JP2016519403A - 新規の高圧電気スイッチ用オンオフ伝動装置 - Google Patents

Abstract

本発明は新規の高圧電気スイッチ用オンオフ伝動装置を提供する。本装置は、導電ロッドと、導電ロッドの往復運動を行わせるスイッチ駆動機構とを備える。絶縁層が導電ロッドの周壁を被覆する。本発明は、両側の出力端子間に、固体絶縁層によって外側が覆われる導電ロッドを設計する。絶縁導電ロッドの一端が遮断素子の可動コンタクトに直接接続され、一方、導電ロッドの他端が摺動式導電アセンブリを介して摺動によって出力端子に接続される（導電ワイヤが接続されているフレキシブル継手も用いることができる）。絶縁主軸及び絶縁クランクアームは回転及び揺動して、導電ロッドの直線的な往復運動を行わせる。それにより、絶縁テンションポール、導電クリップ、及びフレキシブル継手等の余分な素子の使用が回避され、コンタクト圧縮ばね板は外部が絶縁された導電ロッドに直接適用される。その上、絶縁部分は導電ロッドの外側に直接設けられ、これにより、製造コストを削減するだけでなく、全体の構造がコンパクト化、単純化及び小型化するとともに、取外し及びメンテナンスがより便利になる。【選択図】図１

Description

本発明は電力の高圧スイッチの分野に関し、より詳細には、新規の高圧電気スイッチ用オンオフ伝動装置に関する。

近年、高圧スイッチの開発傾向は、エネルギーの節約及び環境保護に向けて、高い信頼性を有しかつメンテナンスがほとんど／全くいらない装置を研究及び開発すること、並びに、小型で大容量で共通のボックス型を有する技術及び製品に集中していることである。高圧スイッチのアクチュエーターに対する何年もの研究及び開発により、高圧スイッチのアクチュエーターの基礎理論及び構造は新たなレベルに達している。しかし、従来のスイッチの伝動構造、導電回路、及び絶縁構造は別個となるように設計される。このことは、以下の制限をもたらす場合がある。

１）主回路の遮断素子に小さい真空遮断器を装備する場合があるが、真空遮断器は大気にさらされる可能性があり、界面及び接地を実現する絶縁ボックス又は絶縁バリアの要件が生じる。これにより、構成が複雑かつ重量が大きくなり、製造のプロセスが困難かつコストが大きくなる。

２）従来の一次導電回路は、可動遮断コンタクト、導電クリップ、フレキシブル継手（connection）、導電ロッド、及び出力端子を含む複数の素子から構成される。そのため、導電クリップ、フレキシブル継手、及び導電ロッドを備える一次導電回路は、複雑な構造、高いコンタクト抵抗、大きい発熱、及び低い電流容量（flow capacity）を有する。その上、フレキシブル継手の動作形状の制限により、電界分布が不均一になり、大きすぎる局所的な電界の強さを生じる傾向があり、これにより、絶縁性が破壊される結果となる。

３）従来の伝動部分は、絶縁テンションポールと導電回路との接続及び伝動によって高圧絶縁を以下のように実施することができる。すなわち、一次導電部分から離れるように主軸を移動する絶縁テンションポールによって絶縁能力を確実にする。揺動アーム及び絶縁テンションポールの２つの群から構成される伝動システムは、複雑な伝動構造及び非常に多くの部品を有し、分解及び修理（debug）を難しくする。

本発明の目的は新規の高圧電気スイッチ用オンオフ伝動装置を提供することである。この装置は、一次導電回路及び伝動機構を単純化し、スイッチの重量を低減し、高圧電気スイッチのコストを削減することができる。

本発明は以下の技術体系を採用する。

新規の高圧電気スイッチ用オンオフ伝動装置が、導電ロッドと、該導電ロッドの往復運動を行わせるスイッチ駆動機構とを備え、絶縁層が前記スイッチ駆動機構のコンタクト面と前記導電ロッドとの間に配置される。

前記絶縁層は前記導電ロッドの周壁を覆う絶縁ブッシュであり、前記導電ロッドの一端が前記高圧スイッチの可動遮断コンタクトに電気的に接続し、一方、前記導電ロッドの他端が、前記可動遮断コンタクトに対応する前記高圧スイッチのそれぞれの出力端子に電気的に接続する。

本装置は、前記導電ロッドと前記可動遮断コンタクトとの間のコンタクト圧力を緩衝及び維持するコンタクトばねも有し、該コンタクトばねは前記可動遮断コンタクトに接続する前記導電ロッドの端部に配置される。

