JP4059250B2 - 電力用遮断器 - Google Patents

Description

本発明は電力用遮断器に係り、特に変電所や開閉所などの高電圧仕様に好適な電力用遮断器に関する。

電力需要の増大のため、電力用遮断器では高速および小形軽量化のニーズが高まっている。このニーズを満足するよう電力用遮断器の操作装置に、メンテナンス性、騒音、振動および安全性を考慮してバネを用いた駆動手段が多用されている。この従来のバネを用いた遮断器の操作装置の例が、特開平９−１０６７４２号公報に記載されている。この公報に記載の操作装置では、投入動作時に投入ばね力をカムと主レバーを介して遮断ばね側に伝達し、遮断ばねを圧縮しながら接点を閉路している。そして投入ばねを、電動機と減速機構が圧縮する。減速機構では、電動機の動力が爪軸に与えられ、爪軸に取付けられた駆動爪がカムと同軸上に設けられた爪車を回転させている。また、駆動爪とは別に爪車の逆回転を防止する爪を複数個設けている。
また、特開平２００１−２１０１９６号公報には、遮断器の操作装置が確実に動作するように、操作装置では遮断ばねの放勢により遮断され、投入ばねの放勢により回転駆動されれる蓄勢軸により投入動作が行われている。そして遮断ばねは投入ばねの放勢により蓄勢され、投入ばねは電動蓄勢機構が蓄勢軸を回転することにより蓄勢される。蓄勢軸には欠歯部を有する大歯車が取付けられており、この大歯車に小歯車が噛合っている。
上記特開平９−１０６７４２号公報に記載のものは、投入動作終了時にカムが主レバーから離れ、主レバーと遮断制御部のレバーとが係合して遮断ばね力が保持され、次の遮断動作に備えている。カムと爪車は慣性力により回転して死点を越え、投入ばねを再び圧縮して慣性力とつりあった時点で止まる。その後、投入ばねに蓄勢された運動エネルギによりカムと爪車が反対方向に回転しようとする。
しかしながらこの従来例では、駆動爪や逆回転防止の爪と爪車の歯が係合するために逆回転はしないけれども、爪車の運動エネルギを駆動爪が吸収するので衝撃が発生する。また、逆回転防止用の爪が複数形成されている、これらの複数の爪が必ずしも分散してエネルギを吸収できるとは限らず、負荷の分布によっては爪が折損する恐れがあった。そのため、衝撃力をも考慮して爪車を設計する必要があり、部品が大型化して操作器全体の小型化が困難であった。
また、特開２００１−２１０１９６号公報に記載のものは、投入動作が終了してから投入ばねを巻き上げていき、巻上終了時に爪や掛け金などの部品に過大な負荷が係るのを防止している。しかしながら、この公報に記載のものは投入動作時に発生する衝撃的な負荷が爪車に多大な影響を及ぼし、その結果爪車が大型化するという点については十分な考慮がなされていない。
本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、電力用の遮断器の投入時に発生する恐れのある衝撃力を低下することにある。本発明の他の目的は、遮断器全体を小型化するとともに、信頼性を向上させることにある。そして、本発明はこれらの少なくともいずれかを達成することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の特徴は、投入ばねと遮断ばねのばね力により電力の投入と遮断を切り換える電力用遮断器において、投入ばねを伸縮する投入ばねリンクとこの投入ばねリンクを取付けた爪車とこの爪車に噛合う駆動爪とを設け、爪車は円の一部を切り欠いた形状としたことにある。
そしてこの特徴において、爪車の外周部は、切欠き部およびこの切欠き部に隣合う部分を除いて、複数の爪が形成されているのが望ましく、電力の投入時には爪車と駆動爪の噛合いを解除し、爪車の切欠き部を駆動爪が経た後に爪車の外周に設けた爪に噛合うようにすることがさらに望ましい。また、切欠き部は切頭円形状や、多角に形成することや、円を曲線で切断した形状であってよく、切欠き部は中心角度で略６０度に形成するのがよい。
上記目的を達成するための本発明の他の特徴は、固定接触子と可動接触子を有する接点を開閉して電力の遮断と投入を切り換える遮断部と、歪エネルギーを放勢することにより接点を開閉する遮断部材及び投入部材と、投入部材に歪エネルギーを蓄える爪車と、動力を前記爪車に伝達する駆動爪とを備える電力用遮断器において、爪車の外周面は駆動爪と係合する複数の爪を有する爪部と、この爪が形成されていない切欠部とを有し、投入動作時に駆動爪が爪車の切欠部に当接するものである。
