(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024162710
(43)【公開日】2024-11-21
(54)【発明の名称】切換開閉器
(51)【国際特許分類】
H01H 3/42 20060101AFI20241114BHJP
H01H 33/42 20060101ALI20241114BHJP
【FI】
H01H3/42 A
H01H33/42 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023078531
(22)【出願日】2023-05-11
(71)【出願人】
【識別番号】319007240
【氏名又は名称】株式会社日立インダストリアルプロダクツ
(71)【出願人】
【識別番号】000005108
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110000350
【氏名又は名称】ポレール弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】市村 智
(72)【発明者】
【氏名】須藤 哲也
(72)【発明者】
【氏名】竹中 裕亮
(72)【発明者】
【氏名】櫛田 昂歳
(72)【発明者】
【氏名】石井 公平
(72)【発明者】
【氏名】高尾 錬
【テーマコード(参考)】
5G025
【Fターム(参考)】
5G025AA07
5G025AA09
5G025BA09
5G025DA03
(57)【要約】 (修正有)
【課題】スイッチを増やした場合であっても、カムの駆動力の加を抑制可能した切替開閉器を提供する。
【解決手段】本発明の切換開閉器は、複数の可動子を、少なくとも1つのカムと複数のカムフォロアで駆動する切換開閉器であって、カムは、第1の方向に動くと共に、第2の方向に所定間隔をもって凹部を備え、凹部に沿って第2の方向にカムフォロアと可動子が動き、バネは第2の方向に圧縮され、スイッチが開となる向きにカムフォロアが動くとバネの圧縮力が増加し、かつ、スイッチが閉となる向きにカムフォロアが動くとバネの圧縮力が減少し、1つのスイッチが閉となる向きにカムフォロアが動くときに、隣接する他のカムフォロアはスイッチが開となる向きに動き、スイッチが閉の時に、カムとカムフォロアの間で隙間が空くようにカムの凹部を形成し、スイッチが閉の時にバネの圧縮力が、可動子と固定子の間の押付け力として働くことを特徴とする。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の可動子を、少なくとも1つのカムと複数のカムフォロアで駆動し、スイッチが閉のときにバネの力によって前記可動子を固定子に押し付け、前記スイッチが開のときに前記バネの力が蓄積されて前記可動子が前記固定子から切り離される切換開閉器であって、
前記カムは、第1の方向に動くと共に、第2の方向に所定間隔をもって凹部を備え、前記凹部に沿って前記第2の方向に前記カムフォロアと前記可動子が動き、前記バネは前記第2の方向に圧縮され、前記スイッチが開となる向きに前記カムフォロアが動くと前記バネの圧縮力が増加し、かつ、前記スイッチが閉となる向きに前記カムフォロアが動くと前記バネの圧縮力が減少し、1つの前記スイッチが閉となる向きに前記カムフォロアが動くときに、隣接する他のカムフォロアは前記スイッチが開となる向きに動き、前記スイッチが閉の時に、前記カムと前記カムフォロアの間で隙間が空くように前記カムの凹部を形成し、前記スイッチが閉の時に前記バネの圧縮力が、前記可動子と前記固定子の間の押付け力として働くことを特徴とする切換開閉器。
【請求項2】
請求項1に記載の切換開閉器であって、
前記切換開閉器は、1つの回転カムと、該回転カムに回転駆動力を供給するカムシャフトと、支持台と、該支持台に取付けられ、前記カムシャフトを回転保持するベアリングと、支持金具によって前記支持台に固定され、前記カムシャフトに回転駆動力を供給する回転駆動装置と、6個のスイッチと、を備え、
6個の前記スイッチは何れも同一構成であり、各々の前記スイッチは、前記回転カムとカムフォロアローラを介して接触するカムフォロアと、前記回転カムの回転方向と直交する方向に前記カムフォロアの移動を制限する直動ガイドと、固定子と、前記カムフォロアによって動かされる可動子と、前記スイッチの閉時に前記固定子に対して前記可動子を所定の押付け力で押し付けるバネと、から構成されていることを特徴とする切換開閉器。
【請求項3】
請求項2に記載の切換開閉器であって、
6個の前記スイッチは、前記回転カムの周方向に60度間隔をもって配置されていることを特徴とする切換開閉器。
【請求項4】
請求項3に記載の切換開閉器であって、
