JP5116905B2

JP5116905B2 - 開閉機器

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Publication number: JP5116905B2
Application number: JP2012533409A
Authority: JP
Inventors: 太▲げん▼ 金; 治彦下地
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2031-01-28
Also published as: JPWO2012086216A1; DE112011104445T5; CN103140908A; WO2012086216A1; CN103140908B; DE112011104445B4; US20130161291A1; US8941022B2

Description

この発明は、開閉機器、特に、電力用開閉器および開閉装置等の開閉機器に関するものである。

一般的に、電力用開閉器および開閉装置において、開極状態の接点対をある速度にて投入（閉極）する際、接点間でバウンス（以下、チャタリングと呼ぶ）が生じる。接点間には電圧が印加されているため、チャタリング毎にアークが発生し、接点表面が粗れたり消耗するため、接触抵抗が無用に増大してしまうデメリットがある。

また、チャタリングの継続時間が長い場合は、接点を溶着させてしまう問題点があるため、このチャタリング継続時間をできる限り短くする必要がある。

図８に示す従来技術の開閉機器において、真空バルブ１は固定接点１０および可動接点１１を収納している。真空バルブ１は固定導体６に固定され、固定導体６は複数枚重ねられた皿ばね６３によって支持されている。皿ばね６３が弾性体である上、複数枚重ねることで積層化されている。

したがって、真空バルブ１内の可動接点１１が動作し、固定接点１０と衝突したときに発生するバウンド（チャタリング）に対して、皿ばね６３が微可動し、複数回の微小衝突が繰り返されて運動エネルギーが消費される。このようにしてチャタリングを抑制するようにしている。なお、可動接点１１が動作して固定接点１０と閉極状態にさせる荷重に対しては開閉機器に応じて皿ばね６３の高さを固定用ボルト６２の締め付け力の調整により所定の緩衝力が得られるように設定される。

特開２００６−１６４６５４号公報

上述した従来の開閉機器においては、固定導体６に固定された真空バルブ１の可動軸２の軸心線に対し、その軸心線と平行な複数の軸線で支持するようにしている。すなわち、真空バルブ１より径方向外側に可動軸２の軸心線と平行にそれぞれ支持軸線が設けられ、それぞれの支持軸線に絶縁固定台６１と固定導体６との間にそれぞれ複数枚重ねられた皿ばね６３を配置し、固定用ボルト６２によりそれぞれ微可動を許容するよう荷重調整されて固定支持されている。

このように、真空バルブ１より径方向外側に可動軸２の軸心線と平行な支持軸線上にそれぞれ複数枚重ねられた皿ばね６３を配置して固定支持することにより、真空バルブ１を安定に支持しているが、複数の支持軸線上に皿ばね６３を重ねて設けた構造であるため、皿ばね６３の荷重調整に作業工数がかかる。

すなわち、一般的に、皿ばね６３の機械的な高さ調整は実測により調整する必要があり、その調整作業は困難性が伴い、かつ皿ばね６３を２段に重ねておりさらに高さ調整が困難なものとなる。しかし、２段に重ねられた皿ばね６３は、複数の支持軸線上に配置されているため、皿ばね６３の荷重調整の作業工数が複数倍必要となり、多大な労力を要するという課題がある。また、皿ばね６３の荷重調整の作業は繊細な部品である真空バルブ１を固定導体６に固定した状態で行う必要があり、その荷重調整作業を慎重に注力して行う必要があるという課題がある。さらに、皿ばね６３は複数の支持軸線上で支持し、微小可動を許容するため、軸心ずれによる動作不具合防止機構（図示せず）を別途設ける必要があり、コストアップとなるという課題がある。

また、固定導体６の変形の影響を防止するため、固定導体６が厚くなるとともに、固定導体６の両側は真空バルブ１より半径方向外側に大きく突出した構造となり、コストアップとなるという課題がある。さらに、固定導体６の両側が真空バルブ１より半径方向外側に大きく突出するので、半径方向の耐電圧性能の確保のために対地間との距離が大きくなり、開閉機器全体が大きくなるため、大型化とともにコストアップとなるという課題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、小型化を図ることができるとともに低コスト化を図ることができる開閉機器を提供するものである。