そしてこの特徴において、投入部材に蓄えた歪エネルギーを放勢するとともに遮断部材に歪エネルギーを蓄勢するカムおよび主レバーを設け、爪車の切欠部から円周面に駆動爪が当接する際は、爪車により跳ね上げられた後であって爪車の揺動が停止してから爪部に当接することが望ましい。また、爪車の切欠き部は、爪車の外周上の２点を結ぶ直線で切断した切欠き形状や、円周上の２点を結ぶ曲線で切断した形状であってもよい。なお、爪車とカムの双方を取付けたカム軸を設けるのが望ましい。

第１図は本発明に係る電力用遮断器の一実施例の模式図であり、遮断ばねと投入ばねとが共に圧縮された状態を示す図、第２図ないし第４図は第１図に示した遮断器の動作を示す図であり、第２図は過渡状態を説明する図、第３図は投入状態を説明する図、第４図は投入終了状態を説明する図である。

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第１図は本発明に係る遮断器の一実施例の模式図であり、投入状態を示す図である。本実施例の遮断器は、主軸４を有する遮断制御部と、カム軸２を中心とした投入制御部、主軸４に一端部が係合する遮断ばね部、カム軸２に取付けた爪車５２を有する投入ばね部、および電力を投入または遮断する接点部を有している。そして、遮断ばね部に設けた遮断ばねのばね力を放勢して電力を遮断し、投入ばね部のばね力を放勢して電力を投入する。遮断ばねは、投入ばねの放勢により蓄勢され、投入ばねは駆動爪の駆動モータにより蓄勢される。
接点部は、一端部が主軸４に取付けられ、他端部が可動接点を形成する可動接触子３２、この可動接触子３２の可動端が接触する固定接点２９ｂ、可動接触子の回動端部を形成する固定接点２９ａを有している。
遮断ばね部では、主軸４に第２の主レバー５ｂが取付けられている。第２の主レバー５ｂの他端部には、遮断ばねリンク２５が取付けられており、主軸４が回動すると遮断ばねリンク２５が上下動する。遮断ばねリンク２５の下部は中空になっており、中空部に設けたステーにピストン３６が嵌合している。ピストンの下部は緩衝器３７に接続されている。この緩衝器３７の内部には非圧縮性流体、例えば油が充たされている。遮断ばねリンク２５の下端にはフランジが形成されており、このフランジをストッパとして遮断ばねリンク２５の外周に遮断ばね（遮断部材）２６が巻かれている。遮断ばねの上端は筐体１で押さえられている。なお、緩衝器３７の内部流体は、遮断ばねリンク２５がピストン３６に衝突すしたときに圧力上昇し制動エネルギを発生する。この制動エネルギは可動接触子３２を滑らかに停止させるのに用いられる。
遮断制御部では、主軸４に第１の主レバー５ａが取付けられている。第１の主レバー５ａはブーメラン状をしており、中央部を主軸４が貫通し、一端部にローラ６が、他端部にもう一つのローラ７が取付けられている。ローラ６は、後述するカム３の外周面と接触したときにカム３から荷重が伝達される。第１の主レバー５ａのローラ７と第２遮断ラッチ８とが、係合可能になっている。第２遮断ラッチ８の一端側は回動軸に取付けられており、他端側はローラ７に係合可能に配置されている。
第２遮断ラッチ８の中間部には遮断ラッチ１１と係合させるためにローラが取付けられているとともに、復帰ばね９が取付けられている。遮断ラッチ１１の先端部に設けたローラに係合可能に、遮断トリガ１４ａが配置されている。遮断ラッチ１１及び遮断トリガ１４ａは回動自由になっているが、復帰ばね１２、１５によりその動きを規制される。遮断トリガ１４ａの回動軸には遮断トリガ１４ｂも取付けられており、この遮断トリガ１４ｂにソレノイドのプランジャ１７が当たるように配置される。遮断ラッチ１１、第２遮断ラッチ８及び遮断トリガ１４ａに設けた復帰ばね９、１２、１５は、常にばね力が作用する状態になっている。復帰ばね９は圧縮コイルばねであり、復帰ばね１２、１５はねじりコイルばねである。以上が、遮断制御部である。
投入ばね部では、外周部に複数の爪が形成された爪車５２がカム軸２に取付けられている。爪車５２には、偏心して投入ばねリンク２７の一端部が取付けられている。この投入ばねリンク２７の他端部は、ばね受け３５に接続されている。投入ばねリンク２７の周囲には投入ばね２８が位置している。投入ばね（投入部材）２８の一端はばね受け３５で、他端は筐体１で保持されている。爪車５２の爪に爪軸５６に取付けられた駆動爪５４が噛合っている。駆動爪５４の動きは、爪軸５６に取付けた復帰ばね５５により規制される。なお、爪軸５６には小歯車５１も取付けられている。
