JP2016504716A - 特に高電圧または中電圧の回路ブレーカまたはスイッチのためのバネタイプ制御装置 - Google Patents

Abstract

制御装置は、このタイプの制御装置の機能要素の大部分を組み合わせた剛性の主要部品を具備する。この装置は回転シャフトの二つの部分（７Ａ，７Ｂ）から成り、回転軸線に対してオフセットしている旋回軸（５）により互いに接続されるカム（４）と支持アーム（６）とが、その間に配置される。内歯列を有する歯付きホイールが、ラチェットシステム（８）を備える支持アーム（６）の周囲に配置される。歯付きホイール（１）は、中間ギヤホイールを介してモータにより駆動される外歯列（３）を有する。旋回軸（５）は、アセンブリの回転によりアクチュエータバネの圧縮を制御する。この装置は、高電圧および中電圧の回路ブレーカおよびスイッチに適用可能である。

Description

本発明は、一つ以上のバネにエネルギーが蓄積されるタイプの「制御機構」としても知られ、高電圧または中電圧の回路ブレーカまたはスイッチのための「バネ制御機構」と一般に称され、フリーホイール連結装置つまりラチェットシステムを含む、アクチュエータアセンブリに関する。

高電圧または中電圧のスイッチおよび回路ブレーカ、特にガス絶縁スイッチギヤ（ＧＩＳ）のための回路ブレーカおよびスイッチには、バネタイプ制御装置が存在する。これらのタイプの制御装置は、スイッチまたは回路ブレーカ装置の可動接点を閉鎖および開放するのにトルクなどのエネルギーを使用する。三つの技術つまり油圧装置と空圧装置とバネ装置とが、このタイプの制御装置に使用される。本発明はバネタイプの装置に関する。そのため本発明はガス絶縁設備（ＧＴＳ）に適用可能であるが、空気絶縁設備にも、また屋内や屋外設備にも等しく適用されうる。

本発明の制御装置に関連する技術は、バネに負荷を加えるためのラチェットシステム、つまりフリーホイールシステムを、スイッチまたは回路ブレーカを制御するためのカムシステムと組み合わせる。

特許文献１は、スイッチギヤのためのバネタイプのエネルギー蓄積装置を記載している。 このタイプの装置では、ギヤホール１６と中間ギヤホイール３３と第１歯付きホイール５とを介して、モータが閉鎖バネ２２に連結される。閉鎖バネ２２は、三つの同軸ギヤホイールＡ，Ｂ，Ｃから成る第１歯付きホイール５に接続される。ギヤホイールＢは、その外周にわたって外歯列３５を有し、一方でギヤホイールＡおよびＣは、それぞれの円弧画分のみにわたってそれぞれの歯列３４ａ，３４ｂを備える。閉鎖バネに負荷が加えられている間に、モータ３は歯付きホイール１６を時計方向に駆動する。そのため、中間歯付きホイール３３は反対方向に駆動する。この中間歯付きホイール３３は第１歯付きホイール５と係合する。閉鎖バネ２２に充分な負荷が加えられると、無歯部３４により、中間歯付きホイール３３および歯付きホイール１６が、ともにモータ３によってギヤホイールＡとともに回転しなくなることが確実となる。無歯部３４はモータ３をギヤホイールＡから脱連結し、システムが強制的に停止された結果としてモータが破損することを防止する。

爪部４１ａ，４１ｂを有するラチェットシステムがギヤホイールＣに使用され、ギヤホイールＢの内歯３６と協働する。閉鎖バネに充分な負荷が加えられると、ギヤホイールＣはその無歯部３４ｂのため回転を停止する。それにもかかわらず、爪部４１ａ，４１ｂにより駆動されるギヤホイールＢはギヤホイールＢの内歯列と嵌合しなくなる。

こうして、閉鎖バネ２２の弛緩により、装置の閉鎖動作が行われうる。

この解決法は、閉鎖バネ２２に負荷を加えてスイッチの可動接点を駆動するために、少なくとも二つのギヤホイールＡおよびＢが組み合わせで使用されることを必要とする。ギヤホイールＡは、死点に達して閉鎖バネに充分な負荷が加えられるとギヤホイールＡを停止させるように機能する無歯部３４ａのため、必要とされる。ギヤホイールＢは、可動接点を駆動するのに必要である。