前記回転カムの外周形状は、前記カムシャフトの中心から前記カムフォロアローラの中心までの距離r1と、前記カムシャフトの中心から前記カムフォロアローラの中心までの距離r2とが、前記回転カムの回転角θに対して、前記回転カムの回転角θが大きくなると、回転中心からの距離が大きくなったり、小さくなるような120度間隔の回転対称形状に形成されていることを特徴とする切換開閉器。
【請求項5】
請求項4に記載の切換開閉器であって、
前記カムシャフトの中心から見て、10時、2時、6時の位置に、各々の前記回転カムの外周の径方向に所定間隔をもって前記凹部が形成されており、前記凹部の位置で、前記回転カムの外周から前記カムフォロアローラが離れることを特徴とする切換開閉器。
【請求項6】
請求項2乃至5のいずれか1項に記載の切換開閉器であって、
前記切換開閉器を、前記カムシャフトの軸方向に2段配置し、各々の前記回転カムを1つの前記カムシャフトと、1つの前記回転駆動装置で駆動するように構成したことを特徴とする切換開閉器。
【請求項7】
請求項1に記載の切換開閉器であって、
前記切換開閉器は、1つのリブ形状の回転カムと、該回転カムに回転駆動力を供給するカムシャフトと、支持台と、該支持台に取付けられ、前記カムシャフトを回転保持するベアリングと、支持金具によって前記支持台に固定され、前記カムシャフトに回転駆動力を供給する回転駆動装置と、4個のスイッチと、を備え、
4個の前記スイッチは何れも同一構成であり、各々の前記スイッチは、前記回転カムのリブ内面とカムフォロアローラを介して接触するカムフォロアと、前記回転カムの回転方向と直交する方向に前記カムフォロアの移動を制限する直動ガイドと、固定子と、前記カムフォロアによって動かされる可動子と、前記スイッチの閉時に前記固定子に対して前記可動子を所定の押付け力で押し付けるバネと、該バネの一端を固定するバネ端固定部と、から成り、前記バネの他端は、前記可動子に固定されていることを特徴とする切換開閉器。
【請求項8】
請求項7に記載の切換開閉器であって、
4個の前記スイッチは、前記回転カムの周方向に90度間隔をもって配置されていることを特徴とする切換開閉器。
【請求項9】
請求項8に記載の切換開閉器であって、
リブ形状の前記回転カムの内周形状は、前記カムシャフトの中心から前記カムフォロアローラの中心までの距離r1と、前記カムシャフトの中心から前記カムフォロアローラの中心までの距離r2とが、前記回転カムの回転角θに対して、前記回転カムの回転角θが大きくなると、回転中心からの距離が大きくなったり、小さくなるような120度間隔の回転対称形状に形成されていることを特徴とする切換開閉器。
【請求項10】
請求項9に記載の切換開閉器であって、
前記カムシャフトの中心から見て、9時、3時の位置に、各々の前記回転カムの径方向のリブ内周に凹部が形成されており、前記凹部の位置で前記回転カムの内周から前記カムフォロアローラが離れることを特徴とする切換開閉器。
【請求項11】
請求項10に記載の切換開閉器であって、
前記固定子は、前記カムシャフトの回転軸に対して最も離れた位置に配置されていることを特徴とする切換開閉器。
【請求項12】
請求項1に記載の切換開閉器であって、
前記カムが直動カムであり、前記直動カムが直動駆動装置よって水平方向に駆動されものであり、
前記直動カムの上側に6個のスイッチが配置され、前記直動カムの下側に6個のが、それぞれ対向するように配置され、
前記直動カムの上側に配置された6個の前記スイッチ及び前記直動カムの下側に配置された6個の前記スイッチは何れも同一構成であり、
各々の前記スイッチは、前記直動カムとカムフォロアローラを介して接触するカムフォロアと、前記直動カムの直動方向と直交する方向に前記カムフォロアの移動を制限する直動ガイドと、固定子と、前記カムフォロアによって動かされる可動子と、前記スイッチの閉時に前記固定子に対して前記可動子を所定の押付け力で押し付けるバネと、から構成されていることを特徴とする切換開閉器。
【請求項13】
請求項12に記載の切換開閉器であって、
前記バネの一端は前記可動子に接続され、前記バネの他端はバネ固定部に接続されていると共に、前記直動ガイドと前記固定子は支持台に固定されていることを特徴とする切換開閉器。
【請求項14】
請求項12又は13に記載の切換開閉器であって、
前記直動カムの前記スイッチが位置する部分の内周側には、凹部が上下(垂直)方向に形成されていることを特徴とする切換開閉器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は切換開閉器に係り、特に、可動子を駆動して固定子と接触させて閉とし、固定子から離して開とするスイッチを複数備えているものに好適な切換開閉器に関する。
【背景技術】
【0002】
切換開閉器の一例として、特許文献1には「負荷時タップ切換器」が記載されている。
【0003】