カム軸２にはカム３が取付けられており、カム３の一部にはローラ１８が取付けられている。このローラ１８に係合可能に投入ラッチ１９が配置されている。投入ラッチ１９は、復帰ばね２０が巻かれた軸の周りに回動可能になっている。投入ラッチ１９の中間部に設けたローラに係合可能に投入トリガ２２が配置されている。投入トリガ２２はＴ字状をしており、横棒と縦棒の交わる部分が回動軸となっている。この回動軸には復帰ばね２３が巻かれている。投入トリガ２２に接触可能にソレノイドのプランジャ２４が配置されている。
このように構成した電力用遮断器の操作装置の動作を、第１図の投入状態図、第２図の遮断状態図、第３図の投入状態の一瞬間図、第４図の投入終了状態図を用いて説明する。第１図において、遮断ばね２６と投入ばね２８の双方は圧縮コイルばねであり、双方共に圧縮状態となっている。
この第１図の状態において、遮断指令が入力されると遮断ソレノイドが励磁される。遮断ソレノイドのプランジャ１７が第１図中の右方向に突出し、遮断トリガ１４ｂを押圧する。遮断トリガ１４ｂは、復帰ばね１５のばね力に打ち勝って遮断トリガ１４を反時計回りに回転させる。これにより、遮断トリガ１４ｂと同軸に形成された遮断トリガ１４ａと遮断ラッチ１１との係合が解除される。
遮断トリガ１４ａから開放されて遮断ラッチ１１は回動自由になる。遮断ラッチ１１が回動自由になると、第２遮断ラッチ８の回動も自由となる。ここで、第２遮断ラッチは下方から主レバー５ａのローラ７で押さえられているだけなので、主レバー５ａの動きにより、反時計回りに回動する。なお、復帰ばね９は圧縮コイルばねであり、この動作を妨げるように作用する。上方から主レバー５ａの動きを規制していた遮断ラッチ１１の押圧力がなくなったので、第２遮断ラッチ８が回動自由となり、反時計方向に回動する。遮断ばね２６の下方への動きを規制していた遮断ラッチ８からの押圧力が無くなったので、遮断ばね２６がばね力を開放し、遮断ばねリンク２５を下方に押し下げる。このとき、遮断ばね２６はフルストローク状態であり、遮断ばねリンク２５が緩衝器３７のピストン３６を押圧している。
遮断ばねリンク２５が下方に移動したので主レバー５ｂが反時計方向に回動し、それに伴い主レバー５ａも反時計方向に回動する。主レバー５ａの端部のローラ６が隣合うカム３に近づくまで、主レバー５ａは回動を続ける。主軸４が反時計方向に回動すると、これに接続された可動接触子３２が下方に移動し、接点２９ａ、２９ｂ間が開かれる。この遮断動作が終了した状態が第２図である。
第２図に示す遮断状態から、第１図に示す投入状態に移る投入動作を、次に説明する。投入ソレノイドを励磁する。投入ソレノイドのプランジャ２４は図の左方向に突出し、Ｔ字状に形成された投入トリガ２２の一端を押圧する。押圧された投入トリガ２２は、復帰ばね２３のばね力に打ち勝って投入トリガ２２の回動軸を反時計回りに回動させる。投入トリガ２２が回動すると復帰ばね２０のばね力により、投入ラッチ１９が反時計回りに回動する。
ところで、爪車５２に偏心して取り付けた投入ばねリンク２７は、爪車５２の回動により最高位置である上死点近くまで達している。これは、駆動爪５４を図示しない電動機から小歯車５１に伝えられた回転力により駆動することにより達成される。投入ラッチ１９が反時計方向に回動したので、カム３の動きの規制が外れる。その結果、カム３が取付けられたカム軸２には、投入ばね２８のばね力のみが作用する。投入ばね２８のばね力が開放されて、投入ばねリンク２７を下方に移動させる。投入ばねリンク２７が移動すると、爪車５２及びそれを取付けたカム軸２が反時計回りに回動する。
カム軸２の回動によりカム３が回動し、カムに接触している主レバー５ａのローラ６が、フォロアーとしてカム曲線に従って移動する。これにより、主レバー５ａを時計回りに回転させる。この様子を第３図に示す。
投入動作が進行してカム３が反時計回りに略半回転すると、カム３の最大半径位置で主レバー５のローラ６とカム３が接触する。この接触時には、主レバー５ａ及びこの主レバー５ａを取付けた主軸４は、６０度程度時計方向に回動し、主レバー５ｂに接続された遮断ばねリンク２５が遮断ばね２６を圧縮する。主軸４が回動すると、接点２９ａ、２９ｂが可動接触子３２により閉じられる。