この発明に係わる開閉機器は、固定通電軸に固着された固定側電極と前記固定側電極と相対して対向し前記固定通電軸と同軸上に配置された可動通電軸に固着された可動側電極とを収納する真空バルブと、前記固定通電軸と同軸上に配置される軸部と前記軸部の一方側に前記真空バルブの固定側に取り付けられる基部と前記軸部の他方側にねじ部とを有する基軸と、前記基軸に挿着された軸支持体と、前記軸支持体を支持し前記基軸の半径方向への移動を阻止する支持部材と、前記軸支持体と前記基軸の基部との間に前記軸部と同心状に挿着された弾性体と、前記基軸のねじ部に螺入され前記弾性体の荷重調整を行う調整部材とを備えたものである。

この発明に係わる開閉機器によれば、小型化を図ることができるとともに低コスト化を図ることができる開閉機器を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係わる開閉機器を示す断面図である。この発明の実施の形態１に係わる開閉機器における緩衝機構を示す断面図である。この発明の実施の形態２に係わる開閉機器を示す断面図である。この発明の実施の形態３に係わる開閉機器を示す断面図である。この発明の実施の形態３に係わる開閉機器を示す図４の矢印Ａ−Ａ方向から見た図である。この発明の実施の形態４に係わる開閉機器を示す断面図である。この発明の実施の形態５に係わる開閉機器を示す断面図である。従来の開閉機器を示す断面図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１および図２に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係わる開閉機器を示す断面図である。図２はこの発明の実施の形態１に係わる開閉機器における緩衝機構を示す断面図である。

１０１は真空バルブ、１０２は真空バルブ１０１内に配置され、固定通電軸１０３に固着された固定側電極であり、固定通電軸１０３を通して固定導体１０４、固定側端子導体１０５と電気的に接続される。１０６は真空バルブ１０１内に配置され、固定側電極１０２と相対して対向し固定通電軸１０３と同軸上に配置された可動通電軸１０７に固着された可動側電極である。１０８は可動側端子導体、１０９は真空バルブ１０１外に延在する可動通電軸１０７と可動側端子導体１０８とを電気的に接続するシャント導体であり、可撓性を有している。なお、固定導体１０４と固定側端子導体１０５は一体構造体とすることも可能である。

１１０は操作機構（図示せず）と連結された操作ロッドであり、操作ロッド１１０は可動通電軸１０７に連結され、その可動通電軸１０７を軸方向に駆動して、可動側電極１０６を固定側電極１０２に接触させて閉極状態とするとともに可動側電極１０６を固定側電極２から離間させて開極状態とする。操作ロッド１１０と可動通電軸１０７との間には絶縁ロッド１１１が設けられており、操作ロッド１１０と可動通電軸１０７とは絶縁ロッド１１１により絶縁され電気的に遮断されている。

１１２は真空バルブ１０１の固定側に固定通電軸１０３と同軸上に配設され、可動側電極１０６が固定側電極１０２に接触されて閉極されたときの衝突荷重を減衰する緩衝機構である。

この緩衝機構１１２は、例えば、固定通電軸１０３と同軸上に配置される軸部１１３ａとこの軸部１１３ａの一方側に真空バルブ１０１の固定側である固定導体１０４に取り付けられる基部１１３ｂと軸部１１３ａの他方側にねじ部１１３ｃとを有する基軸１１３と、この基軸１１３の軸部１１３ａに挿着された軸支持体１１４と、この軸支持体１１４と基軸１１３の基部１１３ｂとの間に軸部１１３ａと同心状に挿着された弾性体１１５と、基軸１１３のねじ部１１３ｃに螺入され弾性体１１５の荷重調整を行う調整部材１１６とから構成されている。なお、軸支持体１１４は基軸１１３の軸部１１３ａを軸方向に微動可能なように微小の間隙が設けられ、軸支持体１１４が支持部材１１７により支持されることにより半径方向の移動が固定されている。

