(57)【要約】【課題】船内スペースを大幅に減少させることなく、自動操舵機能を容易に追加できる船舶用ステアリングシステムを提供すること。【解決手段】船舶用ステアリングシステムは、ステアリングホイール３２を回転させる動力を発生する電動モータ４２と、電動モータ４２の回転をステアリングホイール３２に伝達する伝達機構４３と、ステアリングホイール３２の回転に基づかない入力信号に応じて電動モータ４２に電力を供給する給電スイッチ５２および制御ユニット５５とを備える。【選択図】図３
2016210239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールを回転させる動力を発生する電動アクチュエータと、
前記電動アクチュエータの出力部と共に回転する駆動部材と、前記ステアリングホイールと共に回転する従動部材とを含み、前記電動アクチュエータの出力部の回転を前記ステアリングホイールに伝達する伝達機構と、
前記ステアリングホイールの回転に基づかない入力信号に応じて前記電動アクチュエータに電力を供給する給電制御部とを備える、船舶用ステアリングシステム。
【請求項２】
前記船舶は、前記ステアリングホイールを回転可能に支持するコンソール台を含み、
前記電動アクチュエータは、前記コンソール台に支持される、請求項１に記載の船舶用ステアリングシステム。
【請求項３】
前記電動アクチュエータは、前記コンソール台と前記ステアリングホイールとの間に配置される、請求項２に記載の船舶用ステアリングシステム。
【請求項４】
前記電動アクチュエータおよび伝達機構の両方を覆うカバーをさらに含む、請求項３に記載の船舶用ステアリングシステム。
【請求項５】
前記従動部材は、前記ステアリングホイールの回転軸線上に位置しており、
前記駆動部材は、前記従動部材のまわりに位置する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の船舶用ステアリングシステム。
【請求項６】
前記伝達機構は、前記電動アクチュエータと前記ステアリングホイールとの間で前記電動アクチュエータの回転を１回だけ減速させる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の船舶用ステアリングシステム。
【請求項７】
前記伝達機構は、前記電動アクチュエータを前記ステアリングホイールに常時連結する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の船舶用ステアリングシステム。
【請求項８】
前記伝達機構は、前記電動アクチュエータと前記ステアリングホイールとを繋ぐ動力の伝達経路上で前記電動アクチュエータの動力を前記ステアリングホイールに向けて伝達し、操船者が前記ステアリングホイールにトルクを加えると前記伝達経路を切断するクラッチをさらに含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の船舶用ステアリングシステム。
【請求項９】
前記電動アクチュエータから前記ステアリングホイールに伝達される最大トルクは、８Ｎｍ以下である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の船舶用ステアリングシステム。
【請求項１０】
前記給電制御部は、前記船舶の速度が所定値以下のときだけ、前記電動アクチュエータに電力を供給する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の船舶用ステアリングシステム。
【請求項１１】
前記給電制御部は、前記船舶を推進させる動力を発生するエンジンの回転速度が１０００ｒｐｍ以下のときだけ、前記電動アクチュエータに電力を供給する、請求項１０に記載の船舶用ステアリングシステム。
【請求項１２】
前記給電制御部は、制御ユニットを含み、
前記制御ユニットは、前記電動アクチュエータへの電力供給を制御するモータ駆動部と、操船者が前記ステアリングホイールを操作していることを含む操作条件が成立するか否かを判定する操作判定部と、前記電動アクチュエータが駆動されているときに前記操作条件が成立すると、前記モータ駆動部に前記電動アクチュエータの駆動を停止させる駆動停止部とを含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の船舶用ステアリングシステム。
【請求項１３】
前記給電制御部は、制御ユニットを含み、
前記制御ユニットは、前記入力信号に応じて前記電動アクチュエータの回転角を計算する修正角度計算部と、前記電動アクチュエータが前記修正角度計算部によって計算された回転角で回転するように前記電動アクチュエータへの電力供給を制御するモータ駆動部とを含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の船舶用ステアリングシステム。
【請求項１４】
前記制御ユニットは、操船者によって操作される携帯端末に無線通信網を介して接続されており、前記携帯端末から送られた前記入力信号を受信する通信ユニットをさらに含む、請求項１３に記載の船舶用ステアリングシステム。
【請求項１５】
前記携帯端末は、操船者が前記船舶の目的地を指定するときに操作される被操作部を含み、
前記給電制御部は、前記電動アクチュエータへの電力供給を制御することにより、前記携帯端末で指定された目的地に前記船舶が向かうように前記船舶の針路を制御する、請求項１４に記載の船舶用ステアリングシステム。
【請求項１６】
前記携帯端末は、ＧＰＳ衛星が発する信号に基づいて前記携帯端末の現在地を計算するＧＰＳユニットをさらに含む、請求項１５に記載の船舶用ステアリングシステム。
【請求項１７】
風向きに対する船首の方向の傾き角度を検出し、前記入力信号を生成する風向検出装置をさらに含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の船舶用ステアリングシステム。
【請求項１８】
前記船舶用ステアリングシステムは、前記電動アクチュエータをバッテリーに接続する給電回路と、風向きに対する船首の方向の傾き角度を検出する風向検出装置とをさらに含み、
前記給電制御部は、前記給電回路から前記電動アクチュエータへの電力供給を制御する給電スイッチと、前記給電回路から前記電動アクチュエータに電力を供給させる前記入力信号を前記給電スイッチに伝達する駆動回路と、前記風向検出装置によって検出された風向きに対する船首の方向の傾き角度に応じて、前記入力信号を生成するオン状態と、前記駆動回路を開くオフ状態と、に切り替わる駆動スイッチとを含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の船舶用ステアリングシステム。
【請求項１９】
操船者の操作に応じて前記給電回路および駆動回路の一方を開閉するオンオフスイッチをさらに含む、請求項１８に記載の船舶用ステアリングシステム。
【請求項２０】
磁場の方向に対する船首の方向の傾き角度を検出し、前記入力信号を生成する方位検出装置をさらに含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の船舶用ステアリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶を操舵する船舶用ステアリングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、良好な操舵フィーリングを得るための船外機の操舵装置が開示されている。操舵装置は、ステアリングホイールの回転にフリクションを与えると共に、ステアリングホイールの回転角を規制する油圧ダンパーを備える。
特許文献２には、操舵フィーリングを切り替えることができる船外機の操舵装置が開示されている。操舵装置は、船外機を回動させる油圧式の操舵機構と、船外機を回動させる電動式の操舵機構と、操船者の操作に応じて油圧式および電動式の切り替えを行う切替機構とを備える。
【０００３】
特許文献３には、操船者のホイール操作を電動アクチュエータで補助する船外機の操舵装置が開示されている。操舵機構は、操船者によるステアリングホイールの操作に応じて動力を発生する電動アシスト機構を備える。
特許文献４には、無線通信網を介して船に接続された携帯電話などの遠隔端末から船を遠隔操作するシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６―１９９０６４号公報
【特許文献２】特開２００７―２１６９１１号公報
【特許文献３】特開２０１１―１０５２２２号公報
【特許文献４】国際公開第２００９／２６６６３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
船外機用の油圧式の操舵機構は、ステアリングホイールの回転を油圧に変換するヘルムポンプと、ヘルムポンプから伝達された油圧により船外機を回動させる油圧シリンダと、ヘルムポンプの油圧を油圧シリンダに伝達する油圧配管とを含む。
このような油圧式の操舵機構を備える船舶に、オートパイロットと呼ばれる後付の自動操舵装置を設置する場合がある。一般的な自動操舵装置は、操舵機構の油圧配管に介装される油圧ポンプと、油圧ポンプを駆動する電動モータと、電動モータを制御する制御装置とを含む。制御装置が電動モータ等を制御することにより、船舶が自動で操縦される。
【０００６】
しかしながら、後付けの自動操舵装置が大きいため、これを船舶に追加すると、乗船者が利用可能な船内スペースが狭まる。特に、小型の船舶では自動操舵装置を配置するスペースを確保できないこともある。
一方、機械式の操舵機構に代えて、電動式の操舵機構を用いることが提案されている。電動式の操舵機構は、ステアリングホイールの回転角を信号に変換し、舵を駆動する電動アクチュエータをこの信号に応じて駆動する。そのため、電動アクチュエータを駆動する駆動信号を出力する装置を追加すれば、船舶を自動で操縦することができる。例えば、特許文献４には、遠隔端末から自動制御システムに指令を送ることにより、船舶を自動で操縦するオートパイロットシステムが開示されている。
【０００７】
機械式の操舵機構を電動式の操舵機構に変更することは、特許文献１などの多くの文献で提案されている。しかしながら、既存の操舵機構（機械式の操舵機構）を変更する場合、デバイスを変更したり、制御システム等を導入したりする必要がある。また、特許文献２では、機械式の操舵機構と電動式の操舵機構とこれらの切替を行う切替機構とを備える操舵装置が提案されている。しかし、この操舵装置では、両方の操舵機構を設ける必要があるため、構造が複雑化すると共に、電動式の操舵機構を追加しなければならない。
【０００８】
なお、操船者のホイール操作を電動アクチュエータで補助する技術は、特許文献３などの多くの文献で提案されている。しかしながら、特許文献３に記載の技術は、自動操舵に関するものではない。
以上の通り、機械式の操舵機構に自動操舵機能を追加することは容易ではなかった。さらに、電動式の操舵機構においても、自動操舵機能の追加を予定していない場合は、新たにインターフェイスを設けたり、制御システムを変更したりする必要がある。よって、電動式の操舵機構に自動操舵機能を追加することも容易ではなかった。
【０００９】