前記スイッチ駆動機構は、アクチュエーターと、伝動ロッドと、駆動主軸とを備え、前記アクチュエーターは出力クランクアームを介して前記伝動ロッドの一端につながっており、一方、前記伝動ロッドの他端が入力クランクアームを介して前記駆動主軸の端につながっており、両耳型フォークアーム（double-eared fork arm）が前記駆動主軸に配置され、該駆動主軸は前記両耳型フォークアームを介して前記導電ロッドの往復運動を行わせる。

前記導電ロッドは前記高圧スイッチの可動コンタクトの出力端子と同軸であり、前記導電ロッドと前記可動コンタクトの前記出力端子との間には摺動式電気接続が存在する。

前記絶縁ブッシュと前記導電ロッドとの間は締まり嵌めになっており、前記コンタクトばねは前記絶縁ブッシュの外面を覆い、クリーページエクステンダー（creepage extender）が前記絶縁ブッシュの前記可動遮断コンタクトの端に近い前記外面に配置され、前記コンタクトばねの一端が前記クリーページエクステンダーの端に押し付けられ、一方、前記コンタクトばねの他端が摺動式圧縮ばね板を介して前記両耳型フォークアームに対抗するとともにつながっている。

前記絶縁ブッシュと前記導電ロッドとの間は摺動式の隙間嵌めになっており、前記絶縁ブッシュの遮断素子の前記可動コンタクトに近い端部が外方に隆起して絶縁カバーとなり、前記可動コンタクトばねは前記絶縁カバー内で前記導電ロッドを覆い、前記コンタクトばねの一端が前記絶縁カバーの端面に固定され、一方、前記コンタクトばねの他端が前記導電ロッド上に隆起している制限ステップ（limiting step）に固定される。

前記両耳型フォークアームは、鋳ぐるみされた絶縁材（cast insulation coating）を有するとともに、一体的な弓状遷移部を有する。

本発明は、両側の出力端子間に、固体絶縁層によって外側が覆われる導電ロッドを設計する。絶縁導電ロッドの一端が遮断素子の可動コンタクトに直接接続され、一方、導電ロッドの他端が摺動式導電アセンブリを介して摺動によって出力端子に接続される（導電ワイヤが接続されているフレキシブル継手も用いることができる）。絶縁主軸及び絶縁クランクアームは回転及び揺動して、導電ロッドの直線的な往復運動を行わせる。それにより、絶縁テンションポール、導電クリップ、及びフレキシブル継手等の余分な素子の使用が回避され、コンタクト圧縮ばね板は外部が絶縁された導電ロッドに直接適用される。その上、絶縁部分は導電ロッドの外側に直接設けられ、これにより、製造コストを削減するだけでなく、全体の構造がコンパクト化、単純化及び小型化するとともに、取外し及びメンテナンスがより便利になる。

本発明に係る一実施形態の構造図である。 本発明に係る別の実施形態の構造図である。 図１における本発明に係る実施形態の垂直方向の図である。

ここで図１を参照すると、新規の高圧電気スイッチ用オンオフ伝動装置が、導電ロッド２と、導電ロッド２の往復運動を行わせるスイッチ駆動機構とを備え、絶縁層がスイッチ駆動機構のコンタクト面と導電ロッドとの間に配置される。絶縁層は導電ロッド２の周壁を覆う絶縁ブッシュ３である。導電ロッド２の一端が高圧スイッチの可動遮断コンタクト７に電気的に接続している。一方、導電ロッド２の他端は、可動遮断コンタクト７に対応する高圧スイッチのそれぞれの出力端子１３に電気的に接続している。

本装置は、導電ロッド２と可動遮断コンタクト７との間のコンタクト圧力を緩衝及び維持するコンタクトばね５も有する。コンタクトばね５は、可動遮断コンタクト７に接続する導電ロッド２の端部に配置される。

スイッチ駆動機構は、アクチュエーター２２と、伝動ロッド２３と、駆動主軸２５とを備える。アクチュエーター２２は出力クランクアーム２１を介して伝動ロッド２３の一端につながっている。一方、伝動ロッド２３の他端は入力クランクアーム２４を介して駆動主軸２５の一端につながっている。両耳型フォークアーム２６が駆動主軸２５に配置され、駆動主軸２５は両耳型フォークアーム２６を介して導電ロッド２の往復運動を行わせる。

