特許 7409904 操舵システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-25

(45)【発行日】2024-01-09

(54)【発明の名称】操舵システム

(51)【国際特許分類】

   B63H 25/24 20060101AFI20231226BHJP

   B63H 25/30 20060101ALI20231226BHJP

【ＦＩ】

B63H25/24 Z

B63H25/30 D

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020032697

(22)【出願日】2020-02-28

(65)【公開番号】P2021133843

(43)【公開日】2021-09-13

【審査請求日】2022-11-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田中 辰喜

(72)【発明者】

【氏名】田中 英紀

【審査官】福田 信成

(56)【参考文献】

【文献】中国実用新案第２０３３７２３８７（ＣＮ，Ｕ）

【文献】特開２００５－０９０７３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１０７４４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１５６３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５８５７４８８（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６３Ｈ ２５／２４

Ｂ６３Ｈ ２５／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

船舶に搭載される操舵システムであって、
船底を貫通する舵軸を介して舵板を揺動させる、第１作動室および第２作動室を含む油圧アクチュエータと、
作動油を吐出するポンプと、
一対の給排ラインにより前記第１作動室および前記第２作動室と接続されるとともに、ポンプラインにより前記ポンプと接続された、スプールを含む切換弁と、
前記スプールを移動させる、前記スプールの移動速度が電気的に変更可能に構成された移動機構と、
前記移動機構を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記舵板を揺動させる操舵指令を受けたときに、前記スプールの移動速度が徐々に増加した後に徐々に減少する曲線上を推移するように前記移動機構を制御する、操舵システム。

【請求項2】

前記第１作動室または前記第２作動室の圧力を検出する圧力センサを備え、
前記制御装置は、前記圧力センサで検出される圧力に応じて前記曲線を補正する、請求項１に記載の操舵システム。

【請求項3】

船舶に搭載される操舵システムであって、
船底を貫通する舵軸を介して舵板を揺動させる、第１作動室および第２作動室を含む油圧アクチュエータと、
作動油を吐出するポンプと、
一対の給排ラインにより前記第１作動室および前記第２作動室と接続されるとともに、ポンプラインにより前記ポンプと接続された、スプールを含む切換弁と、
前記スプールを移動させる、前記スプールの移動速度が電気的に変更可能に構成された移動機構と、
前記移動機構を制御する制御装置と、
前記スプールの位置を検出する位置検出器と、を備え、
前記移動機構は、前記スプールと連結されたナット、前記ナットと螺合するねじ軸、および前記ねじ軸を回転させる電動モータを含む直動機構であり、
前記位置検出器は、前記スプールの位置として前記電動モータの回転量を検出するロータリーエンコーダであり、
前記制御装置は、前記舵板を揺動させる操舵指令を受けたときに、検出された前記スプールの位置および前記電動モータの電流に基づいて前記スプールがスティックしたか否かを判定する、操舵システム。

【請求項4】

前記制御装置は、前記スプールがスティックしたと判定したときに、エラー信号を出力する、請求項３に記載の操舵システム。

【請求項5】

前記制御装置は、前記スプールがスティックしたと判定したときに、前記スプールが前記操舵指令に対応する方向と逆方向に移動した後に前記操舵指令に対応する方向に移動するように前記移動機構を制御する、請求項３または４に記載の操舵システム。

【請求項6】

船舶に搭載される操舵システムであって、
船底を貫通する舵軸を介して舵板を揺動させる、第１作動室および第２作動室を含む油圧アクチュエータと、
作動油を吐出するポンプと、
一対の給排ラインにより前記第１作動室および前記第２作動室と接続されるとともに、ポンプラインにより前記ポンプと接続された、スプールを含む切換弁と、
前記スプールを移動させる、前記スプールの移動速度が電気的に変更可能に構成された移動機構と、
前記移動機構を制御する制御装置と、
前記スプールの位置を検出する位置検出器と、を備え、
前記制御装置は、検出された前記スプールの位置に基づいて前記第１作動室または前記第２作動室への作動油の供給流量を算出し、算出された供給流量に基づいて前記舵板の角度を算出する、操舵システム。

【請求項7】

前記制御装置は、算出された前記舵板の角度が許容範囲外にあるとき、エラー信号を出力する、請求項６に記載の操舵システム。

【請求項8】

船舶に搭載される操舵システムであって、
船底を貫通する舵軸を介して舵板を揺動させる、第１作動室および第２作動室を含む油圧アクチュエータと、
作動油を吐出する第１ポンプと、
一対の給排ラインにより前記第１作動室および前記第２作動室と接続されるとともに、ポンプラインにより前記第１ポンプと接続された、第１スプールを含む第１切換弁と、
前記第１スプールを移動させる、前記第１スプールの移動速度が電気的に変更可能に構成された第１移動機構と、
前記第１移動機構を制御する第１制御装置と、
前記第１スプールの位置を検出する第１位置検出器と、
作動油を吐出する第２ポンプと、
一対の給排ラインにより前記第１作動室および前記第２作動室と接続されるとともに、ポンプラインにより前記第２ポンプと接続された、第２スプールを含む第２切換弁と、
前記第２スプールを移動させる、前記第２スプールの移動速度が電気的に変更可能に構成された第２移動機構と、
前記第２移動機構を制御する、前記第１制御装置と通信可能な第２制御装置と、
前記第２スプールの位置を検出する第２位置検出器と、を備え、
前記第１制御装置または前記第２制御装置は、前記第１位置検出器で検出される前記第１スプールの位置と、前記第２位置検出器で検出される前記第２スプールの位置との間の位置関係に不整合が生じたとき、エラー信号を出力する、操舵システム。