また、弾性体１１５は皿ばねで構成された場合を示すとともに、調整部材１１６は例えば第１のナット１１６ａと第２のナット１１６ｂで構成された場合を示し、第１のナット１１６ａの締め付け調整により、弾性体１１５である皿ばねの荷重調整を行い、第２のナット１１６ｂでその調整された荷重状態を維持するようにしている。

このような緩衝機構１１２の製作工程は真空バルブ１０１の製作工程とは分離して製作され、緩衝機構１１２単独で荷重調整が行われ、荷重調整が完了した状態の緩衝機構１１２を真空バルブ１０１の固定側である固定導体１０４に固定通電軸１０３と同軸上に配設される。

次に動作について説明する。真空バルブ１０１の可動側電極１０６と固定側電極１０２とが開極状態から閉極状態にする場合は、操作機構（図示せず）を駆動し、その操作機構（図示せず）に連結された操作ロッド１１０を固定側電極１０２に向かう軸方向に駆動する。この操作ロッド１１０の軸方向に駆動により、操作ロッド１１０に連結された可動通電軸１０７が固定側電極１０２に向かう軸方向に移動し、可動側電極１０６が固定側電極１０２に所定の荷重で接触して閉極状態となり、可動側電極１０６と固定側電極１０２とが電気的に接続されて通電可能となる。

可動側電極１０６が固定側電極１０２に所定の荷重で接触、すなわち、衝突したときに、可動側電極１０６は固定側電極１０２に対してチャタリングが発生することになるが、この実施の形態１においては、可動通電軸１０７および固定通電軸１０３と同軸上に配設した緩衝機構１１２により、安定した状態でチャタリングの抑制を行うことができる。

すなわち、この実施の形態１によれば、可動通電軸１０７および固定通電軸１０３と同軸上に配設した緩衝機構１１２により一つの支持軸線上でチャタリングの抑制を行うものであり、可動側電極１０６が固定側電極１０２に衝突したときの荷重は固定通電軸１０３、固定導体１０４に伝わる。固定導体１０４に伝わった荷重は緩衝機構１１２である基軸１１３の基部１１３ｂに伝わり、その基軸１１３の基部１１３ｂにより弾性体１１５である皿ばねが圧縮され、可動側電極１０６が固定側電極１０２に衝突したときの荷重を吸収して減衰することにより安定した状態でチャタリングの抑制を行うようにしている。

このように、この実施の形態１によれば、上述した従来の開閉機器のように、真空バルブ１の半径方向外側で複数の支持軸線上に皿ばね６３を重ねて設けた構造ではなく、この実施の形態１では緩衝機構１１２が可動通電軸１０７および固定通電軸１０３と同軸上に配設したことにより、真空バルブ１０１の半径方向の寸法を上述した従来の開閉機器より大幅に短縮することができるので、半径方向の耐電圧性能を向上でき、開閉機器全体が小さくなるため、小型化を図ることができるとともに低コスト化を図ることができる。

また、上述した従来の開閉機器のように、固定導体６の両側は真空バルブ１より半径方向外側に大きく突出した構造となるため厚みを厚くする必要があったが、この実施の形態１においては、緩衝機構１１２を可動通電軸１０７および固定通電軸１０３と同軸上に配設しているので、固定導体１０４の変形の影響は極めて小さいものとなり、固定導体１０４の小型化を図ることができる。

また、緩衝機構１１２は可動通電軸１０７および固定通電軸１０３と同軸上に配設した一つの支持軸線上での弾性体１１５である皿ばねの荷重調整であり、荷重調整は一度だけでよく、上述した従来の開閉機器のように、複数の支持軸線上での皿ばね６３の荷重調整よりも作業工数を削減でき、さらにコスト低減を図ることができる。

