JP2009164121A - スプリング駆動ユニットのためのスプリング装置、及びスプリング装置を有するスプリング駆動ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】ガイド手段なしで座屈や揺動を起こさない安定したスプリング装置を提供する。
【解決手段】スプリング駆動ユニット２のためのスプリング装置１は、スプリング３，４とプルロッド５，６を有し、このプルロッドは、第一のプルロッド端部１１でスプリングの第一のスプリング端部８に接続され、反対側の第二のプルロッド端部で前記スプリング駆動ユニットの回転シャフトに接続される。また、フレーム・プレート７を有し、このフレーム・プレートに対して、スプリングの第二のスプリング端部９が取り付けられ、また、このフレーム・プレートには、開口が設けられ、この開口を通って、前記プルロッドが伸びて、前記シャフトに接続される。スプリングのパラメータは、動作中にスプリングが安定するように、前記スプリング駆動ユニットの動作条件に応じて選択される。
【選択図】図１

Description

本発明は、スプリング駆動ユニットのための、例えば、スイッチまたはサーキット・ブレーカなどのような、電気的なスイッチング装置の開放及び閉鎖を駆動し且つコントロールするための、スプリング装置に係る。前記スイッチング装置は、高電圧または中電圧の、送電または分配ネットワークにおいて使用されることが意図されており、従って、１キロボルトから数百キロボルトの範囲の電圧で使用される。このスプリング駆動ユニットは、全てのタイプのサーキット・ブレーカ、例えば、ライブ・タンク・タイプまたはデッド・タンク・タイプの、ガス、オイルまたは真空絶縁式サーキット・ブレーカなどを動作させても良い。

スプリング駆動ユニットは、他の用途において使用されることも可能である。原則として、これらのスプリング駆動ユニットは、何かを非常に速く動かす必要性がある何れの場合に、使用されても良い。

本発明はまた、本発明のスプリング装置を有するスプリング駆動ユニット、及び電気的なスイッチング装置の開放及び閉鎖を駆動し且つコントロールするための、本発明のスプリング駆動ユニットの使用に係る。

電力送電または分配ネットワークにおいて、スイッチング装置がネットワークの中に組み込まれ、異常な負荷条件に対応して、自動的な保護を提供し、または、ネットワークの一部の開放または閉鎖（スイッチング）を可能にしている。スイッチング装置には、それ故に、数多くの異なる動作を実現することが要求されることがあり、それらは、例えば、ターミナル障害またはショート・ライン障害の遮断、小さな誘導電流の遮断、容量性の電流の遮断、位相がずれたスイッチング、または無負荷スイッチング、などであって、それらの動作の全てが、当業者に良く知られている。

スイッチング装置において、実際の開放または閉鎖の動作は、二つの接点により実施され、その場合、通常、一方が固定であり、他方が可動である。可動接点は、アクチュエータ及び機構部分を有する動作デバイスにより動作され、ここで前記機構部分は、アクチュエータを可動接点に、有効に接続する。

中電圧及び高電圧スイッチのための既知の動作デバイスのアクチュエータ、及びサーキット・ブレーカは、スプリング駆動式、液圧式、または電磁式タイプである。以下において、動作デバイスは、サーキット・ブレーカを動作させるものとして説明されるが、同様な既知の動作デバイスがスイッチを動作させても良い。

スプリング動作式アクチュエータ（または、スプリング駆動ユニットとも呼ばれている）は、サーキット・ブレーカを動作させるために、一般的に、二つの圧縮スプリングを使用する；即ち、サーキット・ブレーカを開放するための開放スプリング、及びサーキット・ブレーカを閉鎖し且つ開放スプリングに再び負荷をかけるための閉鎖スプリングである。閉鎖スプリングは、動作デバイスの中に設けられた電動モータにより再びチャージされる。機構部分は、スプリングの動きを可動接点の併進運動に変換する。

