JP4334828B2 - Energy storage spring device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は蓄勢ばね装置に関し、特にフレームに回転自在に支持されたクランク軸の回転により、ばねロッドを介して蓄勢、放勢される蓄勢ばねを備えた蓄勢ばね装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図8は実公昭63−42433号公報に示された変電所や開閉所に設置される電力用開閉装置におけるしゃ断器の投入機構に用いられた蓄勢ばね装置の要部断面図である。蓄勢ばね装置は、フレーム1と、フレーム1に回転自在に取り付けられた回転軸2および回転軸2に固定されたクランクアーム3を備えたクランク軸4と、一端がクランクアーム3にピン5を用いて回転自在に連結されたばねロッド6と、ばねロッド6の他端と球面座7を介して回転自在に連結された可動ばね受け8と、可動ばね受け8とフレーム1に当接して圧縮されたコイルばねからなる蓄勢ばね9とを備えている。さらに蓄勢ばね9が蓄勢されると蓄勢ばね9のたわみや曲がりが発生しやすく、座屈の危険があるので、フレーム1に固定されて蓄勢ばね9を案内する円筒状の案内装置10が設けられている。
【0003】
図9は遮断部操作レバー11の操作装置の要部断面図である。この図は遮断器の開放状態で、かつ蓄勢ばね9は蓄勢状態を示す。遮断部操作レバー11の操作装置は、フレーム1に支持されたピン12に回転自在に軸支された遮断部操作レバー11と、遮断部操作レバー11に形成された溝部13にピン14で回転自在に軸支されたローラ15と、遮断部操作レバー11に回転自在に軸支されたピン16と、フレーム1にピン17で回転自在に軸支されたカケガネ18と、ピン19で回転自在に軸支されたトリガ20と、電磁石21を作用することにより図9で右方向に移動してトリガ20と衝突するプランジャ22とを備えている。カケガネ18とフレーム1との間及びトリガ20とフレーム1との間にそれぞれ復帰ばね23と復帰ばね24が蓄勢されている。また回転軸2にはカム25が固定的に取付られている。
【0004】
遮断部操作レバー11に支持されたピン26は図示してない遮断部と連結されており、かつ、図示してない引はずしばねにより矢印Aの方向に力を受けている。遮断部操作レバー11はカケガネ18との係合が外れて反時計方向に回転して停止した状態である。カケガネ18とトリガ20はプランジャ22が図9に示す右方向に移動してトリガ20を時計方向へ回転して係合が外れた状態である。
【0005】
遮断器の投入動作について図8と図9を参照して説明する。クランク軸4に係合している図示してないピンとの係合が外れて、クランク軸4は蓄勢ばね9の力により図で反時計方向に回転し、クランク軸4の回転とともにカム25も反時計方向に回転する。カム25の回転とともにローラ15がカム25の外周面に沿って転動し、遮断部操作レバー11はピン12回りに時計方向に回転される。遮断部操作レバー11の回転により、ピン26に連結されている図示してない引きはずしばねが蓄勢される。遮断部操作レバー11が時計方向に回転してピン16がカケガネ18に、カケガネ18がトリガ20にそれぞれ復帰ばね23、24により係合して、カム25がさらに回転してローラ15と接触しない状態になったとき、遮断部操作レバー11が矢印A方向の引きはずし力により反時計方向に回転するのを阻止し、投入状態を保持する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来の蓄勢ばね装置は以上のように構成されていたので、次のような問題点を有している。
図8に見られるように、ばねロッド6と可動ばね受け8とは球面座7で連結されているので、クランク軸4によって駆動されるばねロッド6の作用力は常にばねロッド6の中心軸上にある。また、クランク軸4が回転したときには蓄勢ばね9の中心軸9aに対するばねロッド6の角度θが変化し、この角度θの変化は球面座7の回転中心28を中心とした変化である。従って、ばねロッド6の作用力のばね受け8上の作用点は、球面座7の回転中心28である。
【0007】
一方、蓄勢ばね9の作用力は図示のコイルばねの場合は中心軸9a上にあり、可動ばね受け8に対してはばね受け面である当接面29上で作用しているため、蓄勢ばね9のばね作用力は可動ばね受け8上の作用点Gで作用している。
【0008】
これらの2つの作用点28およびGは、蓄勢ばね9の中心軸9aの方向(単に軸方向ということもある)に距離Xだけ離れている。従って、ばねロッド6の軸心と蓄勢ばね9の中心軸9aとが一致しているときはそれぞれの力の作用線も一致しているので、可動ばね受け8には可動ばね受け8を回転させるような回転モーメントは発生しない。
【0009】
クランク軸4が回転したときには、蓄勢ばね9の中心軸9aに対してばねロッド6が角度θだけ傾斜し、この角度θにより、ばねロッド6の作用力の作用線と蓄勢ばね9の作用力の作用線との間にずれが生じ、可動ばね受け8を回転させようとする力が発生する。この回転モーメントは、蓄勢ばね9の蓄勢荷重をFとし、ばねロッド6の変位が角度θであると、2つの作用点28と作用点Gとの間の軸方向の距離がXであるので、可動ばね受け8を作用点28を中心に時計方向に回転させようとするF・X・tanθなる回転モ−メントが発生する。可動ばね受け8は、このモーメントによって、蓄勢ばね9の変形による作用力の変化により回転モーメントが無くなる位置まで図8で時計方向に回動する。