また、緩衝機構１１２は可動通電軸１０７および固定通電軸１０３と同軸上に配設した一つの支持軸線上であり、上述した従来の開閉機器のように、複数の支持軸線上による干渉に伴う動作不具合は皆無となり、安定したチャタリングの抑制の効果を得ることができる。

ところで、この実施の形態１における緩衝機構１１２は、真空バルブ１０１の製作工程とは分離して製作され、緩衝機構１１２単独で荷重調整が行われ、荷重調整が完了した状態の完成品である緩衝機構１１２を真空バルブ１０１の固定側である固定導体１０４に固定通電軸１０３と同軸上に配設することができるので、上述した従来の開閉機器のように、繊細な部品である真空バルブ１を固定導体６に固定した状態で皿ばね６３の荷重調整作業を慎重に注力して行う必要がなく、真空バルブ１０１の保護などの作業工数も削減でき、開閉機器の組み立て性を著しく向上でき、さらにコスト低減を図ることができる。

また、緩衝機構１１２は単独で弾性体１１５である皿ばねの荷重調整を行うことができるので、開閉機器の量産時にはさらに低コスト化を図ることができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２を図３に基づいて説明するが、図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。図３はこの発明の実施の形態２に係わる開閉機器を示す断面図である。

上述した実施の形態１においては、皿ばねで構成された弾性体１１５の場合について述べたが、この実施の形態２においては、ゴム材で構成された弾性体１１８としたものである。図は一例として、Ｏリングで構成された弾性体１１８を示している。

この実施の形態２によれば、弾性体１１８であるＯリングの圧縮状態により荷重調整するようにしたものであり、上述した実施の形態１と同様の効果を奏する。

また、弾性体１１８であるＯリングの内周側に、そのＯリングの圧縮状態を所定状態に維持する圧縮状態維持部材１１９が配設されている。この圧縮状態維持部材１１９は例えば弾性体１１８であるＯリングの材質より硬質の環状部材で構成され、弾性体１１８であるＯリングが圧縮状態維持部材１１９の位置を越えて圧縮されないようにしている。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３を図４および図５に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。図４はこの発明の実施の形態３に係わる開閉機器を示す断面図である。図５はこの発明の実施の形態３に係わる開閉機器を示す図４の矢印Ａ−Ａ方向から見た図である。

上述した実施の形態２においては、ゴム材でかつＯリングで構成された弾性体１１８の場合について述べたが、Ｏリングの圧縮範囲内で弾性体１１８の荷重調整ができない状態がある場合には、緩衝機構１１２の基軸１１３の軸部１１３ａを軸支持体１１４から抜いてＯリングで構成された弾性体１１８を交換する必要があるが、この実施の形態３においては、図５に示すように、ゴム材で構成された弾性体１２０を分割して軸対称に配置した場合を示している。

この実施の形態３によれば、軸対称に分割して配置したゴム材で構成された弾性体１２０の圧縮範囲内で弾性体１２０の荷重調整ができない状態がある場合には、緩衝機構１１２の基軸１１３の軸部１１３ａを軸支持体１１４から抜くことなく、分割してゴム材で構成された弾性体１２０を着脱することによりゴム材で構成された弾性体１２０を交換するだけでよく、上述した実施の形態２よりも作業性が向上する。

また、軸対称に分割して配置したゴム材で構成された弾性体１２０の内周側に、その弾性体１２０であるゴム材の圧縮状態を所定状態に維持する圧縮状態維持部材１２１が軸対称に分割して配設されている。この圧縮状態維持部材１２１は例えば弾性体１２０であるゴム材の材質より硬質の部材で構成され、弾性体１２０あるゴム材が圧縮状態維持部材１２１の位置を越えて圧縮されないようにしている。

なお、弾性体１２０および圧縮状態維持部材１２１は四角柱形状に形成された場合を示したが、この形状に限定されるものではなく、例えば、多角柱形状、円柱形状などであってもよく、同様の効果を奏する。

