JP2012209060A - 電動操作装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電動操作装置を構成する部品の中で不具合発生程度が最も多い部品であったクラッチ機構を不要にして製品品質を向上させること
【解決手段】 断路器用接地装置の起伏ブレードに対して起伏動作させるための電動操作装置２６であり、駆動モータユニット４０は、交流用モータであるトルクモータを備えたモータ部４３と、減速機部４４を一体化して構成される。トルクモータの回転数に対するトルク特性は、低速回転領域で最大トルクが出力されるとともに、その最大トルクは、前記断路器または前記断路器用接地装置に損傷を与えない大きさに設定されるため、クラッチ機構を不要にできる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電動操作装置に関するもので、断路器の接点の開閉や断路器用接地装置の駆動源として使用される装置に関する。

断路器に併設される接地装置は、断路器の本体側に取り付けられた固定接触部と、その固定接触部に接触・離反するブレードと、そのブレードを移動させる電動操作装置等を備えている。ブレードは、下端を回転中心として９０度の角度範囲（起立姿勢と倒れた姿勢をとる）内で回転する起伏ブレードと、その起伏ブレードの上端に接続され軸方向に伸縮する伸縮ブレードを備える。本発明が対象とする電動操作装置は、起伏ブレードを回転（起伏）させるものである。

断路器は、無電圧状態で開閉されることから遮断器等と相違して比較的ゆっくりと開閉することができる。同様に、接地装置の投入／開放動作も比較的ゆっくりと行われる。上述した起伏ブレードの回転動作は年に数回程度行われることも相まって、その駆動源は、従来コンプレッサーが用いられていたが、その後、モータを駆動源として使用することに変わってきている。そして、例えば５５０ｋＶ変電所では、作業員が常駐であることからＡＣ電源があるので、モータは交流モータが用いられる。これにより、別途直流電源を設置する必要がない。

図８は、従来の電動操作装置の要部を示している。この電動操作装置は、駆動モータ１の出力軸１ａに駆動歯車２を連結し、その駆動歯車２に対して複数の歯車３からなる減速機４を連携させ、減速機４の出力が操作軸６となる。さらに減速機４の中間に、クラッチ機構５を介在させている。そして、この操作軸６を所定のリンク機構を介して起伏ブレードに連携する。駆動モータ１は、正逆回転可能なモータである。この駆動モータ１が正逆回転することで操作軸６が所定の角度範囲で正逆回転し、起伏ブレードが起立／転倒する。この種の電動操作装置は、例えば特許文献１に開示されている。

さらに、この駆動モータ１は、交流の普通かご形誘導モータを用いている。この普通かご形誘導モータの回転数に対するトルク特性は、図９中、点線で示すようになっている。図示するように、回転数が増加するにつれて出力トルクは徐々に減少した後、反転して上昇し定格の２．５倍以上という非常に大きな最大トルクとなった後、出力０に向けて減少する。そして、低速回転時は出力トルクが低くなることから、当該低速回転領域のときにも一定のトルクが得られるようにモータを構成すると、高速回転領域のときに必要以上に大きなトルクが出力される領域が発生する。そのため、かかる高速回転領域での出力トルクをそのまま起伏ブレードのリンク機構を含めた動力伝達系に動力を与えると、装置が破損するおそれがある。従って、かかる破損の発生を防止するため、従来の電動操作装置は、上述したようにクラッチ機構５を配置して不要なトルク領域（図９中ハッチングで示す領域）をカットするようにしている。

実開昭６４−１８５５３号

上述したように、従来の普通かご形誘導モータを用いた電動操作装置は、クラッチ機構の使用が必須であった。そのため、以下に示す各種の問題を生じる。まずクラッチ機構は、その組み立てが難しいとともに、設置後の調整・保守が煩雑となる。さらに、クラッチ機構は、電動操作装置を構成する部品の中で不具合発生程度が最も多い部品であり、そのクラッチ機構の存在が製品品質保持にとってネックとなっている。

さらに、クラッチ機構５に対して保守管理する必要から、クラッチ機構５に対しては外部から作業しやすいようにしている。すなわち、クラッチ機構５は、駆動モータ１と別体に構成して配置して露出させている。さらに、複数の歯車３から構成される減速機４の途中にクラッチ機構５が配置されることから、歯車３も外部に露出状態にする必要がある。歯車２，３は、その噛み合いする歯部にグリスを注入するが、歯車２，３が外部に露出していることからグリスの乾燥も速いとともにゴミの付着もあり頻繁にグリスを再注入したり清掃したりする必要が生じるという課題もある。

