JP2005231383A - 小型船舶用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 防水性を考慮することなく軽い操舵力で運転のし易い小型船舶用操舵装置を提供する。
【解決手段】 船体後部において舵取り手段としての船外機６本体を回動操舵させるシリンダ装置７を油圧配管９を介して運転席側ステアリングハンドル２により駆動するポンプ装置５を備え、ステアリングハンドル２によりポンプ装置５に入力される操舵トルクをトルクセンサ３５により検出してポンプ装置５を電動モータ２７、ウォームギヤ２５、ウォームホイール２６により操舵操作方向にアシスト駆動するよう構成した。
【選択図】 図３

Description

本発明は、船外機や舵等の舵取り手段の操舵を電動モータでパワーアシストするようにした小型船舶用操舵装置に関するものである。

従来から船外機付きボート等の小型船舶用操舵装置として電動モータによりパワーアシストする技術が提案されている（特許文献１参照）。

これは、運転席に配置されたステアリングハンドルの操作をワイヤを介してボート後部に操舵可能に支持した船外機に伝達してステアリングハンドルの操舵量に応じて船外機を回動するよう構成する一方、電動モータの回転力を減速ギヤを介して船外機を回動させるパワーアシスト機構を備える。前記ワイヤ部分に作用する操舵伝達力を感知する操舵力センサの出力信号および船外機のエンジン回転数信号等に応じて電子制御ユニット（ＥＣＵ）により電動モータによるアシスト力を制御するようにしている。
特許第２６５２７８８号明細書

しかしながら、上記従来例では、電動モータや操舵力センサを船外機の近傍に配置するものであるため、プロペラ等から飛散してくる水が浸入しないように防水性を高める必要があり、また、取付けが複雑となり、製品コストの上昇を招く不具合があった。

また、ステアリングハンドルの操舵によりプッシュプル作動するワイヤの作用力を感知する操舵力センサを用いるものであるため、作動に伴うフリクションにより感知できる操舵力が減少・変化してその精度が低下し、結果としてアシスト力が抑制されたりして、操舵力を軽くすること及びフィーリングを良くすることに限界がある等の問題があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、防水性を考慮することなく軽い操舵力でフィーリング良く運転のし易い安価な小型船舶用操舵装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、船体後部に水平方向に回動可能に配置した舵取り手段と、船体後部において舵取り手段を回動操舵させるシリンダ装置と、運転席のステアリングハンドルにより操舵操作されるポンプ装置と、前記ポンプ装置とシリンダ装置とを流体的に連通させる配管と、前記ステアリングハンドルからポンプ装置に入力される操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記ポンプ装置を少なくともトルクセンサの検出信号に応じて操舵操作方向にアシスト駆動する電動アクチュエータと、前記トルクセンサの検出信号を取り込み、演算して電動アクチュエータを駆動するコントローラと、から構成したことを特徴とする。前記舵取り手段としては、船体後部に回動可能に配置した舵や推進装置を内蔵させた船外機がある。

第２の発明は、第１の発明において、ポンプ装置およびトルクセンサならびに電動アクチュエータは、一体に結合して組立てられていることを特徴とする。

第３の発明は、第１または第２の発明において、電動アクチュエータは、ポンプ装置に対してクラッチ装置を介して連結されていることを特徴とする。

したがって、第１の発明では、船体後部において舵取り手段を回動操舵させるシリンダ装置を油圧配管を介して運転席側ステアリングハンドルにより駆動するポンプ装置を備え、ステアリングハンドルによりポンプ装置に入力される操舵トルクをトルクセンサにより検出してポンプ装置を電動アクチュエータにより操舵操作方向にアシスト駆動するよう構成したので、電動アクチュエータやトルクセンサは運転席のステアリングハンドルにより直接操作されるステアリング軸およびポンプ装置に付随させて配置でき、舵取り手段としての船外機のプロペラ等から飛散してくる水の浸入を考慮する必要がなく、防水性を高める等の製品コストの上昇要因がなく、安価に提供することができる。しかも、トルクセンサはワイヤ等のフリクションを含まず、操縦者の操舵力を直接センシングできるので高精度に操舵トルクを検出することができ、ＥＣＵで演算して駆動する電動モータのアシスト力を高くして操縦者の操舵力を軽くでき、しかも、フリクション成分を含んでいないため、操舵フィーリングも良好とできる。また、計量ポンプとして機能するポンプ装置と船体後部に配置したシリンダ装置との間は油圧配管により油圧的に連結され、ワイヤ等に生じていたフリクションを含まないため、操舵力の伝達効率が高くエネルギ損失が少ない。

