプ３０によりポンプで送られる流体の圧力上昇の圧力と速度を制御するように制御される。電動機２８と可変容量型ポンプ３０の両方の出力が可変であるので、アクチュエータに配送される流体の圧力と流体の圧力上昇の速度との両方が変化され得、圧力または圧力上昇の速度の一方の公称で高い（nominally high）値は、他方の公称で低い（nominally low）値に帰結する。
【００５０】
従って、原動機２８と可変容量型ポンプ３０は、アクチュエータ２６への圧力上昇の第１の速度における第１の液圧で、流れ導管と流管を介して液圧流体を配送するように制御され、故に、動作可能である。また、電動機２８と可変容量型ポンプ３０は、アクチュエータ２６への圧力上昇の第２の速度における第２の液圧で、アクチュエータ２６に流体を配送するように制御され、故に、動作可能である。更に、電動機２８と可変容量型ポンプ３０は、第１の液圧が第２の液圧より大きくあるか、または、圧力上昇の第１の液圧速度が圧力上昇の第２の液圧速度より低くあるように、液圧流体をアクチュエータ２６に配送可能である。
【００５１】
系統は、第１の液圧と第２の液圧の値の範囲を配送するように動作可能であり、第１の液圧の値の範囲は、第２の液圧の値の範囲よりも大きい。
【００５２】
系統は、また、圧力上昇の第１の液圧速度と圧力上昇の第２の液圧速度の値の範囲を配送するように動作可能であり、圧力上昇の第１の液圧速度の値の範囲は、圧力上昇の第２の液圧速度の値の範囲よりも低い。
【００５３】
実際には、これは、所与の圧力を有して、アクチュエータ２６のチャンバ１１０、１１２に入る流体が、押しのけ容量部材７０上に力を引き起こすことを意味する。
【００５４】
アクチュエータ２６のチャンバ１１０、１１２内の液圧流体の圧力上昇の速度は、押しのけ容量部材７０の押しのけ容量の変化の速度（即ち、速さ）を支配する。圧力上昇の速度に応答する押しのけ容量部材７０の動きは、ロッド７２と制御舵面２４への結合によって変換され、従って、制御舵面２４の回転速度を制御する。
【００５５】
即ち、液圧系統２２は、押しのけ容量部材７０の押しのけ容量の変化の第１の速度での第１の力と、押しのけ容量部材７０の押しのけ容量の変化の第２の速度での第２の力とを与えるために、アクチュエータ２６に流体を供給するように動作可能である。
【００５６】
原動機２８と可変容量型ポンプ３０は、アクチュエータに２６に配送される流体が、第１の力が第２の力より大きくなること、および、押しのけ容量の変化の第１の速度が押しのけ容量の変化の第２の速度より低くなることの結果を引き起こすように、構成され、制御され、および、動作可能である。別の言い方をすれば、本開示の液圧アクチュエータ系統は、押しのけ部材７０が、押しのけ容量の変化の公称で低い速度で、公称で高い力を、または、押しのけ容量の変化の公称で高い速度で、公称で低い力を配送することを可能にする。
【００５７】
従って、アクチュエータ２６は、例えば、第１の力と第２の力、または、力の値の第１の範囲と力の値の第２範囲、などの力の値の範囲を配送するように動作可能であり、力の値の第１の範囲は、力の値の第２の範囲よりも大きい。従って、また、押しのけ容量の変化の第１の速度と押しのけ容量の変化の第２の速度の値の範囲を配信するように動作可能であり、押しのけ容量の変化の第１の速度の値の範囲は、押しのけ容量の変化の第２の速度の変化の範囲よりも低い。
【００５８】
ポンプ３０によって生成された液圧流体の圧力の値は、船舶の速度、制御舵面の偏向、および、水の密度とともに頻繁に変化する制御舵面２４上の流体力学的負荷に対抗し、克服するために、（例えば、操作者および／または船舶の制御システムによって）選択される。
【００５９】
