JP3913727B2

JP3913727B2 - 無電圧タップ切換器用接点

Info

Publication number: JP3913727B2
Application number: JP2003370672A
Authority: JP
Inventors: 博田島
Original assignee: 有限会社田島製作所
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2023-10-30
Also published as: JP2005136189A

Description

本発明は電源電圧の変動に対し、２次側出力電圧を一定に保つため、変圧器を線路から切り離し、無電圧の状態で一次巻線のタップを切換える変圧器の一部品である無電圧タップ切換器に使用する接点に関する。

図１５は変圧器の巻線の一相分の無電圧タップ切換器の概略を示すもので、並列された多数の固定接点１０１のうち二つを可動接点１０２で短絡させ、可動接点を移動させることによって、短絡する二つの固定接点を変更してタップを切り換える。

従来の無電圧タップ切換器用接点の一例を構造的に詳細に説明すれば図１６、図１７に示すように、前後二枚の板状の可動接点１０２を外側から板バネ１０３で押さえ付け、その板バネ１０３の力を利用して固定接点１０１を前後から２枚の可動接点１０２で挟み、固定接点１０１に対して可動接点１０２が摺動する構造である。ちなみに可動接点１０２と板バネ１０３の間には駆動板１０４が挟まれていて、この駆動板１０４を左右に動かすことによって、可動接点１０２で挟持する固定接点１０１を変更する（特許文献１参照）。
実開平６−２９１２４号公報

一般に、接点の許容通過電流は、固定接点及び可動接点の断面積と接点圧力で決定される。従って、大きさを維持したまま許容通過電流を増やすには、接点圧力、つまり可動接点で固定接点を挟持する力を増やせば良い。上述した摺動構造は接点圧力が固定接点の板厚方向にのみ加わるので、許容通過電流が小さい場合には、接点圧力の増大に比例して許容通過電流を増やすことができるのであるが、許容通過電流が大きくなった場合には以下の問題がある。前述したように、可動接点は接点圧力を受けた状態で摺動するので、固定接点との間に摩擦が発生する。そうすると、接点圧力を増やした場合には、摩擦法則から接点圧力に比例して摩擦力も増大し、摩擦力が一定の値を超えると各接点の接触部にキズが発生し、接触抵抗が増大するため、接点部の温度上昇を招き、各接点の電流を流せる能力が低下する。このことから、許容通過電流を増やそうと思っても、接点圧力を一定以上に増やすことができない。従って、摺動式の接点では許容通過電流が制限される。ちなみに、固定接点及び可動接点の材料には通常、銅が使用されており、「ともがね」と言って同種材料の組合せの場合は摩擦力が大きくなることもその要因の一つとなっている。

上述した問題点を解消するには、摩擦を極力少なくするか無くせば良いと本発明者は考えた。まず、考えられるのは図１８に示すように、可動接点１０２に円筒状や太鼓状のローラ１０２を用い、２個の相対するローラ１０２が２個の固定接点１０１の間に嵌り込むことによって、固定接点が短絡する構造である（特許文献２参照）。このローラ構造は接点圧力を増やして許容通過電流を大きくできる利点もあるが、二つの欠点がある。ローラ１０２にはその中心の軸１０５からベアリング１０６を介して接点圧力Ｗが加圧される。接点圧力Ｗは、軸の中心から固定接点１０１に向かって斜めに二方向に分圧されて、その分圧ｗが固定接点１０１に加えられる。そうすると、分圧ｗの横方向のベクトル成分Ｆが固定接点１０１に作用して、固定接点同士の間隔を押し広げようとすることから、固定接点を強固に支持する必要があり、無電圧タップ切換器が大型化する。これが第一の欠点である。また、タップ切換時には、嵌り込んだ２個のローラが固定接点に乗りあがって回転するので、その乗りあげ分２ｓだけ２個のローラの軸間距離を強制的に広げるために大きな駆動力を必要とし、それに合わせて駆動部や駆動板を堅牢にする必要があり、無電圧タップ切換器が大型化する。これが第二の欠点である。従って、接点圧力を増やせば、それに比例して上述した二つの欠点が顕著に現れることになる。ちなみに、固定接点に載った後は固定接点の上をローラが転がるので、摩擦は殆ど無い。
実全昭５５−６３０３０号公報

