JP6382183B2 - トーションロッドを備える、回路遮断器の接点を作動させるための装置 - Google Patents

Description

本発明は、高または中電圧回路遮断器の接点を作動させるためのアクチュエータ装置に関する。

上記回路遮断器は固定接点および可動接点を備え、上記アクチュエータ装置は、上記可動接点を駆動する剛性を有するドライブシャフトと、上記可動接点を駆動するための弾性手段と、上記ドライブシャフトを駆動するためのトーションバーとを備える。上記トーションバーは、上記回路遮断器の接点を開く期間の初期に、上記弾性手段を補助するように捩り変形するのに適している。

ガス絶縁変電所に配置される回路遮断器には、アクチュエータ装置が取り付けられている。アクチュエータ装置は、回路遮断器の可動接点を開閉させるのに必要なエネルギーおよびトルクを送り出す。回路遮断器は、油圧アクチュエータ機構か、空気圧アクチュエータ機構か、実際にはばね機構を利用する。本発明は、ばね機構に関する。

本発明は、好ましくはガス絶縁開閉器で使用するために開発された。しかしながら、その適用はガス絶縁回路遮断器に限定されない。本発明は、「接地タンク」や「非接地タンク」タイプの回路遮断器など、空気絶縁回路遮断器にも適用されうる。さらに、本発明は、屋内用開閉器にも屋外用開閉器にも同様に適用される。

特許文献１に、第一ばねとトーションばねの組合せを使用する、ばねアクチュエータ機構が記載されている。このばねアクチュエータ機構は、ばねと、ロストモーション・カップリング機構および接点とに連結されたクランクシャフトを有する。トーションばねは、連結ロッドと、クランクシャフトのピンおよびかさ歯車と、ロストモーション・カップリングとによって、クランクシャフトに連結される。

トーションばねは弛緩すると接点を閉じ、上記ばねに荷重をかける。接点の開放を容易にするために、ロストモーション・カップリングは、第一ばねをトーションばねから機械的に切り離す。これでクランクシャフトは、動きをトーションばねに伝達することなく接点を開くことができる。つまりこの装置は、接点を開くためと閉じるための２つの別個のばねを有する。それらのばねのうちの一方は接点を開く動作を補助し、もう一方のばねは接点を閉じるのに必要なエネルギーを送り出す。つまり、２つのばねは、可動接点を作動させる動作を共同で行わない。したがって、特許文献１に記載されている装置は、エネルギーまたはトルクを回路遮断器の接点間の距離の関数としてプロットする曲線を最適化するように組み合わされたばねを示してはいない。さらに、特許文献１に示されているトーションばねは、螺旋ばねである。このタイプのばねは、クランクシャフトおよびロストモーション・カップリングと分かれているハウジングを有するので、コンパクトさの観点から最適化されない。このトーションばねは、２つのかさ歯車によってロストモーション・カップリングに機械的に連結される。つまりこの装置は多数の部品を有する。技術的な観点からは、製造が複雑になっている。

特許文献２により、鋼製のトーションバーが回路遮断器の内部で接点の分離を補助する装置も知られている。この装置では、トーションバーは、開動作の開始時にその最大トルクを印加する。記載されている装置は、弾性トーションレバーに対して対称的に配置された２本のトーションバーを有する。そのレバーは、鋼製のトーションバーへの荷重付与および荷重除荷に使用され、２つの接点引き上げレバーの間に配置される。開動作の初期の間、鋼製のトーションバーは、接点引き上げレバーを介して追加のトルクを印加する。こうして、接点引き上げレバーが、回路遮断器から可動接点を切り離す。

各トーションバーは、トーションチューブによって同軸状に取り囲まれている。トーションバーおよびトーションチューブは、トーションばねレバーによって弾性的に捩り変形できる。この目的のために、トーションばねレバーに対する各トーションチューブの回転が妨げられる。さらに、各トーションバーではその末端が、それを取り囲むトーションチューブに対して回転しないようになっている。

トーションバーがトーションばねレバーによって張力を受けると、その張力がトーションバーの末端に作用して、トルクの一部分をトーションチューブに伝達する。したがって、このトーションばねは、その末端の部分と、その末端の回転が妨げられている支持要素の部分に張力を受ける。この装置は、２本のトーションバーおよび２つのトーションチューブを有する。その結果、この装置は多数の構成部品を有し、それによってその信頼性が低下する。信頼性は、ばねアクチュエータ装置において非常に重要である。構成部品を追加するごとに故障のリスクが増す。

さらに、トーションチューブおよびトーションバーは、合成トーションばねのように作用する。このばねでは、３箇所の回転を妨げる必要がある。
・トーションばねの、支持要素に対する回転が妨げられなければならない。
・トーションバーごとに、その末端でトーションチューブに対する回転が妨げられる。
・最後に、トーションバーごとに、トーションばねレバーに対して回転が妨げられる。

