JP6270541B2 - 開閉器操作機構 - Google Patents

Description

この発明は、特に直流電力回路の開閉を行う開閉器において、短時間での電流遮断を行う開閉器操作機構に関するものである。「開閉器」は遮断器（遮断能力有り）と開閉器（遮断能力の無い通常の開閉器）の両方の総称とする。

直流電気鉄道変電所などで使用される直流高速度遮断器は、回路の短絡電流が最終値に達するまでに主接点を開極し、電流が故障電流の最終値に達するまでに限流遮断を行う要求があり、一般の遮断器より短い開極時間となっている。そのため、高突進率化などへ対応するには、開極時間の短縮が必要であり、ばねエネルギーを更に大きくする等の工夫が必要であった。この一解決策として、特許文献１のような開閉器操作機構が提案されている。

特開２００９−１７０３１８号公報

従来の直流遮断器は、図６に示すように、接圧ばね６７と開極ばね６６が、駆動を共にする同一系統のリンク上に配置されている。接圧ばね６７の荷重は、主接点２を閉極する側に働き、開極ばね６６の荷重は、主接点２を開極する側に働く。開極ラッチ６５の解除により開極ばね６６、接圧ばね６７のエネルギーを放勢し主接点２を開極する時、上記の理由から接圧ばね６７のエネルギーが開極ばね６６のエネルギーと打ち消し合う方向に働くタイミングがあり主接点２の開極を遅らせていた。このため、特許文献１のように、投入ばねを有する投入ばね部と真空バルブに連結された開閉駆動部とが、開路状態と閉路状態とにおいて分離させるものが提案されているが、この発明は、特許文献１の開閉器操作機構より更に開極時間の高速化を得ることを目的としている。

この発明に係わる開閉器操作機構は、可動側主接点と固定側主接点とを互いに接離し電力回路の開閉を行う主接点、中央部が回動自在に軸支され、一端に上記可動側主接点が設けられた開極リンク、この開極リンクの他端に設けられ上記開極リンクを上記可動側主接点の開離方向に回動させる方向に付勢力を伝える開極ばね、及び上記開極リンクに連結され、この開極リンクを閉極方向に駆動して上記主接点を閉極させる閉極駆動機構を備え、
上記閉極駆動機構は、中央部が回動自在に軸支され、一端に接圧ばねロッドを連結した接圧リンクと、この接圧リンクに上記接圧ばねロッドを介して上記可動側主接点の閉合方向に回動させる方向に駆動力を伝える駆動装置と、この駆動装置による上記接圧リンクの回動時に、上記接圧ばねロッドを介して上記接圧リンクに上記可動側主接点の閉合方向の付勢力を伝える接圧ばねとによって構成され、上記開極リンクの他端と上記接圧リンクの他端間に、上記主接点の開極動作時に上記開極リンクと上記閉極駆動機構との連結を切り離す開極ラッチを係脱可能に設けたものである。

この発明の開閉器操作機構によれば、開極リンクと閉極駆動機構との連結を切り離すことで、接圧リンク側の接圧ばねのばねエネルギーの影響を受けることなく、短時間での開極が可能となる。又、閉極ばねの放勢動作により、次回投入動作が可能な状態にリセットすることが可能となる。

この発明の実施の形態１における開閉器操作機構の構造を説明するための外形図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。 この発明の実施の形態１における開閉器操作機構の構造を説明するもので、開閉器の開極状態を示す側断面図である。 この発明の実施の形態１における開閉器操作機構の構造を説明するもので、開閉器の閉極状態を示す側断面図である。 この発明の実施の形態１における開閉器操作機構の開極状態で且つリセット操作前の状態を示す側断面図である。 この発明の実施の形態２における開閉器操作機構の構造を説明するための開極駆動機構部分を示す斜視図である。 従来の開閉器操作機構を示す構造図である。

この発明の特徴としては一体となっていた操作機構の構造を、閉極駆動機構と開極駆動機構とに分離した事にあり、まずこの発明の概要を説明する。
操作レバーを操作すると、ラッチカムを介して接圧ばねに接続された接圧リンクが回動し、接圧リンクに設けた開極ラッチがスライド駆動される。この時、開極ラッチにより開極リンクに設けたラッチピンを引き込む事で主接点投入を行う。主接点開極時には、開極ラッチを解除することにより、開極駆動機構と閉極駆動機構の係合を解除することで接圧リンク側の接圧ばねの影響を受けることなく、短時間で開極する。
更に、開極過程の終期に、閉極駆動機構の投入保持機構を解除し、次回投入動作が可能な状態にリセットする。