第２遮断ラッチ８に作用する主レバー５ａのローラ７からの押圧力は、ローラ７の近傍部に設けた部材のカム作用により、減少する。そのため、第２遮断ラッチ８は復帰ばね９を開放しようとする力で時計回りに回動し、元の位置に戻る。同様に、遮断ラッチ１１は復帰ばね１２の復元力により元の位置に復帰し、遮断トリガ１４が復帰ばね１５の復元力により元の位置に復帰する。
投入ばね２８が開放されて、さらに爪車５２を回動させた状態を第４図に示す。カム３が主レバー５ａから離れたので、主レバー５ａは圧縮された遮断ばね２６のばね力により反時計回りに回転しようとする。上述したように遮断ラッチ１１、第２遮断ラッチ８および遮断トリガ１４が元の位置に復帰したので、主レバー５ａのローラ７と第２遮断ラッチ８が係合し、遮断ばね力が保持され、遮断器は投入状態を維持できる。
カム３は主レバー５から離れた後も投入ばね２８が解放されたので、反時計回りに回転を続ける。そして、カム３は慣性力により下死点を乗り越え、投入ばね２８を圧縮し始める。カム３の慣性力と圧縮された投入ばね２８のばね力が釣り合ったところでカム３は停止する。カム３の停止後も圧縮された投入ばね２８はそのばね力を解放しようとして、カム３を時計回りに回転させる。その後カム３は、下死点を中心に揺動しながら停止する。
ところで、投入動作中にはカム３と同軸上の爪車５２も反時計回りに回転する。この爪車５２の円周１／４程度には、切頭円形に切欠いた切欠き部が形成されている。また、切欠き部に隣合う爪車５２の外周部１／６程度は、円形であるが爪を形成していない。第２図の状態では、この爪車５２の爪に駆動爪５４は噛合っているが、爪車５２の回動に伴い駆動爪５４は爪との噛合いが外れ、切欠き部や円周面を移動する。
例えば、図示しない電動機による駆動爪５４の駆動を停止した第２図の状態では、爪車５２は投入ばね２８のばね力で反時計回りに回動する。それに伴い、爪車５２の爪と駆動爪５４とのラチェット噛合いは外れる。爪車５２の最大半径位置まで駆動爪５４が爪車５２の爪により押し上げられると、その後は復帰ばね５５のばね力により反時計回りに駆動爪５４が回転する。さらに爪車の回動が進むと、爪車５２の滑らかな円周部を過ぎ、切欠部に当たる。
駆動爪５４が切欠き部を越えるときには、爪車５２の角部により第３図に示すように駆動爪５４が跳ね上げられる。その後爪車５２は前述したように、下死点を挟んで揺動し、最終的に停止する。切欠き部の角部で跳ね上げられた駆動爪５４は、復帰ばね５５のばね力により反時計回りに回動し、爪車５２の爪に当たる。
投入動作が終了したら、図示しない電動機を起動して小歯車５１を反時計回りに駆動する。これにより、爪軸５６が反時計回りに回動し、２個設けた駆動爪５４の一方が、爪車５２の爪とラチェット噛合いしながら、爪車５２を反時計回りに回転させる。爪車５２が反時計方向に回動すると、投入ばねリンク２７が上方に移動し、投入ばね２８が圧縮される。カム軸に取付けたカム３が半回転すると、電動機を停止させる。このとき投入ばね２８のばね力は解放しようとするが、カム３のローラ１８が投入レバー１９に、投入レバー１９が投入トリガ２２にそれぞれ係合しているので、投入ばね力は保持される。つまり、投入ばね２８は圧縮された状態に維持される。なお、電動機を停止させるときには、駆動爪５４が爪車５２の爪のない円周部分に接するようにして、電動機のエネルギを投入ラッチ１９に伝えないようにしている。この状態が第１図である。
本実施例によれば、爪車５２が停止しているときに駆動爪を爪車に当たるようにしたので、衝突した瞬間の衝撃は小さく、係合が安定し、信頼性が向上する。また、駆動爪や爪車の小型および軽量化が可能となり、遮断器全体の小型および軽量化を実現できる。
なお本実施例では、遮断ばね及び投入ばねに圧縮コイルばねを用いているが、他の弾性体要素、例えば皿ばね、渦巻きばね、板ばねでもよい。また、簡単のため、主レバーが可動接触子を上下に移動させる構造としたが、主レバーと可動接触子の間に可動接触子のストローク長を増幅するレバーやリンクを備えてもよい。さらに、本実施例においては、駆動爪が跳ね上げられる瞬間をカム３が主レバー５ａから離れる瞬間としたが、両者が完全に離れた後であってもよい。
また、本実施例では投入ラッチ及び投入トリガに設けた復帰ばねに常に弾性を付勢し、これらの復帰ばねをねじりコイルばねとしたが、これらは他の弾性体要素であってもよい。
