負荷時タップ切換器
負荷時タップ切換器スイッチング機構２００が、複数の隆起部分３１１を画定する環状カム２１０と、少なくとも部分的に環状カムの内側に配置され、環状カムに対して回転可能なスイッチ・アセンブリ２２０であって、電気的スイッチ２２４ａおよび環状カムの内側面と係合しているカム・フォロア２２２ａを含むスイッチ・アセンブリ２２０と、を含んでおり、複数の隆起部分は、環状カムとスイッチ・アセンブリとが相対的に回転するとカム・フォロアを駆動するように構成されており、カム・フォロアの駆動によって電気的スイッチの動作が引き起こされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気変圧器に用いる負荷時タップ切換機構に関し、特に、負荷時タップ切り換え時の動作のタイミングを制御する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば変電所で使用される高電圧変圧器は、この変圧器から下流に引き出される電力量に応じて、電気的負荷が変動する。負荷時タップ切換器があれば、負荷電流を遮断することなく変圧器の巻線比を変更することが可能である。したがって、負荷時タップ切換器は、負荷電流を遮断することが望ましくない電力変圧器に有用である。
【０００３】
変圧器の巻線にいくつかのタップ位置を設けると、変圧器の巻線数を選択することが可能になり、可変巻線比を効果的に有する変圧器が製造可能になる。これにより、様々な負荷に適応するように変圧器の二次（出力）側の電圧を調整することが可能になる。
【０００４】
負荷時タップ切換器の典型的な回路設計を、図１に概略的に示す。負荷時タップ切換器１００は、第１の電気的端子１８０に接続された変圧器コイル１６０を含んでおり、変圧器コイル１６０は、コイル１８０の異なる巻線比を選択するためのいくつかのタップ位置スイッチ１１０、１１２を有している。ダイバータ・スイッチ１３０が、ロータリ・スイッチ・アーム１７０とダイバータ・インピーダンス１４０、１４２とを含んでおり、タップ位置スイッチ１１０、１１２を第２の電気的端子１９０に接続して回路を完結させる。
【０００５】
図１では、タップ位置スイッチ１１０が閉じており、対応するタップ位置を、ロータリ・スイッチ・アーム１７０を介して端子１９０に接続している。ダイバータ・インピーダンス１４０は短絡されている。
【０００６】
タップ切換器は、一連のステップを踏んで、スイッチ１１０、１１２に対応するタップ位置間の負荷時タップ切り換えを完了する。以下にそのあらましを示す。
・タップ・スイッチ１１２が閉じる。
・ダイバータ・スイッチ１３０のロータリ・スイッチ・アーム１７０が、電流がダイバータ・インピーダンス１４０のみを通って端子１９０に向かう位置まで、反時計回りに回転する。
・ロータリ・スイッチ・アーム１７０は、さらに、電流がダイバータ・インピーダンス１４０および１４２を同時に通る位置まで回転する。
・ロータリ・スイッチ・アーム１７０はさらに、電流がダイバータ・インピーダンス１４２のみを通って端子１９０に向かう位置まで回転する。
・ダイバータ・スイッチ１３０のロータリ・スイッチ・アーム１７０はさらに、ダイバータ・インピーダンス１４２が短絡されて負荷がタップ位置１１２を通って供給される位置まで回転する。
・タップ・スイッチ１１０が開く。
【０００７】
上記ステップは、いくつかの可能なタップ切り換えシーケンスの１つに過ぎないが、それらに関係する一般原理を示している。上記シーケンスと同様のイベントシーケンスを有する、より詳細なタップ切り換えシーケンスが、米国特許第４０８１７４１号明細書に開示されている。この明細書はさらに、真空遮断器とも呼ばれる真空スイッチの使用について示しており、真空スイッチは、負荷を１つのタップから別のタップに移す際に使用されて、望ましくない放電を防ぐ。