本装置の取付け中、図３に示すように、スイッチ駆動機構が最初に取り付けられる。駆動主軸２５の一端は、主軸の取付け穴１内に配置し、基部を固定することができる（ハウジング（house）の設計中に予め決めることができる）。一方、駆動主軸２５の他端はフランジ１４によって固定することができる。駆動主軸２５は硬質な金属の骨組みと外部の固体絶縁被覆構造とを有し、絶縁層はエポキシ樹脂によって一体的に鋳ぐるみされる。エポキシ樹脂の組成は、主軸の絶縁能力だけでなく伝動主部としての機械的強度も確実にすることができる。単純な組立て及び製造を達成するために、両耳型フォークアーム２６も、鋳ぐるみされた絶縁材を有する。一体的な弓状遷移部により、金型から取り出すプロセスをより簡単にし、角部に加わる力をより均一にすることができる。従来の高圧スイッチのほとんどは共通のボックス型であるので、絶縁ステップは、必要な場合、両耳型フォークアーム２６の両側に付加される。これにより、力を伝達するだけでなく、絶縁ブッシュ３のより確実な絶縁効果及び良好な外観を実現することもできる。

次に、導電ロッド２が取り付けられる。オーバーストローク圧縮ばね板アセンブリ（すなわち、コンタクトばね５及び摺動式圧縮ばね板４）が装備されている導電ロッド２を、器具によって駆動主軸２５の両耳型フォークアーム２６の一方の側に取り付ける。摺動式圧縮ばね板４が装備される場合、摺動式圧縮ばね板４が設けられている側には絶縁ステップを構成する必要がない（両耳型フォークアーム２６は摺動式圧縮ばね板４に直接作用する）。導電ロッド２は硬質な導電骨組みと外部の固体絶縁被覆構造とを有する。硬質な導電骨組みは良好な導電性を有する導電体であり、また、外部被覆に摺動式圧縮ばね板４が装備されるので、部分的な加工を利用して、金型の寸法を低減することができ、製造をより単純にすることができ、投資コストを削減することができる。特に、外部絶縁層の部分は導電ロッド２の骨組みに鋳ぐるみしてもよく、ここでは、絶縁材料は良好な電気絶縁性、機械的性質、及び熱安定性を有するものとする。コンタクトばね５及び摺動式圧縮ばね板４は外部絶縁層に配置してもよく、その後、外部絶縁層の別の部分は、オーバーストローク圧縮ばね板アセンブリ（すなわち、コンタクトばね５及び摺動式圧縮ばね板４）を包囲するように、（種々のスイッチのストロークに応じた）或る特定の寸法に鋳ぐるみしてもよい。

最後に、２つの側における出力端子、すなわち入力端子１３及び出力端子３０が取り付けられる。すなわち、入力端子１３、出力端子３０、及び主回路の遮断素子８をスイッチに固定する。主回路の遮断素子の可動コンタクト端は導電ロッド２に直接接続され、主回路の遮断素子８の固定コンタクト端は出力端子３０に接続される。入力端子１３と導電ロッド２とが同軸である状況下で、入力端子１３と導電ロッド２とは摺動式電気コネクタ１２によってオン状態になる。摺動式電気コネクタ１２は、サイズが小さく、構造が単純で、組立てが容易であり、良好な導電性を有する。さらに、摺動式電気コネクタ１２はスイッチの直線的な往復運動の導電方向を確実にすることができる。摺動式電気接続は、通常のブッシュタイプの電気接続であり、このタイプの電気接続は電気器具において通常用いられる。そのため、詳細な接続及び動作構造は本明細書では省略する。摺動式電気コネクタ１２は任意の他の素子と置き換えて、スイッチがオンオフストロークを達成することを可能にするとともに、フレキシブルコード構造等、入力端子１３と導電ロッド２とが同軸でない（入力端子１３の中心軸と導電ロッド２の中心軸とが一直線上にない）場合に適合することができる。

実施形態１において、図１及び図３に示すように、絶縁ブッシュ３と導電ロッド２との間は強固な締まり嵌めになっており、コンタクトばね５は絶縁ブッシュ３の外面を覆う。また、クリーページエクステンダー６が絶縁ブッシュ３の可動遮断コンタクト７の端に近い外面に配置され、コンタクトばね５の一端がクリーページエクステンダー６の端に押し付けられる。一方、コンタクトばね５の他端が摺動式圧縮ばね板４を介して両耳型フォークアーム２６に対抗するとともにつながっている。

通常動作状態、すなわち、高圧スイッチがクローズの状態において、アクチュエーター２２は出力クランクアーム２１に対するエネルギーを貯蔵及び放出することができる。出力クランクアーム２１は、伝動ロッド２３を介してスイッチ駆動機構の駆動主軸２５の入力クランクアーム２４につながっており、駆動主軸２５にトルクを伝達する。次に、駆動主軸２５の両耳型フォークアーム２６は摺動式圧縮ばね板４を押してコンタクトばね５を付勢し、コンタクトばね５を圧縮し、可動遮断コンタクト７に接続する導電ロッドの外部絶縁ブッシュ３に圧力を伝達する。それにより、可動遮断コンタクト７が遮断素子の固定コンタクト９に近づくまで可動遮断コンタクト７が移動される。これはスイッチの「オン状態」である。

