JP2014532295A - タップ切換器を稼働させるためのモータ駆動部 - Google Patents

Abstract

本発明は、駆動モータと電動歯車装置と制御歯車装置とから構成されるタップ切換器を稼働させるためのモータ駆動部に関する。この場合、少なくとも１つの無線方式用弾性表面波センサと、１つの回転子アンテナと、１つの固定子アンテナ（９）とから構成される、トルクを検出するための手段が、このモータ駆動部のハウジング内に設けられている。

Description

本発明は、トルクを検出するための手段を有する、タップ切換器を稼働させるためのモータ駆動部に関する。

負荷の切り換えの全期間中にタップ切換器を監視することによって正確な機能を保証するためには、当該監視が非常に需要な課題であることが、独国特許第１９７４４４６５号明細書から既に公知である。一般に、当該監視は、トルクの経時変化を検出し、当該タップ切換器のその都度の実際の位置を位置検出し、当該検出された値対を予め記憶された値と比較することによって実現される。したがって、当該トルクの経時変化は、各負荷時タップ切換器ごとに、電流の実効値と電圧の実効値とを用いて電動部の有効電力を求めることによって算出される。

一般に、電気モータが、電動歯車装置と傘歯車装置とウォーム歯車装置とを介してタップ切換器を稼働させる。これらの歯車装置は、シャフトを通じて互いに連結されていて、且つ異なる歯車比及び伝達効率を有する。当該２つの要因は、測定されるトルクの経時変化に影響する。

温度が、電動歯車装置の伝達効率に非常に大きく影響する。この電動歯車装置は、ベルト伝動装置として形成されているので、高い温度のときに、ベルトが空転し、伝達効率が低下し、トルクの経時変化が、誤って測定される。０℃未満の稼働温度でも、当該ベルト伝動装置が、誤差源になる。図１は、−２０℃の下で、第１切換工程のモータ駆動部で測定されるトルクの一般的な経時変化を大まかに示す。横軸が、時間ｔを示し、縦軸が、トルクＭを示す。時点Ａが、当該切換工程の開始を示す。当該トルクは、この時点後に最初に非常に急激に上昇する。当該トルクの最初の非常に急激な上昇は、特に、電動歯車装置のベルトが非常に低温であり、そのじん性が高く、電気モータが、最初にこの抵抗に打ち勝つ必要があることに起因する。ウォーム歯車装置及び傘歯車装置内の潤滑剤も、この温度の下で抵抗を発生させる。この抵抗は、当該ベルトの抵抗と比べて非常に小さい。当該第１の抵抗に打ち勝った後に、当該トルクは、時点Ｂまで減少し続ける。当該トルクの経時変化は、時点Ｂと時点Ｃとの間で再び上昇する。しかしながら、このトルクの経時変化は、当該切換工程の開始に対する値と同じでない値に相当する。すなわち、この上昇は、蓄勢機構が、そのばね力を解放する直前にそのばね力を完全に蓄勢するためにより多くのエネルギーを必要とすることに起因する。この蓄勢機構の当該解放後と、当該解放に関連する切換工程後とに、そのトルクが、当該切換工程の終了を示す時点Ｃまで減少し続ける。

上記蓄勢機構によって引き起こされた第２の上昇が、１回の切り換えのトルクの経時変化に対して固有である一方で、時点Ａと時点Ｂとの間の第１の上昇は、常に温度に依存し、したがって一定でなく且つ計算できない。このことは、特に図２において明確に認識することができる。この図２には、連続して３０回切り換えた後に測定されたトルクの経時変化が示されている。時点Ｄと時点Ｅとの間のトルクの経時変化の小さい第１の上昇が、非常に明白に容易に認識できる。当該小さい第１の上昇は、特に電動歯車装置のベルトが、稼働温度に達しているので、モータ駆動部が、より少ない電力しか必要としないことに起因する。また、当該より少ない電力は、トルクの経時変化において示されている。時点Ｅと時点Ｆとの間の曲線の経時変化が、時点Ｂと時点Ｃとの間の経時変化に類似することも、明確に認識することができる。したがって、温度変動が、蓄勢機構にほとんど影響しないことが確認され得る。

例えば、蓄勢機構内の駆動軸又は構造部品の破損のような機能障害を確認できるようにするため、限界値が、個々の時区間に割り当てられる。これらの限界値を超えると、機能障害と判断される。切換工程の開始に対する大きい変動に起因して、上記第１切換工程が、機能障害と判断されないように、これらの限界値は、非常に高く設定される必要がある。しかし、全ての構造部品が、稼働温度に達すると、当該限界値は非常に高いので、当該限界値未満の機能障害は、もはや検出可能でない。

駆動装置内に組み込まれた歯車装置が、測定誤差に影響することも、従来の技術の欠点である。当該測定誤差は、個々の伝達効率と歯車比との積によって決定され、温度変化時に大きく変動しうる。当該測定誤差の大きい変動は、特に電動歯車装置の値に対して成立する。