【0010】
このような可動ばね受け8の回動が起こると、円筒状あるいはロッド状の案内装置10と可動ばね受け8の被案内面との間が平行でなくなり、その間の摩擦が大きくなってしまい、噛んでしまうことさえあり、蓄勢ばね装置の動作が滑らかに行われなくなるという欠点があった。このような摩擦を低減するために案内装置27と可動ばね受け8の摺動部にベアリングなどを設けたり、複雑なリンク機構を追加して直線運動に変換後可動ばね受けに連結したりすることも提案されているが、新たな部品が必要になったり、体積が大きくなるなどの問題点があった。
【0011】
従って、この発明の目的は、上述のような従来の蓄勢ばね装置の問題点を解消することであり、ベアリング、リンク機構などの部品を追加することなく、簡単な構造により安定な速度などの駆動性能を確保できる蓄勢ばね装置を得ることである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、上述の課題を解決するための手段は次の通りである。
(1)蓄勢ばね装置は、フレームと、フレームに一端で支持された蓄勢ばねと、蓄勢ばねの他端に設けられ、蓄勢ばねのばね作用力を受ける可動ばね受けと、フレームに設けられたクランク軸と、一端でクランク軸に回転可能に連結され、他端で可動ばね受けに回転可能に連結され、上記クランク軸の回転に応じて可動ばね受けに作用力を加えて蓄勢ばねに蓄勢するばねロッドと、フレームに取り付けられて可動ばね受けが直線運動をするように案内する案内装置とを備え、蓄勢ばねのばね作用力の可動ばね受け上の作用点と、ばねロッドの作用力のばね受け上の作用点とが一致した位置に在る。
【0013】
(2)また、蓄勢ばね装置は、フレームと、クランク軸と、一端でクランク軸に回転可能に連結されたばねロッドと、ばねロッドの他端に回転中心回りに回転可能に連結された可動ばね受けと、フレームに取り付けられて可動ばね受けが直線運動をするように案内する案内装置と、可動ばね受けおよびフレーム間に設けられ、中心軸を有する蓄勢ばねとを備え、回転中心が、蓄勢ばねの中心軸上に在り、かつ可動ばね受けの蓄勢ばねが当接する当接面内に在ってもよい。
【0014】
(3)更に、蓄勢ばね装置は、フレームと、クランク軸と、一端でクランク軸に回転可能に連結されたばねロッドと、ばねロッドの他端に回転中心回りに回転可能に連結された可動ばね受けと、フレームに取り付けられて可動ばね受けが直線運動をするように案内する案内装置と、可動ばね受けおよびフレーム間に設けられ、中心軸を有する蓄勢ばねとを備え、蓄勢ばねが、互いに同軸に重ねて配置され、それぞれ異なる当接面を持つ複数のコイルばねであり、回転中心が、蓄勢ばね、の中心軸上に在り、かつ回転中心から蓄勢ばねの軸方向に見た各当接面までの距離と各蓄勢ばねの蓄勢荷重との積の和が零近傍になる位置に在ってもよい。
【0015】
(4)ばねロッドが蓄勢ばねを貫通することなく配置され、フレ−ムに固定された案内装置が蓄勢ばねの軸方向に可動ばね受けを貫通している。
【0016】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1の蓄勢ばねが蓄勢状態の蓄勢ばね装置の断面図であり、従来例の図8に相当する蓄勢ばね機構部である。
蓄勢ばね装置は、フレーム1と、フレーム1に回転自由に支持されたクランク軸41と、フレーム1に一端で垂直に当接し、中心軸を有する1個の円筒型コイルばねからなる蓄勢ばね42と、蓄勢ばね42の他端に設けられ、蓄勢ばね42のばね作用力を受ける可動ばね受け43とを備えられている。可動ばね受け43が円板状で、円周状の当接面Sで蓄勢ばね42を受けている。
【0017】
蓄勢ばね装置はまた、一端でクランク軸41に回転可能に連結され、他端で可動ばね受け43に回転可能に連結され、クランク軸41の回転に応じて可動ばね受け43に作用力を加えて蓄勢ばね42に蓄勢するばねロッド44と、フレーム1に取り付けられて可動ばね受け43が直線運動をするように案内する案内装置45とを備えている。
【0018】
さらに可動ばね受け43には角柱の突起が中央に設けられ、その角柱の側面に孔が穿孔されている。またばねロッドの一端には音叉状の軸受けが設けられ、その音叉部分に孔が開けられている。そして可動ばね受け43の角柱状突起の孔とばねロッドの音叉状軸受けの孔を位置を合わせ、ピンを挿入して回転中心46を設けてある。回転中心46は当接面S上及び蓄勢ばね42の中心軸上に配置してある。
【0019】
また、クランク軸41は、回転軸47とクランク48からなり、回転軸47はフレーム1に回転自由に支えられてその軸中心の回りに回転し、クランク48は回転軸47から突出したクランクアーム49とクランクピン50よりなり、回転軸47中心の回りにクランクピン50を回転する。
図1の状態で、ばねロッド44の軸方向は蓄勢ばね42の中心軸に対して角度θ1だけ傾いている。
【0020】
