JP4649448B2 - 無電圧タップ切換器 - Google Patents

Description

本発明は、電源電圧の変動に対し、二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関する。

図９は、変圧器の巻き線の一相分の無電圧タップ切換器の接続方法の概要を示すもので、並列された多数の固定接点のうち二つを可動接点で短絡させ、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。

本出願人の従来製品としての無電圧タップ切換器の接点部は、図１０〜図１２に示すように、細長い可動絶縁板９０の上下に取付板９１を介してブロック状の可動接点９２を側方に対向して突出し、可動接点の外側を板バネ９３で押さえ付け、その板バネの力を利用して固定接点９４を前後から二枚の可動接点ではさみ、固定接点に対して可動接点を摺動する構造である。固定接点は、固定絶縁板９５の上に並列して固定し、固定絶縁板には、可動接点の摺動方向に沿ってスリット９６をあけ、下側の可動接点が固定接点に接触するようにしてある。図では一相分の接点部を示しているが、三相分の場合、接点部を相間の絶縁距離を取って直線的に組み付けるので、細長い構造となる。

固定絶縁板は、細長い構造なので剛性が弱くなりやすい。しかも、固定接点にはリード線等が接続され、リード線等の引き回し具合による外力が加わることから、固定絶縁板には、曲げや捩れによる歪みが発生する。一方、可動絶縁板は、次の理由から剛性が要求される。可動接点は球面の接触面を間隔をあけて設けてあり、一方、固定接点の接触面は平面であることから、球面の頂点と平面が点接触することになる。二枚の可動接点で固定接点を挟む関係上、タップ切換え時に可動接点の左右の接触面の球面が両方とも固定接点の間に落ち込み、次の固定接点に乗り上げる際に相当の駆動力を要し、この駆動力を保障できる剛性が可動絶縁板に求められる。

そうすると、歪んだ固定絶縁板と、剛性のある可動絶縁板とでは、相対的な位置関係が歪みのない場合に比べて変動する。つまり、固定絶縁板に設けた固定接点と、可動絶縁板に設けた可動接点との相対的な位置関係が変動し、二枚の可動接点を挟む板バネの力が固定接点には充分に伝わらなくなり、場合によっては接触不良となる。

また、点接触であるので、力が一点に集中し、接触箇所の圧力が高くなり、接触面が荒れやすい。線接触であっても、可動接点を移動するのに大きな力を要すれば、接触面が荒れやすいことは同様である。接触面が荒れて傷つくと、接触抵抗が増大するので、電流通過時に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。従って、一定以上の接触圧は与えられず、許容通過電流が制限される。一般に接点の許容通過電流は、固定接点および可動接点の断面積と接点圧力で決定されるからである。

なお、上記説明した従来製品に類似する技術を挙げておく（特許文献１）。
特開２００５−１３６１８９号公報（図１６，１７）

本発明は上記実情を考慮してなされたものであり、第一に固定絶縁板に歪みが生じても接触を確保できる信頼性の高いものとすることで、第二に大電流に対応することである。

本発明は、直線的に延長する固定絶縁板に対してその長手方向に沿って間隔をあけて接触箇所が線状または点状の固定接点を並列して三相配置する固定接点ユニットと、固定接点の並列方向に沿って直線的に延長する可動絶縁板を固定接点の前後に平行に並べると共に各可動絶縁板の内側に接触面が平面の可動接点を三相前後に対向して支持し且つ前後一対の可動絶縁板の外側にコ字状の板バネを備えると共に板バネによって前後一対の可動接点を押圧する状態が前記接触面である平面のうち固定接点の並列方向に直交する方向の全長中間点で固定接点の並列方向に線接触で押圧する状態であり且つその押圧された一対の可動接点で隣り合う固定接点を挟む可動接点ユニットと、定常通電時からタップ切換時には固定接点ユニットに対して可動接点ユニットを固定接点の並列方向に沿って直線的に移動する駆動ユニットを備える無電圧タップ切換器を前提とする。

そして、固定絶縁板及び可動絶縁板は絶縁樹脂製であり、可動接点は可動絶縁板に対して前後方向に移動不能に且つ重なり合う状態で支持されており、可動絶縁板は、固定絶縁板の歪により固定接点の並列状態が歪んだ場合であっても、定常通電時には板バネの挟持力によって固定接点の並列状態の歪に対応して変形可能な可撓性と、タップ切換時には固定接点の並列状態に沿う形状で移動する剛性とを兼備する厚みに設定してあることを特徴とする。

