JP2013201319A - タップ切換器 - Google Patents

Abstract

【課題】軸への負荷を低減して装置の信頼性を向上させつつ組立作業性を容易にする。
【解決手段】金属製の駆動軸１１０と、駆動軸１１０の外側で駆動軸１１０の周方向に延在する集電接触子１２０と、集電接触子１２０の内径側の少なくとも一部を挟持し、中央に駆動軸１１０が挿通される開口を有して、駆動軸１１０と集電接触子１２０との間を電気的に絶縁しつつ集電接触子１２０を駆動軸１１０に対して摺動可能とする絶縁部材１９０とを備える。また、集電接触子１２０を駆動軸１１０の軸方向において位置決めする位置決め部材１８０と、駆動軸１１０を中心として集電接触子１２０の周辺の同一円周上に互いに間隔を置いて位置する複数の出力側固定接触子と、駆動軸１１０と接続されて駆動軸１１０の回転に伴って駆動軸１１０を中心に集電接触子１２０の周辺の円周上を集電接触子１２０に摺接して移動し、複数の出力側固定接触子から選択された１つの出力側固定接触子と集電接触子１２０とを接続する可動接触子とを備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、タップ切換器に関する。

タップ切換器の構成を開示した先行文献として、特開２０００−３４０４３４号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載されたタップ切換器においては、タップ選択器の軸として絶縁筒を用い、絶縁筒の外周面に複数の集電リングを所定の間隔で配設している。絶縁筒の長手方向に沿って複数の可動接点部が配列されている。

特開２０００−３４０４３４号公報

集電リングは可動接点部と摺接するため、従来のタップ切換機においては、締結部材を用いて集電リングを絶縁筒に固定して取り付けていた。そのため、集電リングを介して絶縁筒に周方向の負荷がかかり、特に締結部材の固定箇所に集中して負荷がかかることによって絶縁軸に損傷が生じることがあった。また、締結部材を用いて集電リングを絶縁筒に取り付ける際の作業性が悪かった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、軸への負荷を低減して装置の信頼性を向上させつつ組立作業性を容易にしたタップ切換器を提供することを目的とする。

本発明に基づくタップ切換器は、金属製の駆動軸と、駆動軸の外側で駆動軸の周方向に延在する集電接触子と、集電接触子の内径側の少なくとも一部を挟持し、中央に駆動軸が挿通される開口を有して、駆動軸と集電接触子との間を電気的に絶縁しつつ集電接触子を駆動軸に対して摺動可能とする絶縁部材とを備える。また、タップ切換器は、集電接触子を駆動軸の軸方向において位置決めする位置決め部材と、駆動軸を中心として集電接触子の周辺の同一円周上に互いに間隔を置いて位置する複数の出力側固定接触子と、駆動軸と接続されて駆動軸の回転に伴って駆動軸を中心に集電接触子の周辺の円周上を集電接触子に摺接して移動し、複数の出力側固定接触子から選択された１つの出力側固定接触子と集電接触子とを接続する可動接触子とを備える。さらに、タップ切換器は、複数の出力側固定接触子が位置する円周上において複数の出力側固定接触子と間隔を置いて位置する入力側固定端子と、入力側固定端子と集電接触子とを電気的に接続する接続導体とを備える。

本発明によれば、軸への負荷を低減して装置の信頼性を向上させつつ組立作業性を容易にできる。

本発明の一実施形態に係るタップ切換器の外観を示す側面図である。 同実施形態に係るタップ切換器の内部構造を示す一部断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。 同実施形態に係る集電接触子の構造を示す平面図である。 同実施形態に係る絶縁部材に含まれる板状部材の構造を示す平面図である。 同実施形態に係る絶縁部材に含まれるスナップフィット部材のスナップフィット構造を示す側面図である。 図３のＶＩＩ−ＶＩＩ線矢印方向から見た断面図である。 図７の矢印ＶＩＩＩ方向から見た平面図である。 同実施形態に係る絶縁部材の係合状態を図７のＩＸ−ＩＸ線矢印方向から見た断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係るタップ切換器について図面を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

