JPH01304628A

JPH01304628A - パイロット弁装置

Info

Publication number: JPH01304628A
Application number: JP13433788A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Takagi; 弘和高木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-06-02
Filing date: 1988-06-02
Publication date: 1989-12-08

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は例えば液圧を用いた電力用遮断用の操作機構等
に用いられるパイロット弁装置に関する。

（従来の技術）近年、送変電系統の大容量化、ならびに超高電圧化など
の実現により、その回路に設けられる遮断器の性能向上
はめざましいものがあり、またその性能を向上するため
の要求は大きい。このため最近ではＳＦ、ガス絶縁の遮
断器が多く実用化されており、その操作機構として液圧
操作方式が主に用いられている。液圧操作装置は空気圧
に比べ高圧化が容易であるため小形化が可能であり、遮
断操作時の騒音も著しく軽減され、又、液圧の非圧縮性
により応答性が優れているなどの利点がある。

さらに、電力系統保護の役目から、電力系統の故障除去
時間が短いほどその安全性は高まるため、遮断器を動作
は高速度であることが必要となる。

このため、遮断器を動作させる液圧操作装置のピストン
の液圧を制御する弁の動作応答性が問題となる。

遮断器の液圧操作装置は概略第３図の様な系統として構
成されている。即ち遮断器ＣＢを開閉するピストンＰ、
シリンダＳから成る操作部Ｍは、パイロット弁Ｐｖで制
御される主弁ＭＶからの液圧により駆動される。前記パ
イロット弁Ｐｖは投入用と遮断用の２つのパイロット弁
を有しており、各々の電磁ソレノイドＣＣ，ＤＣの付勢
により主弁ＭＶ内へ配管系のアキュムレータＡＬ、ポン
プによる圧油を給排させることにより操作部Ｍが制御さ
れる。なお、主弁ＭＶの応答性をよくするため、両パイ
ロット弁ＰＶをアキュムレータＡＬをつなぐ流路に絞り
Ｄを設けている。

（発明が解決しようとする課題）従来、電気信号による液体制御弁の駆動にはソレノイド
による電極駆動が採用されていた。ところがソレノイド
駆動の場合には駆動力はコイルのアンペアターンで決ま
るので高出力を得るためにはコイルの巻数を増やすかあ
るいは電流値を増やす必要がある。この場合、インダク
タンスの増加による応答性の低下や、ジュール熱による
コイルの焼損などの問題がある。従ってソレノイド駆動
方式で高速弁を得ようとすると必然的に巻数の少ないコ
イルに大電流を流す方式に有るが、実用上多くの制約条
件があるのでその応答速度には自ずと限界がある。

本発明は上述の欠点をなくすためになされたもので、高
速度切換が可能な動作信頼性の高いパイロット弁装置を
提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために本発明は、電歪効果によって
伸縮動作を行う応答の極めて早い圧電素子体により駆動
される大径ピストンと、これにより流体を介して駆動さ
れる小径ピストンに連結された弁を具備し、弁の開閉に
よりその液圧が保持、排出される弁室と、上記大径、小
径ピストン間に流体を封入した圧縮室とをチェック弁を
介して連通させている。

（作　　用）本発明においては、大径ピストンを圧電素子体に電圧を
印加することによって駆動し、その変位を大径及び小径
ピストンとの間の圧縮室に密封された流体の連続性に基
いて増幅された小径ピストンの変位に変換し、その増幅
された変位によって弁室のシート面を開き、圧電素子体
の印加電圧を解除した際には弁室に設けた圧縮バネの作
用によりシート面を閉じるように形成されている。さら
に、チェック弁の作用によって圧縮室の流体がリーフし
ても液圧を補充でき、その液圧は弁室即ちシステム内と
等しく高圧に保持されるため、空気などの混入による動
作時応答遅れなどの悪影響をなくすことができる。

（実　施　例）本発明を第１図に示す一実施例に従って説明する。パイ
ロット弁装置１の弁室２内にはボール弁３がバネ４及び
ストッパ５により弾性保持され、弁室２のシート面６に
押付けられている。ボール弁３にはロンド１０を介して
小径ピストン１１が連結されており、この小径ピストン
１１の上下動によりシート面６を開閉するようになって
いる。また、パイロット弁装置１には流体導入孔７と流
体排出孔８が形成されており、流体導入孔７がら弁室２
に流入した流体は排出孔８がらタンク８ａへ流出するよ
うになっている。小径ピストン１１はパイロット弁装置
１に設けた圧縮室９内を摺動する大径ピストン１２によ
り流体を介して駆動される。大径ピストン１２の背部に
は適当枚数積層されたセラミック製の圧電素子１３が設
けられ、その電歪効果による伸縮動作によって圧縮室９
内を上下動するようになっている。圧電素子１３は、パ
イロット弁装置１の上部に固定されたカバー１４に取付
けられている。また、弁室２と圧縮室９は連通孔１５に
よって連通され、途中にチェック弁１６が設けられてい
る。

チェック弁１６はチェック弁体１６ａとバネ１６ｂから
成り、弁室２から圧縮室９への方向のみ流体が通り、逆
方向は閉止されるようになっている。さらに大径ピスト
ン１２及び小径ピストン１１の摺動部にはパツキン１８
ａ、　１８ｂが設けられ、圧縮室９内の流体が外部へリ
ーフしないようにしている。なお、１７ａ。