スイッチが「オフ状態」にある、すなわち、高圧スイッチがオープンであるとき、同様に、アクチュエーター２２はエネルギーを供給することができる。出力クランクアーム２１は、スイッチ駆動機構の伝動ロッド２３及び駆動主軸２５が、他方の側にある絶縁層のステップまで駆動主軸２５の両耳型フォークアーム２６を押すようにする。それにより、導電ロッド２及び可動遮断コンタクト７が他方の側に移動され、スイッチの「オフ状態」に至る。

実施形態２において、図２に示すように、摺動式接続（隙間嵌め）が導電ロッド２と絶縁ブッシュ３との間に存在し、制限ステップ１８が可動遮断コンタクト７に接触する導電ロッド２の端部に配置される。コンタクトばね５は導電ロッド２を覆い、コンタクトばね５の一端は導電ロッド２の制限ステップ１８に固定され、コンタクトばね５を絶縁ブッシュ３に完全に押し込むようになっている。

絶縁ブッシュ３はＳＭＣ配合プラスチック（良好な電気絶縁性、機械的性質、及び熱安定性を有する）によって成形される。コンタクトばね５を導電ロッド２のコンタクトばねに対する制限ステップ１８に配置し、次に、導電ロッド２の絶縁ブッシュ３を覆う。導電ロッド２の端部はコンタクト圧力事前調整器１６に固定され、それにより絶縁ブッシュ３及びコンタクトばね５の固定が完了する。ここで、コンタクトばね５は絶縁ブッシュ３と導電ロッド２との間に配置されるため、管状に隆起している絶縁カバー１７が、絶縁ブッシュ３の、コンタクトばね５が配置される場所に形成されてもよい。絶縁カバー１７は、固定コンタクトばね５が内部に配置される絶縁ブッシュ３の一部であり、固定コンタクトばね５の一端が絶縁カバー１７の端面に固定される。一方、固定コンタクトばね５の他端は導電ロッド２の制限ステップ１８に固定される。

通常動作状態、すなわち、高圧スイッチがクローズの状態において、アクチュエーター２２は出力クランクアーム２１に対するエネルギーを貯蔵及び放出することができる。出力クランクアーム２１は、伝動ロッド２３を介してスイッチ駆動機構の駆動主軸２５の入力クランクアーム２４につながっており、駆動主軸２５にトルクを伝達する。次に、駆動主軸２５の両耳型フォークアーム２６は絶縁ブッシュ３の絶縁ステップを押し、それにより、絶縁ブッシュ３が可動遮断コンタクト７まで移動される。コンタクト圧縮ばね板５の一端が絶縁ブッシュ３に接触するとともに、コンタクト圧縮ばね板５の他端が導電ロッド２に接続することにより、絶縁ブッシュ３が移動するとき、コンタクト圧縮ばね板５は圧縮して、可動遮断コンタクト７に接続する導電ロッド２の外部絶縁ブッシュ３に圧力を伝達する。それにより、可動遮断コンタクトが遮断素子の固定コンタクト９に近づくまで可動遮断コンタクト７が移動され、圧力を維持する。これはスイッチの「オン状態」である。

スイッチが「オフ」状態にある、すなわち、高圧スイッチがオープンであるとき、同様に、アクチュエーター２２はエネルギーを供給することができ、出力クランクアーム２１は、スイッチ駆動機構の伝動ロッド２３及び駆動主軸２５が、他方の側にある絶縁層のステップまで駆動主軸２５の両耳型フォークアーム２６を押すようにする。絶縁ブッシュ３は可動遮断コンタクト７から離れるように移動し、コンタクト圧縮ばね板５は圧力を解放する。それにより、導電ロッド２及び可動遮断コンタクト７が他方の側に移動され、スイッチの「オフ状態」に至る。本発明における導電ロッドの長さは、素子の取付け及び伝動接続に対して十分な寸法を提供するという要件並びに高圧スイッチのオンオフストロークの合計の要件を満たすものとする。しかし、具体的な長さの値は高圧スイッチのサイズ及び寸法に依存する。絶縁層の厚さは必要な機械強度を保証するとともに、高圧電界の強さの下で破壊されない十分な絶縁能力を保証するものとする。

