JP2017013620A - 電動舵取機、電動舵取機構、電動舵取ユニット、船舶及び電動舵取機の設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】舵を操作するための複数の駆動装置のうちの一部が故障した場合であっても、舵が機能しなくなる事態を防止できる電動舵取機を提供する。
【解決手段】本実施の形態に係る電動舵取機１は、舵１０１を操作するための複数の駆動装置１１を備える。駆動装置１１の各々は、電動機１２と、電動機１２の回転を減速させて出力軸であるキャリア２５から出力する減速機１３と、キャリア２５に設けられた駆動ギアであるピ二オン１７と、を有している。各ピ二オン１７は、舵１０１に設けられるリングギア１０４に噛み合い、その回転によって舵１０１を旋回させるように構成されている。そして、電動舵取機１は、複数の駆動装置１１のうちの一部の駆動装置が駆動していない状態において駆動される残りの駆動装置の定格トルクの総和Ｔ_ＳＵＭが、舵１０１の旋回に要求される設計旋回トルクＴ_Ｒ以上となるように構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動舵取機、電動舵取機構、電動舵取ユニット、船舶及び電動舵取機の設計方法に関する。

船舶は、一般に船舶本体に取り付けられる舵が舵取機によって操作されることで、針路が調整される。上述の舵取機としては、通常、油圧舵取機又は電動舵取機が用いられている。

電動舵取機によれば、船舶内の機器のレイアウトの小型化を図り易く、環境性能に優れる等の利点が得られる。このような点から、近時、電動舵取機は注目されている。例えば特許文献１には、２つの電動機によって舵を操作する電動舵取機が開示されている。この電動舵取機は、電動機の回転を２つの遊星歯車列によって減速し、減速された回転を後段の遊星歯車列から舵に伝達するようになっている。

特開２０１４−１５６１３５号公報

ところで、特許文献１に開示された電動舵取機は２つの電動機を有するが、このうちの一方の電動機が故障した場合に、他方の電動機の駆動のみでは舵を旋回できない虞があり、舵が機能しなくなる可能性がある。また、遊星歯車列からなる減速機の故障によっても、舵が機能しなくなる。

本発明は、上記実情を考慮してなされたものであって、舵を操作するための複数の駆動装置を備え、これら複数の駆動装置のうちの一部が故障した場合であっても、舵が機能しなくなる事態を防止できる電動舵取機、電動舵取機構、電動舵取ユニット、船舶及び電動舵取機の設計方法を提供することを目的とする。

本発明に係る電動舵取機は、船舶本体に設けられる舵を操作するための複数の駆動装置を備え、前記駆動装置の各々は、電動機と、前記電動機の回転を減速させて出力軸から出力する減速機と、前記出力軸に設けられた駆動ギアと、を有し、前記駆動ギアは、前記舵に設けられる被動ギアに噛み合い、その回転によって前記舵を旋回させるように構成されており、複数の前記駆動装置のうちの一部の駆動装置が駆動していない状態において駆動される残りの駆動装置の定格トルクの総和が、前記舵の旋回に要求される設計旋回トルク以上となるように構成されている、電動舵取機、である。

本発明に係る電動舵取機によれば、複数の駆動装置のうちの一部として、例えば１台の駆動装置が故障した場合であっても、残りの駆動装置の定格トルクの総和が舵の旋回に要求される設計旋回トルク以上であることで、これら残りの駆動装置によって舵を適正に旋回させ得る。これにより、舵を操作するための複数の駆動装置のうちの一部が故障した場合であっても、舵が機能しなくなる事態を防止できる。

本発明に係る電動舵取機は、前記舵の回転を制動する制動装置をさらに備えていてもよい。

この構成によれば、舵を操作しない場合に制動装置によって舵を所定の位置に保持することが可能となることで、船舶本体と舵とを備えてなる船舶の針路を安定させることができる。その一方、制動装置が設けられる場合には、制動装置が舵を保持したままの状態で故障した際に、駆動装置に負荷がかかることで、駆動装置が故障し易くなるという問題が生じる。しかしながら、この問題に対し、本発明に係る電動舵取機によれば、制動装置に起因して駆動装置のうちの一部が故障した場合であっても、舵が機能しなくなる事態を防止できるため、制動装置によって生じ得る問題を補償できる。そのため、本発明に係る電動舵取機は、制動装置を備える場合に、とりわけ効果的に用いられ得る。

また、本発明に係る電動舵取機において、前記制動装置は、複数設けられ、複数の前記制動装置のうちの一部の制動装置が作動していない状態における残りの制動装置の制動トルクの総和が、前記設計旋回トルク以上となるように構成されていてもよい。

この構成によれば、複数の制動装置のうちの一部として、例えば１台の制動装置が故障した場合であっても、残りの制動装置の制動トルクの総和が舵の旋回に要求される設計旋回トルク以上であることで、これら残りの制動装置によって舵を所定の位置に保持することできる。これにより、船舶の針路を確実に安定させることができる。

また、本発明に係る電動舵取機において、前記制動装置は、複数の前記駆動装置の各々に設けられ、各前記駆動装置において前記電動機の回転を制動する電磁ブレーキであり、当該電動舵取機は、前記一部の駆動装置が駆動していない状態において駆動される前記残りの駆動装置の定格トルクの総和が、前記設計旋回トルクに、前記一部の駆動装置に設けられた前記制動装置の制動トルクを加えたトルク以上となるように構成されていてもよい。

