JP5819979B2 - 液圧式貯蔵エネルギースプリング機構用の貯蔵モジュール - Google Patents

Description

本発明は、請求項１に記載の特徴を有する、高電圧スイッチ、特に高電圧サーキットブレーカーを作動させるための液圧式貯蔵エネルギースプリング機構のための液圧式貯蔵モジュールに関する。

高電圧サーキットブレーカーを作動させるための貯蔵エネルギースプリング機構が、たとえば、特許文献１から公知である。そこで説明されかつ液圧式ドライブとして形成された貯蔵エネルギースプリング機構は、機械式圧力維持デバイスを備えた液圧式貯蔵体と共に、共通圧力ハウジング内に収容されており、その中で、液圧流体用の輸送要素、高圧ポンプ、そしてまた制御ユニットが、必要な液圧接続部と共に一体化されている。液圧式貯蔵体は、エネルギー供給の中断あるいは遮断が生じた場合でさえ、外部エネルギーのさらなる供給を伴わずに、高電圧サーキットブレーカーの液圧式デバイスに圧力エネルギーを提供することを、そしてドライブを意図された様式で作動させることを意図されている。

特許文献２には、貯蔵エネルギースプリング機構が開示されており、これを用いてプレロードスプリングは、圧力ボディおよび少なくとも二つの圧力ピストンを介して流体を加圧する。貯蔵エネルギースプリング機構のドライブロッドは、この流体によって動作させられると共に、作動シリンダー内で僅かに変位可能であるドライブピストン上に取り付けられる。

貯蔵エネルギースプリング機構を組み立てるとき、そして必要なメンテナンス作業の間、貯蔵エネルギースプリング機構の液圧式システムには圧力が存在しない。プレロードスプリングは、この状態において、単に付勢され、そして軸方向に最大限に伸長させられる。そうする際に、プレロードスプリングは、シリンダーハウジング上のストッパーに対して圧力ボディを押し付け、これによって圧力ボディは、ストッパーとプレロードスプリングとの間に固定される。

貯蔵エネルギースプリング機構の動作の間、液圧式システムは圧力下に置かれる。プレロードスプリングは、この状態で、さらに緊張させられ、そしてその軸方向長さは低減される。そうしている際に、プレロードスプリングは圧力ボディを圧力ピストンに対して押し付け、これは、したがって、流体を加圧する。圧力ボディは圧力ピストンとプレロードスプリングとの間に固定される。

サーキットブレーカードライブ（これは、エネルギー貯蔵体として液圧式ピストンと組み合わされたディスクスプリングを使用する）は、特許文献１から同様に公知である。エネルギー貯蔵体として使用されるディスクスプリングは液圧式ピストンによって圧縮され、そしてピストンの圧力／ストローク特性カーブ（これは図１ｂに示される）は、スプリングの力／ストローク特性カーブから得ることができる。ディスクスプリングの力／ストローク特性カーブの逓減推移によって、圧力は、ピストンのストロークのかなりの部分にわたって、ほとんど目立った変化を示さない。

相対的にコスト高のディスクスプリングを使用する代わりとして、概して、コイルスプリングといった、それ以外のスプリングタイプを使用する可能性が存在するが、これは簡素な構造であり、したがってよりコスト効率がよい。広く流通し、かつ、製造が簡単であることから、コイルスプリングは、ディスクスプリングに比べて、市場において、より容易に入手することができる。

好ましい例では、上記コイルスプリングは、図１ｃに示すように、直線的力／ストローク特性カーブを有することができ、この特性カーブは、好ましくない例における漸進的特性カーブへと推移することさえある。この特性カーブはまた、ピストンの圧力／ストローク特性へと再び相応に平行移動させられ、そして、ストロークにわたって激しい圧力変化を有することがある。この挙動は、高電圧サーキットブレーカーの液圧式ドライブにとって望ましくないことが判明しており、ストロークにわたる激しい圧力変化によって引き起こされ、そして、ディスクスプリングと共に生じる逓減特性カーブに比べてエネルギー貯蔵体の圧力ピストンの貯蔵ストロークにわたる激しい圧力変化につながる。