以下、図面に基づいて、この発明の各実施の形態を説明する。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。

実施の形態１．
図１から図４は、この発明の実施の形態１における開閉器操作機構を示すものである。図１、２は、開閉器操作機構の全体構造を示し、図３は、開閉器操作機構の投入状態を示し、図４は、開閉器操作機構の開放状態を示すものである。

図１、２において、開閉器の操作機構は、閉極駆動機構と開極駆動機構と接圧保持ラッチ解除機構部とによって構成されており、以下各機構の構造を、動作説明を交えながら順次説明する。

まず、閉極駆動機構について説明する。
閉極駆動機構は、操作レバー１１、ラッチカム１２、接圧保持ラッチ１３、接圧ばね１４を有する接圧ばねロッド１５、接圧リンク２１、コイル押板２２を有する開極ラッチ２３、開極ラッチ押さえ板２４などの部材で構成され、これらの部材は次のように枠体Ｆ１に装備されている。

操作レバー１１は、主接点３０（可動側主接点３０ａと固定側主接点３０ｂ）の開極を行うものであり、操作レバー１１の反操作端部には、ほぼ三角形状のラッチカム１２が一体に固着され、このラッチカム１２と共に固定ピンＳ１によって枠体Ｆ１に回動自在に軸支されている。
又、操作レバー１１の操作端部には、連結ロッド５１を介して駆動装置５０に連結されており、駆動装置５０が連結ロッド５１を押し引きすることで、操作レバー１１を、固定ピンＳ１を回動中心として時計方向あるいは反時計方向に回動させる。なお、駆動装置５０は、例えば、ばね操作機構あるいは電磁操作機構のように連結ロッド５１に連結される中心軸を軸方向に直線駆動するものである。ただし、中心軸の動作は直線運動に限らず、円弧運動であってもよい。
ラッチカム１２の自由端側である底辺部１２ａは、操作レバー操作による回動時に、枠体Ｆ１に設けた接圧保持ラッチ１３の半月状係合部（直径部）に案内され且つ摺動するために円弧状に形成されている。更にこの円弧状の底辺部１２ａの一方端部には、切欠部１２ｂが設けられている。この切欠部１２ｂは、接圧保持ラッチ１３の半月状係合部の円弧面と係合することによってラッチカム１２の回動を止め係止状態で、操作レバー１１の主接点３０の閉極操作を終了させる。又、円弧状の底辺部１２ａの他方端部には、接圧ばねロッド１５を連結する連結用可動ピンＰ１が設けられている。

接圧ばねロッド１５の一端部には、連結用可動ピンＰ１を摺動させる長手方向の長孔１５ａを有し、この一端部は、上述のように連結用可動ピンＰ１によってラッチカム１２に連結されている。
又、接圧ばねロッド１５の他端部は、接圧リンク２1の一端部に連結用可動ピンＰ２によって回動、屈折自在に連結されている。
接圧ばねロッド１５に連結した接圧リンク２1は、その中央部が固定ピンＳ２によって枠体Ｆ２に回動自在に軸支されている。

接圧ばね１４は、接圧ばねロッド１５に巻回状態で、接圧ばねロッド１５の他端部とラッチカム１２の連結用可動ピンＰ１間に張架され、操作レバー１１による閉極操作時に、後述するようにして接圧ばねロッド１５の移動に伴って蓄勢され、主接点３０を接圧方向に付勢する。この接圧ばね１４の蓄勢は、この接圧保持ラッチ１３がラッチカム１２の切欠部１２ｂに係合してラッチカム１２の係止を維持し、且つ閉極駆動機構の投入状態を保持し、最終的には操作レバー１１のリセットに寄与する。

開極ラッチ２３は、接圧リンク２１の他端部に連結用可動ピンＰ３によって回動自在に軸支され、そのフック部は、後述するようにラッチピンＰ５に対し係脱する。
又、開極ラッチ２３のフック部は、固定ピンＳ４を軸に回動する開極ラッチ押さえ板２４によってラッチピンＰ５の方向に付勢され、コイル押板２２の操作によってラッチピンＰ５との係合が解除される。