この構成によれば、一部の駆動装置の故障によりその制動装置が故障して、制動トルクが作用した状態のままとなった場合であっても、残りの駆動装置によって舵を適正に旋回させ得る。これにより、舵が機能しなくなる事態を確実に防止できる。

また、本発明に係る電動舵取機においては、複数の前記駆動装置のうちの一部の駆動装置が駆動していない状態であって、残りの駆動装置を駆動させて前記舵を旋回させる時に、前記制動装置を作動させない状態に制御するようにしてもよい。

また、本発明に係る電動舵取機構は、前記の電動舵取機と、当該電動舵取機の前記駆動ギアの各々が噛み合う前記被動ギアと、を備える、電動舵取機構、である。
また、本発明に係る電動舵取ユニットは、前記の電動舵取機と、当該電動舵取機の前記駆動ギアの各々が噛み合う前記被動ギアと、当該被動ギアが設けられる前記舵と、を備える、電動舵取ユニット、である。
また、本発明に係る船舶は、前記の電動舵取ユニットを備える、船舶、である。

また、本発明に係る電動舵取機の設計方法は、船舶本体に設けられる舵を操作するための複数の駆動装置を備え、前記駆動装置の各々は、電動機と、前記電動機の回転を減速させて出力軸から出力する減速機と、前記出力軸に設けられた駆動ギアと、を有し、前記駆動ギアは、前記舵に設けられる被動ギアに噛み合い、その回転によって前記舵を旋回させるように構成される電動舵取機の設計方法であって、複数の前記駆動装置のうちの一部の駆動装置が駆動していない状態において駆動される残りの駆動装置の定格トルクの総和が、前記舵の旋回に要求される設計旋回トルク以上となるように、複数の前記駆動装置を選定する、電動舵取機の設計方法、である。

本発明によれば、舵を操作するための複数の駆動装置のうちの一部が故障した場合であっても、舵が機能しなくなる事態を防止できる。

本発明の一実施の形態に係る電動舵取機及びこの電動舵取機によって駆動される舵の概略図である。 図１の電動舵取機及び舵を概略的に示した斜視図である。 図１の電動舵取機を構成する駆動装置の断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の一実施の形態について説明する。

図１は本発明の一実施の形態に係る電動舵取機１及び電動舵取機１によって操作される舵１０１の概略図であり、図２は電動舵取機１及び舵１０１を概略的に示した斜視図である。船舶Ｓは、船舶本体１００と、船舶本体１００の船尾下部に設けられる舵１０１とを備える。舵１０１は、舵本体１０２と、舵本体１０２の上部から突出する円筒状の旋回筒１０３と、旋回筒１０３の上部に設けられた被動ギアである円環状のリングギア１０４と、を有している。リングギア１０４は、舵１０１（特に本例では旋回筒１０３）に連結され、舵１０１の回転軸線Ｌ１上に回転中心がある。

舵１０１は、旋回筒１０３の上部が船舶本体１００の船尾下部に回転可能に支持されることにより、回転軸線Ｌ１を中心に回転自在となっている。リングギア１０４は、旋回筒１０３と一体に回転するように旋回筒１０３に固定されている。

図示の船舶本体１００においては、舵１０１の前方にプロペラ１０５が設けられている。プロペラ１０５は、図示省略する電動機あるいは内燃機関等によって回転駆動される。プロペラ１０５を回転させることにより、船舶Ｓが前方に推進する。この際、舵１０１を電動舵取機１によって旋回させることにより、船舶Ｓを所望の旋回方向に旋回させることが可能となる。なお、本実施の形態においては、電動舵取機１とリングギア１０４との組合せが、本発明でいう電動舵取機構に対応し、電動舵取機１とリングギア１０４と舵１０１との組合せが、本発明でいう電動舵取ユニットに対応する。

本実施の形態に係る電動舵取機１は、旋回筒１０３の上方において船舶本体１００内に配置されている。図２に示すように、電動舵取機１は、複数（本例では、４台）の駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）を備えている。駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）の各々は、船舶本体１００に固定されている。

駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）の各々は、電動機１２と、電動機１２の回転（後述の出力軸１２ａ（駆動軸）の回転）、すなわち電動機１２から出力される回転動力を減速させて出力軸に対応する後述のキャリア２５（図３参照）から出力する減速機１３と、キャリア２５に設けられた駆動ギアであるピニオン１７と、を有している。このうち、ピニオン１７は、上述のリングギア１０４と噛み合い、その回転によって舵１０１を旋回させるように構成されている。詳しくは、電動機１２の回転が減速機１３によって減速されてキャリア２５から出力され、これによりピニオン１７から減速された回転がリングギア１０４に伝達され、舵１０１が旋回する。

本実施の形態おいて、駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）の各々における電動機１２、減速機１３及びピニオン１７は、互いに同一のものが用いられている。すなわち、各電動機１２は同一の型式であり、同一の定格出力、定格トルク及び定格回転速度等を有している。各減速機１３は、同一の構造であり、同一の速比を有している。各ピニオン１７は、同一の歯数を有し、同一の内外径を有している。したがって、各駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）の定格出力、定格トルク及び定格回転速度等も互いに同一となっている。

各電動機１２は、図１に示すインバータ１０８に接続されており、このインバータ１０８によって供給電力が制御される。インバータ１０８は、通信可能に接続された旋回コントローラ１０９からの指令信号に基づいて電源周波数及び電源電圧を調整して、電動機１２の回転速度や回転位置を制御するように構成されている。