第２の発明では、第１の発明の効果に加えて、ポンプ装置およびトルクセンサならびに電動アクチュエータは、一体に結合して組立てられているため、より一層安価とでき、その取扱いも容易となる。

第３の発明では、第１または第２の発明の効果に加えて、電動アクチュエータは、ポンプ装置に対してクラッチ装置を介して連結されているため、クラッチ部分により電動モータを切り離してフリーにできる。このため、装置の故障時、電源の故障時等において、クラッチを開放することにより電動モータを負荷とすることなく、ステアリングハンドルによりポンプ装置、油圧配管、シリンダ装置を作動させて舵取り手段をマニュアル操舵することができる。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明を適用した小型船舶用操舵装置を示すシステム構成図であり、舵取り手段として船外機を備えるものを示す。以下の説明では、舵取り手段として船外機を備える小型船舶用操舵装置について説明するが、推進装置を船体に備えて舵取りのみ（推進装置を内蔵しないもの）に利用される舵を装備する小型船舶用操舵装置に対しては、船外機を舵に代替することによりそのまま適用できるものである。

船体の運転席に設置されてステアリングハンドル２の操舵操作を操舵油圧に変換するパワーアシスト装置４およびポンプ装置５と、パワーアシスト装置４を制御するコントローラ３と、舵取り手段としての船外機６が取り付けられた船体の後部に配置されて操舵油圧に応じて船外機６を旋回操舵させるシリンダ装置７とから構成している。

前記船外機６は、図２に示すように、エンジンハウジング１０に内蔵する図示しないエンジンの回転をドライブシャフトハウジング１１に内蔵する図示しないドライブシャフトを介してギヤハウジング１２に内蔵した図示しないかさ歯車を介してプロペラ１３に伝達するよう構成した船外機本体６Ａを備え、プロペラ１３の回転により小型船舶の推進力を発生させる。船外機本体６Ａは、スイベルブラケット１４に設けた上下方向軸１４Ａ（パイロットシャフト）により水平面内で転回可能に支持される。スイベルブラケット１４は水平方向軸１５Ａ（クランプブラケットシャフト）を介して船体１のトランサムを把持して船体１に固定されるクランプブラケット１５に支持され、スイベルブラケット１４および船外機本体６Ａは船舶側面から見て図中反時計方向に跳ね上げ可能である。

前記シリンダ装置７は、図１に示すように、スイベルブラケット１４に固定された両ロッドシリンダ７Ａと、船外機本体６Ａに固定されて船体１側に延びたステアリングブラケット１６と、ステアリングブラケット１６と両ロッドシリンダ７Ａのピストンロッド７Ｂの端部とを連結するドラッグリンク１７とを備える。前記両ロッドシリンダ７Ａは、シリンダ内を摺動自在であり且つピストンロッド７Ｂと一体に移動するピストン７Ｃを備え、ピストン７Ｃにより区画した左右のシリンダ室８Ａ、８Ｂを前記ポンプ装置５の一対の吐出ポートに油圧配管９を介して夫々連結している。

そして、前記ポンプ装置５から操舵油圧が供給された側のシリンダ室８Ａ（または、８Ｂ）が拡張されてピストン７Ｃおよびピストンロッド７Ｂが移動し、この移動はドラッグリンク１７を介してステアリングブラケット１６に伝達され、船外機本体６Ａが上下方向軸１４Ａを介し水平面内で回動され、操舵される。他方の収縮されるシリンダ室８Ｂ（または、８Ａ）からは作動液が排出され、油圧配管９を介して前記ポンプ装置５に吸込まれる。

前記パワーアシスト装置４は、ステアリングハンドル２に加えられる操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクに見合ったアシスト力により出力軸を介してポンプ装置５を回動駆動するものであり、ポンプ装置５は回転方向に応じていずれか一方のポートから圧油を吸込み他方のポートから圧油を吐出し、前記シリンダ装置７を作動させるものである。これらパワーアシスト装置４とポンプ装置５とは、図３に示すように、一体に形成されている。以下、パワーアシスト装置４およびポンプ装置５の構成を説明する。

