JP4942608B2 - 開閉器の操作装置 - Google Patents

Description

本発明は、変電所、発電所等に使用される開閉器の操作装置に係るものであり、特に駆動機構からの駆動力を蓄勢ばねに蓄勢し、蓄勢された蓄勢ばねの放勢力を利用して開閉器の接点を高速で開閉動作させるばね操作方式の開閉器の操作装置に関するものである。

このような蓄勢ばねの放勢力を利用して開閉器の接点を高速で開閉動作させる操作装置に関しては、従来、種々の提案がされている。例えば、ばねを渦巻きばねとし、この渦巻きばねを同一のねじ軸に２連以上連結することで、弊害を発生させずに出力アップを図る提案がされている（例えば、特許文献１参照）。

また、手動操作可能な手動操作軸を備えた開閉器において、開路側と閉路側の一方の動作のみに高速性が要求される場合に、回転主軸を回転させて開閉器接点の開路動作および閉路動作のいずれか一方を行わせると同時に蓄勢ばねを蓄勢させる動作が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

さらにまた、断路器に関して、投入と開極のための所要操作力を減らす目的で、以下のような構成とすることが提案されている。すなわち、レバー軸に固定したリンクの先端に対して、リンクをピンで連結して、リンクの先端にはローラをピンを介して取り付ける。さらに、断路器を取り付けるフランジの低圧室側の操作機構部に対して、ローラを絶縁操作ロッドの軸心線と平行に案内する溝を設け、レバー軸には、レバー，リンク，レバーを介してカム軸を連結し、このカム軸のレバーの先端にピンを介して案内筒の頭部を連結する。そして、案内筒には、トグルばねとなる圧縮コイルばねを挿入する構成とすることが提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００２−１５０８９８号公報 特開２００１−２５０４５８号公報 特開平９−１６１６２１号公報

しかしながら、上記従来の操作装置においては、それぞれ以下のような課題を有している。例えば特許文献１のものは、減速機構にウオームギアを使用しており、回転軸が相互に直交していて伝達効率が劣る上に構造が複雑になってしまうという課題を有している。また、特許文献２のものは、一方向クラッチが開閉器本体側に設けられており、開路側と閉路側の双方に高速動作を要求される場合には適さない構造であるとともに、その構造が複雑になるという課題を有している。さらに、特許文献３のものは、所用操作力を減らすためのリンク構造が開閉器本体にローラ介して直結しており、構造が複雑になる上に開閉器本体の構造が変われば、都度、その所用操作力を減らすためのリンク構造もそれに応じて見直す必要があり、標準化に適してない。

一方、このような蓄勢された蓄勢ばねの放勢力を利用して接点を開閉動作させるばね操作方式の開閉器においては、最も大きな負荷を必要とする可動接触子の投入時に最大のトルクを発生させることが理想であり簡素な構造でこれを実現することが望まれている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、構造を簡素化することができるとともに、投入動作の後半に大きな作動力を得ることができる開閉器の操作装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の開閉器の操作装置は、蓄勢されたばねの放勢力を利用して開閉器の接点を開閉動作させる開閉器の操作装置において、一つの蓄勢ばねと、駆動力を発生させる駆動機構と、前記駆動力を前記蓄勢ばねに蓄勢するとともに該蓄勢ばねの放勢力を出力軸を介して開閉器本体に伝達する出力伝達機構とを備え、前記出力伝達機構は、前記出力軸を中心として回動し放勢力を該出力軸に伝達する伝達レバーと、前記伝達レバーの先端に第二連結ピンにより一端を連結されたリンクと、前記出力軸とは別位置に設けられた主軸に軸支され前記リンクの他端に第一連結ピンにより連結され前記蓄勢ばねの放勢力で回動する放勢レバーとを有し、前記開閉器本体が開路状態にあるときは、前記伝達レバー、前記リンク及び前記放勢レバーが相互に折れ曲がるように配列され、前記開閉器本体が閉路状態にあるときは、前記主軸、前記第一連結ピン及び前記第二連結ピンが直線に近づくように配列されることを特徴とする。