合成トーションばね装置は２つあり、これにより、捻り張力を受ける要素の間で回転が妨げられる必要がある箇所は６箇所存在することになる。この６個の要素がそれぞれ故障する可能性がある場合、故障のリスクは高くなる。

ブレーキと同様に作用するロストモーション要素も、特許文献３により知られている。回転円筒体が環状の円筒によって取り囲まれる。この環状の円筒は、その外周に沿って複数のオリフィスを有する。円弧状の間隙が環状の円筒の内部に設けられる。その間隙は扇形の形状をしている。上記円筒形の回転体の外側に取り付けられたピストンが、円筒形をした円弧状の間隙を通り抜ける。上記オリフィスは、円弧状の間隙から環状の円筒の外側への流体の流れを排出し易くする。

円筒形の回転体が反時計回りに回転すると、ピストンは、円弧状の間隙からオリフィスを介して流体を放出する。オリフィスは、円弧状の間隙から排出されている流体の流れが制限されるように較正された直径になっている。したがって、ピストンおよび回転体は制限された速度以下でしか動くことができず、上記装置はブレーキとして作用する。この装置は、作動流体を受けるための容器を必要とする。さらに、上記装置がブレーキとして作用することで、回路遮断器の固定接点と可動接点の間で最大速度に達することが妨げられる。

英国特許第８９７３７０号 英国特許第６９６１４２号 日本国特開平１０−２４１５１０号

本発明は、２サイクル回路遮断器の接点を作動させるためのアクチュエータ装置を開発する際に存在する問題を解決する。６０ヘルツ（Ｈｚ）で動作する回路網における高電圧回路遮断器は多くの場合、２サイクル内の障害を除く必要があり、その遮断時間を３３．３ミリ秒（ｍｓ）に制限しなければならない。６０Ｈｚの障害を除くために、回路遮断器の内部における接点の相対速度を最大にしなければならない。

より厳密には、接点が離れる瞬間における回路遮断器の内部にある接点間の相対速度が、接点間に生じるアークを消すために重要である。したがって、本発明の目的は、接点が離れる瞬間における固定接点と可動接点の間の相対速度を最適化することである。

本発明の別の目的は、接点のばねに蓄えられるエネルギー量を最小限にする、接点を作動させるためのアクチュエータ装置を提供することである。つまり、回路遮断器の固定接点と可動接点のあらゆる相対位置に対するエネルギーおよびトルクは、理想曲線にできるだけ近づけるべきである。接点間の距離に対するこのエネルギー曲線の最適条件は、アークを消すという目的によって決まる。

別の特徴によると、上記アクチュエータ装置はまた、コンパクトでなければならない。したがって本発明がベースとする別の問題は、最小限に抑えられた寸法のアクチュエータ装置を提案するというものである。

本発明によると、これらの目的は、トーションバーがドライブシャフトの内部に収容され、トーションバーの第１の端がリングと共に回転するように拘束され、トーションバーの第２の端がドライブシャフトと共に回転するように拘束され、単一のドライブシャフトおよび単一のトーションバーが存在することによって達成される。

これらの特徴によって、上記装置は、特許文献２に記載されている装置と異なり、トーションバーを１つだけ有する。したがって部品の数が低減され、その結果、このシステムの複雑さが低減される。さらにトーションバーの両端で回転が妨げられており、回転を妨げる連結部は、特許文献２における６箇所に比べ、２箇所になる。さらに、トーションバーがドライブシャフトの内部に収容されるならば、この装置の物理的なサイズが低減される。したがってコンパクトなアクチュエータ装置が得られる。上記弾性手段は、少なくとも１つの螺旋ばねによって構成されると好ましい。

有利には、上記アクチュエータ装置は、２つの当接要素および上記リングによって構成されるロストモーション要素を含み、２つのピストンが互いに角度を付けて隔置されて上記リングに固定され、上記ピストンは、シャフトが回転する間、当接部に対して当接するのに適している。

特定の実施形態では、本発明のアクチュエータ装置は、チェーンに牽引力を印加し、それによって螺旋ばねを圧縮するのに適したレバーを含む。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図を参照して、例として示される実施形態の次の説明を読むとさらに明らかになる。

回路遮断器の接点を作動させるための本発明によるアクチュエータ装置を示す、部分断面斜視図である。 図１に示されている回路遮断器の接点を作動させるための装置を示す、別の角度からの斜視図である。 接点作動用トルクをドライブシャフト角度位置の関数として示すグラフである。