前記パワーアシスト装置４は、ステアリングハンドル２に連結されるステアリング軸２３にトーションバー２４を介して出力軸２２を連結して備え、電動アクチュエータとしての電動モータ２７によりウォームギヤ２５およびウォームホイール２６を介して出力軸２２を駆動するよう構成している。即ち、出力軸２２は、先端側軸受け２２Ａおよび大径軸受け２２Ｂによりケース１９に回転可能に支持され、大径軸受け２２Ｂに隣接してウォームホイール２６を一体に固定して備え、後端（ステアリングハンドル２）側には、ステアリング軸２３の先端を回転可能に支持し、トーションバー２４の先端をセレーション等により固定して備える。また、出力軸２２の後端には、トルクピン２８が外方へ突出して配置されている。前記ケース１９は、運転席のダッシュボードＤＢに取付けねじにより固定される。

前記ステアリング軸２３は、軸受け２９によってもケース１９に回転可能に支持され、後端部はステアリングハンドル２に連結され、中空状内部にはその後端をピンにより固定したトーションバー２４を内蔵して備える。ステアリング軸２３の外周には、ヘリカルスプライン若しくはインボリュートヘリカルセレーションにより係合するトルクリング３０が装着されている。

前記トルクリング３０は、図４に示すように、外周に設けた円周方向溝３１と、軸方向に対して平行な前記出力軸２２のトルクピン２８に係合する軸方向の溝３２とを備え、内周には前記ステアリング軸２３外周と係合するヘリカルスプライン若しくはインボリュートヘリカルセレーションとを備え、円周方向溝３１にはトルクセンサ３５として機能する位置検出装置の検出ピン３６が嵌合している。このため、トルクリング３０は出力軸２２に対して、前記トルクピン２８と軸方向溝３２との係合により、軸方向に移動可能且つ一体に回転する。

また、トルクリング３０は、ステアリングハンドル２の操作による操舵トルクをステアリング軸２３からトーションバー２４を介して出力軸２２に伝達する際に、ステアリング軸２３外周とのヘリカルスプライン若しくはヘリカルセレーションによる係合により、トーションバー２４に生ずる捩じれ量、即ち、出力軸２２とステアリング軸２３との相対回動量に応じて軸方向に移動し、この軸方向移動は円周方向溝３１に係合した検出ピン３６を軸方向に移動させ、トルクセンサ３５により操舵トルクとして感知させる。

なお、前記トルクリング３０は、出力軸２２に対してトルクピン２８と軸方向溝３２とにより軸方向に移動可能であり且つ回転方向に一体回転するよう連結し、ステアリング軸２３に対して斜めとなるヘリカルスプライン若しくはヘリカルセレーションにより連結するものについて説明しているが、図示しないが、出力軸２２に対して斜めとなるヘリカルスプライン若しくはヘリカルセレーションにより連結し、ステアリング軸２３に対して軸方向に移動可能であり且つ回転方向に一体回転するよう連結するものであっても、前記と同様に作動させることができる。

前記ウォームホイール２６はウォームギヤ２５と係合している。前記ウォームギヤ２５は、図５に示すように、ケース１９に回転可能に支持され、その一端には、クラッチプレート３３が軸方向移動可能であり且つ一体回転するよう結合されている。前記クラッチプレート３３は、アシストモータ２７により回転駆動される駆動プレート３４に連結および離脱可能となっている。そして、図示しないクラッチコイルが励磁されるとクラッチプレート３３と駆動プレート３４とは連結してアシストモータ２７の駆動力をウォームギヤ２５に伝達可能となり、クラッチコイルヘの励磁を解除すると両プレート３３、３４は互に離脱し、ウォームギヤ２５およびウォームホイール２６はアシストモータ２７から切り離されて出力軸２２側から回転される。

即ち、クラッチコイルへの励磁を解除すると離脱作動するクラッチ機構を備えることにより、電動モータ２７が故障した場合等には、クラッチ機構により電動モータ２７を離脱作動させて電動モータ２７による負荷を切離し、ステアリングハンドル２からの操舵力により出力軸２２を回動させる時に容易に操舵できるようにしている。電動モータ２７、ウォームギヤ２５、ウォームホイール２６は、パワーアシスト装置５を構成している。

