舵机
阅读：293发布：2020-05-12
专利汇可以提供舵机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且在电动液压方式的 舵 机（1）中，将液压回路构成为闭回路，且采用了能够向双方向旋转的 电动机 （10）和根据电动机的旋转方向及转速来控制工作油的喷出方向及喷出量的 液压 泵 （12）。而且，具备：与一侧液压回路（30）及另一侧液压回路（32）分别连接并向它们供给不足部分的工作油的蓄压回路（40）；及将蓄压回路与返回侧的液压回路连通的一侧返回回路（62）及另一侧返回回路（64）。，下面是舵机专利的具体信息内容。
1.一种舵机，通过使以可转动的方式支承于船体的舵轴转动，而使与该舵轴连结的舵转动，具备：
电动机，其能够向双方向旋转；
控制装置，其控制电动机的旋转方向及转速；
液压泵，其根据电动机的旋转方向及转速来控制工作油的喷出方向及喷出量；
一侧液压回路，其与所述液压泵的一侧连接；
另一侧液压回路，其与所述液压泵的另一侧连接；及
操舵机，其与所述一侧液压回路及另一侧液压回路连接，在从所述一侧液压回路供给了工作油时，向所述另一侧液压回路排出工作油并使所述舵轴向规定方向转动，在从所述另一侧液压回路供给了工作油时，向所述一侧液压回路排出工作油并使所述舵轴向与所述规定方向相反的方向转动，并且，
所述舵机具备与所述一侧液压回路及另一侧液压回路分别连接的蓄压回路，所述蓄压回路具有：防止工作油从所述一侧液压回路及另一侧液压回路向蓄压回路流动的逆流防止单元；及将被加压至规定压力的工作油以能够向蓄压回路供给的状态进行保持的蓄压单元，
所述舵机的特征在于，
所述舵机还具备：
一侧返回回路，其绕过所述逆流防止单元而将所述一侧液压回路与所述蓄压回路连接；及
另一侧返回回路，其绕过所述逆流防止单元而将所述另一侧液压回路与所述蓄压回路连接，
所述一侧返回回路具有对一侧返回回路进行打开或关闭的一侧开闭单元，并且，所述另一侧返回回路具有对另一侧返回回路进行打开或关闭的另一侧开闭单元，在从所述液压泵向所述一侧液压回路喷出工作油时，通过所述一侧开闭单元将一侧返回回路关闭，并通过所述另一侧开闭单元将另一侧返回回路打开，
在从所述液压泵向所述另一侧液压回路喷出工作油时，通过所述另一侧开闭单元将另一侧返回回路关闭，并通过所述一侧开闭单元将一侧返回回路打开。
2.根据权利要求1所述的舵机，其特征在于，
设置有以避免所述一侧液压回路及所述另一侧液压回路内的压力超过规定压力的方式构成的减压单元。
舵机
技术领域
背景技术
[0002] 在使船舶等航行体的行进方向变化时，进行操作设置于船底后部等的舵板的朝向（角度）的操舵。在这种进行操舵的舵机中，存在如下电动液压方式的舵机：使用由电动机驱动的液压泵来产生液压，通过该液压对液压工作缸等促动器进行控制，由此进行舵板的操作。作为上述电动液压方式的舵机，例如在专利文献1等中公开。
[0003] 图7是表示采用了电动液压方式的以往的舵机的结构的结构图。
[0004] 如图7所示，以往的舵机100由电动机110、液压泵112、增压泵114、液压罐116、操舵机120、一侧液压回路130、另一侧液压回路132、一侧返回回路134、另一侧返回回路136及控制装置150等构成。
[0005] 液压泵112由电动机110驱动，向与液压泵112连接的一侧液压回路130或另一侧液压回路132中的任一方喷出工作油。液压泵112例如是双向喷出型的斜板式液压泵，通过调节液压泵112的斜板的倾斜角度，来控制工作油的喷出方向及喷出量。从操舵器154将与操舵相关的指示信号向控制装置150输入，根据该指示信号，通过控制装置150来控制转矩马达152，由此进行液压泵112的斜板的倾斜角度的调节。