また、本発明の開閉器の操作装置は、蓄勢されたばねの放勢力を利用して開閉器の接点を開閉動作させる開閉器の操作装置において、一つの蓄勢ばねと、駆動力を発生させる駆動機構と、前記駆動力を前記蓄勢ばねに蓄勢するとともに該蓄勢ばねの放勢力を出力軸を介して開閉器本体に伝達する出力伝達機構とを備え、前記駆動機構は、手動操作力を前記駆動力に変換する手動ハンドルと、該手動ハンドルが装着される駆動操作軸と、前記手動ハンドルを一方向にのみに回転させる一方向クラッチとを有し、前記駆動操作軸は、反対方向の回転力を付与できるように両端部に前記手動ハンドルの装着部が着脱可能に設けられていることを特徴とする。

この発明によれば、出力伝達に関してウオームギア等を使用することなく、回転軸が相互に直交することがないので、機構の簡素化を図れる上に組立作業性も向上し、また、最も大きな負荷を必要とする投入動作後半の可動接触子の投入時に最大のトルク発生させることができる。

また、この発明によれば、駆動機構は、手動操作力を駆動力に変換する手動ハンドルと、この手動ハンドルが装着される駆動操作軸と、手動ハンドルを一方向にのみに回転させる一方向クラッチとを有している。そして、駆動操作軸は、反対方向の回転力を付与できるように両端部に手動ハンドルの装着部が着脱可能に設けられているので、例えば変電所或いは発電所などの複数台の開閉器に対して１台の駆動機構のみ付属させれば機能を達成でき、変電所、発電所全体で見た場合に、使用部品点数の削減を図ることができる。

以下に、本発明にかかる開閉器の操作装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１はこの発明に係る実施の形態１の開閉器の開路状態を示す模式図である。図２は操作装置の減速機構の構造を示す図１のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図である。図３は操作装置の蓄勢ばねが蓄勢途中の状態を示す模式図である。図４は開閉器が開路状態から閉路状態へ変位する様子を示す模式図である。図５は開閉器が完全閉路位置にある状態を示す模式図である。なお、図１および図３から図５において、軸と軸を対応づける一点鎖線、およびピンとピンを対応づける一点鎖線は、対応づけられた両者が同一のものであることを示している。

図１および図３から図５において、本実施の形態の開閉器は、開閉器本体８０（開閉器本体８０は要部のみを示している）とその操作装置７０とから構成されている。操作装置７０は、駆動力（回転力）を発生させる２つの駆動機構１０，２０と、この駆動力を減速する減速機構３０と、駆動力を蓄勢する蓄勢機構５０と、蓄勢機構５０に駆動力を蓄勢させるとともに蓄勢機構５０の放勢力を開閉器本体８０に伝達して開閉器本体８０を駆動する出力伝達機構４０とを備えている。

第一の駆動機構である手動駆動部１０は、図１において２点鎖線で囲まれた部分であり、着脱自在に設けられた可搬式の手動ハンドル１１と、この手動ハンドル１１が連結される駆動操作軸１２とを有している。上記のように、図１において軸と軸を対応づける一点鎖線は、同一のものであることを示しており、手動ハンドル１１および駆動操作軸１２は、実際には後述する減速歯車列３０に対して垂直に、つまり、紙面に垂直に配置されている。

駆動操作軸１２は、手動ハンドル１１が装着される装着口として両端にそれぞれ第一装着部１２ａおよび第二装着部１２ｂが形成されている。そして、手動ハンドル１１は、第一装着部１２ａおよび第二装着部１２ｂのいずれか一方を選択してそこに装着され、他方の装着部は減速機構３０に連結される。

この駆動操作軸１２には、さらに一方向クラッチ１３と回り止め１４が設けられている。一方向クラッチ１３は、駆動力を一方向にのみ伝達して後述する蓄勢ばね５３の放勢力により機構が巻き戻されることを防止している（手動操作途中の回転反力の抑止）。このような構造とすることで、開閉器の開路動作と閉路動作の両方向の手動操作に一方向クラッチ１３を対応させることができる。手動駆動部１０は、通常、変電所、発電所等に設置される複数台の開閉器本体８０に対して１台のみ付属させれば十分であるため、一方向クラッチ１３は、従来のものとは異なり、変電所或いは発電所全体で見た場合に、使用部品点数の削減が図られている。