１７ｂは圧電素子１３の電極に電圧を印加するためのリ
ード線である。また、小径ピストン１１の断面積を８１
、シート面６の断面積をＳいシート面６の断面積をＳ２
とするとボール弁３を確実にシート面６に閉止する条件
としてＳ、≦８２が必要である。

次に本実施例の作用について説明する。ボール弁３がシ
ート面６を閉止した状態では、弁室２及び圧縮室９内は
同じ高圧状態に保持されている。

圧電素子１３に電圧が印加されると、その電歪効果によ
って圧電素子１３は伸び、大径ピストン１２もこれに応
じて下方へ変位する。このときの変位は通常数１０μｍ
と極めて小さいが、圧縮室９内の流体の連続性に基いて
増幅された小径ピストン１１の変位に変換される。大径
ピストンの断面積を８３とすると、大径ピストン１２の
変位はＳ、／３１倍に増幅されることになる。増幅され
た小径ピストン１１の変位はロッド１０を介してボール
弁３に伝わり、シート面６を開いて弁室２内の流体はタ
ンク８ａに排出される。圧電素子１３への電圧が解除さ
れると圧電素子１３は元の状態に縮み、ボール弁３はバ
ネ４によってシート面６を閉止する。

本パイロット弁を第３図に示す遮断器の液圧操作装置の
系統に用いた場合の特性について第２図に示す。同図は
、圧電素子１３への印加電圧、圧縮室９の内の圧力、ボ
ール弁３の変位、及び弁室２内の圧力に関するタイミン
グチャートである。電圧が圧電素子１３に加わるとその
変位によって圧縮室内の圧力が上昇するが、このときチ
ェック弁１６及びパツキン１８ａ、　１８ｂの作用によ
り内部の流体のリークは防がれる。バネ４の力などボー
ル弁３の閉方向へ作用する抗力に優る圧力上昇が得られ
た時点でボール弁３は開き始める。５ｉ４ｓ２であれば
弁開時の抗力として液圧力は加わらないため、弁の高速
応答が可能である。弁室２の手前には絞りＤが設けられ
ているため、弁開動作とともに弁室２内の圧力は低下す
る。このとき大径ピストン１２の移動体積分だけ、小径
ピストン１１が移動するため、圧縮室内の圧力はほぼ最
初の状態に戻る。電圧印加中ば弁の開方向の力が優るた
め、弁の開位置が保持される。印加が解除されると圧電
素子の収縮とともに圧縮室内の圧力は低下し、弁の閉方
向の力が優った時点でボール弁は閉動作を行う。

この際、弁室２、圧縮室９内の圧力は元の状態に戻る。

この状態で万−圧縮内の流体がリークしてもチェック弁
１６の作用により弁室２内から液圧が供給され常に高圧
に保たれる。また、圧縮室内は高圧に保持されるため空
気など圧縮性流体が混入の影響による弁開時の動作応答
遅れが少ない。さらに流体の体積弾性係数が低圧時に比
べ高くなるため、動作時の圧縮室内圧力上昇が効率良く
得られ高速動作が可能である。なお本パイロット弁装置
は遮断器に限らず他の液圧装置にも適用が可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば応答の極めて早い圧
電素子体の変位を大径及び小径ピストンの間の圧縮室内
に密封された流体によって増幅して弁を駆動し、圧縮室
と弁室とをチェック弁を介して連通させるようにしたた
め、高速度応答が可能で、かつ、圧縮室内の流体のリー
クなどによる応答性の低下を防ぐことができる信頼性の
高いパイロット弁装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すパイロット弁装置の断
面図、第２図は第１図に示すパイロット弁装置の動作特
性線図、第３図は第１図に示すパイロット弁装置を適用
する一般的な遮断器液圧装置の油圧系統図である。１・・・パイロット弁装置、２・・・弁室、３・・・ボ
ール弁、　　　　４・・・バネ、５・・・ストッパー、
　　　　６・・・シート面、７・・・流体導入孔、　　
　８・・・流体排出孔、９・・・圧縮室、　　　　　ｌ
Ｏ・・・ロッド、１１・・・小径ピストン、１２・・・
大径ピストン、１３・・・圧電素子、　　　　１４・・
・カバー。１５・・・連通孔、　　　　　１６・・・チェック弁、
１６ａ・・・チェック弁体、　　１６ｂ・・・バネ、１
７ａ、　１７ｂ・＝リード線、　１８ａ、　１８ｂ−パ
ツキン。代理人　弁理士　則　近　憲　佑同　　第子丸　健第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

ばねにより弾性保持された弁の開閉動作により、弁室内
の液圧を制御する弁装置において、前記弁に連結された
小径ピストンと、この小径ピストンを流体圧を介して駆
動する大径ピストンと、この大径ピストンを電歪効果に
よる伸縮動作により駆動する圧電素子とを具備し、前記
弁室と、前記大径ピストン、小径ピストン間に流体を封
入した圧縮室とをチェック弁を介して連通させて弁室か
ら圧縮室への方向のみ流体を流し、大径ピストンと小径
ピストンの各々の摺動部分にパッキンを設けたことを特
徴とするパイロット弁装置。