独国特許出願公開第3408909号明細書 欧州特許出願公開第0829892号明細書

本発明の目的は、高電圧スイッチを作動させるための液圧式貯蔵エネルギースプリング機構用の貯蔵モジュールを提供することであり、当該モジュールは簡素な構造であり、かつ、当該モジュールの動的圧力／ストローク特性カーブはヘビーデューティサーキットブレーカードライブの要求に、より良く適合させられる。

この目的は、本発明に基づいて、請求項１に記載の特徴を有する、高電圧スイッチ、特に高電圧サーキットブレーカーを作動させるための液圧式貯蔵エネルギースプリング機構のための機械的エネルギー貯蔵のための貯蔵モジュールによって達成される。

有利な実施形態は従属請求項に開示される。

高電圧スイッチの貯蔵エネルギースプリング機構の貯蔵モジュールの貯蔵ストロークにわたって圧力変化を改善するために、動的特性カーブ（これは、容積流量の取り出しの間に、貯蔵エネルギースプリング機構の液圧式システムにおける液圧的損失によって生じる）が、本発明に基づく貯蔵モジュールによって、貯蔵ストロークに依存する様式で適合される。

高電圧スイッチ、特に高電圧サーキットブレーカーを作動させるための液圧式貯蔵エネルギースプリング機構のための本発明に基づく貯蔵モジュールは、エネルギー貯蔵体として作用するスプリング要素と、このスプリング要素のエネルギーを、高電圧スイッチを作動させるためのピストンロッドへと可動貯蔵ピストンによって伝達するための流体とを備え、貯蔵ピストンは、流体で満たされた耐圧ハウジング内に突出すると共に、ハウジングは流体用の高圧貯蔵リザーバを形成する。

貯蔵ピストンは、本発明に基づく貯蔵モジュールの第１実施形態においては、クロージャカバー内でガイドされる。本発明に基づく貯蔵モジュールの第２の実施形態において、貯蔵ピストンは耐圧ハウジング内でガイドされる。

高圧貯蔵リザーバは、この高圧貯蔵リザーバ内に突出する少なくとも一つのサブチャネルを介して、かつ、それに接続された高圧チャネルを介して、貯蔵エネルギースプリング機構の液圧式システムに接続される。貯蔵ピストンは、特定のピストンストロークからサブチャネルのサブ領域を閉塞する。

好ましい実施形態では、エネルギー貯蔵体として機能するスプリング要素はコイルスプリングとして形成され、これは貯蔵シリンダーと協働するが、この貯蔵シリンダーは、圧力ハウジング内に配置され、好ましくはプランジャシリンダーとして形成され、そしてその中で、流体圧力によって動作可能な貯蔵ピストンがガイドされる。プランジャシリンダーは中空シリンダーとして形成されるが、その開口内には貯蔵ピストンが動作可能に配置される。

したがって、貯蔵ピストンは制御スライドと同時に機能し、そして、あるピストンストロークから、ピストンの基端に取り付けられたその圧力ボディによって、シリンダーハウジングの高圧貯蔵リザーバの領域を閉塞し、流体が当該領域を経て流れることが可能であり、ここで、ピストンストロークは、貯蔵モジュールが、高電圧スイッチのＣＯ切り換えの実施のために必要であるよりも多くの流体を高圧リザーバ内に蓄えてしまっているという事実の結果として生み出される。この絞りは、ピストンストロークに従って、絞りポイントの流出側における切り換えプロセスの間、動的圧力変化を生じる。

貯蔵モジュールのスプリング要素は、それゆえ、貯蔵ピストン上に配置された圧力ボディに流体圧力が作用するときに緊張状態となり、これによって、貯蔵ピストンはスプリング要素の方向に移動する。

貯蔵ピストンのリターン動作は、圧力が低下した場合に、スプリング要素の弛緩によって達成される。ここで、貯蔵ピストン上に配置された高圧貯蔵容積は、スプリング要素が弛緩するときに減少する。

本発明に基づく貯蔵モジュールの有利な実施形態においては、ピストンヘッドは貯蔵ピストン上に取り付けられ、ここでピストンヘッドは、耐圧ハウジング内に配置された高圧貯蔵リザーバ内に突出する。