上述した課題を解決するために、本発明は、（１）断路器または断路器用接地装置に用いられる電動操作装置であって、交流用モータであるトルクモータと、そのトルクモータの出力に連携される減速機とを備え、前記トルクモータの回転数に対するトルク特性は、低速回転領域で最大トルクが出力されるとともに、その最大トルクは、前記断路器または前記断路器用接地装置に損傷を与えない大きさに設定されることとした。

トルクモータの最大トルクは、そのトルクモータひいては電動操作装置の出力が連携される断路器または断路器用接地装置に損傷を与えない大きさに設定されているので、従来の装置のようにトルクをカットするためのクラッチ機構が不要となり、トルクモータの出力を減速機で減速した状態のものを断路器・断路器用接地装置に与えることができる。よって、機構がシンプルとなり、電動操作装置を構成する部品の中で不具合発生程度が最も多い部品であったクラッチ機構がなくなるため、製品品質が向上する。さらにストール特性が良好で低速回転領域で最大トルクが出力されるので、モータの回転数が落ちてきても問題なく所望のトルクを出力し続けてモータ失速を抑えることができる。

トルクモータは、交流用モータであるので、ＡＣ電源を用いて動作する。よって、例えば５５０ｋＶ変電所のように、従来交流の普通かご形誘導モータにより動作する電動操作装置が設置されている箇所においては、当該既設の電動操作装置を本発明の電動操作装置に取り替えることが簡単にできる。もちろん、新設の変電所等に対して適用できるのは言うまでもない。

（２）前記トルクモータと前記減速機は、同一のケース内に収納されるようにするとよい。このようにすると、トルクモータ及び減速機が１つの部品となり、電動操作装置内への組み付けが容易に行える。さらに、減速機を構成する歯車がケース内に収納されて保護されるので、歯車間等に注入するグリスが乾いたり、ゴミが付着したりするのを可及的に抑制でき、点検・メンテナンスをするサイクルを長くすることができる。

（３）前記トルク特性は、前記低速回転領域では回転数の増加に対して出力トルクが一定或いは徐々に低下し、高速回転領域では前記回転数の増加に対する前記出力トルクの低下する変化率が、前記低速回転領域における変化率よりも大きい設定とするとよい。このようにすると低速回転領域では、最大トルクに近い出力を維持できるので、安定した動作をすることができる。

本発明では、電動操作装置を構成する部品の中で不具合発生程度が最も多い部品であったクラッチ機構が不要となるので、製品品質が向上する。

本発明に係る電動操作装置が実装される断路器の一例を示す図である。 本発明に係る電動操作装置の好適な一実施形態を示す正面図である。 その平面図である。 その側面図である。 駆動モータを示す斜視図である。 作用を説明する図である。 作用を説明する図である。 従来例を示す図である。 本発明品並びに従来品の駆動モータの回転数に対するトルク特性を示す図である。

図１は、本発明の好適な一実施形態である電動操作装置が実装される５５０ｋＶ変電所に設置される断路器１０の一例を示している。断路器１０の導電部は、地上に設置された架台１１の上に起立された碍子装置１２の頂上に設置される。碍子装置１２は、複数本の碍子１２ａを直列に連結して形成される３本の脚部を塔のように組み付けて構成される。

この碍子装置１２の頂上に設置される断路器１０の導電部は、その頂点で回転するヒンジ部１３と、ヒンジ部１３に連結された水平方向に延びるバット側ブレード１４と、そのバット側ブレード１４の先端に取り付けられた上下に延びる円柱状の主接触部（バット）１５，シールドリング１６を備える。これらバット側ブレード１４，主接触部１５及びシールドリング１６は、ヒンジ部１３の回転に伴い一体となって回転する。ヒンジ部１３は、コンプレッサー等の駆動源からの力を受けて正逆回転する。

図１では、一相分の系統の上流側或いは下流側の一方のみ示しており、図示する断路器の構成が反対側にも配置されて１相分が形成される。さらにそれらが３相分設置される。なお、対を構成する相手側の主接触部は二股状となり、その二股状の主接触部（フィンガ）内に棒状の主接触部１５が入り込んで両者が導通する。そして、ヒンジ部１３が正逆回転することにより、対となる主接触部１５同士が接続されて断路器の接点が入り状態となったり、離反して切り状態になったりする。この断路器の導電部の部分の基本構成は、従来と同様であるのでその詳細な説明を省略する。