【請求項9】

船舶に搭載される操舵システムであって、
船底を貫通する舵軸を介して舵板を揺動させる、第１作動室および第２作動室を含む油圧アクチュエータと、
作動油を吐出する第１ポンプと、
一対の給排ラインにより前記第１作動室および前記第２作動室と接続されるとともに、ポンプラインにより前記第１ポンプと接続された、第１スプールを含む第１切換弁と、
前記第１スプールを移動させる、前記第１スプールの移動速度が電気的に変更可能に構成された第１移動機構と、
前記第１移動機構を制御する第１制御装置と、
作動油を吐出する第２ポンプと、
一対の給排ラインにより前記第１作動室および前記第２作動室と接続されるとともに、ポンプラインにより前記第２ポンプと接続された、第２スプールを含む第２切換弁と、
前記第２スプールを移動させる、前記第２スプールの移動速度が電気的に変更可能に構成された第２移動機構と、
前記第２移動機構を制御する、前記第１制御装置と通信可能な第２制御装置と、を備え、
前記第１制御装置または前記第２制御装置は、前記第１制御装置が受けた操舵指令と前記第２制御装置が受けた操舵指令が異なるときに、エラー信号を出力する、操舵システム。

【請求項10】

前記切換弁は、回収ラインにより前記ポンプと接続されている、請求項１～７の何れか一項に記載の操舵システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、船舶に搭載される操舵システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、船舶には、油圧により舵板を操作する操舵システムが搭載されている。このような操舵システムは、船板を貫通する舵軸を介して舵板を揺動させる油圧アクチュエータを含む。油圧アクチュエータは第１作動室および第２作動室を含み、第１作動室と第２作動室の一方へ作動油が供給されたときに舵板を左舷方向へ揺動させ、第１作動室と第２作動室の他方へ作動油が供給されたときに舵板を右舷方向へ揺動させる。

【0003】

例えば、特許文献１には、油圧アクチュエータとしてラムの両側に第１作動室および第２作動室が形成された油圧シリンダが採用された操舵システムが開示されている。この操舵システムでは、油圧シリンダの第１作動室および第２作動室が一対の給排ラインにより切換弁と接続されている。切換弁は、ポンプラインによりポンプと接続されるとともに、タンクラインによりタンクと接続されている。切換弁は、中立位置では一対の給排ラインをブロックし、舵板を揺動させる際に一対の給排ラインの一方をポンプラインと連通させるとともに他方をタンクラインと連通させる。

【0004】

より詳しくは、切換弁はスプールを含み、このスプールは一対の電磁弁により駆動される。切換弁には、スプールの両端面にパイロット圧を作用させるための一対のパイロット室が形成されており、各電磁弁は、対応するパイロット室へパイロット圧を導入するか否かを切り換える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平９－７６９９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に開示された操舵システムでは、電磁弁が単なるオンオフ弁であるので、電磁弁の電磁コイルが励磁されるとスプールが瞬時に移動する。従って、フレキシブルな運転が困難である。

【0007】

そこで、本発明は、フレキシブルな運転が可能な操舵システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記課題を解決するために、本発明の操舵システムは、船舶に搭載される操舵システムであって、船底を貫通する舵軸を介して舵板を揺動させる、第１作動室および第２作動室を含む油圧アクチュエータと、作動油を吐出するポンプと、一対の給排ラインにより前記第１作動室および前記第２作動室と接続されるとともに、ポンプラインにより前記ポンプと接続された、スプールを含む切換弁と、前記スプールを移動させる、前記スプールの移動速度が電気的に変更可能に構成された移動機構と、を備える、ことを特徴とする。

【0009】

上記の構成によれば、スプールを移動させる移動機構がスプールの移動速度が電気的に変更可能に構成されているので、フレキシブルな運転が可能である。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、フレキシブルな運転が可能な操舵システムが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の第１実施形態に係る操舵システムの概略構成図である。

【図2】直動機構の断面図である。

【図3】（ａ）は操舵指令の一例を示す図であり、（ｂ）はその操舵指令に応じたスプール位置を示す図である。

【図4】図１に示す操舵システムが搭載された船舶の一部の断面図である。

【図5】本発明の第２実施形態に係る操舵システムの概略構成図である。

【図6】本発明の第３実施形態に係る操舵システムの概略構成図である。

【図7】その他の実施形態に係る操舵システムの概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態に係る操舵システム１Ａを示す。この操舵システム１Ａは、図４に示すように、船舶に搭載されるものである。

【0013】

具体的に、操舵システム１Ａは、船底１０を鉛直方向に貫通する舵軸１２を介して舵板１１を揺動させる油圧アクチュエータ２を含む。本実施形態では、油圧アクチュエータ２が、舵軸１２だけでなく船内に配置された舵柄１３をも介して舵板１１を揺動させる。