ネットワークの中で、その閉じられた位置において、サーキット・ブレーカの可動接点及び固定接点は、互いに接触した状態にあり、動作デバイスの開放スプリング及び閉鎖スプリングはチャージされている。開放コマンドを受けて、開放スプリングがサーキット・ブレーカを開放し、接点を分離する。閉鎖コマンドを受けて、閉鎖スプリングは、サーキット・ブレーカを閉鎖し、同時に、開放スプリングをチャージする。開放スプリングは、必要な場合に、第二の開放動作を行う状態にある。閉鎖スプリングが、サーキット・ブレーカを閉じたとき、動作デバイスの電気的モータが、閉鎖スプリングを再びチャージする。この再チャージング動作には、数秒を要する。

スプリング動作式アクチュエータまたはスプリング駆動ユニットにおいて、螺旋スプリングを使用することが、以前から知られている。スプリングがチャージされ、または負荷がかけられているとき、それらのスプリングは、圧縮された状態にあり、それの状態は、本質的に安定した状態ではない。もし、それらのスプリングが、不安定な範囲に圧縮された場合、それらは、座屈または回転し易く、そのため、結果として、それらは、座屈を防止するための何らかのガイド機構を必要とする。

それ故に、先行技術において、それらのスプリングは、下側の端部のガイド・プレートを備えたガイディング・チューブまたはシリンダーの中に収容されていて、上側の端部が、フレーム・プレートに対して取り付けられる。このフレーム・プレートは、動作デバイスの他の部分のためのハウジングの一部であっても良い。

JP-A-9 259 710 より、ガイディング・チューブの使用を差し控えることが、以前から知られている。そして、主張されているところによれば、代わりに、他のタイプのガイド手段を使用することにより、スプリングの座屈を防止する。それは、例えば、一本または数本のガイド・ロッドであって、フレーム・プレートに取付けられ、スプリングの内側で下方に伸び、スプリングの下側の端部で、スプリング・ディスクの孔に至り、それを貫通している。このようにして、スプリング端部は、確かに、依然としてガイドされているが、それは、スプリングが座屈しないことを、必ずしも意味していない。これはまた、構造に特別な要素を付け加えると言う弱点を有している。

スプリング駆動ユニットのチャージング及びディスチャージング機構の、今日最も一般的なデザインにおいて、開放及び閉鎖スプリングの圧縮及び圧縮の解除は、それぞれのスプリング・プルロッドが接続されたシャフトの回転運動により得られる。この回転運動は、プルロッドの偏向をもたらし、また、従来のデザインによれば、閉鎖スプリングの偏向、即ちプルロッド角度は、通常、開放スプリングのそれと比べて大きい。結果として、座屈に対するリスクは、閉鎖スプリングに対してより高くなり、従って、ガイディング・チューブに対する要求もまたより高くなる。

特開平０９−２５９７１０号公報

本発明の目的は、一般的に、スプリング駆動ユニットのためのスプリング装置を提供することにあり、そして、特に、例えば、スイッチまたはサーキット・ブレーカのような、電気的なスイッチング装置の開放及び閉鎖を駆動し且つコントロールするための動作デバイスの中に設けられたスプリング駆動ユニットのためのスプリング装置を提供することにある。この装置は、軽量で且つコスト効率が良い。

本発明によれば、スプリング駆動ユニットのためのスプリング装置が規定される。
本発明のスプリング装置は、スプリングを有し；プルロッドを有し、このプルロッドは、第一のプルロッド端部でスプリングの第一のスプリング端部に接続され、反対側の第二のプルロッド端部で前記スプリング駆動ユニットの回転シャフトに接続され；フレーム・プレートを有し、このフレーム・プレートに対してスプリングの第二のスプリング端部が取り付けられ、また、前記フレーム・プレートには、開口が設けられ、その中を通って、前記プルロッドが伸びて、前記シャフトに接続される；スプリング装置において、
前記プルロッドが接続されている、スプリングの第一のスプリング端部は、ガイドされていないこと；及び、スプリングのパラメータは、動作中にスプリングが安定しているように、前記スプリング駆動ユニットの動作条件に応じて選択されること；を特徴とする。

安定しているスプリングと言う表現は、予め想定される動作条件の下で、座屈または回転することがないスプリングを意味している。それは、本質的に安定していなければならない。スプリング駆動ユニットにおいて、スプリングに対する動作条件の、予め想定されるパラメータは、予期される最大の圧縮力、どのくらいスプリングが圧縮されるか、ストローク、及びプルロッド角度である。これらのパラメータは、良く知られていて、且つ十分な精度で決定することが容易であるので、各スプリング駆動設備のためのスプリングの選択を決定するのが、どの要求であるかについて確定することは、何の問題も生じさせることがない。