図１は、本発明の一実施形態に係るタップ切換器の外観を示す側面図である。図２は、本実施形態に係るタップ切換器の内部構造を示す一部断面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢印方向から見た断面図である。図４は、本実施形態に係る集電接触子の構造を示す平面図である。

図５は、本実施形態に係る絶縁部材に含まれる板状部材の構造を示す平面図である。図６は、本実施形態に係る絶縁部材に含まれるスナップフィット部材のスナップフィット構造を示す側面図である。図７は、図３のＶＩＩ−ＶＩＩ線矢印方向から見た断面図である。図８は、図７の矢印ＶＩＩＩ方向から見た平面図である。

タップ切換器は、変圧器の巻線の複数のタップの中から一つのタップを選択するための装置である。タップとは、変圧器巻線の途中に設けられた引出し接続点であって、変圧器のタップは、図示しないタップリードにより固定接触子に接続されている。タップは、奇数側タップ群と偶数側タップ群に分割されている。

図１〜３に示すように、本実施形態に係るタップ切換器１００は、略円筒状の絶縁筒１５０を有している。絶縁筒１５０は、絶縁性材料から形成されており、たとえば、エポキシ樹脂を含むガラス繊維強化プラスチックで形成されている。

タップ切換器１００は、絶縁筒１５０の中心に位置する金属製の駆動軸１１０を有している。駆動軸１１０の上部には、駆動軸１１０を回転駆動するゼネバギア機構が接続されている。

タップ切換器１００は、駆動軸１１０の外側で駆動軸１１０の周方向に延在する集電接触子１２０を有している。集電接触子１２０は、導電性材料から形成されている。

本実施形態においては、タップが奇数側タップ群と偶数側タップ群とに分割されているため、電源１相当たり２つの集電接触子１２０が必要となる。また、本実施形態においては、変圧器が３相電源で使用されるため、タップ切換器１００は、６つの集電接触子１２０を有している。６つの集電接触子１２０は、駆動軸１１０の軸方向において互いに間隔を置いて位置している。なお、集電接触子１２０の数は、６つに限られず、１つ以上あればよい。

図４に示すように、集電接触子１２０は、略円環状の外形を有している。集電接触子１２０は、後述する可動接触子１４０と摺接する部分である摺接部１２１を有している。図２に示すように、摺接部１２１は、横断面において、略円環状の形状を有している。

集電接触子１２０は、摺接部１２１から内径側に延在して後述する絶縁部材１９０に挟持される被挟持部１２３を有している。被挟持部１２３は、横断面において、略平板状の形状を有している。

集電接触子１２０は、周方向において被挟持部１２３を互いの間に挟むように位置する複数の折り曲げ部を有している。具体的には、図４中の紙面奥行き方向の奥側に折り曲げられた折り曲げ部１２４ａ，１２５ａと、手前側に折り曲げられた折り曲げ部１２４ｂ，１２５ｂとが設けられている。

集電接触子１２０は、後述する接続導体１７０と接続される入力部１２２を有している。入力部１２２は、摺接部１２１の内径側から図４中の紙面奥行き方向の手前側に折り曲げられている。

タップ切換器１００は、駆動軸１１０を中心として集電接触子１２０の周辺の同一円周上に互いに間隔を置いて位置する複数の出力側固定接触子１６０を有している。本実施形態においては、同一円周上に７つの出力側固定接触子１６０が設けられている。出力側固定接触子１６０は、銅などの導電性材料から形成されている。なお、出力側固定接触子１６０の数は、７つに限られず、複数あればよい。

さらに、タップ切換器１００は、７つの出力側固定接触子１６０が位置する円周上において７つの出力側固定接触子１６０と間隔を置いて位置する入力側固定端子１６１を有している。本実施形態においては、６つの入力側固定端子１６１が、駆動軸１１０の軸方向において互いに間隔を置いて位置している。入力側固定端子１６１銅などの導電性材料から形成されている。