【0014】

油圧アクチュエータ２は、図１に示すように、第１作動室２２および第２作動室２３を含み、第１作動室２２と第２作動室２３の一方（本実施形態では第２作動室２３）へ作動油が供給されたときに舵板１１を左舷方向（図１では右方向）へ揺動させ、第１作動室２２と第２作動室２３の他方（本実施形態では第１作動室２２）へ作動油が供給されたときに舵板を右舷方向（図１では左方向）へ揺動させる。

【0015】

本実施形態では、油圧アクチュエータ２が、ラム２１の両側に第１作動室２２および第２作動室２３が形成された油圧シリンダである。このため、第１作動室２２と第２作動室２３の一方への作動油の供給流量と他方からの作動油の排出流量は等しい。

【0016】

ラム２１は、舵軸１２の軸方向と直交する方向に延びる棒状のものである。ラム２１の中央にはピン２４が設けられており、このピン２４が舵柄１３と係合している。より詳しくは、舵柄１３には、舵軸１２から遠ざかる方向に開口する溝が設けられており、この溝にピン２４が挿入されている。

【0017】

なお、油圧アクチュエータ２の数は必ずしも１つである必要はなく、油圧シリンダが舵軸１２を挟んで互いに平行となるように２つであってもよい。また、油圧アクチュエータ２は、必ずしもラム２１の両側に第１作動室２２および第２作動室２３が形成された油圧シリンダである必要はなく、両端が閉塞されたチューブ内にピストンが配置され、そのピストンからロッドが延びる単ロッドの油圧シリンダであってもよい。

【0018】

油圧アクチュエータ２が単ロッドの油圧シリンダである場合、チューブの内部がピストンにより第１作動室２２と第２作動室２３とに仕切られる。また、油圧アクチュエータ２が単ロッドの油圧シリンダである場合、チューブが揺動可能に支持されるとともに、ロッドの先端が舵柄１３とピン連結されることもある。

【0019】

さらに、油圧アクチュエータ２は、第１作動室２２と第２作動室２３とがベーンで仕切られた油圧モータであってもよい。この場合、第１作動室２２および第２作動室２３がそれぞれ複数設けられてもよい。また、油圧アクチュエータ２が油圧モータの場合、油圧モータの回転軸が連結器により舵軸１２と連結される。なお、油圧アクチュエータ２が油圧モータの場合も、第１作動室２２と第２作動室２３の一方への作動油の供給流量と他方からの作動油の排出流量は等しい。

【0020】

油圧アクチュエータ２の第１作動室２２および第２作動室２３は、一対の給排ライン４４，４５により切換弁３と接続されている。切換弁３は、ポンプライン４２により作動油を吐出するポンプ４１の吐出口と接続さている。本実施形態では、切換弁３が回収ライン４３によりポンプ４１の吸入口と接続されている。

【0021】

ただし、図示は省略するが、切換弁３はタンクラインによりタンクと接続されてもよい。この場合、ポンプ４１の吸入口も吸入ラインによりタンクと接続される。なお、この構成は、上述したように油圧アクチュエータ２が単ロッドの油圧シリンダである場合によく採用される。

【0022】

本実施形態では、ポンプ４１が固定容量型のポンプである。ポンプ４１は、図略の電動モータにより一定の回転数で駆動される。ただし、ポンプ４１の回転数は必ずしも一定である必要はなく、変更されてもよい。また、ポンプ４１は、必ずしも固定容量型のポンプである必要はなく、例えば傾転角が変更可能な可変容量型のポンプ（例えば、斜板ポンプまたは斜軸ポンプ）であってもよい。

【0023】

図１および図２に示すように、切換弁３は、ハウジング３２と、このハウジング３２に摺動可能に保持されたスプール３１を含む。スプール３１が中立位置に位置するとき、切換弁３は給排ライン４４，４５をブロックするとともに、ポンプライン４２を回収ライン４３と連通させる。一方、スプール３１が中立位置から軸方向の一方または他方へ移動すると、切換弁３は、給排ライン４４，４５の一方をポンプライン４２と連通させるとともに、他方を回収ライン４３と連通させる。

【0024】

スプール３１は、移動機構５により移動される。移動機構５は、スプール３１の移動速度が電気的に変更可能に構成されている。移動機構５は、制御装置６により制御される。

【0025】

本実施形態では、移動機構５が直動機構５Ａである。具体的に、直動機構５Ａは、スプール３１の軸方向に延びる棒状の連結部材５１と、連結部材５１を介してスプール３１と連結されたナット５２と、ナット５２と螺合するねじ軸５３と、ねじ軸５３を回転させる電動モータ５４を含む。連結部材５１、ナット５２、ねじ軸５３および電動モータ５４は、スプール３１と同軸上に配置されている。また、ハウジング３２と電動モータ５４の間には筒状のケーシング５５が介在しており、このケーシング５５内に連結部材５１、ナット５２およびねじ軸５３が収容されている。

