(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御信号およびフィードバック信号を入力可能な加算器と、前記加算器の出力信号を入力可能な制御装置と、前記制御装置により回転が制御される電動機と、前記電動機により回転する液体圧ポンプと、前記液体圧ポンプの出力により動作する液体圧アクチュエータと、前記液体圧アクチュエータにより動作する舵と、前記舵の角度を検知して当該角度に応じたフィードバック信号を前記加算器に出力する舵角センサと、を有する船舶用操舵システムにおいて、
前記電動機を２方向回転電動機とし、前記液体圧ポンプを２方向流れ固定容量液体圧ポンプとし、前記液体圧ポンプを設けた液体圧ラインに並列に設けられた液体圧ラインに前記液体圧ポンプの吐出側からの流入を規制する２つの逆止め弁を設け、前記２つの逆止め弁の間の液体圧ラインに液体タンクを接続してなるとともに、
前記加算器に代えて演算装置を設け、前記船舶用操舵システムを設けた船舶に、フィードバック信号を前記演算装置に出力する船体の横揺れ検出センサ、方位検出センサおよび船速検出センサを設け、前記舵角センサは前記演算装置にフィードバック信号を入力可能とし、前記演算装置は前記船体の横揺れ検出センサ、前記方位検出センサ、前記船速検出センサおよび前記舵角センサからのフィードバック信号に基づいて舵角指令値を算出して、前記舵角指令値に対応した出力信号を前記制御装置に出力し、前記制御装置は前記出力信号を入力可能としたことを特徴とする船舶用操舵システム。
【請求項２】
制御信号およびフィードバック信号を入力可能な加算器と、前記加算器の出力信号を入力可能な制御装置と、前記制御装置により回転が制御される第１の電動機と、前記第１の電動機により回転する第１の液体圧ポンプと、前記第１の液体圧ポンプの出力により動作する液体圧アクチュエータと、前記液体圧アクチュエータにより動作する舵と、前記舵の角度を検知して当該角度に応じたフィードバック信号を前記加算器に出力する舵角センサと、を有する船舶用操舵システムにおいて、
前記第１の液体圧ポンプを２方向流れ固定容量液体圧ポンプとし、前記液体圧ポンプを設けた液体圧ラインに並列に設けられた液体圧ラインに前記液体圧ポンプの吐出側からの流入を規制する２つの逆止め弁を設け、前記２つの逆止め弁の間の液体圧ラインに接続されたリリーフ弁を設け、第２の電動機により回転するとともに前記リリーフ弁に直列に接続され前記第１の液体圧ポンプに作動油を補給可能な第２の液体圧ポンプを設けてなるとともに、
前記加算器に代えて演算装置を設け、前記船舶用操舵システムを設けた船舶に、フィードバック信号を前記演算装置に出力する船体の横揺れ検出センサ、方位検出センサおよび船速検出センサを設け、前記舵角センサは前記演算装置にフィードバック信号を入力可能とし、前記演算装置は前記船体の横揺れ検出センサ、前記方位検出センサ、前記船速検出センサおよび前記舵角センサからのフィードバック信号に基づいて舵角指令値を算出して、前記舵角指令値に対応した出力信号を前記制御装置に出力し、前記制御装置は前記出力信号を入力可能としたことを特徴とする船舶用操舵システム。
【請求項３】
制御信号およびフィードバック信号を入力可能な加算器と、前記加算器の出力信号を入力可能な制御装置と、電動機と、前記電動機により回転するとともに前記制御装置により吐出量が制御される第１の液体圧ポンプと、前記第１の液体圧ポンプの出力により動作する液体圧アクチュエータと、前記液体圧アクチュエータにより動作する舵と、前記舵の角度を検知して当該角度に応じたフィードバック信号を前記加算器に出力する舵角センサと、を有する船舶用操舵システムにおいて、
前記電動機を２方向回転電動機とし、前記第１の液体圧ポンプを２方向流れ可変容量液体圧ポンプとし、前記液体圧ポンプを設けた液体圧ラインに並列に設けられた液体圧ラインに前記液体圧ポンプの吐出側からの流入を規制する２つの逆止め弁を設け、前記２つの逆止め弁の間の液体圧ラインにリリーフ弁を接続し、前記電動機により回転するとともに前記リリーフ弁に直列に接続され前記第１の液体圧ポンプに作動油を補給可能な第２の液圧ポンプを設けてなるとともに、
前記加算器に代えて演算装置を設け、前記船舶用操舵システムを設けた船舶に、フィードバック信号を前記演算装置に出力する船体の横揺れ検出センサ、方位検出センサおよび船速検出センサを設け、前記舵角センサは前記演算装置にフィードバック信号を入力可能とし、前記演算装置は前記船体の横揺れ検出センサ、前記方位検出センサ、前記船速検出センサおよび前記舵角センサからのフィードバック信号に基づいて舵角指令値を算出して、前記舵角指令値に対応した出力信号を前記制御装置に出力し、前記制御装置は前記出力信号を入力可能としたことを特徴とする船舶用操舵システム。
【請求項４】
前記電動機に加わる電流を検知してフィードバック信号を前記加算器に出力する電流検出センサを設けてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の船舶用操舵システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は船舶用操舵システムに係り、特に液体圧ポンプにより液体圧アクチュエータを直接動作させるようにした船舶用操舵システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の油圧を用いた船舶用操舵システムは、圧力調整弁や油量制御弁等で舵をコントロールしていた。また、高精度の制御が要求される場合には、サーボ弁や電磁比例弁が採用されていた。これらの弁を用いたシステムは、いずれも電動機によって油圧ポンプを常時一定速度で回転させ、一定量の油量と油圧を維持するものである。したがって、アクチュエータが駆動していない場合には、油圧ポンプで生成されたエネルギーがリリーフ弁を経由してオイルタンクに戻されているため、エネルギーロスが非常に大きい。さらに、油温が上昇することにより作動油が劣化するので、クーリング装置の設置が必要になることもある。
【０００３】