旋回コントローラ１０９は、図示省略するメインコントローラに対して通信可能に接続されており、当該メインコントローラは、船舶Ｓの操作者の操作に基づいて船舶Ｓの旋回方向や旋回速度を決定し、指令信号を旋回コントローラ１０９に出力する。旋回コントローラ１０９は、メインコントローラから出力された指令信号に応じて決定される各電動機１２における回転速度及び回転を停止する回転角度位置についての回転指令信号をインバータ１０８に出力するようになっている。そして、インバータ１０８が、旋回コントローラ１０９から出力された回転指令信号に応じて電動機１２を回転させることにより、この回転が減速機１３、ピニオン１７及びリングギア１０４を経て舵１０１に伝達される。これにより、舵１０１が所望の旋回方向に向けて所望の旋回速度で旋回することになる。なお、本実施の形態では、インバータ１０８を用いて電動機１２が制御されるが、インバータ１０８を用いること無く、電動機１２が制御されてもよい。

図３は、駆動装置１１の断面図である。図３に示すように、減速機１３は、入力軸１４、ケース１５、上述のキャリア２５を含む減速部１６等を備えている。減速機１３では、下側に配置された一端側においてケース１５から一部が突出するように位置するキャリア２５にピニオン１７が取り付けられ、上側に配置された他端側においてケース１５に対して電動機１２が取り付けられている。減速機１３においては、上側に配置された電動機１２から入力された回転がケース１５の内側に配置された減速部１６を介して減速されてキャリア２５から出力される。

図２に示すように、各減速機１３のキャリア２５に設けられたピニオン１７は、回転軸線Ｌ１の周囲に配置され、且つ船舶本体１００に対して回転自在に支持されたリングギア１０４の外周に形成された歯１０４ａとそれぞれ噛み合うように配置されている。この場合には、各駆動装置１１のメンテナンスを行うことが容易となる。なお、本実施の形態では、リングギア１０４の外周に歯１０４ａが形成されているが、歯１０４ａは、リングギア１０４の内周に形成されていてもよい。この場合、ピニオン１７は、リングギア１０４の内周において歯１０４ａとそれぞれ噛み合うように配置される。この場合には、リングギア１０４の大きさを大きくでき、例えば剛性を確保することができる。

各ピニオン１７は、リングギア１０４の外周に沿ってその周方向に等間隔に（本実施の形態では９０°毎に）配置されている。このように各ピニオン１７が配置されているため、各電動機１２が回転することで各ピニオン１７が回転し、船舶本体１００に回転自在に支持されるとともにピニオン１７に噛み合うリングギア１０４が回転軸線Ｌ１を中心として回転する。これにより、リングギア１０４が設けられた舵１０１が回転軸線Ｌ１を中心に旋回するようになっている。なお、本実施の形態では、各ピニオン１７がリングギア１０４の外周に沿ってその周方向に等間隔に配置されるが、ピ二オン１７の配置は、この態様に限定されるものではない。例えば、駆動装置１１の周辺の他の装置の配置に応じて、駆動装置１１がリングギア１０４の所定領域に密集して配置されてもよい。

図３に示すように、本実施の形態に係る減速機１３は、偏心揺動型減速機である。図３を参照しつつ、減速機１３の構成について詳述する。以下の説明においては、減速機１３にて、ピニオン１７が配置される下側である出力側を一端側として、電動機１２が配置される上側である入力側を他端側として説明する。図３においては、説明の便宜上、一端側を示す矢印と、他端側を示す矢印と、が示されている。

図３に示すように、減速機１３における上述のケース１５は、筒状に形成された第１ケース部１５ａ、第２ケース部１５ｂ及び第３ケース部１５ｃを備えている。第１乃至第３ケース部（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）は、直列に配置されてボルト等の締結手段によって連結されている。第１ケース部１５ａは、一端側に配置され、その他端側に第２ケース部１５ｂが固定され、更にその第２ケース部１５ｂの他端側に第３ケース部１５ｃが固定されている。

ケース１５の内部には、入力軸１４や減速部１６等が収納され、電動機１２の出力軸１２ａ、入力軸１４及び減速部１６は、減速機１３の回転軸線である減速機軸線Ｑの方向に沿って直列に配置されている。ケース１５は、一端側（第１ケース部１５ａの端部側）が開放し、他端側（第３ケース部１５ｃの端部側）には、電動機１２が固定されている。

ケース１５における第１ケース部１５ａの内周には、内歯を構成する複数のピン内歯２０が配置されている。ピン内歯２０は、ピン状の部材であり、その長手方向が減速機軸線Ｑと平行に位置するように配置されるとともに、第１ケース部１５ａの内周において周方向に沿って等間隔に配列され、後述する外歯歯車２６の外歯４１と噛み合うように構成されている。

図３に示すように、入力軸１４は、電動機１２の出力軸１２ａに対してカップリング２１を介して連結されている。入力軸１４の一端部側（カップリング２１側とは反対側の端部側）には、減速部１６における後述のクランク軸用歯車２３と噛み合うギア部１４ａが設けられている。入力軸１４は、電動機１２から出力される回転を減速部１６に伝達するように構成されている。また、ケース１５のうちの第２ケース部１５ｂの中央には、玉軸受２２が設けられ、玉軸受２２に入力軸１４が回転自在に支持されている。