駆動爪５４の跳ね上がりの量は、爪車５２の切欠部の形状により定まる。本実施例では、切欠部分を中心角で約６０°としたが、切欠きの直線が爪車の爪の歯底円よりも内径側まで食い込んでいるのであれば、この角度に拘るものではない。切欠部の形状は、円を一つの直線で切断した形状ばかりでなく複数の直線で円周を切断した形状であってもよく、円周上の２点を結ぶ自在な曲線としてもよい。すなわち、切欠き部としては過度の衝撃力を爪車の爪に与えない構造であれば良い。
なお、本発明は以上に説明した実施例に限定されるものではなく、例えば複数の投入ばねや遮断ばねをもつ操作装置にも適用できる。本実施例では遮断ラッチを２個用いているが、遮断トリガだけを有していてもよく、遮断ラッチを複数個有していてもよい。投入側も同様に、投入ラッチは無くても、あるいは複数個有していてもよい。
以上のように、本発明によれば、投入動作終了時に爪車が下死点を中心として揺動運動している間に駆動爪を跳ね上げ、爪車が停止してから駆動爪と爪車の爪を係合させたので、爪車の爪及び駆動爪への衝撃が小さくなり、信頼性が向上する。また、駆動爪と爪車などの部品の小型および軽量化が可能となり、遮断器全体の小型および軽量化を実現できる。

Claims (12)

1. 投入ばねと遮断ばねのばね力により電力の投入と遮断を切り換える電力用遮断器において、投入ばねを伸縮する投入ばねリンクとこの投入ばねリンクを取付けた爪車とこの爪車に噛合う駆動爪とを設け、前記爪車は円の一部を切り欠いた形状であることを特徴とする電力用遮断器。
2. 前記爪車の外周部は、切欠き部およびこの切欠き部に隣合う部分を除いて、複数の爪が形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の電力用遮断器。
3. 電力の投入時には前記爪車と駆動爪の噛合いを解除し、前記爪車の切欠き部を前記駆動爪が経た後に爪車の外周に設けた爪に噛合うようにしたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の電力用遮断器。
4. 前記切欠き部は切頭円形状であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の電力用遮断器。
5. 前記切欠き部に多角を形成したことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の電力用遮断器。
6. 前記切欠き部は円を曲線で切断した形状であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の電力用遮断器。
7. 前記切欠き部は、中心角度で略６０度に形成したことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の電力用遮断器。
8. 固定接触子と可動接触子を有する接点を開閉して電力の遮断と投入を切り換える遮断部と、歪エネルギーを放勢することにより前記接点を開閉する遮断部材及び投入部材と、前記投入部材に歪エネルギーを蓄える爪車と、動力を前記爪車に伝達する駆動爪とを備える電力用遮断器において、前記爪車の外周面は前記駆動爪と係合する複数の爪を有する爪部と、この爪が形成されていない切欠部とを有し、投入動作時に前記駆動爪が前記爪車の切欠部に当接することを特徴とする電力用遮断器。
9. 前記投入部材に蓄えた歪エネルギーを放勢するとともに遮断部材に歪エネルギーを蓄勢するカムおよび主レバーを設け、前記爪車の切欠部から円周面に前記駆動爪が当接する際は、爪車により跳ね上げられた後であって爪車の揺動が停止してから爪部に当接することを特徴とする請求の範囲第８項に記載の電力用遮断器。
10. 前記爪車の切欠き部は、爪車の外周上の２点を結ぶ直線で切断した形状であることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の電力用遮断器。
11. 前記爪車の切欠部は、円周上の２点を結ぶ曲線で切断した形状であることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の電力用遮断器。
12. 前記爪車と前記カムの双方を取付けたカム軸を設けたことを特徴とする請求の範囲第８項に記載の電力用遮断器。

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