JP6838491B2 - 遮断器の蓄勢装置 - Google Patents

Description

本発明は、遮断器の蓄勢装置に関する。

高圧真空遮断器の開閉操作機構などに適用される遮断器には、主接点を投入する（主接点を閉じた状態とする）ための弾性（投入）エネルギーをモーターの回転によって投入ばねに蓄勢する蓄勢装置が配置されている（例えば特許文献１を参照）。
特許文献１の遮断器の蓄勢装置は、投入ばねに弾性エネルギーを蓄積するための回転動力を伝達する出力歯車を有する電動機ユニットと、この電動機ユニットが回転自在に支持された支持軸と、出力歯車に歯合される動力伝達歯車と、動力伝達歯車が支持固定された回転軸と、この回転軸側面に設けられ、回転軸から外側に向かって突出した突出部材と、回転軸に固定されているとともに投入ばねに接続され、投入ばねの弾性エネルギーが放出されることにより回転軸を中心に回転するカムと、このカムが回転して衝突することにより回動し、連動した可動接点を移動させるレバーと、を備えている。

そして、電動機ユニットが回動自在に設けられている支持軸は、出力歯車の出力軸と平行になっており、電動機ユニットが一体となって支持軸を中心に回動するようになっている。これにより、特許文献１の遮断器の蓄勢装置は、投入ばねに弾性エネルギーが蓄積された時には、出力歯車が動力伝達歯車から完全に離れることで、弾性エネルギーが蓄積された投入ばねから動力伝達歯車に余分な動力が伝達されることがない。

特許第４４３７６３０号公報

しかし、特許文献１の遮断器の蓄勢装置は、投入ばねに弾性エネルギーが蓄積された時に電動機ユニット全体を回動させる機構が必要であり、大型で複雑な機構となるので装置コストの面で問題がある。
そこで、本発明は、小型で簡便な装置とすることで装置コストの低減化を図ることができる遮断器の蓄勢装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る遮断器の蓄勢装置は、モーターと、モーターの出力軸に固定された出力ギヤと、大径の親ギヤ及び小径の子ギヤが一体化されてなる親子ギヤと、出力軸回りに回動するように出力軸に装着され、出力ギヤに親ギヤを噛合わせて親子ギヤを支持しているギヤキャリアと、親子ギヤの軸に平行に配置されたカム軸と、カム軸に同軸に固定されてギヤキャリアの下方に配置され、子ギヤが噛合い可能なカム軸ギヤと、カム軸ギヤに対して軸方向に離間してカム軸に固定したクランクレバーと、クランクレバーに一端が固定され、クランクレバーの回動により投入エネルギーが蓄勢される投入ばねと、を備え、ギヤキャリアが出力軸回りに回動して親子ギヤの子ギヤがカム軸ギヤに噛合い、或いは子ギヤがカム軸ギヤへの噛合わせを解除する動作を、投入ばねを蓄勢する状態と投入ばねの蓄勢が完了した状態とに切り換えるクラッチ動作としている。

本発明に係る遮断器の蓄勢装置によれば、小型で簡便な装置とすることで装置コストの低減化を図ることができる。

本発明に係る第１実施形態の遮断器の蓄勢装置を示す斜視図である。 本発明に係る第１実施形態の遮断器の蓄勢装置においてモーターの駆動により投入ばねの蓄勢を開始した状態を示す図である。 本発明に係る第１実施形態の遮断器の蓄勢装置においてクランクレバー９のクランクピンが上死点に位置する直前の状態を示す図である。 本発明に係る第１実施形態の遮断器の蓄勢装置においてクランクレバーのクランクピンが上死点に位置して投入ばねの蓄勢が完了した状態を示す図である。 本発明に係る第１実施形態の遮断器の蓄勢装置において投入ばねの投入エネルギーがカムに伝達された状態を示す図である。 本発明に係る第２実施形態の遮断器の蓄勢装置を示す斜視図である。 本発明に係る第２実施形態の遮断器の蓄勢装置を示す平面図である。 本発明に係る第２実施形態の遮断器において装置前面のカバーに設けた表示開口部で蓄勢装置の動作が表示されている状態を示す図である。

次に、図面を参照して、本発明の第１及び第２実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
また、以下に示す第１及び第２実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

