JP5269189B2 - 操作装置 - Google Patents

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Description

本発明は、開閉器の操作装置に関するものである。
従来の開閉器においては、開閉器本体の開閉状態と操作装置に装備されている開閉表示器の表示状態とに不一致が発生した場合に備え、開閉器本体を視認できる窓を設けている。
また、特許文献1では、電動ばね操作装置において、ばねを蓄勢するモータと歯車との間に負荷トルクが一定値以上になるとすべりを起すトルクリミッタを装着した構造とし、過大な負荷トルクにより動力伝達機構自体が破損しないように配慮されている。
実開昭55−138716号公報
従来の開閉器の動力伝達機構においては、設計で想定されている以上の負荷、例えば機構内摺動部の摩擦抵抗の増大、部品締結ボルトのゆるみなど、が発生した場合、動力伝達機構内の部品が破損し、操作装置側では開閉動作が完了しているにもかかわらず、主回路側の開閉器は動作しておらず、操作装置の開閉状態と開閉器本体の開閉状態とが一致しないことが起こり得る。例えば変電所においては、保守・点検作業において回路を系統から切り離した上で、点検部の接地を別の開閉器を投入して行う。この際、開閉器の状態を正しく確認できていないと、高電圧部への誤投入などにつながる可能性がある。
また、特許文献1に記載されたトルクリミッタを装着した操作装置においては、想定値以上の過大なトルクが伝達しないように制御し過大な負荷の発生を防止することを目的としているが、開閉動作完了直前にトルクリミッタが動作した場合、トルクリミッタ動作直後における動力伝達機構側の回転軸の慣性により機構が動作を継続する結果、機構内の部品同士が衝突することにより、部品の破損に至る可能性がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、開閉器本体と操作装置間で想定外の負荷が発生することを防止し、動力伝達機構が破損することを防止して、操作装置の開閉状態と開閉器本体の開閉状態とを一致させることができる操作装置を提供す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、本発明に係る操作装置は、モータと、このモータを制御するモータ制御回路と、このモータ制御回路を制御する操作回路と、前記モータによる一定値以上のトルクは出力しないトルクリミッタと、を備え、動力伝達機構を介して前記モータによるトルクを開閉器に伝達して開閉操作を行う操作装置であって、前記操作回路は、前記開閉器の投入または開放動作中には、前記モータ制御回路を、前記モータのモータ電機子とモータ界磁子とが直列に接続されてなるとともにモータ電流が通流する第1の直列回路を含む回路構成に制御し、投入または開放動作完了後一定時間には、前記モータ制御回路を、前記モータ電機子と第1の抵抗とが直列に接続されてなる閉ループ回路と、前記モータ界磁子と第2の抵抗とが直列に接続されてなる第2の直列回路とを含む回路構成に制御することを特徴とする。
この発明によれば、投入または開放動作完了後に、モータの慣性運動のエネルギーを第1および第2の抵抗を介して熱エネルギーに変換することで、モータ電流切断後のモータの慣性運動により発生するトルクを低減することができ、動力伝達機構に加わる負荷が低減される。したがって、投入または開放動作完了後においても設計で想定されている以上のトルクが発生することを防止することができる。
したがって、この発明によれば、開閉器本体と操作装置間で想定外の負荷が発生することを防止し、動力伝達機構が破損することを防止して、操作装置の開閉状態と開閉器本体の開閉状態とを一致させることができる、という効果を奏する。
図1は、実施の形態1に係る操作装置を含む開閉装置の構成図である。 図2は、操作回路の回路図である。 図3は、モータ制御回路の回路図である。 図4は、(a)操作回路および(b)モータ制御回路の初期状態(開閉切状態)における回路構成図である。 図5は、(a)操作回路および(b)モータ制御回路の閉路信号入(CXコイル電圧印加)時における回路構成図である。 図6は、(a)操作回路および(b)モータ制御回路の閉路信号完了(CXコイル電圧解除)時における回路構成図である。 図7は、(a)操作回路および(b)モータ制御回路の閉路信号完了(AX/BXコイル電圧解除)時における回路構成図である。 図8は、実施の形態2に係る操作装置を含む開閉装置の構成図である。 図9は、本実施の形態の操作装置における発生トルク、モータ電機子の巻線電流、およびモータ電流の時間変化の一例を示した図である。