タップ切換器１００は、入力側固定端子１６１と集電接触子１２０とを電気的に接続する接続導体１７０を有している。接続導体１７０は、導電性材料から形成されている。本実施形態においては、６つの接続導体１７０が駆動軸１１０の軸方向において互いに間隔を置いて位置し、それぞれの接続導体１７０が入力側固定端子１６１と集電接触子１２０とを電気的に接続している。集電接触子１２０は、接続導体１７０と接続されることにより周方向において位置決めされている。

タップ切換器１００においては、駆動軸１１０と接続されて駆動軸１１０の回転に伴って駆動軸１１０を中心に集電接触子１２０の周辺の円周上を集電接触子１２０に摺接して移動し、複数の出力側固定接触子１６０から選択された１つの出力側固定接触子１６０と集電接触子１２０とを接続する可動接触子１４０を有している。

具体的には、６つの可動接触子１４０が、駆動軸１１０と平行に設けられた棒状部材１３２に、棒状部材１３２の軸方向において互いに間隔を置いて取り付けられている。棒状部材１３２の両端は、駆動軸１１０に取り付けられた２つの腕部１３１にそれぞれ接続されている。２つの腕部１３１と棒状部材１３２とから、可動接触子１４０の駆動支持機構１３０が構成されている。

ゼネバギア機構により駆動軸１１０が回転駆動されることにより、駆動支持機構１３０が駆動軸１１０を回転軸として周方向に可動接触子１４０を回転させる。このとき、可動接触子１４０の一端は、集電接触子１２０の摺接部１２１と常に接触している。可動接触子１４０の他端は、７つの出力側固定接触子１６０のいずれかと接触状態、または、全ての出力側固定接触子１６０と非接触状態となっている。可動接触子１４０の他端と接触している出力側固定接触子１６０は、可動接触子１４０により集電接触子１２０と電気的に接続される。

このようにして、７つの出力側固定接触子１６０から電気的に接続される１つの出力側固定接触子１６０が選択され、入力側固定端子１６１からタップ切換器１００に入力された負荷電流は、選択された出力側固定接触子１６０から出力される。

タップ切換器１００においては、集電接触子１２０の内径側の少なくとも一部である被挟持部１２３を挟持し、中央に駆動軸１１０が挿通される開口を有して、駆動軸１１０と集電接触子１２０との間を電気的に絶縁しつつ集電接触子１２０を駆動軸１１０に対して摺動可能とする絶縁部材１９０を有している。

図５，７，８に示すように、本実施形態においては、絶縁部材１９０は、開口部１９１ａおよび電気絶縁性を各々有する樹脂製の２枚の板状部材１９１を含んでいる。板状部材１９１の材料としては、たとえば、リルサン(登録商標)などのポリアミド樹脂を用いることができる。本実施形態においては、板状部材１９１を射出成型により形成している。

２枚の板状部材１９１は、同一形状を有している。そのため、２枚の板状部材１９１がそれぞれ異なる形状を有する場合に比較して、射出成型に用いる金型を少なくできる。

図５に示すように、板状部材１９１は、中央に開口部１９１ａを有し、開口部１９１ａの縁から径方向の一方側および一方側とは反対側の他方側に延在する平板部１９１ｂを有している。

一方側の平板部１９１ｂの縁には、切欠部１９１ｃが設けられている。また、一方側の平板部１９１ｂには、係合部である凸部１９１ｅが設けられている。

凸部１９１ｅは、略円柱状の外形を有し、平板部１９１ｂの両方の面から膨出している。また、凸部１９１ｅは、凸部１９１ｅの径方向に延在して厚さ方向に貫通した貫通溝部１９１ｆを有している。