断路器１０に併設して接地装置２０が配置される。この接地装置２０は、切り状態となった断路器１０のヒンジ部１３・ブレード１４・主接触部１５及び端子台に接続された架線を接地するものである。つまり、切り状態となったヒンジ部１３・ブレード１４・主接触部１５及び端子台に接続された架線は、空中に浮いた状態となっている。そこで、接地装置２０にて接地することで回路的に安定させる。なお、実際には主接触部１５に直接触するのではなく、ヒンジ部１３にある端子台等に導通させるようにしている。

接地装置２０は、断路器１０のヒンジ部１３側に取り付けられた固定接触部２３と、その固定接触部２３に接触・離反する金属製（導電性）のブレードと、そのブレードを移動させる電動操作装置等を備えている。ブレードは、下端を回転中心として９０度の角度範囲（起立姿勢と倒れた姿勢をとる）内で回転する起伏ブレード２１と、その起伏ブレード２１の上端に接続され軸方向に伸縮する伸縮ブレード２２を備える。起伏ブレード２１は、図示省略するリード線等により地面に直接或いは接地導体に接続されてアースがとられる。図示するように、起伏ブレード２１が起立するとともに、伸縮ブレード２２が延びた状態では、伸縮ブレード２２の先端が固定接触部２３と接続して導通する。よって、固定接触部２３は、ヒンジ部１３ひいては断路器１０の主接触部１５に導通しているため、主接触部１５は伸縮ブレード２２，起伏ブレード２１を介して接地される。一方、図中２点鎖線で示すように、伸縮ブレード２２が収縮するとともに起伏ブレード２１が転倒した状態では、伸縮ブレード２２の先端と固定接触部２３とが離反する。よって、断路器１０の接地状態が解除される。

本発明が対象とする電動操作装置２６は、起伏ブレード２１を垂直平面内で回転（起伏）させるものである。すなわち、電動操作装置２６の出力である操作軸２６ａに連結ロッド２５を連結し、その連結ロッド２５の上端にリンク機構２４を連結し、そのリンク機構２４を介して起伏ブレード２１に電動操作装置２６の出力を伝達する。これにより、起伏ブレード２１が下端を回転中心として正逆回転する。なお、伸縮ブレード２２の伸縮動作も別途設けた駆動モータ２７の動力により行う。なおまた係るブレード（起伏ブレード２１，伸縮ブレード２２）の動作は後述する。

図２〜図４は、電動操作装置２６の一実施形態を示している。この電動操作装置２６は、矩形状の機構箱３０の前面が開放され、その前面に正面扉３１が取り付けられる。本実施形態では、このように一面のみが開放する構造としているので、当該前面側に保守管理する際の作業空間が確保されればよい。機構箱３０の天面所定位置に、操作軸２６ａが外部に突出状態で配置される。

機構箱３０の前面のみが開放されるため、リレー類を実装した電装品パネル３２や、端子台３３などは、機構箱３０の内部の前方側に配置される。電装品パネル３２は、主要リレー類を単一パネルに集約して構成されている。よって、部品交換が容易になる。また、本発明の要部となる駆動モータユニット４０は、機構箱３０の内壁面に連結したフレーム４１に固定され、機構箱３０内の所定位置に配置される。

駆動モータユニット４０は、図５に示すようにモータ部４３と、減速機部４４とが一体となって１つのケース内に収納された構成を採る。モータ部４３は、定格動作電圧がＡＣ４００Ｖの特殊かご形誘導モータ（トルクモータ）を用いた。そして、このトルクモータの回転数に対するトルク特性は、図９中実線で示すようなものとした。すなわち、トルク特性は、低速回転領域ではほぼ一定の値を取りつつ徐々にトルク値が減少し、一定の回転数を超えるとトルク値は大きく減少し０に至るようにしている。

このように本実施形態のトルクモータは、ストール特性が良好で低速回転領域で最大トルクが出力されるので、モータの回転数が落ちてきても問題なく所望のトルクを出力し続けて起伏ブレード３１側に与えることができるので、モータ失速を抑えることができる。

さらに、従来の普通かご形誘導モータと相違し、低速回転領域で最大トルク（最高出力）となり、係る最大トルクが従来のクラッチ機構でカットしていたトルク領域以下に収まる設定としている。これにより、クラッチ機構を設ける必要がなくなるため、本実施形態の駆動モータユニット４０は、モータ部４３と減速機部４４（クラッチ機構無し）から構成した。このように、電動操作装置を構成する部品の中で不具合発生程度が最も多い部品であったクラッチ機構がなくなるため、製品品質保持が向上し、しかも、減速機部４４は、所定枚数の歯車の組み合わせであるのでいずれも故障しづらく、設置後に保守修理する頻度も低いため、図５に示すようにトルクモータと減速機を構成する歯車を１つのケース内に収納し、駆動モータユニット４０の出力軸をそのまま電動操作装置２６の操作軸２６ａとして使用する。よって、１軸機構となり機構部がシンプルになる。さらに、減速機部４４を構成する各歯車がケース内部に収納されることになったため、歯車管に注入するグリスの乾燥やゴミの付着も抑えられ、長期にわたり保守・メンテナンスが不要となる。