本発明によれば、貯蔵ピストンあるいはピストンヘッドは開口を備え、これは、それを通って流体が流動できる、高圧貯蔵リザーバと少なくとも一つのサブチャネルとの間の接続部を形成する。

プランジャシリンダーとしての貯蔵モジュールの実施形態によって、絞り（これは貯蔵ストロークに依存する）を実現するために高電圧スイッチドライブ用の既存の貯蔵モジュールに比べて、ピストンヘッド上のシールといった付加的なコンポーネントは必要とされない。

本発明の有利な実施形態およびその改良、そしてまたさらなる利点について、図面に基づいて、さらに詳しく説明する。

理想的な力／ストローク特性カーブとの、異なるスプリングの力／ストローク特性カーブとして公知であるものの比較を示す図である。 例として、高電圧サーキットブレーカーを作動させるための液圧式貯蔵エネルギースプリング機構のための、本発明に基づく貯蔵モジュールの実施形態を示す図である。 例として、本発明に基づく貯蔵モジュールの動的圧力／ストローク特性カーブの推移を示す図である。

図１において、ディスクスプリング（図１ｂ）の、そしてコイルスプリング（図１ｃ）（これらは液圧式貯蔵エネルギースプリング機構用の機械的エネルギー貯蔵のための貯蔵モジュールにおいて使用可能である）の力／ストローク特性カーブが、理想的な力／ストローク特性カーブ（図１ａ）と対比させて示されている

図２は、例として、高電圧サーキットブレーカーを作動させるための液圧式貯蔵エネルギースプリング機構のための本発明に基づく貯蔵モジュールの実施形態を示しているが、これはコンテナ体（図示せず）内に配置される。

貯蔵モジュールはスプリング要素５１を備え、これは、エネルギー貯蔵体として作用し、コイルスプリングとして形成され、そして貯蔵ピストン３０に接続されるが、この貯蔵ピストン３０は、圧力ハウジング１内に配置され、流体圧力によって動作可能であり、そしてクロージャカバー２０内で軸方向にガイドされる。圧力が作用する貯蔵ピストン３０の端部は、円柱形ピストンヘッド３１として形成される。

コイルスプリング５１は、一端において、コンテナ体のサポート要素６０上で、そして他端において、圧力ハウジング１から突出する貯蔵ピストン３０の一部の上で支持される。

ピストンヘッド３１（これは貯蔵ピストン３０に取り付けられる）は、開口あるいは孔３２を備えるが、これは、圧力ハウジング１の作動チャンバー１３内のオイル容積（高圧貯蔵リザーバとも呼ばれる）を、図２に示すピストンヘッド３１の右手側におけるオイル容積に接続し、そして、それを経て流体が流動できる、高圧貯蔵リザーバ１３と少なくとも一つのサブチャネル１１，１２との間の接続部を形成する。

本発明に基づく貯蔵モジュールの代替実施形態（ここでは図示しない）においては、ピストンヘッド３１を持たない貯蔵ピストン３０が設けられ、この場合、貯蔵ピストン３０は、高圧貯蔵リザーバ内に突出するその側に、開口３２を備え、これは、それを経て流体が流動できる、高圧貯蔵リザーバ１３と少なくとも一つのサブチャネル１１，１２との間の接続部を形成する。

貯蔵ピストン３０は、制御スライドとして機能し、そして、あるピストンストロークｓから、ピストンの基端に取り付けられたその圧力ボディによって、ハウジング１内に配置された高圧貯蔵リザーバ１３の領域のサブ領域（それを経て流体が流動できる）を閉塞し、当該高圧貯蔵リザーバはまた、圧力ハウジングの高圧容積あるいは作動チャンバーとも呼ばれる。この絞りは、貯蔵モジュールが、高電圧スイッチのＣＯ切り換えの実施のために必要であるよりも多くの流体を高圧リザーバ１３内に蓄えてしまうや否や生じる。この高圧チャネル１０内の動的圧力は、有利なことには、ピストンストロークｓに従って、相応に絞られる。