なお、貫通溝部１９１ｆは、平板部１９１ｂの延在方向に対して直交する方向に延在している。また、貫通溝部１９１ｆは、平板部１９１ｂの一方の面側においては貫通溝部１９１ｆの延在方向に貫通し、平板部１９１ｂの他方の面側においては貫通溝部１９１ｆの延在方向の両端が閉塞している。

他方側の平板部１９１ｂには、係合部と係合する被係合部である貫通孔１９１ｄが設けられている。貫通孔１９１ｄは、平面視において略円形であり、凸部１９１ｅの外径より僅かに大きな直径を有している。貫通孔１９１ｄの縁には、平板部１９１ｂの他方の面から膨出した膨出部が設けられている。

貫通孔１９１ｄの中心および凸部１９１ｅの中心は、開口部１９１ａの中心に対して点対称に位置している。２枚の板状部材１９１は、互いに１８０°回転させてそれぞれの一方の面と他方の面とを組み合わせた際に、貫通孔１９１ｄと凸部１９１ｅとが嵌め合うように構成されている。

このように、２枚の板状部材１９１は、互いに係合する凸部１９１ｅおよび貫通孔１９１ｄの両方をそれぞれ有している。２枚の板状部材１９１の各々は、一方の板状部材１９１の凸部１９１ｅと他方の板状部材１９１の貫通孔１９１ｄとが係合し、かつ、一方の板状部材１９１の貫通孔１９１ｄと他方の板状部材１９１の凸部１９１ｅとが係合した状態で、一方の板状部材１９１の開口部１９１ａと他方の板状部材１９１の開口部１９１ａとが重なり合う形状を有している。重なり合った開口部１９１ａにより、絶縁部材１９０の開口が構成される。この開口の直径は、駆動軸１１０の直径より僅かに大きい。

絶縁部材１９０は、スナップフィット構造を含み、２枚の板状部材１９１は、スナップフィット構造により互いに一体に組み合わされている。本実施形態においては、絶縁部材１９０は、スナップフィット部材１９２を含んでいる。

図６に示すように、スナップフィット部材１９２は、基部１９２ａと、基部１９２ａから所定の間隔を置いて平行に延在する板ばね部１９２ｂと、板ばね部１９２ｂの先端でフック状に形成された保持部１９２ｃとを含んでいる。

図９は、本実施形態に係る絶縁部材の係合状態を図７のＩＸ−ＩＸ線矢印方向から見た断面図である。図７〜９に示すように絶縁部材１９０を構成するには、まず、２枚の板状部材１９１を上記のように組み合わせた状態で、凸部１９１ｅの貫通溝部１９１ｆおよび貫通孔１９１ｄ内にスナップフィット部材１９２を挿入する。

スナップフィット部材１９２の保持部１９２ｃが貫通溝部１９１ｆおよび貫通孔１９１ｄ内を通過している間は、板ばね部１９２ｂが自らの弾性により撓んでいる。スナップフィット部材１９２の保持部１９２ｃが貫通孔１９１ｄ内を通過した後、スナップフィット部材１９２は板ばね部１９２ｂの弾性により元の形状に戻る。

その結果、スナップフィット部材１９２の基部１９２ａと凸部１９１ｅとが接触し、かつ、スナップフィット部材１９２の保持部１９２ｃと貫通孔１９１ｄの膨出部とが接触して、２枚の板状部材１９１が互いに押圧するように一体に組み合わされる。

このように組み合わされた２枚の板状部材１９１の互いに対向している平板部１９１ｂ同士によって、集電接触子１２０の被挟持部１２３が挟持されている。

このとき、図８に示すように、２枚の板状部材１９１の切欠部１９１ｃの各々は、集電接触子１２０の折り曲げ部１２４ａまたは折り曲げ部１２４ｂと係合している。さらに、２枚の板状部材１９１の平板部１９１ｂの各々は、集電接触子１２０の折り曲げ部１２５ａまたは折り曲げ部１２５ｂと係合している。その結果、２枚の板状部材１９１は、集電接触子１２０の周方向においてそれぞれ位置決めされている。