前記ポンプ５装置は、図３および図６に示すように、容積型ポンプである、例えば、斜板式アキシャルピストンポンプ２１で構成され、一対のポート２０Ａ、２０Ｂはシリンダ装置７の各シリンダ室８Ａ、８Ｂに夫々油圧配管９を経由して連結されている。前記出力軸２２と共に回転するロータ３７には、複数のピストン３８が円周方向等間隔且つ軸方向摺動自在に配置され、ピストン室３８Ａに内蔵したスプリング３８Ｂにより軸方向に付勢されて突出するピストン３８のヘッドがシュー３９を介して斜板４０に接するよう構成している。このため、出力軸２２およびロータ３７が回転すると、ピストン３８は斜板４０により押込まれてポンプ機能を発揮し、弁板として機能するプラグ４１内の通路を経由して回転方向に応じた一方のポート２０Ａ（２０Ｂ）から圧油を吸込み他方のポート２０Ｂ（２０Ａ）から圧油を吐出するよう構成している。

前記一対のポート２０Ａ、２０Ｂには、図７に示すように、夫々パイロットチェック弁４２Ａ、４２Ｂが配置されて、ポンプ装置５が停止して圧油の給排が行われない場合には、シリンダ装置７を油圧ロックするようにしており、ポンプ装置５から圧油の給排が行われる際には、圧側の油圧により他方の抜け側のチェック弁４２Ａまたは４２Ｂを開放するように作動する。なお、４３はリリーフ弁であり、４４は吸込み側ポートおよびポンプ室が負圧となることを防止する負圧保障弁である。

図８は電動モータ２７のコントローラ（以下、ＥＣＵともいう）３を示したブロック図である。以下、ＥＣＵで実行される処理について詳細に説明する。ＥＣＵ３内で実行される処理は、主として、基本アシスト電流決定処理５０と、補助アシスト電流決定処理５１、５２と、補助アシスト電流加算処理５３、５４と、フィードバック処理５５によって構成されている。

基本アシスト電流決定処理５０は、トルクセンサ３５の出力信号の値、即ち、操舵者の操舵トルクの大きさに応じて、第１基本アシスト電流値を決定する処理である。この基本アシスト電流決定処理５０は、予めＥＥＰＲＯＭやＣＰＵフラッシュメモリ又はプログラムのデータエリアに記憶されているデータの中から、操舵トルクの大きさ（トルクセンサ３５の出力信号値）に対応するアシスト電流値に関するデータを、第１基本アシスト電流値として決定する処理である。この第１基本アシスト電流値は、図９に示すように、トルクセンサ３５の出力に対して若干の不感帯をもち、略トルクセンサ３５の出力信号の値の２乗に比例するようにされている。

図９には操舵トルクとアシスト電流の大きさを変えた３特性を示している。この特性は、３特性に限定されるものでなく最低２特性以上あればよい。アシスト電流の大きさを変えた特性は、ステアリングハンドル２の近傍に設けた切換えスイッチ４９（ロータリスイッチやトグルスイッチ等）により選択できる。また、この特性は、船のステアリング径の大きさ、エンジン出力の大きさ、船速等によって操舵者の好みによって設定することができる。

補助アシスト電流決定処理５１は、トルクセンサ３５の出力信号を微分演算して電動モータ２７に特有なコギングトルクを補正する処理であり、補助アシスト電流加算処理５３は、補助アシスト電流決定処理５１により微分演算されたトルクセンサ３５の出力信号の値を、基本アシスト電流値に足し合わせる処理である。この補助アシスト電流決定処理５１は、トルクセンサ３５の出力信号を、例えば、デジタル微分５１Ａし、操舵トルクの値により可変とすることで補正出力値の振動を抑制するゲインテーブルの微分ゲインが乗算５１Ｂされ、過大な補正にリミット５１Ｃをかけて出力される。この補助アシスト電流決定処理５１による出力信号が足し合わされた後の第２基本アシスト電流値が、電動モータ２７への基本指令電流値となる。

補助アシスト電流決定処理５２は、トルクセンサ３５の出力信号を微分演算して電動モータ２７の位相遅れを補正する処理であり、補助アシスト電流加算処理５４は、補助アシスト電流決定処理５２により微分演算されたトルクセンサ３５の出力信号の値を最終段のアシスト指令電流値に足し合わせる処理である。この補助アシスト電流決定処理５２は、トルクセンサ３５の出力信号を、例えば、応答性と分解能の高いアナログ微分器によりアナログ微分５２Ａし、操舵トルクの値により可変とすることで補正出力値の振動を抑制するゲインテーブルの微分ゲインが乗算５２Ｂされ、位相遅れ補正および変化量補正のリミット５２Ｃをかけて出力される。この補助アシスト電流決定処理５２の出力信号が足し合わされた後のアシスト電流値が、電動モータ２７を駆動するドライバＰＷＭヘの最終指令電流値となり、ＰＷＭを経由して電動モータ２７を駆動する。

