JP2009531632A - 回転動作を伝達するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

回転動作を伝達するための装置であって、該装置は、入力駆動シャフト（１ａ）の交互回転動作を、駆動シャフト（２ａ）を中心として駆動される被駆動本体（２）の一方向回転動作に変換する動作伝達部材を備える。該動作伝達部材は、回転軸（３ａ）を中心に回転可能な中間体（３）を備える。機械的エネルギー蓄積部材（５）が、被駆動本体に機械的に接続されている。中間体（３）は、駆動プーリ（３０）の形態のカムディスクを備え、機械的エネルギー蓄積部材（５）は引張／圧縮バネユニット（５１）を備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、回転動作を伝達するための装置に関し、該回転動作伝達装置は、回転軸を中心に回転可能な駆動本体の回転動作を、回転軸を中心として駆動される本体の回転動作に変換する動作変換部材を備える。

本発明はさらに発明された装置の使用に関し、ここで被駆動本体は、変圧器の負荷時タップ切換装置または切換スイッチの接点を作動するように構成される。

さらに、本発明は本体を駆動する方法に関する。

特定の用途において、限定された方向での短く強い回転動作を達成する必要がある。特定の場合において、利用可能な駆動源が対応する運動特性を有する場合は全く問題がない。しかし、常にそうであるとは限らない。利用可能な駆動源が、一方向だけでなくもう一方の方向でも回転動作を行う種類のものであることがありうる。

また、含まれる駆動源が、必要な短期間で必要とされる強力なトルクを速やかに達成しない状況がある。駆動源に関して言えば、これらの不完全性の両方が同時に発生することもありうる。

こういった状況の一例は、変圧器の電圧を制御するために負荷時タップ切換器の切換スイッチを作動するときである。この場合、作動する動きは、常に同一回転方向に生じることが有利であり、そして比較的短期間で生じるべきである。通常、こういった切換スイッチの駆動源は、セレクタスイッチ、すなわち電圧の変更を行うときに変圧器の巻線で新しいタップポイントへの接続を設定する機構、を作動する駆動シャフトの形態である。セレクタスイッチの駆動シャフトは、変圧器の電圧を上げるか下げるかに応じて異なる方向に回転する。

ＷＯ８９／０８９２４からは、一またはもう一方の方向の回転動作を一方向運動に変換すると同時に、時間に対して回転動作を集中させることができる動作伝達機構が周知である。運動の一方向化は、特定の設計のバネと、該バネと直接協働する、エネルギーを蓄積し回転動作を集中させる要素とによって行われる。

ＷＯ２００６／００４５２７からは、特に歯車機構およびシャフトを介して回転動作をバネユニットの形態のエネルギー貯蓄システムへと伝える、一またはもう一方の方向の回転動作を一方向運動に変換する動作伝達機構が周知である。ロック装置を備えたバネユニットが解放されると、動作が最終シャフトに伝えられる。セレクタおよび切換スイッチの両方が変圧器油に囲まれている。

ＳＥ０５０１７１２−５は、交互回転動作を直線並進運動を介して一方向回転動作に変換する動作伝達機構を記述している。また、該動作伝達機構において、回転動作は、バネユニットの形態のエネルギー貯蓄システムに伝達される。

本発明の第一の態様によると、本発明は、回転動作を伝達するための改良された装置、および該装置に接続される機械的エネルギー貯蓄システムの提供を目的とする。

第二の態様によると、本発明は、回転動作の伝達のための改良された使用の提供を目的とする。

第三の態様によると、本発明は、回転動作を伝達するための改良された方法の提供を目的とする。
ＷＯ８９／０８９２４ ＷＯ２００６／００４５２７ ＳＥ０５０１７１２−５

本発明の第一の態様によると、請求項１に特定した装置が提供される。実施態様は、その後に続く下位請求項から明らかとなるだろう。

本発明の第二の態様によると、当該装置の使用が請求項１１によって提供される。

本発明はまた、記載した装置が動作する方法も対象とし、当該方法は、請求項１２と付随する下位請求項１３−１６に特定したように本発明の第三の態様にしたがって当該装置の各機能を実行するための方法段階を含む。