可動接点と可動絶縁板は、直に接するものであっても良いし、間にスペーサを介在するものであっても良い。電流通過時に可動接点の温度上昇を防止して大電流を流すには、次のようにすることが望ましい。
即ち、前後方向に重なり合う状態の可動接点と可動絶縁板の間にスペーサを介在し、スペーサには可動接点への接触面側に放熱用の空隙を設け、空隙はスペーサの周囲の空間に連通していることである。

また、大電流を流すには固定接点と可動接点の接触箇所を増やすことが望ましい。ただし、接触箇所に均等に加圧力を与えることが、接触面の荒れを防止するには重要である。それには次のようにすることが望ましい。
即ち、可動絶縁板、可動接点、およびスペーサを上下に間隔をあけて固定接点ユニットの前後に二組ずつ配置し、隣り合う固定接点を片側二つの可動接点で押圧して片側合計四箇所で隣り合う固定接点を押圧し、コ字状の板バネの前後面と上下の可動絶縁板の間に片側二つの分圧金具を左右に間隔をあけて介在し、上下の可動絶縁板に片側の左右の各分圧金具が上下各一箇所において球面状の凹凸による嵌まり合いで密着することを特徴とする請求項２記載の無電圧タップ切換器。

上下の可動絶縁板と片側二個左右の分圧金具が球面状の凹凸による嵌まり合いで密着すると、上下の可動絶縁板の間隔を拘束するだけでなく、板バネの力を可動絶縁板を経て隣り合う固定接点の片側四箇所の押圧箇所に均等に伝達する。つまり、分圧金具は、板バネと可動絶縁板の間に挟まっているだけであって、固定されておらず、内面側においては球面の凹凸によって密着しているだけなので、外面側を板バネに押されると、内面側に板バネの力がそのまま伝達されるからである。

本発明は、可動接点に接触面が平面となるものを用い、固定接点には接触箇所が線状または点状となるものを用いているので、タップ切換時に可動接点が移動しても、可動接点の一端が横の固定接点に接触するまで板バネの挟持力によって前後の可動接点の平行状態が維持され、そのまま可動接点が横にスライドすることになり、従来のような可動接点の双方の接触部を乗り上げるような力が不要となり、その結果、従来よりも軽い力で可動接点を移動することができる。従って、可動接点を支持する可動絶縁板の剛性（厚み）を従来よりも劣らせて（薄くして）可撓性を有するものとしてもタップ切換えを支障なく行なえる。また、可撓性を有するものとしたことから、固定絶縁板の歪により固定接点の並列状態が歪んだ場合であっても、定常通電時には板バネの挟持力によって固定接点の並列状態の歪に対応して変形して、導通を確保できる信頼性の高いものとなる。さらに、従来よりも軽い力で可動接点を移動できるので、接触面が荒れ難く、大電流を流すこともできる。

また、可動接点と可動絶縁板の間にスペーサを介在し、放熱用の空隙をスペーサの可動接点への接触面側に有するものとすれば、可動接点の温度上昇を防止でき、大電流を流すこともできる。

さらに、可動接点を増やしつつも、分圧金具を可動絶縁板と板バネの間に介在して球面の凹凸による嵌まり合いで分圧金具と可動絶縁板を密着したものすれば、板バネの力を可動絶縁板を経て隣り合う固定接点の片側四箇所の押圧箇所に均等に伝達することができ、接触面の荒れを防止しつつ大電流を流すことができる。

無電圧タップ切換器の第一例は三相用であって、図１〜図４に示すように、固定接点１１を左右に並列してある固定接点ユニット１０と、固定接点１１を前後から挟持する一対の可動接点２１を三組固定してある可動接点ユニット２０と、可動接点ユニット２０を移動させる駆動ユニット３０から構成し、駆動ユニット３０を駆動して前後一対の可動接点２１が挟む固定接点１１を変更させるものである。

固定接点ユニット１０は、固定絶縁板１２に三相分の固定接点１１を相間の絶縁距離を取って左右方向に直線的に並列したものである。

固定絶縁板１２は、二枚を上下に間隔をあけて平行に並べ、対向箇所にあけた抜穴１３に固定接点１１を挿通し、外側からビス止めしてある（ビスを樹脂の固定絶縁板１２から金属の固定接点１１に捩じ込んで固定する）。また、固定絶縁板１２は、絶縁樹脂による積層板であって、Ａ種絶縁（耐熱温度が１０５℃）に対応したものである。通常、エポキシ樹脂、フェノール樹脂が用いられる。符号１４は、二枚の固定絶縁板１２の中間部を上下左右から支える支持板１４であって、可動接点ユニット２０の可動絶縁板２２が移動するための開口部１５をあけてある。