また、船舶用操舵システムによって制御される舵は、船舶の航行時に保針操舵に用いるのがその主目的であるが、近年では操舵による横揺れ減揺制御にもよく利用されている。この場合、横揺れの減揺効果を向上するための重要な要素として操舵速度の高速化が挙げられる。通常の船舶用操舵システムの操舵速度は２．５ｄｅｇ／ｓｅｃ程度であり、２台連動運転した場合でも５ｄｅｇ／ｓｅｃ前後である。当然のことながら、これ以上の高速化を実現するためには油量と油圧の増加が必要になるが、それは油圧装置全体の大型化につながることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような船舶用操舵システムにおける問題を解決するために、様々な技術が開発されているが、その一つとしてＤＤＶＣ（Direct Drive Volume Control）を採用した船舶用操舵システムが挙げられる。これは、特開平１−２６２２９４号に記載されているように、電動機で回転する２方向流れ可変容量液体圧ポンプを液体圧アクチュエータに直結したものである。この２方向流れ可変容量液体圧ポンプにより液体圧アクチュエータを動作させ、さらに液体圧アクチュエータにより舵を動作させるものであり、極めて小型の装置であるにもかかわらず、エネルギーロスが小さく、必要になる油量に対して大きなエネルギーを得られるという利点がある。
しかしながら、上述の構成だけでは、舵の操作速度を大幅に高速化するのには未だに不十分なものであり、船舶用操舵システムの横揺れ減揺等に対する大幅な性能向上を実現することができなかった。
【０００５】
そこで本発明は、上記の問題点を解消するためになされたもので、船舶用操舵システムにおいて、装置を大型化することなく、舵の操作速度を大幅に高速化することが可能な船舶用操舵システムであって、船体の横揺れを操舵に迅速に反映することが可能な船舶用操舵システムを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、課題を解決するための手段として、制御信号およびフィードバック信号を入力可能な加算器と、前記加算器の出力信号を入力可能な制御装置と、前記制御装置により回転が制御される電動機と、前記電動機により回転する液体圧ポンプと、前記液体圧ポンプの出力により動作する液体圧アクチュエータと、前記液体圧アクチュエータにより動作する舵と、前記舵の角度を検知して当該角度に応じたフィードバック信号を前記加算器に出力する舵角センサと、を有する船舶用操舵システムにおいて、
前記電動機を２方向回転電動機とし、前記液体圧ポンプを２方向流れ固定容量液体圧ポンプとし、前記液体圧ポンプを設けた液体圧ラインに並列に設けられた液体圧ラインに前記液体圧ポンプの吐出側からの流入を規制する２つの逆止め弁を設け、前記２つの逆止め弁の間の液体圧ラインに液体タンクを接続してなるとともに、前記加算器に代えて演算装置を設け、前記船舶用操舵システムを設けた船舶に、フィードバック信号を前記演算装置に出力する船体の横揺れ検出センサ、方位検出センサおよび船速検出センサを設け、前記舵角センサは前記演算装置にフィードバック信号を入力可能とし、前記演算装置は前記船体の横揺れ検出センサ、前記方位検出センサ、前記船速検出センサおよび前記舵角センサからのフィードバック信号に基づいて舵角指令値を算出して、前記舵角指令値に対応した出力信号を前記制御装置に出力し、前記制御装置は前記出力信号を入力可能とした。
【０００７】
また、制御信号およびフィードバック信号を入力可能な加算器と、前記加算器の出力信号を入力可能な制御装置と、前記制御装置により回転が制御される第１の電動機と、前記第１の電動機により回転する第１の液体圧ポンプと、前記第１の液体圧ポンプの出力により動作する液体圧アクチュエータと、前記液体圧アクチュエータにより動作する舵と、前記舵の角度を検知して当該角度に応じたフィードバック信号を前記加算器に出力する舵角センサと、を有する船舶用操舵システムにおいて、前記第１の液体圧ポンプを２方向流れ固定容量液体圧ポンプとし、前記液体圧ポンプを設けた液体圧ラインに並列に設けられた液体圧ラインに前記液体圧ポンプの吐出側からの流入を規制する２つの逆止め弁を設け、前記２つの逆止め弁の間の液体圧ラインに接続されたリリーフ弁を設け、第２の電動機により回転するとともに前記リリーフ弁に直列に接続され前記第１の液体圧ポンプに作動油を補給可能な第２の液体圧ポンプを設けてなるとともに、前記加算器に代えて演算装置を設け、前記船舶用操舵システムを設けた船舶に、フィードバック信号を前記演算装置に出力する船体の横揺れ検出センサ、方位検出センサおよび船速検出センサを設け、前記舵角センサは前記演算装置にフィードバック信号を入力可能とし、前記演算装置は前記船体の横揺れ検出センサ、前記方位検出センサ、前記船速検出センサおよび前記舵角センサからのフィードバック信号に基づいて舵角指令値を算出して、前記舵角指令値に対応した出力信号を前記制御装置に出力し、前記制御装置は前記出力信号を入力可能とした。
【０００８】
また、制御信号およびフィードバック信号を入力可能な加算器と、前記加算器の出力信号を入力可能な制御装置と、電動機と、前記電動機により回転するとともに前記制御装置により吐出量が制御される第１の液体圧ポンプと、前記第１の液体圧ポンプの出力により動作する液体圧アクチュエータと、前記液体圧アクチュエータにより動作する舵と、前記舵の角度を検知して当該角度に応じたフィードバック信号を前記加算器に出力する舵角センサと、を有する船舶用操舵システムにおいて、前記電動機を２方向回転電動機とし、前記第１の液体圧ポンプを２方向流れ可変容量液体圧ポンプとし、前記液体圧ポンプを設けた液体圧ラインに並列に設けられた液体圧ラインに前記液体圧ポンプの吐出側からの流入を規制する２つの逆止め弁を設け、前記２つの逆止め弁の間の液体圧ラインにリリーフ弁を接続し、前記電動機により回転するとともに前記リリーフ弁に直列に接続され前記第１の液体圧ポンプに作動油を補給可能な第２の液圧ポンプを設けてなるとともに、前記加算器に代えて演算装置を設け、前記船舶用操舵システムを設けた船舶に、フィードバック信号を前記演算装置に出力する船体の横揺れ検出センサ、方位検出センサおよび船速検出センサを設け、前記舵角センサは前記演算装置にフィードバック信号を入力可能とし、前記演算装置は前記船体の横揺れ検出センサ、前記方位検出センサ、前記船速検出センサおよび前記舵角センサからのフィードバック信号に基づいて舵角指令値を算出して、前記舵角指令値に対応した出力信号を前記制御装置に出力し、前記制御装置は前記出力信号を入力可能とした。