スプリングの、予め想定されるパラメータは、この状況において、スプリングの長さ、スプリングの直径（幅）、及びスプリングのために使用されているワイヤの直径である。スプリングを選択するときに使用されるパラメータは、特に、長さと幅の間の比率である。本発明によって、安定したスプリングをもたらし、且つガイディング・チューブを必要としないスプリング装置が得られる。このスプリング装置は、先行技術の場合と比べてコンポーネントの数が少なく、重量が小さく、安価で、且つコスト効率がより優れている。

本発明のアスペクトによれば、前記プルロッドには、プルロッドが第一のスプリング端部に接続される第一のプルロッド端部と、フレーム・プレートとの間に位置するプルロッドの部分に、接手が設けられる。前記プルロッドに接手を設けたために、スプリングのガイドされていない第一の端部の横方向への運動を制限すると言う優位性が実現される。圧縮の間、ガイドされていないスプリング端部は、直線的に動くことがなく、その代わりに、スプリング端部が互いに対して平行にとどまらないように、そのスプリング端部が横方向に湾曲または回転する。

スプリングが解放されるとき、それは非常に速い事象であるが、ガイドされていないスプリング端部が、揺動または回転を開始することもあり、これは、スプリング端部の近くにある何かに損傷を与えることもある。二つのスプリング、即ち、一つの閉鎖スプリング及び一つの開放スプリング、があるスプリング駆動ユニットにおいて、もし、スプリングの内の一方が、揺動を開始した場合、それが、他方のスプリングに損傷を与えることもある。これは、前記プルロッドの内の少なくとも一つに接手を設けることにより防止される。与えられた負荷に対して、ガイドされていないスプリング端部の位置が予測可能であることが、好ましい。

本発明の更なるアスペクトによれば、前記接手は、前記プルロッドを二つの部分に分割し、第一のプルロッド部分が、前記プルロッドの第一の端部により、前記スプリング・ディスクに接続され、第二のプルロッド部分が、スプリング駆動ユニットの回転シャフトに接続可能である。

更に他のアスペクトによれば、前記接手は、プルロッドからもたらされる最大の横方向の負荷に対してバランスする適切な対抗トルクが作り出されるように、配置される。

本発明の更なるアスペクトによれば、接手の位置は、スプリングの重量が最小化されるように決定される。

本発明はまた、スプリング駆動機構に係り、このスプリング駆動機構は、開放スプリング装置及び閉鎖スプリング装置を有し、各スプリング装置は、スプリング、プルロッド、及びフレーム・プレートを有している。このスプリング駆動機構の特徴は、前記スプリング装置の内の少なくとも一つが、以上のように規定されたスプリング装置に従ってデザインされているところにある。

更にまた、本発明は、開放スプリング装置及び閉鎖スプリング装置を有するスプリング駆動ユニットに係る。各スプリング装置は、スプリング、プルロッド、及びフレーム・プレートを有していて、このスプリング駆動ユニットの特徴は、開放スプリングのスプリング装置が請求項１に従ってデザインされ、且つ閉鎖スプリングのスプリング装置が、請求項２〜５の内の何れか一つに従ってデザインされているところにある。

最後に、本発明は、以上で規定されたスプリング駆動ユニットの、電気的なスイッチング装置の開放及び閉鎖を駆動し且つコントロールするための使用に係る。

本発明の更なる特徴及び優位性は、以下の本発明の詳細な説明から明らかになるであろう。

図１は、本発明の実施形態に基づくスプリング装置が設けられたスプリング駆動ユニットを示す。 図２は、本発明に基づくスプリング装置の実施形態の詳細を示す。

次に、本発明が、添付された図面を参照しながらより詳細に説明される。これらは、本発明の実施形態を、単なる例として、示している。

図１の中に、本発明に基づくスプリング装置１の実施形態が示されている。このスプリング装置は、例えば中電圧及び高電圧のためのサーキット・ブレーカのような、電気的なスイッチ・ギアにおいて使用されるスプリング駆動ユニット２に、組み込まれる。主要な部分、及びサーキット・ブレーカ及びスイッチのために使用されるスプリング駆動ユニットの動作については、既に、以上において説明されている。