減速部１６は、上述のクランク軸用歯車２３、クランク軸２４、キャリア２５、外歯歯車２６、主軸受（３０、３１）等を備えている。このうち、クランク軸用歯車２３は、平歯車要素として設けられており、入力軸１４のギア部１４ａと噛み合うようにギア部１４ａの周囲に複数（例えば、３つ）配置されている。クランク軸用歯車２３は、中央部分に貫通孔が形成され、この貫通孔においてクランク軸２４の他端側に対してスプライン結合により固定されている。

クランク軸２４は、減速機軸線Ｑを中心とした周方向に沿って等間隔に複数（例えば、３つ）配置されており、その軸方向が減速機軸線Ｑと平行になるように配置されている。各クランク軸２４は、外歯歯車２６に形成されたクランク用孔３４をそれぞれ貫通するように配置されており、他端側に配置された入力軸１４からの回転をクランク軸用歯車２３を介して伝達されて回転することで、外歯歯車２６を偏心させて揺動回転させるようになっている。このとき、クランク軸２４は、自らの回転（自転）に伴う外歯歯車２６の回転とともに、公転動作を行うことになる。

本実施の形態において、クランク軸２４は、軸本体２４ｃと、軸本体に２４ｃに設けられた第１偏心部２４ａ及び第２偏心部２４ｂと、を有している。第１偏心部２４ａ及び第２偏心部２４ｂは、軸本体２４ｃの軸方向中央側に形成され、第１偏心部２４ａが一端側に位置し、第２偏心部２４ｂが他端側に位置している。第１偏心部２４ａ及び第２偏心部２４ｂは、軸方向と垂直な断面が円形断面となるように形成され、それぞれの中心位置がクランク軸２４の中心軸線に対して偏心するように設けられている。これら第１偏心部２４ａ及び第２偏心部２４ｂが、外歯歯車２６の上述のクランク用孔３４内に配置されている。

クランク軸２４の軸本体２４ｃの一端部は、図示しない軸受を介してキャリア２５に対して回転自在に保持されており、軸本体２４ｃの他端部は、図示しない軸受を介してキャリア２５に対して回転自在に保持されている。このうち、軸本体２４ｃの他端部は、キャリア２５から他端側に突出して、上述のクランク軸用歯車２３が固定されている。

キャリア２５は、基部キャリア２７と、端部キャリア２８と、支柱２９と、を備えている。このうち、基部キャリア２７にクランク軸２４の軸本体２４ｃの一端部が回転自在に保持され、端部キャリア２８に軸本体２４ｃの他端部が回転自在に保持されている。

基部キャリア２７の一端側には、ボルト１８を介してピニオン１７が連結されている。端部キャリア２８は、円板状に形成されており、支柱２９を介して基部キャリア２７に連結されている。支柱２９は、基部キャリア２７と端部キャリア２８との間に配置され、基部キャリア２７と端部キャリア２８とを連結する柱状部分として設けられている。支柱２９は、減速機軸線Ｑを中心とした周方向に沿って複数配置され、その軸方向が減速機軸線Ｑと平行となるように配置されている。なお、各支柱２９には、端部キャリア２８から延びるボルトが挿入されており、これにより端部キャリア２８と基部キャリア２７とが支柱２９を介して連結されている。

またキャリア２５は、主軸受（３０、３１）を介してケース１５に対して回転自在に保持されている。図３に示すように、主軸受３０は、基部キャリア２７をその外周側において第１ケース部１５ａの内周側に対して回転自在に保持する玉軸受として構成されている。また、主軸受３１は、端部キャリア２８をその外周側において第１ケース部１５ａの内周側に対して回転自在に保持する玉軸受として構成されている。

次に外歯歯車２６は、平行に配置された状態でケース１５内に収納される第１外歯歯車２６ａと第２外歯歯車２６ｂとで構成されている。第１外歯歯車２６ａ及び第２外歯歯車２６ｂにはそれぞれ、クランク軸２４が貫通する上述のクランク用孔３４、及び、支柱２９が貫通する支柱貫通孔が形成されている。なお、外歯歯車２６（２６ａ、２６ｂ）のクランク用孔３４は、クランク軸２４の数に対応した数で形成されている。また、支柱貫通孔も、同様に、支柱２９の数に対応した数で形成されている。

第１外歯歯車２６ａ及び第２外歯歯車２６ｂのそれぞれの外周には、ピン内歯２０に噛み合う外歯４１が設けられている。外歯４１の歯数は、ピン内歯２０の歯数よりも１個又は複数個少なくなるように設けられている。これにより、クランク軸２４が回転するごとに、噛み合う外歯４１とピン内歯２０との噛み合いがずれ、外歯歯車２６（２６ａ、２６ｂ）が偏心して揺動回転することになる。なお、外歯歯車２６は、クランク用孔３４において外歯用軸受（図示せず）を介してクランク軸２４を回転自在に保持している。

この減速機１３においては、電動機１２からの回転が入力軸１４に伝達されると、クランク軸２４が回転する。このとき、クランク軸２４の第１及び第２偏心体２４ａ，２４ｂは、それぞれ、偏心回転する。偏心体２４ａ，２４ｂが偏心回転すると、外歯歯車２６は、揺動回転する。このとき、外歯歯車２６は、ケース１５の内歯ピン２０にその外歯４１を噛み合わせながら、ケース１５に対して回転する。この結果、クランク軸２４を介して外歯歯車２６を支持するキャリア２５がケース１５に対して回転する。これにより、減速によってトルクが増加された回転がピニオン１７からリングギア１０４に伝達され、舵１０１が旋回することになる。