第二の駆動機構である電動駆動部２０は、駆動操作軸１２に直接接続された電動機２１を有している。上述の手動駆動部１０と同じように、電動機２１は実際にはその回転軸が減速歯車列３０に対して垂直となるように、つまり、紙面に垂直になるように配置されている。電動機２１には、駆動回路２２および制動回路２３の制御回路が接続されている。駆動回路２２は、電動機２１を駆動させて電力を駆動力（回転力）に変換する。制動回路２３は、後述する蓄勢ばね５３を放勢した後の電動機２１の回転軸に抑止力を発生させることにより、電動駆動部２０および減速機構３０の惰性回転を制動する。このように、２つの駆動機構１０，２０は、外部から手動操作力を取り込んだり、電動機２１を駆動させたりすることにより、駆動力（回転力）を発生させる。

駆動操作軸１２は、減速歯車列で成る減速機構３０の第一歯車３１に連結されている。減速歯車列３０は、順次かみ合う第一歯車３１、第二歯車３２、第三歯車３３および第四歯車３４を有している。４個の歯車は、第一歯車３１（小歯車）と第二歯車３２（大歯車）とで１対目の減速歯車列、第三歯車３３（小歯車）と第四歯車３４（大歯車）とで２対目の減速歯車列を構成している。本実施の形態においては、１対目の歯車列の第一歯車３１を２対目の歯車列に対して後述する出力軸４５側に配置してスペースの削減を図っている。なお、上記一方向クラッチ１３は、本実施の形態のように、簡単な構成で伝達効率のよい平歯車などで構成される減速歯車列３０と組み合わされることにより、効果的な作用を発揮する。

減速歯車列３０は、全て平歯車で構成され、入力した駆動力（回転力）を所定の比率で減速する。出力側歯車である第四歯車３４は主軸３５に軸支されている。この第四歯車３４の外周部には所定の長さの円弧だけ切り欠き３４ａが形成されている。この切り欠き３４ａには後述する接続ピン５１が係合する。このように、本実施の形態においては、減速歯車列３０の出力側歯車（第四歯車３４）に切り欠き３４ａを設けることにより蓄勢レバーとして兼用して部品点数の削減を図っている。さらに、この蓄勢レバーとして兼用する第四歯車３４の動作回転角度が１回転未満となるような減速比となるように第四歯車３４歯車の径を決定している。このようにして出力伝達機構４０の歯車と係合しない角度範囲に切り欠き３４ａを設けることで回転半径の大きな蓄勢レバーを実現させている。このような構造とすることで、大きな出力トルクが得られるようにしている。もしくは同じ出力トルクであれば、ばね荷重及び電動機の容量或いは手動操作トルクを低減することができるようにしている。

なお、本実施の形態の駆動操作軸１２は、第一歯車３１に連結されているが、必ずしも第一歯車３１に連結されなくともよく、手動操作のトルクと回転数の兼ね合いを考慮して最適な歯車軸に連結されてよい。また、本実施の形態の減速機構３０は歯車列で構成されているが、必ずしも歯車列でなくともよく、チェーンやベルトで連結されたもので減速されてもよい。また、減速歯車列を電動機のギヤヘッドに集約することも可能であり、部品点数削減および省スペース化に効果的である。

主軸３５には、第四歯車３４歯車に加えて、さらに出力伝達機構４０のばねレバー４１と放勢レバー４２とが軸支されている。ばねレバー４１の先端には、接続ピン５１を介して蓄勢機構５０のばねロッド５２が連結されている。放勢レバー４２には、円弧状の長穴４２ａが形成されている。ばねロッド５２先端の接続ピン５１は、この放勢レバー４２の長穴４２ａに係合するとともに第四歯車３４の切り欠き３４ａが係合している。切り欠き３４ａおよび長穴４２ａの角度範囲は、出力軸動作角かもしくはそれに遊び角を加えた大きさであり、一般に１８０°未満とされている。図２に示すように、主軸３５に軸支された第四歯車３４、ばねレバー４１および放勢レバー４２は、軸受３６およびスラスト軸受３７に支持されて各々独立に回動可能とされている。なお、切り欠き３４ａを有する第四歯車３４と、長穴４２ａを有する放勢レバー４２とは、荷重バランスを良好とするために、ばねロッド５２を挟んで対向するように配設されている。