次に、開極駆動機構について説明する。
開極駆動機構は、開極リンク２５（開極リンク本体部２５ａ、主接点ブレード２５ｂ）、開極ばねロッド４２、開極ばね４１、開極ストッパー４３などの部材で構成され、これらの部材は次のように枠体Ｆ２に装備されている。

開極リンク２５は、端部に可動側主接点３０ａを装備した主接点ブレード２５ｂと開極リンク本体部２５ａとによって一体に構成され、両者の連結部である開極リンク２５の中央部は、固定ピンＳ３によって枠体Ｆ２に回動自在に軸支されている。固定側主接点３０ｂは、可動側主接点３０ａに対向する位置に配置され、開極リンク２５の回動動作により可動側主接点３０ａと接離することで、この開閉器の主回路の開閉を行う。
開極リンク２５の開極リンク本体部２５ａには、開極ラッチ２３と係合するラッチピンＰ５が設けられ、後述するように開極ラッチ２３とラッチピンＰ５との係脱によって閉極駆動機構と開極駆動機構との連係、又は連係解除が行われる。
開極リンク２５の開極リンク本体部２５ａには、開極ラッチ２３と係合するラッチピンＰ５が設けられ、後述するように開極ラッチ２３とラッチピンＰ５との係脱によって閉極駆動機構と開極駆動機構との連係、又は連係解除が行われる。

開極ばねロッド４２は、一端部（開極ラッチ側端部）が開極リンク本体部２５ａに可動ピンＰ４によって回動自在に軸支されている。そして、他端部には、長孔４２ａが設けられ、この長孔４２ａと枠体Ｆ２に設けた固定ピン４２Ｐとによって、長手方向に移動可能な状態で支持されている。
開極ばね４１は、開極ばねロッド４２に巻回状態で、開極ばねロッド４２の一端部と固定ピン４２Ｐ間に張架され、操作レバー１１による閉極操作時に、開極ばねロッド４２の移動に伴って開極方向のばね圧が畜勢される。なお、４３は開極ばねロッド４２の移動を規制する開極ストッパーである。

図２、３に基づいて可動側主接点３０ａ及び固定側主接点３０ｂによる閉極動作を説明する。
図２において、開極状態にある操作レバー１１を駆動装置５０によって図３のように下方向へ引き下げると、ピン連結された各部品が回動、直動動作する。

すなわち、ラッチカム１２が固定ピンＳ１を軸に時計方向に回動し、連結用可動ピンＰ１が長孔１５ａ内を移動、長孔１５ａの上方（図３）で停止する。更に
ラッチカム１２が回動を続ける過程で、その動力は、接圧ばねロッド１５―接圧リンク２１―開極ラッチ２３―ラッチピンＰ５の順に伝達される。この時、接圧リンク２１は、固定ピンＳ２を軸に反時計方向に回動し、開極ラッチ２３を介し開極リンク２５も固定ピンＳ３を軸に反時計方向に回動するので、可動側主接点３０ａは、投入する側へ移動し固定側主接点３０ｂと閉合し閉極する。そして、切欠部１２ｂが接圧保持ラッチ１３で係止された時点で閉極が終わり、操作レバー１１に付勢された力を解除することで、閉極駆動機構の投入状態が保持される。

この主接点閉極動作の過程中において、接圧ばね１４、及び開極ばね４１のばねエネルギーの蓄勢が行われる。すなわち、接圧ばね１４は、連結用可動ピンＰ１の移動で圧縮、蓄勢され、主接点３０（可動側主接点３０ａと固定側主接点３０ｂ）の閉極後も接点圧接のため、しばらくの間圧縮される。又、蓄勢された接圧ばねエネルギーは、接圧保持ラッチ１３とラッチカム１２の切欠部１２ｂとの係合による係止により保持される。
一方開極ばね４１も開極ばねロッド４２の右方向（図３）への移動で圧縮され且つ開極動作に備えて蓄勢される。
以上の一連の動作は、操作レバー１１の下方向への引き下げ操作中に行われる。

