具体实施方式

第一实施方式

下面将描述船用转向装置的第一实施方式。如图1所示，船10设有舷外马达12、作为转向装置的转向致动器13、方向盘14和控制器15。

舷外马达12设置在船体10a的船尾。舷外马达12是船10的推进单元的一个示例，并具有发动机12a和由发动机12a驱动旋转的螺旋桨12b。舷外马达12能够相对于船10的前进方向左右摇动。舷外马达12通过左右摇动，还起到船10的舵的作用。

转向致动器13使舷外马达12相对于船10的前进方向向左或向右摇动。随着舷外马达12向左或向右摇动，船10的前进方向改变。方向盘14设置在船10的驾驶舱中。方向盘14通过转向轴16由船体10a可旋转地支撑。转向轴16设置有旋转角传感器17。旋转角传感器17检测转向轴16的旋转角作为转向角θ，即方向盘14的旋转角。

控制器15根据通过旋转角传感器17检测到的转向角θ控制转向致动器13的操作。发动机12a的输出由与控制器15分开设置的另一控制器控制。

接下来，将描述船体10a和舷外马达12的联接结构。如图2所示，舷外马达12具有转动支架21、枢轴22和转向支架23。

转动支架21将舷外马达12联接到船体10a。转动支架21由第一联接部21a和第二联接部21b构成，并且整体上呈L形。第一联接部21a沿着船体10a的前后方向(图2中的左右方向)延伸。第二联接部21b沿着船体10a的上下方向延伸。第一联接部21a安装在设置于船体10a的船尾处的两个夹持支架24之间(参见图1)。转向致动器13安装在第一联接部21a的上表面上。第二联接部21b设置有沿船体10a的上下方向延伸的通孔21c。

枢轴22形成舷外马达12的摇动中心。枢轴22插入转动支架21的第二联接部21b的通孔21c中。枢轴22能够相对于转动支架21旋转。枢轴22的上端从转动支架21的第二联接部21b的上部突出。枢轴22的上端通过转向支架23联接至转向致动器13。枢轴22的位于转向支架23与转动支架21之间的部分通过支架25固定至舷外马达12的外壳12c。枢轴22的下端从转动支架21的下部突出。枢轴22的下端通过支架26固定至舷外马达12的外壳12c。两个支架25、26中的每一者均固定至枢轴22。枢轴22相对于支架25、26的旋转受到限制，使得舷外马达12可以绕着枢轴22相对于转动支架21旋转。

接下来，将详细描述转向致动器13的构型。如图3所示，转向致动器13具有转向机构31、减速器32、作为驱动源的马达33以及旋转角传感器34。作为转向机构31，使用了所谓的循环滚珠式转向(RBS)装置。马达33和旋转角传感器34通过减速器32联接至转向机构31。

如图4所示，转向机构31具有壳体40。在壳体40的内部设置有滚珠丝杠轴41、滚珠丝杠螺母42、多个滚珠43、作为输出轴的扇形轴44、以及扇形齿轮45。滚珠丝杠轴41通过两个轴承46、47由壳体40可旋转地支撑。滚珠丝杠螺母42通过能够循环的滚珠43旋拧在滚珠丝杠轴41上。滚珠丝杠螺母42具有沿其轴向设置在外周表面上的齿条齿42a。扇形轴44沿着与滚珠丝杠螺母42的轴线正交的方向(与图4的纸面正交的方向)延伸。扇形轴44由壳体40通过轴承(未示出)可旋转地支撑。扇形齿轮45以能够一体地旋转的方式设置在扇形轴44上。扇形齿轮45的齿45a与滚珠丝杠螺母42的齿条齿42a啮合。

如图3所示，扇形轴44的上端部暴露在壳体40的外部。杠杆48在其第一端部处固定到扇形轴44的上端部。连杆49在其第一端部处由杠杆48的第二端部可旋转地支撑。设置在舷外马达12上的转向支架23在其与枢轴22相反的一侧的端部处由连杆49的第二端部可旋转地支撑。

如图4所示，减速器32具有壳体50。壳体50联接至转向机构31的壳体40。壳体40、50在内部彼此连通。马达33安装在壳体50的外侧。马达33的输出轴33a沿与滚珠丝杠轴41的轴线正交的方向延伸。马达33的输出轴33a延伸贯穿壳体50的周壁并插入到壳体50中。旋转角传感器34安装在壳体50的与转向机构31相反的一侧的部分处。