1 開閉器
2 操作装置
3 動力伝達機構
4 タンク
5 開閉部
6 のぞき窓
8 モータ制御回路
9 操作回路
10 トルクリミッタ
11 減速機構
12 開閉状態表示機構
13 出力軸
15 ばね
以下に、本発明に係る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、本実施の形態に係る操作装置2を含む開閉装置の構成図である。図1に示す開閉装置は、開閉器1と、この開閉器1を操作するための操作装置2と、開閉器1と操作装置2との間に介在し操作装置2にて発生したトルクを操作力として開閉器1に伝達する動力伝達機構3と、を備えている。開閉器1は、例えばガス絶縁開閉装置における断路器または接地開閉器である。
開閉器1は、ガスを封入したタンク4内部に開閉動作を行う導体が配置された開閉部5を備えている。タンク4に設けられたのぞき窓6は、開閉状態を目視で確認するための窓である。
操作装置2では、操作力の発生源であるモータ7が設けられている。モータ7は、モータ制御回路8により制御され、さらにモータ制御回路8は、操作回路9により制御される。
モータ7の回転軸である動力伝達軸は減速機構11に接続され、モータ7の回転は減速機構11を介して減速された後、減速機構11の出力軸13の回転として伝達される。また、出力軸13は動力伝達機構3に連結されており、タンク4内に密閉収納された軸を介して開閉器1本体である開閉部5を動作させる。動力伝達機構3は例えばシャフトなどを含んで構成される。本実施の形態においては、モータ7と減速機構11との間に一定以上のトルクが発生するとトルクを伝達しなくなるトルクリミッタ10が装備されている。
また、操作装置2には、例えば出力軸13に連動した棒により表示板を動かすことで開閉状態を表示することができる開閉状態表示機構12が設けられている。
次に、操作回路9の回路構成について説明する。図2は、操作回路9の回路図である。まず、リミットスイッチHは、開閉部5が投入位置にあるときに開、開放位置にあるときに閉となり、これは歯車の位置等により機械的に制御される。これに対して、リミットスイッチLは、開閉部5が投入位置にあるときに閉、開放位置にあるときに開となる。図2に示すように、リミットスイッチHは閉、リミットスイッチLは開であるので、図2は、開閉部5が切状態(開路状態)にあるときの回路図を示している。
リレーCX22は、入動作(閉動作)に使用されるリレーのコイル部を示している。リレーCX22は、接点CX23、CX25を備えており、リレーCX22と接点CX23との間にはリミットスイッチHが接続されている。また、リミットスイッチHと接点CX23との間には入動作信号(閉路指令信号)としての入力信号部電圧が印加可能である。図示例のようにリミットスイッチHが閉じた状態で入動作信号が入力されると、リレーCX22に内蔵されているコイルが励磁され、このコイルが発生する力により接点CX23が閉じる。リレーCX22のコイルを励磁しまたは励磁を解くことで、接点CX23,CX25の閉開制御を行うことができる。また、直列に接続された接点CX23、リミットスイッチH、およびリレーCX22の両端には常に操作電圧が印加されている。
リレーTX20は、切動作(開動作)に使用されるリレーのコイル部を示している。リレーTX20は、接点TX21、TX24を備えており、リレーTX20と接点TX21との間にはリミットスイッチLが接続されている。また、リミットスイッチLと接点TX21との間には切動作信号(開路指令信号)としての入力信号部電圧が印加可能である。リレーTX20のコイルを励磁しまたは励磁を解くことで、接点TX21,TX24の閉開制御を行うことができる。また、直列に接続された接点TX21、リミットスイッチL、およびリレーTX20の両端には常に操作電圧が印加されている。