第１の領域１１と呼ばれるサブチャネルと、第２の領域１２と呼ばれるさらなるサブチャネルは高圧チャネル１０を接続する。貯蔵モジュールに低圧が作用する、つまり貯蔵モジュール内に貯蔵されたエネルギーの量がＣＯ切り換えにとって十分である間、流体は第１の領域１１および第２の領域１２を経て流動する。したがって、切り換えプロセスの間、高圧チャネル１０内に動的圧力低下は生じない。貯蔵モジュールに高圧が作用する、つまりエネルギーの貯蔵量がＣＯ切り換えのために必要であるよりも多い場合、第１の領域１１は圧力ボディ３１によって閉塞され、そして流体は依然として第２の領域１２のみを経て流動できる。したがって、切り換えプロセスの間、高圧チャネル１０内に動的圧力低下は生じない。

本発明に基づく貯蔵モジュールの有利な実施形態において、サブチャネル１１，１２の少なくとも一つを通る流量は、絞り要素によって設定可能である。

図２に示す高圧シール４０は、貯蔵ピストン３０の流体シーリングを意図したものである。

図３は、例として、体積流量０でのストローク／圧力特性カーブＫ１の推移を、そして対照的に、Ｃ切り換えの間の体積流量よりもＯ切り換えの間の体積流量が大きい場合の０よりも大きな体積流量での、Ｃ切り換えに関するストローク／圧力特性カーブＫ２の、そして高電圧サーキットブレーカーのＯ切り換えに関する動的ストローク／圧力特性カーブＫ３の、定性的推移を示しており、それぞれの場合において、貯蔵ピストン３０のストロークｓはシステム内の圧力にわたって示されている。

貯蔵モジュールにおいて使用されるコイルスプリングの図１ｃに示す静的力／ストローク特性は困難を伴ってのみ影響を与えることができ、したがって高圧サーキットブレーカードライブの要求に適合させることができるので、本発明は動的圧力／ストローク特性カーブを適合させることを目的とし、これは貯蔵モジュール内の液圧的損失によって作り出される。この液圧的損失は、圧力ハウジングの作動チャンバー内の高圧流体の体積流量に依存し、高圧貯蔵容積内の圧力によって影響を受けないか、あるいは最小限しか影響を受けない。

エネルギーが続いて特定の速度で貯蔵モジュールから除去されるならば、既定の体積流量Ｑはそれゆえに流動し、そして、圧力損失ＤＶ１，ＤＶ２は、こうして、貯蔵モジュールの作動チャンバー内に直に生み出される（カーブＫ３参照）。静的な場合よりも、より低い圧力がそれゆえサーキットブレーカーの作動デバイスに提供されるが、ここでは体積流量Ｑの流動はない（カーブＫ１参照）。圧力損失は体積が多くなればなるほど高くなり、そして専らそれに依存する（カーブＫ３参照）。

本発明に基づく貯蔵モジュールによって、高電圧スイッチの貯蔵エネルギースプリング機構の貯蔵モジュールの貯蔵ストロークｓにわたる圧力変化が有利なことに改善され、そして動的圧力／ストローク特性カーブ（これは、貯蔵エネルギースプリング機構の液圧式システムにおける液圧的損失によって作り出される）は、貯蔵ピストン３０のストロークｓに従って適合させられる。

貯蔵モジュール内の静圧がこうして増大する場合、システム損失はこうして増大し、したがって貯蔵モジュールの利用可能なエネルギーは動的な、すなわち体積流量Ｑが０に等しくない場合には低減される。高電圧サーキットブレーカー用の液圧式ドライブにおける使用に関して、一つの切り換えポイントＳＰを正確に統合することがさらに推奨されるが、このポイントにおいて損失が変更される。この切り換えポイントＳＰは動的特性カーブＫ２およびＫ３の段階的推移を引き起こす。体積流量Ｑは、概して、Ｏ切り換えとＣ切り替えとの間で異なる。これは、Ｃ切り替えに関する特性カーブＫ２の、そしてＯ切り換えに関する動的特性カーブＫ３の定性的推移として図３に例示されており、ここでは、各場合に関して、貯蔵ピストン３０のストロークｓがシステムの圧力にわたって示されている。