この解決法により、ギヤホイールＡおよびＢと中間歯付きホイール３３とラチェットシステムとが同時に作動する必要性のため、閉鎖作業は比較的ゆっくりと行われる。

特許文献２も、スイッチ用途のためにラチェットシステムを使用するバネ制御システムを記載していることが確認されるはずである。

提案された装置のすべてにおいて、装置の全体サイズは無視できない。残念ながら、比較的小型である制御装置を用意することが必要である。これは、スペースが制限される市街地区に設置されることの多い種類のガス絶縁スイッチについては、特に有利である。さらに、機構の故障リスクを回避するため、このような制御システムを形成する機械的可動部品の数を制限する必要がある。さらに、装置の小型化も改善することができる。

国際公開第２００８／１１７４３７号 米国特許第４４９１７０９号明細書

このため、本発明は主に、
回路ブレーカまたはスイッチの可動接点を動かすようにエネルギーを急速に供給するためのバネと、
バネに負荷を加えるのに必要とされるエネルギーを伝達するための回転シャフトと、
外歯列を介してエネルギーを受容するとともに、バネに負荷を加えながら回転シャフトを駆動するように機能する歯付きホイールと、
歯付きホイールと回転シャフトとを連結および脱連結するためのラチェットシステムと、
バネにより供給されるエネルギーを可動接点へ伝達するための、回転シャフトに固定されるカムと、
回転シャフトに固定されるとともにラチェットシステムを支持する支持アームであって、歯付きホイールがバネアームの周囲に配置される、支持アームと、
アームに締結される旋回軸であって、回転軸に対して軸方向にオフセットするとともにバネに機械的に接続される旋回軸と、
を備えるバネタイプ制御装置を提供する。

本発明によれば、回転シャフトとカムと支持アームと旋回軸とが単一のクランクシャフト形状部品を形成し、旋回軸は、支持アームとカムとの間でこの部品セットの中央に配置され、旋回軸は、接続ロッドなど、旋回軸上の旋回点に取り付けられた他端部を有する加負荷ロッドにより、バネの一端部に接続され、回転シャフトは、一方がカムの側、他方が支持アームの側にある二つの部分を有する。

発明の主な実施形態において、支持アームは、角度オフセットした少なくとも三つのブランチを有する。ブランチの周面は、歯付きホイールの内歯列の歯先と接触することにより歯付きホイールを支持する。ラチェットシステムが支持アームのブランチの一つに配置されて、歯付きホイールの内歯列と協働する。

本発明の他の主な態様は、上述の装置を使用する回路ブレーカおよびスイッチである。

本発明と、その様々な技術的特徴は、四つの図を伴う以下の説明を読むことでより良く理解されうる。

本発明の装置の大部分の斜視図である。 歯付きホイールの側から見た本発明の装置の一部分の正面図である。 本発明の装置の大部分の側面図である。 全体が示された本発明の装置の側面図である。

図１は、エネルギー供給バネと、図１に示された要素へバネを接続する加負荷接続ロッドとを除いた、本発明の装置を示す。この図に示された主な要素の中には、内歯列２と外歯列３とを有する歯付きホイール１が見られる。外歯列３は、歯付きホイール１の外歯列３と係合する歯付きギヤホイール（不図示）を介してモータにより送達されるものなど、バネに負荷を加えるためのエネルギーを受容するように機能する。図１はまた、嵌合または脱嵌合のため電気設備の可動接点を起動させるのに使用される機能的外面４Ａを有するカム４を示す。カム４は、シャフト区分により構成される旋回軸５を介して、歯付きホイール１の内側に配置された支持アーム６に接続されている。支持アーム６の機能の一つは、ホイールを支持することである。図１に示された実施形態において、支持アーム６は三つのブランチ６Ｂを有する星の形状であるが、これは一例に過ぎず、四つのブランチ６Ｂまたはそれ以上を備える実施形態も考えられる。支持アーム６の外面６Ａは、歯付きホイール１の内歯列２の歯先との接触が可能でなければならない。

これら四つの要素により構成されるアセンブリのいずれの側にも、装置の回転シャフトが二つの部分７Ａおよび７Ｂとして設けられている。これら二つの部分７Ａおよび７Ｂは同軸であり、ベアリングにより支持されるように設計されている。旋回軸５は、回転シャフト７Ａ，７Ｂから軸方向にオフセットしている。

こうして、回転シャフト７Ａ，７Ｂとカム４と旋回軸５と支持アーム６とが単一部品として構成および製造されることが分かる。このユニットは、クランクシャフトの一般形状を有する。当然、このユニットを成す様々な要素は、相互に対する移動が防止されている。