実施の形態４．
この発明の実施の形態４を図６に基づいて説明するが、図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。図６はこの発明の実施の形態４に係わる開閉機器を示す断面図である。

この実施の形態４においては、真空バルブ１０１の可動側に、真空バルブ１０１の軸方向の移動を可能とするように配置されるとともに真空バルブ１０１の半径方向の移動を抑制するように配置された抑制部材１２２を設けた場合を示している。なお、抑制部材１２２はシャント導体１０９および可動側端子導体１０８が貫挿する貫挿孔１２２ｂが設けられている。

この実施の形態４によれば、抑制部材１２２の抑止部１２２ａと真空バルブ１０１の可動側の外周部とが真空バルブ１０１が軸方向に微小に移動可能に僅かな間隙を介して相対向しており、かつ真空バルブ１０１は抑制部材１２２の抑止部１２２ａにより半径方向外側への移動が抑制されている。

このように、抑制部材１２２の抑止部１２２ａにより、真空バルブ１０１を半径方向外側への移動は抑制し、軸方向には微小に移動可能な構成としたので、チャタリングの抑制効果を向上させることができる。

実施の形態５．
この発明の実施の形態５を図７に基づいて説明するが、図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。図７はこの発明の実施の形態５に係わる開閉機器を示す断面図である。

この実施の形態５においては、可動通電軸１０７を軸方向に移動可能に支持するとともに半径方向への移動を固定する良導体からなる導電軸受１２３と、この導電軸受１２３を支持するスライドコンタクト１２４とを設けた場合を示している。すなわち、シャント導体１０９および可動側端子導体１０８と置換した状態であり、同様の機能を有するものである。

この実施の形態５によれば、導電軸受１２３により可動通電軸１０７を軸方向に移動可能に支持しているので、可動通電軸１０７は上述した各実施の形態と同様の操作が行われる。そして、導電軸受１２３およびスライドコンタクト１２４とにより、真空バルブ１０１の可動通電軸１０７の半径方向外側への移動は抑制し、軸方向には移動可能な構成としても、チャタリングの抑制効果を向上させることができる。

この発明は、小型化を図ることができるとともに低コスト化を図ることができる開閉機器の実現に好適である。

Claims

固定通電軸に固着された固定側電極と前記固定側電極と相対して対向し前記固定通電軸と同軸上に配置された可動通電軸に固着された可動側電極とを収納する真空バルブと、前記固定通電軸と同軸上に配置される軸部と前記軸部の一方側に前記真空バルブの固定側に取り付けられる基部と前記軸部の他方側にねじ部とを有する基軸と、前記基軸に挿着された軸支持体と、前記軸支持体を支持し前記基軸の半径方向への移動を阻止する支持部材と、前記軸支持体と前記基軸の基部との間に前記軸部と同心状に挿着された弾性体と、前記基軸のねじ部に螺入され前記弾性体の荷重調整を行う調整部材とを備えたことを特徴とする開閉機器。
前記弾性体は、皿ばねで構成されたことを特徴とする請求項１に記載の開閉機器。
前記弾性体は、ゴム材で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の開閉機器。
前記弾性体の前記ゴム材は、Ｏリングで構成されたことを特徴とする請求項３に記載の開閉機器。
前記弾性体の前記ゴム材は、軸対称に分割されて同心状に配置されたことを特徴とする請求項３に記載の開閉機器。
前記弾性体は、ゴム材で構成されるとともに前記ゴム材の圧縮状態を維持する圧縮状態維持部材を設けたことを特徴とする請求項１に記載の開閉機器。
前記真空バルブの可動側に、前記真空バルブの軸方向の移動を可能とするように配置されるとともに前記真空バルブの半径方向の移動を抑制するように配置された抑制部材を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の開閉機器。
前記可動通電軸を軸方向に移動可能に支持するとともに半径方向への移動を固定する良導体からなる導電軸受と、前記導電軸受を支持するスライドコンタクトとを設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の開閉機器。