【０００９】
また、上記のいずれかの船舶用操舵システムにおいて、前記電動機に加わる電流を検知してフィードバック信号を前記加算器に出力する電流検出センサを設けてなることを特徴とするものとした。
【００１１】
なお、演算装置は、統計的制御ゲイン作成手段、制御ゲイン記憶手段および制御実行手段を備え、統計的制御ゲイン作成手段は、舵角センサからの信号を読み込み、制御モデルを制御型多次元自己回帰モデルを用いて算出し、この制御モデルについて制御ゲインを算出する手段から成り、制御実行手段は、目標方位および実方位ならびに目標横揺れ角速度および実横揺れ角速度を読み込み、方位及び横揺れ角速度について、目標と実測との偏差をそれぞれ算出し、両者の偏差を最小にする指令舵角を各偏差値から記憶する前記制御ゲイン記憶手段を使用して舵角指令値を算出するものであることが好ましい。
【００１２】
【作用】
上記構成によれば、電動機を２方向回転電動機とし、液体圧ポンプを２方向流れ固定容量液体圧ポンプとし、液体圧ポンプを設けた液体圧ラインに並列に設けられた液体圧ラインに２つの逆止め弁を設け、２つの逆止め弁の間の液体圧ラインに液体タンクを接続したので、２方向流れ固定容量液体圧ポンプから吐き出される液体圧を急速に変化させることが可能になる。また、液体圧ポンプを設けた液体圧ラインに並列に設けられた液体圧ラインに２つの逆止め弁を設け、これらの逆止め弁の間の液体圧ラインに液体タンクを接続したので、液体の漏出により低下する液圧ラインの液圧を補償する役割を果たす。
【００１３】
また、第１の電動機を２方向回転電動機とし、第１の液体圧ポンプを２方向流れ固定容量液体圧ポンプとし、液体圧ポンプを設けた液体圧ラインに並列に設けられた液体圧ラインに２つの逆止め弁を設け、２つの逆止め弁の間の液体圧ラインに接続されたリリーフ弁を設け、第２の電動機により回転するとともにリリーフ弁に接続された第２の液体圧ポンプを設けたので、２方向流れ固定容量液体圧ポンプにより液体圧を急速に変化させることが可能になる。さらに、２方向流れ固定容量液体圧ポンプへ流れ込む側の液体圧ラインにおいては、第２の液体圧ポンプの液体吐出量が加わることにより、２方向流れ可変容量液体圧ポンプに対して液体の流量を増加させて、当該流量を液体圧の急速な変化に追従可能にする。くわえて、２方向流れ可変容量液体圧ポンプの液体吸入量を増加させる。さらに、２方向流れ固定容量液体圧ポンプから流れ出す側の液体圧ラインにおいては、２方向流れ可変容量液体圧ポンプの液体吐出量に第２の液体圧ポンプの液体吐出量が加わるので、２方向流れ可変容量液体圧ポンプの負荷を分担する役割を果たす。くわえて、リリーフ弁が液体の漏出により低下する液圧ラインの液圧を補償する役割を果たす。
【００１４】
また、前記第１の液体圧ポンプを２方向流れ可変容量液体圧ポンプとし、前記液体圧ポンプを設けた液体圧ラインに並列に設けられた液体圧ラインに２つの逆止め弁を設け、前記２つの逆止め弁の間の液体圧ラインにリリーフ弁を接続し、前記電動機により回転するとともに前記リリーフ弁に接続された第２の液圧ポンプを設けたので、２方向流れ可変容量液体圧ポンプにより液体圧を急速に変化させることが可能になる。さらに、２方向流れ固定容量液体圧ポンプへ流れ込む側の液体圧ラインにおいては、第２の液体圧ポンプの液体吐出量が加わることにより、２方向流れ可変容量液体圧ポンプに対して液体の流量を増加させて、当該流量を液体圧の急速な変化に追従可能にする。くわえて、２方向流れ可変容量液体圧ポンプの液体吸入量を増加させる。さらに、２方向流れ固定容量液体圧ポンプから流れ出す側の液体圧ラインにおいては、２方向流れ可変容量液体圧ポンプの液体吐出量に第２の液体圧ポンプの液体吐出量が加わるので、２方向流れ可変容量液体圧ポンプの負荷を分担する役割を果たす。くわえて、リリーフ弁が液体の漏出により低下する液圧ラインの液圧を補償する役割を果たす。
【００１５】
また、前記電動機に加わる電流を検知してフィードバック信号を前記加算器に出力する電流検出センサを設けたので、その電流を加算器にフィードバックすることにより、液体圧アクチュエータの推進制御を行うことができる。すなわち、例えば電動機に過電流が流れた場合に、その過電流に対応する信号が加算器にフィードバックされるので、電動機のトルクを制限する制御を行うことができる。よって、液体圧アクチュエータの推進制御を行うことができる。
くわえて、従来の船舶用操舵システムにおいては、液体圧回路中にリリーフ弁または安全弁を設けることにより、当該回路の圧力制限を行っていたが、上記手段においてはこのような弁を設ける必要がない。
【００１６】
また、上記の船舶用操舵システムにおいて、加算器に代えて演算装置を設け、船舶用操舵システムを設けた船舶に、フィードバック信号を演算装置に出力する船体の横揺れ検出センサ、方位検出センサおよび船速検出センサを設け、舵角センサは演算装置にフィードバック信号を入力可能とし、演算装置は船体の横揺れ検出センサ、方位検出センサ、船速検出センサおよび舵角センサからのフィードバック信号に基づいて舵角指令値を算出して、舵角指令値に対応した出力信号を制御装置に出力し、制御装置は出力信号を入力可能としたので、船体の横揺れに従って迅速に転舵させることができ、横揺れに対する減揺を確実に行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る船舶用操舵システムの具体的実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る船舶用操舵システムの回路図であり、図２は、本発明の第２の実施の形態に係る船舶用操舵システムの回路図である。また、図３は、本発明の第３の実施の形態に係る船舶用操舵システムの回路図であり、図４は、本発明の第２の実施の形態に係る船舶用操舵システムの操作手順を示すフロー図である。また、図５は、本発明の第３の実施の形態に係る船舶用操舵システムの変形例の回路図であり、図６は、アクチュエータの構成の変形例を示す回路図である。また、図７は、本発明の第３の実施の形態の変形例を示すブロック図であり、図８は、本発明の第３の実施の形態においてサーボモータ、油圧ポンプ、油圧モータおよびアクチュエータを一体とした構成の概略を示す説明図である。