即ち、アクチュエータは、制御舵面２４の負荷と速度の要件に適応するように力の値の範囲と押しのけ容量の速度の範囲とを配送するために動作可能である。しかし、公称で高い力の範囲は、全体が、公称で低い力の範囲よりも大きい。同様に、全てが公称で低くある押しのけ容量の値の範囲は、全体が、公称で高くある押しのけ容量の速度の範囲よりも低い。
【００６０】
例えば、力の第１の（公称で高い）範囲は、力の第２の（公称で低い）範囲よりも約１０倍大きくてよい。押しのけ容量の変化の第１の（公称で低い）速度は、押しのけ容量の変化の第２の（公称で高い）速度よりも約１０倍低くてよい。
【００６１】
代替的に、力の第１の（公称で高い）範囲は、力の第２の（公称で低い）範囲の少なくとも５倍だが、１０倍を超えない範囲で大きい。押しのけ容量の変化の第１の（公称で低い）速度は、押しのけ容量の変化の第２の（公称で高い）速度の少なくとも５倍だが、１０倍を超えない範囲で大きい。
【００６２】
加えて、可変容量型ポンプ３０と原動機２８は、制御舵面／アクチュエータ上の一定の負荷を想定して以下に書かれるように、動作の３つのモードで制御されるように動作可能である。
【００６３】
第１のモードにおいて、原動機２８の出力は変えられるが、可変ポンプ３０の押しのけ容量は固定され得る。
【００６４】
第２のモードにおいて、原動機２８の出力は固定されるが、可変ポンプ３０の押しのけ容量は変えられ得る。
【００６５】
第３のモードにおいて、電動機２８の出力は変えられ、可変ポンプ３０の押しのけ容量も変えられ得る。
【００６６】
これらの３つのモードは、関連の技術の構成には利用可能でない、流体圧力の出力、流体圧力の変化の速度、ひいては、アクチュエータの押しのけ容量の変化の出力される力と速度の広い利用可能性を与える。
【００６７】
系統の効率を確実にするために、系統は、系統の即時のパワー使用量を決定することによって制御され得る。これは、原動機の出力速度、可変ポンプ押しのけ容量、可変ポンプ流量、流体圧力、アクチュエータ負荷、および、アクチュエータ速度（即ち、押しのけ容量の変化の速度）の少なくとも２つに応じて決定され得る。原動機出力速度、および／または、可変ポンプ押しのけ容量は、決定された即時のパワー使用量の値が所定の限度を超えないように変化され得、それによって、本発明に係る系統のパワー使用量の効率性と予測可能性を確実にする。
【００６８】
アクチュエータ負荷が、アクチュエータのチャンバ１１０、１１２内の圧力を測定し、次いで、チャンバ１１０、１１２の間の圧力差に依存する力を決定することにより、直接（例えば、歪みゲージ）または間接的に決定され得る。
【００６９】
図３と図４は、図２に示された系統への代替の液圧系統２００、３００を示す。ほとんどの点で、それらは、図２に示された構成と同じであり、同様な構成要素は、共通の参照符号を用いて特定される。
【００７０】
図３に示された系統２００と図２に示された系統２２との間の唯一の違いは、可変容量型液圧ポンプ３０が、加圧ポンプ４２を介して可変速度電動機２８に、駆動されるように結合されることである。従って、シャフト２０２が、電動機２８と加圧ポンプ４２との間に延び、シャフト２０４が、加圧ポンプ３０と可変押しのけ容量ポンプ４２との間に延びる。一例では、シャフト２０２とシャフト２０４は、互いに直接結合されてよい。他の例では、シャフト２０２とシャフト２０４は、お互いに間接的に結合されてもよい。前の例にあるように、原動機２８は、加圧ポンプ４２と可変押しのけ容量ポンプ３０の両方に動力を与える出力を提供する。
【００７１】
図４は、本開示に係る液圧系統３００を示す。図４に示された例と図２と３の例との間の唯一の違いは、加圧ポンプ４２が電動機によって駆動される代わりに、異なる原動機３０２によって駆動されることである。即ち、原動機３０２は、シャフト３０４を介して、加圧ポンプ４２に、駆動するように結合される。別の言い方をすると、加圧ポンプ４２は、更なる原動機３０２に、駆動するように結合され、更なる原動機は、可変押しのけ容量液圧ポンプに駆動するように結合された可変速度電動機２８と異なる。