タイマーリレーTは、接点Taおよび接点Tbを有する。接点Taは、リレーTに内蔵されているコイルが励磁されると開、励磁が解かれると閉となる。図示例では、タイマーリレーTに直列に接続されている接点TX24、接点CX25が共に閉じているので、常に印加されている操作電圧により、タイマーリレーTは励磁された状態にあり、接点Taは開である。接点Tbはタイマー接点であり、通常閉じた状態にあるが、接点Taが閉じると所定時間経過後に開く。
操作回路9にはさらにリレーAX,BXが含まれている。リレーAXまたはBXと、接点Tbと、接点Taとが直列に接続され、これらの両端には操作電圧が印加されている。
次に、モータ制御回路8の回路構成について説明する。図3は、モータ制御回路8の回路図である。
図3において、まず、制動用の抵抗R1(第1の抵抗)、接点BX32、および接点BX33からなる抵抗回路50と、制動用の抵抗R2(第2の抵抗)、接点AX30、および接点AX31からなる抵抗回路51を除いた部分について説明すると、モータ電機子Mを中央にして、四辺にそれぞれ接点CX26,CX27,TX28,TX29を配置してなるブリッジ回路が構成され、このブリッジ回路はモータ界磁子MFに直列接続され、これらの両端には操作電圧が印加されている。
ここで、接点CX26,CX27は、それぞれリレーCX22の接点である。また、接点TX28,TX29は、それぞれリレーTX20の接点である。図3において、接点CX26,CX27のみを閉じると、操作電圧によりモータ電機子Mおよびモータ界磁子MFにモータ電流が流れる。一方、接点TX28,TX29のみを閉じると、モータ電機子Mは接点CX26,CX27のみを閉じた場合と逆方向に電流が流れる。モータ電機子Mに流れる電流の方向を正逆制御してモータの回転方向を反転し、開閉部5の開操作または閉操作を行う。
図3では、抵抗回路51が上記ブリッジ回路と並列に接続されているともに、ブリッジ回路内では抵抗回路50がモータ電機子Mと並列に接続されている。また、抵抗回路51では、接点AX30、抵抗R2、および接点AX31がこの順で直列に接続されている。また、抵抗回路50では、接点BX32、抵抗R1、および接点BX33がこの順で直列に接続されている。ここで、接点AX30,AX31はそれぞれ図2のリレーAXの接点であり、リレーAXに内蔵されているコイルが励磁されると両接点は閉じる。また、接点BX32,BX33はそれぞれ図2のリレーBXの接点であり、リレーBXに内蔵されているコイルが励磁されると両接点は閉じる。
なお、図1では、モータ7とモータ制御回路8を分離して記載しているが、図3に示すように、モータ制御回路8は実際にはモータ7のモータ電機子M,モータ界磁子MFを含んで構成される。
次に、本実施の形態の動作について図4〜図7を参照して説明する。なお、以下では閉路操作の場合を例として説明する。図4は、(a)操作回路および(b)モータ制御回路の初期状態(開閉切状態)における回路構成図である。図5は、(a)操作回路および(b)モータ制御回路の閉路信号入(CXコイル電圧印加)時における回路構成図である。図6は、(a)操作回路および(b)モータ制御回路の閉路信号完了(CXコイル電圧解除)時における回路構成図である。また、図7は、(a)操作回路および(b)モータ制御回路の閉路信号完了(AX/BXコイル電圧解除)時における回路構成図である。
まず、開閉器1は開放状態にあり、このとき操作回路9およびモータ制御回路8はそれぞれ図4(a)、図4(b)の初期状態(開閉切状態)にある。次に、入動作信号としての入力信号部電圧が印加されると(図4(a))、リレーCX22に内蔵されているコイルが励磁され、このコイルの発生する力により接点CX23が閉じる(図5(a))。このときモータ制御回路8においては、モータ電機子Mに直列に接続された接点CX26,CX27が閉じることによりモータ電流が流れる(図5(b))。すなわち、閉路信号入力に基づき、モータ電機子Mとモータ界磁子MFとが接点CX26,CX27を介して直列接続され、この直列回路(第1の直列回路)の両端には操作電圧が印加されモータ電流が流れる。これにより、モータ7が回転を始め、そのトルクにより開閉部5の閉路動作が開始される。なお、図5(b)の矢印は電流の流れる方向を示している。