本発明の実施態様を、単なる例として、添付の図面を参照して有利な実施態様を以下で詳細に説明することによって、さらに詳細に説明する。

図１は、切換スイッチまたはタップ切換器の構成要素の運動をもたらす作動部材の機械的連結を概略的に示したブロック図である。

入力駆動シャフト１ａは、動作変換部材４を介して回転軸３ａに接続される。入力駆動シャフト１ａは、作動されると、一またはもう一方の方向に回転しうる性質のものである。動作変換部材４は、入力駆動シャフト１ａがどちらの方向に回転されるかに関わらず、回転動作が常に一つの同一方向で回転軸３ａに伝えられるように設計される。入力駆動シャフト１ａの駆動源は、変圧器の切換セレクタスイッチ（図示せず）、すなわち電圧の変更を行うときに変圧器の巻線で新しいタップポイントへの接続を設定する機構、を作動する駆動シャフトである。切換セレクタスイッチの入力駆動シャフト１ａは、変圧器の電圧を上げるか下げるかに応じて異なる方向に回転する。出力回転軸３ａは、中間体３および関連するエネルギー蓄積部材５、および駆動シャフト２ａで被駆動本体２に接続される。本体２は次いで、切換スイッチの接点（ここでは図示せず）を駆動する。これらは、ＷＯ２００６／００４５２７でより詳細に記述されている種類のものである。

動作変換部材４は例えば、特許出願ＷＯ２００６／００４５２７かまたは特許出願ＷＯ２００６／０５０５５２に記載されている種類のものであってよい。

回転軸３ａが回転すると、中間体３を介して機械的エネルギー蓄積部材５にエネルギーが供給される。回転軸の限定的な角運動の後、蓄積されたエネルギーは中間体へと解放され、これが駆動シャフト２ａを急速且つ強力に回転させて回転動作を駆動本体２へと伝え、該回転動作が、上記ＷＯ２００６／００４５２７で詳述されている切換スイッチの構成要素に影響を与える。回転軸３ａの運動が好適には動作変換部材の運動の４倍の大きさとなるように、ギアチェンジ装置（図示せず）が動作変換部材４と回転軸３ａとの間に配されてもよい。

フリホイール６が駆動シャフト２ａ上に配され、該フリーホイールの機能は、一方向への中間体の回転を可能とするがもう一方の方向への回転を阻止することによって駆動動作が反転しないことを確実にすることである。フリーホイールは、任意の従来の種類のもの、すなわち、一方向でトルクを伝達するがもう一方の方向では空転するラチェットギアの形態であってよい。

本発明の実施態様によると、中間体３はカム形状の駆動プーリ３０を備え、機械的エネルギー蓄積部材５は、引張／圧縮バネユニット５１として設計されており、これを図２ａ−２ｄおよび図３を参照してより詳細に説明する。

図２ａないし２ｄは、駆動プーリ３０と協働する引張／圧縮バネユニット５１の作動モードを概略的に図示したものである。駆動プーリは、最大半径Ｒおよび最小半径ｒを有して設計される。引張／圧縮バネユニット５１は、一端で固定ヨーク５２と可動ヨーク５３とに接続されている。可動ヨーク５３は、駆動プーリ３０の外周と接触する回転装置５４を備える。可動ヨーク５３は、半径方向且つ駆動プーリの平面と平行に動くように構成される。これにより、バネの力が駆動プーリの回転軸に垂直に向けられ、よって半径方向への力が実質的に吸収される。可動ヨーク５３がＲ−ｒに対応するストローク長で動く一方で、駆動プーリがその軸の周りに一回転する。駆動プーリの回転方向を矢印ａで示す。

図２ａにおいて、駆動プーリは、可動ヨークの回転装置５４が駆動プーリの最大半径Ｒを示す位置で駆動プーリの外周と接触する位置にある。この位置で、バネユニット５１は最大機械的エネルギーを蓄える。これは、駆動本体２の駆動動作の開始位置を構成する。

