JP6070313B2

JP6070313B2 - 負荷時タップ切換装置の蓄勢装置

Info

Publication number: JP6070313B2
Application number: JP2013055607A
Authority: JP
Inventors: 友城阿部; 慶真待鳥
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2013-03-18
Filing date: 2013-03-18
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2033-03-18
Also published as: JP2014183122A

Description

本発明は、負荷時タップ切換器の切換開閉器に使用する蓄勢装置に関する。

変圧器用負荷時タップ切換器は、変圧器運転中（負荷時）にタップを切り換える装置であり、変圧器タップ巻線の運転するタップを選択するタップ選択器と、選ばれたタップに回路を切り換える切換開閉器とから構成される（例えば、非特許文献１）。

切換開閉器は、奇数側のタップと偶数側のタップとを通電状態で切り換えるため、高速で動作させる必要がある。そこで、切換開閉器には蓄勢装置が設けられている。蓄勢装置は、ばねを圧縮または伸張することでばねに力を蓄勢し、その蓄勢力を放勢することで切換開閉器の動作を行う。

切換開閉器の蓄勢装置には、ばねを直線的に動作させて、直線的な動作を切換開閉器の回転動作に変換する直線動作機構（例えば、非特許文献２）や、切換開閉器の駆動軸に直結しているレバーにばねを設け、このばねの蓄勢及び放勢によりレバーを直接円弧運動させる回転動作機構（例えば、特許文献１、非特許文献３）等がある。

特開平１１−２３８６３５号公報

瀧口幸延，外２名、「油入変圧器用真空バルブ式負荷時タップ切換器」、東芝レビュー、２００１年、Ｖｏｌ．５６、Ｎｏ．１０、ｐ．５２−５５「ＦＫシリーズＭ形負荷時タップ切換器」、東芝カタログ、株式会社東芝、１９８４年、ＫＳＡ−３７０１９、１９８４−５（１）「ＬＪＮＤ−４００Ｒ形負荷時タップ切換器」、取扱説明書、株式会社明電舎、１９９０年、ＲＭ９０１１Ａ

回転動作機構は、構造が比較的単純であるので、直線動作機構と比較して蓄勢装置における不具合が起こりにくいと考えられる。

しかしながら、回転動作機構では、ばねの動作点とレバーの中心軸が１直線になる点（デッドポイント）を超えた時点からレバーの移動が始まるが、この時点ではばね力の作用線とレバーの中心軸がなす角度が小さく、ばね力によるレバーの回転トルクは小さくなる。そのため、切換開閉器の動作において、初期のスピードが小さくなる。

例えば、真空バルブ（ＶＩ）式の切換回路方式により回路の切り換えを行う負荷時タップ切換装置（非特許文献１参照）では、図６に示すように、タップを切り換えた後（図中１→２）に、真空バルブＶ１，Ｖ２を切り換え（図中３→４）、スイッチＳの切り換えを行う（図中４→５）。つまり、スイッチＳの切り換えを行う前に真空バルブＶ１，Ｖ２の切り換えを行うが、切換開閉器の動作の初期スピードが小さい場合、正常な電流遮断、投入が阻害されるおそれがある。

上記事情に鑑み、本発明は、負荷時タップ切換装置のスイッチを切り換える動作の安定性向上に貢献する技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の負荷時タップ切換装置の蓄勢装置は、出力軸の回転に応じて回路を切り換える負荷時タップ切換装置の蓄勢装置であって、前記出力軸に一端が固定される主レバーと、前記出力軸に一端が軸支され、前記主レバーの動作を制御する補助レバーと、前記主レバーの他端部と前記補助レバーの他端部との間に設けられる主ばねと、前記主レバーの他端部に設けられ、前記主レバーを当該主レバーの動作範囲の中央部に引張する補助ばねと、前記主レバーの一端部に形成された係止溝に係止し、前記主レバーの回転を一時的に制限するストッパと、を有することを特徴としている。