［第１実施形態の遮断器の蓄勢装置］
図１は、真空遮断器の真空バルブ１に投入操作（真空バルブ１の固定接触子１ａ，可動接触子１ｂが閉極する操作）を行う第１実施形態の蓄勢装置２を示すものである。
第１実施形態の蓄勢装置２は、モーターとしてのギヤドモーター３、親子ギヤ４、ギヤキャリア５、カム軸６、カム軸ギヤ７、カム８、クランクレバー９及び投入ばね１０を備えている。
ギヤドモーター３の出力軸１１には出力ギヤ１２が固定されている。
親子ギヤ４は、同軸に一体化された大径の親ギヤ４ａと、小径の子ギヤ４ｂとで構成されている。

ギヤキャリア５は、金属板を略Ｕ字状に折曲した部材であり、基部５ａと、基部５ａの両端から平行に延在する一対の腕部５ｂ，５ｃで構成されている。
ギヤキャリア５は、基部５ａ側に近い一対の腕部５ｂ，５ｃに出力ギヤ１２を間に位置した状態で出力軸１１が貫通することで、出力軸１１回りに回動自在に支持されている。また、一対の腕部５ｂ，５ｃの先端側に、出力軸１１と平行に親子ギヤ４が回転自在に支持されており、親子ギヤ４の親ギヤ４ａが出力ギヤ１２に噛み合っている。
カム軸６は、出力軸１１（出力ギヤ１２の軸）に平行に配置されているとともに、出力軸１１の下方に配置されている。

カム軸ギヤ７は、カム軸６に同軸に固定されており、ギヤキャリア５が出力軸１１回りに反時計方向に回動すると、親子ギヤ４の子ギヤ４ｂが噛合うようになっている。
カム軸ギヤ７の側面には、噛合解除ピン１３が突出して固定されている。そして、カム軸ギヤ７に子ギヤ４ｂが噛合っている状態で、反時計方向に回転したカム軸ギヤ７の噛合解除ピン１３が、親子ギヤ４を支持しているギヤキャリア５の腕部５ｃの先端のピン係合部５ｄに衝突すると、ギヤキャリア５は出力軸１１回りに時計方向に回動し、カム軸ギヤ７に対する子ギヤ４ｂの噛合いが解除される。

カム８は、カム軸ギヤ７に対して軸方向に離間した位置でカム軸６に固定されており、カム８の側面にカムフォロア１４が突出して固定されており、このカムフォロア１４に投入ラッチ１５が接触可能に配置されている。そして、カム８のカム面８ａに、リンク機構１６のローラ１７が接触している。
投入ラッチ１５は、カムフォロア１４に接触することでカム８が反時計回りに回転するのを拘束するとともに、支持軸１５ａを中心として矢印方向に回転してカムフォロア１４に非接触状態となることでカム８の反時計回りを許容する。

リンク機構１６は、ローラ１７に上端が連結している第１リンク部材１８と、第１リンク部材１８の下端と水平方向の一端が連結している第２リンク部材１９と、真空バルブ１の可動接触子１ｂに上端が連結している第３リンク部材２０と、を備え、第３リンク部材２０の下端が第２リンク部材１９の水平方向の他端に連結し、第２リンク部材１９は、支軸２１回りに回動自在に配置されている。
クランクレバー９は、カム８を間に挟んでカム軸ギヤ７から離間した位置でカム軸６に固定されており、カム軸６に対して半径方向に離れた位置にクランクピン９ａが設けられている。
投入ばね１０は、下端がクランクピン９ａに接続され、上端が図示しないばね固定部材に固定された圧縮ばね（圧縮されることで弾性（投入）エネルギーが蓄勢されるばね）である。

次に、第１実施形態の蓄勢装置２の動作について、図１、図２から図５の模式図を参照して説明する。
図２は、ギヤドモーター３の駆動により投入ばね１０の蓄勢を開始した状態を示し、図３は、クランクレバー９のクランクピン９ａが上死点に位置する直前の状態を示し、図４は、クランクレバー９のクランクピン９ａが上死点に位置して投入ばね１０の蓄勢が完了した状態を示し、図５は、投入ばね１０の投入エネルギーがカム８に伝達された状態を示すものである。

図２の投入ばね蓄勢開始状態では、ギヤキャリア５が親子ギヤ４の自重により出力軸１１回りに反時計回りに回動することで、子ギヤ４ｂがカム軸ギヤ７に噛合う。そして、ギヤドモーター３の駆動により出力軸１１が反時計回りに回転すると、この回転が出力ギヤ１２、親子ギヤ４を介してカム軸ギヤ７に反時計回りの回転を伝達する。カム軸ギヤ７が反時計回りに回転すると、カム軸６を介してクランクレバー９に反時計回りの回転が伝達され、クランクピン９ａに下端が接続されている投入ばね１０は、圧縮されて投入エネルギーが蓄勢されていく。そして、図３に示すように、投入ばね１０は、クランクレバー９のクランクピン９ａが上死点に位置する直前まで投入エネルギーが蓄勢されていく。