図２ｂは、バネユニットに蓄えられた機械的エネルギーが、駆動ロール５４を介して加速動作を駆動プーリに伝える位置を示す。半径Ｒの開始位置から、駆動プーリはここで約９０°駆動されている。

図２ｃは、駆動ロールが駆動プーリの最小半径ｒに到達したときの駆動プーリの位置を示す。この位置で、バネユニットに蓄えられた機械的エネルギーが所定の分、駆動プーリに伝達されている。この位置で、駆動プーリは約２／３回転、或いは位置２ａから２４０°動いている。この位置で、バネユニットはまた一定のプレストレスを有し、したがって駆動ロールの駆動プーリへの当接が確実となる。

駆動プーリが図２ｃによる位置を通過すると、もはやエネルギーはバネユニットから伝達されない。駆動プーリの半径が大きくなり、これは、図２ｃの位置の後、可動ヨークのロールがバネユニットを圧縮し、よって機械的エネルギーを受けることを意味する。このエネルギーは、駆動プーリおよびそれに機械的に接続された部品の機械的動作トルクから得られる。これは、駆動プーリの制動を引き起こす。

図２ｄは、駆動プーリがその運動エネルギーをバネユニットに伝え、駆動プーリの速度がゼロとなる停止位置に制動した位置を示す。フリーホイールの契合により、駆動プーリはその回転方向をもう一方に変更することができない。

この位置で、駆動プーリは次の作動まで待機状態を取る。次の作動は、入力シャフト１ａが動作変換部材４および回転軸３ａを介して駆動プーリに駆動動作をもたらすと、開始される。駆動プーリが図２ａの開始位置へと回転される間、バネユニットは再び全機械的エネルギーを蓄え、ここで一回転が完了する。

駆動プーリが、その最大半径Ｒの位置で駆動ロールと接触する図２ａによる位置に到達すると、新しい駆動動作が被駆動本体２によって自然に開始される。よって、駆動プーリの駆動動作を開始するために別個の解放部材は必要ない。

本発明の範囲内で、カム形状を適切に寸法決定することによって、上記と異なるプロセス、つまり、バネユニットからの駆動プーリの駆動、駆動プーリからバネユニットへの運動エネルギーの伝達による駆動プーリの制動、およびバネユニットのその最初の位置への引張、を操作可能とすることが実現される。駆動プーリの形状を改変することによって、駆動プーリの加速および減速プロセスの両方を操作可能とすることが実現される。好適には、駆動プーリの形状は、負荷に適し、それ故に短い加速プロセスの後に駆動本体２に一定の速度を伝える性質のものである。

また、駆動プーリのための別個の制動装置は配される必要がない、というのは、残りの運動エネルギーがバネユニットに自動的に戻り、そしてエネルギーバランスが、バネユニットにより当所貯蓄された機械的エネルギーとは独立に、何らかの摩擦損失によって、駆動プーリが常に一回転より少なく回転することを意味するためである。これによって、該プロセスが例えば駆動本体２が後続の切換スイッチから取り外された場合にも自動制御されるので、これは特に装置システムの試験および調整時に非常に有利である。また、駆動本体が駆動プーリから取り外される試験位置においても、制御された動作パターンを呈する。

駆動プーリが図２ａと２ｃに示した位置の間で動くとき、バネユニット５１はエネルギーを放出し、そして駆動プーリが図２ｃと２ｄに示した位置の間で動くとき、バネユニット５１はエネルギーを蓄える。

図３は、バネユニットの別の実施態様を示す。平行に配された２つのガイド５５ａおよび５５ｂは、それぞれ、端部が取り付け具５６ａおよび５６ｂに取り付けられている。２つのバネ５１ａおよび５１ｂはそれぞれ、各ガイドに沿って動くように配されている。バネは取り付け具５６ａに取り付けられており、よって固定ヨークとして機能する。各バネのもう一方の端部は一般的な可動ヨーク５３に取り付けられており、該ヨークは次にガイドと平行に動くように配されている。ロール５４がヨーク５３に接続されており、駆動プーリ３０と接触する。この場合、バネが、ロール５４がその最大半径Ｒの位置で駆動プーリと接触する最大位置まで引っ張られたときに、バネユニットは機械的エネルギーを蓄える。