[0006] 操舵机120由舵柄124、2个活塞126、及4个工作缸128构成，舵柄124的中心部固定于舵轴122。并且，在从一侧液压回路130供给工作油时，向另一侧液压回路132排出工作油，并使舵轴122向规定方向（例如逆时针）转动。另一方面，在从另一侧液压回路132供给工作油时，向一侧液压回路130排出工作油，并使舵轴122向与规定方向相反的方向（例如顺时针）转动。图7表示从一侧液压回路130向操舵机120供给工作油而舵轴122逆时针转动舵角α的状态。
[0007] 从操舵机120排出的工作油经由一侧返回回路134或另一侧返回回路136向液压罐116返回。然后，返回到液压罐116的工作油由增压泵114吸引而向液压泵112供给，再次从液压泵112喷出。
[0008] 需要说明的是，图7中的标号142是减压回路。当在一侧液压回路130及另一侧液压回路132中流动的工作油的压力成为规定压力以上时，通过将配置在减压回路142上的减压阀144、146打开，以避免一侧液压回路130及另一侧液压回路132成为规定压力以上。
[0009] 在先技术文献
[0010] 专利文献
[0011] 专利文献1：WO2010-052777号公报
发明内容
[0012] 【发明要解决的课题】
[0013] 然而，上述的以往的舵机100在操舵有效时，使电动机110始终运转，将液压泵112控制成始终驱动的状态。而且伴随于此，向液压泵112供给工作油的增压泵114也被控制成始终驱动的状态。由此，产生能量损失，并且存在电动机110、液压泵112、及增压泵114等的滑动设备类的寿命下降的问题。
[0014] 另外，由于利用开回路构成液压回路，因此需要设置增压泵114、大容量的液压罐116等，液压设备的设置需要大的空间。此外，在较大地迅速地转舵时，工作油的供给跟不上，在液压回路内产生负压而有时会产生空穴。
[0015] 本发明是鉴于这种现有技术的课题而作出的发明，其目的在于提供一种能量损失少，能够实现滑动设备类的长寿命化、液压设备设置的省空间化，并抑制了空穴的产生的舵机。
[0016] 【解决方案】
[0017] 本发明是为了实现上述那样的现有技术的课题及目的而做出的发明，一种舵机，通过使以可转动的方式支承于船体的舵轴转动，而使与该舵轴连结的舵转动，所述舵机的特征在于，具备：
[0018] 电动机，其能够向双方向旋转；
[0019] 控制装置，其控制电动机的旋转方向及转速；
[0020] 液压泵，其根据电动机的旋转方向及转速来控制工作油的喷出方向及喷出量；
[0021] 一侧液压回路，其与所述液压泵的一侧连接；
[0022] 另一侧液压回路，其与所述液压泵的另一侧连接；及
[0023] 操舵机，其与所述一侧液压回路及另一侧液压回路连接，在从所述一侧液压回路供给了工作油时，向所述另一侧液压回路排出工作油并使所述舵轴向规定方向转动，在从所述另一侧液压回路供给了工作油时，向所述一侧液压回路排出工作油并使所述舵轴向与所述规定方向相反的方向转动。
[0024] 在这种本发明中，采用能够向双方向旋转的电动机和根据电动机的旋转方向及转速来控制工作油的喷出方向及喷出量的液压泵，通过控制装置直接控制电动机的旋转方向及转速。因此，能够以得到必要的动力的方式直接控制电动机，例如，在未进行操舵期间，能够以使电动机的运转停止的方式进行控制。由此，与以往相比，能量损失少，而且，能够实现滑动设备类的长寿命化。
[0025] 另外，构成为使从液压泵喷出的工作油直接返回液压泵的所谓闭回路，无需像上述的现有技术那样设置液压罐及增压泵，因此能够实现液压设备设置的省空间化。
[0026] 在上述发明中，优选的是，