ここで、図２及び図３に示すように、子ギヤ４ｂ及びカム軸ギヤ７の噛合い位置で発生する反力Ｆ１の方向はギヤキャリア５の回転中心（出力軸１１の軸）より下方を向いており、反力Ｆ１によりギヤキャリア５に反時計回りのモーメントが働くので、子ギヤ４ｂがカム軸ギヤ７に押し付けられる。
そして、クランクレバー９のクランクピン９ａが上死点に位置して投入ばね１０の蓄勢が完了すると、図４に示すように、カム軸ギヤ７の噛合解除ピン１３がギヤキャリア５の腕部５ｃの先端のピン係合部５ｄに衝突し、ギヤキャリア５が出力軸１１回りに時計方向に回動してカム軸ギヤ７及び子ギヤ４ｂの噛合いが解除される。
このカム軸ギヤ７及び子ギヤ４ｂの噛合いが解除される動作と同時に、カム８の側面に設けたカムフォロア１４に投入ラッチ１５が接触することで、カム８が反時計回りに回転するのを拘束する。

次いで、投入ラッチ１５を、カムフォロア１４に対して非接触状態にすると（図１の矢印方向に回動）、投入ばね１０に蓄勢された投入エネルギーによる反転トルクによりクランクレバー９、カム軸６、カム８、カム軸ギヤ７が反時計方向に回転する。
ここで、投入ばね１０の投入エネルギーが伝達されてカム軸ギヤ７が回転する速度は、ギヤドモーター３の駆動によりカム軸ギヤ７が回転する速度に比べて高速なので、ギヤキャリア５に支持されている親子ギヤ４の子ギヤ４ｂがカム軸ギヤ７に接触しようとしても、回転しているカム軸ギヤ７に弾かれて噛合うことがない。
そして、カム８が反時計回りに回転すると、カム面８ａにローラ１７が接触しているリンク機構１６の第１リンク部材１８が下方に移動し、第２リンク部材１９が支軸２１回りに回動することで第３リンク部材２０が上方に移動して可動接触子１ｂが固定接触子１ａ側に接触して閉極することで、真空バルブ１の投入動作が行われる。

次に、第１実施形態の蓄勢装置２の効果について説明する。
第１実施形態の蓄勢装置２は、投入ばね１０を蓄勢する状態と投入ばね１０の蓄勢が完了した状態とに切り換えるクラッチ動作が、ギヤキャリア５が出力軸１１回りに回動して親子ギヤ４の子ギヤ４ｂがカム軸ギヤ７に噛合う動作、或いは子ギヤ４ｂがカム軸ギヤ７への噛合わせを解除する動作を行うだけであり、従来装置のような投入ばねに弾性エネルギーを蓄積する電動機ユニット全体を回動させる大がかりな機構を不要として小型で簡便な機構としているので、蓄勢装置２の装置コストを大幅に低減することができる。

また、投入ばね１０を蓄勢する状態では、子ギヤ４ｂ及びカム軸ギヤ７の噛合い位置で発生する反力Ｆ１の方向がギヤキャリア５の回転中心（出力軸１１の軸）より下方を向いているので（図２参照）、反力Ｆ１によりギヤキャリア５に反時計回りのモーメントが働き、子ギヤ４ｂがカム軸ギヤ７に押し付けられた状態となり、投入ばね１０を蓄勢する際の子ギヤ４ｂの空転を防止することができ、カム軸ギヤ７に対する回転伝達を効率良く行うことができる。
さらに、投入ばね１０を蓄勢する際にカム軸６に発生させるトルクはギヤドモーター３の許容トルクを大きく超えるため、ギヤドモーター３のギヤヘッドとカム軸６との間で十分に減速してギヤヘッドの負荷を軽くする必要がある。第１実施形態の蓄勢装置２は、出力軸１１とカム軸ギヤ７との間に親子ギヤ４を配置して２段減速し、ギヤドモーター３の負荷を十分に軽くしているので、小型で安価なギヤドモーター３を提供することができる。