在壳体50内设置有轴51、蜗轮52和蜗杆53。轴51经由两个轴承54、55由壳体50可旋转地支撑。轴51在其第一端部(图4中的左端)处以能够一体地旋转的方式联接至滚珠丝杠轴41。轴51在其第二端部(图4中的右端)处由容纳旋转角传感器34的检测元件的外壳可旋转地支撑。旋转角传感器34检测轴51的旋转角。蜗轮52以能够一体地旋转的方式设置在轴51上。蜗杆53以能够一体地旋转的方式设置在马达33的输出轴33a上。蜗杆53与蜗轮52啮合。

接下来，将描述转向致动器13的操作。控制器15通过控制马达33的驱动来根据方向盘14的操纵量执行使舷外马达12转向的转向控制。控制器15基于通过旋转角传感器17检测出的方向盘14的转向角θ计算舷外马达12的转向量的目标值。此外，控制器15基于通过旋转角传感器34检测出的轴51的旋转角来计算舷外马达12的转向量。然后，控制器15获得舷外马达12的转向量的目标值与舷外马达12的实际转向量之间的差，并且控制向马达33的电力供应以消除该差。替代性地，控制器15可以不基于舷外马达12的转向量而基于扇形轴44的旋转角来控制对马达33的电力供应，其中，扇形轴44的旋转角是反映舷外马达12的转向量的状态变量之一。

如图4所示，马达33的旋转通过减速器32传递到滚珠丝杠轴41。随着滚珠丝杠轴41的转动，滚珠丝杠螺母42沿着滚珠丝杠轴41的轴向方向移动。随着滚珠丝杠螺母42的移动，与齿条齿42a啮合的扇形齿轮45围绕扇形轴44向左或向右摇动。随着扇形齿轮45的摇动，扇形轴44根据扇形齿轮45的摇动量而沿与扇形齿轮45的摇动方向相同的方向旋转。

如图5所示，随着扇形轴44的旋转，杠杆48围绕扇形轴44向左或向右摇动。例如，当扇形轴44沿逆时针方向旋转时，杠杆48围绕扇形轴44沿逆时针方向旋转。作为响应，连杆49试图绕着与杠杆48的接头沿顺时针方向旋转。随着连杆49沿顺时针方向旋转，转向支架23绕着枢轴22沿逆时针方向旋转。由于枢轴22固定至转向支架23，因此随着转向支架23沿逆时针方向旋转，沿逆时针方向指向的扭矩被施加于枢轴22。由于枢轴22固定于舷外马达12的外壳12c，因此随着枢轴22沿逆时针方向旋转，舷外马达12绕枢轴22沿逆时针方向旋转。

当扇形轴44沿顺时针方向旋转时，转向支架23经由扇形齿轮45、杠杆48和连杆49绕枢轴22沿顺时针方向——其方式与当扇形轴44沿逆时针方向旋转时相同——旋转，从而沿顺时针方向指向的扭矩被施加到枢轴22。当枢轴22沿顺时针方向旋转时，舷外马达12绕枢轴22沿顺时针方向旋转。

滚珠丝杠轴41、滚珠丝杠螺母42和滚珠43构成滚珠丝杠机构。滚珠丝杠机构(41至43)和扇形齿轮45构成第一转换机构，该第一转换机构将来自作为转向致动器13的驱动源的马达33的动力转换成作为输出轴的扇形轴44的旋转。杠杆48和连杆49构成第二转换机构，该第二转换机构将作为输出轴的扇形轴44的旋转转换为舷外马达12的转向运动。

实施方式的优点

该实施方式可以提供以下优点：(1)转向机构31将马达33的旋转转换成扇形齿轮45的旋转，并且将扇形齿轮45的旋转传递为对于舷外马达12的枢轴22的扭矩。存在一种下述的现有构型，其中，在船体中以能够与滚珠丝杠螺母一起移动的方式设置有转向机构的壳体，该壳体的该移动用于使舷外马达转向。然而，采用这种构型需要在船体中确保壳体能够在其中移动的空间。在这方面，本实施方式的转向机构31通过简单地旋转扇形轴44来使舷外马达12转向。转向机构31的壳体40不需要相对于船体10a移动，因此固定到船体10a。因此，不需要在船体10a中确保转向机构31的壳体40能够在其中移动的空间。结果，转向机构31可以更高效地安装在船体10a上。