一実施態様によると、駆動プーリの最大半径は８０ｍｍないし１２０ｍｍで、好適には１０５ｍｍであり、その最小半径は５０ｍｍないし８０ｍｍで、好適には６０ｍｍである。最大半径Ｒと最初半径ｒとの差は３０ｍｍないし６０ｍｍであってよく、好適には４５ｍｍである。

一実施態様によると、回転装置の駆動プーリに対する力は１０００Ｎおよび１５００Ｎの間で、駆動プーリの回転速度は０ないし２５ラジアン／秒で変化するように構成される。駆動プーリの開始から停止までの時間はこの場合０．２秒である。

図において、回転装置は、低摩擦で駆動プーリの外周に対する接触面が大きいボールベアリングローラとして設計される。一実施態様によると、ローラはニードルベアリングである。あるいは、回転装置は、ボールケージ内に回転可能に配された球状ボールとして設計されてもよい。駆動プーリの外周に対する表面圧力を最小限にするために、この場合は、その断面を対応する円形断面形状とすることが適切である。

該装置は、変圧器油に適切に囲まれ、これにより、装置内に含まれる機械的構成要素の冷却と潤滑化の両方に役立つ。

駆動動作を伝達する方法は、以下の作動段階に要約されうる：
ａ）回転装置５４が、駆動プーリ３０の最大半径Ｒから最小半径ｒへと動く間に駆動シャフト２ａおよび駆動本体２に回転動作を伝達しながら駆動プーリに回転動作を伝える、
ｂ）駆動プーリ３０の回転動作が、駆動プーリの運動エネルギーが引張／圧縮バネユニット５１に伝達される間に０まで制動される、
ｃ）駆動プーリ３０が、ラチェットギアによって駆動プーリの回転方向が変化しないようにするフリーホイール６を用いて、静止状態に保たれる、
ｄ）回転装置が、駆動プーリ３０の静止位置から、駆動プーリの最大半径Ｒが回転装置に到達するまで動いている間に、入力シャフト１ａが回転軸３ａを介して駆動プーリに回転動作を伝え、上記到達すると即座に作動段階ａ）が開始する。

本発明の範囲は、示した実施態様に限定されるものではなく、当業者に明らかな実施態様も含む。例えば、該装置は、変圧器油と同様の特性を有する誘電性流体中に浸すことができる。

本発明の実施態様による回転動作の伝達を概略的に示したブロック図である。 図２ａ−２ｄは、エネルギー蓄積部材および該部材に接続された中間体の作動モードの概略図である。 エネルギー蓄積部材および中間体の実施態様を詳細に示した図である。

Claims (16)