【００１８】
本発明の第１の実施の形態に係る船舶用操舵システムは、２方向流れ固定容量油圧ポンプにアクチュエータを直結したものである。
すなわち、図１に示すように、図示しない操舵室から伝わる制御信号Ｅｉ、および後述するフィードバック信号が入力される加算器１０と、加算器１０の出力信号を入力が入力されるコントローラ１２と、コントローラ１２によって制御されて２方向回転するサーボモータ１４とが設けられている。また、サーボモータ１４に加わる過電流、過負荷を検出してフィードバック信号を加算器１０に入力する過負荷・過電流センサ２０が設けられている。さらに、加算器１０、コントローラ１２および過負荷・過電流センサ２０は、一体のサーボパックＡとして構成されている。
【００１９】
また、２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５がサーボモータ１４により回転させられて、油圧ライン３４ａ、３４ｂの双方に作動油を吐き出し可能に設けられている。さらに、２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５は、作動油タンク２２ａから作動油を吸入可能であり、さらに、油圧ライン３４ａ、３４ｂからも吸入可能である。よって、２方向流れ可変容量油圧ポンプ１５は、サーボモータ１４の回転方向、速度を変更することにより、作動油の吐き出し方向を自在に変更できるとともに、吸入・吐き出し量も急速に変化させることが可能である。
【００２０】
また、油圧ライン３４ａ、３４ｂは、シリンダ５０ａ、５０ｂに接続されており、吐き出された作動油はシリンダ５０ａ、５０ｂに送り込まれ、それぞれのピストン５２ａ、５２ｂをそれぞれ反対方向に動作させる。ピストン５２ａ、５２ｂの動作により、舵６０は矢印Ｄに示すように自在に動く。さらに、舵６０の近傍には、その舵度を検出し、舵角に応じたフィードバック信号Ｅｆを加算器１０に入力する舵角センサ３２が設けられている。
【００２１】
また、油圧ライン３４ａには、作動油の動粘度を、操舵によりその流れる方向や流量が急激に変化するのに好適な範囲内に維持するために保温用ヒータ３０が設けられている。
【００２２】
また、２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５から漏出したドレンにより、作動油圧が低下するのを防止するために、２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５に並列に設けられた油圧ライン３８にドレン保証機構Ｃが設けられている。ドレン保証機構Ｃは、油圧ライン３８に逆止め弁４０ａ、４０ｂを設け、さらに、逆止め弁４０ａ、４０ｂの間の油圧ライン３８に作動油を供給する作動油タンク２２ｂを設けている。よって、ドレンにより回路内の作動油が不足した分だけ作動油タンク２２ｂから作動油が補償される。
【００２３】
以上の構成によれば、操舵室において操舵すると、それに応じた制御信号Ｅｉがコントローラ１２に伝わる。コントローラ１２は、サーボモータ１４を回転させて２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５を作動させる。２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５が作動することにより、油圧ライン３４ａ、３４ｂのいずれかに作動油を供給して、ピストン５２ａ、５２ｂを動作させて舵６０の角度を操舵に応じて変更する。また、舵６０の角度は、舵角センサ３２の出力信号Ｅｆによって加算器１０に伝達され、２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５の動作に反映される。
【００２４】
また、この回路内においてドレンが発生した場合は、ドレン保証機構Ｃによって、ドレンに見合った量の作動油が補償される。また、保温用ヒータ３０が油圧ライン３４ａの作動油を適宜加熱して、その動粘度を高速操舵に好適な範囲に保持する。くわえて、過負荷・過電流センサ２０がサーボモータ１４の過負荷・過電流を監視しており、過負荷・過電流の検出時には、コントローラ１２がサーボモータ１４を停止、または回転を低下させる。
【００２５】
続けて、本発明の第２の実施の形態に係る船舶用操舵システムについて説明する。本発明の第２の実施の形態に係る船舶用操舵システムは、２方向流れ固定容量油圧ポンプにアクチュエータを直結したものであり、さらに、この２方向流れ固定容量油圧ポンプの動作を補助するブースタ等を接続したものである。
【００２６】
すなわち、図２に示すように、図示しない操舵室から伝わる制御信号Ｅｉ、および後述するフィードバック信号が入力される加算器１０と、加算器１０の出力信号を入力が入力されるコントローラ１２と、コントローラ１２によって制御されて２方向回転するサーボモータ１４とが設けられている。また、第１の実施の形態と同様に、サーボモータ１４に加わる過電流、過負荷を検出してフィードバック信号を加算器１０に入力する過負荷・過電流センサ２０が、加算器１０、コントローラ１２および過負荷・過電流センサ２０は、一体のサーボパックＡとして構成されている。
【００２７】