モータ駆動部の有効電力を通じてトルクの経時変化を算出するときの別の誤差源は、そのモータ駆動部自体である。このモータ駆動部の個々の部品が、世界中から入手されるので、そのメーカーは、一定の特性値を有する機器を提供できない。

したがって、正確な測定結果を保証できるようにするためには、これらの変動も考慮される必要がある。

独国特許第１９７４４４６５号明細書

本発明の課題は、電動歯車装置の、測定誤差に作用する要因を排除するように、トルクの検出が確実に機能し、より正確な測定結果を提供し、温度の影響を考慮した、トルクを検出するための手段を有するモータ駆動部を提供することにある。

この課題は、請求項１に記載の特徴を有するタップ切換器用のトルクを検出するための手段を有するモータ駆動部によって解決される。

本発明は、トルク検出装置をタップ切換器に対してより近くに配置し、温度に関係なく測定を実施し、電動歯車装置の要因を排除するという概念に基づいている。

以下に、本発明を図面に基づいて説明する。

より長い停止の後に、−２０℃の下で切り換えるときの、モータ駆動部のトルクの、一般的な経時変化を示す。 ３０回の切り換えの後に、−２０℃の下で切り換えるときの、モータ駆動部のトルクの、一般的な経時変化を示す。 電動歯車装置と制御歯車装置と駆動モータとトルクを検出するための手段とを有する本発明のモータ駆動部を示す。

図３には、電動歯車装置２と駆動モータ３と制御歯車装置４とを有するモータ駆動部１が示されている。駆動モータ３によって駆動される第１駆動軸５が、電動歯車装置２内に存在する。この駆動軸５は、第１駆動プーリ６に機械式に結合されている。さらに、第２駆動軸７が、同様に電動歯車装置２内に存在する。この第２駆動軸７は、第２駆動プーリ８に機械式に結合されている。さらに、この第２駆動軸７は、制御歯車装置４と図示されなかったタップ切換器とを駆動させる。この第２駆動軸７は、同様に図示されなかったパワートレインを介してタップ切換器に連結されている。

上記駆動プーリ６，８は、ベルト９を介して連結されているので、このベルト９は、駆動モータ３からの回転運動を伝達させる。図示されなかった、駆動軸５，７を軸支するために必要な手段、例えばころ軸受が、ハウジング１０に取り付けられている、又はこのハウジング１０に組み込まれている。

少なくとも１つの無線方式用弾性表面波センサ１１が、第２駆動軸７上に取り付けられている。このセンサ１１は、いわゆるワイヤレス弾性表面波センサ（ＳＡＷセンサ）である。当該無線方式用弾性表面波センサ１１は、回転子アンテナ１２に導電接続されている。この無線方式用弾性表面波センサ１１は、半径方向に形成されていて、且つ駆動軸７に機械式に結合されている。駆動軸方向に離間して円盤状に半径方向に形成された固定子アンテナ１３が、当該回転子アンテナ１３に相対して配置されている。この固定子アンテナ１３は、ハウジング１０内に固定式に設置されている。エネルギー伝送及びデータ伝送が、この回転子アンテナ１２とこの固定子アンテナ１３とを通じて電磁式に実施される。

トルクの経時変化を測定するときに、電動歯車装置を除外すると、非常に有益である。この電動歯車装置の出力結果の測定が、温度の影響をほとんど受けない、より正確な誤差分析を可能にする。さらに、電動歯車装置の伝達効率及び歯車比の、測定誤差に影響する要因が排除される。モータの誤差要因も、もはや考慮される必要がない。さらに、時間と共に変化する許容差、及び、電動歯車装置の機械部品の摩耗が考慮される必要がない。すべり接触又は直接の係合連結と比べて、上記の非接触式のエネルギー伝送及びデータ伝送は、整備をほとんど必要としない。

さらに、駆動軸７の温度を無線方式用弾性表面波センサ１１によって測定することも可能である。このため、トルクの経時変化の測定値が、温度に依存する要因によって補正され得る。より正確な値が入手され得る。したがって、負荷時タップ切換器の監視時の信頼性がより向上する。

１ モータ駆動部
２ 電動歯車装置
３ 駆動モータ
４ 制御歯車装置
５ 駆動軸
６ 駆動プーリ
７ 駆動軸
８ 駆動プーリ
９ ベルト
１０ ハウジング
１１ 無線方式用弾性表面波センサ
１２ 回転子アンテナ
１３ 固定子アンテナ