次に、開閉部5が投入位置に到達すると、リミットスイッチHが開くことにより、リレーCX22の励磁が解け、接点CX23,CX25,CX26,CX27が開くことにより、モータ電機子Mおよびモータ界磁子MFに流れるモータ電流を切断する(図6)。同時にタイマーリレーTの励磁が解けるので、接点Taが閉じ(図6(a))、リレーBXが励磁されてモータ制御回路8に接続された接点BX32,BX33が閉じる。これにより、モータ制御回路8に、モータ電機子Mおよび抵抗R1が直列に接続されてなる閉ループ回路が構成される。この閉ループ回路は他の回路部分と切り離され独立している。そして、モータ電機子Mにはモータ電流は供給されないものの、自身の慣性回転によりこの閉ループ回路に電流が誘起され(図6(b)の矢印)、さらにこの電流は抵抗R1により熱エネルギーに変換される。つまり、モータ電機子Mは慣性により回転を続けようとするが、抵抗R1により慣性運動のエネルギーが熱エネルギーに変換されるので、モータ7で発生するトルクが低減されることとなる。
また、このときモータ界磁子MFの界磁巻線を流れる電流も抵抗R2にて低減している(図6(b))。すなわち、接点Taが閉じることにより(図6(a))、リレーAXも励磁されてモータ制御回路8に接続された接点AX30,AX31が閉じる。これにより、モータ制御回路8に抵抗R2とモータ界磁子MFとが直列に接続され、これらの両端に操作電圧が印加されるとともに、上記閉ループ回路とは分離された直列回路(第2の直列回路)が構成される。
つづいて、タイマーリレーTのコイル励磁後、予めタイマー設定された一定時間を経過すると、接点Tbが開く(図7(a))。これにより、リレーAX、BXの励磁が解けるので、モータ制御回路8に接続された接点AX30,AX31、接点BX32,BX33が開き、抵抗R1、R2を切り離す。タイマー設定時間は、モータ7によるトルクが低減され、過大なトルクが発生しなくなった時点で回路の切断が行われるように設定する。
なお、開路操作の場合も同様にして説明することができる。この場合、図2において、リミットスイッチLを閉、リミットスイッチHを開とした初期状態から始め、切動作信号としての入力信号部電圧を印加し、リレーTX20を励磁して、接点TX21を閉じる。以下は、閉路操作の場合と同様にして説明することができるが、モータ電機子Mに流れる電流の向きは閉路操作の場合と反対になる。
このように、本実施の形態では、一定のトルク値を超えた場合にモータ7の動力伝達軸がすべるトルクリミッタ10を操作装置2に装備する。さらに、部品の衝突による動力伝達機構3の破損は開閉動作終盤に発生するため、操作回路9は、開閉動作完了後に、モータ制御回路8を切り替え抵抗R1,R2に制動電流が流れるような回路構成に制御する。
本実施の形態によれば、トルクリミッタ10の装備に加え、投入または開放動作完了後に、モータ7の慣性運動のエネルギーをモータ制御回路8に構成された抵抗R1,R2を含む制動回路を介して熱エネルギーに変換することで、モータ電流切断後のモータ7の慣性運動により発生するトルクを低減することができ、モータ7から伝達された出力軸13に発生するトルクが小さくなり、動力伝達機構3、開閉器1本体に加わる負荷が抑制される。
したがって、本実施の形態によれば、開閉器1本体と操作装置2間で想定外の負荷が発生することを防止し、動力伝達機構3が破損することを防止して、操作装置2の開閉状態と開閉器1本体の開閉状態とを一致させることができる。
また、本実施の形態では、開閉状態表示機構12をトルクリミッタ10よりも開閉器1本体側に配置している。すなわち、トルクリミッタ10はモータ7と減速機構11との間に設けられ、モータ7の動力伝達軸に装着されている。一方、開閉状態表示機構12は、開閉器1本体側に設けられ、出力軸13に連動して開閉器1の開閉状態を表示する。これにより、開閉状態表示機構12は、設計で想定されている以上のトルクが発生してトルクリミッタ10が作動した場合でも、出力軸13に連動しているので開閉器1本体の状態を表示することができる。仮に開閉状態表示機構12をモータ7とトルクリミッタ10との間に設けた場合には、モータ7の動力伝達軸に連動して開閉器1の開閉状態を表示することになり、トルクリミッタ10が作動しモータ7の回転が出力軸13に伝達されない場合には、開閉器1本体の状態を正しく表示することができない。
また、開閉状態表示機構12の信頼性を向上させることにより、のぞき窓6の設置を省くことができるというメリットもある。
実施の形態2.