［第２実施形態の遮断器の蓄勢装置］
次に、図６から図８は、第２実施形態の蓄勢装置２２を示すものである。なお、図１で示した第１実施形態と同一構成部分には同一符号を付して説明は省略する。
第２実施形態の蓄勢装置２２は、親子ギヤ４を回転自在に支持するギヤキャリア２３と、ギヤキャリア２３に連動する表示機構２４と、を備えている。
ギヤキャリア２３は、金属板を略Ｕ字状に折曲した部材であり、基部２３ａと、基部２３ａの両端から平行に延在する一対の腕部２３ｂ，２３ｃとで構成されている。また、基部２３ａ側に近い一対の腕部２３ｂ，２３ｃに、出力ギヤ１２を間に位置した状態で出力軸１１が貫通することで、出力軸１１回りに回動自在に支持されている。また、一対の腕部２３ｂ，２３ｃの先端側の間に、出力軸１１と平行に回転軸２５が配置され、この回転軸に親子ギヤ４が回転自在に支持されている。そして、親子ギヤ４の親ギヤ４ａが出力ギヤ１２に噛み合っている。

図７に示すように、ギヤキャリア２３の腕部２３ｂと親子ギヤ４との間の回転軸２５の外周にばね座金２６が装着され、親子ギヤ４が腕部２３ｃ側に押圧されている。
なお、本発明に係る回転規制部材がばね座金２６に対応している。
そして、ギヤキャリア２３の腕部２３ｃの先端が、表示機構２４のピン係合部２９に上部から接触している。
表示機構２４は、装置内部の支持部（不図示）に水平軸Ｐ回りに回動自在に支持され、親子ギヤ４の下方を通過して装置前面側まで延在している本体部２７と、本体部２７の装置前面側に設けた表示部２８と、本体部２７の一部に設けられている前述したピン係合部２９と、を備えている。

表示部２８は、２つの表示（Ａ表示２８ａ及びＢ表示２８ｂ）を設けており、図８（ａ）に示すように、装置前面のカバーに設けた表示開口部３０からＡ表示２８ａ及びＢ表示２８ｂの一方が表示されるようになっている。ここで、Ａ表示は「ばね蓄勢中」などの表示であり、Ｂ表示は「ばね蓄勢完了」などの表示である。
この第２実施形態の蓄勢装置２２は、ギヤドモーター３の駆動による投入ばね１０の蓄勢開始状態では、ギヤキャリア２３が親子ギヤ４の自重により出力軸１１回りに反時計回りに回動することで、子ギヤ４ｂがカム軸ギヤ７に噛合う。そして、ギヤキャリア２３が出力軸１１回りに反時計回りに回動すると、ギヤキャリア２３の腕部２３ｃの先端が表示機構２４のピン係合部２９を下方に押すことで、本体部２７が水平軸Ｐ回りに反時計方向に回り、表示開口部３０には、図８（ａ）に示すように、Ａ表示が表示される。

また、クランクレバー９のクランクピン９ａが上死点に位置して投入ばね１０の蓄勢が完了すると、カム軸ギヤ７の噛合解除ピン１３が、表示機構２４のピン係合部２９に衝突し、表示機構２４の本体部２７が水平軸Ｐ回りに時計方向に回るとともに、ピン係合部２９に接触しているギヤキャリア２３が出力軸１１回りに時計方向に回動してカム軸ギヤ７及び子ギヤ４ｂの噛合いが解除される。
そして、表示機構２４の本体部２７が水平軸Ｐ回りに時計方向に回ることで、表示開口部３０には、図８（ｂ）に示すように、Ｂ表示が表示される。

次に、第２実施形態の蓄勢装置２２の効果について説明する。
第２実施形態の蓄勢装置２２は、ギヤキャリア２３が出力軸１１回りに回動して親子ギヤ４の子ギヤ４ｂがカム軸ギヤ７に噛合う動作、或いは子ギヤ４ｂがカム軸ギヤ７への噛合わせを解除する動作とともに表示機構２４が連動し、装置前面のカバーに設けた表示開口部３０において「ばね蓄勢中」、或いは「ばね蓄勢完了」などの文字を表示することが可能となるので、蓄勢装置２２の動作を容易に判別することができる。
また、ギヤキャリア２３の腕部２３ｂと親子ギヤ４との間の回転軸２５の外周にばね座金２６が装着され、親子ギヤ４が腕部２３ｃ側に押圧されているので、投入ばね１０の蓄勢が完了して子ギヤ４ｂがカム軸ギヤ７への噛合わせを解除した場合に、親子ギヤ４の高速回転により異音が発生するなどの不具合を防止することができる。