このようにトルクセンサ３５の出力信号の微分値を第１基本アシスト電流値に足し合わせる理由及び最終段のアシスト電流値に足し合わせる理由は、以下の理由による。

まず、第１の理由としては、トルクセンサ３５が操舵トルクを検出してからウォームギヤ２５を介してウォームホイール２６にアシスト力が伝達されるまでの時間（以下、「遅れ時間」と称する。）を短くすることを目的としている点が挙げられる。即ち、アシストの応答性を向上することを目的としている。したがって、トルクセンサ３５により検出される操舵トルクが急変（急激に変化）した場合においても、その急変した操舵トルクに応じたアシスト力で操舵力をアシストすることができる。

第２の理由としては、アシスト電流値が発振してしまうことを防止することを目的としている点が挙げられる。微分することにより、位相を９０度進ませて、発振してしまうことを防止することができる。

前記フィードバック処理５５は、電動モータ２７に流れる電流値をアシスト電流指令値に一致するようにするための処理である。電動モータ２７が回転すると電動モータ２７が発電機と同様に発電して逆起電圧が発生し、電動モータ２７に流れる電流値を小さくする。このため、操舵トルクに応じたアシスト力よりも小さなアシスト力で操舵力がアシストされ、フィーリングが悪くなる。この現象を防ぐために、アシスト電流指令値に電動モータ２７に流れている電流値をフィードバックして減算することで、モータ電流値をアシスト電流指令値と一致させる処理を行う。

図１０は、小型船舶の速度（以下、船速という）に応じて第１基本アシスト電流値の特性を変更するようにしたＥＣＵ３を示すブロック図である。図８に示す基本アシスト電流決定処理５０も、トルクセンサ３５の出力信号の値、即ち、操舵者の操舵トルクの大きさに応じて、第１基本アシスト電流値を決定するものであるが、船速センサ５６より移動平均された船速信号が入力され、図１１に示すように、船速が小さい範囲ではアシスト電流も小さく、船速が大きくなるに連れてアシスト電流を増加させる特性としている。前記アシスト特性は、船速に合わせて操舵トルクに対する電動モータ２７へのアシスト電流を大きく流すようにしており、船速に関係なく同じ操舵トルクで操舵することができる。

なお、スクリュが一個である船外機付き小型船舶や推進装置を船体自体に備える小型船舶であってもスクリュが一個である場合には、スクリュの回転により進行方向が左右いずれか一方へ偏る傾向があり、この傾向は船速の上昇によって増加される。このような場合には、船速に応じて偏る一方側のアシスト力を弱め、他方側のアシスト力を強めるような特性を持たせることが必要となる。また、エンジン回転数、船外機６のトリム角、船の大きさによっても操舵トルクは影響を受けるので、これらの状態量をセンサ又はスイッチ等から取り込み、予め入力してある個々の条件における最適なアシスト量を自動的に設定および選択するようにしてもよい。

また、前記船速信号は、補助アシスト電流決定処理５１にも入力され、船速信号の大きさにより可変とすることで補正出力値の振動発生を抑制する微分ゲインを乗算５１Ｄして、補助アシスト電流決定処理５１の補正出力値を船速によっても補正するようにしている。

さらに、前記船速信号は、戻り制御処理５７および収斂制御処理５８にも利用されている。即ち、戻り制御処理５７は、左操舵から直進状態とするために右操舵に切り返して戻す場合（またその逆の場合）に、電動モータ２７のフリクション及び慣性により、ステアリングハンドル２が戻りにくくなる状態を改善するものである。このために、ステアリングハンドル２の戻し時に電動モータ２７の回転方向（セルフアライニングトルクの方向）にアシスト電流を加え、戻りをアシストするようにする。