１ 耐圧ハウジング、圧力ハウジング
１０ （加圧流体で満たされた）高圧チャネル
１１ 第１の領域、サブチャネル
１２ 第２の領域、さらなるサブチャネル
１３ 高圧貯蔵リザーバ、高圧容積、圧力ハウジング内の作動チャンバー
２０ クロージャカバー
３０ 貯蔵ピストン
３１ ピストンボディ、ピストンヘッド
３２ 開口、ピストンヘッドの孔
４０ 高圧シール
５１ スプリング要素、コイルスプリング
６０ サポート要素
ｓ 貯蔵ピストンのストローク
ＤＶ１ 液圧式システムにおける低損失による貯蔵エネルギースプリング機構の液圧式システムにおける圧力損失
ＤＶ２ 液圧式システムにおける高損失による貯蔵エネルギースプリング機構の液圧式システムにおける圧力損失
ＳＰ 切り換えポイント
Ｑ 体積流量
Ｋ１ ストローク／圧力特性カーブ
Ｋ２ Ｃ切り換えに関するストローク／圧力特性カーブ
Ｋ３ Ｏ切り換えに関するストローク／圧力特性カーブ

Claims (11)

1. 高電圧スイッチを作動させるための液圧式貯蔵エネルギースプリング機構のための貯蔵モジュールであって、エネルギー貯蔵体として作用するスプリング要素（５１）を備えると共に、前記スプリング要素（５１）のエネルギーを、前記高電圧スイッチを作動させるためのピストンロッドへと可動貯蔵ピストン（３０）によって伝達するための流体を備え、前記貯蔵ピストン（３０）は、流体で満たされた耐圧ハウジング（１）内に突出すると共に、前記ハウジングは、前記流体用の高圧貯蔵リザーバ（１３）を形成し、前記高圧貯蔵リザーバ（１３）は、この高圧貯蔵リザーバ（１３）内に突出する２つのサブチャネル（１１），（１２）を介して、かつ、それに接続された高圧チャネル（１０）を介して、前記貯蔵エネルギースプリング機構の前記液圧式システムに接続されており、かつ、前記貯蔵ピストン（３０）は、特定のピストンストローク（ｓ）から前記サブチャネル（１１），（１２）の一方を閉塞することを特徴とする貯蔵モジュール。
2. 前記スプリング要素（５１）はコイルスプリングとして形成されることを特徴とする請求項１に記載の貯蔵モジュール。
3. 前記貯蔵ピストン（３０）は、クロージャカバー（２０）内で、あるいは、前記耐圧ハウジング（１）内でガイドされることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の貯蔵モジュール。
4. ピストンヘッド（３１）が前記貯蔵ピストン（３０）に取り付けられており、かつ、前記ピストンヘッド（３１）は前記耐圧ハウジング（１）内に配置された前記高圧貯蔵リザーバ（１３）内へと突出していることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の貯蔵モジュール。
5. 前記貯蔵ピストン（３０）あるいは前記ピストンヘッド（３１）は開口（３２）を備え、この開口（３２）は、それを通って流体が流動できる前記高圧貯蔵リザーバ（１３）と前記２つのサブチャネル（１１），（１２）との間の接続部を形成することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の貯蔵モジュール。
6. 前記サブチャネル（１１）の少なくとも一つを通る前記流速は、絞り要素によって設定可能であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の貯蔵モジュール。
7. 前記サブチャネル（１１），（１２）の少なくとも一つは、前記貯蔵モジュールが高圧によって作動させられるとき前記ピストンヘッド（３１）によって閉塞され、これによって、動的圧力低減が、前記高電圧スイッチの切り換えプロセスの間、前記高圧チャネル（１０）内で設定される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項に記載の貯蔵モジュール。
8. 前記ピストンストローク（ｓ）は、前記貯蔵モジュールが、前記高電圧スイッチのＣＯ切り換えの実施のために必要であるよりも多くの流体を前記高圧貯蔵リザーバ（１３）内に貯蔵してしまうという事実の結果として生み出されることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の貯蔵モジュール。
9. 前記貯蔵モジュールはプランジャシリンダーとして形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の貯蔵モジュール。
10. 高電圧サーキットブレーカードライブであって、請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の貯蔵モジュールを備えることを特徴とする高電圧サーキットブレーカードライブ。
11. 前記高電圧スイッチは高電圧サーキットブレーカーであることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の貯蔵モジュール。