JP5240157B2

JP5240157B2 - 開閉装置

Info

Publication number: JP5240157B2
Application number: JP2009247643A
Authority: JP
Inventors: 治彦下地; 修高原; 直行中務; 隆一井上; 敏宏松永
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2029-10-28
Also published as: JP2011096439A

Description

この発明は、開閉機器、特に、電力用開閉器等の開閉装置に関する。

一般に、電力用開閉機器等の開閉装置において、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、接点表面が荒れたり消耗したりするため、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。

従来の開閉装置とその操作機構では、接点投入時のチャタリングを抑制させるために、接点接触直後の可動電極と接続された可動軸の振動を緩和するため、油圧オリフィス式のダンパを使用している（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−２４５０４６号公報（第４頁、図１）

上記のように従来の開閉装置においては、高価なダンパを追加する必要があること、また、接点接触直後のみの運動エネルギーを吸収する必要があることから接点投入時のチャタリングを的確に抑制することが困難であるという課題があった。また、開閉装置の設置の際に、高精度な設定が要求され組立てコストが高くなるという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、開閉装置本来の構成部材を利用して接点投入時のチャタリングを的確に抑制できる開閉装置を低コストで実現することを目的とする。

この発明に係る開閉装置は、開閉可能に配設された複数の接点部材で構成される接点と、接点を開閉操作するための操作機構とを備えた開閉装置において、接点と前記接点の固定部材との間であって、チャタリングに影響を与える固有振動数よりも十分に低い振動数で振動する部材が介在しない位置に弾性支持部材を介して錘部材を配設し、弾性支持部材と錘部材とで構成される振動系の固有振動数がチャタリングの振動周波数と近接するように弾性支持部材の剛性と錘部材の質量とを設定したものである。

この発明は、開閉可能に配設された複数の接点部材で構成される接点と、接点を開閉操作するための操作機構とを備えた開閉装置において、接点と前記接点の固定部材との間であって、チャタリングに影響を与える固有振動数よりも十分に低い振動数で振動する部材が介在しない位置に弾性支持部材を介して錘部材を配設し、弾性支持部材と錘部材とで構成される振動系の固有振動数がチャタリングの振動周波数と近接するように弾性支持部材の剛性と錘部材の質量とを設定したことにより、開閉装置本来の構成部材を利用して接点投入時のチャタリングを的確に抑制できる開閉装置を低コストで得ることができる。

この発明の実施の形態１における開閉装置の構成を示す断面模式図である。この発明の実施の形態１における開閉装置の構成を示す断面模式図である。この発明の実施の形態１における開閉装置の構成を示す断面模式図である。この発明の実施の形態１における開閉装置の構成を示す断面模式図である。この発明の実施の形態２における開閉装置の構成を示す断面模式図である。この発明の実施の形態３における開閉装置の構成を示す断面模式図である。この発明の実施の形態３における開閉装置の動作説明図である。

実施の形態１．
この発明による実施の形態１について図１〜図４を用いて説明する。図１は本実施の形態における開閉装置の構成を示す断面模式図である。以降の図において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することである。さらに、明細書全文に表れている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。

図１において、接点部材として用いられる固定接点１１と可動接点１０とが対向して接点ＣＰ（Contact Point）が構成され、真空に封じ切られた容器内に真空バルブ１が設けられている。真空バルブ１には、可動接点１０と接続される可動軸２、主回路を電気的に絶縁するための絶縁棒３、ワイプばね装置４を介して、接点を開閉させる操作機構として操作装置５が接続される。操作装置５により、真空バルブ１の可動接点１０を、固定接点１１に対して並進運動させることで、主回路電流を入／切することができる。
主回路電流入（投入）の場合には、開状態にある真空バルブ１の可動接点１０を、操作装置５の駆動力により、一定の速度で投入方向に運動させる。可動接点１０が固定接点１１と衝突すると、可動接点１０は固定接点１１に対してバウンスを繰り返しながら次第に減衰し、最終的に投入状態に落ち着く。このバウンスをチャタリングと呼ぶ。