次に閉極動作について説明する。図1は蓄勢ばね42が蓄勢されており、遮断器が開極状態となっている。すなわち、可動ばね受け43は蓄勢ばね42の蓄勢荷重によってA方向に付勢されており、このばね作用力はばねロッド44を介してクランクアーム49に伝わり、クランク軸41に回転軸47回りに反時計方向のトルクが発生する。クランク軸41は、図示以外の巻き上げ車、図示以外のピン、図示以外のカケガネおよび図示以外のトリガなどからなる保持機構によって回転することなくこのトルクに抗して保持されている。閉極指令が出されると、クランク軸41の保持機構が解除され、蓄勢ばね42の蓄勢荷重によってクランクアーム49およびクランク軸41が反時計方向に回転を開始し、可動ばね受け43がA方向に移動を開始する。
【0021】
図2は閉極動作の途中の状態を示している。クランクアーム49のピン50は回転軸47を中心とする円弧の軌跡を描くので、ばねロッド44の軸方向と蓄勢ばね42の中心軸のなす角度は変化してθ2となっている。
【0022】
図3は閉極動作の終了時の状態を表している。クランクアーム49は回転軸47の回りを反時計方向に回転し、可動ばね受け43は図中左側に移動して蓄勢ばね42が放勢状態となっている。このとき、ばねロッド44の軸方向と蓄勢ばね42の中心軸のなす角度はθ3に変化している。
【0023】
蓄勢ばね42の蓄勢動作について説明する。図3の状態から、動力源(図示せず)により、クランク軸41に固着している巻き上げ車(図示せず)が回転して、クランクアーム49が回転軸47の回りを時計方向に回転するとともに可動ばね受け43が図3のB方向に移動を開始する。図3の状態から、図2の状態となり、図1に示すように蓄勢ばね42の蓄勢が完了すると、保持機構(図示せず)によって、クランク軸41が反時計方向に回転しないように保持され、蓄勢動作を終了する。
【0024】
この発明の実施の形態1に係る回転中心46の位置は蓄勢ばね42の中心軸と可動ばね受け43の蓄勢ばね当接面Sの交点に配置しており、蓄勢ばね42のばね力の作用点はコイルばねの中心軸上にあり、かつ当接面S上にあるので、回転中心46にあるばねロッド44の作用力の作用点と一致している。したがって、可動ばね受け43に作用する力のモ−メントはほぼ零になり、蓄勢ばね42が放勢するとき、可動ばね受け43が傾くことがほとんどなくなり、案内装置45と可動ばね受け43の貫通孔との摩擦抵抗を小さく抑えられる。このように、本発明では、案内装置45と可動ばね受け43の摺動部にベアリング等を設けることなく、円筒型のコイルばねの中心軸と、蓄勢ばねの可動ばね受けの当接面の交点に回転中心46を設けることで簡単に安定な速度等の駆動特性を有した遮断器の投入機構として蓄勢ばね装置が得られる。
【0025】
なお、実施の形態1では、蓄勢ばね43と可動ばね受け43等から構成する機構を投入ばね機構として用いていたが、同様な構成であれば、遮断ばね機構にも適用可能である。
【0026】
また、実施の形態1では、回転中心として回転自在なピン接続を用いているが、球面座、ボール受けでも同様な回転自在な接続が可能である。
【0027】
実施の形態2.
図4は、この発明の実施の形態2による蓄勢ばね装置のばね機構部の断面図であり、蓄勢ばね42が蓄勢されており、遮断器が開極状態となっている。
フレ−ム1、クランクアーム49、クランク軸41、回転中心46、ピン50、ばねロッド44、蓄勢ばね42、案内装置45など、構成する部品は形態1とほぼ同様である。
【0028】
ただし、案内装置45の左端に固定ばね受け51が固定されており、蓄勢ばね42は固定ばね受け51と可動ばね受け43の間に圧縮されて設けられている。したがって、閉極指令が出されて蓄勢ばね42が放勢を開始すると、C方向に可動ばね受け43が押されてばねロッド44がC方向に移動し、クランク軸41が回転軸47の回りに時計方向に回転する。また、蓄勢ばね42の蓄勢動作時は、動力源(図示せず)によって、クランクアーム49が回転軸47の回りを反時計方向に回転し、可動ばね受け42がC方向と反対方向に移動することによって、蓄勢ばね42が蓄勢される。このように、遮断器の閉極動作または蓄勢ばね42の蓄勢動作時の、クランクアーム49の回転方向、可動ばね受け43の移動方向等は、形態1のそれらと比べ、反対になる。
【0029】
さて、回転中心46は、図中の1点鎖線が示すように、蓄勢ばね42の中心軸と可動ばね受け43の蓄勢ばね当接面Sの交点に位置しており、蓄勢ばね42のばね力の作用点はコイルばねの中心軸上にあり、かつ当接面S上にあるので、回転中心にあるばねロッド44の作用力の作用点と一致している。したがって、可動ばね受け43に発生するモ−メントはほぼ零になり、蓄勢ばね42が放勢するとき、可動ばね受け43が傾くことがほとんどなくなり、案内装置45と可動ばね受け43の貫通孔との摩擦抵抗を小さく抑えられる。このように、本発明では、案内装置45と可動ばね受け43の摺動部にベアリング等を設けることなく、円筒型のコイルばねの中心軸と、蓄勢ばねの可動ばね受けの当接面の交点に回転中心を設けることで簡単に安定な速度等を有する遮断器の投入機構として蓄勢ばね装置が得られる。
【0030】
また、ばねロッド44が蓄勢ばね42を貫通していないので、可動ばね受け43の全面を蓄勢ばね42の当接面にするように断面形状が細長い長方形のコイルばねを用いることができて小形化が可能になり、さらに高蓄勢な蓄勢ばね装置が得られる。
さらに可動ばね受け43が蓄勢ばね42の軸方向に垂直の姿勢に配置出来て、蓄勢ばねが軸方向に安定して運動出来る。
【0031】
なお、実施の形態2においても、蓄勢ばね42と可動ばね受け43等から構成する機構を投入ばね機構として用いていたが、同様な構成であれば、遮断ばね機構にも適用可能である。
【0032】
実施の形態3.