(2)扇形齿轮45的旋转通过扇形轴44、杠杆48、连杆49和转向支架23传递至作为舷外马达12的旋转中心的枢轴22。由于舷外马达12绕枢轴22旋转，因此可以有效地将用于转动舷外马达12的扭矩施加到枢轴22。尽管也可以想到这样的一种构型，其中，如上所述地，转向机构的壳体的线性运动转换为舷外马达绕枢轴的旋转运动，但与采用本实施方式的转向机构31相比，采用这种构型可能降低向枢轴22传递扭矩的效率。

(3)转向致动器13采用下述构型，其中扇形齿轮45的旋转通过扇形轴44、杠杆48、连杆49以及转向支架23传递到作为舷外马达12的旋转中心的枢轴22。与将转向机构的壳体的线性运动转换成枢轴的旋转运动的前述构型相比，该构型涉及转向机构31中的较少的浪费动作。此外，该构型允许与扇形齿轮45相结合一起运动的杠杆48和连杆49的运动范围被设定为比在前述壳体为线性运动的情况下转向机构的壳体的运动范围更窄。由于不需要大幅度地使杠杆48和连杆49运动，所以能够将转向机构31的设置空间设定得较小。

(4)马达33用作转向机构31的驱动源。因此，可以满足转向致动器13的电动化的要求。此外，不管船10的速度(低速到高速)和环境(浪和风)如何，都可以获得高响应性和稳定的转向力。例如，当将由发动机驱动的液压泵用作转向机构31的驱动源时，液压泵的排出量以及由此延及施加至舷外马达12的转向力可根据船10的速度和环境而变化。

(5)由于转向致动器13是电动的，因此与将液压装置用作转向机构31的驱动源时不同，不需要在船体10a上设置用于供给和排放液压油的液压管路。因此，可以简化转向致动器13的构型。此外，消除了对液压管路的需要可以节省船体10a的空间。

(6)马达33的输出轴33a通过减速器32联接至转向机构31的滚珠丝杠轴41。因此，来自马达33的扭矩根据减速器32的减速比而增大，从而根据减速比的更大的扭矩被传递到滚珠丝杠轴41。利用如此获得的操纵舷外马达12所需的力，可以更可靠地使舷外马达12转向。

第二实施方式

接下来，将描述船用转向装置的第二实施方式。该实施方式与第一实施方式的不同之处在于，使用液压转向致动器代替电动转向致动器。

如图6所示，船10设置有舷外马达12、方向盘14、控制器15和液压式转向致动器60。转向致动器60具有作为驱动源的电动泵61和储蓄箱62。此外，转向致动器60具有设置在船尾处的转动支架21上的转向机构71和控制阀72。

液压流体储存在储蓄箱62中。储蓄箱62经由进入管63联接到电动泵61。电动泵61经由排出管64联接到控制阀72的泵端口。控制阀72的箱端口经由排出管65连接到储蓄箱62。

控制器15基于通过旋转角传感器17检测到的转向角θ控制电动泵61。随着电动泵61被驱动，储蓄箱62内的液压流体经由排出管64供给到控制阀72。从控制阀72排出的液压流体经由排出管65返回到储蓄箱62。

接下来，将详细描述转向机构71的构型。如图7所示，转向机构71具有壳体80。在壳体80的内部设有滚珠丝杠轴81、滚珠丝杠螺母82、多个滚珠83、扇形轴84、扇形齿轮85以及封闭构件86，封闭构件86呈一端封闭的圆柱形状。

滚珠丝杠螺母82设置在壳体80(确切地说是其圆筒形部分)中，以便能够在沿着滚珠丝杠螺母82的轴线的方向上滑动。滚珠丝杠螺母82具有沿其轴线方向设置在外周表面上的齿条齿82a。