真空バルブ１は固定部材として用いられる部材６０と部材６１を介して、絶縁支持台７１と絶縁支持台７２に固定される。真空バルブ１と部材６１の間には、錘部材として用いられる錘２０および錘２１がそれぞれ、弾性支持部材として用いられる、弾性支持部２５、２６および弾性支持部２７、２８を介して取り付けられる。ここで、弾性支持部２５、２６と錘２０とで１つのバネ・マスの振動系を構成し、また弾性支持部２７、２８と錘２１でもう１つのバネ・マスの振動系を構成するが、弾性支持部２５〜２８の太さと長さ、錘２０と錘２１の質量を調整することにより、この部分の固有振動数が接点１１の固有振動数と近接した値となるようにすることができる。

接点ＣＰの投入時、可動接点１０が固定接点１１に接触した時に衝撃振動が発生するが、この衝撃振動が、弾性支持された錘２０と錘２１を振動させる。錘２０、２１と固定接点１１は固有振動数が異なるため、互いの振動は干渉し合って振動の減衰を早め、結果としてチャタリングの継続時間を抑制する。

ここで、図１の構成では、固定接点１１と弾性支持部２５、２７との間には真空容器１の側壁のみが存在するように取り付けられているが、側壁は十分な厚さを備え側壁の振動数はチャタリングに関連する振動数よりも大きいものとする。この場合、固定接点１１と真空容器１の側壁は一体となって振動し、固定接点１１と錘２０、２１の振動が干渉して力を及ぼしあい、固定接点１１の振動を抑制する効果が生まれ、結果としてチャタリングが抑制される。
一方、真空容器１の側壁が柔らかく、その振動数がチャタリングに関連する振動数よりも十分に小さい場合には、固定接点１１の振動は側壁部分で遮断されてしまうため、錘２０、２１には伝達されず、錘２０、２１を取り付けた効果が発揮されない。
また、真空容器１の側壁が十分に固く設計され、錘２０、２１に固定接点１１の振動が伝達された場合でも、弾性支持部２５〜２８と錘２０、２１で形成される振動系の固有振動数がチャタリングに関連する振動数から大きく異なっている場合には、固定接点１１と錘２０、２１の間で力の授受は発生するものの、振動を抑制する効果は発揮されず、結果としてチャタリングを抑制する効果は得られない。

ここで、振動数がチャタリングに関連するかどうかは、チャタリングを抑制しようとする固定接点１１などの構造に依存するが、概ねチャタリングの周波数の１／１０倍から１０倍程度である。
通常、電極は銅の棒状部材となるため、その固有振動数は数kHz程度であり、仮にこれが1ｋHzの場合には、錘と弾性支持部で構成する振動系の固有振動数は、概ね100Hzから10ｋHzの間に設定する。

このように、この実施の形態においては、錘を追加するのみでチャタリングを抑制することができるので、簡単かつ低コストで開閉装置を実現することができる。

図２に本実施の形態による開閉装置の別な構成を示す。図１の構成では、錘２０と錘２１は真空容器１と部材６１の間に挟みこむ形式を示したが、図２のように錘２０と錘２１は真空容器１に固定するだけでも、固定接点１１と錘２０、２１の間の振動が干渉を起こし、同様にチャタリングの継続時間抑制の効果を得られる。

図３に本実施の形態による開閉装置のさらに別な構成を示す。図１と図２の構成では、錘２０と錘２１を固定接点１１に対して並列に配置したが、図３に示すように錘２０と錘２１を直列に配置することでチャタリングを抑制する効果を得ることも可能である。

図４に本実施の形態による開閉装置のもう１つの構成を示す。図１と図２の構成では、真空容器自体は部材６０によって絶縁支持台７１と絶縁支持台７２に接続していたが、弾性部材と錘の部分の強度によって、真空容器１を支持できる場合に部材６０を排除したのが図４に示す構成である。この場合にも固定接点１１と錘２０、２１の振動の干渉によってチャタリングを抑制する効果を得ることができる。図４に示す構成とすれば、部材が減ることにより、図１〜図３の構成よりもさらにコストを削減できる。

なお、図１〜図４に示した構成例では、錘が２個の例を示しているが、錘の個数はチャタリングの発生状況に応じて、１個だけでチャタリングを抑制できる場合もあれば、さらにチャタリングの抑制効果を高めるために、３個以上の錘を取り付ける場合も考えられることはいうまでもない。