図5は、この発明の実施の形態3の蓄勢ばねが蓄勢状態の蓄勢ばね装置の断面図である。実施の形態1との相違点は複数の蓄勢ばねを用いたことである。すなわちフレーム1に一端で垂直に当接し、直線上に支持された4本の円筒状コイルばねからなる蓄勢ばね61a、61b、61c、61dと、蓄勢ばね61a、61b、61c、61dの他端に設けられ、蓄勢ばね61a、61b、61c、61dのばね作用力を受ける可動ばね受け62とを備えられている。
【0033】
ここで蓄勢ばねの合力の作用点とばねロッドの作用力の作用点を合わせる方法を説明する。ばねロッドの作用力の可動ばね受け上の作用点は回転中心46である。一方、蓄勢ばねは円筒形コイルばねであるので、可動ばね受けには円筒形コイルばねの中心軸上で蓄勢ばねのばね作用力が作用していると考えられる。そこで可動ばね受け上に蓄勢ばねが当接しているフレーム1の面に垂直にx軸を設け、蓄勢ばねが当接しているフレーム1の面に平行で4個の蓄勢ばねの並びの方向をy軸とし、回転中心46を原点とするx−y平面を考える。そして、蓄勢ばね61a、61b、61c、61dの可動ばね受け上の作用点の座標をそれぞれ(X1,Y1)、(X2,Y2)、(X3,Y3)、(X4,Y4)とし、蓄勢ばね61a、61b、61c、61dのばね作用力を蓄勢状態でFa、Fb、Fc、Fdとする。
【0034】
複数の蓄勢ばねの力の合力の作用点は、作用点の回りのばね作用力のモーメントが零になる点から求めることができる。この作用点の座標を(X0,Y0)とすると、力のモーメントはΣ{(Xi―X0)×Fi}(i=a〜d)=0とΣ{(Yi―Y0)×Fi}(i=a〜d)=0がともに満足する式から、X1、X2、X3、X4とY1、Y2、Y3、Y4およびFa、Fb、Fc、Fdを変量として求められる。この可動ばね受け44の座標(X0,Y0)が回転中心46の座標(0、0)に合うと、蓄勢ばね力の合力の作用点とばねロッドの作用力の作用点が一致させることができるので、Σ(Xi×Fi)(i=a〜d)=0、Σ(Yi×Fi)(i=a〜d)=0からXi、Yiを求めた。
尚、この実施の形態1では力の作用点を力のモーメントの計算から求めることができたが、図形を用いて求めることもできる。
【0035】
さらに蓄勢状態から放勢状態の間で作用点が変化しないように、蓄勢状態での可動ばね受けの当接面S1、S2、S3、S4とフレーム1の長さをL1、L2、L3、L4とし、蓄勢ばね61a、61b、61c、61dの無荷重での長さをR1、R2、R3、R4との差が一定になるように蓄勢ばね61a、61b、61c、61dの長さを決めた。その結果、力のモーメントは放勢状態でも0となり、蓄勢ばね力の合力の作用点とばねロッドの作用力の作用点が一致したままで駆動する。
【0036】
上述の可動ばね受け62に加わる力は、蓄勢ばね61a、61b、61c、61dのばね力Fa、Fb、Fc、Fdの合力と、ばねロッド44の作用力であり、この実施の形態1では両方の力の作用点を一致させてあるので回転中心46の周りでの可動ばね受け62の回転は起こらず、蓄勢ばね61a、61b、61c、61dが放勢するとき、可動ばね受け62が傾くことがほとんどなくなり、案内装置45と可動ばね受け62との摩擦抵抗を小さく抑えられる。このように、本発明では、案内装置45と可動ばね受け62の摺動部にベアリング等を設けることなく、安定な速度を有した遮断器の投入機構として蓄勢ばね装置が得られる。
【0037】
また蓄勢ばねの組み合わせ方を変化させて、蓄勢ばねのばね作用力の合力の作用点を可動ばね受けの周囲部にも配置することが可能になり、蓄勢ばね装置の設計の自由度が広がる。
【0038】
なお、実施の形態3では、蓄勢ばね61a、61b、61c、61dと可動ばね受け62等から構成する機構を投入ばね機構として用いていたが、同様な構成であれば、遮断ばね機構にも適用可能である。
【0039】
実施の形態4.
図6は、この発明の実施の形態4による操作装置のばね機構部の断面図であり、蓄勢ばね63aおよび蓄勢ばね63bが蓄勢されており、遮断器が開極状態となっている。形態1と形態4の主な相異点は、2個の蓄勢ばね63aおよび蓄勢ばね63bが同心円で配置されていること、これらの蓄勢ばね63a、63bを、それぞれ可動ばね受け64の当接面S1およびS2で受けていることである。
【0040】
また、回転中心46と、可動ばね受け64の当接面S1およびS2の距離をそれぞれX1、X2とし、X1、X2の符号については、蓄勢ばね63a及び蓄勢ばね63bの中心軸上に座標軸を採用し、原点を回転中心46とし、回転中心46の左側に当接面S1もしくはS2がある場合負とする。また、蓄勢ばね63aおよび蓄勢ばね63bの蓄勢時の荷重をそれぞれF1およびF2としている。そこで積X1・F1と積X2・F2の和が零近傍になるように値を設定してある。ここで和が零になるように設定しているが、蓄勢ばねの変位―荷重特性のずれや組立精度などから和が零近傍になることがあるが効果に大きな違いは見られない。
【0041】
積X1・F1と積X2・F2の和が零近傍にあることの作用を説明する。蓄勢ばね63aと蓄勢ばね63bは同心で配置されているので、蓄勢荷重は蓄勢ばねの中心軸上で作用している。さらに、可動ばね受け64に発生するモ−メントMは
M=F1・X1・tanθ+F2・X2・tanθ
となり、積X1・F1と積X2・F2の和が零近傍から力のモーメントは零近傍になる。すなわち、積X1・F1と積X2・F2の和が零近傍にあれば、可動ばね受け上の回転中心46の回りのモーメントが零近傍になる作用がある。それゆえ、蓄勢ばね63aと蓄勢ばね63bのばね力の合力の作用点は回転中心46にあることになり、ばねロッドの作用力の作用点と一致する。
【0042】
さらに蓄勢状態から放勢状態の間で作用点が変化しないように、蓄勢状態での可動ばね受けの当接面S1、S2とフレーム1の長さをL1、L2とし、蓄勢ばね63a、63bの無荷重での長さをR1、R2との差が一定になるように蓄勢ばね63a、63bの長さを決めた。その結果、力のモーメントは放勢状態でも0となり、蓄勢ばね力の合力の作用点とばねロッドの作用力の作用点が一致したままで駆動する。
【0043】
したがって、可動ばね受け64に発生するモ−メントはほぼ零になり、蓄勢ばね63aと蓄勢ばね63bが放勢するとき、可動ばね受け64が傾くことがほとんどなくなり、案内装置45と可動ばね受け64との貫通孔の摩擦抵抗を小さく抑えられる。このように、本発明では、案内装置45と可動ばね受け64の摺動部にベアリング等を設けることなく、安定な速度を有する遮断器の投入機構として蓄勢ばね装置が得られる。
また2個の蓄勢ばねのばね特性を色々組み合わせることで遮断器の投入操作に適した蓄勢ばね装置が得られる。
【0044】
なお、実施の形態4においても、蓄勢ばね63a、63bおよび可動ばね受け64等から構成する機構を投入ばね機構として用いていたが、同様な構成であれば、遮断ばね機構にも適用可能である。
【0045】
実施の形態5.