図４に基づいて開極動作を説明する。
図３の投入状態において、コイル押板２２を操作して開極ラッチ２３を時計回りに回動させる。この操作によりラッチピンＰ５に対する開極ラッチ２３のフック部の係合が解除され、開極リンク２５が開極ばね４１の放勢エネルギーを受けて固定ピンＳ３を軸に時計回りに回動し、可動側主接点３０ａを図４の右方向へ移動させ固定側主接点３０ｂから開離させこの開閉器の主回路を開極させる。
開極ラッチ２３とラッチピンＰ５との係合が解除された後、閉極駆動機構において、接圧リンク２１は、接圧ばね１４のばね圧によって固定ピンＳ２を中心に反時計方向に固定ピンＳ４と接触するまでわずかに回転する。固定ピンＳ４と接触後は、接圧保持ラッチ１３とラッチカム１２との係合により接圧ばね１４を蓄勢した状態を維持する。すなわち、接圧ばね１４のばね圧に影響されずに開極ばね４１の放勢エネルギーによって開極が行われる。
この開極動作は、瞬間的であり、この動作に連動して次の自動リセット動作が行われる。

まず、図１に基づいて、自動リセット動作を行うための接圧保持ラッチ解除機構の構成を説明する。
接圧保持ラッチ解除機構は、図１に示すように接圧保持ラッチ解除リンク３１によって構成されている。
この接圧保持ラッチ解除リンク３１は、開極リンク２５の開極ラッチ側端部に位置するラッチピンＰ５と接圧保持ラッチ１３との間に配置され、両者を連係するクランク機構を形成している。すなわち、接圧保持ラッチ解除リンク３１は、両側にラッチピン側リンク３１ａと接圧保持ラッチ側リンク３１ｂとを有し、接圧保持ラッチ側リンク３１ｂには、接圧保持ラッチ１３の軸方向端部が差し込まれ一体構造になっている。

次に、自動リセット動作を説明する。
上記開極過程の開極終了間際に、一方のラッチピン側リンク３１ａが、ラッチピンＰ５によって蹴り上げられ時計回りに回動動作し、その時、他方の接圧保持ラッチ側リンク３１ｂは、リンク機構により反時計回りに回動動作する。
この接圧保持ラッチ側リンク３１ｂの反時計回りの回動により、接圧保持ラッチ側リンク３１ｂに直結した接圧保持ラッチ１３が共動し、この接圧保持ラッチ１３の半月状係合部の円弧面と、ラッチカム１２の切欠部１２ｂとの係止を解除（閉極駆動機構の主接点投入保持状態を解除）する。そして、ラッチカム１２の円弧状の底辺部１２ａが接圧保持ラッチ１３の半月状係合部の直径部を摺動し始め、接圧ばね１４の放勢エネルギーで閉極駆動機構を自動リセットさせる。すなわち、操作レバー１１が初期状態に戻る（復帰する）ので次回投入動作が可能な状態となる。

実施の形態２．
以下、図５に基づいて、この発明の実施の形態２を説明する。
実施の形態１では、ラッチピンＰ５を開極ラッチ２３で引き込むように構成したが、実施の形態２では、主接点ブレード２５ｂと一体の開極リンク本体部２５ａを，フック形状の開極ラッチ２３で直接引き込む構成としている。
このようにフック形状の開極ラッチ２３で開極リンク本体部２５ａを直接引き込むことで、実施の形態１におけるラッチピンＰ５が無くとも実施の形態１の開極ラッチ２３で引き込む場合と同様な効果を得ることができる。
なお、実施の形態２では、ラッチピンＰ５が無くなるので、例えば、開極リンク本体部２５ａを曲げ加工するか、又はラッチピン側リンク３１ａ自体そのものを曲げ加工することによって実施される。