封闭构件86紧密地装配到滚珠丝杠螺母82的第一端部(图7中的左端部)中。封闭构件86与滚珠丝杠螺母82一体地移动。滚珠丝杠轴81通过能够循环的滚珠83被旋拧入滚珠丝杠螺母82中。滚珠丝杠轴81的第一端部(图7中的左端部)插入到封闭构件86中。在滚珠丝杠轴81的第一端部与封闭构件86的底壁之间留有预定的间隙。滚珠丝杠螺母82能够在滚珠丝杠轴81与封闭构件86的底壁之间的间隙的范围内沿着滚珠丝杠轴81的轴线方向相对于滚珠丝杠轴81移动。滚珠丝杠轴81的第二端部(图7中的右端部)从滚珠丝杠螺母82的第二端部(图7中的右端部)突出。滚珠丝杠轴81的第二端部联接到控制阀72。

扇形轴84沿与滚珠丝杠螺母82的轴线正交的方向(与图7的纸面正交的方向)延伸。扇形轴84通过轴承(未示出)由壳体80可旋转地支撑。

扇形齿轮85以能够一体地旋转的方式设置在扇形轴84上。扇形齿轮85的齿85a与滚珠丝杠螺母82的齿条齿82a啮合。扇形轴84的上端部暴露于壳体80的外部。转向支架23在其与枢轴22相反的一侧的端部处通过杠杆48和连杆49(见图2)联接到扇形轴84的上端部。

壳体80的内部被滚珠丝杠螺母82和封闭构件86划分为第一流体室87和第二流体室88。第一流体室87相对于滚珠丝杠螺母82位于控制阀72的一侧。第二流体室88相对于滚珠丝杠螺母82位于控制阀72的相反侧。

第一流体室87和第二流体室88通过控制阀72被供给液压流体。在通过控制阀72将来自电动泵61的液压流体选择性地供给至第一流体室87和第二流体室88中的一者时，在第一流体室87与第二流体室88之间产生压力差。滚珠丝杠螺母82和封闭构件86根据该压力差沿其各自的轴向方向被按压，使得用作活塞的滚珠丝杠螺母82和封闭构件86沿滚珠丝杠轴81移动。随着滚珠丝杠螺母82的移动，扇形齿轮85围绕扇形轴84向左或向右摇动。随着扇形齿轮85的摇动，扇形轴84沿与扇形齿轮85的摇动方向相同的方向旋转。

接下来，将详细描述控制阀72的构型。如图7所示，控制阀72具有壳体90。壳体90联接至转向机构71的壳体80。在壳体90的内部设置有中空的输入轴91、扭杆92、内阀93和外阀94。

输入轴91延伸穿过壳体90。输入轴91经由轴承95由壳体90可旋转地支撑。输入轴91的第一端部(图7中的左端部)插入到在滚珠丝杠轴81的第二端部(图7中的右端部)处作为插入部设置的凹部81a中，以使输入轴91能够相对于滚珠丝杠轴81旋转。在输入轴91的第二端部(图7中的右端部)处设置有旋转角传感器34。

扭杆92延伸穿过输入轴91。扭杆92在其第一端部(图7中的左端部)处固定到设置在滚珠丝杠轴81的第二端部(图7的右端部)处的凹部81a的底部。扭杆92在其第二端部(图7中的右端部)处固定至输入轴91的第二端部(图7中的右端部)。

内阀93设置在壳体90的内部并且位于输入轴91的外周部上。外阀94设置在壳体90的内周部上。扭杆92根据施加到输入轴91的扭矩而扭转，并且内阀93与外阀94之间的在旋转方向上的位置关系(相对角)根据扭杆92的这种扭转而变化。通过利用内阀93与外阀94之间的在旋转方向上的位置关系的这种变化，控制阀72切换液压流体的流路。另外，通过根据输入轴91即内阀93的旋转角与外阀94的旋转角(阀工作角)之间的差而形成约束(constriction)，控制阀72调节供给至第一流体室87和第二流体室88的液压流体的流量。

从电动泵61经由排出管64供给的液压流体根据内阀93与外阀94之间的相对角的变化而分配到第一流体室87和第二流体室88中的一者。如从输入轴91的轴向方向上观察的，当输入轴91沿顺时针方向旋转时，电动泵61和第一流体室87彼此连通。另一方面，如从输入轴91的轴向方向上观察的，当输入轴91沿逆时针方向旋转时，电动泵61和第二流体室88彼此连通。