本発明は上記実情を考慮して創作されたもので、ローラ構造の利点、すなわちタップ切換時には固定接点の上を可動接点が転がって摩擦が殆どないという利点を利用しつつ、ローラ構造の二つの欠点を解消すべく、定常通電時には可動接点が二つの固定接点の間に嵌り込まないようにして、許容通過電流の増大と無電圧タップ切換器のコンパクト化を達成することを本発明の解決課題とする。

請求項１の発明は、板状の固定接点を並列し、定常通電時には外側に軸受の付いた駆動軸からの加圧力を受けて、一組の可動接点で隣り合う固定接点を板厚方向に挟んで短絡し、タップ切換時には駆動軸を並列方向に移動させることによって、一組の可動接点で挟む固定接点を変更する無電圧タップ切換器用接点を前提とする。

そして、定常通電時に隣り合う固定接点の間に遊びのある状態で嵌り込む突起部と、タップ切換時に固定接点上を転がる外円弧部を可動接点の外周に沿って交互に形成すると共に、突起部と外円弧部の境目を定常通電時の固定接点の表面又は裏面への接触点とし、可動接点の内側には軸受用の移動空間を形成し、各外円弧部の内側に設ける内円弧部と、隣り合う内円弧部を連続する直線部を、可動接点の内周に沿って交互に形成し、タップ切換時の駆動軸の移動に伴って軸受が内円弧部上で回転することによって可動接点を回転させることを特徴とする。

定常通電時には直線部の中間点に駆動軸を配置し、タップ切換時には駆動軸を並列方向に移動して隣の直線部の中間点で止めて使用する。また、定常通電時は、直線部の中間点に駆動軸を配置すれば、可動接点から二つの固定接点にかかる荷重は均等となるので、理想的な短絡状態となる。

一方、タップ切換時には、軸受が直線部、内円弧部、直線部の上を順に転がるので、軸受と可動接点の間には摺動摩擦が発生しないし、可動接点の外円弧部が固定接点上を転がるだけなので、可動接点と固定接点との間にも摺動摩擦が発生しない。また、軸受は、駆動軸から可動接点を固定接点に押し付ける力が作用しながら並列方向に転がるので、内円弧部を転がると外円弧部が固定接点に押し付けられて、可動接点が回転することになる。

定常通電時は可動接点と固定接点との相対的位置関係を突起部によって保っているのであるが、タップ切換時にも保つには、請求項２の発明のように、可動接点の外円弧部が固定接点上を転がる際の滑り止め用に、外円弧部と固定接点の一方には歯を、他方には歯に噛み合う溝を、それぞれ設けることが望ましい。

本発明は、突起部を固定接点同士の間に遊びのある状態で嵌り込ませると共に、突起部と外円弧部の境目を定常通電時の固定接点の表面又は裏面への接触点としてあるので、定常通電時は、固定接点にはその板厚方向にのみ接点圧力がかかることになる。従って、固定接点の間隔を広げる力は作用しないし、固定接点の上に乗り上げる力も不要となり、固定接点の支持構造並びに駆動軸の駆動構造が簡素化し、無電圧タップ切換器自体をコンパクトにできる。また、タップ切換時には可動接点の外円弧部が固定接点の上を転がって摩擦が発生しないので、一組の可動接点で固定接点を挟持する力を上げても、接点部分の温度上昇がおきず、許容通過電流を増大できる。

また、本発明は、定常通電時には一組の可動接点が固定接点同士の間に嵌り込むことなく固定接点をその板厚方向へのみ加圧し、タップ切換時には可動接点の外円弧部が固定接点の上を転がるものなので、従来の摺動構造とローラ構造のメリットを併せ持ちつつ、双方のデメリットを打ち消したものと言える。

請求項２の発明は、可動接点の外円弧部が固定接点上を転がる際に歯と溝が噛み合うことによって、可動接点と固定接点の相対的位置関係が保たれるので、故障なく使用できる。

本発明に使用する無電圧タップ切換器の概略構造を述べる。図１１から図１４に示すように、板状の固定接点１を支持板２に対して横幅方向に並列して固定すると共に、並列方向に移動する駆動板３の前後に駆動軸４を取り付け、駆動軸４に対する加圧力を駆動軸４の先部に付けた軸受５からそれぞれ可動接点６に伝え、定常通電時には一組の可動接点６，６で隣り合う固定接点１，１をその板厚方向に挟持すると共に、タップ切換時には駆動板３の並列方向への移動によって、一組の可動接点６，６で挟持する固定接点１を変更するものである。