また、２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５がサーボモータ１４により回転させられて、油圧ライン３４ａ、３４ｂの双方に作動油を吐き出し可能に設けられている。さらに、２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５は、作動油タンク２２ａから作動油を吸入可能であり、さらに、油圧ライン３４ａ、３４ｂからも吸入可能である。よって、２方向流れ可変容量油圧ポンプ１５は、サーボモータ１４の回転方向、速度を変更することにより、作動油の吐き出し方向を自在に変更できるとともに、吸入・吐き出し量も急速に変化させることが可能である。
【００２８】
また、油圧ライン３４ａ、３４ｂは、シリンダ５０に接続されており、吐き出された作動油はシリンダ５０に送り込まれ、ピストン５２をいずれかの方向に動作させる。ピストン５２の動作により、舵６０は矢印Ｄに示すように自在に動く。さらに、舵６０の近傍には、その舵度を検出し、舵角に応じたフィードバック信号Ｅｆを加算器１０に入力する舵角センサ３２が設けられている。くわえて、油圧ライン３４ａには、上述の第１の実施の形態と同様に保温用ヒータ３０を設けている。
【００２９】
また、２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５に並列に設けられた油圧ライン３８には、油圧ライン３４ａ、３４ｂから２方向流れ可変容量油圧ポンプ１６に流れ込む、あるいは吐き出される作動油の量を急速に調整することを可能するために、ブースタＢが設けられている。ブースタＢには、油圧ライン３４ａ、３４ｂにおける作動油圧を検出する図示しないセンサと、このセンサからのフィードバック信号を入力可能な図示しないコントローラと、このコントローラによってその動作が制御されるサーボモータ２４と、サーボモータ２４によって回転する１方向流れ固定容量油圧ポンプ２６と、定量ポンプ２６に作動油を供給する作動油タンク２２ｃとが設けられている。さらに、１方向流れ固定容量油圧ポンプ２６は、逆止め弁４０ａ、４０ｂを介して油圧ライン３４ａ、３４ｂと接続されており、これらのラインに作動油を供給することが可能である。
【００３０】
よって、１方向流れ固定容量油圧ポンプ２６を上記コントローラによって回転させて、油圧ライン３４ａ、３４ｂに作動油を供給することができる。したがって、２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５だけでは、舵６０の高速操舵に正常な作動油圧を得られない場合には、１方向流れ固定容量油圧ポンプ２６を低レベルで作動させて微小加圧状態にするだけで、２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５へ吸入される作動油量を増加させ、あるいはシリンダ５０ａ、５０ｂへ作動油を補助的に供給することが可能である。
【００３１】
くわえて、ブースタＢには、１方向流れ固定容量油圧ポンプ２６と逆止め弁４０ａ、４０ｂとの間の油圧ラインにリリーフ弁２８および作動油タンク２２ｂが設けられている。保温用ヒータ３０で加温されることなどにより、作動油の温度が上昇して体積が増加した場合には、油圧ライン３４ａ、３４ｂの作動油圧も体積の増加分だけ増加する。そこで、所定の作動油圧が保持されるようにリリーフ弁２８を調整しておけば、１方向流れ固定容量油圧ポンプ２６の作動時に、油圧ライン３４ａ、３４ｂの作動油の体積増加に応じた量を供給することが可能となる。
【００３２】
なお、１方向流れ固定容量油圧ポンプ２６の駆動源として、サーボモータ２４に代えてサーボモータ１４を用いても良い。また、上述した図示しないコントローラは、コントローラ１２にサーボモータ２４の回転を制御する機能を持たせ、コントローラ１２によりサーボモータ２４を制御するものとしても良い。さらに、図示しないセンサは、サーボパックＡと一体に設けられるものとしても良い。
【００３３】
以上の構成によれば、操舵室において操舵すると、それに応じた制御信号Ｅｉがコントローラ１２に伝わる。コントローラ１２は、サーボモータ１４を回転させて２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５を作動させる。２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５が作動することにより、油圧ライン３４ａ、３４ｂのいずれかに作動油を供給して、ピストン５２を動作させて舵６０の角度を操舵に応じて変更する。また、舵６０の角度は、舵角センサ３２の出力信号Ｅｆによって加算器１０に伝達され、２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５の動作に反映される。
【００３４】
また、この回路内においてドレンが発生した場合は、ドレン保証機構Ｃによって、ドレンに見合った量の作動油が補償される。また、保温用ヒータ３０が油圧ライン３４ａの作動油を適宜加熱して、その動粘度を高速操舵に好適な範囲に保持する。くわえて、過負荷・過電流センサ２０がサーボモータ１４の過負荷・過電流を監視しており、過負荷・過電流の検出時には、コントローラ１２がサーボモータ１４を停止、または回転を低下させる。
【００３５】
また、急速に操舵する場合など、２方向流れ可変容量油圧ポンプ１６だけでは、十分な作動油圧が得られない時は、図示しないコントローラがサーボモータ２４を回転させて１方向流れ固定容量油圧ポンプ２６を低レベルで作動させる。１方向流れ固定容量油圧ポンプ２６の作動により、油圧ライン３４ａ、３４ｂの作動油がわずかに加圧され、２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５に吸入される作動油の量を増加させ、２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５が生成する作動油圧を必要圧まで上昇させる。同時に、シリンダ５０に供給される作動油圧をわずかに増加させる。この時、１方向流れ固定容量油圧ポンプ２６から油圧ライン３４ａ、３４ｂに供給される作動油の量は、リリーフ弁２８によって適切な量に調整される。