スプリング駆動ユニットの基本的なコンポーネントは、二つのスプリング、即ち、スイッチを閉鎖するための一つの閉鎖スプリング３、及びスイッチを開放するための一つの開放スプリング４である。開放スプリング４及び閉鎖スプリング３の細部の多くは同一なので、これらの細部に対する参照符号の一部は、スプリングの内の一つ、即ち開放スプリングに対してのみ示されている。各スプリングは、スプリング駆動ユニット２のハウジングの内側のチャージング及びディスチャージング機構（図示せず）、プルロッド５，６により接続されている。

各スプリングは、下側の第一のスプリング端部８を有し、この第一のスプリング端部に、例えば、スプリング・ディスク１０により第一のプルロッド端部１１が接続されている。各スプリングはまた、フレーム・プレート７の上に取り付けられた上側の第二のスプリング端部９を有している。フレーム・プレート７は、スプリング駆動ユニットのハウジングの部分であっても良く、あるいはそうでなくても良い。フレーム・プレートには、スプリングが、その位置を維持するために径方向にガイドされるように、好ましくは、スプリングのための何らかのガイディング手段が設けられる。フレーム・プレートにも、各それぞれのスプリングのプルロッドのための開口経路が設けられる。

スプリングの下側の第一の端部の８は、ガイドされていない。動作の際、プルロッド５，６を引くことにより、スプリング３，４が圧縮される。

図２は、本発明の実施形態を示す。この実施形態は、スプリング駆動ユニットの中に、閉鎖スプリング３のためのスプリング装置、及び開放スプリング４のためのスプリング装置を有している。それぞれのプルロッド５，６の下側の第一の端部１１と、それぞれのスプリングの下側の第一の端部８は、スプリング・ディスク１０により接続されている。フレーム・プレート７は、図の明瞭さを確保するために、この図では、省略されている。

以上で説明されたように、それぞれのプルロッド５，６の上側の端部は、スプリング駆動ユニット２の回転シャフト（図示せず）に接続されている。ストロークの間、プルロッドは、その真っ直ぐな横方向の位置から、ある角度、即ちプルロッドα（単純にプルロッド角度と呼ばれる）で偏向し、それが、横方向の負荷を作り出す。最大のプルロッド角度は、ストロークが９時の位置にあるときに、到達される。ストロークの間、開放スプリング４のために、プルロッド角度αopは、僅かしか変化しない。

ここに示されているように、スプリングの下側の第一の端部８は、ガイドされていない。スプリングのパラメータは、動作条件に関係して、選択されている。それらの条件は、例えば、最大の圧縮力、どのくらいスプリングが圧縮されるか、ストローク、及び最大のプルロッド角度αopなどである。パラメータは、全動作サイクルの間、スプリングが安定しているように選択されている。スプリングのパラメータは、スプリングの長さ、幅、即ちスプリングの直径、スプリングのために使用されているワイヤの直径、である。広く且つ短いスプリングが、小さな直径を備えた長いスプリングと比べて、安定している。

ストロークの間、閉鎖スプリング４のために、プルロッド角度αclが大きく変化する。これはまた、スプリングのガイドされていない端部の、より小さなプルロッド角度を備えた開放スプリングに対するもの比べてより顕著な、横方向への運動をももたらすことになる。圧縮の間、ガイドされていない端部の端部位置が常に予測可能であることが、望ましいので、また、上述のように、スプリングの解放の間、ガイドされていない端部の回転または揺動が回避されることが、望ましいので、接手１２が、プルロッド５上に設けられている。

この接手は、スプリング・ディスク１０（このスプリング・ディスクに第一のプルロッド端部１１が接続されている）の上方に若干の間隔を開けて配置され、更に安定性を増し、そして装置を最適化する。接手１２は、プルロッドを二つの部分に分割する。下側の第一のプルロッド部分５ａは、プルロッドの第一の端部１１により、スプリング・ディスク１０に接続され、上側の第二のプルロッド部分５ｂは、回転シャフトに接続されている。