【0026】

例えば、電動モータ５４はサーボモータである。電動モータ５４がねじ軸５３を一方向に回転させると、ナット５２、連結部材５１およびスプール３１がスプール３１の軸方向の一方に移動し、電動モータ５４がねじ軸５３を逆方向に回転させると、ナット５２、連結部材５１およびスプール３１がスプール３１の軸方向の他方に移動する。

【0027】

以下、図２を参照して、直動機構５Ａの構成を詳細に説明する。なお、以下では、説明の便宜上、スプール３１の軸方向の一方（図２の右側）を右方、他方（図２の左側）を左方という。

【0028】

本実施形態では、ボールジョイントにより、スプール３１の右端と連結部材５１の左端とが連結されている。具体的には、連結部材５１の左端に溝５１ａが設けられており、この溝５１ａにボール３５が保持されている。一方、スプール３１の右端には、溝５１ａ内に挿入される板状の突起３１ａが設けられており、この突起３１ａにボール３５と嵌合する穴が設けられている。

【0029】

ただし、本実施形態とは逆に、スプール３１の右端にボール３５を保持する溝５１ａが設けられ、連結部材５１の左端に溝５１ａ内に挿入される突起３１ａが設けられてもよい。あるいは、スプール３１の右端と連結部材５１の左端とは、ボールジョイント以外のジョイントにより連結されてもよい。

【0030】

連結部材５１の中心線上には、右方に開口する穴５１ｂが設けられており、ナット５２はその穴５１ｂ内に挿入された状態で連結部材５１に固定されている。なお、連結部材５１は、図略のガイド機構により、左右方向にのみ移動可能となる（すなわち、回転が禁止される）ようにガイドされている。

【0031】

さらに、本実施形態では、連結部材５１とケーシング５５との間に、電動モータ５４に電力が供給されていないときにスプール３１を中立位置に維持するための機構が設けられている。この機構は、連結部材５１に挿通されたコイルばね５６と、コイルばね５６の両端部を支持する一対のばね受け５７，５８を含む。

【0032】

コイルばね５６は、スプール３１を中立位置に維持するための付勢力を連結部材５１を介してスプール３１に与える。ばね受け５７，５８のそれぞれは、リング状であり、連結部材５１と摺動可能に嵌合している。

【0033】

連結部材５１の右端には、ばね受け５８との当接用のフランジ５１ｃが設けられている。また、フランジ５１ｃから左側に離間する位置では、ばね受け５７との当接用のストッパー５９が連結部材５１に取り付けられている。

【0034】

さらに、ケーシング５５の内側面には、フランジ５１ｃと対応する位置に段差部５５ｂが設けられているとともに、ストッパー５９と対応する位置に段差部５５ａが設けられている。

【0035】

このような構造により、電動モータ５４に電力が供給されていないときは、コイルばね５６の付勢力によってばね受け５８がフランジ５１ｃと段差部５５ｂの双方に当接するとともにばね受け５７がストッパー５９と段差部５５ａの双方に当接する。これにより、スプール３１が中立位置に維持される。

【0036】

スプール３１が中立位置に位置する状態から連結部材５１が左方に移動したときは、ばね受け５８がフランジ５１ｃに押されて段差部５５ｂから離間するとともに、ストッパー５９がばね受け５７から離間する。逆に、スプール３１が中立位置に位置する状態から連結部材５１が右方に移動したときは、フランジ５１ｃがばね受け５８から離間するとともに、ばね受け５７がストッパー５９に押されて段差部５５ａから離間する。

【0037】

ただし、スプール３１に当該スプール３１を中立位置に維持するための付勢力を与えるコイルばね５６は、スプール３１を挟んで直動機構５Ａと反対側に設けられてもよい。

【0038】

次に、制御装置６が行う制御について詳細に説明する。制御装置６は、例えば、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリと、ＨＤＤやＳＳＤなどのストレージと、ＣＰＵを有するコンピュータであり、ＲＯＭまたはストレージに記憶されたプログラムがＣＰＵにより実行される。

【0039】

制御装置６には、図３（ａ）に示すように操舵指令が入力される。操舵指令は、舵板１１を左舷方向へ揺動させる左舷方向操舵指令と、舵板１１を停止させる停止操舵指令と、舵板１１を右舷方向へ揺動させる右舷方向操舵指令である。ただし、操舵指令は、必ずしもこれらの３つである必要はなく、それらの中間的な操舵指令を含んでもよい。すなわち、操舵指令の波形は、必ずしも直角パルス状である必要はなく、滑らかな曲線であってもよい。

【0040】

制御装置６は、左舷方向操舵指令を受けたとき、換言すれば操舵指令が停止操舵指令から左舷方向操舵指令に変わったときに、図３（ｂ）に示すように、スプール３１の移動速度が曲線Ｃ１上を推移するように、直動機構５Ａを制御する。これにより、スプール３１が、中立位置から、ポンプライン４２と給排ライン４５との間の開口面積が最大となる最大開口位置まで移動する。曲線Ｃ１は、スプール３１の移動速度が徐々に増加した後に徐々に減少するＳ字曲線である。

【0041】

その後、操舵指令が左舷方向操舵指令から停止操舵指令に変わったときに、制御装置６は、スプール３１の移動速度が曲線Ｃ２上を推移するように、直動機構５Ａを制御する。これにより、スプール３１が最大開口位置から中立位置まで移動する。曲線Ｃ２は、スプール３１の移動速度が徐々に増加した後に徐々に減少するＳ字曲線である。