本発明によれば、負荷時タップ切換装置のスイッチを切り換える動作の安定性向上に貢献することができる。

本発明の実施形態に係る負荷時タップ切換装置の蓄勢装置の概略を示す図である。本発明の実施形態に係る負荷時タップ切換装置の蓄勢装置の上面図である。実施形態に係る蓄勢装置の動作を説明する説明図である。主レバーに作用する出力軸操作トルクを説明する説明図である。切換開閉器を切り換える動作シーケンスを説明する説明図である。真空バルブ（ＶＩ）式の切換回路方式により回路を切り換える負荷時タップ切換装置の回路切換動作を説明する説明図である。

本発明の実施形態に係る負荷時タップ切換装置の蓄勢装置について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る負荷時タップ切換装置の蓄勢装置１の概略を示す図である。また、図２は、本発明の実施形態に係る負荷時タップ切換装置の蓄勢装置１の上面図である。

図１に示すように、蓄勢装置１は、出力軸２と、出力軸２に固着され揺動可能な主レバー３と、主レバー３を駆動させる駆動部４と、主レバー３を駆動若しくは制動する補助ばね５と、主レバー３の回転を一時的に制限するストッパ６とを有する。

出力軸２は、図示省略の切替開閉器内の切換スイッチ（及び、真空バルブ）を駆動する駆動部（図示せず）と接続されており、出力軸２の回転と連動して、切換スイッチの切り換えが行われる。

主レバー３は、その一端が出力軸２に固着して設けられる。主レバー３の他端部（以下、先端部と称する）には、後に詳細に説明する主ばね８及び補助ばね５がそれぞれ設けられる。なお、主レバー３の各揺動方向には、それぞれ当て板（図示せず）が設けられ、この当て板により主レバー３の揺動範囲が制限されることとなる。また、主レバー３の出力軸２に固着される側の端部（以下、軸端部と称する）には、ストッパ６が係止する係止溝３ａが各揺動方向にそれぞれ形成される。

駆動部４は、出力軸２に回転可能に設けられる補助レバー７と、主ばね８と、駆動レバー９と、を有する。

補助レバー７は、その一端が出力軸２に回転可能に支持される。補助レバー７の他端部（以下、先端部と称する）には、主ばね８とリンク１０が設けられる。このリンク１０により、駆動レバー９の動きが補助レバー７に伝えられる。また、補助レバー７の主レバー３と向かい合う面には突起部７ａが設けられ、補助レバー７の回転動作に応じて突起部７ａがストッパ６を押動することで、ストッパ６が主レバー３の係止溝３ａから外れる（ストッパ６が解除される）こととなる。

主ばね８は、例えば、引張ばねであり、一端が主レバー３の先端部に固定され、他端が補助レバー７の先端部に固定される。図１では、主ばね８を２つ設けた形態を例示しているが、主ばね８の数は適宜必要な数を設ければよい。

駆動レバー９は、一端が回転軸に軸支されたレバーである。例えば、図示省略の操作機構（モータ等）により駆動されるウォームギヤ１１で駆動レバー９を動作させる場合、駆動レバー９は、ウォームギヤ１１のウォームホイールに接続される。駆動レバー９の他端にはリンク１０が設けられ、駆動レバー９の回転運動に応じて、補助レバー７が回転（揺動）することとなる。

補助ばね５は、主レバー３を動作範囲の中央部に向けて引っ張るように取り付けられる。例えば、補助ばね５の一端が主レバー３の先端部に固定され、補助ばね５の他端が主レバー３の揺動角の２等分線上であって、出力軸２から主レバー３の長さより離れた位置に固定される。

ストッパ６は、一端部が回動可能に支持されるとともに、図示省略の付勢部材（ばね等）により他端部が主レバー３の軸端部に接した状態で設けられる。ストッパ６は、主レバー３の揺動方向それぞれに１対設けられ、主レバー３の回転を一時的に制限する。主レバー３が停止した状態では、ストッパ６は、主レバー３の移動可能な方向に形成された係止溝３ａに係合し、主レバー３の動きを制限する。