そこで、本発明の目的の一つは、船内スペースを大幅に減少させることなく、自動操舵機能を容易に追加できる船舶用ステアリングシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施形態は、ステアリングホイールを回転させる動力を発生する電動アクチュエータと、前記電動アクチュエータの出力部と共に回転する駆動部材と、前記ステアリングホイールと共に回転する従動部材とを含み、前記電動アクチュエータの出力部の回転を前記ステアリングホイールに伝達する伝達機構と、前記ステアリングホイールの回転に基づかない入力信号に応じて前記電動アクチュエータに電力を供給する給電制御部とを備える、船舶用ステアリングシステムを提供する。「ステアリングホイールの回転に基づかない入力信号」は、操船者によるステアリングホイールの操作がなくても発生する信号を意味する。
【００１１】
この構成によれば、ステアリングホイールの回転に基づかない入力信号が生成されると、給電制御部が電動アクチュエータに電力を供給する。これにより、電動アクチュエータが回転し、この回転が駆動部材と従動部材とを含む伝達機構によってステアリングホイールに伝達される。そのため、操船者がステアリングホイールに触れていなくても、ステアリングホイールが回転する。
【００１２】
操舵機構が機械式である場合、ステアリングホイールが回転すると、舵が駆動される。操舵機構が電動式である場合、ステアリングホイールが回転すると、この回転が検知され、舵を回動させる電動アクチュエータが駆動される。したがって、操舵機構が機械式および電動式のいずれである場合でも、船舶が自動で操舵される。
このように、本システムでは、電動アクチュエータや伝達機構などをステアリングホイールの周辺に設けることで、自動操舵機能を追加できる。そのため、既存の操舵機構を大幅に変更しなくてもよい。さらに、ステアリングホイールを回転させるシンプルな構成であるので、船内スペースの減少を抑えることができる。
【００１３】
前記実施形態において、前記船舶は、前記ステアリングホイールを回転可能に支持するコンソール台を含んでいてもよい。前記電動アクチュエータは、前記コンソール台に支持されていてもよい。
この構成によれば、電動アクチュエータが、ステアリングホイールの近くに配置されている。つまり、電動アクチュエータおよびステアリングホイールは、同じコンソール台に支持されている。そのため、ステアリングホイールの周辺以外のスペースが、自動操舵機能の追加によって狭まることを抑えることができる。
【００１４】
前記実施形態において、前記電動アクチュエータは、前記コンソール台と前記ステアリングホイールとの間に配置されていてもよい。
この構成によれば、ステアリングホイールとコンソール台とが、空間を介して対向しており、電動アクチュエータがこの空間に配置されている。つまり、電動アクチュエータは、ステアリングホイールに近い位置でコンソール台の外に配置されている。さらに、電動アクチュエータがコンソール台の外に配置されているので、伝達機構もコンソール台の外に配置される。そのため、電動アクチュエータおよび伝達機構を配置する空間をコンソール台の内部に確保しなくてもよい。
【００１５】
前記実施形態において、前記船舶用ステアリングシステムは、前記電動アクチュエータおよび伝達機構の両方を覆うカバーをさらに含んでいてもよい。
この構成によれば、電動アクチュエータおよび伝達機構が、ステアリングホイールとコンソール台との間に配置されており、カバーが、電動アクチュエータおよび伝達機構を覆っている。そのため、電動アクチュエータおよび伝達機構を海水や雨水などから保護できる。
【００１６】
前記実施形態において、前記従動部材は、前記ステアリングホイールの回転軸線上に位置していてもよい。前記駆動部材は、前記従動部材のまわりに位置していてもよい。「前記駆動部材は、前記従動部材のまわりに位置する」とは、駆動部材および従動部材がステアリングホイールの回転軸線に直交する方向に並んでいることを意味する。この場合、駆動部材および従動部材が互いに接していてもよいし、中間部材が駆動部材および従動部材の間に配置されていてもよい。
【００１７】
この構成によれば、従動部材がステアリングホイールの回転軸線の近くに位置している。さらに、駆動部材が従動部材の近くに位置している。そのため、伝達機構を小型化できる。これにより、自動操舵機能の追加による船内スペースの減少を抑えることができる。
前記実施形態において、前記伝達機構は、前記電動アクチュエータと前記ステアリングホイールとの間で前記電動アクチュエータの回転を１回だけ減速させてもよい。
【００１８】
この構成によれば、電動アクチュエータの回転は、電動アクチュエータとステアリングホイールとの間で１回だけ減速される。電動アクチュエータの回転を複数回減速する場合、複数の減速ギヤが必要となる。そのため、伝達機構が大型化する。その一方で、電動アクチュエータの回転を減速させない場合、定格トルクの大きな電動アクチュエータ、すなわち、大型の電動アクチュエータが必要となる。そのため、この構成によれば、電動アクチュエータおよび伝達機構の大型化を抑制できる。
【００１９】
前記実施形態において、前記伝達機構は、前記電動アクチュエータを前記ステアリングホイールに常時連結していてもよい。「常時連結」は、電動アクチュエータおよびステアリングホイールの一方が回転すると、電動アクチュエータおよびステアリングホイールの他方が、いつでも、それに応じて回転するような連結を意味する。
電動アクチュエータとステアリングホイールとを繋ぐ動力の伝達経路を電磁クラッチで切断および接続する場合、電磁クラッチを切り替える必要がある。これに対して、電動アクチュエータがステアリングホイールに常時連結されている場合、このような切替制御が不要である。したがって、ステアリングシステムを簡素化できる。
【００２０】
前記実施形態において、前記伝達機構は、前記電動アクチュエータと前記ステアリングホイールとを繋ぐ動力の伝達経路上で前記電動アクチュエータの動力を前記ステアリングホイールに向けて伝達し、操船者が前記ステアリングホイールにトルクを加えると前記伝達経路を切断するクラッチをさらに含んでいてもよい。
この構成によれば、正転方向および逆転方向のトルクが、クラッチを介して電動アクチュエータからステアリングホイールに伝達される。その一方で、操船者が正転方向および逆転方向のトルクをステアリングホイールに加えると、クラッチが伝達経路を切断する。そのため、操船者がステアリングホイールを操作したときに、電動アクチュエータの慣性抵抗や電気的制動力が、ステアリングホイールを介して操船者に伝達されない。これにより、操舵フィーリングの悪化を防止できる。
【００２１】
前記実施形態において、前記電動アクチュエータから前記ステアリングホイールに伝達される最大トルクは、８Ｎｍ（ニュートンメートル）以下であってもよい。
この構成によれば、電動アクチュエータの定格トルクと伝達機構の減速比とは、電動アクチュエータからステアリングホイールに伝達される最大トルクが８Ｎｍ以下になるように設定されている。この最大トルクは、操船者がステアリングホイールに触れていないときにステアリングホイールを回転させるために必要な最低トルク以上であり、操船者がステアリングホイールに触れているときにステアリングホイールを回転させるために必要な最低トルク未満である。
【００２２】
このように、最大トルクが小さいので、電動アクチュエータによるステアリングホイールの駆動と、操船者によるステアリングホイールの操作とが同時期に実行されると、操船者のホイール操作が優先される。したがって、操船者のホイール操作を船舶の操舵に確実に反映できる。さらに、最大トルクが小さいので、小型のモータを電動アクチュエータとして使用することができる。そのため、電動アクチュエータの占有体積を小さくでき、電動アクチュエータの消費電力を低減できる。
【００２３】
前記実施形態において、前記給電制御部は、前記船舶の速度が所定値以下のときだけ、前記電動アクチュエータに電力を供給してもよい。たとえば、前記給電制御部は、前記船舶を推進させる動力を発生するエンジンの回転速度が１０００ｒｐｍ以下のときだけ、前記電動アクチュエータに電力を供給してもよい。
操舵機構が機械式であり、船舶が高速の場合、舵に加わる水圧が高いので、大きなトルクをステアリングホイールに加えないと、ステアリングホイールが動かない。そのため、定格トルクの大きなモータを電動アクチュエータとして使用する必要がある。これは、電動アクチュエータが大型化し、消費電力が増加することを意味する。
【００２４】
これに対して、船舶が低速のときだけ、電動アクチュエータがステアリングホイールを回転させる場合、定格トルクの大きなモータを電動アクチュエータとして使用しなくてもよい。そのため、電動アクチュエータの占有体積を小さくでき、電動アクチュエータの消費電力を低減できる。
前記実施形態において、前記給電制御部の制御ユニットは、前記電動アクチュエータへの電力供給を制御するアクチュエータ駆動部と、操船者が前記ステアリングホイールを操作していることを含む操作条件が成立するか否かを判定する操作判定部と、前記電動アクチュエータが駆動されているときに前記操作条件が成立すると、前記アクチュエータ駆動部に前記電動アクチュエータの駆動を停止させる駆動停止部とを含んでいてもよい。
【００２５】
この構成によれば、電動アクチュエータが駆動されているときに、操船者がステアリングホイールを操作しているか否か、つまり、操船者がステアリングホイールを一定の位置で保持しているか否かや、ステアリングホイールを回転させているか否かが判定される。操船者がステアリングホイールを操作していると判定された場合、電動アクチュエータの駆動が停止され、電動アクチュエータからステアリングホイールへのトルクの伝達が停止される。そのため、電動アクチュエータが操船者のホイール操作を妨げることを防止できる。
【００２６】
前記実施形態において、前記給電制御部の制御ユニットは、前記入力信号に応じて前記電動アクチュエータの回転角を計算する修正角度計算部と、前記電動アクチュエータが前記修正角度計算部によって計算された回転角で回転するように前記電動アクチュエータへの電力供給を制御するアクチュエータ駆動部とを含んでいてもよい。
前記実施形態において、前記制御ユニットは、操船者によって操作される携帯端末に無線通信網を介して接続されており、前記携帯端末から送られた前記入力信号を受信する通信ユニットをさらに含んでいてもよい。
【００２７】
この構成によれば、操船者によって携帯端末に入力された指令が、無線通信網を介して通信ユニットに受信され、通信ユニットが受信した指令に基づいて、制御ユニットが電動アクチュエータへの電力供給を制御する。携帯端末がステアリングシステムに物理的に接続されていないので、操船者は、船内のいずれの場所からでも制御ユニットに指示を与えることができる。つまり、操船者は、自動操舵装置を遠隔操作できる。さらに、自動操舵機能に必要な被操作部およびディスプレイを省略できるので、コンソール台を簡素化できる。
【００２８】
前記実施形態において、前記携帯端末は、操船者が前記船舶の目的地を指定するときに操作される被操作部を含んでいてもよい。前記給電制御部は、前記電動アクチュエータへの電力供給を制御することにより、前記携帯端末で指定された目的地に前記船舶が向かうように前記船舶の針路を制御してもよい。すなわち、オートパイロット機能がステアリングシステムに設けられていてもよい。この場合、前記携帯端末は、ＧＰＳ衛星が発する信号に基づいて前記携帯端末の現在地を計算するＧＰＳユニットをさらに含んでいることが好ましい。船舶の現在地に相当する携帯端末の現在地をより正確に把握できるからである。
【００２９】