特許文献1の「負荷時タップ切換器」は、1つの回転カムと6個のカムフォロアによって、6個のスイッチを開閉するように構成された切換開閉器である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献1に記載の切換開閉器では、複数のスイッチを駆動するカムの駆動力に関しては特段の考慮がなされておらず、スイッチを増やすことでカムの駆動力が増加するため、カムを動かす機器が必要で、カムの駆動力が増加するための機器が大型化するという課題がある。
【0006】
また、カムに対するカムフォロアの押付け力についても特段の考慮がなされておらず、カムに対する複数のカムフォロアの押付け力の合力が、カムの駆動方向と異なる方向に発生するため、シャフトがベアリングに片当たりしてベアリングが摩耗するという課題がある。
【0007】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、スイッチを増やした場合であっても、カムの駆動力の増加を抑制可能で、カムを動かす機器が大型化しないことは勿論、カムフォロアの押付け力の合力がカムの駆動方向と異なる方向に発生しない切換開閉器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の切換開閉器は、上記目的を達成するために、複数の可動子を、少なくとも1つのカムと複数のカムフォロアで駆動し、スイッチが閉のときにバネの力によって前記可動子を固定子に押し付け、前記スイッチが開のときに前記バネの力が蓄積されて前記可動子が前記固定子から切り離される切換開閉器であって、
前記カムは、第1の方向に動くと共に、第2の方向に所定間隔をもって凹部を備え、前記凹部に沿って前記第2の方向に前記カムフォロアと前記可動子が動き、前記バネは前記第2の方向に圧縮され、前記スイッチが開となる向きに前記カムフォロアが動くと前記バネの圧縮力が増加し、かつ、前記スイッチが閉となる向きに前記カムフォロアが動くと前記バネの圧縮力が減少し、1つの前記スイッチが閉となる向きに前記カムフォロアが動くときに、隣接する他のカムフォロアは前記スイッチが開となる向きに動き、前記スイッチが閉の時に、前記カムと前記カムフォロアの間で隙間が空くように前記カムの凹部を形成し、前記スイッチが閉の時に前記バネの圧縮力が、前記可動子と前記固定子の間の押付け力として働くことを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、スイッチを増やした場合であっても、カムの駆動力の増加を抑制可能で、カムを動かす機器が大型化しないことは勿論、カムフォロアの押付け力の合力がカムの駆動方向と異なる方向に発生しない切換開閉器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【
図1】本発明の切換開閉器の実施例1を示し、回転カムの回転角が0度のときの正面図である。
【
図3】本発明の切換開閉器の実施例1を示し、回転カムの回転角が30度のときの正面図である。
【
図4】本発明の切換開閉器の実施例1における回転カムの回転中心からカムフォロアローラの中心までの距離r1及び回転カムの回転中心からカムフォロアローラの中心までの距離r2と回転カムの回転角θの関係を示す特性図である。
【
図5】本発明の切換開閉器の実施例1におけるバネの蓄積エネルギーと回転カムの回転角の関係を示す特性図である。
【
図6】本発明の切換開閉器の実施例1における可動子と固定子間の押付け力と回転カムの回転角の関係を示すグラフである。
【
図7】本発明の切換開閉器の実施例2を示し、
図2に相当する図である。
【
図8】本発明の切換開閉器の実施例3を示し、回転カムの回転角が0度のときの正面図である。
【
図9】本発明の切換開閉器の実施例3における回転カムの回転中心からカムフォロアローラr1の中心までの距離及び回転カムの回転中心からカムフォロアローラの中心までの距離r2と回転カムの回転角θの関係を示す特性図である。
【
図10】本発明の切換開閉器の実施例3におけるバネの蓄積エネルギーと回転カムの回転角θの関係を示す特性図である。
【
図11】本発明の切換開閉器の実施例4を示し、回転カムの回転角が0度のときの正面図である。
【
図12】本発明の切換開閉器の実施例4における切換開閉器の回転カムの回転角が45度のときの正面図である。
【
図13】本発明の切換開閉器の実施例4における回転カムの回転中心からカムフォロアローラの中心までの距離r1と回転カムの回転角θの関係を示す特性図である。
【
図14】本発明の切換開閉器の実施例4におけるバネの蓄積エネルギーと回転カムの回転角θの関係を示す特性図である。
【
図15】本発明の切換開閉器の実施例5を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において、同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。
【実施例0012】
【0013】