負荷の切り換えの全期間中にタップ切換器を監視することによって正確な機能を保証するためには、当該監視が非常に需要な課題であることが、独国特許第１９７４４４６５号明細書から既に公知である。一般に、当該監視は、トルクの経時変化を検出し、当該タップ切換器のその都度の実際の位置を位置検出し、当該検出された値対を予め記憶された値と比較することによって実現される。したがって、当該トルクの経時変化は、各負荷時タップ切換器ごとに、電流の実効値と電圧の実効値とを用いて電動部の有効電力を求めることによって算出される。
国際特許出願の国際公開第２０１１／０２９４９４号パンフレットは、変圧器の検査中にタップ切換器又はタップ選択器を検査するための検査駆動装置を開示する。この検査駆動装置は、サーボモータを有する。このサーボモータは、歯車装置を介してアダプタに作用する。このアダプタは、当該検査中にタップ切換器又はタップ選択器の上側の歯車段に係合連結可能である。
複数の表面音響波センサの使用方法が、独国特許出願公開第１０３１５２０４号明細書から既に公知である。これらの表面音響波センサは、タップ切換器の切換中に稼働状態を連続して検出する過程で及び／又は摩耗状態を散発的に検出する過程で、タップ切換器を検査する手段と一緒にタップ切換器で使用される。これらの表面音響波センサは、タップ切換器の内部の様々な位置に取り付けられている。
独国特許第１９５４６２５１号明細書は、電気機械式に稼働される切換装置用の切換位置表示装置を開示する。当該切換位置表示装置は、少なくとも１つの弾性表面波素子（ＯＦＷ素子）と、この弾性表面波素子と相互作用する１つの高周波送信機とによって実現される。これらの弾性表面波素子はそれぞれ、切換装置の、切り換え時に相対移動される複数の構成要素に固定されている。この高周波送信機は、制御装置と交信するためにアンテナに接続され得る。このアンテナは、密封ハウジングの内部又は密封ハウジングの外面に存在する。
独国特許第１０２００８０１９４７２号明細書は、ポンプ固定子を有する真空ポンプと、ポンプ回転子とを開示する。このポンプ回転子は、トランスポンダを有する。このトランスポンダは、このポンプ固定子の読取機を通じて読み取り可能である。このポンプ回転子は、稼働データを検出するための複数のセンサと、１つの記憶装置とを有する。この記憶装置は、当該測定された稼働データの履歴又は耐用寿命特性を記憶する。こうして、その都度の回転子の摩耗度が決定され、この回転子内に記憶される。したがって、この回転子は、整備に関する全情報を有する。この回転子が、別の真空ポンプ内に組み込まれるときでも、この回転子に関する当該情報は、この回転子内に存在し続ける。

独国特許第１９７４４４６５号明細書 国際公開第２０１１／０２９４９４号パンフレット 独国特許出願公開第１０３１５２０４号明細書 独国特許第１９５４６２５１号明細書 独国特許出願公開第１０２００８０１９４７２号明細書

Claims (4)

1. タップ切換器を稼働させるためのモータ駆動部（１）であって、
   前記駆動部（１）は、電動歯車装置（２）と制御歯車装置（４）とを駆動させる駆動モータ（３）を有し、
   前記電動歯車装置（２）は、第１駆動軸（５）に機械式に結合されている第１駆動プーリ（６）を有するこの第１駆動軸（５）と、第２駆動軸（７）に結合されている第２駆動プーリ（８）を有するこの第２駆動軸（７）とを備え、前記第１駆動軸（５）は、前記駆動モータ（３）に結合されていて、前記第２駆動軸（７）は、パワートレインと前記制御歯車装置（４）とを介して前記タップ切換器に結合されていて、
   前記第１駆動プーリ（６）と前記第２駆動プーリ（８）とは、ベルト（９）を介して互いに連結されていて、
   前記電動歯車装置（２）は、ハウジング（１０）を有する当該モータ駆動部（１）において、
   トルクを検出するための手段が、前記ハウジング（１０）内に設けられていること、
   前記トルクを検出するための手段は、少なくとも１つの無線方式用弾性表面波センサ（１１）と１つの回転子アンテナ（１２）と１つの固定子アンテナ（１３）とから構成されること、
   前記少なくとも１つの無線方式用弾性表面波センサ（１１）は、前記第２駆動軸（７）上に固定されていること、
   前記少なくとも１つの無線方式用弾性表面波センサ（１１）に導電接続されている前記回転子アンテナ（１２）は、前記第２駆動軸に固定されていること、及び
   駆動軸方向に前記回転子アンテナ（１２）に対して離間した前記固定子アンテナ（１３）は、前記ハウジング（１０）内に固定式に配置されていることを特徴とするモータ駆動部（１）。
2. 前記電動歯車装置（２）は、傘歯車装置、ウォーム歯車装置又はギヤホイール歯車装置として形成されていることを特徴とする請求項１に記載のタップ切換器を稼働させるためのモータ駆動部（１）。
3. エネルギー伝送及びデータ伝送が、前記少なくとも１つの無線方式用弾性表面波センサ（１１）に非接触式にリンク可能であるように、当該エネルギー伝送及びデータ伝送が、前記回転子アンテナ（１２）と前記固定子アンテナ（１３）とを通じて電磁式に実施されることを特徴とする請求項１又は２に記載のタップ切換器を稼働させるためのモータ駆動部（１）。
4. 前記少なくとも１つの無線方式用弾性表面波センサ（１１）は、さらに温度を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のタップ切換器を稼働させるためのモータ駆動部（１）。

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