【０００８】
タップ切り換え動作には複雑な一連のステップが必要であり、通常は高電圧を扱うため、負荷時タップ切換器アセンブリは、傾向として、規模が大きく、機械的に複雑である。高電圧変圧器の場合、タップ切換器は、変圧器内のオイルが充填されたキャビティの中に取り付けられる場合が多く、その場合、タップ切換器の取り付けおよび取り外しは、変圧器に対して垂直方向に行わなければならない。これらの要件はいずれも、タップ切換器の取り付けおよび取り外しを困難かつ場合によっては危険にする傾向があり、特に、稼働中の変電所での作業がこれに該当する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、前述した問題のうちの１つまたは複数の問題に対処することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、負荷時タップ切換器スイッチング機構が提供され、これは、
複数の隆起部分を画定する環状カムと、
少なくとも部分的に環状カムの内側に配置され、環状カムに対して回転可能なスイッチ・アセンブリであって、電気的スイッチおよび環状カムの内側面と係合しているカム・フォロアを含むスイッチ・アセンブリと、を含んでおり、
複数の隆起部分は、スイッチ・アセンブリと環状カムとが相対的に回転するとカム・フォロアを駆動するように構成されており、カム・フォロアの駆動によって電気的スイッチの動作が引き起こされる。
【００１１】
本発明の第２の態様によれば、複数の隆起部分を画定する環状カムと、少なくとも部分的に環状カムの内側に配置され、環状カムに対して回転可能なスイッチ・アセンブリであって、電気的スイッチおよび環状カムの内側面と係合しているカム・フォロアを含むスイッチ・アセンブリと、を含んでいる負荷時タップ切換器スイッチング機構を操作する方法が提供され、この方法は、環状カムとスイッチ・アセンブリとが相対的に回転したときに、複数の隆起部分のうちの１つまたは複数の隆起部分との係合により、カム・フォロアを駆動し、カム・フォロアの駆動によって電気的スイッチの動作を引き起こすことを含む。
【００１２】
以下では、本発明の好ましい実施形態を、非限定的な例として、添付図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】負荷時タップ切換器の典型的な設計の回路図である。
【図２ａ】第１の位置関係にあるタップ切換器の概略平面図である。
【図２ｂ】第１の位置関係にあるタップ切換器の一代替実施形態の概略平面図である。
【図３ａ】図２ａのタップ切換器の詳細断面図である。
【図３ｂ】図２ａのタップ切換器の詳細断面図である。
【図３ｃ】図２ａのタップ切換器の詳細断面図である。
【図３ｄ】図２ｂのタップ切換器の詳細断面図である。
【図３ｅ】図２ｂのタップ切換器の詳細断面図である。
【図４】環状カムの周辺端部のまわりの滑動可能接点のペアの斜視図である。
【図５】電気的接点を有する取り付けフレームの内側にある環状カムの概略一部切欠き平面図である。
【図６】滑動可能接点のペアを有する接点搬送板の斜視図である。
【図７】接点搬送板の一部およびバネ荷重接点ピンの断面図である。
【図８】第２の位置関係にある図２のタップ切換器の概略平面図である。
【図９】第３の位置関係にある図２のタップ切換器の概略平面図である。
【図１０】タップ切換器の一代替構成の概略平面図である。
【図１１】図８の代替タップ切換器構成の滑動可能接点構成の概略断面図である。
【図１２】１フェーズ分のタップ切換器の一例示的実施形態の概略斜視図である。
【図１３】タップ切換器の電気的接続図である。
【図１４ａ】一例示的タップ切換器のスイッチング・シーケンスを示す図である。