例如，当液压流体供给到第二流体室88时，滚珠丝杠螺母82和封闭构件86在液压流体的压力下朝向第一流体室87移动。随着滚珠丝杠螺母82的移动，第一流体室87内的液压流体被推出第一流体室87。从第一流体室87中推出的液压流体经由排出管65排出至储蓄箱62。

当液压流体供给到第一流体室87时，滚珠丝杠螺母82和封闭构件86在液压流体的压力下朝向第二流体室88移动。随着滚珠丝杠螺母82的移动，第二流体室88内的液压流体被推出第二流体室88。从第二流体室88中推出的液压流体经由排出管65排出至储蓄箱62。

以这种方式，根据施加到输入轴91的扭矩、即根据输入轴91的旋转，控制液压流体向第一流体室87和第二流体室88中的供给或从第一流体室87和第二流体室88排出。输入轴91结合方向盘14的操纵而旋转。以下构型是用来将动力从方向盘14传递到输入轴91的构型的示例。

如图8所示，转向轴16上以能够一体地旋转的方式设置有驱动带轮101。控制阀72的输入轴91上以能够一体地旋转的方式设置有空转带轮102。驱动带轮101和空转带轮102通过两个操纵线缆103、104联接在一起。随着驱动带轮101旋转，空转带轮102以及输入轴91与驱动带轮101一起旋转。

在两个操纵线缆103、104的第一端部部分固定到驱动带轮101的沿驱动带轮101的轴向方向彼此面对的两个侧表面的状态下，并且在操纵线缆103、104沿着设置在驱动带轮101的外周面中的螺旋槽沿朝向彼此的方向缠绕的状态下，两个操纵线缆103、104的第一端部在与驱动带轮101的轴线相交的方向上引出。

与两个操纵缆线103、104的第一端部部分一样，在操纵线缆103、104的第二端部部分固定到空转带轮102的沿空转带轮102的轴向方向彼此面对的两个侧表面的状态下，并且在操纵线缆103、104沿着设置在空转带轮102的外周面中的螺旋槽沿朝向彼此的方向缠绕的状态下，操纵线缆103、104的第二端部在与空转带轮102的轴线相交的方向上引出。

为了使船10转向，操纵方向盘14，驱动带轮101结合方向盘14的操纵而旋转。随着驱动带轮101的旋转，缠绕驱动带轮101的两条操纵线缆103、104中的一者被拉动而另一者松开。因此，驱动带轮101的旋转被传递到空转带轮102。随着空转带轮102的旋转，控制阀72的输入轴91与空转带轮102一起旋转，并且随着输入轴91的旋转，扇形齿轮85摇动。扇形齿轮85的这种摇动通过扇形轴84、杠杆48、连杆49和转向支架23传递到枢轴22，从而使舷外马达12转向。

因此，第二实施方式可以提供与第一实施方式的优点(1)至(3)相同的优点。此外，电动泵61用作液压泵。因此，尽管必须为船体10a设置液压管路，第二实施方式也可以提供与第一实施方式的优点(4)相同的优点。

其他实施方式

第一实施方式和第二实施方式可以实施为对其进行以下改变。在第一实施方式中，控制器15设置在船体10a中的适当位置，但是替代地控制器15可以与马达33一体地设置。

在第一实施方式中，具有蜗杆53和蜗轮52的蜗杆减速器用作减速器32，但是代替该蜗杆减速器，也可以使用带传动机构。具体地，如图10所示，马达33以其输出轴33a平行于减速器32的轴51的姿态安装在减速器32的壳体50上。驱动带轮111以能够一体地旋转的方式设置在马达33的输出轴33a上。空转带轮112以能够一体地旋转的方式设置在减速器32的轴51上。驱动带轮111和空转带轮112两者上均缠绕有环带113。马达33的旋转通过驱动带轮111、皮带113和空转带轮112传递至轴51并进一步传递至滚珠丝杠轴41。

在第二实施方式中，驱动带轮101、空转带轮102以及两个操纵线缆103、104用作用于将动力从方向盘14传递至控制阀72的输入轴91的构型，但是可以使用马达代替这些零件。在这种情况下，马达的输出轴可以以能够一体地旋转的方式联接到输入轴91，或者可以通过诸如蜗杆减速器或带传动机构之类的减速器联接到输入轴91，从而能够将扭矩传递到输入轴91。控制器15根据通过旋转角传感器17检测到的转向角θ来控制向马达的电力供应。由于马达仅用于使输入轴91旋转，因此，可以采用较小的低功率马达。