【0042】

逆に、制御装置６は、右舷方向操舵指令を受けたとき、換言すれば操舵指令が停止操舵指令から右舷方向操舵指令に変わったときに、スプール３１の移動速度が曲線Ｃ３上を推移するように、直動機構５Ａを制御する。これにより、スプール３１が、中立位置から、ポンプライン４２と給排ライン４４との間の開口面積が最大となる最大開口位置まで移動する。曲線Ｃ３は、スプール３１の移動速度が徐々に増加した後に徐々に減少するＳ字曲線である。

【0043】

その後、操舵指令が右舷方向操舵指令から停止操舵指令に変わったときに、制御装置６は、スプール３１の移動速度が曲線Ｃ４上を推移するように、直動機構５Ａを制御する。これにより、スプール３１が最大開口位置から中立位置まで移動する。曲線Ｃ４は、スプール３１の移動速度が徐々に増加した後に徐々に減少するＳ字曲線である。

【0044】

また、制御装置６は、スプール３１の位置を検出する位置検出器７と電気的に接続されている。本実施形態では、位置検出器７が、スプール３１の位置として電動モータ５４の回転量を検出するロータリーエンコーダ７Ａである。

【0045】

そして、制御装置６は、左舷方向操舵指令または右舷方向操舵指令を受けたときに、位置検出器７で検出されたスプール３１の位置（本実施形態では、ロータリーエンコーダ７Ａで検出された電動モータ５４の回転量）および電動モータ５４の電流に基づいて、スプール３１がスティックしたか否かを判定する。これにより、特別なセンサを用いることなく、スプール３１のスティックを検知することができる。直動機構５Ａには電動モータ５４の制御のためにロータリーエンコーダ７Ａが通常用いられるからである。

【0046】

スプール３１がスティックしていない正常時は、スプール３１が目標位置へ移動するために必要となる推力に相当する電流が電動モータ５４に流れる。一方、スティックが発生すると、スプール３１が目標位置へ到達しないため、制御装置６がスプール３１を目標位置へ到達させるべく電動モータ５４に流れる電流を最大化する（すなわち、電流値がリミットに張り付く状態となる）。従って、制御装置６は、スプール３１の位置が変化せず、かつ、電動モータ５４の電流値が１秒程度リミットに張り付いていれば、スプール３１がスティックしたと判定する。一方、上記の条件を満たさなければ、制御装置６はスプール３１がスティックしていないと判定する。

【0047】

制御装置６は、スプール３１がスティックしたと判定したときに、エラー信号を出力してもよい。例えば、制御装置６は、操船室に配置された図略の表示装置にエラー信号を出力し、表示装置の画面上にスプール３１がスティックしたことを表示してもよい。これにより、スプール３１がスティックしたことを操船者に報知することができる。

【0048】

あるいは、制御装置６は、スプール３１がスティックしたと判定したときに、制御装置６が左舷方向操舵指令を受けた場合はスプール３１が右舷方向操舵指令に対応する方向に移動した後に左舷方向操舵指令に対応する方向に移動し、制御装置６が右舷方向操舵指令を受けた場合はスプール３１が左舷方向操舵指令に対応する方向に移動した後に右舷方向操舵指令に対応する方向に移動するように直動機構５Ａを制御してもよい。このような制御が行われれば、スプール３１のスティックが解除され得る。なお、スプール３１が振動するように逆方向の移動および正規方向の移動が複数回行われてもよい。

【0049】

以上説明したように、本実施形態の操舵システム１Ａでは、スプール３１を移動させる移動機構５がスプール３１の移動速度が電気的に変更可能に構成されているので、フレキシブルな運転が可能である。

【0050】

ところで、従来の操舵システムのように電磁弁の電磁コイルの励磁によってスプール３１を瞬時に移動した場合には、舵軸１２や舵板１１の運動に急激な変化が発生し、大きな衝撃が発生する。これに対し、本実施形態のように、スプール３１の移動速度が徐々に増加した後に徐々に減少する曲線（Ｃ１またはＣ３）上を推移すれば、そのような衝撃を緩和することができる。

【0051】

なお、制御装置６は、位置検出器７で検出されたスプール３１の位置に基づいて第１作動室２２または第２作動室２３への作動油の供給流量を算出し、算出された供給流量に基づいて舵板１１の角度を算出してもよい。これにより、角度センサを用いることなく舵板１１の角度を把握することができる。例えば、制御装置６は、算出された供給流量を積分して、第１作動室２２または第２作動室２３への作動油の総供給量を算出し、この総供給量から舵板１１の角度を算出してもよい。

【0052】

さらに、制御装置６は、算出された舵板１１の角度が許容範囲外にあるとき、エラー信号を出力してもよい。例えば、制御装置６は、操船室に配置された図略の表示装置にエラー信号を出力し、表示装置の画面上に舵板が操縦通りに揺動していないことを表示してもよい。これにより、舵板１１が操縦通りに揺動していないことを操船者に報知することができる。