図7は、この発明の実施の形態5による操作装置のばね機構部の断面図であり、蓄勢ばね65a、65b、65cが蓄勢されており、遮断器が開極状態となっている。実施の形態1と実施の形態5の主な相異点は、3個の蓄勢ばね65a、65b、65cが同心で配置されていること、これらの蓄勢ばねをそれぞれ、可動ばね受け66の当接面S1、S2およびS3で受けていることである。
【0046】
また、回転中心46と、可動ばね受け66の当接面S1、S2およびS3の距離をそれぞれX1、X2およびX3とし、X1、X2、X3の符号については、蓄勢ばね65a、65b、65cの中心軸上に座標軸を採用し、原点を回転中心46とし、回転中心46の左側に当接面S1、S2もしくはS3がある場合負とする。また、蓄勢ばね65a、65b、65cの蓄勢時の荷重をそれぞれF1、F2およびF3とする。そこで積X1・F1と積X2・F2と積X3・F3の和が零近傍になるように値を設定してある。ここで和が零になるように設定をするが、蓄勢ばねの変位―荷重特性のずれや組立精度などから和が零近傍になることがあるが効果に大きな違いは見られない。
【0047】
積X1・F1と積X2・F2と積X3・F3の和が零近傍にあることの作用を説明する。蓄勢ばね65a、65b、65cは同心で配置されているので、蓄勢荷重は蓄勢ばねの中心軸上で作用している。さらに、可動ばね受け66に発生するモ−メントMは、
M=F1・X1・tanθ+F2・X2・tanθ+F3・X3・tanθ
となり、積X1・F1と積X2・F2と積X3・F3の和が零近傍から力のモーメントは零近傍になる。すなわち、積X1・F1と積X2・F2と積X3・F3の和が零近傍にあれば、可動ばね受け66上の回転中心46の回りのモーメントが零近傍になる作用がある。それゆえ、蓄勢ばね65a、65b、65cのばね力の合力の作用点は回転中心46にあることになり、ばねロッドの作用力の作用点と一致する。
【0048】
さらに蓄勢状態から放勢状態の間で作用点が変化しないように、蓄勢状態での可動ばね受けの当接面S1、S2、S3とフレーム1の間隔をL1、L2、L3とし、蓄勢ばね65a、65b、65cの無荷重での長さをR1、R2、R3との差が一定になるように蓄勢ばね65a、65b、65cの長さを決めた。その結果、力のモーメントは放勢状態でも零近傍となり、蓄勢ばね力の合力の作用点とばねロッドの作用力の作用点が一致したままで駆動する。
【0049】
したがって、可動ばね受け66に発生するモ−メントはほぼ零になり、蓄勢ばね65a、65b、65cが放勢するとき、可動ばね受け66の傾きが小さくなり、案内装置45と可動ばね受け66の貫通孔との摩擦抵抗を小さく抑えられる。このように、蓄勢ばね65a、65b、65cとして円筒形コイルばねを同心円状に配置し、回転中心46の回りの力のモーメントを零にすることで、案内装置45と可動ばね受け66の摺動部にベアリング等を設けることなく、安定な速度を有する遮断器の投入機構として蓄勢ばね装置が得られる。
【0050】
なお、実施の形態5においても、蓄勢ばね65a、65b、65cと、可動ばね受け66等から構成する機構を投入ばね機構として用いていたが、同様な構成であれば、遮断ばね機構にも適用可能である。
【0051】
さらに、n個の蓄勢ばね65i(i=1〜n)が同心に配置されているとき、可動ばね受け66の当接面Si(i=1〜n)と回転中心46との距離をそれぞれXi(i=1〜n)とし、蓄勢ばね66i(i=1〜n)の荷重をそれぞれFi(i=1〜n)とする。そこで蓄勢ばね65i毎に、距離Xiと荷重Fiの積を計算し、次にそれらの積をすべて加えて和が求められる。このように求めた和が零になるように、Xi(i=1〜n)、Fi(i=1〜n)を設計すると、可動ばね受け66に発生するモ−メントはほぼ零になる。
さらに蓄勢状態から放勢状態の間で作用点が変化しないように、蓄勢状態での可動ばね受けの当接面Si(i=1〜n)とフレーム1の間隔をLi(i=1〜n)とし、蓄勢ばね65i(i=1〜n)の無荷重での長さをRi(i=1〜n)との差が一定になるように蓄勢ばね65i(i=1〜n)の長さを決めた。その結果、力のモーメントは放勢状態でも0となり、蓄勢ばね力の合力の作用点とばねロッドの作用力の作用点が一致したままで駆動する。
【0052】
そこで可動ばね受け66の傾きが少ないので、案内装置48と可動ばね受け66の貫通孔との摩擦抵抗を小さく抑えられ、ベアリングなど特別な摺動部材を追加しなくても、安定な速度等の駆動特性を有する遮断器の投入機構として蓄勢ばね装置が得られる。
【0053】
また複数の蓄勢ばねのばね特性を色々組み合わせることで遮断器の投入操作に適した蓄勢ばね装置が得られる。
上記のように複数の蓄勢ばねを同心円状に配置することにより、蓄勢ばね装置が小形化する効果がある。
【0054】
【発明の効果】
以上の如くこの発明の蓄勢ばね装置による効果は次の通りである。
(1)蓄勢ばね装置は、フレームと、フレームに一端で支持された蓄勢ばねと、蓄勢ばねの他端に設けられ、蓄勢ばねのばね作用力を受ける可動ばね受けと、フレームに設けられたクランク軸と、一端でクランク軸に回転可能に連結され、他端で可動ばね受けに回転可能に連結され、クランク軸の回転に応じて可動ばね受けに作用力を加えて蓄勢ばねに蓄勢するばねロッドと、フレームに取り付けられて可動ばね受けが直線運動をするように案内する案内装置とを備え、蓄勢ばねのばね作用力の可動ばね受け上の作用点と、ばねロッドの作用力のばね受け上の作用点とが一致した位置に在るので、可動ばね受けが受ける蓄勢ばねのばね作用力とばねロッドの作用力のモーメントが零近傍になるので、可動ばね受けの傾きが少なくなり、可動ばね受けと案内装置の摩擦抵抗が減少することから、ベアリング等を用いなくても安定な速度を有した蓄勢ばね装置が得られる。
さらに複数の蓄勢ばねを組み合わせることで小形化、高蓄勢が可能になる。
さらに蓄勢ばねのばね力と作用点を組み合わせることで、ばねロッドの作用力の可動ばね受け上の自由な位置に作用点を設けることができる。
【0055】
(2)蓄勢ばね装置は、フレームと、クランク軸と、一端でクランク軸に回転可能に連結されたばねロッドと、ばねロッドの他端に回転中心回りに回転可能に連結された可動ばね受けと、フレームに取り付けられて可動ばね受けが直線運動をするように案内する案内装置と、可動ばね受けおよびフレーム間に設けられ、中心軸を有する蓄勢ばねとを備え、回転中心が、蓄勢ばねの中心軸上に在り、かつ蓄勢ばねが当接する可動ばね受けの当接面内に在るので、ばねロッドが可動ばね受けから受ける力の方向が蓄勢ばねの中心軸からずれることによる可動ばね受けが受けるモ−メントが零近傍であるので、可動ばね受けが傾くことが少なくなるので可動ばね受けと案内装置の摩擦抵抗が減少することにより、ベアリング等を用いなくても安定な速度が得られる。
【0056】
(2)蓄勢ばね装置は、フレームと、クランク軸と、一端でクランク軸に回転可能に連結されたばねロッドと、ばねロッドの他端に回転中心回りに回転可能に連結された可動ばね受けと、フレームに取り付けられて可動ばね受けが直線運動をするように案内する案内装置と、可動ばね受けおよびフレーム間に設けられ、中心軸を有する蓄勢ばねとを備え、回転中心が、蓄勢ばねの中心軸上に在り、かつ可動ばね受けの蓄勢ばねが当接する当接面内に在るので、ばねロッドが可動ばね受けから受ける力の方向が蓄勢ばねの中心軸からずれることによる可動ばね受けが受けるモ−メントが零近傍であるので、可動ばね受けが傾くことが少なくなるので可動ばね受けと案内装置の摩擦抵抗が減少することにより、ベアリング等を用いなくても安定な速度が得られる。