【００３６】
さらに、上記構成において、電源の投入から操舵終了までの動作手順を図４に従って説明する。
まず、サーボパックＡおよびサーボモータ１４の電源を投入する（Ｓ１００）。
電源の投入により、コントローラ１２が過負荷・過電流センサ２０によりサーボモータ１４の過負荷・過電流の監視を開始する（Ｓ１０２）。
さらに、コントローラ１２が舵角センサ３２により舵角の監視、および可変絞り弁１８の絞り量の監視を開始する（Ｓ１０４）。
その後、操舵が可能となり操舵が開始される（Ｓ１０６）。
【００３７】
操舵により２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５が作動する（Ｓ１０８）。
ここで、２方向流れ可変容量油圧ポンプ１５の作動だけで、必要な作動油圧を生成できないと予見される場合はＳ１１２に進んで作動油流量を調整し、必要な作動油圧を生成できると予見される場合はＳ１１４に進む（Ｓ１１０）。
Ｓ１１０において必要な作動油圧を生成できないと予見される場合は、ブースタＢを作動させて作動油流量を増加させ、Ｓ１１４に進む（Ｓ１１２）。
【００３８】
以上の調整を終えたら、コントローラ１２において操舵に係る制御信号の有無を検出し、操舵が継続している場合はＳ１０８に戻って上記の動作を継続し、操舵が継続していない場合は上記動作を終了する（Ｓ１１４）。
以上の手順により高速操舵が可能となる。なお、上記の手順は一例に過ぎず、同様の制御が可能であれば他の手順を採用しても良い。
【００３９】
さらに、本発明の第３の実施の形態に係る船舶用操舵システムについて説明する。本発明の第３の実施の形態に係る船舶用操舵システムは、２方向流れ可変容量油圧ポンプにアクチュエータを直結したものであり、さらに、この２方向流れ可変容量油圧ポンプの動作を補助するブースタ等を接続したものである。
【００４０】
すなわち、図３に示すように、第１、２の実施の携帯と同様に、加算器１０と、コントローラ１２とが設けられており、さらに１方向回転するサーボモータ１３が設けられている。また、過負荷・過電流センサ２０が設けられ、加算器１０、コントローラ１２および過負荷・過電流センサ２０が一体のサーボパックＡとして構成されている。
【００４１】
また、２方向流れ可変容量油圧ポンプ１６がサーボモータ１３により回転させられて、油圧ライン３４ａ、３４ｂの双方に作動油を吐き出し可能に設けられている。くわえて、２方向流れ可変容量油圧ポンプ１６は、コントローラ１２に制御されており、作動油の吐き出し方向、量を自在に変更することができる。さらに、２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５は、作動油タンク２２ａから作動油を吸入可能であり、さらに、油圧ライン３４ａ、３４ｂからも吸入可能である。よって、２方向流れ可変容量油圧ポンプ１５は、コントローラ１２を介して、作動油の吐き出し方向を自在に変更できるとともに、吸入・吐き出し量も急速に変化させることが可能である。
【００４２】
また、第２の実施の形態と同様に、油圧ライン３４ａ、３４ｂは、シリンダ５０に接続され、また、ピストン５２の動作により舵６０が矢印Ｄに示すように構成されている。さらに、舵６０の近傍には舵角センサ３２が設けられ、くわえて、油圧ライン３４ａには保温用ヒータ３０が設けられている。
【００４３】
また、２方向流れ可変容量油圧ポンプ１６に並列に設けられた油圧ライン３８には、油圧ライン３４ａ、３４ｂから２方向流れ可変容量油圧ポンプ１６に流れ込む、あるいは吐き出される作動油の量を急速に調整することを可能するために、ブースタＢが設けられている。ブースタＢには、油圧ライン３４ａ、３４ｂにおける作動油圧を検出する図示しないセンサと、このセンサからのフィードバック信号を入力可能な図示しないコントローラと、サーボモータ１３によって回転する１方向流れ固定容量油圧ポンプ２６と、定量ポンプ２６に作動油を供給する作動油タンク２２ａとが設けられている。さらに、１方向流れ固定容量油圧ポンプ２６は、逆止め弁４０ａ、４０ｂを介して油圧ライン３４ａ、３４ｂと接続されており、これらのラインに作動油を供給することが可能である。
【００４４】
よって、１方向流れ固定容量油圧ポンプ２６を上記コントローラによって回転させて、油圧ライン３４ａ、３４ｂに作動油を供給することができる。したがって、２方向流れ可変容量油圧ポンプ１６だけでは、舵６０の高速操舵に正常な作動油圧を得られない場合には、１方向流れ固定容量油圧ポンプ２６を低レベルで作動させて微小加圧状態にするだけで、２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５へ吸入される作動油量を増加させ、あるいはシリンダ５０ａ、５０ｂへ作動油を補助的に供給することが可能である。また、ドレンが発生した場合は、ドレンによる作動油の減少を補償する機能も併せ持つ。
【００４５】
くわえて、ブースタＢには、１方向流れ固定容量油圧ポンプ２６と逆止め弁４０ａ、４０ｂとの間の油圧ラインにリリーフ弁２８および作動油タンク２２ｂが設けられている。保温用ヒータ３０で加温されることなどにより、作動油の温度が上昇して体積が増加した場合には、油圧ライン３４ａ、３４ｂの作動油圧も体積の増加分だけ増加する。そこで、所定の作動油圧が保持されるようにリリーフ弁２８を調整しておけば、１方向流れ固定容量油圧ポンプ２６の作動時に、油圧ライン３４ａ、３４ｂの作動油の体積増加に応じた量を供給することが可能となる。また、ドレンが発生した場合は、ドレンによる作動油の減少を補償する機能も併せ持つ。
【００４６】
なお、１方向流れ固定容量油圧ポンプ２６の駆動源として、サーボモータ１３に代えて別個にサーボモータ１４を設けても駆動源としても良い。また、図示しないセンサは、サーボパックＡと一体に設けられるものとしても良い。
【００４７】