本発明は、スイッチ駆動機構を駆動導電主回路に直接接続する方法によってスイッチのオン／オフ切替えを実現する一方で、通常の絶縁テンションポールを排除する。それにより、接続伝動構造は新しくなり、組立て及び分解が単純になり、占有スペースがコンパクトになり、構造がより小さくなる。さらに、導電主回路は絶縁導電ロッドを介して出力端子及び摺動式電気コネクタに摺動式に接続する一方で、主回路の部分接続を排除するとともにフレキシブル継手及び導電クリップ等の遷移素子を削減する。これにより、より良好な導電能力、より均一な電界分布、及びより低いコストがもたらされる。さらに、導電主回路のコンタクトばね構造を直接覆う等の特有の設計により、スペースを節約し、遷移接続を回避し、装置をより安定かつ信頼性のあるものにする。

本発明は上述の実施形態に限定されず、例えば、導電ロッド２と導電ロッドを移動させるように駆動する部品との関係が絶縁関係にあるかぎり（例えば、導電ロッド２が絶縁ブッシュ３によって覆われていないが、両耳型フォークアーム２６の外面が絶縁材によって鋳ぐるみされるか、又は両耳型フォークアーム２６が直接絶縁材料から作製される）、別様に、導電ロッド２を移動させるように駆動する、両耳型フォークアーム２６の揺動構造を、並進移動構造と置き換えることもできる。このような変形及び変更は依然として本発明の範囲内にある。

Claims (8)

1. 導電ロッドと、前記導電ロッドの往復運動を行わせるスイッチ駆動機構とを備え、絶縁層が前記スイッチ駆動機構のコンタクト面と前記導電ロッドとの間に配置される、新規の高圧電気スイッチ用オンオフ伝動装置。
2. 前記絶縁層は前記導電ロッドの周壁を覆う絶縁ブッシュであり、
   前記導電ロッドの一端が高圧スイッチの可動遮断コンタクトに電気的に接続し、一方、前記導電ロッドの他端が、前記可動遮断コンタクトに対応する前記高圧スイッチの出力端子に電気的に接続する、請求項１に記載の新規の高圧電気スイッチ用オンオフ伝動装置。
3. 前記導電ロッドと前記可動遮断コンタクトとの間のコンタクト圧力を緩衝及び維持するコンタクトばねを更に備え、
   前記コンタクトばねは前記可動遮断コンタクトに接続する前記導電ロッドの一端に配置される、請求項２に記載の新規の高圧電気スイッチ用オンオフ伝動装置。
4. 前記スイッチ駆動機構はアクチュエーターと、伝動ロッドと、駆動主軸とを備え、
   前記アクチュエーターは出力クランクアームを介して前記伝動ロッドの一端につながっており、一方、前記伝動ロッドの他端が入力クランクアームを介して前記駆動主軸の一端につながっており、
   両耳型フォークアームが前記駆動主軸に配置され、前記駆動主軸は前記両耳型フォークアームを介して前記導電ロッドの往復運動を行わせる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の新規の高圧電気スイッチ用オンオフ伝動装置。
5. 前記導電ロッドは前記高圧スイッチの可動コンタクトの出力端子と同軸であり、
   前記導電ロッドと前記可動コンタクトの前記出力端子との間には摺動式電気接続が存在する、請求項４に記載の新規の高圧電気スイッチ用オンオフ伝動装置。
6. 前記絶縁ブッシュと前記導電ロッドとの間は締まり嵌めになっており、
   前記コンタクトばねは前記絶縁ブッシュの外面を覆い、クリーページエクステンダーが前記絶縁ブッシュの前記可動遮断コンタクトの一端に近い前記外面に配置され、前記コンタクトばねの一端が前記クリーページエクステンダーの一端に押し付けられ、一方、前記コンタクトばねの他端が摺動式圧縮ばね板を介して前記両耳型フォークアームに対抗するとともにつながっている、請求項５に記載の新規の高圧電気スイッチ用オンオフ伝動装置。
7. 前記絶縁ブッシュと前記導電ロッドとの間は摺動式の隙間嵌めになっており、前記絶縁ブッシュの前記可動遮断コンタクトに近い一端が外方に隆起して絶縁カバーとなり、
   前記可動コンタクトばねは前記絶縁カバー内で前記導電ロッドを覆い、前記コンタクトばねの一端が前記絶縁カバーの端面に固定され、一方、前記コンタクトばねの他端が前記導電ロッド上に隆起している制限ステップに固定される、請求項５に記載の新規の高圧電気スイッチ用オンオフ伝動装置。
8. 前記両耳型フォークアームは、鋳ぐるみされた絶縁材を有するとともに、一体的な弓状遷移部を有する、請求項７に記載の新規の高圧電気スイッチ用オンオフ伝動装置。

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