[0027] 所述舵机具备与所述一侧液压回路及另一侧液压回路分别连接的蓄压回路，[0028] 所述蓄压回路具有：防止工作油从所述一侧液压回路及另一侧液压回路向蓄压回路的流动的逆流防止单元；及将被加压至规定压力的工作油以能够向蓄压回路供给的状态进行保持的蓄压单元。
[0029] 若为如此构成，则由于在一侧液压回路及另一侧液压回路连接具有蓄压单元的蓄压回路，因此即使在较大地迅速地转舵的情况下，从该蓄压回路迅速地供给工作油，能够防止在液压回路内产生由负压产生的空穴的情况。在此，作为上述逆流防止单元，例如，能够良好地采用设于蓄压回路的止回阀。而且，作为上述蓄压单元，例如，能够良好地采用储压器。
[0030] 另外，在上述发明中，优选的是，
[0031] 所述舵机具备：
[0032] 一侧返回回路，其绕过所述逆流防止单元而将所述一侧液压回路与所述蓄压回路连接；及
[0033] 另一侧返回回路，其绕过所述逆流防止单元而将所述另一侧液压回路与所述蓄压回路连接，
[0034] 所述一侧返回回路具有对一侧返回回路进行打开或关闭的一侧开闭单元，并且，[0035] 所述另一侧返回回路具有对另一侧返回回路进行打开或关闭的另一侧开闭单元，[0036] 在从所述液压泵向所述一侧液压回路喷出工作油时，通过所述一侧开闭单元将一侧返回回路关闭，并通过所述另一侧开闭单元将另一侧返回回路打开，
[0037] 在从所述液压泵向所述另一侧液压回路喷出工作油时，通过所述另一侧开闭单元将另一侧返回回路关闭，并通过所述一侧开闭单元将一侧返回回路打开。
[0038] 若为如此构成，则在从液压泵向一侧液压回路喷出工作油时，将另一侧液压回路与蓄压回路连通，在从液压泵向另一侧液压回路喷出工作油时，将一侧液压回路与蓄压回路连通。即，能够将蓄压回路内的压力保持成返回侧的液压回路内的压力以上，因此即便不另行使用加压泵等，也能够将蓄压回路内的工作油继续形成为加压状态。在此，作为上述一侧开闭单元及另一侧开闭单元，可以由一个或多个电磁切换阀构成。
[0039] 另外，在上述发明中，优选的是，在所述舵机设置有以避免所述一侧液压回路及所述另一侧液压回路内的压力超过规定压力的方式构成的减压单元。
[0040] 若设置这种减压单元，则在液压回路内的压力异常升高时，通过使该压力向蓄压回路释放，而能够防止液压设备及配管等的损伤。在此，作为上述减压单元，由减压回路构成，该减压回路具有在一侧液压回路内的压力超过了规定压力时容许工作油从一侧液压回路向蓄压回路流动的减压阀，以及在另一侧液压回路内的压力超过了规定压力时容许工作油从另一侧液压回路向蓄压回路流动的减压阀。
[0041] 【发明效果】
[0042] 根据本发明，采用能够向双方向旋转的电动机和根据电动机的旋转方向及转速而控制工作油的喷出方向及喷出量的液压泵，通过控制装置来直接控制电动机的旋转方向及转速，因此能够提供一种与以往相比，能量损失少，而且能够实现滑动设备类的长寿命化的舵机。
[0044] 图1是表示将本发明的舵机装备于船体的一例的图。
[0045] 图2是表示本发明的第一实施方式的舵机的结构的结构图。
[0046] 图3是表示本发明的第二实施方式的舵机的结构的结构图。
[0047] 图4是表示本发明的第三实施方式的舵机的结构的结构图。
[0048] 图5是表示本发明的第四实施方式的舵机的结构的结构图。
[0049] 图6是表示本发明的舵机中的工作油的流动的结构图。
[0050] 图7是表示以往的舵机的结构的结构图。
具体实施方式
[0051] 以下，基于附图，更详细地说明本发明的实施方式。
[0052] 但是，本发明的范围并未限定为以下的实施方式。以下的实施方式记载的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等只要没有特别记载，就不是将本发明的范围仅限定于此，只不过是说明例。
[0053] <第一实施方式>