前記実施形態において、前記船舶用ステアリングシステムは、風向きに対する船首の方向の傾き角度を検出し、前記入力信号を生成する風向検出装置をさらに含んでいてもよい。
この構成によれば、風向検出装置は、風向きに対する船首の方向の傾き角度を示す入力信号を生成する。給電制御部は、風向検出装置によって生成された入力信号に応じて電動アクチュエータに電力を供給する。これにより、船首が自動で風上に向けられる。したがって、操船者がステアリングホイールを操作しなくても、船首を自動で風上に向けることができる。
【００３０】
前記実施形態において、前記船舶用ステアリングシステムは、前記電動アクチュエータをバッテリーに接続する給電回路と、風向きに対する船首の方向の傾き角度を検出する風向検出装置とをさらに含んでいてもよい。前記給電制御部は、前記給電回路から前記電動アクチュエータへの電力供給を制御する給電スイッチと、前記給電回路から前記電動アクチュエータに電力を供給させる前記入力信号を前記給電スイッチに伝達する駆動回路と、前記風向検出装置によって検出された風向きに対する船首の方向の傾き角度に応じて、前記入力信号を生成するオン状態と、前記駆動回路を開くオフ状態と、に切り替わる駆動スイッチとを含んでいてもよい。
【００３１】
この構成によれば、風向きに対する船首の方向の傾き角度が所定値になると、駆動スイッチがオン状態になり、ステアリングホイールの回転に基づかない入力信号が駆動回路から給電スイッチに伝達される。これにより、バッテリーの電力が、給電回路から電動アクチュエータに供給され、電動アクチュエータが駆動される。そのため、船首が自動で風上に向けられる。したがって、操船者がステアリングホイールを操作しなくても、船首を自動で風上に向けることができる。
【００３２】
前記実施形態において、船舶用ステアリングシステムは、操船者の操作に応じて前記給電回路および駆動回路の一方を開閉するオンオフスイッチをさらに含んでいてもよい。
この構成によれば、オンオフスイッチが操船者によってオン／オフされる。オンオフスイッチが駆動回路に設けられている場合、オンオフスイッチがオフのとき、駆動回路が開いているので、入力信号が生成されない。オンオフスイッチが給電回路に設けられている場合、オンオフスイッチがオフのとき、給電回路が開いているので、給電回路から電動アクチュエータへの電力の供給が遮断される。そのため、操船者は、オンオフスイッチを操作することにより、自動操舵機能を有効化および無効化できる。
【００３３】
前記実施形態において、船舶用ステアリングシステムは、磁場の方向に対する船首の方向の傾き角度を検出し、前記入力信号を生成する方位検出装置をさらに含んでいてもよい。
この構成によれば、方位検出装置は、磁場の方向に対する船首の方向の傾き角度を示す入力信号を生成する。給電制御部は、方位検出装置によって生成された入力信号に応じて電動アクチュエータに電力を供給する。これにより、予め設定された方位に船首が自動で向けられる。したがって、操船者がステアリングホイールを操作しなくても、船首が特定の方位に向けられた状態を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る船舶の模式図である。
【図２】前記船舶に備えられた船外機の左側面を示す模式図である。
【図３】前記船舶に備えられた自動操舵装置を示す模式図である。
【図４】自動操舵装置および携帯端末の電気的構成を説明するためのブロック図である。
【図５】自動操舵装置および携帯端末の機能的な構成を説明するためのブロック図である。
【図６】自動操舵（オートパイロット）について説明するためのフローチャートである。
【図７】モータ駆動制御について説明するためのフローチャートである。
【図８】船舶が低速であることを含む低速条件の成立要件の一例を示す表である。
【図９】操船者がステアリングホイールを操作していることを含む操作条件の成立要件の一例を示す表である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る自動操舵装置を示す模式図である。
【図１１】自動操舵装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。
【図１２】自動操舵が実行される角度範囲について説明するための模式図である。
【図１３】船舶が自動で操舵されるときの動作を説明するための模式図である。
【図１４】本発明の第３実施形態に係る自動操舵装置を示す模式図である。
【図１５】本発明の第４実施形態に係る自動操舵装置を示す模式図である。
【図１６】船首の方向の傾き角度とこれを検出する検出装置の出力電圧との関係を示すグラフである。
【図１７】本発明の第５実施形態に係る自動操舵装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下では、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る船舶１の模式図である。図２は、船舶１に備えられた船外機１１の左側面を示す模式図である。
図１に示すように、船舶１は、水面に浮かぶ艇体２と、艇体２を推進させる推力を発生する船舶推進機６とを含む。艇体２は、水面に浮かぶ船体３と、船体３の上方に配置されたデッキ４とを含む。
【００３６】
図２に示すように、船舶推進機６は、艇体２の後部（船尾）に取り付け可能なクランプブラケット７と、左右方向に延びるチルティングシャフト８まわりに回転可能にクランプブラケット７に支持されたスイベルブラケット９とを含む。船舶推進機６は、さらに、上下方向に延びる中心線まわりに回転可能にスイベルブラケット９に支持されたステアリングシャフト１０と、ステアリングシャフト１０と共にステアリングシャフト１０まわりに左右方向に回転する船外機１１とを含む。
【００３７】
船外機１１は、プロペラ１８を回転させる動力を発生する原動機の一例であるエンジン１３と、エンジン１３の動力をプロペラ１８に伝達する動力伝達装置とを含む。エンジン１３は、上下方向に延びる回転軸線まわりに回転可能なクランクシャフト１４を含む。クランクシャフト１４の回転は、動力伝達機構のドライブシャフト１５、前後進切替機構１６、およびプロペラシャフト１７を介してプロペラ１８に伝達される。プロペラシャフト１７に取り付けられたプロペラ１８の回転方向は、前後進切替機構１６によって切り替えられる。
【００３８】
前後進切替機構１６は、上下方向に延びるドライブシャフト１５の回転に応じて互いに反対の方向に回転する前ギヤ１６ａおよび後ギヤ１６ｃと、前後方向に延びるプロペラシャフト１７と共にプロペラシャフト１７まわりに回転するドッグクラッチ１６ｂとを含む。プロペラシャフト１７に対してプロペラシャフト１７の軸方向に移動可能なドッグクラッチ１６ｂは、前ギヤ１６ａに噛み合う前進位置、後ギヤ１６ｃに噛み合う後進位置、および、前ギヤ１６ａおよび後ギヤ１６ｃの両方に噛み合わない中立位置のいずれかに選択的に配置される。
【００３９】
船外機１１は、ドッグクラッチ１６ｂをいずれかのシフト位置に移動させる動力を発生するシフトアクチュエータ２２と、エンジン１３の出力を調整するスロットルバルブの開度を変更するスロットルアクチュエータ２３とを含む。シフトアクチュエータ２２およびスロットルアクチュエータ２３は、いずれも、船舶推進機６の船外機ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）２４によって制御される電動アクチュエータである。船舶推進機６に備えられた電気機器は、船外機ＥＣＵ２４に接続されている。
【００４０】
図１に示すように、船舶１は、船舶１を操舵するために操船者によって回転されるステアリングホイール３２と、エンジン１３の出力調整と船舶１の前進および後進の切替とを行うために操船者によって前後方向に傾けられるリモートコントロールユニット（以下では、リモコンユニット２６という。）とを含む。
ステアリングホイール３２およびリモコンユニット２６は、操船者の前方に配置されるコンソール台５に支持されている。ステアリングホイール３２は、コンソール台５に対して回転可能である。コンソール台５は、ステアリングホイール３２の回転軸線Ａｈに交わる平面上に配置されたコンソール面５ａを含む。コンソール台５は、操船者が移動するデッキ４から上方に突出している。エンジン１３を始動させる始動スイッチなどのスイッチや、エンジン１３の回転速度を表示するタコメーターなどの計器は、操船者の見える位置でコンソール台５に設置されている。
【００４１】
リモコンユニット２６は、船舶推進機６の出力を調整するスロットル部材と船舶１の前進および後進を切り替えるシフト部材とを兼ねるリモコンレバー２７と、リモコンレバー２７が前後方向に傾倒できるようにリモコンレバー２７の根元部を支持するリモコンボックス２８とを含む。リモコンユニット２６は、リモコンレバー２７に代えて、互いに独立したスロットル部材およびシフト部材を備えていてもよい。
【００４２】
図２に示すように、リモコンレバー２７は、最も前方に傾いたＦ全開位置Ｆｍａｘと最も後方に傾いたＲ全開位置Ｒｍａｘとの間で前後方向に傾倒可能である。Ｆ全開位置ＦｍａｘからＦ切替位置Ｆｉｎまでの領域は、船舶推進機６が前進方向の推力を発生する「Ｆ領域」である。Ｒ全開位置ＲｍａｘからＲ切替位置Ｒｉｎまでの領域は、船舶推進機６が後進方向の推力を発生する「Ｒ領域」である。Ｆ切替位置ＦｉｎとＲ切替位置Ｒｉｎとの間の領域は、船舶推進機６が推力を発生しない「Ｎ領域」である。中立位置Ｎは、たとえば、Ｆ切替位置ＦｉｎとＲ切替位置Ｒｉｎとの中間の位置である。
【００４３】
リモコンレバー２７がＦ切替位置Ｆｉｎまで前方に傾けられると、船舶推進機６は、前進方向の推力を発生するように切り替えられる。リモコンレバー２７がＲ切替位置Ｒｉｎまで後方に傾けられると、船舶推進機６は、後進方向の推力を発生するように切り替えられる。リモコンレバー２７がＦ切替位置Ｆｉｎからさらに前方に傾けられると、船舶推進機６の出力は、リモコンレバー２７の傾き角度に応じて高められる。後進の場合も同様である。
【００４４】
リモコンユニット２６は、リモコンレバー２７の位置を検出するレバー位置検出装置２９と、船外機１１をシフトさせるシフト変更信号と船外機１１の出力を変更させる出力変更信号とをレバー位置検出装置２９の検出値に応じて出力するリモコンＥＣＵ３０とを含む。リモコンＥＣＵ３０は、配線によって船外機ＥＣＵ２４に接続されている。船外機ＥＣＵ２４は、リモコンＥＣＵ３０から送信された信号に応じてシフトアクチュエータ２２およびスロットルアクチュエータ２３を駆動する。したがって、操船者がリモコンレバー２７を操作すると、それに応じて船舶推進機６が操作される。
【００４５】
図１に示すように、船舶１のステアリングシステムは、操船者の操作に応じて船舶１を操舵する手動操舵装置３１を含む。手動操舵装置３１は、船舶１を操舵するために操船者によって回転されるステアリングホイール３２と、舵（rudder）に相当する船外機１１をステアリングホイール３２の回転に応じて駆動する操舵機構３３とを含む。
操舵機構３３は、ステアリングホイール３２の回転を油圧に変換するヘルムポンプ３４（油圧ポンプ）と、ヘルムポンプ３４から伝達された油圧により舵を回動させる油圧シリンダ３６と、ヘルムポンプ３４の油圧を油圧シリンダ３６に伝達する油圧配管３５とを含む。油圧シリンダ３６のロッド３６ｂの両端部は、それぞれ、チルティングシャフト８の両端部に連結されている。油圧シリンダ３６のシリンダチューブ３６ａは、ステアリングシャフト１０と共にステアリングシャフト１０まわりに回動する船外機１１のステアリングアーム１２に連結されている。