【0053】

上記の許容範囲は、例えば、目標舵角から算出可能である。目標舵角は、制御装置６が左舷方向操作指令または右舷方向操作指令を受けている時間から算出可能である。例えば、許容範囲の下限は、目標舵角から所定値を差し引いて算出してもよいし、目標舵角に所定割合（例えば、５０～９０％）を掛け合わせて算出してもよい。また、許容範囲の上限は、目標舵角に所定値を足し合わせて算出してもよいし、目標舵角に所定割合（例えば、１１０～１５０％）を掛け合わせて算出してもよい。

【0054】

（第２実施形態）
図５に、本発明の第２実施形態に係る操舵システム１Ｂを示す。なお、本実施形態および後述する第３実施形態において、第１実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、重複した説明は省略する。

【0055】

本実施形態では、第２作動室２３につながる給排ライン４５に、第２作動室２３の圧力を検出する圧力センサ８が設けられている。ただし、圧力センサ８は、第２作動室２３に設けられてもよい。あるいは、圧力センサ８が、第１作動室２２または給排ライン４４に設けられて、第１作動室２２の圧力を検出してもよい。

【0056】

制御装置６は、第１実施形態と同様に、左舷方向操舵指令または右舷方向操舵指令を受けたときに、スプール３１の移動速度が図３（ｂ）に示す曲線Ｃ１または曲線Ｃ３上を推移するように、直動機構５Ａを制御する。さらに、本実施形態では、制御装置６が、圧力センサ８で検出される圧力に応じて、曲線Ｃ１，Ｃ３を補正する。

【0057】

例えば、制御装置６は、圧力センサ８で検出される圧力が規定値よりも低い場合に曲線Ｃ１，Ｃ３の傾きを大きく（急峻に）し、逆に高い場合に曲線Ｃ１，Ｃ３の傾きを小さく（滑らかに）する。これにより、圧力変動に起因する作動油の流速の変動幅を小さく抑えることができる。

【0058】

本実施形態の操舵システム１Ｂでは、曲線Ｃ１，Ｃ３が圧力に応じて補正されるので、曲線Ｃ１，Ｃ３が一定である場合に比べて、スプール３１の位置と切換弁３を通過する作動油の流速との関係をより安定化させることができる。

【0059】

なお、制御装置６は、舵板１１の揺動を停止する際に、圧力センサ８で検出される圧力に応じて、図３（ｂ）に示す曲線Ｃ２，Ｃ４を補正してもよい。

【0060】

（第３実施形態）
図６に、本発明の第３実施形態に係る操舵システム１Ｃを示す。この操舵システム１Ｃは、第１実施形態で説明したポンプ４１、ポンプライン４２、回収ライン４３、切換弁３および給排ライン４４，４５からなる第１回路を含むとともに、さらに第１回路と同様に構成された第２回路を含む。

【0061】

すなわち、本実施形態では、第１実施形態で説明したポンプ４１、切換弁３、移動機構５、位置検出器７および制御装置６が、それぞれ第１ポンプ４１、第１切換弁３、第１移動機構５、第１位置検出器７および第１制御装置６である。また、本実施形態では、第１実施形態で説明した切換弁３のハウジング３２およびスプール３１がそれぞれ第１ハウジング３２および第１スプール３１である。

【0062】

第２回路は、第１回路と同様に、第２ポンプ４１’、ポンプライン４２’、回収ライン４３’、第２切換弁３’および一対の給排ライン４４’，４５’からなる。第２切換弁３’は、給排ライン４４’，４５’により油圧アクチュエータ２の第１作動室２２および第２作動室２３と接続されている。また、第２切換弁３’は、ポンプライン４２’および回収ライン４３’により第２ポンプ４１’と接続されている。

【0063】

第２ポンプ４１’は、第１ポンプ４１と同様に、固定容量型のポンプであり、図略の電動モータにより一定の回転数で駆動される。なお、第１実施形態で説明した第１ポンプ４１の変形例は第２ポンプ４１’にも適用可能である。

【0064】

第２切換弁３’は、第１切換弁３と同様に、第２ハウジング３２’と、この第２ハウジング３２’に摺動可能に保持された第２スプール３１’を含む。第２スプール３１’は、第２移動機構５’により移動される。

【0065】

第２移動機構５’は、第１移動機構５と同様に、第２スプール３１’の移動速度が電気的に変更可能に構成されている。第２移動機構５’は、第２制御装置６’により制御される。本実施形態では、第２移動機構５’が第１移動機構５と同様に直動機構５Ａである。

【0066】

第２制御装置６’は、第２スプール３１’の位置を検出する第２位置検出器７’と電気的に接続されている。本実施形態では、第２位置検出器７’が、第１位置検出器７と同様に、第２スプール３１’の位置として直動機構５Ａの電動モータ５４の回転量を検出するロータリーエンコーダ７Ａである。