図8は、本実施の形態に係る操作装置52を含む開閉装置の構成図である。図8に示すように、操作装置52は、モータ7の回転により蓄勢されるばね15を備えた電動ばね操作装置である。なお、本実施の形態のその他の構成は実施の形態1と同様であり、そのため図8では図1と同一の構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
操作装置2では、モータ7の回転により減速機構11を介してばね15を蓄勢する。蓄勢されたばね15は一定の地点に到達すると蓄勢を完了して放勢し、出力軸13を回転させる。
本実施の形態の操作回路9は図2と同じである。また、モータ制御回路8も図3と同じである。本実施の形態の動作を例えば閉路操作の場合に説明する。まず、操作回路9およびモータ制御回路8は図3、図4に従いモータ7を回転させるが、ばね15の蓄勢中は、開閉部5の閉路動作は行われない。
次に、ばね15の蓄勢が完了すると同時に、リミットスイッチHが開き、操作回路9およびモータ制御回路8は図5、図6に従う。したがって、ばね15の蓄勢完了時に、モータ電流は切断される。同時に、ばね15は放勢され、ばね15によるトルクとモータ7の慣性回転によるトルクにより、開閉部5の閉路動作が行われる。蓄勢完了後は、実施の形態1と同様に、図6のように抵抗R1,R2を含む制動回路が構成されるので、モータ7の慣性運動に起因して発生する電流が抑制される。そのため、実施の形態1と同様に、操作装置2の出力軸13に発生するトルクが小さくなり、動力伝達機構3、開閉器1本体の各部に加わる力が抑えられる。
図9は、本実施の形態の操作装置52における発生トルク、モータ電機子の巻線電流、およびモータ電流の時間変化の一例を示した図である。図9において、発生トルクは、操作装置52の出力軸部13を拘束し測定した結果である。モータ電流は時間軸の左端付近で立ち上りを示しているが、これはモータ7の起動に伴う突入電流である。時刻T1において、入動作信号が完了しリミットスイッチHが切れると、抵抗R1の効果によりモータ電流は一瞬減少するが、その後、閉ループ回路に電流が流れるため、モータ電流は上昇し時刻T2からほぼ一定の値となったのち、タイマー設定時刻T3前で減少してほぼゼロとなる。また、発生トルクは、時刻T1にて増加する。これは、蓄勢されたばね15のトルクにモータ7の慣性回転のトルクが重畳されためである。時刻T2でピークとなるが、その後、閉ループ回路で熱エネルギーを消費した分、急激に減少する。なお、発生トルクは、その後ほぼ一定値となるが、これはばね15のトルクによる。また、モータ電機子の巻線電流も発生トルクの変化に対応して変化している。
図9に示すように、トルクはモータ7によるばね15の蓄勢完了と同時に発生するように設計されており、一時的にモータ7の慣性回転によるトルクとばね15によるトルクが重畳するが、モータ7を電気的に制動することにより、発生トルクを抑制している。
本実施の形態によれば、モータ7によるばね15の蓄勢完了後、モータ電流を切断しているので、その後のモータ7によるトルクは慣性回転によるものであり、モータ7により動力伝達機構3に印加される荷重が低減される。また、ばね15の蓄勢完了と同時にモータ制御回路8に制動電流が発生する回路構成としているので、モータ7の慣性回転によるトルクを低減することができ、ばね15によるトルクにモータ7の慣性回転によるトルクが重畳することで、設計で想定されている以上のトルクが発生することを防止できる。なお、本実施の形態のその他の効果は実施の形態1と同様である。
以上説明したように、この発明の操作装置2,52においては、出力を抑制することにより機構の強度設計を適正化し、かつ操作装置2,52と開閉器1本体の開閉状態を一致させる効果がある。
本発明は、ガス絶縁開閉装置における開閉器の操作装置として有用である。