放勢レバー４２の長穴４２ａに係合する接続ピン５１には、蓄勢機構５０を構成する蓄勢ばね５３が連結されている。蓄勢ばね５３は、一端より軸線に沿って延びるばねロッド５２を介して接続ピン５１に連結されている。一方、蓄勢ばね５３の他端は回転軸５４により支持されており、蓄勢ばね５３が傾動可能とされている。このような構成とすることにより、蓄勢ばね５３は蓄勢時に軸線方向に押し縮められる。なお、本実施の形態の蓄勢ばね５３は、コイルばねであるが、コイルばねに限らず、皿ばね、或いは板ばねなどでもよい。

放勢レバー４２には、第一連結ピン４６により、リンク４３の一端が連結されている。一方、伝達レバー４４は、出力軸４５に一体に固着され、この出力軸４５を回転中心として回動する。伝達レバー４４の先端には、第二連結ピン４７により、リンク４３の他端が連結されている。蓄勢ばね５３に蓄えられた駆動力（放勢力）は、放勢レバー４２、リンク４３および伝達レバー４４の順で伝達され、出力軸４５に一体に固着された出力レバー８１を介して、開閉器本体８０へと出力される。出力された蓄勢ばね５３の放勢力は、開閉器本体８０の出力レバー８１および出力リンク８２を介して可動接触子８３に伝達され、可動接触子８３を固定接触子８４に投入させて開閉器本体８０を閉路状態にする。さらに、出力軸４５には図示しない緩衡器が連結されており、この緩衡器の動作により開路動作および閉路動作の終了域において開閉器本体８０のスムーズな減速制御が行われるようになっている。

つぎに動作を説明する。手動ハンドル１１或いは電動機２１から駆動力が入力されると、この駆動力は減速歯車列３０で減速された後、蓄勢ばね５３に蓄勢される。具体的には、第四歯車３４が所定の角度まで回動して長穴４２ａの一端に接続ピン５１が係合すると、ばねレバー４１が回転をはじめて蓄勢ばね５３に駆動力が蓄勢される。図３に示すように、主軸３５と接続ピン５１とを結ぶ線が蓄勢ばね５３の軸線と一致したとき最も強く蓄勢され、その直後に放勢される。蓄勢ばね５３の放勢時には、接続ピン５１が切り欠き３４ａ内を空走して長穴４２ａの一端に当接することにより、放勢レバー４２が回動する。接続ピン５１が長穴４２ａの一端に当接した後直ちに、電動機２１に接続された駆動回路２２は開放され、第四歯車３４は惰性回転をするが、この惰性回転は、電動機２１に同じく接続された制動回路２３が、駆動回路２２の開放後直ちに投入されることによりスムーズに減速制御される。

ここで、第一連結ピン４６を中心として第一連結ピン４６と主軸３５を結ぶ直線と第一連結ピン４６と第二連結ピン４７を結ぶ直線の成す角度、つまり、放勢レバー４２とリンク４３の成す角度を第一の角度θ１、また、第二連結ピン４７を中心として第二連結ピン４７と第一連結ピン４６を結ぶ直線と第二連結ピン４７と出力軸４５を結ぶ直線の成す角度、つまり、リンク４３と伝達レバー４４の成す角度を第二の角度θ２とする。