【0067】

第２制御装置６’は、第１制御装置６と同様に構成されている。また、第２制御装置６’は、第１制御装置６と通信可能である。

【0068】

本実施形態では、第１制御装置６または第２制御装置６’が、第１位置検出器７で検出された第１スプール３１の位置（本実施形態では、ロータリーエンコーダ７Ａで検出された、第１移動機構５である直動機構５Ａの電動モータ５４の回転量）と、第２位置検出器７’で検出された第２スプール３１’の位置（本実施形態では、ロータリーエンコーダ７Ａで検出された、第２移動機構５’である直動機構５Ａの電動モータ５４の回転量）との間の位置関係に不整合が生じたとき、エラー信号を出力する。これにより、第１切換弁３の第１スプール３１と第２切換弁３’の第２スプール３１’とが互いに異なるように作動していることを検知することができる。

【0069】

例えば、第１制御装置６または第２制御装置６’は、操船室に配置された図略の表示装置にエラー信号を出力し、表示装置の画面上に第１切換弁３の第１スプール３１と第２切換弁３’の第２スプール３１’とが互いに異なるように作動していることを表示してもよい。

【0070】

第１スプール３１の位置と第２スプール３１’の位置との間の位置関係に不整合が生じる例としては、第１スプール３１の位置と第２スプール３１’の位置とが異なる場合や、第１スプール３１と第２スプール３１’とが互いに逆方向に移動する場合がある。特に、第１スプール３１と第２スプール３１’とが互いに逆方向に移動する場合にエラー信号が出力されれば、第１移動機構５および第２移動機構５’が第１制御装置６および第２制御装置６’から異なる指令を受けていることを検知することができる。

【0071】

従って、第１制御装置６または第２制御装置６’は、第１スプール３１の位置と第２スプール３１’の位置とが異なる場合、または第１スプール３１の移動方向と第２スプール３１’の移動方向が異なる場合（一方が移動して他方が移動しない場合を含む）に、第１スプール３１の位置と第２スプール３１’の位置との間の位置関係に不整合が生じたと判定する。

【0072】

ただし、第１制御装置６または第２制御装置６’は、第１制御装置６が受けた操舵指令と第２制御装置６’が受けた操舵指令とが異なるときに、エラー信号を出力してもよい。この構成によれば、第１スプール３１または第２スプール３１’の誤作動を防止することができる。

【0073】

なお、第１制御装置６は、第１実施形態および第２実施形態と同様の制御を第１回路に対して行ってもよい。さらに、第２制御装置６’は、第１実施形態および第２実施形態と同様の制御を第２回路に対して行ってもよい。

【0074】

（その他の実施形態）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

【0075】

例えば、第１～第３実施形態における移動機構５（第３実施形態における第２移動機構５’も）は、必ずしも直動機構５Ａである必要はなく、図７に示す変形例の操舵システム１Ｄのように、一対の電磁比例弁６１，６２であってもよい。この場合、切換弁３には一対のパイロット室３３，３４が形成され、これらのパイロット室３３，３４に電磁比例弁６１，６２が接続される。また、電磁比例弁６１，６２は、一次圧ライン６３によりサブポンプ６４と接続される。

【0076】

電磁比例弁６１，６２には、制御装置６から指令電流が送給される。電磁比例弁６１，６２は、指令電流に応じた二次圧をパイロット室３３，３４へそれぞれ出力する。図例では、電磁比例弁６１，６２が指令電流と二次圧が正の相関を示す正比例型であるが、電磁比例弁６１，６２は、指令電流と二次圧が負の相関を示す逆比例型であってもよい。

【0077】

図７に示すように移動機構５が一対の電磁比例弁６１，６２である場合には、スプール３１の位置を検出する位置検出器７として例えばストロークセンサ７Ｂなどを切換弁３に設ける必要がある。これに対し、移動機構５が直動機構５Ａであって位置検出器７が直動機構５Ａに含まれる電動モータ５４の回転量を検出するロータリーエンコーダ７Ａであれば、切換弁３にセンサを設ける必要がない。

【0078】

（まとめ）
本発明の操舵システムは、船舶に搭載される操舵システムであって、船底を貫通する舵軸を介して舵板を揺動させる、第１作動室および第２作動室を含む油圧アクチュエータと、作動油を吐出するポンプと、一対の給排ラインにより前記第１作動室および前記第２作動室と接続されるとともに、ポンプラインにより前記ポンプと接続された、スプールを含む切換弁と、前記スプールを移動させる、前記スプールの移動速度が電気的に変更可能に構成された移動機構と、を備える、ことを特徴とする。

【0079】

上記の構成によれば、スプールを移動させる移動機構がスプールの移動速度が電気的に変更可能に構成されているので、フレキシブルな運転が可能である。

【0080】

上記の操舵システムは、前記移動機構を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記舵板を揺動させる操舵指令を受けたときに、前記スプールの移動速度が徐々に増加した後に徐々に減少する曲線上を推移するように前記移動機構を制御してもよい。従来の操舵システムのように電磁弁の電磁コイルの励磁によってスプールを瞬時に移動した場合には、舵軸や舵板の運動に急激な変化が発生し、大きな衝撃が発生する。これに対し、前記の構成のように、スプールの移動速度が徐々に増加した後に徐々に減少する曲線上を推移すれば、そのような衝撃を緩和することができる。

【0081】

上記の操舵システムは、前記第１作動室または前記第２作動室の圧力を検出する圧力センサを備え、前記制御装置は、前記圧力センサで検出される圧力に応じて前記曲線を補正してもよい。この構成によれば、曲線が一定である場合に比べて、スプールの位置と切換弁を通過する作動油の流速との関係をより安定化させることができる。