在第一实施方式和第二实施方式中，控制器15不仅可以控制转向致动器13、60，而且可以控制舷外马达12的发动机12a。在第一实施方式和第二实施方式中，扇形轴44的旋转通过杠杆48和连杆49传递到转向支架23，但也可以替代地采用以下构型作为扇形轴44与转向支架23之间的动力传递机构。

如图9所示，在扇形齿轮45的上表面中在齿45a附近的位置(图9的纸面的近侧的表面)处设有联锁轴44a。联锁轴44a与扇形轴44平行。联锁轴44a与扇形齿轮45一起绕扇形轴44向左和向右摇动。联锁轴44a的上端部延伸穿过壳体40或80，并暴露在壳体40或80外部。联锁轴44a的上端部可滑动地接合在设置于转向支架23中的长孔23a中。因此，转向支架23和扇形齿轮45一起围绕联锁轴44a向左或向右摇动。结果，舷外马达12绕枢轴22向左或向右转向。因此，可以从转向致动器13的构型中省略杠杆48和连杆49。从而可以简化转向致动器13的构型。

在第一实施方式和第二实施方式中，转向致动器13、60应用于装备有舷外马达12的船10，但是可以替代地应用于例如具有舷内马达的船10。如图11所示，在船体10a的内部设有作为舷内马达的发动机12a。发动机12a的输出通过从发动机12a向船尾延伸的螺旋桨轴121传递到螺旋桨12b。传动轴121的与发动机12a相反的一侧的端部延伸穿过船体10a的底部并且位于船体10a的外部。螺旋桨12b以能够一体地旋转的方式联接至螺旋桨轴121的与发动机12a相反的一侧的端部。舵122通过支撑轴123可旋转地支撑在船体10a的船尾。转向致动器13或60设置在船体10a的船尾附近。转向致动器13或60的杠杆48经由两个连杆124、125联接到支撑轴123。连杆124相对于船10的前进方向沿左右方向延伸。连杆125沿着船体10a的前后方向延伸。连杆124在其第一端部处可旋转地联接到杠杆48。连杆124在其第二端部处可旋转地联接至连杆125的第一端部，连杆124的第二端部是与杠杆48相反的一侧上的端部。连杆125在其第二端部处固定至舵122的支撑轴123。因此，杠杆48绕扇形轴44或84向左或向右的摇动通过两个连杆124、125转换成支撑轴123的旋转。当舵122围绕支撑轴123向左或向右摇动时，船10的前进方向改变。

替代性地，转向致动器13、60可以应用于配备有舷内机-舷外推进式发动机的船10。在舷内机-舷外推进式发动机中，发动机和驱动单元集成在一起。在驱动单元中，集成了舷外螺旋桨和将发动机的输出传递至螺旋桨的机构。发动机设置在船上位于船尾附近。驱动单元设置在船尾以突出到船的外部。驱动单元能够相对于船体10a向左和向右摇动，并且还用作船10的舵。通过将转向致动器13或60的转向机构31或71的扇形轴44或84的旋转作为作于使驱动单元转向的转向力传递到驱动单元，从而可以使驱动单元转向。

在第一实施方式中，船用转向装置实施为其中方向盘14与舷外马达12之间的动力传递被隔离的线控转向类型的转向致动器13，但是转向装置可以替代地实施成辅助舷外马达12的手动操作的动力转向装置。在这种情况下，船10可以采用省略了方向盘14、转向轴16和旋转角传感器17的构型。如图2中的双点划线所示，朝着船体10a的前侧延伸的手柄12d一体地设置在舷外马达12的外壳12c上。操纵者向左或向右操纵手柄12d以使舷外马达12转向。舷外马达12或手柄12d设有扭矩传感器，该扭矩传感器检测施加在手柄12d上的转向扭矩。控制器15根据通过扭矩传感器检测到的转向扭矩来控制对马达33的电力供应。来自马达33的扭矩作为辅助力经由减速器32和转向机构31传递到枢轴22，并通过手柄12d辅助舷外马达12的转向。替代性地，第二实施方式的转向致动器60可以实施为动力转向装置。在这种情况下，控制器15根据通过扭矩传感器检测到的转向扭矩来控制对电动泵61的电力供应。