【００４６】
ヘルムポンプ３４は、ステアリングホイール３２の回転軸線Ａｈに沿って延びるポンプ軸３４ａと、ポンプ軸３４ａを回転可能に支持するポンプハウジング３４ｂとを含む。ヘルムポンプ３４は、コンソール台５に支持されている。ステアリングホイール３２の中心部は、取り外し可能にポンプ軸３４ａに連結されている。ポンプ軸３４ａは、ステアリングホイール３２と同じ方向に回転する。ステアリングホイール３２は、ステアリングホイール３２の回転軸線Ａｈに沿って延びる他の部材を介して、ポンプ軸３４ａに連結されていてもよい。
【００４７】
操船者がステアリングホイール３２を回転させると、ヘルムポンプ３４で油圧が発生し、ヘルムポンプ３４の油圧が油圧配管３５によって油圧シリンダ３６に伝達される。これにより、油圧シリンダ３６のシリンダチューブ３６ａが、艇体２に対して左右方向に移動する。シリンダチューブ３６ａの直線運動は、ステアリングアーム１２によってステアリングシャフト１０の回転に変換される。これにより、船外機１１がステアリングシャフト１０まわりに左右方向に回動し、船舶１が操舵される。
【００４８】
図３は、船舶１に備えられた自動操舵装置４１を示す模式図である。
船舶１のステアリングシステムは、船舶１を自動で操舵する自動操舵装置４１を含む。自動操舵装置４１は、ステアリングホイール３２を回転させる動力を発生する電動モータ４２と、電動モータ４２の動力をステアリングホイール３２に伝達する伝達機構４３と、電動モータ４２および伝達機構４３を覆う防水カバー４７とを含む。
【００４９】
電動モータ４２は、ステータおよびロータを収容する円筒状のモータハウジング４２ｂと、モータハウジング４２ｂによって回転可能に支持されたモータ軸４２ａとを含む。電動モータ４２は、防水カバー４７などの他の部材を介してコンソール台５に支持されていてもよいし、コンソール台５に直接支持されていてもよい。
電動モータ４２は、ステアリングホイール３２とコンソール面５ａとの間に配置されている。電動モータ４２の回転軸線は、ステアリングホイール３２の回転軸線Ａｈと平行である。電動モータ４２の出力部に相当するモータ軸４２ａは、モータハウジング４２ｂから上方に突出している。モータハウジング４２ｂは、ステアリングホイール３２の回転軸線Ａｈのまわりに位置している。
【００５０】
伝達機構４３は、電動モータ４２のモータ軸４２ａと共に回転する駆動ギヤ４４と、ステアリングホイール３２と共に回転する従動ギヤ４６とを含む。伝達機構４３は、駆動ギヤ４４の回転を従動ギヤ４６に伝達する１つ以上の中間ギヤ４５をさらに備えていてもよい。図３は、１つの中間ギヤ４５が駆動ギヤ４４と従動ギヤ４６との間に配置されている例を示している。駆動ギヤ４４、中間ギヤ４５、および従動ギヤ４６は、それぞれ、駆動部材、中間部材、および従動部材の一例である。
【００５１】
駆動ギヤ４４は、モータ軸４２ａと同軸であり、従動ギヤ４６は、ポンプ軸３４ａと同軸である。駆動ギヤ４４は、モータ軸４２ａに連結されており、従動ギヤ４６は、ポンプ軸３４ａに連結されている。中間ギヤ４５は、駆動ギヤ４４および従動ギヤ４６の両方に噛み合っている。中間ギヤ４５は、回転可能に防水カバー４７に支持されている。
従動ギヤ４６の中心線は、ステアリングホイール３２の回転軸線Ａｈ上に位置している。駆動ギヤ４４は、従動ギヤ４６のまわりに位置している。ステアリングシャフトに相当するポンプ軸３４ａは、従動ギヤ４６の中心部を貫通する貫通穴４６ａに挿入されている。従動ギヤ４６は、リングナットＮ１によって取り外し可能にポンプ軸３４ａに連結されている。従動ギヤ４６は、ポンプ軸３４ａに対してその軸方向に固定されている。
【００５２】
防水カバー４７は、ステアリングホイール３２とコンソール面５ａとの間に配置されている。防水カバー４７は、コンソール台５に取り外し可能に連結されている。ポンプ軸３４ａは、防水カバー４７から上方に突出している。防水カバー４７は、ポンプ軸３４ａが挿入された貫通穴４７ａを形成する上壁４７ｂと、上壁４７ｂの外周部からコンソール面５ａに向かって延びる周壁４７ｃとを含む。周壁４７ｃは、ヘルムポンプ３４、電動モータ４２、および伝達機構４３を取り囲んでいる。駆動ギヤ４４、中間ギヤ４５、および従動ギヤ４６は、上壁４７ｂの下方に位置している。
【００５３】
駆動ギヤ４４は、モータ軸４２ａと同じ方向に同じ速度で同じ回転角で回転する。駆動ギヤ４４の回転は、中間ギヤ４５によって従動ギヤ４６に伝達される。従動ギヤ４６が回転すると、ポンプ軸３４ａが従動ギヤ４６と同じ方向に同じ速度で同じ回転角で回転する。これにより、ステアリングホイール３２が時計回りまたは反時計回りに回転する。また、ポンプ軸３４ａの回転により油圧がヘルムポンプ３４で発生し、船外機１１が左右方向に回動される。したがって、操船者がステアリングホイール３２を回転させなくても、船舶１が自動で操舵される。
【００５４】
従動ギヤ４６の外径は、駆動ギヤ４４の外径よりも大きく、ステアリングホイール３２の外径よりも小さい。従動ギヤ４６の歯数は、駆動ギヤ４４の歯数よりも少ない。中間ギヤ４５の歯数は、駆動ギヤ４４の歯数と等しい。したがって、電動モータ４２の回転は、駆動ギヤ４４および中間ギヤ４５の噛み合い部で減速されず、従動ギヤ４６および中間ギヤ４５の噛み合い部で減速される。そのため、電動モータ４２の回転は、１回だけ減速された後、ポンプ軸３４ａに伝達される。
【００５５】
電動モータ４２からステアリングホイール３２に伝達される最大トルクは、たとえば８Ｎｍ以下である。つまり、電動モータ４２の定格トルクと伝達機構４３の減速比とは、最大トルクが８Ｎｍ以下になるように設定されている。この最大トルクは、操船者がステアリングホイール３２に触れていないときにステアリングホイール３２を回転させるために必要な最低トルク以上であり、操船者がステアリングホイール３２に触れているときにステアリングホイール３２を回転させるために必要な最低トルク未満である。
【００５６】
このように、最大トルクが小さいので、操船者がステアリングホイール３２に触れているときに電動モータ４２が駆動されても、ステアリングホイール３２は、電動モータ４２がステアリングホイール３２を回転させようとする方向に回転しない。したがって、電動モータ４２によるステアリングホイール３２の駆動と、操船者によるステアリングホイール３２の操作とが同時期に実行されると、操船者のホイール操作が優先される。つまり、操船者がステアリングホイール３２を一定の角度で保持している場合はそれが継続される。操船者がステアリングホイール３２を回転させようとしている場合は、操船者が意図する方向にステアリングホイール３２が回転する。
【００５７】
図４は、自動操舵装置４１および携帯端末５９の電気的構成を説明するためのブロック図である。
自動操舵装置４１は、船内に配置されたバッテリーＢ１の電力を電動モータ４２に供給する給電回路５１と、給電回路５１から電動モータ４２に電力が供給されるオン状態と給電回路５１から電動モータ４２への電力供給が停止されるオフ状態とに切り替わる給電スイッチ５２とを含む。
【００５８】
給電スイッチ５２は、給電回路５１上に配置された正転スイッチ５３および逆転スイッチ５４を含む。正転スイッチ５３および逆転スイッチ５４は、いずれも、電磁リレーである。正転スイッチ５３および逆転スイッチ５４は、電磁リレーに加えてまたは代えて、トランジスタなどのスイッチング素子を備えていてもよい。
正転スイッチ５３および逆転スイッチ５４は、いずれも常時オフである。駆動信号（正転信号）が正転スイッチ５３に送信されると、正転スイッチ５３がオンになり、電力が給電回路５１から正転スイッチ５３を介して電動モータ４２に供給される。これにより、電動モータ４２が正転方向に回転する。同様に、駆動信号（逆転信号）が逆転スイッチ５４に送信されると、逆転スイッチ５４がオンになり、電力が給電回路５１から逆転スイッチ５４を介して電動モータ４２に供給される。これにより、電動モータ４２が逆転方向に回転する。
【００５９】
給電スイッチ５２のオン状態は、正転スイッチ５３および逆転スイッチ５４の一方がオンの状態を意味する。給電スイッチ５２のオフ状態は、正転スイッチ５３および逆転スイッチ５４の両方がオフの状態を意味する。給電スイッチ５２のオン状態は、電動モータ４２が正転方向に回転する正転状態と、電動モータ４２が逆転方向に回転する逆転状態とを含む。
【００６０】
自動操舵装置４１は、給電スイッチ５２の状態を切り替えることにより、給電回路５１から電動モータ４２への電力供給を制御する電子制御ユニット５５を含む。制御ユニット５５は、給電スイッチ５２をオフ状態からオン状態（正転状態または逆転状態）に切り替える駆動信号を給電スイッチ５２に送る。制御ユニット５５は、駆動信号を発信することにより、電動モータ４２を正転方向または逆転方向に任意の回転角で回転させる。
【００６１】
制御ユニット５５は、ＣＰＵ（central processing unit）などの演算装置５６と、プログラムを含む各種のデータが記憶された記憶装置５７と、無線ＬＡＮ（local area network）を通じてデータを送受信する通信ユニット５８とを含む。制御ユニット５５は、記憶装置５７に記憶されたプログラムを演算装置５６が実行することによって、後述するモータ駆動部５５ｆなどの複数の機能処理ユニットとしての機能を実現する。
【００６２】
制御ユニット５５の通信ユニット５８は、操船者によって船上で操作される携帯端末５９に無線ＬＡＮを介して接続される。携帯端末５９は、スマートフォンであってもよいし、タブレットなどのポータブルコンピュータであってもよい。携帯端末５９から送信されたデータは、通信ユニット５８に受信される。制御ユニット５５によって生成されたデータは、通信ユニット５８から送信され、携帯端末５９に受信される。
【００６３】
携帯端末５９は、ＣＰＵなどの演算装置６０と、プログラムと地図データとを含む各種のデータが記憶された記憶装置６１と、ユーザーによって操作されると共に各種の図形および文字を表示するディスプレイ６２とを含む。ディスプレイ６２は、被操作部の一例であるタッチパネルを備えるタッチパネルディスプレイである。携帯端末５９は、さらに、無線ＬＡＮを通じてデータを送受信する通信ユニット６３と、ＧＰＳ（global positioning system）衛星が発する信号を受け取り、その信号に基づいて携帯端末５９の現在地を計算するＧＰＳユニット６４とを含む。携帯端末５９は、記憶装置６１に記憶されたプログラムを演算装置６０が実行することによって、後述する現在地計算部５９ａなどの複数の機能処理ユニットとしての機能を実現する。
【００６４】
携帯端末５９には、操船者によって指定された目的地に船舶１が向かうように船舶１の針路を制御するオートパイロットアプリケーションプログラムがインストールされている。携帯端末５９は、地図画面などの目的地を設定するための目的地設定画面をディスプレイ６２に表示させる。地図データは、メモリーカードなどの外部メモリーに保存されていてもよいし、インターネットを通じて携帯端末５９に受信されてもよい。船舶１の目的地は、タッチパネルを含むディスプレイ６２を操船者が操作することにより設定される。
【００６５】
図５は、自動操舵装置４１および携帯端末５９の機能的な構成を説明するためのブロック図である。
携帯端末５９は、ＧＰＳ衛星が発する信号に基づいて携帯端末５９の現在地を計算する現在地計算部５９ａと、操船者によって指定された位置を目的地に設定する目的地設定部５９ｂと、現在地計算部５９ａによって計算された現在地から目的地設定部５９ｂによって設定された目的地に至る計画航路を作成する計画航路作成部５９ｃとを含む。携帯端末５９は、さらに、現在地や地図を含む各種の図形および文字をディスプレイ６２に表示させる表示制御部５９ｄを含む。