【0082】

例えば、上記の操舵システムは、前記移動機構を制御する制御装置と、前記スプールの位置を検出する位置検出器と、を備えてもよい。

【0083】

前記移動機構は、前記スプールと連結されたナット、前記ナットと螺合するねじ軸、および前記ねじ軸を回転させる電動モータを含む直動機構であり、前記位置検出器は、前記スプールの位置として前記電動モータの回転量を検出するロータリーエンコーダであってもよい。移動機構が一対の電磁比例弁である場合には、スプールの位置を検出する位置検出器として例えばストロークセンサなどを切換弁に設ける必要がある。これに対し、移動機構が直動機構であって位置検出器が直動機構に含まれる電動モータの回転量を検出するロータリーエンコーダであれば、切換弁にセンサを設ける必要がない。

【0084】

前記制御装置は、前記舵板を揺動させる操舵指令を受けたときに、検出された前記スプールの位置および前記電動モータの電流に基づいて前記スプールがスティックしたか否かを判定してもよい。この構成によれば、特別なセンサを用いることなく、スプールのスティックを検知することができる。

【0085】

前記制御装置は、前記スプールがスティックしたと判定したときに、エラー信号を出力してもよい。この構成によれば、スプールがスティックしたことを操船者に報知することができる。

【0086】

前記制御装置は、前記スプールがスティックしたと判定したときに、前記スプールが前記操舵指令に対応する方向と逆方向に移動した後に前記操舵指令に対応する方向に移動するように前記移動機構を制御してもよい。この構成によれば、スプールのスティックが解除され得る。

【0087】

前記制御装置は、検出された前記スプールの位置に基づいて前記第１作動室または前記第２作動室への作動油の供給流量を算出し、算出された供給流量に基づいて前記舵板の角度を算出してもよい。この構成によれば、角度センサを用いることなく舵板の角度を把握することができる。

【0088】

前記制御装置は、算出された前記舵板の角度が許容範囲外にあるとき、エラー信号を出力してもよい。この構成によれば、舵板が操縦通りに揺動していないことを操船者に報知することができる。

【0089】

前記ポンプは第１ポンプ、前記スプールは第１スプール、前記切換弁は第１切換弁、前記移動機構は第１移動機構、前記位置検出器は第１位置検出器、前記制御装置は第１制御装置であり、上記の操舵システムは、作動油を吐出する第２ポンプと、一対の給排ラインにより前記第１作動室および前記第２作動室と接続されるとともに、ポンプラインにより前記第２ポンプと接続された、第２スプールを含む第２切換弁と、前記第２スプールを移動させる、前記第２スプールの移動速度が電気的に変更可能に構成された第２移動機構と、前記第２移動機構を制御する、前記第１制御装置と通信可能な第２制御装置と、前記第２スプールの位置を検出する第２位置検出器と、を備え、前記第１制御装置または前記第２制御装置は、前記第１位置検出器で検出される前記第１スプールの位置と、前記第２位置検出器で検出される前記第２スプールの位置との間の位置関係に不整合が生じたとき、エラー信号を出力してもよい。この構成によれば、第１切換弁の第１スプールと第２切換弁の第２スプールとが互いに異なるように作動していることを検知することができる。

【0090】

前記ポンプは第１ポンプ、前記スプールは第１スプール、前記切換弁は第１切換弁、前記移動機構は第１移動機構であり、上記の操舵システムは、前記第１移動機構を制御する第１制御装置と、作動油を吐出する第２ポンプと、一対の給排ラインにより前記第１作動室および前記第２作動室と接続されるとともに、ポンプラインにより前記第２ポンプと接続された、第２スプールを含む第２切換弁と、前記第２スプールを移動させる、前記第２スプールの移動速度が電気的に変更可能に構成された第２移動機構と、前記第２移動機構を制御する、前記第１制御装置と通信可能な第２制御装置と、を備え、前記第１制御装置または前記第２制御装置は、前記第１制御装置が受けた操舵指令と前記第２制御装置が受けた操舵指令が異なるときに、エラー信号を出力してもよい。この構成によれば、第１スプールまたは第２スプールの誤作動を防止することができる。

【0091】

例えば、前記切換弁は、回収ラインにより前記ポンプと接続されてもよい。

【符号の説明】

【0092】

１Ａ～１Ｄ 操舵システム
１０ 船底
１１ 舵板
２ 油圧アクチュエータ
２２ 第１作動室
２３ 第２作動室
３ 切換弁
３１ スプール（第１スプール）
３１’第２スプール
４１ ポンプ（第１ポンプ）
４１’ 第２ポンプ
４２，４２’ポンプライン
４３，４３’ 回収ライン
４４，４５，４４’，４５’ 給排ライン
５ 移動機構（第１移動機構）
５’ 第２移動機構
５Ａ 直動機構
５２ ナット
５３ ねじ軸
５４ 電動モータ
６ 制御装置（第１制御装置）
６’ 第２制御装置
７ 位置検出器（第１位置検出器）
７’ 第２位置検出器
７Ａ ロータリーエンコーダ
８ 圧力センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】