固定接点１１は、導電材料（銅）からなる円筒のパイプであって、各相毎に一相分の数だけ等間隔をあけて固定絶縁板１２に挿通して固定してある。固定接点１１の一端部は、片側（下側）の固定絶縁板１２よりも外側に突出し、図示しないリード線の端部を中に挿入し、圧縮または圧着でリード線を接続する。

可動接点ユニット２０は、並列する固定接点１１の前後に配置され、固定接点１１の並列方向に沿って延長する二枚の可動絶縁板２２と、二枚の可動絶縁板２２の内面の対向箇所に固定する三相分（三組）の前後一対の可動接点２１と、可動絶縁板２２と各可動接点２１の間に介在するスペーサ２３と、可動絶縁板２２の外側から前後の可動接点２１に固定接点１１を挟持する力を与える板バネ２４とから構成し、二枚の可動絶縁板２２を連結するためにその一端部を駆動ユニット３０の一部（絶縁ラック３１）に連結してある。

可動絶縁板２２は、タップ切換時に駆動ユニット３０を駆動した場合には座屈することなく移動する剛性と、固定絶縁板１２が歪んでそれに伴って固定接点１１の並列状態が歪んだ場合には板バネ２４の挟持力によって歪に対応して変形可能な可撓性を兼備する厚みに設定したものである。つまり、固定絶縁板１２にはリード線からの力が加わって多少なりとも歪むことがある。このような場合でも、板バネ２４の挟持力を利用して可動絶縁板２２をその可撓性により変形させ、前後一対の可動接点２１で固定接点１１を均等の加圧力で挟持するために、可動絶縁板２２の肉厚を薄くしてある。一方、三相分の一対の可動接点２１によって固定接点１１を挟持しているので、可動絶縁板２２を薄くしすぎると、タップ切換時において、可動絶縁板２２が座屈し、思い通りにタップが切り換わらなくなる。そこで、タップ切換時に駆動ユニット３０を駆動した場合には、その剛性によって可動絶縁板２２が座屈することなく、固定接点１１の並列状態に沿う平行な形状を維持したまま移動することができることとし、可動絶縁板２２の肉厚を薄くしすぎないようにした。可動絶縁板２２も固定絶縁板１２と同材料で作られている。ちなみに、可動絶縁板２２の厚みは、固定絶縁板１２の１／３程度にまでできる。具体的に言えば、可動絶縁板２２の厚み３ｍｍ：固定絶縁板１２の厚み１０ｍｍ程度とできる。

可動接点２１は、隣り合う固定接点１１に接する導電材料の平板で、定常通電時には二個の固定接点１１にのみ接して三個の固定接点１１にまたがらない範囲（絶縁を確保できる範囲）で出来るだけ左右を長く延ばして形成し、タップ切換時にはその途中で一時的に一個の固定接点１１に接する状態となるが、直ぐに二個の固定接点１１に接して、可動接点２１の移動に要する力を軽くしてある。可動接点２１は、固定接点１１との接触形態が線接触となり、固定接点１１を押す力が線上に分散されるので、接触圧力が小さくなり、接触面（内面）の荒れが極端に少なくなる。

スペーサ２３は、可動接点２１の背面に放熱用の空隙２５を設けるためにコ字状の屈曲板としてある。タップ切換器は絶縁油に浸漬するので、空隙２５に入り込んだ絶縁油が可動接点２１の外面やスペーサ２３自身から熱を奪って可動接点２１の温度上昇を抑える。また、スペーサ２３の内面側の屈曲する両端部が可動接点２１の左右に均等に当たり、スペーサ２３の外面全域に可動絶縁板２２が接するので、可動絶縁板２２の外側からの板バネ２４の力がスペーサ２３の両端から可動接点２１の接触面全域に均等に伝わる。なお、スペーサ２３や可動接点２１は板バネ２４の力によって歪を生じさせない程度の剛性が要求される。

可動絶縁板２２、スペーサ２３、及び可動接点２１の組み付けは、ボルト・ナットによる締付けを利用したもので、可動絶縁板２２の外側から位置決めパイプ２６を可動絶縁板２２、およびスペーサ２３の各抜穴を順番に貫通して嵌め合わせ、さらにボルトの先部を位置決めパイプ２６の中からナット、ワッシャを通して固定接点１１の外面中央部のネジ穴に捩じ込むことにより固定する。可動接点２１は、可動絶縁板２２に対してボルト（位置決めパイプ２６）を中心にして回転可能に支持された形態となる。但し、可動接点２１は板バネ２４の力が加わっていることから可動絶縁板２２と一体化したものとなっており、タップ切換時に回ることはない。なお、組立て時においては、回る可能性があるので、固定接点１１を支持する上下の固定絶縁板１２を、固定接点１１よりも前後に張り出させ、上下の張り出し部分の間に遊びのある状態で可動接点２１およびスペーサ２３が嵌まり込んでいるので、可動接点２１が回転することはなく、組み立てやすくなる。また、位置決めパイプ２６は、その一端部が可動絶縁板２２の外側に突出する形態となる。