図１に、高または中電圧回路遮断器の接点を作動させるためのアクチュエータ装置が示されている。このアクチュエータ装置はトーションバー２を含む。トーションバー２は、直径が小さくなっている中心部分と、中心部分より直径が大きい第１の端４および第２の端６を有する。トーションバー２は、ドライブシャフト８の内部に収容される。トーションバー２の第２の端６は、例えば溝や歯などを用いて、ドライブシャフト８に対する回転が妨げられる。例えばキーやピンなどの他の回転阻止手段を使用することもできる。トーションバー２の第１の端４では、リング１０に対してトーションバーの回転が妨げられる。

トーションバー２とドライブシャフト８は、一点鎖線として描かれている軸１２の周りに同軸になっている。

トーションバーの第１の端４はその中心部分と共に、ドライブシャフト８の内部で回転することができる。トーションバー２は捩り変形できる。それに対して、ドライブシャフト８は剛性を有する。ドライブシャフト８は捩り変形しないが、その長手方向の軸１２の周りに回転することはできる。

トーションバー２の第１の端４では、トーションバーとドライブシャフト８の間の間隙が最小限に低減される。この配置の目的は、トーションバーの第１の端４の、ドライブシャフト８の回転軸１２と垂直な方向の動きを妨げることである。つまり、トーションバーの第１の端４は、回転軸１２の周囲で回転のみ可能である。

図２にロストモーション要素が示されている。ロストモーション要素は、２つの停止要素１４および１６と、２つのピストン１８および２０を有するリング１０によって構成される。ピストン１８および２０はリング１０と一体的に形成されると好ましい。当接要素１４と１６はピストン１８と２０と共に、回転軸１２の周りに対称的に配置される。本発明によれば、リング１０は、トーションバー２の第１の端４と共に回転するように拘束される。その結果、ピストン１８および２０もまたトーションバー２に対して、回転するように拘束される。時計回り方向または反時計回り方向のピストン１８，２０およびリング１０の回転は、当接要素１４および１６の当接によって制限される。当接要素１４および１６は、接点を作動させるための装置のハウジングに強固に連結され、動かない。ピストン１８および２０は、図２に示されている位置にあるときに、その径方向表面が当接要素１４および１６の径方向表面と接触する。

図１をもう一度参照すると、参照記号２２がレバーを示している。このレバーはドライブシャフト８に旋回しない形で連結される。レバー２２が回転すると、ドライブシャフト８とトーションバー２の第２の端６が同じ方向に回転する。例えばボール・ベアリングなどの２つのベアリング２４により、アクチュエータ装置のハウジングに対する上述の組立体の回転動作が容易になる。

次に図２を参照すると、アクチュエータ装置は、ばねを備えるハウジング２６を含んでいる。このばねの一方の端はロッド２８に固定される。ロッド２８のもう一方の端はチェーン３０に固定される。チェーン３０は、回転動作可能な２つのホイール３２および３４を通過する。チェーンのもう一方の端、すなわちロッド２８に固定されていない端（参照記号３６が付与されている）は、アタッチメント３８に固定される。

図２に示されている当接要素１４および１６に対するピストン１８および２０の位置は、トーションバー２にも、ハウジング２６に含まれている螺旋ばねにも、荷重がかかっていないことを示している。トーションバー２と、ハウジング２６に含まれている螺旋ばねとに荷重をかけるには、レバー２２およびドライブシャフト８が反時計回りに回転させられる。レバー２２はチェーン３０の上端を右方に引っ張り（図２）、それによってハウジング２６に含まれている螺旋ばねを圧縮する。

それと同時に、ピストン１８および２０は反時計回りに回転する。ピストン１８および２０は、その径方向の表面が当接要素１４および１６と接触するまで回転し続ける。ピストン１８および２０はその最終的な位置に達すると、回転し続けることはできなくなる。ただし、レバー２２およびドライブシャフト８は反時計回りの方向に回転し続ける。このときトーションバー２の第１の端４は、ピストン１８および２０と当接要素１４および１６との係合によってブロックされている。

その結果、トーションバー２の第２の端６を反時計回りの方向に回転し続けると、トーションバー２を捩り変形させるように作用する。つまりトーションバー２に荷重がかかる。ピストン１８および２０が当接要素１４および１６と接触すると、レバーは、トーションバーに完全に荷重がかかるまで、典型的には１０°〜４０°の角度にわたって回転し続ける。

アクチュエータ機構が回路遮断器の可動接点を作動させるには、トーションバー２と、ハウジング２６に含まれている螺旋ばねが弛緩する必要がある。それが行われるときは、レバー２２が時計回りに回転する。ピストン１８および２０が当接要素１４および１６と接触している間は、トーションバー２が追加のトルクをドライブシャフト８にかける。ピストン１８および２０は、１０°〜４０°の角度範囲にわたって回転した後、当接要素１４および１６と接触しなくなる。トーションバー２はドライブシャフト８を駆動しなくなる。ハウジング２６に含まれている螺旋ばねだけがトルクを送り出し続ける。