【図１４ｂ】一例示的タップ切換器のスイッチング・シーケンスを示す図である。
【図１５ａ】一例示的タップ切換器アセンブリの斜視図である。
【図１５ｂ】図１５ａの例示的タップ切換器の選択された部分の一代替斜視図である。
【図１６】回転可能な接点構成の斜視図である。
【図１７ａ】様々な位置関係にある、図１６の回転可能な接点構成の断面図である。
【図１７ｂ】様々な位置関係にある、図１６の回転可能な接点構成の断面図である。
【図１７ｃ】様々な位置関係にある、図１６の回転可能な接点構成の断面図である。
【図１７ｄ】様々な位置関係にある、図１６の回転可能な接点構成の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１については、既に、前述の本発明の背景技術に関して説明した。
【００１５】
図２ａは、本発明の一態様によるタップ切換機構２００を示す。ここでは、スイッチング・アセンブリ２２０が環状カム２１０の内側に配置されている。スイッチング・アセンブリ２２０は、第１および第２の真空スイッチ２２４ａ、２２４ｂを含んでおり、これらのそれぞれは、接続リンケージ２２６ａ、２２６ｂを介して、それぞれのカム・フォロア２２２ａ、２２２ｂと接続されている。真空スイッチ２２４ａ、２２４ｂは、負荷時タップ切換器のダイバータ・スイッチ接点を提供し、各真空スイッチ２２４ａ、２２４ｂは、それぞれのカム・フォロア２２２ａ、２２２ｂおよび接続リンケージ２２６ａ、２２６ｂによって駆動される。
【００１６】
図２ｂは、タップ切換機構の一代替実施形態２００’を示す。ここでは、識別されている要素２１０’、２２０’、２２２ａ’、２２２ｂ’、２２４ａ’、２２４ｂ’、２２６ａ’、２２６ｂ’が、図２ａの実施形態で識別されている、同様の番号の各要素に対応している。しかしながら、接続リンケージ２２６ａ’、２２６ｂ’が、図２の２２６ａ、２２６ｂとは異なる構成になっており、具体的には、カム・フォロア用バイアス手段が、戻しバネ２２８ａ’、２２８ｂ’の形でカム・フォロア２２２ａ’、２２２ｂ’と一直線上に設けられている（図２ａでは、真空スイッチ２２４ａ、２２４ｂと一直線上に設けられている）。このバイアスされた戻し機構については、後述の図３ｄおよび図３ｅで詳細に示している。
【００１７】
図２ａの真空スイッチ２２４ａ、接続リンケージ２２６ａ、カム・フォロア２２２ａ、および環状カム２１０のより詳細な断面図を、他の関連する構成要素とともに、図３ａから図３ｃに示す。
【００１８】
環状カム２１０とスイッチング・アセンブリ２２０とが相対的に回転すると、カム・フォロア２２２ａは、環状カム２１０の内側面の外形３１０をなぞって、カム・フォロア２２２ａの半径方向の直線的な動き、すなわち、環状カム２１０に対してスイッチング・アセンブリ２２２の回転の軸とほぼ直交する方向の動き、を引き起こす。この半径方向の直線的な動きは、真空スイッチ２２４ａを開閉するように作用する。図３ａから図３ｃは、この作用が行われる様子を示すシーケンスを表しており、真空スイッチ２２４ａは、図３ａおよび図３ｂでは閉じており、図３ｃでは開いている。図３ａから図３ｃでは、ペアのスイッチ２２４ａ、２２４ｂのうちの一方の真空スイッチ２２４ａだけを示している。
【００１９】
図３ａに示すように、たとえば、摩耗を低減するために回転可能なホイールを含んでよいカム・フォロア２２２ａは、環状カム２１０がスイッチング・アセンブリ２２０に対して回転すると、環状カム２１０の外形３１０をなぞる。カム・フォロア２２２ａは、接続リンケージ２２６ａと真空スイッチ２２４ａとの間に配置された第１のバネ（開口バネ）３２０によって、環状カム２１０に対してバイアスされている。
【００２０】