板バネ２４は、コ字状であって、上側の固定絶縁板１２の上方を前後に跨ぐ中央片２７と、前後に対向する可動絶縁板２２を前後外側から挟む前後の側片２８とが連続するものである。板バネ２４は、側片２８の先端部を内側に屈曲して可動絶縁板２２の下面縁部に引っ掛けることにより、上方への動きを規制してある。また、板バネ２４は、前後の側片２８に切欠き部２９を設け、切欠き部２９に位置決めパイプ２６を嵌め込み、位置決めパイプ２６に切欠き部２９の左右および上端が接することによって、左右および下方への板バネ２４の移動を規制してある。さらに、板バネ２４は、その上下方向中間点を外側から左右方向に線接触で押すために、前後の側片２８を内向きにく字状に屈曲してある。

駆動ユニット３０は、二枚の可動絶縁板２２の一端部を接続ピンなどで前後に固定する絶縁ラック３１と、絶縁ラック３１に噛み合うピニオンギヤ３２とから構成される。上下の固定絶縁板１２にブラケット３３をボルト止めし、両ブラケット３３同士の間にピニオンギヤ３２が回転可能に支持されている。図示しない動力源によりピニオンギヤ３２が回転すると、絶縁ラック３１が左右に移動し、それに伴って可動接点ユニット２０が左右に移動し、タップが切り換わる。

無電圧タップ切換器の第二例は図５〜図８に示すように、大電流に対応するもので、隣り合う固定接点１１を前後合計八箇所で押圧するために、固定接点ユニット１０の並列する固定接点１１の前後に可動絶縁板２２、可動接点２１、およびスペーサ２３を上下に間隔をあけて二組ずつ配置し、板バネ２４の側片２８の内面と上下に離れる可動絶縁板２２の双方の外面の間に、分圧金具４０を左右に間隔をあけて可動接点２１の左右に相当する箇所に配置したものである。

許容電流（通過電流）を大きくすると、リード線の断面積が大きくなり、固定接点１１のパイプの中にリード線が入りきらなくなる。そこで、固定接点ユニット１０は、固定接点１１の下端部に板状のリード線接続端子１６を固定してある。リード線接続端子１６は、一端部に丸孔をあけてあって、丸孔に固定接点１１の下端部を挿入し、ネジを外側から固定接点１１に捩じ込んで固定してある。この場合、リード線接続端子１６の他端部にリード線を接続するので、固定接点１１は上下に貫通して内部が絶縁油で満たされ、トンネル効果により冷却効果が非常に高くなる。

可動接点ユニット２０は、左右に離れた分圧金具４０、並びに上下に離れた可動絶縁板２２、スペーサ２３、および可動接点２１を、並列する固定接点１１の前後に配置し、前後左右の四つの分圧金具４０の外側を板バネ２４で挟持するものである。

分圧金具４０は、金属板であって、その内面側の上下部に凸部４１を設け、凸部４１の表面（内面）を球面形状に膨らませてある。一方、分圧金具４０の内面側に接触する可動絶縁板２２は、凸部４１に対応する凹部４２をその外面に設けてあり、凸部４１の表面と凹部４２が嵌まり合いによって密着し、分圧金具４０の上下のみが可動絶縁板２２に接することになる。また、分圧金具４０の外面側には板バネ２４が接するので、分圧金具４０は固着されたのではなく、可動絶縁板２２と板バネ２４の間に挟まる構造である。それ故、板バネ２４の側片２８からの力は、片側二個の分圧金具４０から片側四箇所の凹部４２と凸部４１を経て上下に離れた可動絶縁板２２、および可動接点２１に順次伝わり、隣り合う固定接点１１を前後から挟持する。

また、分圧金具４０は、中央部にはピン４３（筒状に丸めたスプリングピン）を内外に突出してある。ピン４３の外側部分は、板バネ２４を位置決めするもので、板バネ２４にあけた抜穴に通す。一方、ピン４３の内側部分は、固定接点１１の近傍まで突出し、上下に離れた可動絶縁板２２、スペーサ２３、および可動接点２１の間に遊びのある状態で通してある。前述したように各可動接点２１、およびスペーサ２３は、可動絶縁板２２に通したボルトを中心に回転可能に支持されているので、組み付け時に回らないようにするために、ピン４３の内側部分で、上下のスペーサ２３、および可動接点２１を内側から回り止めする。上下の可動接点２１等を外側から回り止めするのは、その上下に遊びのある状態で位置する固定絶縁板１２である。