以上の構成によれば、操舵室において操舵すると、それに応じた制御信号Ｅｉがコントローラ１２に伝わる。コントローラ１２は、２方向流れ可変容量油圧ポンプ１６の作動油の吐き出し量を調整しつつ動作させる。２方向流れ可変容量油圧ポンプ１６が作動することにより、油圧ライン３４ａ、３４ｂのいずれかに作動油を供給して、ピストン５２を動作させて舵６０の角度を操舵に応じて変更する。また、舵６０の角度は、舵角センサ３２の出力信号Ｅｆによって加算器１０に伝達され、２方向流れ可変容量油圧ポンプ１６の動作に反映される。
【００４８】
また、急速に操舵する場合など、２方向流れ可変容量油圧ポンプ１６だけでは、十分な作動油圧が得られない時は、１方向流れ固定容量油圧ポンプ２６の作動により、油圧ライン３４ａ、３４ｂの作動油がわずかに加圧され、２方向流れ可変容量油圧ポンプ１６に吸入される作動油の量を増加させ、２方向流れ可変容量油圧ポンプ１６が生成する作動油圧を必要圧まで上昇させる。同時に、シリンダ５０に供給される作動油圧をわずかに増加させる。この時、１方向流れ固定容量油圧ポンプ２６から油圧ライン３４ａ、３４ｂに供給される作動油の量は、リリーフ弁２８によって適切な量に調整される。
特に、この実施の形態においては、２方向流れ可変容量ポンプを採用したので、大型船舶などサーボモータの負荷が大きくなることが想定される場合に、好ましく用いることができる形態と言える。
【００４９】
なお、以上第１〜３の実施の形態において、サーボモータ１４と同程度に制御する可能であれば、サーボモータ１４に代えて他種の電動機または原動機を用いても良い。また、保温用ヒータ３０は、必要に応じて油圧ライン３４ｂなど他の油圧ラインにも設けても良い。
【００５０】
また、油圧ライン３４ａ、３４ｂから２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５または２方向流れ可変容量油圧ポンプ１６に吸入される作動油の量を調整するために、２方向流れ固定容量油圧ポンプ１５または２方向流れ可変容量油圧ポンプ１６に並列となる油圧ラインを設け、当該油圧ラインに可変絞り弁を設けても良い。なお、図５に、可変絞り弁１８を設けた第３の実施の形態の変形例を示す。
【００５１】
また、アクチュエータについては、第１の実施の形態においては、片ロッド型複動シリンダを２つ組み合わせたものとし、第２、３の実施の形態においては、１つの両ロッド型複動シリンダとしたが、いずれのものを採用しても良い。また、フェールセーフの観点から、図６（Ａ）に示すように、両ロッド型複動シリンダを直列に配置する、あるいは、図６（Ｂ）に示すように、片ロッド型複動シリンダを並列に配置するするものとしても良い。これらの構成を採用した場合、２つのシリンダのうち、どちらかのシリンダの油圧回路に障害が生じて作動しなった場合でも、船舶が航行不能になることを避けることが可能となる。特に、本発明の実施の形態においては、小型でかつ発熱量が少ないので、図６に示すような複合的な油圧回路を設ける場合に、極めて好適に用いることができる。
【００５２】
ここで、図６（Ｂ）の構成を採用した場合における例を図７に示す。すなわち、シリンダ５０ａ、５０ｂに対して２つの独立した油圧回路を設ける。そして、それぞれの油圧回路に、加算器１０ａ、１０ｂと、コントローラ１２ａ、１２ｂと、サーボモータ１３ａ、１３ｂ、２方向流れ可変容量油圧ポンプ１６ａ、１６ｂと、２方向固定容量油圧モータ７０ａ、７０ｂを設ける。また、この構成においては、２方向流れ可変容量油圧ポンプ１６ａ、１６ｂは、シリンダ５０ａ、５０ｂに直接圧油を送るのではなく、これらに接続された２方向固定容量油圧モータ７０ａ、７０ｂを回転させるものとしている。さらに、２方向固定容量油圧モータ７０ａ、７０ｂの回転運動は、図示しない機構により直進運動に変換されてピストン５２ａ、５２ｂを動作させる。
【００５３】
くわえて、ピストン５２ａ、５２ｂの変位を検出して、フィードバック信号を加算器１０ａ、１０ｂに入力するピストン変位検出センサ７２ａ、７２ｂが設けられている。なお、加算器１０ａ、１０ｂと、コントローラ１２ａ、１２ｂと、舵角センサ３２の働きについては、上述の第３の実施の形態と同じである。
【００５４】
以上の構成によれば、アクチュエータ毎に油圧回路を設けているので、船舶用操舵システム全体をさらに小型化するとともに、安全性に配慮したものとすることができる。
【００５５】
くわえて、小型化に適するという本発明の特長を生かすために、以下に示すような構成にすることが好ましい。すなわち、図８に示すように、サーボモータ１４と、２方向流れ可変容量油圧ポンプ１６と、２方向固定容量油圧モータ７０とは、すべてシリンダ５０の内部に収納されている。そして、２方向固定容量油圧モータ７０の回転運動を直進運動に変換する図示しない機構もシリンダ５０の内部に設けられている。よって、第３の実施の形態における油圧回路の主要部分を１つのシリンダの内部に収納することができ、船舶用操舵システムを劇的に小型化することが可能になる。
【００５６】
なお、図８に示した構成においては、サーボモータ１４と、２方向流れ可変容量油圧ポンプ１６と、２方向固定容量油圧モータ７０とをシリンダ５０に収納するものとしたが、これらの内の一部のみを収納するものとしても良い。逆に、ピストン変位検出センサや、加算器、コントローラなど他のものも併せて収納するものとしても良い。また、図７に示した構成は、第１、２の実施の形態に対しても適用可能である。
【００５７】
また、本発明の実施の形態に係る船舶用操舵システムを船舶の横揺れ減揺に用いる場合は、以下のような構成を付加することが好ましい。
すなわち、加算器に代えて演算装置を設ける。そして、本発明の実施の形態に係る船舶用操舵システムを設けた船舶に、フィードバック信号を演算装置に出力する船体の横揺れ検出センサ、方位検出センサおよび船速検出センサを設ける。また、舵角センサは演算装置にフィードバック信号を入力可能とする。くわえて、演算装置は船体の横揺れ検出センサ、方位検出センサ、船速検出センサおよび舵角センサからのフィードバック信号に基づいて舵角指令値を算出して、舵角指令値に対応した出力信号を前記制御装置に出力し、前記制御装置は前記出力信号を入力可能とする。