【００６６】
携帯端末５９は、現在地と目的地と計画航路とを含む位置情報を制御ユニット５５に送信する位置情報送信部５９ｅを含む。位置情報は、入力信号の一例である。制御ユニット５５は、携帯端末５９から送られる位置情報に基づいて船舶１が目的地に到着したか否かを判定する到着判定部５５ａと、船舶１が目的地に到達したことを知らせる到着情報を携帯端末５９に送る到着情報送信部５５ｂとを含む。制御ユニット５５は、さらに、携帯端末５９から送られる位置情報に基づいて舵角の修正が必要か否かを判定する舵角修正判定部５５ｃを含む。
【００６７】
制御ユニット５５は、舵角の修正が必要な場合に舵角の修正量を計算する修正舵角計算部５５ｄと、修正舵角計算部５５ｄによって計算された修正量で舵が回動するときの電動モータ４２の回転角を計算する修正角度計算部５５ｅとを含む。制御ユニット５５は、さらに、電動モータ４２が修正角度計算部５５ｅによって計算された回転角で回転するように電動モータ４２への電力供給を制御するモータ駆動部５５ｆを含む。モータ駆動部５５ｆは、アクチュエータ駆動部の一例である。
【００６８】
また、制御ユニット５５は、船舶１が低速であることを含む低速条件が成立するか否かを判定する低速判定部５５ｇと、操船者がステアリングホイール３２を操作していることを含む操作条件が成立するか否かを判定する操作判定部５５ｈと、電動モータ４２が駆動されているときに操作条件が成立するとモータ駆動部５５ｆに電動モータ４２の駆動を停止させる駆動停止部５５ｉとを含む。後述するように、モータ駆動部５５ｆは、低速条件が成立する場合にのみ電動モータ４２を駆動する。
【００６９】
図６は、自動操舵（オートパイロット）について説明するためのフローチャートである。
操船者がオートパイロットアプリケーションプログラムを起動させる起動操作を携帯端末５９に行うと、携帯端末５９は、船舶１の現在地（出発地）に相当する携帯端末５９の現在地を含む地図をディスプレイ６２に表示させ、船舶１の現在地を地図上に示す（ステップＳ１）。その後、操船者が船舶１の目的地を指定する目的地指定操作を携帯端末５９に行うと、携帯端末５９は、指定された位置を目的地に設定し、オートパイロットモードを開始する（ステップＳ２）。このとき、１つ以上の経由地が、操船者によって指定されてもよい。目的地および経由地は、操船者が地図上の位置に触れることにより指定されてもよいし、操船者が経度および緯度を入力することにより指定されてもよい。
【００７０】
オートパイロットモードが開始された後、携帯端末５９は、現在地から目的地までの計画航路を作成し地図上に表示する（ステップＳ３）。その後、携帯端末５９は、船舶１の現在地と船舶１の目的地と計画航路とを含む位置情報を制御ユニット５５に送信する（ステップＳ４）。位置情報は、制御ユニット５５に受信され蓄積される。位置情報の送信は、オートパイロットモードが終了するまで一定の時間間隔で繰り返される。携帯端末５９は、船舶１の最新の現在地と最新の現在地から目的地までの計画航路との表示を一定の時間間隔で更新する。
【００７１】
制御ユニット５５は、位置情報に基づいて、船舶１の現在地が目的地に一致しているか否か、つまり、船舶１が目的地に到達した否かを判定する（ステップＳ５）。船舶１の現在地が目的地に一致している場合（ステップＳ５でＹｅｓの場合）、制御ユニット５５は、船舶１が目的地に到達したことを知らせる到着情報を携帯端末５９に向けて送信する（ステップＳ６）。携帯端末５９は、到着情報を受信した後、オートパイロットモードを終了する（ステップＳ７）。
【００７２】
船舶１の現在地が目的地に一致していない場合（ステップＳ５でＮｏの場合）、制御ユニット５５は、位置情報に基づいて、舵角の修正が必要か否かを判定する（ステップＳ８）。つまり、制御ユニット５５は、船舶１が計画航路上に位置しているか否かを判定する。船舶１が計画航路に沿って目的地に向かっている場合（ステップＳ８でＮｏの場合）、制御ユニット５５は、一定時間後に、船舶１の最新の現在地が目的地に一致しているか否かを判定する（ステップＳ５に戻る）。
【００７３】
船舶１が計画航路から離れており計画航路に沿って目的地に向かっていない場合（ステップＳ８でＹｅｓの場合）、制御ユニット５５は、船舶１が目的地に向かいながら計画航路に戻る舵の移動量（修正舵角）および移動方向を計算する（ステップＳ９）。このとき、制御ユニット５５は、船舶１の現在地に基づいて計画航路を修正し、船舶１が修正後の計画航路に沿って目的地に向かう舵の移動量（修正舵角）および移動方向を計算してもよい。制御ユニット５５は、この計算結果に対応する電動モータ４２の回転角（修正回転角）および回転方向を求める（ステップＳ１０）。
【００７４】
電動モータ４２の回転角（修正回転角）および回転方向が求められた後、制御ユニット５５は、船舶１が低速であるなどの所定の条件が成立する場合に、電動モータ４２を所定の回転方向に修正回転角で回転させるモータ駆動制御を実行する（ステップＳ１１）。その後、制御ユニット５５は、船舶１の最新の現在地が目的地に一致しているか否かを判定する（ステップＳ５に戻る）。
【００７５】
図７は、モータ駆動制御について説明するためのフローチャートである。
制御ユニット５５は、船舶１が低速であることを含む低速条件が成立するか否かを判定する（ステップＳ２１）。低速条件が成立しない場合（ステップＳ２１でＮｏの場合）、制御ユニット５５は、電動モータ４２を駆動せずに、モータ駆動制御を終了する。低速条件が成立する場合（ステップＳ２１でＹｅｓの場合）、制御ユニット５５は、図６のステップＳ１０で求められた回転方向に電動モータ４２が回転するように、電動モータ４２への電力供給を開始する（ステップＳ２２）。
【００７６】
具体的には、制御ユニット５５は、給電スイッチ５２をオフ状態からオン状態（正転状態または逆転状態）に切り替える駆動信号を給電スイッチ５２に送る。これにより、給電スイッチ５２がオン状態に切り替わり、給電回路５１から電動モータ４２に電力が供給される。そのため、電動モータ４２が正転方向または逆転方向に回転し、電動モータ４２の回転が伝達機構４３によってステアリングホイール３２に伝達される。船舶１の舵は、ステアリングホイール３２の回転に応じて、右方向または左方向に回動される。これにより、船舶１が右方向または左方向に操舵される。
【００７７】
制御ユニット５５は、電動モータ４２への電力供給が開始された後、操船者がステアリングホイール３２を操作していることを含む操作条件が成立するか否かを判定する（ステップＳ２３）。操作条件が成立する場合（ステップＳ２３でＹｅｓの場合）、制御ユニット５５は、駆動信号の送信を停止し、電動モータ４２への電力供給を終了する（ステップＳ２４）。つまり、制御ユニット５５は、操船者によるステアリングホイール３２の操作を優先し、電動モータ４２によるステアリングホイール３２の駆動を中止する。
【００７８】
操作条件が成立しない場合（ステップＳ２３でＮｏの場合）、制御ユニット５５は、電動モータ４２が修正回転角だけ回転したか否かを判定する（ステップＳ２５）。制御ユニット５５は、電動モータ４２の回転角を検出するモータ回転角検出装置６５（図３参照）の検出値に基づいて、電動モータ４２が修正回転角だけ回転したか否かを判定してもよい。あるいは、制御ユニット５５は、給電スイッチ５２をオフ状態からオン状態に切り替える駆動信号を送信した時間の合計に基づいて、電動モータ４２が修正回転角だけ回転したか否かを判定してもよい。
【００７９】
電動モータ４２が修正回転角だけ回転していない場合（ステップＳ２５でＮｏの場合）、制御ユニット５５は、操作条件が成立するか否かを監視しながら、電動モータ４２への電力供給を継続する（ステップＳ２３に戻る）。電動モータ４２が修正回転角だけ回転した場合（ステップＳ２５でＹｅｓの場合）、制御ユニット５５は、駆動信号の送信を停止し、電動モータ４２への電力供給を終了する（ステップＳ２６）。これにより、モータ駆動制御が終了する。
【００８０】
図８は、船舶１が低速であることを含む低速条件の成立要件の一例を示す表である。
図８において、「ＯＫ」は、リモコンレバー２７の角度等が所定の範囲内であることを意味し、「ＮＧ」は、リモコンレバー２７の角度等が所定の範囲外であることを意味する。
一段目のリモコンレバー２７の項目に関しては、リモコンレバー２７の角度が、たとえば−３０度を超え＋３０度未満の範囲内である場合、制御ユニット５５は、ＯＫと判定し、リモコンレバー２７の角度が前記範囲外である場合、制御ユニット５５はＮＧと判定する。
【００８１】
二段目のエンジン１３の回転速度の項目に関しては、エンジン１３の回転速度が、たとえば１０００ｒｐｍ未満である場合、制御ユニット５５は、ＯＫと判定し、エンジン１３の回転速度がこの値以上である場合、制御ユニット５５はＮＧと判定する。
三段目の船舶１の速度の項目に関しては、船舶１の速度が、たとえば１０ｋｍ／ｈ未満である場合、制御ユニット５５は、ＯＫと判定し、船舶１の速度がこの値以上である場合、制御ユニット５５はＮＧと判定する。
【００８２】
制御ユニット５５は、全ての項目がＯＫである場合、低速条件が成立すると判定し、少なくとも一つの項目がＮＧである場合、低速条件が成立しないと判定する。
制御ユニット５５は、ＣＡＮ（Control Area Network）などの船内ネットワークを介して、リモコンＥＣＵ３０および船外機ＥＣＵ２４に接続されている。リモコンレバー２７の角度やエンジン１３の回転速度などの各種の情報は、船内ネットワークを介して制御ユニット５５に送信される。船外機ＥＣＵ２４は、エンジン１３（クランクシャフト１４）の回転速度を検出するエンジン速度検出装置６６（図２参照）を含む。船舶１の速度は、船舶１に設けられた航走速度検出装置６７（図１参照）の検出値に基づいて計算されてもよいし、ＧＰＳ信号に基づいて計算されてもよい。
【００８３】
図９は、操船者がステアリングホイール３２を操作していることを含む操作条件の成立要件の一例を示す表である。
図９において、ステアリングホイール３２の駆動方向が右であるとは、ステアリングホイール３２を右方向に回転させる駆動指令を制御ユニット５５が給電スイッチ５２に与えていることを意味する。駆動方向が左である場合についても同様である。
【００８４】
図９中の旋回速度は、船舶１の進行方向が単位時間で何度変化したかを意味する。たとえば、船舶１の進行方向が北方向から北東方向に５秒で変化した場合、船舶１の旋回速度は、＋４５度／５秒である。船舶１の旋回速度が増加するとは、船舶１が右方向に回動することを意味し、船舶１の旋回速度が減少するとは、船舶１が左方向に回動することを意味する。旋回速度は、ＧＰＳ信号に基づいて計算されてもよいし、船舶１に備えられた方位検出装置９１（図１５参照）の検出値に基づいて計算されてもよい。
【００８５】
電動モータ４２がステアリングホイール３２を右方向に回転させるトルクを発生している場合、操船者がステアリングホイール３２を操作していなければ、船舶１の旋回速度は増加する。その一方で、この場合に、操船者がステアリングホイール３２を左方向に回転させると、船舶１の旋回速度は減少する。また、この場合に、操船者がステアリングホイール３２を一定の角度に保持していると、船舶１の旋回速度は変化しない。
【００８６】