【0057】
(4)ばねロッドが蓄勢ばねを貫通することなく配置され、フレ−ムに固定された案内装置が蓄勢ばねの軸方向に可動ばね受けを貫通しているので、蓄勢ばねを空間的に最大限使用することが出来て、小形化、高蓄勢が可能になる。
さらに可動ばね受けが蓄勢ばねの軸方向に垂直の姿勢に配置出来て、蓄勢ばねが軸方向に安定して運動出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の形態1の蓄勢状態の蓄勢ばね装置の要部断面図である。
【図2】 この発明の形態1の放勢途中の蓄勢ばね装置の要部断面図である。
【図3】この発明の形態1の放勢状態の蓄勢ばね装置の要部断面図である。
【図4】この発明の形態2の蓄勢状態の蓄勢ばね装置の要部断面図である。
【図5】この発明の形態3の蓄勢状態の蓄勢ばね装置の要部断面図である。
【図6】この発明の形態4の蓄勢状態の蓄勢ばね装置の要部断面図である。
【図7】この発明の形態5の蓄勢状態の蓄勢ばね装置の要部断面図である。
【図8】従来の技術の蓄勢ばね装置の要部断面図である。
【図9】従来の技術の蓄勢ばね装置の投入機構部分の要部断面図である。
【符号の説明】
1 フレ−ム、41 クランク軸、42、61a、61b、61c、61d、63a、63b、65a、65b、65c 蓄勢ばね、43、62、64、66可動ばね受け、44 ばねロッド、47 回転軸、49 クランクアーム、50 ピン、51 固定ばね受け。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE
[0002]
[Prior art]
FIG. 8 is a cross-sectional view of the main part of the accumulator spring device used for the circuit breaker closing mechanism in the power switchgear installed in the substation and switchgear disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 63-42433. The accumulator spring device includes a
[0003]
FIG. 9 is a cross-sectional view of the main part of the operating device for the blocking unit operating lever 11. This figure shows the circuit breaker in the open state, and the energy storage spring 9 indicates the energy storage state. The operating device for the blocking unit operating lever 11 includes a blocking unit operating lever 11 rotatably supported by a pin 12 supported by the
[0004]
The
[0005]
The closing operation of the circuit breaker will be described with reference to FIGS. Engagement with a pin (not shown) engaged with the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Since the conventional accumulator spring device is configured as described above, it has the following problems.
As shown in FIG. 8, since the
[0007]
On the other hand, the acting force of the accumulating spring 9 is on the central axis 9a in the case of the illustrated coil spring, and acts on the abutting surface 29 which is the spring receiving surface with respect to the movable spring receiver 8. The spring acting force of the urging spring 9 acts at an action point G on the movable spring receiver 8.
[0008]
These two action points 28 and G are separated by a distance X in the direction of the central axis 9a of the energy storage spring 9 (sometimes simply referred to as the axial direction). Accordingly, when the axial center of the
[0009]
When the
[0010]
When such rotation of the movable spring receiver 8 occurs, the space between the cylindrical or rod-shaped guide device 10 and the guided surface of the movable spring receiver 8 is not parallel, and the friction therebetween increases, and the bite There is a drawback that the operation of the accumulator spring device is not performed smoothly. In order to reduce such friction, a bearing or the like is provided on the sliding portion of the guide device 27 and the movable spring receiver 8, or a complicated link mechanism is added to convert the linear motion into a linear motion and then connected to the movable spring receiver. Have also been proposed, but there are problems such as the need for new parts and an increase in volume.