以上述べたように、本実施の形態によれば、開閉装置において錘を追加するのみでチャタリングを抑制することができ、開閉装置本来の構成部材を利用して接点投入時のチャタリングを的確に抑制できる。また、簡単かつ低コストで開閉装置を実現することができる。

実施の形態２．
この発明による実施の形態２について図５を用いて説明する。図５は実施の形態２における開閉装置の構成を示す断面模式図である。

実施の形態１では、錘を固定接点１１に取り付けたのに対し、本実施の形態では、可動接点１０において取り付けた点が異なっているが、可動接点１０についても、チャタリングに影響を与える固有振動数を有する部材が存在しない位置に錘２０、錘２１と弾性支持部材２５から２８を配置できれば、可動接点１０と錘の振動が干渉することにより、実施の形態１と同様にチャタリングを的確に抑制する効果を生む。

図５においては、錘２０、錘２１を弾性支持部材２５から２８によって挟み込む構成を示しているが、図２に示したようにいずれかの弾性支持部材を排除した構成も可能であることは言うまでもない。さらに、図５の例では、錘２０と錘２１のように、錘を２個配置した構成を示しているが、錘の個数を１個または３個以上とすることもできる。

さらに、実施の形態１では固定接点１１に錘２０を取り付け、実施の形態２では可動接点１０に錘を取り付けたが、両者を組み合わせて、固定接点側と可動接点側の両方にそれぞれ錘を取り付ける対策をとることも可能である。

錘を取り付ける位置や錘と弾性支持部材で構成される振動系の振動数に関する条件は、実施の形態１に記載と同様である。

実施の形態３．
この発明による実施の形態３を図６と図７を用いて説明する。図６は本実施の形態における開閉装置の構成を示す断面模式図である。図７は本実施の形態における振動状態を説明するための説明図である。

図１〜図４に示した構成例では、固定接点１１の側に錘を追加する例を示したが、図６に示すように、真空容器１の一部を構成する部材８０を錘の代用とすることも可能である。図７において、矢印９０は可動接点１０と固定接点１１が衝突した際の固定接点１１の振動を示し、矢印９１は部材８０の振動を示している。この例では、部材８０は板状の構造材であるので、板厚を適切に選択することで、矢印９１で示す振動の固有振動数を固定接点の固有振動数に近接するように設定すれば、実施の形態１および実施の形態２で示した錘２０と同様の効果を得ることができる。
固定接点の振動と干渉させようとする部材の取り付け位置や振動数に関する条件は、実施の形態１に記載と同様である。

以上述べたように、本実施の形態によれば、開閉装置の構造部材の形状を変更するのみで新たに構造部材を追加する必要がないため、実施の形態１および実施の形態２よりも、さらに低コストでチャタリングを抑制する構成を実現できる。
また、実施の形態３で述べた方法を、実施の形態１と実施の形態２と組み合わせて適用することにより、さらに、チャタリング抑制の効果を高めることができる。

１真空バルブ
２可動軸
３絶縁棒
４ワイプばね装置
５操作装置
６固定導体
１０可動接点
１１固定接点
２０、２１錘
２５、２６、２７、２８弾性支持部材
６０、６１、６２支持部材
７１、７２絶縁固定台

Claims

開閉可能に配設された複数の接点部材で構成される接点と、前記接点を開閉操作するための操作機構とを備えた開閉装置において、
前記接点と前記接点の固定部材との間であって、チャタリングに影響を与える固有振動数よりも十分に低い振動数で振動する部材が介在しない位置に弾性支持部材を介して錘部材を配設し、前記弾性支持部材と前記錘部材とで構成される振動系の固有振動数がチャタリングの振動周波数と近接するように前記弾性支持部材の剛性と前記錘部材の質量とを設定したことを特徴とする開閉装置。
開閉可能に配設された複数の接点部材で構成される接点と、前記接点を開閉操作するための操作機構と、前記接点を支持する構造部材とを備えた開閉装置において、
前記構造部材をチャタリングに影響を与える固有振動数よりも十分に低い振動数で振動する部材が介在しない位置に配設し、
前記構造部材の変形振動の固有振動数がチャタリングの振動周波数と近接するように前記構造部材の剛性と質量とを設定したことを特徴とする開閉装置。