したがって、電動モータ４２がステアリングホイール３２を右方向に回転させるトルクを発生しているときに、船舶１の旋回速度が増加している場合、制御ユニット５５は、操船者がステアリングホイール３２を操作していないと判定する。その一方で、船舶１の旋回速度が減少している又は変化しない場合、制御ユニット５５は、操船者がステアリングホイール３２を操作していると判定する。
【００８７】
電動モータ４２がステアリングホイール３２を左方向に回転させるトルクを発生している場合は、操船者がステアリングホイール３２を操作していなければ、船舶１の旋回速度は減少する。この場合、船舶１の旋回速度が減少していれば、制御ユニット５５は、操船者がステアリングホイール３２を操作していないと判定する。その一方で、船舶１の旋回速度が増加していれば又は変化していなければ、制御ユニット５５は、操船者がステアリングホイール３２を操作していると判定する。
【００８８】
以上のように第１実施形態では、ステアリングホイール３２の回転に基づかない入力信号が生成されると、給電制御部の一例である給電スイッチ５２および制御ユニット５５が電動モータ４２に電力を供給する。これにより、電動モータ４２が回転し、この回転が駆動ギヤ４４と従動ギヤ４６とを含む伝達機構４３によってステアリングホイール３２に伝達される。そのため、操船者がステアリングホイール３２に触れていなくても、ステアリングホイール３２が回転する。
【００８９】
操舵機構３３が機械式である場合、ステアリングホイール３２が回転すると、舵が駆動される。操舵機構３３が電動式である場合、ステアリングホイール３２が回転すると、この回転が検知され、舵を回動させるステアリングモータが駆動される。したがって、操舵機構３３が機械式および電動式のいずれである場合でも、船舶１が自動で操舵される。
このように、本システムでは、電動モータ４２や伝達機構４３などをステアリングホイール３２の周辺に設けることで、自動操舵機能を追加できる。そのため、既存の操舵機構を大幅に変更しなくてもよい。さらに、ステアリングホイール３２を回転させるシンプルな構成であるので、船内スペースの減少を抑えることができる。
【００９０】
また本実施形態では、電動モータ４２が、ステアリングホイール３２の近くに配置されている。つまり、電動モータ４２およびステアリングホイール３２は、同じコンソール台５に支持されている。そのため、ステアリングホイール３２の周辺以外のスペースが、自動操舵機能の追加によって狭まることを抑えることができる。
また本実施形態では、ステアリングホイール３２とコンソール台５とが、空間を介して対向しており、電動モータ４２がこの空間に配置されている。つまり、電動モータ４２は、ステアリングホイール３２に近い位置でコンソール台５の外に配置されている。さらに、電動モータ４２がコンソール台５の外に配置されているので、伝達機構４３もコンソール台５の外に配置される。そのため、電動モータ４２および伝達機構４３を配置する空間をコンソール台５の内部に確保しなくてもよい。
【００９１】
また本実施形態では、電動モータ４２および伝達機構４３が、ステアリングホイール３２とコンソール台５との間に配置されており、防水カバー４７が、電動モータ４２および伝達機構４３を覆っている。そのため、電動モータ４２および伝達機構４３を海水や雨水などから保護できる。
また本実施形態では、従動ギヤ４６がステアリングホイール３２の回転軸線Ａｈの近くに位置している。さらに、駆動ギヤ４４が従動ギヤ４６の近くに位置している。そのため、伝達機構４３を小型化できる。これにより、自動操舵機能の追加による船内スペースの減少を抑えることができる。
【００９２】
また本実施形態では、電動モータ４２の回転は、電動モータ４２とステアリングホイール３２との間で１回だけ減速される。電動モータ４２の回転を複数回減速する場合、複数の減速ギヤが必要となる。そのため、伝達機構４３が大型化する。その一方で、電動モータ４２の回転を減速させない場合、定格トルクの大きなモータ、すなわち、大型のモータが必要となる。そのため、本実施形態では、電動モータ４２および伝達機構４３の大型化を抑制できる。
【００９３】
また本実施形態では、電動モータ４２がステアリングホイール３２に常時連結されている。電動モータ４２とステアリングホイール３２とを繋ぐ動力の伝達経路を電磁クラッチで切断および接続する場合、電磁クラッチを切り替える必要がある。これに対して、電動モータ４２がステアリングホイール３２に常時連結されている場合、このような切替制御が不要である。したがって、ステアリングシステムを簡素化できる。
【００９４】
また本実施形態では、電動モータ４２からステアリングホイール３２に伝達される最大トルクが小さいので、電動モータ４２よりも操船者のホイール操作が優先される。したがって、操船者のホイール操作を船舶１の操舵に確実に反映できる。さらに、最大トルクが小さいので、小型のモータを電動モータ４２として使用することができる。そのため、電動モータ４２の占有体積を小さくでき、電動モータ４２の消費電力を低減できる。
【００９５】
また本実施形態では、船舶１が低速のときだけ、電動モータ４２がステアリングホイール３２を回転させる。船舶１が高速の場合、舵に加わる水圧が高いので、大きなトルクをステアリングホイール３２に加えないと、ステアリングホイール３２が動かない。そのため、定格トルクの大きなモータを電動モータ４２として使用する必要がある。これは、電動モータ４２が大型化し、消費電力が増加することを意味する。これに対して、低速だけに限定する場合、定格トルクの大きなモータを電動モータ４２として使用しなくてもよい。そのため、電動モータ４２の占有体積を小さくでき、電動モータ４２の消費電力を低減できる。
【００９６】
また本実施形態では、電動モータ４２が駆動されているときに、操船者がステアリングホイール３２を操作しているか否かが判定される。操船者がステアリングホイール３２を操作していると判定された場合、電動モータ４２の駆動が停止され、電動モータ４２からステアリングホイール３２へのトルクの伝達が停止される。そのため、操舵フィーリングの悪化を抑えることができる。
【００９７】
また本実施形態では、操船者によって携帯端末５９に入力された指令が、無線ＬＡＮを介して制御ユニット５５の通信ユニット５８に受信され、通信ユニット５８が受信した指令に基づいて制御ユニット５５が電動モータ４２への電力供給を制御する。携帯端末５９がステアリングシステムに物理的に接続されていないので、操船者は、船内のいずれの場所からでも制御ユニット５５に指示を与えることができる。つまり、操船者は、自動操舵装置４１を遠隔操作できる。さらに、自動操舵機能に必要な被操作部および表示部を省略できるので、コンソール台５を簡素化できる。
【００９８】
第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の図１０〜図１３において、前述の図１〜図１２に示された各部と同等の構成部分については、図１等と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
図１０は、本発明の第２実施形態に係る自動操舵装置４１を示す模式図である。図１１は、自動操舵装置４１の電気的構成を説明するためのブロック図である。図１２は、自動操舵が実行される角度範囲について説明するための模式図である。
【００９９】
第２実施形態と第１実施形態との主要な相違点は、携帯端末５９に代えて、風向きに対する船首の方向Ｄｂ（船尾中央から船首に向かう方向）の傾き角度を検出する風向検出装置７１が、自動操舵装置４１に設けられていることである。自動操舵装置４１は、さらに、制御ユニット５５に代えて、給電スイッチ５２に駆動信号を送る駆動回路７８と、風向きに対する船首の方向Ｄｂの傾き角度に応じてオン状態とオフ状態とに切り替わる駆動スイッチ８１とを備える。駆動回路７８から給電スイッチ５２に送られる駆動信号は、入力信号の一例である。給電スイッチ５２、駆動回路７８、および駆動スイッチ８１は、給電制御部の一例である。
【０１００】
図１０に示すように、風向検出装置７１は、艇体２に保持されるベースボックス７２と、ベースボックス７２から上方に延びる回転可能な回転軸７３と、回転軸７３と共にベースボックス７２に対して回転軸７３まわりに回転する本体７４と、鉛直な姿勢で本体７４に保持された風向板７５とを含む。風向検出装置７１は、本体７４の先端に回転可能に支持された風車７６をさらに備える風速・風向検出装置であってもよい。本体７４が風向きに対して傾くと、風向板７５が風に押され、風向板７５と共に本体７４が回転軸７３まわりに回転する。これにより、本体７４の先端が風上に向けられる。
【０１０１】
図１１に示すように、駆動スイッチ８１は、電動モータ４２を正転方向に回転させる駆動信号を発生させる常時開の正転駆動スイッチ８２と、電動モータ４２を逆転方向に回転させる駆動信号を発生させる常時開の逆転駆動スイッチ８３とを含む。駆動回路７８は、バッテリーＢ１の正極と正転駆動スイッチ８２および逆転駆動スイッチ８３とを接続する正回路７９と、給電スイッチ５２と正転駆動スイッチ８２および逆転駆動スイッチ８３とを接続する負回路８０とを含む。正回路７９は、バッテリーＢ１の正極に接続された主回路７９ａと、主回路７９ａから分岐する２つの分岐回路７９ｂとを含む。
【０１０２】
正転駆動スイッチ８２が閉じられると、電動モータ４２を正転方向に回転させる駆動信号が正転スイッチ５３に送られ、給電洗スイッチ５２の正転スイッチ５３がオンに切り替わる。同様に、逆転駆動スイッチ８３が閉じられると、電動モータ４２を逆転方向に回転させる駆動信号が逆転スイッチ５４に送られ、給電洗スイッチ５２の逆転スイッチ５４がオンに切り替わる。
【０１０３】
駆動スイッチ８１の閉状態は、正転駆動スイッチ８２および逆転駆動スイッチ８３の一方が閉じられている状態を意味する。駆動スイッチ８１の開状態は、正転駆動スイッチ８２および逆転駆動スイッチ８３の両方が開いている状態を意味する。駆動スイッチ８１の閉状態は、正転駆動スイッチ８２が閉じられている正転駆動状態と、逆転駆動スイッチ８３が閉じられている逆転駆動状態とを含む。
【０１０４】
正転駆動スイッチ８２および逆転駆動スイッチ８３は、風向検出装置７１のベースボックス７２に収容されている。正転駆動スイッチ８２および逆転駆動スイッチ８３は、いずれも、ベースボックス７２に保持されたスイッチケース８４と、スイッチケース８４から突出する移動可能なボタン８５と、スイッチケース８４内に配置された固定接点８６と、ボタン８５の移動に応じて固定接点８６に接触する常時開の可動接点８７とを含む。スイッチケース８４は、ベースボックス７２に対して回転不能である。ボタン８５は、スイッチケース８４に対して上下方向に移動可能である。
【０１０５】
駆動スイッチ８１は、風向検出装置７１（回転軸７３）の回転角に応じて正転駆動スイッチ８２および逆転駆動スイッチ８３の一方を閉じる回転部８８を含む。回転部８８は、ベースボックス７２に収容されている。回転部８８は、回転軸７３から水平に突出している。回転部８８は、風上に向けられる風向検出装置７１の指示方向Ｄｉ（図１２参照）に延びている。回転部８８は、ベースボックス７２に対して回転可能である。回転部８８は、スイッチケース８４よりも上方に配置されている。回転部８８は、開位置に位置するボタン８５の先端部と同じ高さに配置されている。回転部８８は、水平面内で回転する。２つのボタン８５は、回転部８８が通過する範囲内に配置されている。
【０１０６】