絶縁部材１９０と一体になった集電接触子１２０は、絶縁部材１９０の開口に駆動軸１１０を挿通されることにより、駆動軸１１０に対して摺動可能とされる。

タップ切換器１００は、集電接触子１２０を駆動軸１１０の軸方向において位置決めする位置決め部材を有している。本実施形態においては、位置決め部材として止め輪１８０を用いている。駆動軸１１０には、止め輪１８０が嵌められる止め輪溝が予め形成されている。駆動軸１１０に遊挿された絶縁部材１９０の上下に止め輪１８０を嵌め込むことにより、集電接触子１２０を駆動軸１１０の軸方向において位置決めすることができる。

本実施形態においては、絶縁部材１９０の開口に駆動軸１１０を挿通させ、止め輪１８０を用いて絶縁部材１９０を支持することにより、集電接触子１２０を容易に駆動軸１１０に取り付けることができる。そのため、タップ切換器１００の組み立て作業性が容易になる。

また、駆動軸１１０と集電接触子１２０とは直接固定されていないため、集電接触子１２０を介して駆動軸１１０に負荷がかかることを抑制できる。特に、樹脂製の板状部材１９１を用いたことにより、板状部材１９１の自己潤滑性により、駆動軸１１０と板状部材１９１の開口部１９１ａとの摺動面における摩擦抵抗を低減することができる。その結果、駆動軸１１０への負荷を低減してタップ切換器１００の信頼性を向上できる。

なお、駆動軸１１０と駆動支持機構１３０の腕部１３１との接触面積は、駆動軸１１０と絶縁部材１９０との接触面積に比較して大きく、かつ、２つの腕部１３１で分担して負荷を受けるため、駆動支持機構１３０を介した駆動軸１１０への負荷は比較的小さい。また、駆動軸１１０の材料に金属を用いているため、絶縁筒に比較して駆動軸１１０に高い強度を持たせることができる。そのため、駆動軸１１０への負荷を低減して駆動軸１１０が損傷する可能性を低減できる。

さらに、本実施形態においては、貫通溝部１９１ｆが平板部１９１ｂの延在方向に対して直交する方向に延在しているため、貫通溝部１９１ｆが平板部１９１ｂの延在方向に延在している場合と比較して、平板部１９１ｂの延在方向におけるスナップフィット部材１９２の取り付けスペースを削減できる。よって、板状部材１９１の延在方向における長さを短くすることができる。その結果、絶縁部材１９０および集電接触子１２０を小さくすることができ、タップ切換器１００の小型化を図ることができる。

なお、位置決め部材は止め輪に限られず、たとえば、駆動軸１１０の直径より僅かに大きな内径を有するパイプを用いてもよい。複数のパイプを駆動軸１１０に遊挿して、駆動軸１１０の下端側から複数のパイプを積重し、そのパイプ同士の間に絶縁部材１９０と一体になった集電接触子１２０を配置することにより、集電接触子１２０を駆動軸１１０の軸方向において位置決めするようにしてもよい。

または、接続導体１７０が位置決め部材を兼ねてもよい。すなわち、集電接触子１２０の入力部１２２と接続導体１７０とを接続することにより、集電接触子１２０を駆動軸１１０の軸方向において位置決めするようにしてもよい。

なお、本実施形態においては、２枚の板状部材１９１が同一形状を有しているが、２枚の板状部材は別々の形状を有していてもよい。たとえば、２つのスナップフィット部材１９２を板状部材の一方の面側から挿入できるように、２つの凸部を有する板状部材、および、２つの貫通孔を有する板状部材を用いてもよい。この場合、スナップフィット部材１９２を一方向から挿入できるため、絶縁部材の組立性が容易になる。