スペーサ２３は、冷却効率を上げるために、可動接点２１への接触面にフィン４４を設け、フィン４４によって左右に仕切られた空隙２５を複数設けてある。

本発明は上述した例に限られない。例えば固定接点１１は、線接触する形態に限らず、パイプの一部を球状として球面の一点が点接触する形態であっても良い。

無電圧タップ切換器の第一例を示す全体図である。 可動接点ユニットの分解図である。 可動接点ユニットの組立図である。 固定接点ユニットの組立図である。 無電圧タップ切換器の第二例を示す全体図である。 可動接点ユニットの分解図である。 可動接点ユニットの組立図である。 固定接点ユニットの組立図である。 タップ切換器の接続方法の一例を示す説明図である。 従来のタップ切換器の全体像を示す説明図である。 従来の可動接点の組み付け状態を示す説明図である。 従来の固定接点の組み付け状態を示す説明図である。

符号の説明

１０固定接点ユニット、１１固定接点、１２固定絶縁板、１３抜穴、１４支持板、
１５開口部、１６リード線接続端子、
２０可動接点ユニット、２１可動接点、２２可動絶縁板、２３スペーサ、２４板バネ、
２５空隙、２６位置決めパイプ、２７中央片、２８側片、２９切欠き部、
３０駆動ユニット、３１絶縁ラック、３２ピニオンギヤ、３３ブラケット、
４０分圧金具、４１凸部、４２凹部、４３ピン、４４フィン

Claims (3)

1. 直線的に延長する固定絶縁板（１２）に対してその長手方向に沿って間隔をあけて接触箇所が線状または点状の固定接点（１１）を並列して三相配置する固定接点ユニット（１０）と、
   固定接点（１１）の並列方向に沿って直線的に延長する可動絶縁板（２２）を固定接点（１１）の前後に平行に並べると共に各可動絶縁板（２２）の内側に接触面が平面の可動接点（２１）を三相前後に対向して支持し且つ前後一対の可動絶縁板（２２）の外側にコ字状の板バネ（２４）を備えると共に板バネ（２４）によって前後一対の可動接点（２１）を押圧する状態が前記接触面である平面のうち固定接点（１１）の並列方向に直交する方向の全長中間点で固定接点（１１）の並列方向に線接触で押圧する状態であり且つその押圧された一対の可動接点（２１）で隣り合う固定接点（１１）を挟む可動接点ユニット（２０）と、
   定常通電時からタップ切換時には固定接点ユニット（１０）に対して可動接点ユニット（２０）を固定接点の並列方向に沿って直線的に移動する駆動ユニット（３０）を備える無電圧タップ切換器において、
   固定絶縁板（１２）及び可動絶縁板（２２）は絶縁樹脂製であり、
   可動接点（２１）は可動絶縁板（２２）に対して前後方向に移動不能に且つ重なり合う状態で支持されており、
   可動絶縁板（２２）は、固定絶縁板（１２）の歪により固定接点（１１）の並列状態が歪んだ場合であっても、定常通電時には板バネ（２４）の挟持力によって固定接点（１１）の並列状態の歪に対応して変形可能な可撓性と、タップ切換時には固定接点（１１）の並列状態に沿う形状で移動する剛性とを兼備する厚みに設定してあることを特徴とする無電圧タップ切換器。
2. 前後方向に重なり合う状態の可動接点（２１）と可動絶縁板（２２）の間にスペーサ（２３）を介在し、スペーサ（２３）には可動接点（２１）への接触面側に放熱用の空隙（２５）を設け、
   空隙（２５）はスペーサ（２３）の周囲の空間に連通してい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。
3. 可動絶縁板（２２）、可動接点（２１）、およびスペーサ（２３）を上下に間隔をあけて固定接点ユニット（１０）の前後に二組ずつ配置し、隣り合う固定接点（１１）を片側二つの可動接点（２１）で押圧して片側合計四箇所で隣り合う固定接点（１１）を押圧し、コ字状の板バネ（２４）の前後面と上下の可動絶縁板（２２）の間に片側二つの分圧金具（４０）を左右に間隔をあけて介在し、上下の可動絶縁板（２２）に片側の左右の各分圧金具（４０）が上下各一箇所において球面状の凹凸による嵌まり合いで密着することを特徴とする請求項２記載の無電圧タップ切換器。
   

Images