[0011]
Accordingly, an object of the present invention is to eliminate the problems of the conventional accumulator spring device as described above, and without adding parts such as a bearing and a link mechanism, a stable structure such as a stable speed can be obtained. It is to obtain an accumulator spring device that can ensure driving performance.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, means for solving the above-described problems are as follows.
(1) The energy storage spring device includes a frame, an energy storage spring supported at one end of the frame, a movable spring receiver provided at the other end of the energy storage spring and receiving the spring acting force of the energy storage spring, One end of the crankshaft is rotatably connected to the crankshaft, the other end is rotatably connected to a movable spring receiver, and an actuating force is applied to the movable spring receiver in response to the rotation of the crankshaft to store energy. A spring rod that stores energy in the spring; a guide device that is attached to the frame and guides the movable spring receiver so as to perform linear motion; The operating point on the spring receiver of the acting force of the rod is in a position where it coincides.
[0013]
(2) Further, the energy storage spring device includes a frame, a crankshaft, a spring rod that is rotatably connected to the crankshaft at one end, and a movable spring that is rotatably connected to the other end of the spring rod around a rotation center. A receiving device, a guide device attached to the frame and guiding the movable spring receiver so as to make a linear motion, and an accumulating spring provided between the movable spring receiver and the frame and having a central axis. On the central axis of the spring and The accumulator spring contacts It may be in the contact surface.
[0014]
(3) Furthermore, the accumulator spring device includes a frame, a crankshaft, a spring rod that is rotatably connected to the crankshaft at one end, and a movable spring that is rotatably connected to the other end of the spring rod around the rotation center. A receiving device, a guide device that is attached to the frame and guides the movable spring receiver so as to move linearly, and an accumulator spring that is provided between the movable spring receiver and the frame and has a central axis, A plurality of coil springs arranged on the same axis and having different contact surfaces, the rotation center being on the central axis of the energy storage spring, and viewed from the rotation center in the axial direction of the energy storage spring You may exist in the position where the sum of the product of the distance to each contact surface and the stored load of each stored spring becomes near zero.
[0015]
(4) The spring rod is arranged without penetrating the accumulator spring, and the guide device fixed to the frame penetrates the movable spring receiver in the axial direction of the accumulator spring.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 is a cross-sectional view of an energy storage spring device in which an energy storage spring according to
The accumulator spring device includes a
[0017]
The accumulator spring device is also rotatably connected to the
[0018]
Further, the
[0019]
The
In the state of FIG. 1, the axial direction of the
[0020]
Next, the closing operation will be described. In FIG. 1, the
[0021]
FIG. 2 shows a state during the closing operation. Since the
[0022]
FIG. 3 shows a state at the end of the closing operation. The
[0023]
The accumulating operation of the accumulating
[0024]
The position of the
[0025]
In the first embodiment, the mechanism constituted by the
[0026]
In the first embodiment, a rotatable pin connection is used as the center of rotation, but the same rotatable connection is possible with a spherical seat and a ball receiver.
[0027]
FIG. 4 is a cross-sectional view of the spring mechanism portion of the energy storage spring device according to
Components such as the
[0028]
However, the fixed
[0029]
The
[0030]
In addition, since the
Furthermore, the
[0031]
In the second embodiment, the mechanism constituted by the
[0032]
FIG. 5 is a cross-sectional view of the energy storage spring device in the energy storage state of the energy storage spring according to the third embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that a plurality of energy storage springs are used. That is, the accumulator springs 61a, 61b, 61c, 61d composed of four cylindrical coil springs that are vertically abutted on one end and supported on a straight line, and the accumulator springs 61a, 61b, 61c, 61d. A
[0033]
Here, a method of matching the action point of the resultant force of the energy storage spring and the action point of the action force of the spring rod will be described. The point of action of the acting force of the spring rod on the movable spring receiver is the
[0034]
The action point of the resultant force of the plurality of energy storage springs can be obtained from the point where the moment of the spring action force around the action point becomes zero. When the coordinates of the action point are (X0, Y0), the moment of force is Σ {(Xi−X0) × Fi} (i = a to d) = 0 and Σ {(Yi−Y0) × Fi} (i = A to d) = 0, X1, X2, X3, X4 and Y1, Y2, Y3, Y4 and Fa, Fb, Fc, Fd are obtained as variables. When the coordinate (X0, Y0) of the
In the first embodiment, the point of action of the force can be obtained from the calculation of the moment of force, but it can also be obtained using a figure.
[0035]
Further, the lengths of the contact surfaces S1, S2, S3, S4 of the movable spring receiver and the
[0036]
The force applied to the
[0037]
In addition, by changing the combination of the energy storage springs, it is possible to place the action point of the resultant spring acting force of the energy storage spring also on the periphery of the movable spring receiver. Spread.
[0038]
In the third embodiment, the mechanism composed of the accumulator springs 61a, 61b, 61c, 61d and the
[0039]
FIG. 6 is a cross-sectional view of the spring mechanism portion of the operating device according to
[0040]
The distances between the
[0041]
The operation of the sum of the product X1 · F1 and the product X2 · F2 being near zero will be described. Since the
M = F1 · X1 · tan θ + F2 · X2 · tan θ
Thus, the sum of the product X1 · F1 and the product X2 · F2 is near zero, and the moment of force is near zero. That is, if the sum of the product X1 · F1 and the product X2 · F2 is near zero, there is an effect that the moment around the
[0042]
Further, the lengths of the contact surfaces S1 and S2 of the movable spring receiver and the
[0043]
Therefore, the moment generated in the movable spring receiver 64 becomes almost zero, and when the accumulating
Further, by combining various spring characteristics of the two energy storage springs, an energy storage spring device suitable for the operation of closing the circuit breaker can be obtained.