具体的には、電動モータ２７の端子間電圧（電動モータ２７の回転方向）と操舵トルク（ステアリングハンドル２の回転方向）とが比較されてステアリングハンドル２の切込み状態か戻り状態かが判定５７Ａされ、戻り状態である場合には、船速信号に応じて予めテーブル５７Ｂで設定した戻り指令電流値を、その出力値が急激に変化したり過大とならないようローパスフィルタ５７Ｃおよびリミッタ５７Ｄを経由させて、戻り指令電流値を第１基本アシスト電流値に、電動モータ２７の回転方向に応じて加減算してステアリングハンドル２を戻し方向にアシストする。なお、この戻り制御処理５７は、ステアリングハンドルの戻りおよび切込みの変移点でのチャタリングを防止するため、不感帯を設けることが望ましい。

前記収斂制御処理５８は、舵取り手段としての船外機が一機の場合等では、プロペラ回転数の増加に伴い船尾からみてプロペラ１３の回転方向と同じ方向、例えば、右回転の場合は右方向に操舵力が発生し、ステアリングハンドル２を保持していないと舵を取られる虞があること、また、ステアリングハンドル２の戻し速度が速くなると電動モータ２７及びステアリングハンドル２の慣性で操舵を戻しすぎ（オーバシュート）たりする虞があることに対し、ダンピングをとるよう制御するものである。

具体的には、船速信号に応じて予めテーブル５８Ａで設定した収斂ゲインに電動モータ２７の回転数を乗算して収斂電流値を求め、その電流値が急激に変化したり過大とならないようローパスフィルタ５８Ｂおよびリミッタ５８Ｃを経由させて、第１基本アシスト電流値を収斂電流値により減算して、電動モータ２７の回転数が上昇し過ぎることを抑制する。

以上の構成になる小型船舶用操舵装置においては、ステアリングハンドル２を中立状態から、例えば、右（左）に操舵すると、ステアリング軸２３およびトルクリング３０が右（左）へ回動し、トーションバー２４を介して出力軸２２を右（左）に回動させ、ポンプ装置５は一方（他方）のポート２０Ａ（２０Ｂ）から圧油を吐出し、油圧配管９を経由して前進方向に向かって右側（左側）のシリンダ室８Ａ（８Ｂ）に作動油を供給し、左側（右側）のシリンダ室８Ｂ（８Ａ）の作動油は油圧配管９を経由して、他方（一方）のポート２０Ｂ（２０Ａ）からポンプ装置５に吸込まれる。ピストンロッド７Ｃは前進方向に向かって左側（右側）に伸長され、ドラッグリンク１７を介してステアリングブラケット１６を反時計方向（時計方向）に回動させ、船体１に右回り（左回り）のモーメントが作用し、船体１は右方向（左方向）に旋回しつつ前進する。

上記操舵において、トーションバー２４が操舵力に応じて捩じれ、この捩じれはトルクリング３０をトーションバー２４のねじれ方向に応じてその軸方向位置を変化させ、この変化は検出ピン３６を移動させてトルクセンサ３５により操舵トルクとして検出される。検出された操舵トルクは、ＥＣＵ３に入力され、前述したように、基本アシスト電流が決定され、補助アシスト電流決定処理５１、５２、補助アシスト電流加算処理５３、５４が実行されて、ＰＷＭより電動モータ２７が駆動され、且つフィードバック処理５５されて、ステアリングハンドル２の操舵操作をアシストすることができる。

なお、上記実施形態において、操舵量に応じて計量した作動液を給排するポンプ装置５として、斜板式アキシャルプランジャポンプ２１を用いるものについて説明したが、図示しないが、容積型のポンプ、例えば、斜軸ポンプ、ギヤポンプ、ベーンポンプ等で構成してもよい。

また、上記実施形態において、パワーアシスト装置４とポンプ装置５とのケース１９が一体となり、出力軸２２によりポンプ装置６のロータ３７を駆動するものについて説明したが、図１２に示すように、パワーアシスト装置４のギヤケース１９にエクステンションチューブ４６を固定し、このチューブ４６内にポンプ装置５を内蔵させ、ポンプ装置５の入力軸５Ａと出力軸２２とをカップリング４７により連結させるようにしてもよく、この場合には、ポンプ装置５を備えないパワーアシスト装置４に後付でポンプ装置５を追加する場合に利用することができる。

本実施形態のコントローラ３によれば、以下に記載する効果を奏することができる。即ち、前記コントローラ３を、トルクセンサ３５の検出信号に応じて電動アクチュエータ（電動モータ２７）の基本アシスト力信号を演算する基本アシスト力決定手段５０と、基本アシスト力信号に応じて電動モータ２７の最終アシスト力信号を出力するサーボアンプ処理手段と、トルクセンサ３５の検出信号を微分してその微分項を出力して電動モータ２７のアシスト力の変動を抑制する補正信号を出力する補助アシスト力決定手段５１、５２とで構成したため、電動モータ２７のコギングトルクや位相遅れによる出力変動が抑制され、操舵フィーリングを向上させることができる。