または、スナップフィット構造が板状部材に設けられていてもよい。すなわち、一方の板状部材にフック状の保持部が形成され、他方の板状部材にその保持部と係合する凹部が形成され、これらの２枚の板状部材を組み合わせて絶縁部材として用いてもよい。この場合、部品点数を減らすことができる。

さらに、本実施形態においては、絶縁部材１９０が集電接触子１２０の被挟持部１２３を挟持する構造を有していたが、これに限られず、たとえば、絶縁部材１９０が下方からのみ集電接触子１２０を支持する構造であってもよい。この構造であっても、接続導体１７０と集電接触子１２０の入力部１２２とが接続されているため、集電接触子１２０を支持することができる。

なお、今回開示した上記実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１００ タップ切換器、１１０ 駆動軸、１２０ 集電接触子、１２１ 摺接部、１２２ 入力部、１２３ 被挟持部、１２４ａ，１２４ｂ，１２５ａ，１２５ｂ 折り曲げ部、１３０ 駆動支持機構、１３１ 腕部、１３２ 棒状部材、１４０ 可動接触子、１５０ 絶縁筒、１６０ 出力側固定接触子、１６１ 入力側固定端子、１７０ 接続導体、１８０ 止め輪、１９０ 絶縁部材、１９１ 板状部材、１９１ａ 開口部、１９１ｂ 平板部、１９１ｃ 切欠部、１９１ｄ 貫通孔、１９１ｅ 凸部、１９１ｆ 貫通溝部、１９２ スナップフィット部材、１９２ａ 基部、１９２ｂ 板ばね部、１９２ｃ 保持部。

Claims (6)

1. 金属製の駆動軸と、
   前記駆動軸の外側で前記駆動軸の周方向に延在する集電接触子と、
   前記集電接触子の内径側の少なくとも一部を挟持し、中央に前記駆動軸が挿通される開口を有して、前記駆動軸と前記集電接触子との間を電気的に絶縁しつつ前記集電接触子を前記駆動軸に対して摺動可能とする絶縁部材と、
   前記集電接触子を前記駆動軸の軸方向において位置決めする位置決め部材と、
   前記駆動軸を中心として前記集電接触子の周辺の同一円周上に互いに間隔を置いて位置する複数の出力側固定接触子と、
   前記駆動軸と接続されて前記駆動軸の回転に伴って前記駆動軸を中心に前記集電接触子の周辺の円周上を前記集電接触子に摺接して移動し、前記複数の出力側固定接触子から選択された１つの出力側固定接触子と前記集電接触子とを接続する可動接触子と、
   前記複数の出力側固定接触子が位置する円周上において前記複数の出力側固定接触子と間隔を置いて位置する入力側固定端子と、
   前記入力側固定端子と前記集電接触子とを電気的に接続する接続導体と
   を備えた、タップ切換器。
2. 前記絶縁部材は、開口部および電気絶縁性を各々有する樹脂製の２枚の板状部材を含み、
   前記２枚の板状部材は、互いの間に前記集電接触子の内径側の前記一部を挟持する、請求項１に記載のタップ切換器。
3. 前記２枚の板状部材が同一形状を有する、請求項２に記載のタップ切換器。
4. 前記２枚の板状部材は、互いに係合する係合部および被係合部の両方をそれぞれ有し、 前記２枚の板状部材の各々は、一方の板状部材の係合部と他方の板状部材の被係合部とが係合し、かつ、前記一方の板状部材の被係合部と前記他方の板状部材の係合部とが係合した状態で、前記一方の板状部材の前記開口部と前記他方の板状部材の前記開口部とが重なり合う形状を有する、請求項３に記載のタップ切換器。
5. 前記絶縁部材は、スナップフィット構造を含み、
   前記２枚の板状部材は、前記スナップフィット構造により互いに一体に組み合わされる、請求項４に記載のタップ切換器。
6. 前記接続導体が前記位置決め部材を兼ねる、請求項１から５のいずれかに記載のタップ切換器。

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