【００７２】
全ての他の点、および、動作のモードにおいて、図３と４に示された液圧系統２００、３００は、図２に示された液圧系統２２のものと同じである。
【００７３】
本開示のシステムと方法は、潜水可能な船舶１０に関して説明された。しかし、水上船舶にも等しく適用可能である。例えば、水上船舶は、本開示による液圧系統に結合され、および、それにより動かされるように動作可能である舵または他の制御舵面を有し得る。
【００７４】
高い力と押しのけ容量の低い速度、または、低い力と押しのけ容量の高い速度の組み合わせのみが必要とされるので、アクチュエータ、ポンプ、および、原動機は、従来の種類の系統におけるのと同じくらい高く見積もられる（即ち、大きくある）必要はない。
【００７５】
本開示の系統の構成はモジュール式であり、船舶上の他の系統との必要とされる相互作用はより少なく、従って、関連技術の系統に比べて相対的にコンパクトであり得る。これは、明らかに、任意の配置、だが、特にスペースが限られる船舶における配置にとっての利点である。
【００７６】
また、可変容量型液圧ポンプは、本来、効率的である。ゼロ変位に斜板制御機構を設定することにより、駆動軸トルクがゼロに近づくと、原動機に対する要求はそれに応じて低下する。好適な一定の速度でモータを走らせ、主に斜板制御機構で流れを変えるとの嗜好がある場合、−１００％から＋１００％までの全範囲にわたって、ポンプの斜制御を使用することが可能である。従って、原動機の性能は、それが、時間の長い期間の間動くような速度に最適化され得、それによって、系統の全体的な効率性を高める。
【００７７】
従って、効率的かつ正確に制御され得るとともに、必要なだけのパワーと性能の出力を生成する液圧アクチュエータ系統に結合された制御舵面を備える船舶が提供される。
【００７８】
この出願に関連し、この明細書とともに公衆の閲覧のために公開される、この明細書と同時に、または、以前に出願される全ての書類と文書に注意が向けられ、全てのそのような書類と文書の内容が、参照によって、この中に組み込まれる。
【００７９】
この明細書（任意の添付の特許請求の範囲、要約書、および、図面を含む）において開示された態様の全ては、および／または、そう開示された任意の方法またはプロセスのステップの全ては、そのような態様および／またはステップの少なくともいくつかが相互に排他的であるという組み合わせを除き、任意の組み合わせに組み合され得る。
【００８０】
この明細書（任意の添付の特許請求の範囲、要約書、および、図面を含む）に開示された各態様は、その他のことが明示的に述べられていない限り、同じ、等価な、または、類似の目的を満たす代替の態様によって置き換えられ得る。従って、その他のことが明示的に述べられない限り、開示された各態様は、全体に共通する一連の等価または類似の態様の一例にすぎない。
【００８１】
本発明は、上記の実施形態（複数可）の具体例に限定されない。本発明は、この明細書（任意の添付の特許請求の範囲、要約書、および、図面を含む）に開示された態様の任意の新規なもの、または、任意の新規な組み合わせに、または、そう開示された任意の方法またはプロセスのステップの任意の新規なもの、または、任意の新規な組み合わせに、及ぶ。
【図１】
2018513951.tif 000003
【図２】
2018513951.tif 000004
【図３】
2018513951.tif 000005
【図４】
2018513951.tif 000006
【国際調査報告】
2018513951.tif 000007
2018513951.tif 000008