【００５８】
くわえて、演算装置は、統計的制御ゲイン作成手段、制御ゲイン記憶手段および制御実行手段を備えたものとする。そして、統計的制御ゲイン作成手段は、舵角センサからの信号を読み込み、制御モデルを制御型多次元自己回帰モデルを用いて算出し、この制御モデルについて制御ゲインを算出する手段から構成されるものとする。また、制御実行手段は、目標方位および実方位ならびに目標横揺れ角速度および実横揺れ角速度を読み込み、方位及び横揺れ角速度について、目標と実測との偏差をそれぞれ算出し、両者の偏差を最小にする指令舵角を各偏差値から記憶する前記制御ゲイン記憶手段を使用して舵角指令値を算出する構成にする。
【００５９】
以上のように構成すれば、船体の横揺れを効果的に押さえることが可能となる。なお、上記の構成において用いる制御モデルは、横揺れ角、横揺れ角速度、方位角などを被制御変数とし、舵角を制御変数とすることが好ましい。
【００６０】
以上のように、本発明の実施の形態においては、従来技術に係る船舶用操舵システムに比して油圧装置などの駆動源を大型化することなく操舵速度の高速化を得ることが可能となる。よって、極めて小型のシステムでありながら、高速操舵に追随して油圧ラインの作動油圧を急速に上昇させることができ、操舵だけで相当程度の横揺れ減揺を実現できる。また、必要な時にのみ船舶用操舵システムを作動させるので、省エネルギー効果が極めて大きい。本発明の発明者が実験したところによれば、例えば消費電力については、５００トンの船舶をジグザグ航行させた場合は従来のシステムの２０分の１、直線航行させた場合は５０分の１にまで激減させることができた。
【００６１】
なお、上記の船舶用操舵システムは、極めて小型の装置だけで実現可能であるので、上記の船舶用操舵システムと既設の大型の油圧装置と併設し、両者の油圧ラインを切り替え弁を介して連結しても良い。その場合、コントローラで切り替え弁を操作可能にすれば、操作室からの遠隔操作により２つの船舶用操舵システムを適宜切り替えて使用することが可能となる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、制御信号およびフィードバック信号を入力可能な加算器と、前記加算器の出力信号を入力可能な制御装置と、前記制御装置により回転が制御される電動機と、前記電動機により回転する液体圧ポンプと、前記液体圧ポンプの出力により動作する液体圧アクチュエータと、前記液体圧アクチュエータにより動作する舵と、前記舵の角度を検知して当該角度に応じたフィードバック信号を前記加算器に出力する舵角センサと、を有する船舶用操舵システムにおいて、前記電動機を２方向回転電動機とし、前記液体圧ポンプを２方向流れ固定容量液体圧ポンプとし、前記液体圧ポンプを設けた液体圧ラインに並列に設けられた液体圧ラインに２つの逆止め弁を設け、前記２つの逆止め弁の間の液体圧ラインに液体タンクを接続してなる構成にしたので、舵の操作速度の著しい高速化が可能となり、船舶の姿勢制御における大幅な性能向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る船舶用操舵システムの回路図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る船舶用操舵システムの回路図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る船舶用操舵システムの回路図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る船舶用操舵システムの操作手順を示すフロー図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る船舶用操舵システムの変形例の回路図である。
【図６】アクチュエータの構成の変形例を示す回路図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態の変形例を示すブロック図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態においてサーボモータ、油圧ポンプ、油圧モータおよびアクチュエータを一体とした構成の概略を示す説明図である。
【符号の説明】
１０    加算器
１２    コントローラ
１３    サーボモータ
１３ａ  サーボモータ
１３ｂ  サーボモータ
１４    サーボモータ
１５    ２方向流れ固定容量油圧ポンプ
１６    ２方向流れ可変容量油圧ポンプ
１８    可変絞り弁
２０    過負荷・過電流センサ
２２ａ  作動油タンク
２２ｂ  作動油タンク
２２ｃ  作動油タンク
２２ｄ  作動油タンク
２４    サーボモータ
２５    コントローラ
２６    １方向流れ固定容量油圧ポンプ
２８    リリーフ弁
３０    保温用ヒータ
３２    舵角センサ
３４ａ  油圧ライン
３４ｂ  油圧ライン
３６    油圧ライン
３８    油圧ライン
４０ａ  逆止め弁
４０ｂ  逆止め弁
４２    逆止め弁
５０    シリンダ
５０ａ  シリンダ
５０ｂ  シリンダ
５２    ピストン
５２ａ  ピストン
５２ｂ  ピストン
６０    舵
７０ａ  ２方向固定容量油圧モータ
７０ｂ  ２方向固定容量油圧モータ
７２ａ  ピストン変位検出センサ
７２ｂ  ピストン変位検出センサ
８０    筐体
Ａ      サーボパック
Ｂ      ブースタ
Ｃ      ドレン保証機構
【図１】
0004314601.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004314601.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004314601.tif 000006
【図６】
0004314601.tif 000007
【図７】
0004314601.tif 000008
【図８】
0004314601.tif 000009