次に、固定接点１及び可動接点６の支持構造を丁寧に説明する。複数の固定接点１は並列方向に延びる支持板２にボルト止めされるのであるが、一組の可動接点６，６に挟持させるために固定接点１の先部を支持板２に対して上方に突き出す形態としてある。また、支持板２をブラケット７の下方の抜穴８に通すと共に、ブラケット７の上方の抜穴９には駆動板３を通し、支持板２を移動不能に固定すると共に、支持板２に対して駆動板３を並列方向に移動可能に設けてある。駆動板３の前後にはガイド１０を介して駆動軸４が駆動板３の厚み方向に移動可能に支持され、各駆動軸４の先部を軸受５の内部に通し、軸受５を可動接点６の内側にあけた移動空間１１に通してある。そして、スプリング１２で各駆動軸４を駆動板３に向かって押し込むことにより、一組の可動接点６，６で隣り合う固定接点１，１の先部を挟持する。可動接点６は、ガイド１０の下片１５と支持板２の間に遊びのある状態で挟まる形態となって位置決めされる。なお、支持板２、駆動板３、ブラケット７は絶縁素材である。

上述した支持構造の細部についてもう少し詳しく説明する。駆動軸４とガイド１０との関係は、ガイド１０を縦断面コ字状に形成し、仲介片１３を駆動板３に止め、上下両片１４，１５の幅中央部に開口１６，１７をあけ、上片１４の開口１６を幅狭に、下片１５の開口１７を幅広にそれぞれ形成し、一方、駆動軸４の上側を角柱状に形成し、その上部左右には上片１４の開口１６の両側に嵌り込む凹部１８を設け、角柱状の下側が下片１５の開口１７に遊びのある状態で挟まっている。また、スプリング１２と駆動軸４との関係は、両方の駆動軸４，４の高さ中間部、駆動板３及び両方のガイド１０，１０には同一直線上にボルト止め用の抜穴（符号省略）があけてあって、それらの抜穴にボルトＢを通して反対側からナットＮで固定すると共に、ボルトＢの軸部にはスプリング１２と座金１９が通してあって、ボルトＢの頭部と駆動軸４の間に座金１９を介してスプリング１２を挟持するものである。ちなみに、駆動軸４の上側は前述したように角柱状であるが、駆動軸４の下側は上側よりも小さな円柱状であるので、下側に通した軸受５が回転可能となる。

本発明の無電圧タップ切換器用接点の第一例を図１に基づいて説明する。第一例は、可動接点６を正三角形のリング状に形成し、三角形のコーナー部分には固定接点１の上を転がる外円弧部２０を形成すると共に、三角形の辺部分には隣り合う一対の固定接点１，１の間に遊びのある状態で嵌り込む突起部２１を形成し、可動接点６の外周に沿って突起部２１と外円弧部２０を交互に形成してある。また、固定接点１の内部空間を軸受５用の移動空間１１とし、各外円弧部２０の内側には、軸受５の回転力によって可動接点６を回転させる内円弧部２２を形成すると共に、３つの内円弧部２２を直線部２３で連続してある。

上述した第一例を詳細に説明する。先ず、可動接点６の外周形状に関連のある事項は以下の要領で決定する。隣り合う一対の固定接点１，１の中心位置に可動接点６が位置する状態を定常通電状態とし、各固定接点１の両端側に接触点を設定し、図面の左側の固定接点１の接触点を、a’，b’，c’，d’，e’，f’とする。一方、それら接触点に接触する可動接点６の接触点を、外円弧部２０と突起部２１の境界にa，b，c，d，e，fと設定する。そして、円弧角１２０度の外円弧部２０の半径Ｒは、全ての固定接点１の両側の接触点の直線距離と、全ての外円弧部２０の両側の接触点の円弧長が等しくなるように、a’−b’（＝c’−d’＝e’−f’）＝a−b（＝c−d＝e−f）の関係式を満たすように設定する。また、可動接点６の突起部２１は、隣り合う固定接点１，１の間に遊びのある状態で嵌り込むように設定する。一方、固定接点１，１同士の間に突起部２１が出入りする際に干渉しないように、固定接点１の先部は角を面取りし、それに合わせて突起部２１も面取りしてある。なお、可動接点６は、相対する可動接点６，６の突起部２１，２１間に隙間があくように設定する。