Claims (5)

  1. モータと、このモータを制御するモータ制御回路と、このモータ制御回路を制御する操作回路と、前記モータによる一定値以上のトルクは出力しないトルクリミッタと、を備え、動力伝達機構を介して前記モータによるトルクを開閉器に伝達して開閉操作を行う操作装置であって、
    前記操作回路は、前記開閉器の投入または開放動作中には、前記モータ制御回路を、前記モータのモータ電機子とモータ界磁子とが直列に接続されてなるとともにモータ電流が通流する第1の直列回路を含む回路構成に制御し、
    投入または開放動作完了後一定時間には、前記モータ制御回路を、前記モータ電機子と第1の抵抗とが直列に接続されてなる閉ループ回路と、この閉ループ回路から電気的に切り離され前記モータ界磁子と第2の抵抗とが直列に接続されてなる第2の直列回路とを含む回路構成に制御する
    ことを特徴とする操作装置。
  2. 前記モータ制御回路は、
    連動して開閉する一対の第1の接点、連動して開閉する一対の第2の接点、および前記モータ電機子を含み、一方の第1の接点と一方の第2の接点とが直列に接続され、他方の第1の接点と他方の第2の接点とが直列に接続され、前記モータ電機子の一端が前記一方の第1の接点と前記一方の第2の接点間に接続され、前記モータ電機子の他端が前記他方の第1の接点と前記他方の第2の接点間に接続されたブリッジ回路と、
    前記ブリッジ回路において前記モータ電機子と並列に接続され、前記第1の抵抗と第3の接点とが直列に接続されてなる第1の抵抗回路と、
    前記ブリッジ回路と並列に接続され、前記第2の抵抗と第4の接点とが直列に接続されてなる第2の抵抗回路と、
    前記ブリッジ回路に直列に接続された前記モータ界磁子と、
    を含み、
    前記操作回路は、前記開閉器の投入または開放動作中には、前記第3および第4の接点を開くとともに前記第1または第2の接点を閉じる回路構成に制御し、
    投入または開放動作完了後タイマー設定された一定時間には、前記第1および第2の接点を開くとともに前記第3および第4の接点を閉じる回路構成に制御する
    ことを特徴とする請求項1に記載の操作装置。
  3. 前記モータの回転を減速した後に出力軸を介して回転力を出力する減速機構と、前記出力軸に連動して前記開閉器の開閉状態を表示する表示機構と、を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の操作装置。
  4. モータと、このモータを制御するモータ制御回路と、このモータ制御回路を制御する操作回路と、前記モータによる一定値以上のトルクは出力しないトルクリミッタと、前記モータにより蓄勢されるばねと、を備え、前記モータによる前記ばねの蓄勢完了後動力伝達機構を介して前記モータおよび前記ばねのトルクを開閉器に伝達して開閉操作を行う操作装置であって、
    前記操作回路は、前記ばねの蓄勢中には、前記モータ制御回路を、前記モータのモータ電機子とモータ界磁子とが直列に接続されてなるとともにモータ電流が通流する第1の直列回路を含む回路構成に制御し、
    前記ばねの蓄勢完了後一定時間には、前記モータ制御回路を、前記モータ電機子と第1の抵抗とが直列に接続されてなる閉ループ回路と、この閉ループ回路から電気的に切り離され前記モータ界磁子と第2の抵抗とが直列に接続されてなる第2の直列回路とを含む回路構成に制御する
    ことを特徴とする操作装置。
  5. 前記モータの回転を減速した後に出力軸を介して回転力を出力する減速機構と、前記出力軸に連動して前記開閉器の開閉状態を表示する表示機構と、を備えることを特徴とする請求項4に記載の操作装置。
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