また、本実施の形態においては、図３に示すように、各電動機１２の上部に制動装置としての電磁ブレーキ５０が設けられている。本実施の形態の電磁ブレーキ５０は、上側に突出する電動機１２の出力軸１２ａの回転を制動することにより、舵１０１の回転を制動するようになっている。

図３に示すように、電磁ブレーキ５０は、電動機１２の上部に固定された有頂筒状のハウジング５１と、電動機１２の出力軸１２ａの他端部（上端部）に固定され且つハウジング５１に収容された円板状の第１摩擦板５２と、第１摩擦板５２の上側においてハウジング５１の上部内面に固定された円筒状の電磁石５３と、電磁石５３及び第１摩擦板５２の間において電磁石５３に対して離接自在に配置された円板状のアーマチュア５４と、アーマチュア５４の第１摩擦板５２側の面に固定された円板状の第２摩擦板５５と、アーマチュア５４を第１摩擦板５２側に向けて付勢する弾性部材５６と、第１摩擦板５２の下側において電動機１２の上部に固定された円板状の第３摩擦板５７と、を有している。

第１摩擦板５２、電磁石５３、アーマチュア５４、第２摩擦板５５及び第３摩擦板５７は、同軸上に配置されており、各部材の内側に、電動機１２の出力軸１２ａが通されている。電磁石５３は、円筒状の電磁石本体５３ａと、電磁石本体５３ａ内に配置された円環状のコイル５３ｂと、を有している。

この電磁ブレーキ５０では、コイル５３ｂに電流が供給されず電磁石５３が非励磁の状態とされる際に、弾性部材５６がアーマチュア５４を介して第２摩擦板５５を第１摩擦板５１に押し付けて、第１摩擦板５１が第２摩擦板５５と第３摩擦板５７との間に挟み込まれ、電磁ブレーキ５０が制動状態となる。これにより、出力軸１２ａの回転が制動され、その結果、舵１０１の回転が制動される。また、コイル５３ｂに電流が供給され電磁石５３が励磁の状態とされた際には、弾性部材５６に抗してアーマチュア５４が電磁石５３側に引き寄せられて、第２摩擦板５５が第１摩擦板５２から離間し、電磁ブレーキ５０が非制動状態となる。これにより、出力軸１２ａの回転が許容され、その結果、舵１０１の旋回が許容される。なお、電磁ブレーキ５０の制御は、上述の旋回コントローラ１０９によって行われるようになっている。

ところで、上述の構成を備える本実施の形態に係る電動舵取機１は、複数の駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）のうちの一部の駆動装置（例えば１台、２台等）が駆動していない状態において駆動される残りの駆動装置の定格トルクの総和Ｔ_ＳＵＭが、舵１０１の旋回に要求される設計旋回トルクＴ_Ｒ以上となるように、構成されている。換言すると、電動舵取機１は、複数の駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）のうちの一部の駆動装置を除いた残りの駆動装置の定格トルクの総和Ｔ_ＳＵＭが、舵１０１の旋回に要求される設計旋回トルクＴ_Ｒ以上となるように、構成されている。つまり、この電動舵取機１では、複数の駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）のうちの一部の駆動装置が駆動していない状態において、残りの駆動装置によって舵１０１を旋回できるように、各駆動装置１１の定格トルクが設定されている。

すなわち、本実施の形態に係る電動舵取機１は、通常の運転の際、複数の駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）を全て駆動させて舵１０１を旋回させ、この際の各駆動装置１１は、その定格トルクよりも小さい駆動トルクを出力して、要求される応答性で舵１０１を旋回させることができる一方で、複数の駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）のうちの一部の駆動装置が駆動していない状態においても、残りの駆動装置によって舵１０１を旋回できる。この際、当該残りの駆動装置は、その定格トルク以下の駆動トルクを出力して、舵１０１を旋回させることができるようになっている。

より詳しくは、本実施の形態における電動舵取機１は、上述の定格トルクの総和Ｔ_ＳＵＭが、設計旋回トルクＴ_Ｒよりも大きい値であって、設計旋回トルクＴ_Ｒに、複数の駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）のうちの駆動していない上述の一部の駆動装置に設けられた電磁ブレーキ５０の制動トルクＴ_Ｂを加えたトルク以上となるように、構成されている。

設計旋回トルクＴ_Ｒは、少なくとも舵１０１を静止状態から回転させるために必要なトルクよりも大きい値であり、本実施の形態では、舵１０１を有効に動かすために必要なトルクとなっている。ここで、「舵１０１を有効に動かすために必要なトルク」とは、例えば、最大航海喫水において最大航海速力で前進中に、所定時間内に舵１０１を所定の角度だけ回転させるために必要となるトルク等を意味し、船舶の型式や大きさ等に応じて個別に要求される値である。なお、設計旋回トルクＴ_Ｒは、舵１０１を旋回可能な限りにおいて、上述の舵１０１を有効に動かすために必要なトルクよりも小さい値でもよい。