開閉器本体８０が開路状態にあるとき（図１）、第一の角度θ１および第二の角度θ２は、所定の角度を成し、放勢レバー４２、リンク４３及び伝達レバー４４は、相互に折れ曲がるような配置にあり、出力軸４５が、減速機構３０および蓄勢機構５０のいずれからも適正な距離を置くように配置され互いの干渉を回避するようにしている。さらに詳細には、蓄勢ばね５３の回転軸５４と、主軸３５と、第二歯車３２及び第三歯車３３の回動中心が略一直線上に配置され、出力軸４５は、この仮想直線に対して主軸３５から略垂直方向に配置されている。そして、開閉器本体８０の開路状態から閉路状態への動作に伴い、第一の角度θ１の角度を大きくして（図３、図４）、完全閉路位置となった際には、放勢レバー４２、リンク４３及び伝達レバー４４は、主軸３５、第一連結ピン４６及び第二連結ピン４７の配列が直線に近づくように相互に伸延する（図５）。

第一の角度θ１は、開閉器本体８０が完全閉路位置にあるとき１８０°に近い方が有利である。本実施の形態においては、開閉器本体８０が完全閉路位置にあるときの第一の角度θ１は、１８０°より数度だけ小さく設定されている。これは出力伝達機構４０及び開閉器本体８０を構成する各部品の寸法のばらつきや組立誤差等により、閉路動作時に第一の角度θ１が１８０°を超過し、伝達レバー４４が逆回転して可動接触子８３の動作方向が反転することを防止するためである。

リンク４３と伝達レバー４４の成す角度である第二の角度θ２に関しては、第二の角度θ２が９０°を成すとき、蓄勢ばね５３の出力する放勢力が最も大きく作用する。本実施の形態においては、接点が投入し始めるタイミング、すなわち、可動接触子８３の固定接触子８４への押し込み動作が始まるとき（図４）、第二の角度θ２が概略９０°を成すようにされている。このような構成とすることで、投入途中における出力軸４５のトルクを大きくすることができる。さらに詳細には、投入動作の後半において出力軸４５のトルクが最大となることになるので、最も大きな負荷を必要とする可動接触子８３の投入時に効率良く最大のトルクを発生させることができる。

なお、第二の角度θ２は、開閉器本体８０が完全閉路位置にあるとき、鋭角（０°＜θ２＜９０°）であり、開閉器本体８０が完全開路位置にあるとき、鈍角（９０°＜θ２＜１８０°）であれば、上述の所定の効果を得ることができる。

以上のように、本実施の形態の開閉器の操作装置においては、蓄勢ばね５３と、駆動力を発生させる駆動機構１０，２０と、駆動力を減速して増大する平歯車列の減速機構３０と、駆動力を蓄勢ばね５３に蓄勢するとともにこの蓄勢ばね５３の放勢力を出力軸４５を介して開閉器本体８０に伝達する出力伝達機構４０とを備えている。そして、出力伝達機構４０は、出力軸４５を中心として回動し放勢力を出力軸４５に伝達する伝達レバー４４と、伝達レバー４４の先端に第二連結ピン４７により一端を連結されたリンク４３と、出力軸４５とは別位置に設けられた主軸３５に軸支されリンク４３の他端に第一連結ピン４６により連結され蓄勢ばね５３の放勢力で回動する放勢レバー４２とを有している。そして、開閉器本体８０が開路状態にあるとき相互に折れ曲がるように位置する伝達レバー４４、リンク４３及び放勢レバー４２は、開閉器本体８０の開路状態から閉路状態への動作に伴い、主軸３５、第一連結ピン４６及び第二連結ピン４７の配列が直線に近づくように伸延する。そのため、出力伝達に関してウオームギア等を使用することなく、機構の簡素化を図ることができ、また、最も大きな負荷を必要とする投入動作後半の可動接触子の投入時に最大のトルク発生させることができる。

以上のように、本発明にかかる開閉器の操作装置は、駆動機構からの駆動力を蓄勢ばねに蓄勢し、蓄勢された蓄勢ばねの放勢力を利用して開閉器の接点を高速で開閉動作させるばね操作方式の開閉器の操作装置に適用されて最適なものである。