次に、図３を参照して、実施形態に係る蓄勢装置１の動作について説明する。なお、図３（ｂ）〜図３（ｇ）では、主ばね８及び補助ばね５の記載を省略する。

図３（ａ）は、負荷時タップ切換装置の切換動作の開始時を示す図である。ウォームギヤ１１により駆動レバー９を回転（反時計まわりに回転）させることで、補助レバー７が回転する（反時計回りに回転する）。このとき、主レバー３は、主ばね８により反時計回り方向に引っ張られ、補助ばね５により時計回り方向に引っ張られる。主ばね８が主レバー３を引っ張る力は、補助ばね５が主レバー３を引っ張る力より大きいので、主レバー３は、当て板（図示せず）方向に押圧された状態（初期の位置から動かない）となる。また、ストッパ６は、主レバー３方向に押圧されるとともに、主レバー３の係止溝３ａに係止する。

図３（ｂ），（ｃ）に示すように、駆動レバー９の回転に応じて、補助レバー７も回転する。補助レバー７が回転することで、主レバー３の先端部と補助レバー７の先端部との距離が長くなり、主ばね８に弾性エネルギーが蓄積される。なお、この間に、ウォームギヤ１１のウォームホイールの回転に応じてタップ選択器（図示せず）でのタップ選択が行われる。

図３（ｄ）に示すように、補助レバー７と主レバー３とのなす角度が１８０°となったとき、主ばね８が最も伸びた状態となる。このとき、主レバー３は、補助ばね５により時計回り方向に引っ張られているが、ストッパ６が係止溝３ａに係止しているため、主レバー３は当初の位置から動かない。

図３（ｅ）に示すように、補助レバー７がさらに回転すると、補助レバー７の突起部７ａがストッパ６に当たり、ストッパ６が係止溝３ａから外れる。ストッパ６が外れると、主レバー３は、主ばね８及び補助ばね５に蓄積された弾性エネルギーにより時計回り方向に回転する（図３（ｆ））。このとき、主レバー３は、時計回り方向の回転運動を制限する当て板（図示せず）に当たるまで瞬時に移動する。そして、主レバー３が、当て板に当たって停止した後も、駆動レバー９は動き続け、最初の位置から１８０°動作した時点で停止する（図３（ｇ））。

ここで、主レバー３に作用する出力軸操作トルクについて、図４を参照して詳細に説明する。主レバー３の先端部には、主ばね８と補助ばね５が設けられているので、出力軸操作トルクは、主ばね８による主軸操作トルクと、補助ばね５による主軸操作トルクの合力になる。なお、図４では、主レバー３の回転開始時点の角度を０°とし、停止時点の角度を７０°としているが、主レバー３が駆動する角度はこの角度に限定されるものではない。また、図４は、主レバー３の動作角度に対するトルクの変化を示すものであるので、縦軸であるトルクの詳細な数値を省略している。

主ばね８は、主レバー３の動作開始時点が最も伸びた（弾性エネルギーが最も蓄えられた）状態であり、主レバー３の動作に従って縮むこととなる。したがって、主ばね８の弾性力は、主レバー３の動作開始時点が最も大きく主レバー３の動作に従って小さくなる。しかし、図４（ａ）に示すように、主ばね８の弾性力が作用する方向と主レバー３が回転する方向の角度の関係で、出力軸操作トルクは、主レバー３の動作開始時点が最も小さく、主レバー３の動作角度が大きくなるにしたがって増加することとなる。

一方、補助ばね５は、主レバー３の動作開始時点が最も伸びた（弾性エネルギーが最も蓄えられた）状態であり、中間点で最も縮んだ状態となり、主レバー３の停止時点で再び最も伸びた状態となる。つまり、補助ばね５の弾性力（絶対値）は、主レバー３の動作の始点と終点で最大となり、中間点にて最小となる。その結果、図４（ｂ）に示すように、補助ばね５による出力軸操作トルクは、主レバー３の動作開始時に最大となり、中間点にて０となり、その後は、マイナス（主レバー３の移動を妨げる方向）のトルクとなる。