また、基本アシスト力決定手段５０を、基本アシスト力信号の出力特性を複数備えてそのいずれかを選択するか若しくは基本アシスト力信号の出力特性を変化させる出力特性変更手段を備え、外部の切換スイッチ４９若しくは船速（速度センサ５６）等の推進状態に応じて基本アシスト力信号の出力特性を変化させるため、小型船舶の船速等の走行状況に応じて最適な操舵フィーリングを得ることができる。

さらに、補助アシスト力決定手段５１、５２を、補正信号を基本アシスト力信号および／または最終アシスト力信号に加算して電動モータ２７のアシスト力の変動を抑制するよう構成したため、補正信号がサーボアンプ処理手段による積分処理で打ち消されることなく最終アシスト信号に加算でき、電動モータ２７のアシスト力変動を効果的に抑制することができる。

また、コントローラ３に、トルクセンサ３５の出力信号と電動モータ２７の回転方向とからステアリングハンドル２の切戻し状態を判定し、基本アシスト力信号を切戻し方向に増加させる戻り制御手段５７を備えるため、左操舵から直進状態とするために右操舵に切り返して戻す場合（またその逆の場合）に、電動モータ２７のフリクションや慣性により、ステアリングハンドル２が戻りにくくなる状態を改善することができる。

また、コントローラ３に、電動モータ２７の作動速度に応じて基本アシスト力信号を抑制する収斂制御手段５８を備えるため、操舵にダンピング（制動）が働き、適度な操舵フィーリングを得ることができる。

また、戻り制御手段５７および収斂制御手段５８の出力信号を、船速に応じて調整することにより、操舵フィーリングを小型船舶の船速等に応じて最適とできる。

本発明の一実施形態を示す小型船舶用操舵装置のシステム構成図。 同じく舵取り手段としての船外機を示す側面図。 同じく操舵装置のパワーアシスト装置およびポンプ装置の断面図。 操舵装置のトルクリングの拡大図。 操舵装置のパワーアシスト装置の断面図。 操舵装置のポンプ装置の断面図。 操舵装置のポンプ装置の油圧回路図。 電動モータの制御システムを示したブロック図。 基本アシスト電流値によるアシスト特性を示す特性図。 電動モータの制御システムを示した別のブロック図。 図１０における基本アシスト電流値によるアシスト特性を示す特性図。 操舵装置のパワーアシスト装置およびポンプ装置の別の実施例を示す断面図。

符号の説明

１ 船体
２ ステアリングハンドル
３ コントローラ、ＥＣＵ
４ パワーアシスト装置
５ ポンプ装置
６ 舵取り手段としての船外機
７ シリンダ装置
８Ａ、８Ｂ シリンダ室
９ 油圧配管
２１ 斜板式アキシャルプランジャポンプ
２２ 出力軸
２３ ステアリング軸
２４ トーションバー
２５ ウォームギヤ
２６ ウォームホイール
２７ 電動モータ（電動アクチュエータ）
３０ トルクリング
３５ トルクセンサ

Claims (3)

1. 船体後部に水平方向に回動可能に配置した舵取り手段と、
   船体後部において舵取り手段を回動操舵させるシリンダ装置と、
   運転席のステアリングハンドルにより操舵操作されるポンプ装置と、
   前記ポンプ装置とシリンダ装置とを流体的に連通させる配管と、
   前記ステアリングハンドルからポンプ装置に入力される操舵トルクを検出するトルクセンサと、
   前記ポンプ装置を少なくともトルクセンサの検出信号に応じて操舵操作方向にアシスト駆動する電動アクチュエータと、
   前記トルクセンサの検出信号を取り込み、演算して電動アクチュエータを駆動するコントローラと、から構成したことを特徴とする小型船舶用操舵装置。
2. 前記ポンプ装置およびトルクセンサならびに電動アクチュエータは、一体に結合して組立てられていることを特徴とする請求項１に記載の小型船舶用操舵装置。
3. 前記電動アクチュエータは、ポンプ装置に対してクラッチ装置を介して連結されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の小型船舶用操舵装置。

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