[0054] 图1是表示本发明的舵机装备于船体的一例的图。图1是表示船体2的后尾部分的图，在船体2收容舵机1，并且将通过舵机1而转动的舵轴22支承为转动自如。而且，在舵轴22上连结有舵板6（舵），通过利用舵机1使舵轴22转动，从而使与舵轴22一体化的舵板6转动。并且，使舵板6转动，将通过螺旋桨4的旋转而生成的水流向规定方向导流，由此使船舶的行进方向变化。
[0055] 图2是表示本发明的第一实施方式的舵机的结构的结构图。如图2所示，本发明的舵机1至少具备电动机10、液压泵12、操舵机20、一侧液压回路30、另一侧液压回路32、及控制装置50等。
[0056] 电动机10以能够向双方向旋转的方式构成，并且通过控制装置50来控制其旋转方向及转速。从操舵器54将与操舵相关的指示信号向控制装置50输入，根据该指示信号利用控制装置50来控制电动机10的旋转方向及转速。
[0057] 液压泵12是双向喷出侧的液压泵，与电动机10直接连结，根据电动机10的旋转方向及转速，来控制工作油的喷出方向及喷出量。而且，在液压泵12的一侧连接一侧液压回路30，并且在液压泵12的另一侧连接另一侧液压回路32。
[0058] 操舵机20是由舵柄24、2个活塞26（以下，根据需要而区别为26A、26B）、及4个工作缸（以下，根据需要而区别为28A、28B、28C、28D）构成的2活塞4工作缸型的雷勃逊滑动（Rapson-slide）式操舵机，舵柄24的中心部固定于舵轴22。并且，一侧液压回路30与工作缸28A及工作缸28D连接，另一侧液压回路32与工作缸28B及工作缸28C连接。
[0059] 并且，在从一侧液压回路30向工作缸28A及工作缸28D供给工作油时，活塞26A向工作缸28B侧（图中右侧）移动，并且活塞26B向工作缸28C侧（图中左侧）移动，从工作缸28B及工作缸28C将积存于其内部的工作油向另一侧液压回路32排出。并且，由此，固定在操舵机20的舵柄24上的舵轴22向规定方向（例如逆时针）转动。
[0060] 另外，在从另一侧液压回路32向工作缸28B及工作缸28C供给工作油时，活塞26A向工作缸28A侧（图中左侧）移动，并且活塞26B向工作缸28D侧（图中右侧）移动，从工作缸28A及工作缸28D将积存于其内部的工作油向一侧液压回路30排出。并且，由此，使固定在操舵机20的舵柄24上的舵轴22向与规定方向相反的方向（例如顺时针）转动。需要说明的是，图2示出从一侧液压回路30向操舵机20供给工作油而舵轴22逆时针转动了舵角α的状态。
[0062] 如此构成的本发明的舵机1采用能够向双方向旋转的电动机10和根据电动机10的旋转方向及转速来控制工作油的喷出方向及喷出量的液压泵12，通过控制装置50而直接控制电动机10的旋转方向及转速。因此，能够以得到必要的动力的方式直接控制电动机10，例如在不进行操舵期间，能够以使电动机10的运转停止的方式进行控制。由此，与以往相比，能量损失少，而且能够实现电动机10、液压泵12、操舵机20等滑动设备类的长寿命化。
[0063] 另外，由于构成为使从液压泵12喷出的工作油直接返回液压泵12的所谓闭回路，因此无需像图7所示的由开回路构成的以往的舵机100那样设置液压罐116、增压泵114。因此，能够实现液压设备设置的省空间化。
[0064] <第二实施方式>
[0065] 图3是表示本发明的第二实施方式的舵机的结构的结构图。
[0066] 需要说明的是，本实施方式的舵机1与上述的实施方式基本上为相同的结构，对于同一结构标注同一标号，省略其详细的说明。
[0067] 如图3所示，本实施方式的舵机1具备与一侧液压回路30及另一侧液压回路32分别连接的蓄压回路40，在这一点上，与上述的实施方式不同。