なお、上記の実施の形態１の動作の説明において、図２〜図４において連結ロッド５１の長さが図示上異なっているが、この図は単に駆動装置５０が操作レバー１１を押し引きしている動作の概念を示したものであり、連結ロッド５１が実際に伸縮することを図示したものではない。
又、上記の実施の形態１においては、操作レバー１１を駆動装置５０にて操作する例を示したが、操作レバー１１の操作を駆動装置５０によらず、手動にて操作するような開閉器であってもよい。
なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１１：操作レバー、 １２：ラッチカム、 １２ａ：円弧状の底辺部、
１２ｂ：切欠部、 １３：接圧保持ラッチ、 １４：接圧ばね、
１５：接圧ばねロッド、 １５ａ：長孔、 ２１：接圧リンク、
２２：コイル押板、 ２３：開極ラッチ、 ２４：開極ラッチ押さえ板、
２５：開極リンク、 ２５ａ：開極リンク本体部、 ２５ｂ：主接点ブレード、
３０：主接点、 ３０ａ：可動側主接点、 ３０ｂ：固定側の主接点、
３１：接圧保持ラッチ解除リンク、 ３１ａ：ラッチピン側リンク、
３１ｂ：接圧保持ラッチ側リンク、 ４１：開極ばね、
４２：開極ばねロッド、 ４２ａ：長孔、 ４２Ｐ：固定ピン、
４３：開極ストッパー、 ５０：駆動装置、 ５１：連結ロッド、
Ｓ１：固定ピン、 Ｓ２：固定ピン、
Ｓ３：固定ピン、 Ｓ４：固定ピン、 Ｐ１：連結用可動ピン、
Ｐ２：連結用可動ピン、 Ｐ３：連結用可動ピン、 Ｐ４：可動ピン、
Ｐ５：ラッチピン、 Ｆ１：枠体、 Ｆ２：枠体。

Claims (5)

1. 可動側主接点と固定側主接点とを互いに接離し電力回路の開閉を行う主接点、中央部が回動自在に軸支され、一端に上記可動側主接点が設けられた開極リンク、この開極リンクの他端に設けられ上記開極リンクを上記可動側主接点の開離方向に回動させる方向に付勢力を伝える開極ばね、及び上記開極リンクに連結され、この開極リンクを閉極方向に駆動して上記主接点を閉極させる閉極駆動機構を備え、
   上記閉極駆動機構は、中央部が回動自在に軸支され、一端に接圧ばねロッドを連結した接圧リンクと、この接圧リンクに上記接圧ばねロッドを介して上記可動側主接点の閉合方向に回動させる方向に駆動力を伝える駆動装置と、この駆動装置による上記接圧リンクの回動時に、上記接圧ばねロッドを介して上記接圧リンクに上記可動側主接点の閉合方向の付勢力を伝える接圧ばねとによって構成され、
   上記開極リンクの他端と上記接圧リンクの他端間に、上記主接点の開極動作時に上記開極リンクと上記閉極駆動機構との連結を切り離す開極ラッチを係脱可能に設けたことを特徴とする開閉器操作機構。
2. 上記開極リンクと、この開極リンクの開極ラッチ側端部に設けられた開極ばねロッドと、この開極ばねロッドに設けられ上記駆動装置による閉極時に開極方向のばね圧が畜勢される開極ばねとによって構成された開極駆動機構、及び上記閉極駆動機構を備え、上記駆動装置による閉極操作により主接点投入状態を保持し、上記開極リンクに対する上記開極ラッチの係合を解いて上記閉極駆動機構と上記開極駆動機構との連結を解除し、上記接圧ばねのばね圧に影響されずに上記主接点を開極することを特徴とする請求項１に記載の開閉器操作機構。
3. 上記開極リンクの開極ラッチ側端部と上記閉極駆動機構との間に、両者を連係する閉極駆動機構解除リンクを設け、この閉極駆動機構解除リンクを、上記開極リンクに対する上記開極ラッチの係合を解く操作に連動させ、この連動操作によって上記閉極駆動機構の主接点投入保持状態を解除して、上記主接点が次回投入可能な状態に上記駆動装置を復帰させることを特徴とする請求項２に記載の開閉器操作機構。
4. 上記接圧ばねロッドは、一端部が上記接圧リンクの一端部に軸支され且つ他端部が長手方向に移動可能な状態で軸支されると共に、上記開極ばねロッドは、一端部が、開極ラッチ側端部に軸支され且つ他端部が、長手方向に移動可能な状態で軸支され、上記接圧ばねロッドの移動に伴って上記接圧ばねを畜勢すると共に上記開極ばねロッドの移動に伴って上記開極ばねを畜勢することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の開閉器操作機構。
5. 上記開極ラッチは、上記開極リンクの開極ラッチ側端部に対し係脱可能なフック機構で形成したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の開閉器操作機構。