この発明に係る実施の形態１の開閉器の開路状態を示す模式図である。 操作装置の減速機構を示す図１のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図である。 操作装置の蓄勢ばねが蓄勢途中の状態を示す模式図である。 開閉器が開路状態から閉路状態へ変位する様子を示す模式図である。 開閉器が完全閉路位置にある状態を示す模式図である。

符号の説明

１０ 手動駆動部（第一の駆動機構）
１１ 手動ハンドル
１２ 駆動操作軸
１２ａ 第一装着部
１２ｂ 第二装着部
１３ 一方向クラッチ
１４ 回り止め
２０ 電動駆動部（第二の駆動機構）
２１ 電動機
２２ 駆動回路
２３ 制動回路
３０ 減速歯車列（減速機構）
３１ 第一歯車
３２ 第二歯車
３３ 第三歯車
３４ 第四歯車（出力側歯車）
３４ａ 切り欠き
３５ 主軸
３６ 軸受
３７ スラスト軸受
４０ 出力伝達機構
４１ ばねレバー
４２ 放勢レバー
４３ リンク
４４ 伝達レバー
４５ 出力軸
４６ 第一連結ピン
４７ 第二連結ピン
５０ 蓄勢機構
５１ 接続ピン
５２ ばねロッド
５３ 蓄勢ばね
５４ 回転軸
７０ 操作装置
８０ 開閉器本体
８１ 出力レバー
８２ 出力リンク
８３ 可動接触子
８４ 固定接触子
θ１ 第一の角度
θ２ 第二の角度

Claims (5)

1. 蓄勢されたばねの放勢力を利用して開閉器の接点を開閉動作させる開閉器の操作装置において、
   一つの蓄勢ばねと、
   駆動力を発生させる駆動機構と、
   前記駆動力を前記蓄勢ばねに蓄勢するとともに該蓄勢ばねの放勢力を出力軸を介して開閉器本体に伝達する出力伝達機構とを備え、
   前記出力伝達機構は、
   前記出力軸を中心として回動し放勢力を該出力軸に伝達する伝達レバーと、
   前記伝達レバーの先端に第二連結ピンにより一端を連結されたリンクと、
   前記出力軸とは別位置に設けられた主軸に軸支され前記リンクの他端に第一連結ピンにより連結され前記蓄勢ばねの放勢力で回動する放勢レバーとを有し、
   前記開閉器本体が開路状態にあるときは、前記伝達レバー、前記リンク及び前記放勢レバーが相互に折れ曲がるように配列され、前記開閉器本体が閉路状態にあるときは、前記主軸、前記第一連結ピン及び前記第二連結ピンが直線に近づくように配列され、
   前記駆動機構から回転力として伝達される前記駆動力の回転数を減速する減速歯車列を少なくとも一組有し、該減速歯車列の出力側歯車が前記主軸に軸支されている
   ことを特徴とする開閉器の操作装置。
2. 前記開閉器本体が完全閉路位置にあるとき、前記放勢レバーと前記リンクが成す第一の角度（θ１）は、１８０°より数度小さい
   ことを特徴とする請求項１記載の開閉器の操作装置。
3. 前記伝達レバーと前記リンクとが成す第二の角度（θ２）は、前記開閉器本体が完全閉路位置にあるとき、鋭角（０°＜θ２＜９０°）、前記開閉器本体が完全開路位置にあるとき、鈍角（９０°＜θ２＜１８０°）である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の開閉器の操作装置。
4. 前記主軸に軸支され端部に前記蓄勢ばねが接続ピンにより連結されたばねレバーを有し、前記減速歯車列の出力側歯車には、円周方向に沿って円弧長の切り欠きが形成されており、前記切り欠きに前記接続ピンが係合することによって前記蓄勢ばねが蓄勢され、前記蓄勢ばねの放勢時に前記接続ピンが前記切り欠き内を空走して前記放勢レバーに当接することにより、前記放勢レバーが回動する
   ことを特徴とする請求項１に記載の開閉器の操作装置。
5. 前記駆動機構は、電力を前記駆動力に変換する電動機を有し、該電動機には前記蓄勢ばねを放勢した後の前記駆動機構の惰性回転を制動する制動回路が設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の開閉器の操作装置。

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