図３ａに示すように、第１および第２のバネ３２０、３３０は、両方とも、プランジャ３４０および接続ロッド３５０からなる真空スイッチ・アクチュエータを中心とする同軸上に配置されており、真空スイッチ２２４ａは、矢印３７０で示された方向にプランジャ３４０が滑動することによって駆動される、すなわち、開く。接続ロッド３５０上に位置するロックナット３６０が、接続リンケージ２２６ａの端部停止装置になっており、接続リンケージ２２６ａは、開口バネ３２０で与えられるバイアスに対して接続ロッドに沿って滑動可能である。
【００２１】
環状カム２１０の外形３１０は、複数の隆起部分３１１を含み、これらの隆起部分３１１は、環状カム２１０の周囲の円周方向に間隔をおいて配置されており、各隆起部分３１１は、ほぼ共通の直径３１５に対応する。カム・フォロア２２２ａが隆起部分３１１の１つに当たっているときには、真空スイッチ２２４ａは閉じている。
【００２２】
図３ｂでは、環状カム２１０は、矢印３８０で示されるように、スイッチング・アセンブリ２２０に対して時計回りに回転したところであり、これにより、カム・フォロア２２２ａは、外形３１０をなぞって、接続リンケージ２２６ａを真空スイッチ２２４ａから離すように持ち上げている。一代替構成として、環状カム２１０を固定して、スイッチング・アセンブリ２２０を逆方向に回転させても、同じ効果が得られる。この中間的な位置関係では、接続リンケージ２２６ａは、ロックナット３６０による端部停止装置に当たっており、真空スイッチは、接触圧バネ３３０からかかる圧力によって、閉じたままである。接続リンケージ２２６ａと真空スイッチ２２４ａとの間の距離Ｄ１、ならびに接続リンケージ２２６ａとプランジャ３４０との間の距離Ｄ２は、両方とも、図３ａに示された距離Ｄ１、Ｄ２に比べて、同じ量だけ増えている。
【００２３】
次に図３ｃでは、環状カム２１０は、矢印３８０で示されるように、スイッチング・アセンブリ２２０に対して時計回りにさらに回転したところであり、これにより、カム・フォロア２２２ａは、外形３１０をなぞって、接続リンケージ２２６ａを真空スイッチ２２４ａからさらに離すように持ち上げており、カム・フォロア２２２ａは、隣接する２つの隆起部分３１１の間の谷部３１２に収まっている。この位置関係では、カム・フォロア２２２ａは、真空スイッチ２２４ａから最も離れている。接続リンケージ２２６ａと真空スイッチ２２４ａとの間の距離Ｄ１は、図３ａに示された距離Ｄ１に比べてさらに増えているが、接続リンケージ２２６ａとプランジャ３４０との間の距離Ｄ２は、図３ｂと同じままであり、これは、プランジャ３４０が真空スイッチ２２４ａから持ち上がっているためである。結果として、真空スイッチ２２４ａは、この時点では開いている。
【００２４】
図３ｄおよび図３ｅは、図２ｂの代替実施形態を示しており、図３ａおよび図３ｃの実施形態の配置に対応する断面図、すなわち、真空スイッチが閉じた状態（図３ｄ）と開いた状態（図３ｅ）の断面図を示している。同様のラベル付けがなされた各構成要素は、図３ａから図３ｃに示された各構成要素に対応する機能を有している。第１のバネ３２０’が、カム・フォロア２２２ａ’を、環状カム２１０’の内側周辺部に対してバイアスしており、第２のバネ３３０’が、カム・フォロア２２２ａ’が環状カム２１０’上の谷部３１２’に入ったときにリンケージ２２６ａ’を駆動することにより、真空スイッチ２２４ａ’を開くように動作する。したがって、スイッチング・アセンブリ２２０’の動作は、図２ａおよび図３ａから図３ｃの実施形態とよく似ているが、バネ３２０’、３３０’は、真空スイッチ２２４ａ’につながっているプランジャ３５０’に対してではなく、カム・フォロア２２２ａ’を駆動する滑動可能プランジャ３５１に対して動作する。この配置により、構造が簡単になり、スイッチング・アセンブリ２２０’の全体サイズが小さくなる。さらにこの構成によって、駆動機構の安定性が高まり、使用時に機構が動けなくなる可能性が低減される。これは、バイアスする機構がカム・フォロア２２２ａ’の直線運動と直接リンクしていることにより、駆動中に真空スイッチ・プランジャ３５０’に発生する回転モーメントを最小にするもしくはゼロにするためである。