図４（ａ）に示す主ばね８による出力軸操作トルクと、図４（ｂ）に示す補助ばね５による出力軸操作トルクの合力を算出すると、図４（ｃ）に示す出力軸２にかかる出力軸操作トルクを得ることができる。図４（ｃ）に示すように、出力軸２にかかる出力軸操作トルクは、主レバー３の動作開始時点から大きな駆動力となり、動作の終了付近では駆動力が小さくなるトルクカーブとなる。

以上のように、本発明の負荷時タップ切換装置の蓄勢装置によれば、主レバーに補助ばねを設けたことにより、切換開閉器動作の初期（主レバーの回転開始時点）の駆動力を大きくすることができる。その結果、主レバーの動作速度のずれを抑制し、従来よりも主レバーが一定の速度で回転することとなり、切換開閉器の切換制御の動作タイミングが安定する。

例えば、図５（ａ）に示す動作シーケンス(動作の詳細は、前述の図６の動作と同様のため省略する)で切換開閉器を切り換える場合、図５（ｂ）に示すように、主レバーが動き初めてから停止するまでの瞬時に、真空バルブＶ１，Ｖ２の切り換えや、切換スイッチＳの切り換えが行われる。つまり、切換開閉器において主レバーの初期動作スピードが遅いと、真空バルブＶ１，Ｖ２の開閉動作が不安定になるおそれが生じる。

これに対して、本発明の負荷時タップ切換装置の蓄勢装置は、主レバーの動作開始時点での駆動力を大きくする（主レバーの回転速度を速くする）ことができるので、真空バルブの開閉動作の安定性を向上させることができる。

また、主レバーの先端部に補助ばねを設けることで、主ばねによる出力軸操作トルクを小さくすることができる。その結果、蓄勢装置を構成する各部材の強度を小さくでき、蓄勢装置を小型化することができる。

また、補助ばねは、主レバーが中間点を超えた後に、主レバーのブレーキとして作用するので、主レバーの動作終点に設けられ、主レバーの移動を制限する当て板に加わる衝撃力を小さくすることができる。その結果、当て板を小さくすることができ、蓄勢装置をさらに小型化することができる。

また、ストッパを設けることにより、主ばねがデッドポイントを超えた直後ではなく、主ばねと主レバーがある程度の角度動いた時点で、主レバーの回転が開始される。その結果、主レバーの動作開始時点での駆動力を大きくすることができる。さらに、ストッパを解除する突起部を補助レバーに設けることで、所定のタイミングでストッパの解除を行うことができる。つまり、主レバーの回転が開始するタイミングを制御することができる。

なお、本発明の負荷時タップ切換装置の蓄勢装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、その作用・効果を損なわない範囲で適宜設計変形が可能であり、そのように変更された形態も本発明の負荷時タップ切換装置の蓄勢装置の技術的範囲に属する。例えば、実施形態では真空バルブ式の切換開閉器に本発明の負荷時タップ切換装置の蓄勢装置を適用した例を挙げて説明したが、切換開閉器の切換回路方式は特に限定されるものではなく、適宜周知の切換開閉器に本発明の蓄勢装置を適用することができる。

１…蓄勢装置
２…出力軸
３…主レバー
３ａ…係止溝
４…駆動部
５…補助ばね
６…ストッパ
７…補助レバー
７ａ…突起部
８…主ばね
９…駆動レバー
１０…リンク
１１…ウォームギヤ

Claims

出力軸の回転に応じて回路を切り換える負荷時タップ切換装置の蓄勢装置であって、
前記出力軸に一端が固定される主レバーと、
前記出力軸に一端が軸支され、前記主レバーの動作を制御する補助レバーと、
前記主レバーの他端部と前記補助レバーの他端部との間に設けられる主ばねと、
前記主レバーの他端部に設けられ、前記主レバーを当該主レバーの動作範囲の中央部に引張する補助ばねと、
前記主レバーの一端部に形成された係止溝に係止し、前記主レバーの回転を一時的に制限するストッパと、を有する
ことを特徴とする負荷時タップ切換装置の蓄勢装置。
前記補助レバーの前記主レバーと対向する面に突起部を設け、前記補助レバーの回転に応じて、前記突起部で前記ストッパを解除する
ことを特徴とする請求項１に記載の負荷時タップ切換装置の蓄勢装置。