歯付きホイール１の側部には、歯付きホイール１の全周にわたって延在する内縁部１Ａが見られる。こうして側縁部１Ａの内径より大きな全体直径のアーム６に対してホイールが位置決めされうる。

旋回軸５は、電気設備を開放または閉鎖するのに必要とされるエネルギーを送達するため、図１に示されたユニットを一つ以上のバネに機械的に接続するように機能する。実施形態の描写を単純にするため、図１にはバネが示されていない。それでも、旋回軸５は、同様に示されていない接続ロッドを介して、図１に示された要素セットにより伝達されるエネルギーを圧縮バネに伝えるように機能する。

支持アーム６のブランチ６Ｂの一端部に旋回式に取り付けられる爪部８は、歯付きホイール１の内歯列２と協働してラチェットシステムを形成する。爪部８の端部はこうして、歯付きホイール１の内歯列２の２本の歯の間に挿通される。ホイールが時計方向に回転すると、爪部８は、歯付きホイール１の内歯列２の２本の歯の間に嵌合する。このような状況で、回転シャフトの両方の部分７Ａおよび７Ｂと支持アーム６とカム４とが、歯付き歯車１とともに同じ量だけ時計方向に回転する。

対照的に、支持アーム６が時計方向に回転すると、爪部８は歯付き歯車１の内歯列２から脱嵌合しようとする。こうして、支持アーム６に固定されたアセンブリは、機械的モーメントまたはエネルギーを歯付きホイール１へ伝達しなくなる。

ラチェットシステムの存在は、バネに負荷を加えるために必要である。バネに負荷を加えるこの段階は、補助ホイール（不図示）によって歯付きホイール１を時計方向に駆動する電動モータによって実施される。やはりバネに負荷を加えている間に、爪部はこうして歯付きホイール１の内歯列２の２本の歯の間に嵌合したままであり、図１に示された要素のすべてが時計方向にともに回転する。こうして、旋回軸５は、閉鎖バネを圧縮するように機能する動きを接続ロッドに伝達できる。

この回転アセンブリが下死点に達する時に閉鎖バネに負荷を加える、つまり接続ロッドが閉鎖バネと整合状態にある時にはバネは弛緩する。それから、旋回軸５および支持シャフトを、前と同じ回転方向であるが非常に高い速度で駆動する。この支持アームの回転加速の結果、爪部８はホイール１の内歯列２の歯から脱嵌合する。そのためホイール１は回転駆動されず、衝撃を駆動モータへ伝達しない。

図２は、ラチェット装置および歯付きホイール１とともに支持アーム６をより明瞭に示し、このホイールは支持アームの周囲に配置されている。

ラチェットシステムは、以下のように作動する。爪部８は、小型の旋回ピン９によって支持アーム６のブランチの一端部で旋回するように取り付けられている。この旋回接続によって、爪部８は二つの位置を取りうる。図２で示された位置は、歯付きホイール１の内歯列２の２本の歯の間に爪部８が嵌合している位置である。この位置で、支持アーム６と歯付きホイール１とは一緒に回転する。第２位置は、爪部８がその旋回軸線９を中心として反時計方向に旋回した位置である。この第２位置で、爪部８は歯付きホイール１の内歯列２から脱嵌合する。その結果、相互の間で力または機械的モーメントを伝えることなく、支持アーム６と歯付きホイール１とが相互に対して独立して回転可能である。

図２はまた、カム４と歯付きホイール１の内縁部１Ａとを示す。

図３は、単一の機械部品を構成する装置の要素、つまり回転シャフトの二つの部分７Ａおよび７Ｂとカム４と旋回軸５と支持アーム６との大部分のクランクシャフト形状を明瞭に示す。

カム４と支持アーム６との間に配置される旋回軸５は、回転シャフト７Ａ，７Ｂに対して軸方向にオフセットしている。ゆえに、回転シャフト７Ａおよび７Ｂの回転中に、図３の軸線に垂直な軸線に対する旋回軸５の位置が変化することが分かる。この位置変化は、閉鎖バネの圧縮の変化に対応する。

図４は、図３に示されたアセンブリ、つまり回転シャフト７Ａ，７Ｂと、カム４と、旋回軸５と、歯付きホイール１に隠された支持アームとを示している。接続ロッド１１は、第１端部１１Ａで旋回軸５に旋回式に取り付けられている。第２端部１１Ｂでは、閉鎖バネ１０の第１端部１０Ａが配置されたプレート１２に接続され、このタイプの実施形態ではバネはコイルバネである。バネ１０の第２端部１１Ｂは静止状態であることが確認されるはずである。