次に可動接点６の内周形状に関連のある事項は以下の要領で決定する。駆動軸４の直径は、接点圧力を与える為の荷重Ｗに耐えられるように決定する。その駆動軸４に合わせて軸受５を決定する。ここで、軸受５の外径を大きくしすぎると、可動接点６の肉厚が薄くなり、荷重に耐えられなくなるので注意する。各外円弧部２０の中心に軸受５の半径で１２０度の円弧を外円弧部２０と同じ円弧範囲で描いて内円弧部２２を形成し、隣り合う内円弧部２２，２２を直線で結んで直線部２３を形成する。

上述した本発明の接点は、定常通電時には直線部２３の中間点に駆動軸４を配置して使用する。従って、駆動軸４からの荷重Ｗは、可動接点６を経て固定接点１の両端側の接触点を均等に１／２Ｗで加圧することになる。そして、加圧方向が固定接点１の板厚方向のみとなり、隣り合う固定接点１，１の間隔を押し広げることはなくなる。

上述した可動接点のタップ切換時の運動の模様を図２に基づいて説明する。まず、（イ）図のように駆動軸４が隣り合う固定接点１，１間の中心に位置する状態、つまり、定常通電状態にあるものとする。次に、（ロ）図のように駆動軸４を図中、右側の内円弧部２２に向かって移動させる。駆動軸４の動きにつれて、駆動軸４からの荷重配分は右側の固定接点１が多くなり、内円弧部２２の中心に駆動軸４の中心が移動した場合は、荷重は全て右側の固定接点１に作用するが、可動接点６は静止状態にある。駆動軸４の移動の間、軸受５は可動接点６の直線部２３を転がる。そして、内円弧部２２の中心から駆動軸４がさらに右側に移動すると、（ハ）図から（ヘ）図のように、可動接点が３０度、６０度、９０度、１２０度と回転して、別の突起部２１が固定接点１，１同士の間に嵌り込む。さらに、（ト）図のように駆動軸４を右側に移動させて、固定接点１の中心で駆動軸４を停止させる。ここまでの移動によって、１タップ切換動作が完了する。切換動作中に固定接点１と可動接点６との間に多少の滑りが生じても、突起部２１が一対の固定接点１，１の間に嵌り込むことによって、前述した接触点の位置関係が保たれる。そして、この切換動作中、駆動軸４は並列方向に移動するだけで上下方向への移動は全くないので、固定接点１に乗り上げるための駆動力は不要となる。必要とする駆動力は、駆動軸４と軸受５との間の僅かな摩擦力だけであり、可動接点６と固定接点１との間で摩擦は生じないので、接点圧力を増やしても駆動力は変わらない。

本発明の無電圧タップ切換器用接点の第二例は図３に示すように、可動接点６を押し潰した平べったいリング状に形成し、左右両側に外円弧部２０及び内円弧部２２を１８０度の円弧角で設けたことを特徴とする。

本発明の無電圧タップ切換器用接点の第三例は図４に示すように、可動接点６を正四角形のリング状に形成し、各コーナー部分に外円弧部２０及び内円弧部２２を９０度の円弧角で設けたことを特徴とする。

上述した３つの例で示したように、全ての外円弧部２０の円弧角の総和が３６０度であれば、可動接点６は何角形であっても良い。

上述した第一例から第三例の発明は、タップ切換時に駆動軸４を衝撃的に急激な加速度で動かした場合や、何等かの理由で外部から可動接点６の回転が拘束された場合には、固定接点１上で外円弧部２０を転がす際、すなわち図２で言えば（ハ）から（ヘ）に示す範囲内において、可動接点６の回転加速が駆動軸４の動きに追従できないため、可動接点６と固定接点１の相対位置関係が崩れ、最悪の場合、外円弧部２０が一対の固定接点１，１の間に嵌り込むおそれがある。このような場合でも可動接点６と固定接点１との相対位置関係を保持するためには次のようにする。