1. 回転軸（３ａ）に接続され且つそれを中心に回転可能な中間体（３）、回転軸（３ａ）からエネルギーを受けるように構成されたバネ装置の形態の機械的エネルギー蓄積部材（５）、および駆動シャフト（２ａ）を介してバネ装置に蓄積された機械的エネルギーを被駆動本体（２）に伝達する手段を備えた動作伝達部材を介して、駆動シャフト（２ａ）を中心として駆動される本体（２）に回転動作を伝達するための装置であって、
   中間体（３）がエネルギー蓄積部材（５）と相互作用するカム形状の駆動プーリ（３０）を備えることを特徴とする装置。
2. エネルギー蓄積部材（５）のバネ装置が、固定ヨーク（５２）および可動ヨーク（５３）に接続された引張／圧縮バネユニット（５１）を備え、可動ヨーク（５３）が駆動プーリ（３０）の外周と接触する回転装置（５４）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 可動ヨーク（５３）が、Ｒ−ｒに対応するストローク長で半径方向に且つ駆動プーリ（３０）の平面と平行に動くように構成され、
   引張／圧縮バネユニット（５１）が、可動ヨーク（５３）が最小半径ｒから最大半径Ｒの位置へと動く間に駆動プーリからエネルギーを受けるように構成され、
   引張／圧縮バネユニット（５１）が、可動ヨーク（５３）が最大半径Ｒから最小半径ｒの位置へと動く間に駆動プーリにエネルギーを放出するように構成されることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
4. フリーホイール（６）が駆動プーリ（３０）の一方向への回転動作を可能とするように構成されることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の装置。
5. 回転軸（３ａ）が入力駆動シャフト（１ａ）の交互回転動作によって駆動されるように構成され、ここで該装置が駆動シャフト（１ａ）の交互回転動作を回転軸（３ａ）の一方向回転動作に変換する動作変換部材（４）を備えることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の装置。
6. 駆動プーリ（３０）の最大半径Ｒと最小半径ｒの間の角度が２２０°ないし２７０°、好ましくは２４０°であることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の装置。
7. 回転装置（５４）が、１０００Ｎないし１５００Ｎのバネ力で駆動プーリと接触するように構成されることを特徴とする、請求項２ないし６のいずれか一項に記載の装置。
8. 中間体（３）およびエネルギー蓄積部材（５）が一体化部分を構成することを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の装置。
9. 入力駆動シャフト（１ａ）および駆動シャフト（２ａ）が平行であることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の装置。
10. 被駆動本体（２）が、変圧器またはリアクタの負荷時タップ切換装置の接点の作動部材と機械的に接続されていることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれか一項に記載の装置。
11. 被駆動本体が変圧器またはリアクタの負荷時タップ切換装置の接点を作動するように構成されている、回転動作を駆動本体から被駆動本体に伝達するための請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の装置の使用方法。
12. 回転軸（３ａ）からバネ装置の形態の機械的エネルギー蓄積部材（５）に機械的エネルギーを伝達することによって、およびバネ装置に蓄積された機械的エネルギーを駆動シャフト（２ａ）に伝達することによって、回転軸（３ａ）に接続されてそれを中心に回転可能な中間体（３）から、駆動シャフト（２ａ）によって駆動される本体（２）に、回転動作を伝達する方法であって、
    機械的エネルギーが、中間体（３）を介してエネルギー蓄積部材に、および該部材から伝達され、ここで該中間体が、引張／圧縮バネユニット（５１）として設計されたバネ装置の可動な一端に機械的に接続されている回転装置（５４）を駆動するか、またはそれによって駆動される、回転カム形状駆動プーリ（３０）として設計されていることを特徴とする方法。
13. ａ）回転装置（５４）が、駆動プーリ（３０）の最大半径Ｒから最小半径ｒへと動く間に駆動シャフト（２ａ）および被駆動本体（２）に回転動作を伝達しながら駆動プーリに回転動作を伝える段階、
    ｂ）駆動プーリ（３０）の回転動作が、駆動プーリの運動エネルギーが引張／圧縮バネユニット（５１）に伝達される間に０まで制動される段階、
    ｃ）駆動プーリ（３０）が、ラチェットギアによって駆動プーリの回転方向が変化することを防ぐフリーホイール（６）を用いて、静止状態に保たれる段階、
    ｄ）回転装置が、駆動プーリ（３０）の静止位置から、駆動プーリの最大半径Ｒが回転装置に到達するまで動いている間に、回転軸（３ａ）が駆動プーリに回転動作を伝え、上記到達すると即座に作動段階ａ）が開始する段階、
    を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の駆動動作伝達方法。
14. 回転軸（３ａ）が、動作伝達部材（４）を介して入力駆動シャフト（１ａ）によって駆動されて、入力駆動シャフト（１ａ）の交互回転動作を一方向回転動作に変換することを特徴とする、請求項１２または１３に記載の駆動動作伝達方法。
15. 作動段階ａ）ないしｂ）が、約０．２秒に亘る時間間隔内に起こることを特徴とする、請求項１３または１４に記載の駆動動作伝達方法。
16. 被駆動本体（２）が、変圧器またはリアクタの負荷時タップ切換装置の接点を作動することを特徴とする、請求項１２ないし１５のいずれか一項に記載の駆動動作伝達方法。

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