回転シャフト７Ａ，７Ｂの一回転の間に、図４の平面に垂直で回転シャフト７Ａ，７Ｂの回転軸線を含む平面に対する旋回軸５の位置が変化することが容易に理解されうる。回転シャフト７Ａ，７Ｂのいずれかの方向での回転は、旋回軸５を図４よりも上昇させ、これにより、バネが配置されているプレート１２を上昇させることにより閉鎖バネ１０を圧縮する。

＜発明の利点＞
こうして、本発明の制御装置は、カム４と、旋回軸５と、支持アーム６と、そのラチェットシステムとを回転シャフト７Ａ，７Ｂとともに単一の剛性要素として組み合わせることを提案する。例えば、制御システムとバネとの間の伝達チェーンなど、先行技術装置で使用される様々な機械的要素が回避される。これは、故障リスクの激減とともにアセンブリの小型化につながる。

１：歯付きホイール
１Ａ：内縁部
２：内歯列
３：外歯列
４：カム
４Ａ：外面
５：旋回軸
６：支持アーム
６Ａ：外面
６Ｂ：ブランチ
７Ａ，７Ｂ：回転軸部分
８：爪部
９：旋回ピン
１０：閉鎖バネ
１０Ａ：閉鎖バネ第１端部
１０Ｂ：閉鎖バネ第２端部
１１：接続ロッド
１１Ａ：接続ロッド第１端部
１１Ｂ：接続ロッド第２端部
１２：プレート

Claims (4)

1. バネタイプの制御装置であって、
   回路ブレーカまたはスイッチの可動接点を動かすようにエネルギーを急速に供給するためのバネ（１０）と、
   前記バネ（１０）に負荷を加えるのに必要とされるエネルギーを伝達するための回転シャフト（７Ａ，７Ｂ）と、
   前記バネ（１０）により供給される前記エネルギーを、外歯列（３）を介して受容するとともに、前記バネ（１０）に負荷を加えながら前記回転シャフト（７Ａ，７Ｂ）を駆動するように構成された歯付きホイール（１）と、
   前記歯付きホイール（１）と前記回転シャフト（７Ａ，７Ｂ）とを連結および脱連結するためラチェットシステムと、
   前記バネ（１０）により供給されたエネルギーを前記回路ブレーカまたはスイッチの前記可動接点へ伝達するための、前記回転シャフト（７Ａ，７Ｂ）に固定されるカム（４）と、
   前記ラチェットシステムを支持するように前記回転シャフト（７Ａ，７Ｂ）に固定されるとともに、前記歯付きホイール（１）が周囲に配置される支持アーム（６）と、
   前記支持アーム（６）に締結され、前記回転シャフト（７Ａ，７Ｂ）に対して軸方向にオフセットしており、前記閉鎖バネ（１０）に機械的に接続される旋回軸（５）と、
   を備える装置において、
   前記回転シャフト（７Ａ，７Ｂ）と前記カム（４）と前記支持アーム（６）と前記旋回軸（５）とが、クランクシャフト形状の単一部品を構成し、
   前記旋回軸（５）が前記カム（４）と前記支持アーム（６）との間の中央に配置され、 前記旋回軸（５）が、接続ロッド（１１）により前記バネ（１０）の第１端部（１０Ａ）に接続され、
   前記接続ロッドが、前記旋回軸（５）に旋回式に接続される第１端部（１１Ａ）を有するとともに、前記バネ（１０）の前記第１端部（１０Ａ）に接続される第２端部（１１Ｂ）を有し、
   前記回転シャフト（７Ａ，７Ｂ）が二つの部分（７Ａ，７Ｂ）から成り、前記二つの部分の一方（７Ａ）が前記カム（４）の側にあるとともに、前記二つの部分の他方（７Ｂ）が前記支持アーム（６）の側にあることを特徴とする装置。
2. 前記支持アーム（６）が、角度オフセットした少なくとも三つのブランチ（６Ｂ）を備え、
   前記周面（６Ａ）が、前記内歯列（２）の歯先と接触することにより前記歯付きホイール（１）を支持し、
   前記ラチェットシステムが前記ブランチの一つに配置されて、前記歯付きホイール（１）の前記内歯列（２）と協働することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の制御装置を含むことを特徴とする、バネタイプシステムを用いた回路ブレーカ。
4. 請求項１または請求項２に記載の制御装置を含むことを特徴とする、バネタイプシステムを用いたスイッチ。

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