図1は、本実施例の切換開閉器1000Aの回転カム200aの回転角が0度のときの正面図、
図2は、
図1のA-A線に沿った断面図、
図3は、回転カム200aの回転角が30度のときの正面図、
図4は、回転カム200aの回転中心からカムフォロアローラ15の中心までの距離r1及び回転カム200aの回転中心からカムフォロアローラ16の中心までの距離r2と回転カム200aの回転角θの関係を示す特性図、
図5は、バネ11及び21の蓄積エネルギーE1及びE2と回転カム200aの回転角θの関係を示す特性図、
図6は、可動子13、23、33、45、53及び63と固定子12a及び12b、22a及び22b、32a及び32b、42a及び42b、52a及び52b、62a及び62b間の押付け力と回転カム200aの回転角θの関係を示すグラフである。
【0014】
本実施例の切換開閉器1000Aは、1つの回転カム200aと、この回転カム200aに回転駆動力を供給するカムシャフト300と、支持台800と、支持台800に取付けられ、カムシャフト300を回転保持するベアリング410と、支持金具420によって支持台800に固定され、カムシャフト300に回転駆動力を供給する回転駆動装置400と、6個のスイッチ19、29、39、49、59及び69と、を備えている。
【0015】
6個のスイッチ19、29、39、49、59及び69は何れも同一構成であり、
図1に示した最上部のスイッチ19は、回転カム200aとカムフォロアローラ15を介して接触するカムフォロア14と、回転カム200aの第1の方向である回転方向と直交する方向にカムフォロア14の移動を制限する直動ガイド16a、16bと、固定子12a、12bと、カムフォロア14によって動かされる可動子13と、スイッチ19の閉時に固定子12a、12bに対して可動子13を所定の押付け力で押し付けるバネ11と、を備えている。
【0016】
スイッチ19を構成する部品のうち、直動ガイド16a、16bと、固定子12a、12bとは、支持台800に固定されている。他の5つのスイッチ29、39、49、59及び69は、最上部のスイッチ19に対して、カムシャフト300の回転軸を中心に時計周り(周方向)に順次60度づつ回転した位置に、最上部のスイッチ19と同様に配置されている。
【0017】
回転カム200aの外周形状は、
図1に示したカムシャフト300の中心からカムフォロアローラ15の中心までの距離r1と、カムシャフト300の中心からカムフォロアローラ25の中心までの距離r2とが、図中θで示した回転カム200aの回転角に対して、
図4に示すように、回転カム200aの回転角θが大きくなると、回転中心からの距離rが大きくなったり、小さくなるような120度間隔の回転対称形状に形成されている。
【0018】
そして、
図1において、カムシャフト300の中心から見て、10時、2時、6時の位置に、各々、回転カム200aの外周の第2の方向である径方向に所定間隔をもって凹部201、202、203が形成されており、この凹部201、202、203の位置で、回転カム200aの外周からカムフォロアローラ25、45、65が離れる形状となっている。
図1に示した回転カム200aの回転角が0度の場合については、カムフォロアローラ25、45、65が、カム200aの外周から離れた状態となる。
【0019】
次に、本実施例の切換開閉器1000Aの動作を説明する。
【0020】
本実施例では、回転カム200aが
図1の回転角θで示した方向に回転する。
図1はθ=0度のときの状態を示したものであり、このときは、スイッチ19が開、スイッチ29が閉、スイッチ39が開、スイッチ49が閉、スイッチ59が開、スイッチ69が閉の状態であり、相互に隣接したスイッチの開閉状態が逆になっている。
【0021】
このとき閉となっているスイッチ29、49、69においては、
図1に示した如く、回転カム200aの外周の径方向に凹部201、202、203が形成されていることから、カムフォロアローラ25、45、65が、回転カム200aの外周から離れた状態となる。そのため、スイッチ29を構成するバネ21の圧縮力は、全て可動子23を固定子22a、22bに押し付ける力として働く。カムフォロア24による可動子23の保持に自由度を持たせておくことで、バネ21の圧縮力は均等に2分されて固定子22a、22bにF2/2の力が作用する。
【0022】
そして、可動子23が固定子22a、22bに所定の力で押し付けられるので、可動子23と固定子22a、22bの間の電気的な接触抵抗を小さくすることができる。スイッチ49、69についても同様である。
【0023】
一方、開となっているスイッチ19、39、59においては、可動子13、33、53と固定子12a及び12b、32a及び32b、52a及び52bが離れている。そのため、スイッチ19を構成するバネ11の圧縮力は全て、回転カム200aの表面への押付け力Fc1として作用する。同様にスイッチ39を構成するバネ31の圧縮力はFc3として、スイッチ59を構成するバネ51の圧縮力はFc5として、カム200aの表面への押付け力として作用する。