なお、第２実施形態の蓄勢装置２２では、腕部２３ｂと親子ギヤ４との間に、本発明の回転規制部材に係るばね座金２６を配置したが、ばね座金２６に限らず、ウェーブワッシャ、コイルばねなどの親子ギヤ４に軸力を発生する部材を使用しても、同様の効果を奏することができる。
また、上記実施形態では、投入ばね１０を圧縮ばねとして説明したが、引張りばねの投入ばねを使用してもよい。この投入ばねが引張りばねの場合には、第１及び第２実施形態と比較してクランクレバー９の位置が逆になり、カム軸６の反時計方向の回転とともに投入ばねには引張り力が蓄勢されていく。

１ 真空バルブ
１ａ 固定接触子
１ｂ 可動接触子
２ 蓄勢装置
３ ギヤドモーター
４ 親子ギヤ
４ａ 親ギヤ
４ｂ 子ギヤ
５ ギヤキャリア
５ａ 基部
５ｂ，５ｃ 一対の腕部
５ｄピン係合部
６ カム軸
７ カム軸ギヤ
８ カム
８ａ カム面
９ クランクレバー
９ａ クランクピン
１０ 投入ばね
１１ 出力軸
１２ 出力ギヤ
１３ 噛合解除ピン
１４ カムフォロア
１５ 投入ラッチ
１５ａ 支持軸
１６ リンク機構
１７ ローラ
１８ 第１リンク部材
１９ 第２リンク部材
２０ 第３リンク部材
２１ 支軸
２２ 蓄勢装置
２３ ギヤキャリア
２４ 表示機構
２３ａ 基部
２３ｂ，２３ｃ 腕部
２５ 回転軸
２６ ばね座金
２７ 本体部
２８ 表示部
２８ａ Ａ表示
２８ｂ Ｂ表示
２９ ピン係合部
３０ 表示開口部

Claims (5)

1. モーターと、
   前記モーターの出力軸に固定された出力ギヤと、
   大径の親ギヤ及び小径の子ギヤが一体化されてなる親子ギヤと、
   前記出力軸に回動自在に装着され、前記出力ギヤに前記親ギヤを噛合わせて前記親子ギヤを支持しているギヤキャリアと、
   前記親子ギヤの軸に平行に配置されたカム軸と、
   前記カム軸に同軸に固定されて前記ギヤキャリアの下方に配置され、前記子ギヤが噛合い可能なカム軸ギヤと、
   前記カム軸ギヤに対して軸方向に離間して前記カム軸に固定したクランクレバーと、
   前記クランクレバーに一端が固定され、前記クランクレバーの回動により投入エネルギーが蓄勢される投入ばねと、を備え、
   前記ギヤキャリアが前記出力軸回りに回動して前記親子ギヤの前記子ギヤが前記カム軸ギヤに噛合い、或いは前記子ギヤが前記カム軸ギヤへの噛合わせを解除する動作を、前記投入ばねを蓄勢する状態と前記投入ばねの蓄勢が完了した状態とに切り換えるクラッチ動作としていることを特徴とする遮断器の蓄勢装置。
2. 前記投入ばねを蓄勢する状態では、前記親子ギヤの自重により前記ギヤキャリアが回動して前記子ギヤが前記カム軸ギヤに噛合うようにしているとともに、前記子ギヤ及び前記カム軸ギヤが噛合う方向の反力が、前記子ギヤが前記カム軸ギヤを押し付ける方向に作用するようにしていることを特徴とする請求項１記載の遮断器の蓄勢装置。
3. 前記カム軸ギヤの側面に固定したピンと、
   前記カム軸に固定したカムと、
   前記カムの側面に固定したカムフォロアと、
   前記カムフォロアに係合する投入ラッチと、を備え、
   前記投入ばねの蓄勢が完了した状態では、前記投入ばねの反転トルクにより前記カム軸ギヤが回転することで前記ピンが前記ギヤキャリアを前記カム軸ギヤから離間する方向に押すことで前記子ギヤ及び前記カム軸ギヤの噛合わせが解除されるとともに、前記カムフォロアに投入ラッチが係合することで前記投入ばねの蓄勢状態が保持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の遮断器の蓄勢装置。
4. 前記ギヤキャリアに連動し、前記投入ばねを蓄勢する状態と前記投入ばねの蓄勢が完了した状態とを表示させる表示機構を設けたことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の遮断器の蓄勢装置。
5. 前記子ギヤが前記カム軸ギヤへの噛合わせを解除したときの前記親子ギヤの回転を規制する回転規制部材を配置したことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の遮断器の蓄勢装置。

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