断路器用の接地装置２０は、電動操作装置２６や伸縮用モータ２７の動作を制御し、図６に二点鎖線で示す伸縮ブレード２２が収縮して起伏ブレード２１が倒れた状態と、同図中実線で示す伸縮ブレード２２が延びるとともに起伏ブレード２１が起立した状態との間を切り換える。具体的には、まず通常の断路器が入りの時は、図７（ａ）に示すように、起伏伸縮ブレード２２が収縮した状態でブレード２１が伏せた状態となる。このとき、固定接触部２３と伸縮ブレード２２が非接触であるため、接地装置２０は完全開放となっている。

この状態から投入動作（遠方にある制御盤からの指令）を受けると、電動操作装置２６内の制御部は、駆動モータユニット４０のトルクモータが所定の方向に回転動作を開始する。そのトルクモータの回転出力は、減速機に伝わり、トルクモータの出力が回転すると操作軸２６ａが所定角度回転する。そして、操作軸２６ａの回転力は、連結ロッド２５ひいてはリンク機構２４を介して起伏ブレード２１に伝わり、起伏ブレード２１が下方を中心に回転して起立する（図７（ｂ））。制御部は、起伏ブレード２１が起立した状態でトルクモータを停止する。つまり操作軸２６ａは、所定角度（例えば１９６度）回転して停止する。本実施形態では、トルクモータは、８秒間動作して回転停止する。よって電動操作装置２６の操作軸２６ａは８秒間掛けて１９６度回転し、それを受けて起伏ブレード２１は８秒間掛けて９０度回転動作する。

次に、伸縮用モータ２７を動作させ、伸縮ブレード２２の先端を上昇移動させる。伸縮用モータ２７が所定時間動作すると、それに対応する長さだけ伸縮ブレード２２が伸びて、先端が固定接触部２３に接触する（図７（ｃ）→図７（ｄ））。これにより、接地装置２０は、完全投入状態となる。

一方、図７（ｄ）に示す完全投入状態から図７（ａ）に示す完全開放状態に遷移する場合、上記と逆の手順に従って行う。すなわち、まず伸縮用モータ２７を上記と逆方向に回転させる。これにより、伸縮ブレード２２は収縮し、図７（ｄ）の状態から図７（ｃ）の状態に遷移する。次いで、電動操作装置２６の駆動モータユニット４０のトルクモータを上記と逆方向に回転させる。これにより、起伏ブレード２１は、起立状態から９０度回転して倒れるので、図７（ｂ）の状態から図７（ａ）の状態に遷移する。

［その他の利用］
上述した実施形態では、５５０ｋＶ変電所の断路器に敷設される接地装置の電動操作装置２６に適用する例を示したが、本発明はこれに限ることはなく、断路器の入り切りの動作用の駆動源に用いても良い。また、５５０ｋＶ変電所に限ることはなく、交流電源がある場所であれば適用できる。

１０ 断路器
２０ 接地装置
２１ 起伏ブレード
２２ 伸縮ブレード
２３ 固定接触部
２６ 電動操作装置
２６ａ 操作軸
４０ 駆動モータユニット
４３ モータ部
４４ 減速機部

Claims (3)

1. 断路器または断路器用接地装置に用いられる電動操作装置であって、
   交流用モータであるトルクモータと、そのトルクモータの出力に連携される減速機とを備え、
   前記トルクモータの回転数に対するトルク特性は、低速回転領域で最大トルクが出力されるとともに、その最大トルクは、前記断路器または前記断路器用接地装置に損傷を与えない大きさに設定されることを特徴とする電動操作装置。
2. 前記トルクモータと前記減速機は、同一のケース内に収納されることを特徴とする請求項１に記載の電動操作装置。
3. 前記トルク特性は、前記低速回転領域では回転数の増加に対して出力トルクが一定或いは徐々に低下し、高速回転領域では前記回転数の増加に対する前記出力トルクの低下する変化率が、前記低速回転領域における変化率よりも大きい設定であることを特徴とする請求項１または２に記載の電動操作装置。

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