【0024】
これら圧縮力Fc1、Fc3、Fc5は、大きさが等しく、カムシャフト300の中心へ向いていると共に、向きが120度づつ異なっていることにより、回転カム200aに対する合力は0となる。そのため、回転カム200aに回転駆動力を与えるカムシャフト300に対しても、
図1の紙面内方向の力が加わらない。
【0025】
これにより、スイッチを増やした場合であっても、回転カム200aの駆動力の増加を抑制可能で、回転カム200aを動かす機器が大型化しないことは勿論、
図2に示したカムシャフト300を保持するベアリング410及び回転駆動装置400に偏心荷重が加わらないので、部材の保持強度を小さくすることができる。
【0026】
なお、スイッチ19について代表して示すと、可動子13と固定子12a、12bが離れているため、
図1に示した、各々の固定子12a、12bに作用する力F1/2の大きさは0である。スイッチ39、59についても同様である。
【0027】
次に、本実施例の切換開閉器1000Aの動的動作について、
図3、
図5及び
図6も参照しながら説明する。
【0028】
本実施例の切換開閉器1000Aの定常状態、即ち、スイッチ19、29、39、49、59及び69が所定の開閉状態となるのは、回転カム200aの回転角θが0度、60度、120度、180度、240度、300度、360度の位置にあるときである。これら定常状態の間の回転角θも含め、回転角θに応じてスイッチ19、29、39、49、59及び69を構成するバネ11、21、31、41、51及び61に蓄積されているエネルギーの変化を示したのが
図5である。
【0029】
図5においては、
図1及び
図3に示した回転カム200aの形状において、代表的にバネ11に蓄積されるエネルギーE1と、バネ21に蓄積されるエネルギーE2と、これらエネルギーの和であるE1+E2を示してある。バネ31、バネ51に蓄積されるエネルギーはE1に等しく、バネ41、バネ61に蓄積されるエネルギーはE2と等しい。
【0030】
以下、カム200aの回転角θが0度から60度まで変化する場合について説明する。
【0031】
図5に示したように、バネ11、21の蓄積エネルギーの和E1+E2は、30度の位置で最小値をとる。この回転カム200aの回転角θが30度のときの正面図が
図3に示したものである。蓄積エネルギーが最小ということは、この位置が機械エネルギー的に安定状態であることを意味する。
【0032】
従って、
図3において、スイッチ19が回転カム200aの表面に作用させる力Fc1と、スイッチ29が回転カム200aの表面に作用させる力Fc2の回転方向成分は釣り合っている状態であり、合力として回転カム200aを回転させる力は生じない。Fc3とFc4、Fc5とFc6の回転方向成分も同様である。
【0033】
回転カム200aの回転角θが0度から30度に変化する場合については、エネルギーの和E1+E2が小さくなる。装置内の摺動による摩擦損失を無視した場合、バネ11、21の蓄積エネルギーの減少分は、回転カム200aとカムフォロア14、24の運動エネルギーに変換されるので、回転カム200aとカムフォロア14、24が加速する方向に力が加わる。一方、回転カム200aの回転角θが30度から60度に変化する場合は、バネ11、21の蓄積エネルギーの和E1+E2を大きくする必要があり、バネ11、21の蓄積エネルギーの増加分は、回転カム200aとカムフォロア14、24の運動エネルギーの減少分で補われる。
【0034】
実際の切換開閉器においては、摺動部の摩擦損失があり、切換速度を速くしたい場合がある。この分のエネルギーのみを回転駆動装置400から供給すれば良いことから、バネ11、21の蓄積エネルギーの増減を適切に利用しない場合と比べて、回転駆動装置400に必要な駆動力を小さくすることが可能である。
【0035】
また、切換開閉器1000Aの定常状態、即ち、スイッチ19、29、39、49、59及び69が所定の開閉状態となる回転カム200aの回転角θが0度、60度、120度、180度、240度、300度、360度の位置にあるときには、
図6に示すように、可動子13、23、33、45、53及び63が固定子12a及び12b、22a及び22b、32a及び32b、42a及び42b、52a及び52b、62a及び62bに所定の力で押し付けられるので、可動子13、23、33、45、53及び63が固定子12a及び12b、22a及び22b、32a及び32b、42a及び42b、52a及び52b、62a及び62bの間の電気的な接触抵抗を小さくすることができる。
このような本実施例の切換開閉器1000Bの構成とすることにより、上述した実施例1と同様な効果が得られることは勿論、駆動力を小さくできるので多段化することが容易である。