具体的に本実施の形態では、一例として、４台の駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）のうちの１台の駆動装置が駆動していない状態であっても、残りの３台の駆動装置１１の定格トルクの総和Ｔ_ＳＵＭが、設計旋回トルクＴ_Ｒと１台の電磁ブレーキ５０の制動トルクＴ_Ｂとを加算したトルク以上となるように、電動舵取機１が構成されている。これにより、電動舵取機１は、通常、複数の駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）を全て駆動させて舵１０１を旋回させるが、１台の駆動装置が駆動していない状態であっても、残りの３台の駆動装置１１が、定格トルク以下の駆動トルクで、設計旋回トルクＴ_Ｒを出力することが可能であり、舵１０１を適切に（駆動装置１１に支障が生じない状態で）旋回することが可能となっている。また、１台の駆動装置が駆動しておらず且つ１台の電磁ブレーキ５０の制動トルクＴ_Ｂが作用した状態の場合でも、残りの３台の駆動装置１１が、定格トルク以下の駆動トルクで、設計旋回トルクＴ_Ｒと１台の電磁ブレーキ５０の制動トルクＴ_Ｂとを加算したトルクを出力することが可能であり、この場合でも、舵１０１を適切に（駆動装置１１に支障が生じない状態で）旋回することが可能となっている。

また、本実施の形態に係る電動舵取機１は、複数の電磁ブレーキ５０のうちの一部の電磁ブレーキ５０（例えば１台、２台等）が作動していない状態における残りの電磁ブレーキ５０の制動トルクの総和Ｔ_ＢＳＵＭが、上述の設計旋回トルクＴ_Ｒ以上となるようにも構成されている。具体的に本実施の形態においては、一例として、複数の電磁ブレーキ５０のうちの一台の電磁ブレーキ５０が作動していない状態における残り（３台）の電磁ブレーキ５０の制動トルクの総和Ｔ_ＢＳＵＭが、上述の設計旋回トルクＴ_Ｒ以上となるように構成されている。

以下では、一例として、４台の駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）のうちの１台の駆動装置が駆動していない状態で駆動される残りの３台の駆動装置１１の定格トルクの総和Ｔ_ＳＵＭが、設計旋回トルクＴ_Ｒと１台の電磁ブレーキ５０の制動トルクＴ_Ｂとを加算したトルク以上となり、且つ、複数の電磁ブレーキ５０のうちの一台の電磁ブレーキ５０が作動していない状態における残りの電磁ブレーキ５０の制動トルクの総和Ｔ_ＢＳＵＭが、上述の設計旋回トルクＴ_Ｒ以上となるように、電動舵取機１を設計する手順について説明する。

この設計においては、まず、設計旋回トルクＴ_Ｒ及び電磁ブレーキ５０の制動トルクＴ_Ｂを特定する工程が行われる。本実施の形態では、設計旋回トルクＴ_Ｒが、上述したように、舵１０１を有効に動かすために必要なトルクに設定される。一方、この例では、一台の電磁ブレーキ５０が作動していない状態における残り（３台）の電磁ブレーキ５０の制動トルクの総和Ｔ_ＢＳＵＭが、設計旋回トルクＴ_Ｒ以上となるため、１台の電磁ブレーキ５０の制動トルクＴ_Ｂは、設計旋回トルクＴ_Ｒ／３以上の値とされる。

次いで、駆動装置１１を選定する工程が行われる。ここでは、３台の駆動装置１１の定格トルクの総和Ｔ_ＳＵＭが「設計旋回トルクＴ_Ｒ＋制動トルクＴ_Ｂ」以上であることが、要求される。そのため、１台の駆動装置１１の定格トルクは、（設計旋回トルクＴ_Ｒ＋制動トルクＴ_Ｂ）／３以上であることが要求される。したがって、駆動装置１１の選定に際しては、その定格トルクが（設計旋回トルクＴ_Ｒ＋制動トルクＴ_Ｂ）／３以上である条件を満たす駆動装置が選定される。

上述のようにして駆動装置１１が選定されることにより、４つの駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）のうちの１台の駆動装置が駆動していない状態において駆動される残りの３台の駆動装置１１の定格トルクの総和Ｔ_ＳＵＭが、設計旋回トルクＴ_Ｒと１台の電磁ブレーキ５０の制動トルクＴ_Ｂとを加算したトルク以上となり、且つ、複数の電磁ブレーキ５０のうちの一台の電磁ブレーキ５０が作動していない状態における残りの電磁ブレーキ５０の制動トルクの総和Ｔ_ＢＳＵＭが、上述の設計旋回トルクＴ_Ｒ以上となる、電動舵取機１を設計することができる。

なお、上述のようにして選定される駆動装置１１は、４台の駆動装置によって設計旋回トルクＴ_Ｒを出力する場合に通常選定される電動機と減速機との組合せよりも、高出力の電動機と減速機との組合せで構成されることになる。この高出力の電動機と減速機との組合せ（駆動装置１１）の選択においては、減速機について、上述の４台の駆動装置によって設計旋回トルクＴ_Ｒを出力する場合に通常選定される減速機と共通のものを選択する一方、電動機については、通常選択される電動機に比して高出力（大容量）の電動機を選択することが好ましい。

また、図１において、符号１２０は、駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）の駆動状態（駆動しているか否か）を検出する監視装置を示している。本実施の形態に係る電動舵取機１は、監視装置１２０を更に備え、監視装置１２０は、旋回コントローラ１０９に駆動状態を出力するようになっている。