駆動スイッチ８１の回転部８８は、風向検出装置７１の指示方向Ｄｉが後述する自動操舵範囲にあるときにだけ、２つのボタン８５の一方に接触する。回転部８８がボタン８５に接触すると、ボタン８５および可動接点８７が閉位置に移動する。これにより、可動接点８７が固定接点８６に接触し、駆動回路７８が閉じられる。そのため、駆動回路７８から給電スイッチ５２への駆動信号の送信が開始される。その後、回転部８８がボタン８５から離れると、ボタン８５および可動接点８７が開位置に戻り、可動接点８７が固定接点８６から離れる。これにより、駆動回路７８が開かれ、駆動回路７８から給電スイッチ５２への駆動信号の送信が停止される。
【０１０７】
図１２に示すように、風向検出装置７１は、風向検出装置７１の基準方向Ｄｒが船首の方向Ｄｂに一致するように艇体２に設置されている。風上に向けられる風向検出装置７１の指示方向Ｄｉは、回転軸７３まわりに回転する。指示方向Ｄｉの回転角が、右自動操舵範囲ＲＲまたは左自動操舵範囲ＲＬに入ると、正転駆動スイッチ８２または逆転駆動スイッチ８３が閉じられる。２つのボタン８５は、それぞれ、右自動操舵範囲ＲＲおよび左自動操舵範囲ＲＬに配置されている。
【０１０８】
右自動操舵範囲ＲＲおよび左自動操舵範囲ＲＬは、基準方向Ｄｒに関して対称である。基準方向Ｄｒでの風向検出装置７１の回転角を０度、基準方向Ｄｒから時計回りの方向を正、基準方向Ｄｒから反時計回りの方向を負、とそれぞれ定義する。右自動操舵範囲ＲＲは、たとえば、回転角が＋１５〜＋３０度の範囲であり、左自動操舵範囲ＲＬは、回転角が−１５〜−３０度の範囲である。
【０１０９】
図１１に示すように、自動操舵装置４１は、操船者の操作に応じて駆動回路７８を開閉するオンオフスイッチ８９を含む。オンオフスイッチ８９は、駆動回路７８の主回路７９ａに配置されている。オンオフスイッチ８９は、給電回路５１に配置されていてもよい。オンオフスイッチ８９は、たとえば、コンソール台５に設置されている（図１０参照）。
オンオフスイッチ８９は、操船者によって操作される手動スイッチである。オンオフスイッチ８９がオンのとき、正転駆動スイッチ８２および逆転駆動スイッチ８３のいずれかが閉じられると、駆動信号が駆動回路７８から給電スイッチ５２に送信される。その一方で、オンオフスイッチ８９がオフのとき、正転駆動スイッチ８２および逆転駆動スイッチ８３のいずれが閉じられたとしても、オンオフスイッチ８９の位置で駆動回路７８が切断されているので、駆動信号が生成されない。したがって、操船者は、オンオフスイッチ８９を操作することにより、自動操舵モードの実行および実行停止を切り替えることができる。
【０１１０】
図１３は、船舶１が自動で操舵されるときの動作を説明するための模式図である。
図１３（ａ）は、船首が風上に向けられた状態を示している。この状態では、風向検出装置７１の指示方向Ｄｉが船首の方向Ｄｂに概ね一致しており、船首の方向Ｄｂに対する指示方向Ｄｉの傾き角度は、概ね０度である。
図１３（ｂ）に示すように、風や海流等の影響により船舶１が時計回りまたは反時計回りに回転と、指示方向Ｄｉが風上に向くように風向検出装置７１が回転する。そのため、船首の方向Ｄｂに対する指示方向Ｄｉの傾き角度が変化する。
【０１１１】
指示方向Ｄｉの傾き角度の絶対値が所定の値に達すると、つまり、指示方向Ｄｉの回転角が前述の右自動操舵範囲ＲＲまたは左自動操舵範囲ＲＬに入ると、正転駆動スイッチ８２または逆転駆動スイッチ８３が閉じられる。これにより、駆動信号が駆動回路７８から給電スイッチ５２に送信され、給電スイッチ５２が閉じられる。その結果、電動モータ４２が駆動される。
【０１１２】
図１３（ｂ）に示すように、電動モータ４２が駆動されると、船舶１の舵に相当する船外機１１が回動される。この状態で船舶１が推進される。そのため、図１３（ｄ）に示すように、船首が風上に向くように船舶１が旋回する。これにより、船首の方向Ｄｂに対する指示方向Ｄｉの傾き角度が減少し、電動モータ４２の駆動が停止される。
以上のように第２実施形態では、風向きに対する船首の方向Ｄｂの傾き角度が所定値になると、駆動スイッチ８１がオンになり、ステアリングホイール３２の回転に基づかない入力信号（駆動信号）が駆動回路７８から給電スイッチ５２に伝達される。これにより、バッテリーＢ１の電力が、給電回路５１から電動モータ４２に供給され、電動モータ４２が駆動される。そのため、船首が自動で風上に向けられる。したがって、操船者がステアリングホイール３２を操作しなくても、船首を自動で風上に向けることができる。
【０１１３】
また本実施形態では、オンオフスイッチ８９が操船者によってオン／オフされる。オンオフスイッチ８９が駆動回路７８に設けられている場合、オンオフスイッチ８９がオフのとき、駆動回路７８が開いているので、入力信号が生成されない。オンオフスイッチ８９が給電回路５１に設けられている場合、オンオフスイッチ８９がオフのとき、給電回路５１が開いているので、給電回路５１から電動モータ４２への電力の供給が遮断される。そのため、操船者は、オンオフスイッチ８９を操作することにより、自動操舵機能を有効化および無効化できる。
【０１１４】
第３実施形態
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下の図１４において、前述の図１〜図１３に示された各部と同等の構成部分については、図１等と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
図１４は、本発明の第３実施形態に係る自動操舵装置４１を示す模式図である。
【０１１５】
第３実施形態と第２実施形態との主要な相違点は、駆動回路７８および駆動スイッチ８１に代えて、風向検出装置７１の回転角（指示方向Ｄｉの回転角）を検出する風向回転角検出装置９０と、風向回転角検出装置９０の検出値に基づいて風向きに対する船首の方向Ｄｂの傾き角度を求める制御ユニット５５と、が自動操舵装置４１に備えられていることである。風向検出装置７１の風向回転角検出装置９０から制御ユニット５５に送信される角度信号は、入力信号の一例である。
【０１１６】
風向回転角検出装置９０は、ベースボックス７２内に収容されている。風向回転角検出装置９０は、たとえば、ポテンショメータ、ロータリーエンコーダー、および磁気センサのいずれかを含む。風向回転角検出装置９０は、基準方向Ｄｒから指示方向Ｄｉまでの時計回りの角度（図１２参照）に正比例する検出値を出力する。
図１６は、風向回転角検出装置９０の検出値（出力電圧）が０〜５Ｖの範囲で変化する例を示している。指示方向Ｄｉが基準方向Ｄｒに一致しているときの出力電圧は０Ｖであり、指示方向Ｄｉが時計回りに３６０度回転したときの出力電圧は５Ｖである。
【０１１７】
基準方向Ｄｒでの指示方向Ｄｉの回転角を０度、基準方向Ｄｒから時計回りの方向を正、基準方向Ｄｒから反時計回りの方向を負、とそれぞれ定義する。風向回転角検出装置９０の出力電圧が０．５〜１．０Ｖの範囲は、指示方向Ｄｉの回転角が＋１５〜＋３０度の右自動操舵範囲ＲＲである。風向回転角検出装置９０の出力電圧が４．０〜４．５Ｖの範囲は、指示方向Ｄｉの回転角が−１５〜−３０度の左自動操舵範囲ＲＬである。
【０１１８】
制御ユニット５５は、風向回転角検出装置９０および給電スイッチ５２に接続されている。制御ユニット５５は、風向回転角検出装置９０の検出値（出力電圧）の大きさに基づいて風向きに対する船首の方向Ｄｂの傾き角度を求める。第２実施形態と同様に、制御ユニット５５は、指示方向Ｄｉの回転角が右自動操舵範囲ＲＲまたは左自動操舵範囲ＲＬに入ると、給電スイッチ５２に駆動信号を送り、給電回路５１から電動モータ４２に電力を供給させる。これにより、電動モータ４２が回転し、船首の方向Ｄｂが指示方向Ｄｉに近づくように舵が駆動される。
【０１１９】
自動操舵装置４１は、さらに、自動操舵モードの実行および実行停止を切り替えるために操船者に操作されるオンオフスイッチ８９を含む。オンオフスイッチ８９は、コンソール台５に設置されている。オンオフスイッチ８９は、制御ユニット５５に接続されている。制御ユニット５５は、操船者によるオンオフスイッチ８９の操作に応じて、自動操舵モードをオンオフする。
【０１２０】
自動操舵モードがオンのとき、制御ユニット５５は、前述のように、風向きに対する船首の方向Ｄｂの傾き角度に応じて駆動信号を給電スイッチ５２に送る。これに対して、自動操舵モードがオフのとき、制御ユニット５５は、駆動信号を給電スイッチ５２に送らない。したがって、操船者は、オンオフスイッチ８９を操作することにより、自動操舵モードの実行および実行停止を切り替えることができる。
【０１２１】
以上のように第３実施形態では、風向検出装置７１は、風向きに対する船首の方向Ｄｂの傾き角度を示す入力信号（角度信号）を生成する。制御ユニット５５は、風向検出装置７１によって生成された入力信号に応じて電動モータ４２に電力を供給する。これにより、船首が自動で風上に向けられる。したがって、操船者がステアリングホイール３２を操作しなくても、船首を自動で風上に向けることができる。
【０１２２】
第４実施形態
次に、本発明の第４実施形態について説明する。以下の図１５において、前述の図１〜図１４に示された各部と同等の構成部分については、図１等と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
図１５は、本発明の第４実施形態に係る自動操舵装置４１を示す模式図である。
【０１２３】
第４実施形態と第３実施形態との主要な相違点は、風向検出装置７１および風向回転角検出装置９０に代えて、操船者によって設定される水平な設定方向Ｄｓに対する船首の方向Ｄｂの傾き角度を検出する方位検出装置９１が、自動操舵装置４１に備えられていることである。方位検出装置９１から制御ユニット５５に送信される角度信号は、入力信号の一例である。方位検出装置９１の具体例は、ジャイロスコープを備えるジャイロコンパスと、ＧＰＳ信号を受信する複数のＧＰＳ受信機を備えるＧＰＳコンパスと、ホール素子などの複数の磁気センサを備える電子コンパスである。
【０１２４】
方位検出装置９１は、方位検出装置９１の基準方向Ｄｒが船首の方向Ｄｂに一致するように艇体２に保持されている。方位検出装置９１は、コンソール台５に設置されていてもよい。方位検出装置９１は、基準方向Ｄｒから設定方向Ｄｓまでの時計回りの角度に正比例する検出値を出力する。設定方向Ｄｓは、任意の水平方向（たとえば、北方向）であり、操船者によって設定される。船首の方向Ｄｂが変わると、基準方向Ｄｒおよび設定方向Ｄｓが鉛直線まわりに相対的に回転し、基準方向Ｄｒに対する設定方向Ｄｓの傾き角度が変化する。
【０１２５】
方位検出装置９１の検出値（出力電圧）は、たとえば、０〜５Ｖの範囲で変化する（図１６参照）。基準方向Ｄｒでの設定方向Ｄｓの回転角を０度、基準方向Ｄｒから時計回りの方向を正、基準方向Ｄｒから反時計回りの方向を負、とそれぞれ定義する。方位検出装置９１の出力電圧が０．５〜１．０Ｖの範囲は、設定方向Ｄｓの回転角が＋１５〜＋３０度の右自動操舵範囲ＲＲである。風向回転角検出装置９０の出力電圧が４．０〜４．５Ｖの範囲は、設定方向Ｄｓの回転角が−１５〜−３０度の左自動操舵範囲ＲＬである。
【０１２６】
制御ユニット５５は、方位検出装置９１および給電スイッチ５２に接続されている。制御ユニット５５は、方位検出装置９１の検出値（出力電圧）の大きさに基づいて設定方向Ｄｓに対する船首の方向Ｄｂの傾き角度を求める。第２実施形態と同様に、制御ユニット５５は、設定方向Ｄｓの回転角が右自動操舵範囲ＲＲまたは左自動操舵範囲ＲＬに入ると、給電スイッチ５２に駆動信号を送り、給電回路５１から電動モータ４２に電力を供給させる。これにより、電動モータ４２が回転し、船首の方向Ｄｂが設定方向Ｄｓに近づくように舵が駆動される。