図３は、トルクを、ドライブシャフトの角度位置の関数としてプロットしている。曲線４０は、トーションバー２によってもたらされる追加のトルクを表す。図３に示されているように、トーションバーは、範囲０°〜２０°にあるドライブシャフトの角度位置に対して追加のトルクを送り出す。この範囲は、ドライブシャフト８の、回路遮断器の内部にある接点が加速を行っている角度位置を含む。したがって、本発明は、上記で説明したように、接点が離れる瞬間での回路遮断器の接点間における相対速度を最適化する問題を解決する。示されている例では、トーションバー２は、２０°を超える位置にあるドライブシャフト８の角度位置に対しては追加のトルクを送り出さない。

曲線４２は、ハウジング２６に含まれている螺旋ばね自体から送り出されるトルクを示す。トーションバーから送り出されるトルクと異なり、ハウジング２６に含まれている螺旋ばねは、ドライブシャフト８の角度位置の全域にわたってトルクを送り出す。つまり、ハウジング２６に含まれている螺旋ばねから送り出されるトルクをドライブシャフト８の角度位置の関数として示す曲線は、範囲０°〜６０°にわたって連続した曲線である。曲線４４は、ハウジング２６に含まれている螺旋ばねとトーションバー２からの合計寄与を示す。トーションバー２から送り出される力があるため、この曲線は、２０°を越えた位置にある角度位置よりも、範囲０°〜２０°にある角度位置に対して急勾配の傾きを示す。この合計トルクは、回路遮断器の接点間の距離の関数としてのトルクに最適となる曲線に近接している。曲線４２の下側部分は曲線４４に重なり、その結果、図３ではその２つの曲線を区別することができない。

したがって、本発明は、改善された効果を示す高または中電圧回路遮断器の接点を作動させるためのアクチュエータ装置を提供する。トーションバー２は、開動作の開始時にだけ追加のトルクを送り出し、したがって、ハウジング２６の内部に収容された螺旋ばねから送り出されるトルクはより小さくなり得る。その結果、アクチュエータ装置に蓄えられる合計エネルギーは、トーションバーを含まない解決策と比較して５０％ほども低減されうる。

２ トーションバー
４ トーションバーの第１の端
６ トーションバーの第２の端
８ ドライブシャフト
１０ リング
１２ ドライブシャフトの長手方向の軸、回転軸
１４ 停止要素、当接要素
１６ 停止要素、当接要素
１８ ピストン
２０ ピストン
２２ レバー
２４ ベアリング
２６ ハウジング
２８ ロッド
３０ チェーン
３２ ホイール
３４ ホイール
３６ チェーンのロッドに固定されていない端
３８ アタッチメント

Claims (4)

1. 少なくとも１つの可動接点を有する高または中電圧回路遮断器の接点を作動させるためのアクチュエータ装置において、前記可動接点を駆動する剛性を有するドライブシャフト（８）と、前記可動接点を駆動する弾性手段と、前記ドライブシャフトを駆動するトーションバー（２）と、前記トーションバー（２）に関連付けられたロストモーション要素とを備え、前記トーションバーおよび前記ロストモーション要素が、前記回路遮断器の前記接点を開く動作の期間の初期に、前記ドライブシャフトにトルクを印加するのに適している、アクチュエータ装置であって、前記トーションバー（２）は前記ドライブシャフト（８）の内部に収容され、前記トーションバー（２）の第１の端は前記ロストモーション要素のリング（１０）と共に回転するように拘束され、前記トーションバー（２）の第２の端（６）は前記ドライブシャフト（８）と共に回転するように拘束され、前記アクチュエータ装置は単一のドライブシャフト（８）および単一のトーションバー（２）を備えることを特徴とする、アクチュエータ装置。
2. 前記弾性手段は、少なくとも１つの螺旋ばねによって構成されることを特徴とする、請求項１に記載のアクチュエータ装置。
3. 前記ロストモーション要素は、２つの当接要素（１４、１６）および前記リング（１０）によって構成され、２つのピストン（１８、２０）は互いに角度を付けて隔置されて前記リング（１０）に固定され、前記ピストン（１８および２０）は、前記ドライブシャフト（８）が回転する間、前記当接要素（１４、１６）に対して当接するのに適していることを特徴とする、請求項１に記載のアクチュエータ装置。
4. チェーン（３０）に牽引力をかけ、それによって前記螺旋ばねを圧縮するのに適したレバー（２２）を含むことを特徴とする、請求項１に記載のアクチュエータ装置。

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