ここで、本実施の形態に係る電動舵取機１の動作の一例を説明する。

電動舵取機１を動作させる際には、まず、上述したメインコントローラ（不図示）が、船舶Ｓの操作者の操作に基づいて船舶Ｓの旋回方向や旋回速度を決定し、指令信号を旋回コントローラ１０９に出力する。旋回コントローラ１０９は、メインコントローラから出力された指令信号に応じて決定される各電動機１２における回転速度及び回転を停止する回転角度位置についての回転指令信号をインバータ１０８に出力する。そして、インバータ１０８が、旋回コントローラ１０９から出力された回転指令信号に応じて電動機１２を回転させる。

このとき、監視装置１２０が、駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）が駆動していることを検出している場合には、旋回コントローラ１０９が、全ての駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）を継続して駆動して、舵１０１を旋回させる。一方、監視装置１２０が、駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）のうちの少なくとも１台の駆動装置が駆動していない（故障している）ことを検出した場合には、旋回コントローラ１０９は、駆動している残りの駆動装置を駆動させて舵１０１を旋回させる。なお、旋回コントローラ１０９は、電動機１２を回転させる前に、駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）の各電磁ブレーキ５０を非制動状態に制御するが、仮に、駆動していない（故障している）駆動装置の電磁ブレーキ５０が制動状態である場合には、電磁ブレーキ５０を作動させない状態に制御する。すなわち、旋回コントローラ１０９は、複数の駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）のうちの一部の駆動装置が駆動していない状態であって、残りの駆動装置を駆動させて前記舵を旋回させる時に、電磁ブレーキ５０を作動させない状態に制御する。

また、旋回コントローラ１０９は、上述の残りの駆動装置を駆動させて舵１０１を旋回させて舵１０１を所定の位置に制御した後等、上述の残りの駆動装置の駆動を停止している状態においては、各電磁ブレーキ５０を作動させるようにする。これにより、舵１０１を所定の位置に保持することができる。

以上に説明したように本実施の形態に係る電動舵取機１は、船舶本体１００に回転自在に設けられる舵１０１を操作するための複数の駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）を備え、駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）の各々は、電動機１２と、電動機の回転を減速させて出力軸であるキャリア２５から出力する減速機１３と、キャリア２５に設けられた駆動ギアであるピ二オン１７と、を有する。各ピ二オン１７は、舵１０１に設けられるリングギア１０４に噛み合い、その回転によって舵１０１を回転させるように構成されている。そして、この電動舵取機１は、複数の駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）のうちの一部の駆動装置（本実施の形態では１台）が駆動していない状態において駆動される残りの駆動装置（本実施の形態では３台）の定格トルクの総和Ｔ_ＳＵＭが、舵１０１の旋回に要求される設計旋回トルクＴ_Ｒ以上、正確には、本実施の形態では、設計旋回トルクＴ_Ｒに１台の電磁ブレーキ５０の制動トルクＴ_Ｂを加えたトルク以上となるように構成されている。

これにより、複数の駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）のうちの一部として、１台の駆動装置が故障した場合であっても、残り（３台）の駆動装置の定格トルクの総和Ｔ_ＳＵＭが舵１０１の旋回に要求される設計旋回トルクＴ_Ｒ以上、正確には、本実施の形態では、設計旋回トルクＴ_Ｒに１台の電磁ブレーキ５０の制動トルクＴ_Ｂを加えたトルク以上であることで、これら残りの駆動装置によって舵１０１を適正に旋回させ得る。よって、舵１０１を操作するための複数の駆動装置１１のうちの一部が故障した場合であっても、舵１０１が機能しなくなる事態を防止できる。

また、電動舵取機１は、舵１０１の回転を制動する制動装置としての電磁ブレーキ５０をさらに備えている。これにより、舵１０１を操作しない場合に電磁ブレーキ５０によって舵１０１を所定の位置に保持することが可能となることで、船舶Ｓの針路を安定させることができる。その一方、電磁ブレーキ５０が設けられる場合には、電磁ブレーキ５０が舵１０１を保持したままの状態で故障した際に、駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）に負荷がかかることで、駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）が故障し易くなるという問題が生じる。しかしながら、この問題に対し、電動舵取機１によれば、電磁ブレーキ５０に起因して駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）のうちの一部が故障した場合であっても、舵１０１が機能しなくなる事態を防止できるため、電磁ブレーキ５０によって生じ得る問題を補償できる。そのため、本実施の形態に係る電動舵取機１は、電磁ブレーキ５０を備える場合に、とりわけ効果的に用いられ得る。

また、電磁ブレーキ５０は、複数（本実施の形態では４台）設けられ、複数の電磁ブレーキ５０のうちの一部の電磁ブレーキ５０（本実施の形態では１台）が作動していない状態における残り（３台）の電磁ブレーキ５０の制動トルクの総和Ｔ_ＢＳＵＭが、設計旋回トルクＴ_Ｒ以上となるように構成されている。これにより、複数の電磁ブレーキ５０のうちの一部として、１台の電磁ブレーキ５０が故障した場合であっても、残りの電磁ブレーキ５０の制動トルクの総和Ｔ_ＢＳＵＭが舵１０１の旋回に要求される設計旋回トルクＴ_Ｒ以上であることで、これら残りの電磁ブレーキ５０によって舵１０１を所定の位置に保持することできる。これにより、船舶Ｓの針路を確実に安定させることができる。