[0068] 在蓄压回路40设有止回阀44、46（逆流防止单元），通过止回阀44，防止工作油从一侧液压回路30向蓄压回路40的逆流，并且，通过止回阀46，防止工作油从另一侧液压回路32向蓄压回路40的逆流。而且，在蓄压回路40连接有储压器42（蓄压单元）。储压器42以能够将规定压力的工作油向蓄压回路40供给的状态进行保持，由此，蓄压回路40内的工作油成为被加压成规定压力的状态。并且，由此，在一侧液压回路30或另一侧液压回路32内的压力下降时，从蓄压回路40迅速地供给工作油。需要说明的是，图3示出从一侧液压回路30向操舵机20供给工作油，舵轴22逆时针转动舵角α，并且从蓄压回路40朝向另一侧液压回路32供给流量g的工作油的状态。
[0069] 如此构成的本发明的舵机1在一侧液压回路30及另一侧液压回路32上连接具有储压器42（蓄压单元）的蓄压回路40。因此，即使在较大地迅速地转舵的情况等、一侧液压回路30及另一侧液压回路32内的压力暂时下降的情况下，在该压力低于保持于蓄压回路40的工作油的压力时，也会从蓄压回路40迅速地供给工作油。因此，在较大地迅速地转舵的情况等，能够防止在一侧液压回路30及另一侧液压回路32内产生由负压形成的空穴的情况。
[0070] <第三实施方式>
[0071] 图4是表示本发明的第三实施方式的舵机的结构的结构图。
[0072] 需要说明的是，本实施方式的舵机1与上述的实施方式基本上为同一结构，对于同一结构标注同一标号，省略其详细的说明。
[0073] 如图4所示，本实施方式的舵机1具备绕过止回阀44而将一侧液压回路30和蓄压回路40连接的一侧返回回路62、及绕过止回阀46而将另一侧液压回路32和蓄压回路40连接的另一侧返回回路64，在这一点上，与上述的第二实施方式不同。
[0074] 在一侧返回回路62配置有对一侧返回回路62进行打开或关闭的电磁切换阀66（一侧开闭单元）。而且，在另一侧返回回路64配置有对另一侧返回回路64进行打开或关闭的电磁切换阀68（另一侧开闭单元）。并且，一侧返回回路62及另一侧返回回路64经由止回阀67、69分别与蓄压回路40连接，以避免工作油从蓄压回路40向一侧返回回路62及另一侧返回回路64流动。
[0075] 并且，在从液压泵12向一侧液压回路30喷出工作油时，通过电磁切换阀66将一侧返回回路62关闭，并通过电磁切换阀68将另一侧返回回路64打开，由此，另一侧液压回路32与蓄压回路40经由另一侧返回回路64而连通，蓄压回路40至少被加压至另一侧液压回路32内的压力。
[0076] 另外，在从液压泵12向另一侧液压回路32喷出工作油时，通过电磁切换阀68将另一侧返回回路64关闭，并通过电磁切换阀66将一侧返回回路62打开，由此，另一侧液压回路32与蓄压回路40经由另一侧返回回路64而连通，蓄压回路40至少被加压至另一侧液压回路
32内的压力。
32内的压力。
[0077] 需要说明的是，上述的电磁切换阀66、68的开闭根据来自控制装置50的指令信号，通过对电磁切换阀66、68进行通电/非通电来进行。图4示出从一侧液压回路30向操舵机20供给工作油，舵轴22逆时针转动舵角α，并从另一侧液压回路32朝向蓄压回路40经由另一侧返回回路64供给流量f的工作油的状态。
[0078] 如此构成的本发明的舵机1能够将蓄压回路40内的工作油的压力保持成返回侧的液压回路内的压力以上，因此即便不另行使用加压泵等，也能够将蓄压回路40内的工作油继续形成为加压状态。
[0079] 需要说明的是，在上述的说明中，以本发明的一侧开闭单元及另一侧开闭单元由2个电磁切换阀66、68分别构成的情况为例。然而，本发明并未限定于此，例如，也可以在1个电磁切换阀分别连接一侧返回回路62及另一侧返回回路64，且由1个电磁切换阀构成一侧开闭单元及另一侧开闭单元。
[0080] <第四实施方式>