[0044]
In the fourth embodiment, the mechanism composed of the accumulator springs 63a and 63b and the movable spring receiver 64 is used as the closing spring mechanism. However, the same structure can be applied to the cutoff spring mechanism. is there.
[0045]
FIG. 7 is a cross-sectional view of the spring mechanism portion of the operating device according to the fifth embodiment of the present invention, in which the accumulating springs 65a, 65b, 65c are accumulating and the circuit breaker is in the open state. The main difference between the first embodiment and the fifth embodiment is that the three energy storage springs 65a, 65b, 65c are arranged concentrically, and these energy storage springs are respectively connected to the
[0046]
Further, the distances between the
[0047]
The operation of the sum of the product X1, F1, the product X2, F2, and the product X3, F3 being near zero will be described. Since the energy storage springs 65a, 65b, and 65c are arranged concentrically, the energy storage load acts on the central axis of the energy storage spring. Furthermore, the moment M generated in the
M = F1, X1, tan θ + F2, X2, tan θ + F3, X3, tan θ
Thus, the sum of the products X1, F1, X2, F2, and X3, F3 is near zero, and the moment of force is near zero. In other words, if the sum of the products X1, F1, X2, F2, and X3, F3 is near zero, there is an effect that the moment around the
[0048]
Further, the distance between the contact surfaces S1, S2, S3 of the movable spring receiver and the
[0049]
Therefore, the moment generated in the
[0050]
In the fifth embodiment, the mechanism composed of the accumulator springs 65a, 65b, 65c and the
[0051]
Further, when n energy storage springs 65i (i = 1 to n) are arranged concentrically, the distance between the contact surface Si (i = 1 to n) of the
Further, the distance between the contact surface Si (i = 1 to n) of the movable spring receiver and the
[0052]
Therefore, since the inclination of the
[0053]
Further, by combining various spring characteristics of the plurality of energy storage springs, an energy storage spring device suitable for the operation of closing the circuit breaker can be obtained.
By arranging a plurality of energy storage springs concentrically as described above, there is an effect that the energy storage spring device is reduced in size.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, the effects of the energy storage spring device of the present invention are as follows.
(1) The energy storage spring device includes a frame, an energy storage spring supported at one end of the frame, a movable spring receiver provided at the other end of the energy storage spring and receiving the spring acting force of the energy storage spring, A crankshaft provided at one end thereof is rotatably connected to the crankshaft, and at the other end is rotatably connected to a movable spring receiver. An accumulator spring is applied by applying an acting force to the movable spring receiver according to the rotation of the crankshaft. And a guide device attached to the frame for guiding the movable spring receiver so that the movable spring receiver moves linearly, an action point of the spring acting force of the energy storage spring on the movable spring receiver, and a spring rod Therefore, the moment of the spring acting force of the accumulator spring and the acting force of the spring rod received by the movable spring receiver is near zero. If the inclination of the Received from the frictional resistance of the guide device is reduced and, energizing spring device also having a stable speed without using a bearing and the like is obtained.
Further, by combining a plurality of energy storage springs, it becomes possible to reduce the size and increase the energy storage.
Further, by combining the spring force of the accumulator spring and the action point, the action point can be provided at a free position on the movable spring receiver of the action force of the spring rod.
[0055]
(2) The accumulator spring device includes a frame, a crankshaft, a spring rod that is rotatably connected to the crankshaft at one end, and a movable spring receiver that is rotatably connected to the other end of the spring rod around the center of rotation. A guide device that is attached to the frame and guides the movable spring receiver so as to perform a linear motion; and an accumulator spring that is provided between the movable spring receiver and the frame and has a central axis, and the center of rotation is the accumulator spring. Since it is on the contact surface of the movable spring receiver with which the accumulator spring abuts, the direction of the force that the spring rod receives from the movable spring receiver deviates from the central axis of the accumulator spring. Since the moment received by the spring receiver is close to zero, the movable spring receiver is less likely to tilt, and the frictional resistance between the movable spring receiver and the guide device is reduced. Degree is obtained.
[0056]
(2) The accumulator spring device includes a frame, a crankshaft, a spring rod that is rotatably connected to the crankshaft at one end, and a movable spring receiver that is rotatably connected to the other end of the spring rod around the center of rotation. A guide device that is attached to the frame and guides the movable spring receiver so as to perform a linear motion; and an accumulator spring that is provided between the movable spring receiver and the frame and has a central axis, and the center of rotation is the accumulator spring. On the center axis of the The accumulator spring contacts Since the moment of the force received by the spring rod from the central axis of the accumulator spring is near zero because the spring rod is in the contact surface, the movable spring receiver is Since the tilting is reduced, the frictional resistance between the movable spring receiver and the guide device is reduced, so that a stable speed can be obtained without using a bearing or the like.
[0057]
(4) Since the spring rod is disposed without penetrating the accumulator spring and the guide device fixed to the frame penetrates the movable spring receiver in the axial direction of the accumulator spring, the accumulator spring is spatially Can be used as much as possible, miniaturization and high energy storage.
Furthermore, the movable spring receiver can be arranged in a posture perpendicular to the axial direction of the energy storage spring, and the energy storage spring can move stably in the axial direction.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of an energy storage spring device in an energy storage state according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an essential part of the accumulator spring device in the midst of release of
FIG. 3 is a cross-sectional view of an essential part of the energy storage spring device in a released state according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of an energy storage spring device in an energy storage state according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part of an energy storage spring device in an energy storage state according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part of an energy storage spring device in an energy storage state according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a main part of an energy storage spring device in an energy storage state according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a main part of a conventional accumulator spring device.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a main part of a closing mechanism portion of a conventional accumulator spring device.
[Explanation of symbols]
1 frame, 41 crankshaft, 42, 61a, 61b, 61c, 61d, 63a, 63b, 65a, 65b, 65c accumulating spring, 43, 62, 64, 66 movable spring receiver, 44 spring rod, 47 rotating shaft , 49 Crank arm, 50 pins, 51 Fixed spring holder.
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