本発明の無電圧タップ切換器用接点の第四例は図５から図９に示すように、外円弧部２０が固定接点１上を転がる際の滑り止め用に、可動接点６の外円弧部２０には歯２４を突出し、固定接点１の先端部には歯２４に噛み合う溝２５を形成したことを特徴とするものである。

歯２４は各外円弧部２０の端部（固定接点１の先端部に対応する部分）に二つ円周方向に間隔をあけて設け、一方、溝２５は固定接点１の先端部に二つ、横幅方向に間隔をあけて歯２４に対応する箇所に設けてある。ちなみに、各溝２５は板厚方向に貫通しているので、一つの溝２５の上下に一対の可動接点６の歯２４が噛み合うことになる。なお、可動接点６の内周であって歯２４とは反対側の端部には、口径を狭くする段部２６が内周方向に沿って設けてあり、この段部２６と角柱状の駆動軸４の上側との間に、軸受５を遊びのある状態で挟むことによって、軸受５を位置決めする。なお、図示しないが、段部２６の代わりに、駆動軸４の先部にスナップリングを嵌めて軸受５を位置決めさせても良い。

第四例であれば、定常通電状態から可動接点が少しでも回転した場合から回転の終了間際までの間、図１０で言えば（ハ）から（ホ）の間であれば、歯２４が溝２５内に僅かにでも入り込むことによって、滑り止め効果が発揮される。

本発明の無電圧タップ切換器用接点の第一例を示す正面図である。第一例のタップ切換状態を（イ）図から（ト）図の順に示す説明図である。本発明の無電圧タップ切換器用接点の第二例を示す正面図である。本発明の無電圧タップ切換器用接点の第三例を示す正面図である。本発明の無電圧タップ切換器用接点の第四例を示す正面図である。（イ）図は第四例の可動接点の正面図、（ロ）図は片側断面図、（ハ）図は背面図である。第四例の可動接点の斜視図である。（イ）図は第四例の可動接点の正面図、（ロ）図は側面図である。第四例の固定接点の斜視図である。第四例のタップ切換状態を（イ）図から（ト）図の順に示す説明図である。本発明の接点の取り付け状態を示す斜視図である。可動接点の分解斜視図である。可動接点の取り付け状態を示す組立図である。固定接点の組立図である。無電圧タップ切換器の巻線の一相分の配線図である。従来の摺動構造の接点を示す分解斜視図である。従来の摺動構造の接点を示す組立図である。従来のローラ構造の接点を示す正面図である。

符号の説明

１固定接点
４駆動軸
５軸受
６可動接点
１１移動空間
２０外円弧部
２１突起部
２２内円弧部
２３直線部
２４歯
２５溝

Claims

板状の固定接点（１）を並列し、定常通電時には外側に軸受（５）の付いた駆動軸（４）からの加圧力を受けて、一組の可動接点（６，６）で隣り合う固定接点（１，１）を板厚方向に挟んで短絡し、タップ切換時には駆動軸（４）を並列方向に移動させることによって、一組の可動接点（６，６）で挟む固定接点（１）を変更する無電圧タップ切換器用接点において、
定常通電時に隣り合う固定接点（１，１）の間に遊びのある状態で嵌り込む突起部（２１）と、タップ切換時に固定接点（１）上を転がる外円弧部（２０）を可動接点（６）の外周に沿って交互に形成すると共に、突起部（２１）と外円弧部（２０）の境目を定常通電時の固定接点（１）の表面又は裏面への接触点（ａ，ｂ，ｃ，…）とし、
可動接点（６）の内側には軸受用の移動空間（１１）を形成し、各外円弧部（２０）の内側に設ける内円弧部（２２）と、隣り合う内円弧部（２２）を連続する直線部（２３）を、可動接点（６）の内周に沿って交互に形成し、タップ切換時の駆動軸（４）の移動に伴って軸受（５）が内円弧部（２２）上で回転することによって、可動接点（６）を回転させることを特徴とする無電圧タップ切換器用接点。
可動接点（６）の外円弧部（２０）が固定接点（１）上を転がる際の滑り止め用に、外円弧部（２０）と固定接点（１）の一方には歯（２４）を、他方には歯（２４）に噛み合う溝（２５）を、それぞれ設けてあることを特徴とする請求項１記載の無電圧タップ切換器用接点。