また、電磁ブレーキ５０は、複数の駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）の各々に設けられ、各駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）において電動機１２の回転を制動する構成である。そして、上述したように本実施の形態では、前記の定格トルクの総和Ｔ_ＳＵＭが、設計旋回トルクＴ_Ｒに、１台の電磁ブレーキ５０の制動トルクＴ_Ｂを加えたトルク以上である。これにより、１台の駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）の故障によりその電磁ブレーキ５０が故障して、制動トルクが作用した状態のままとなった場合であっても、残りの駆動装置によって舵１０１を適正に旋回させ得るので、舵１０１が機能しなくなる事態を確実に防止できる。

以上、本発明の一実施の形態を説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上述の本実施の形態では、複数の駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）のうちの１台の駆動装置が駆動していない状態において駆動される残りの３台の駆動装置の定格トルクの総和Ｔ_ＳＵＭが、設計旋回トルクＴ_Ｒ以上、正確には、本実施の形態では、設計旋回トルクＴ_Ｒに１台の電磁ブレーキ５０の制動トルクＴ_Ｂを加えたトルク以上となる例を説明したが、これに限られるものではない。すなわち、複数の駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）のうちの２台の駆動装置が駆動していない状態において駆動される残りの２台の駆動装置の定格トルクの総和Ｔ_ＳＵＭが、設計旋回トルクＴ_Ｒ以上等となるようにしてもよい。また、３台の駆動装置が駆動していない状態において駆動される残りの１台の駆動装置の定格トルク（総和Ｔ_ＳＵＭ）が、設計旋回トルクＴ_Ｒ以上等となってもよい。

また、例えば上述の実施の形態では、制動装置として電磁ブレーキ５０が用いられているが、油圧式の制動装置等が用いられてもよい。また、電磁ブレーキ５０は、駆動装置１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ）の各々に設けられるが、舵１０１を直接的に制動するように設けられた電磁ブレーキ又はその他の型式の制動装置が用いられてもよい。また、電磁ブレーキ５０が設けられていなくてもよい。

また、上述の実施の形態では、駆動装置１１が４台設けられる例を説明したが、駆動装置１１は、複数台であれば、その数は限定されない。

１ 電動舵取機
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 駆動装置
１２ 電動機
１２ａ 出力軸
１３ 減速機
１４ 入力軸
１７ ピニオン
２５ キャリア
２７ 基部キャリア
２８ 端部キャリア
５０ 電磁ブレーキ
１００ 船舶本体
１０１ 舵
１０２ 舵本体
１０３ 旋回筒
１０４ リングギア
Ｓ 船舶

Claims (9)

1. 船舶本体に設けられる舵を操作するための複数の駆動装置を備え、
   前記駆動装置の各々は、電動機と、前記電動機の回転を減速させて出力軸から出力する減速機と、前記出力軸に設けられた駆動ギアと、を有し、
   前記駆動ギアは、前記舵に設けられる被動ギアに噛み合い、その回転によって前記舵を旋回させるように構成されており、
   複数の前記駆動装置のうちの一部の駆動装置が駆動していない状態において駆動される残りの駆動装置の定格トルクの総和が、前記舵の旋回に要求される設計旋回トルク以上となるように構成されている、電動舵取機。
2. 前記舵の回転を制動する制動装置をさらに備えている、請求項１に記載の電動舵取機。
3. 前記制動装置は、複数設けられ、
   複数の前記制動装置のうちの一部の制動装置が作動していない状態における残りの制動装置の制動トルクの総和が、前記設計旋回トルク以上となるように構成されている、請求項２に記載の電動舵取機。
4. 前記制動装置は、複数の前記駆動装置の各々に設けられ、各前記駆動装置において前記電動機の回転を制動する電磁ブレーキであり、
   前記一部の駆動装置が駆動していない状態において駆動される前記残りの駆動装置の定格トルクの総和が、前記設計旋回トルクに、前記一部の駆動装置に設けられた前記制動装置の制動トルクを加えたトルク以上となるように構成されている、請求項２又は３に記載の電動舵取機。
5. 複数の前記駆動装置のうちの一部の駆動装置が駆動していない状態であって、残りの駆動装置を駆動させて前記舵を旋回させる時に、前記制動装置を作動させない状態に制御する、請求項２乃至４のいずれかに記載の電動舵取機。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の電動舵取機と、当該電動舵取機の前記駆動ギアの各々が噛み合う前記被動ギアと、を備える、電動舵取機構。
7. 請求項１乃至５のいずれかに記載の電動舵取機と、当該電動舵取機の前記駆動ギアの各々が噛み合う前記被動ギアと、当該被動ギアが設けられる前記舵と、を備える、電動舵取ユニット。
8. 請求項７に記載の電動舵取ユニットを備える、船舶。
9. 船舶本体に設けられる舵を操作するための複数の駆動装置を備え、前記駆動装置の各々は、電動機と、前記電動機の回転を減速させて出力軸から出力する減速機と、前記出力軸に設けられた駆動ギアと、を有し、前記駆動ギアは、前記舵に設けられる被動ギアに噛み合い、その回転によって前記舵を旋回させるように構成される電動舵取機の設計方法であって、
   複数の前記駆動装置のうちの一部の駆動装置が駆動していない状態において駆動される残りの駆動装置の定格トルクの総和が、前記舵の旋回に要求される設計旋回トルク以上となるように、複数の前記駆動装置を選定する、電動舵取機の設計方法。

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