例えば接手の正確な位置のような、スプリング及び接手パラメータは、互いに対してバランスされる。多くの場合において、スプリングの重量を最小化することが望ましく、それは、ガイディングの原則である。ここでまた考慮すべきことは、接手の位置は、プルロッド角度αclからもたらされる最大の横方向の負荷とバランスする適切な対抗トルクが作り出されるように、配置されるべきであることである。ここで示された接手は、ピン・タイプのピボット接手であるが、例えばボール接手のような、他のタイプの接手を設けることも、等しく可能である。

本発明は、例としてのみ示された以上の実施形態のみに限定されることがなく、添付された特許請求の範囲の中で規定された範囲の中で、当業者により様々なやり方で変形されることが可能である。

Claims (8)

1. スプリング駆動ユニット（２）のためのスプリング装置（１）であって、
   スプリング（３，４）を有し；
   プルロッド（５，６）を有し、このプルロッドは、第一のプルロッド端部（１１）でスプリングの第一のスプリング端部（８）に接続され、反対側の第二のプルロッド端部で前記スプリング駆動ユニットの回転シャフトに接続され；
   フレーム・プレート（７）を有し、このフレーム・プレートに対して、スプリングの第二のスプリング端部（９）が取り付けられ、また、このフレーム・プレート（７）には、開口が設けられ、この開口を通って、前記プルロッドが伸びて、前記シャフトに接続される；
   スプリング装置において、
   前記プルロッド（５，６）が接続されている、スプリング（３，４）の第一のスプリング端部（８）は、ガイドされていないこと；及び、
   スプリング（３，４）のパラメータは、動作中にスプリングが安定するように、前記スプリング駆動ユニット（２）の動作条件に応じて選択されること；
   を特徴とするスプリング装置。
2. 下記特徴を有する請求項１に記載のスプリング装置、
   前記プルロッド（５）には、前記プルロッドの部分であって、前記プルロッドが第一のスプリング端部に接続されている第一のプルロッド端部（１１）と、前記フレーム・プレート（７）との間にある部分に、接手（１２）が設けられている。
3. 下記特徴を有する請求項２に記載のスプリング装置、
   前記接手（１２）は、前記プルロッドを二つの部分に分割し、
   第一のプルロッド部分（５ａ）は、前記プルロッドの第一の端部（１１）により、前記スプリング・ディスク（１０）に接続され、
   第二のプルロッド部分（５ｂ）は、スプリング駆動ユニットの回転シャフトに接続可能である。
4. 下記特徴を有する請求項２または３に記載のスプリング装置、
   前記接手（１２）は、プルロッドのαclからもたらされる最大の横方向の負荷とバランスする適切な対抗トルクが作り出されるように、配置されている。
5. 下記特徴を有する請求項２から４のいずれか１項に記載のスプリング装置、
   前記接手の位置（１２）は、スプリング（３）の重量が最小化されるように、決定される。
6. 開放スプリング（４）装置及び閉鎖スプリング（３）装置を有するスプリング駆動ユニットであって、
   スプリング（３，４）、プルロッド（５，６）、及びフレーム・プレート（７）を有するスプリング駆動ユニットにおいて、
   前記スプリング装置の内の少なくとも一つが、請求項１から５のいずれか１項に記載において規定されるスプリング装置に従ってデザインされていること、を特徴とするスプリング駆動ユニット。
7. 開放スプリング（３）装置及び閉鎖スプリング（４）装置を有するスプリング駆動ユニットであって、
   スプリング（３，４）、プルロッド（５，６）、及びフレーム・プレート（７）を有するスプリング駆動ユニットにおいて、
   前記開放スプリング（４）のスプリング装置が、請求項１に従ってデザインされ、且つ、前記閉鎖スプリング（３）のスプリング装置が、請求項２から５のいずれか１項に従ってデザインされていること、を特徴とするスプリング駆動ユニット。
8. 電気的なスイッチング装置の開放及び閉鎖を駆動し且つコントロールするための、請求項６または７に基づくスプリング駆動ユニットの使用。

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