【０１２７】
以上のように第４実施形態では、方位検出装置９１は、磁場の方向に対する船首の方向Ｄｂの傾き角度を示す入力信号（角度信号）を生成する。制御ユニット５５は、方位検出装置９１によって生成された入力信号に応じて電動モータ４２に電力を供給する。これにより、予め設定された方位に船首が自動で向けられる。したがって、操船者がステアリングホイール３２を操作しなくても、船首が特定の方位に向けられた状態を維持することができる。
【０１２８】
第５実施形態
次に、本発明の第５実施形態について説明する。以下の図１７において、前述の図１〜図１６に示された各部と同等の構成部分については、図１等と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
図１７は、本発明の第５実施形態に係る自動操舵装置４１を示す模式図である。
【０１２９】
第５実施形態と第１実施形態との主要な相違点は、伝達機構４３が、ステアリングホイール３２が操作されると電動モータ４２とステアリングホイール３２とを繋ぐ動力の伝達経路を切断する逆入力遮断クラッチ９２（reverse input shutoff clutch)をさらに備えている。
逆入力遮断クラッチ９２は、正転方向および逆転方向のトルクを電動モータ４２側からステアリングホイール３２側に伝達する。その一方で、逆入力遮断クラッチ９２は、ステアリングホイール３２側から逆入力遮断クラッチ９２にトルクが入力されると、逆入力遮断クラッチ９２（後述の出力部材９５）を空転させることにより、伝達経路を切断する。逆入力遮断クラッチ９２は、たとえば、特開２００３−５６６０３号公報に開示されている。この公報の全開示はここに引用により組み込まれるものとする。
【０１３０】
電動モータ４２のモータ軸４２ａは、逆入力遮断クラッチ９２を介して駆動ギヤ４４に連結されている。逆入力遮断クラッチ９２は、モータ軸４２ａと共に回転する入力部材９３と、駆動ギヤ４４と共に回転する出力部材９５と、入力部材９３と出力部材９５との間に介在する複数の円柱ローラ９４とを含む。入力部材９３の内周面９３ａは、複数の円柱ローラ９４を介して、出力部材９５の円筒状の外周面９５ａを取り囲んでいる。入力部材９３の内周面９３ａは、ロック面９３ｂとロック解除面９３ｃとが周方向に並んだ構造を有している。ロック面９３ｂから出力部材９５の外周面９５ａまでの径方向の距離は、円柱ローラ９４の直径よりも小さく、ロック解除面９３ｃから出力部材９５の外周面９５ａまでの径方向の距離は、円柱ローラ９４の直径よりも大きい。
【０１３１】
電動モータ４２が回転し始めると、入力部材９３が出力部材９５に対して回転し、円柱ローラ９４がロック面９３ｂと出力部材９５の外周面９５ａとの間の隙間に挟まる。これにより、出力部材９５が入力部材９３にロックされ、トルクが複数の円柱ローラ９４を介して入力部材９３から出力部材９５に伝達される。これにより、電動モータ４２のトルクが、逆入力遮断クラッチ９２を介して駆動ギヤ４４に伝達される。
【０１３２】
その一方で、操船者がステアリングホイール３２を回転させると、ステアリングホイール３２の回転が出力部材９５に伝達され、出力部材９５が入力部材９３に対して回転する。出力部材９５の外周面９５ａが円筒状なので、このとき、円柱ローラ９４はロック面９３ｂと出力部材９５の外周面９５ａとの間の隙間に挟まらずに、ロック解除面９３ｃと出力部材９５の外周面９５ａとの間に留まる。そのため、出力部材９５が空転し、出力部材９５から入力部材９３へのトルクの伝達が遮断される。
【０１３３】
以上のように第５実施形態では、正転方向および逆転方向のトルクが、逆入力遮断クラッチ９２を介して電動モータ４２からステアリングホイール３２に伝達される。その一方で、操船者が正転方向および逆転方向のトルクをステアリングホイール３２に加えると、逆入力遮断クラッチ９２が伝達経路を切断する。そのため、操船者がステアリングホイール３２を操作したときに、電動モータ４２の慣性抵抗や電気的制動力が、ステアリングホイール３２を介して操船者に伝達されない。これにより、操舵フィーリングの悪化を防止できる。
【０１３４】
他の実施形態
本発明は、前述の実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の範囲内において種々の変更が可能である。
たとえば、前記実施形態では、船外機１１の数が１機である場合について説明した。しかし、船外機１１の数は、２または３機であってもよい。また、船舶推進機６は、船外機１１に代えて、船内機または船内外機を備えていてもよいし、ジェット推進機を備えていてもよい。
【０１３５】
前記実施形態では、操舵機構３３が油圧式である場合について説明した。しかし、操舵機構３３は、ヘルムポンプ３４および油圧シリンダ３６を備えていなくてもよい。
たとえば、操舵機構３３は、ステアリングホイール３２の動作を舵に伝達するプッシュプルケーブを備えるケーブル式であってもよい。もしくは、操舵機構３３は、ステアリングホイール３２の動作を検出するホイール操作検出装置６８（図１参照）と、舵を回動させる動力を発生するステアリングモータと、ホイール操作検出装置６８の検出値に基づいてステアリングモータを制御するステアリングＥＣＵとを備える、電動式であってもよい。
【０１３６】
前記実施形態では、ドッグクラッチ１６ｂをシフトさせるシフト機構が、シフトアクチュエータ２２を備える電動式であり、スロットルバルブの開度を変更するスロットル機構が、スロットルアクチュエータ２３を備える電動式である場合について説明した。しかし、シフト機構は、シフトアクチュエータ２２を備えていない機械式（油圧式またはケーブル式）であってもよい。同様に、スロットル機構は、スロットルアクチュエータ２３を備えていない機械式であってもよい。
【０１３７】
前記実施形態では、電動モータ４２が、コンソール台５とステアリングホイール３２との間に配置されており、コンソール台５に支持されている場合について説明した。しかし、電動モータ４２は、コンソール台５とステアリングホイール３２との間以外の位置に配置されていてもよい。たとえば、電動モータ４２および伝達機構４３は、コンソール台５の中に配置されていてもよい。電動モータ４２は、デッキ４や船体３などの他の部材に支持されていてもよい。
【０１３８】
前記実施形態では、伝達機構４３は、電動モータ４２とステアリングホイール３２との間で電動モータ４２の回転を１回だけ減速させる場合について説明した。しかし、伝達機構４３は、電動モータ４２の回転を複数回減速してもよい。もしくは、電動モータ４２は、ステアリングホイール３２の回転軸線Ａｈと同軸のモータであってもよい。この場合、ステアリングホイール３２は、電動モータ４２と同じ方向に同じ速度で同じ角度で回転駆動される。
【０１３９】
前記実施形態では、駆動ギヤ４４の回転軸線と従動ギヤ４６の回転軸線とが互いに平行である場合について説明した。しかし、駆動ギヤ４４の回転軸線と従動ギヤ４６の回転軸線とは、互いに平行でなくてもよい。従動ギヤ４６が、ステアリングホイール３２と同軸のウォームホイールであり、駆動ギヤ４４が、ウォームホイールに噛み合うウォームであってもよい。
【０１４０】
前記実施形態では、従動ギヤ４６が、ステアリングシャフトに相当するポンプ軸３４ａに連結されている場合について説明した。しかし、ステアリングホイール３２の回転軸線Ａｈ上に位置する部材であれば、従動ギヤ４６は、ポンプ軸３４ａ以外の部材に連結されていてもよい。また、従動ギヤ４６は、ステアリングホイール３２に連結されていてもよい。
【０１４１】
前記実施形態では、制御ユニット５５が、舵角の修正が必要か否かを判定し、必要であれば舵角の修正量を計算する場合について説明した。しかし、携帯端末５９が、舵角の修正量の計算まで（図６のステップＳ９まで）を行い、舵角の修正量を制御ユニット５５に送信してもよい。
前記実施形態では、制御ユニット５５は、低速条件が成立するときだけ、電動モータ４２に電力を供給する場合について説明した。しかし、舵角の修正が必要な場合、制御ユニット５５は、船舶１の速度にかかわらず、電動モータ４２に電力を供給してもよい。
【０１４２】
前記実施形態では、制御ユニット５５は、船舶１の挙動と電動モータ４２がステアリングホイール３２を回転させる方向とに基づいて、操船者がステアリングホイール３２を操作しているか否かを判定する場合について説明した。しかし、船舶１がステアリングホイール３２の動作を検出するホイール操作検出装置６８（図１参照）を備える場合、制御ユニット５５は、電動モータ４２がステアリングホイール３２を回転させる方向とステアリングホイール３２の移動方向および速度とに基づいて、操船者がステアリングホイール３２を操作しているか否かを判定してもよい。
【０１４３】
前述の全ての構成の２つ以上が組み合わされてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【０１４４】
５        ：コンソール台
５ａ      ：コンソール面
１１      ：船外機
１３      ：エンジン
３２      ：ステアリングホイール
３３      ：操舵機構
３４      ：ヘルムポンプ
３６      ：油圧シリンダ
４１      ：自動操舵装置
４２      ：電動モータ
４２ａ    ：モータ軸
４３      ：伝達機構
４４      ：駆動ギヤ
４５      ：中間ギヤ
４６      ：従動ギヤ
４７      ：防水カバー
５１      ：給電回路
５２      ：給電スイッチ
５３      ：正転スイッチ
５４      ：逆転スイッチ
５５      ：制御ユニット
５５ｅ    ：修正角度計算部
５５ｆ    ：モータ駆動部
５５ｇ    ：低速判定部
５５ｈ    ：操作判定部
５５ｉ    ：駆動停止部
５９      ：携帯端末
６２      ：ディスプレイ
６３      ：通信ユニット
６４      ：ＧＰＳユニット
７１      ：風向検出装置
７８      ：駆動回路
８１      ：駆動スイッチ
８２      ：正転駆動スイッチ
８３      ：逆転駆動スイッチ
８９      ：オンオフスイッチ
９０      ：風向回転角検出装置
９１      ：方位検出装置
９２      ：逆入力遮断クラッチ
Ａｈ      ：ステアリングホイールの回転軸線
Ｂ１      ：バッテリー
Ｄｂ      ：船首の方向
【図１】
2016210239.tif 000003
【図２】
2016210239.tif 000004
【図３】
2016210239.tif 000005
【図４】
2016210239.tif 000006
【図５】
2016210239.tif 000007
【図６】
2016210239.tif 000008
【図７】
2016210239.tif 000009
【図８】
2016210239.tif 000010
【図９】
2016210239.tif 000011
【図１０】
2016210239.tif 000012
【図１１】
2016210239.tif 000013
【図１２】
2016210239.tif 000014
【図１３】
2016210239.tif 000015
【図１４】
2016210239.tif 000016
【図１５】
2016210239.tif 000017
【図１６】
2016210239.tif 000018
【図１７】
2016210239.tif 000019