[0081] 图5是表示本发明的第四实施方式的舵机的结构的结构图。
[0082] 需要说明的是，本实施方式的舵机1与上述的实施方式基本上为同一结构，对于同一结构标注同一标号，省略其详细说明。
[0083] 如图5所示，本实施方式的舵机1为了避免一侧液压回路30及另一侧液压回路32内的压力超过规定压力而设置减压回路70（减压单元），在这一点上，与上述的第三实施方式不同。
[0084] 减压回路70与一侧返回回路62的电磁切换阀66的上游侧（一侧液压回路30侧）及另一侧返回回路64的电磁切换阀68的上游侧（另一侧液压回路32侧）分别连接，且经由减压阀72、74而与蓄压回路40连接。减压阀72在一侧液压回路30内的压力成为规定压力以上时打开。而且，减压阀74在另一侧液压回路32内的压力成为规定压力以上时打开。需要说明的是，图5示出从液压泵12朝向一侧液压回路30侧喷出工作油并从一侧液压回路30向操舵机20供给工作油的状态，图中的标号b表示从一侧液压回路30经由减压回路70向蓄压回路40流出的工作油的流量。
[0085] 若设置这种减压回路70（减压单元），则在一侧液压回路30或另一侧液压回路32内的压力异常高时，通过使该压力向蓄压回路40释放，能够防止液压设备及配管等的损伤。
[0086] 另外，本实施方式的舵机1构成为，如图5所示，在液压泵12设有将内部泄漏了的工作油向蓄压回路40供给的泄漏回路80，在液压泵12内部泄漏了的工作油由蓄压回路40回收。需要说明的是，在泄漏回路80配置止回阀82，防止来自蓄压回路40的工作油的逆流。需要说明的是，图中的标号c表示从液压泵12经由泄漏回路80由蓄压回路40回收的工作油的流量。
[0087] 接下来，以图6为基础，说明从一侧液压回路30向操舵机20供给工作油且舵轴22逆时针转动舵角α时的舵机1整体的工作油的流动。需要说明的是，图6示出从液压泵12朝向一侧液压回路30喷出流量Q的工作油的状态。
[0088] 从液压泵12喷出的喷出流量Q成为除了在一侧液压回路30及另一侧液压回路32中流动的流量a之外，还增加了来自减压阀72的内部泄漏部分（流量b）及来自泄漏回路80的内部泄漏量（流量c）的流量。另外，该喷出流量Q与液压泵12的吸入流量d相等，如下式（1）那样表示。
[0089] Q=a+b+c=d ···（1）
[0090] 从上式（1）可知，仅由从另一侧液压回路32的返回流量a无法供给液压泵12的吸入流量d。然而，本发明的蓄压回路40保持为至少比返回侧回路即另一侧液压回路32高的高压，因此如下式（2）、（3）所示，将包含不足流量h的流量g从蓄压回路40经由止回阀46迅速地供给至另一侧液压回路32。该不足流量h与从减压阀72及泄漏回路80由蓄压回路40回收的内部泄漏流量的总计（流量b+流量c）相等。
[0091] d=a+h ···（2）
[0092] h=g-e=b+c ···（3）
[0093] 另外，从蓄压回路40经由止回阀46向另一侧液压回路32供给的流量g在从电磁切换阀68由蓄压回路40回收的流量f的基础上，如下式（4）那样表示。
[0094] g=b+c+f ···（4）
[0095] 如以上那样，根据本发明的舵机1，在闭回路中，即便不另行使用加压泵等，也能够向液压泵12供给稳定的流量。
[0096] 以上，说明了本发明的优选的方式，但本发明并未限定为上述的方式，能够在不脱离本发明的目的的范围内进行各种变更。
[0097] 【工业实用性】
[0098] 本发明作为装备于船舶等航行体而进行操舵的舵机，详细而言，作为通过由液压产生的动力而进行操舵的电动液压方式的舵机，通常能够适合使用于商船等。
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