【００２５】
次に図４を参照すると、導電性滑動可能接点４１０ａ、４１０ｂが、回転可能環状カム２１０の外側湾曲面４２０上に配置されており、外側湾曲面４２０は、ポリマーのような絶縁性材料で作られていることが好ましい。図示した実施形態では、導電性滑動可能接点４１０ａ、４１０ｂも湾曲している。環状カム２１０は、フレームの内側での取り付けおよび回転可能な係合（図５を参照）のために、外側平坦フランジ付き部分４５０をさらに含んでよい。
【００２６】
図４では、滑動可能接点４１０ａ、４１０ｂは、環状カム２１０の回転方向４３０において、相互に食い違う位置関係になっている。滑動可能接点４１０ａ、４１０ｂは、環状カム２１０の内側面４４０上の隆起部分３１１に対して、環状カム２１０の外側面４２０の周囲の特定の位置に配置されている。接点４１０ａ、４１０ｂは、環状カムの外形３１０と同じ速度で動くため、環状カム２１０の回転によるタップ切り換え動作の間のスイッチング・アセンブリ２２０の駆動のタイミングは、接点４１０ａ、４１０ｂの動きと同期する。
【００２７】
図５は、図４に示したタイプの環状カム２１０が取り付けフレーム５１０の内側に回転可能に取り付けられている様子を平面図で示したものであり、取り付けフレーム５１０は、複数の電気的接点を端子５２０ａ、５２０ｂの形で含んでいる。滑動可能接点４１０ａ、４１０ｂは、バネ荷重ピン５３０ａ、５３０ｂ（バネ自体は図５に示していない）をそれぞれの電気的接点５２０ａ、５２０ｂと強制的に接触させる。各ピン５３０ａ、５３０ｂは、滑動可能接点４１０ａ、４１０ｂが後続の端子５２０ｂに向かって動くと、接触が外れる。
【００２８】
環状カム２１０の隆起部分３１１に対して滑動可能接点４１０を厳密に位置決めすることにより、所与のタップ切り換え動作について、スイッチング・イベントのシーケンスを正確に決定することが可能である。
【００２９】
一代替実施形態では、固定された環状カム２１０に対してスイッチング・アセンブリ２２０が回転可能であり、図６に示すように、接点搬送板が導電性滑動可能接点を搬送する。接点搬送板６００は、取り付け点６０５のまわりをスイッチング・アセンブリ２２０とともに回転するために取り付けられており、接点搬送板６００の下側に導電性滑動可能接点６１０ａ、６１０ｂが配置されており、接点搬送板６００は、ポリマーのような絶縁性材料で作られていることが好ましい。導電性滑動可能接点６１０ａ、６１０ｂは、図７に詳細に示すように、接点搬送板６００上にバネで取り付けられていることが好ましい。図４および５に示した回転可能な環状カム２１０の場合と同様に、滑動可能電気的接点６１０ａ、６１０ｂは、接点搬送板６００の回転方向６３０において、相互に食い違う位置関係で配置されており、これによって、スイッチング・アセンブリ２２０および接点搬送板６００の回転に、タップ切り換え動作中のスイッチングが同期することが可能になっている。
【００３０】
図７は、接点搬送板６００の断面を詳細に示している。滑動可能電気的接点の１つである６１０ａが示されており、６１０ａはバネで接点搬送板６００に取り付けられている。接点搬送板６００が回転すると、接点６１０ａは、ピン７１０に向かって移動する。ピン７１０も、バネで取り付けられていてよい。接点６１０ａおよびピン７１０の一方または両方が、先細りの、または丸みを帯びた前縁を有することが好ましい。これは、接点６１０ａの横方向の動きによってピンが電気的端子７２０と電気的に接触するようにするためである。
【００３１】
図８および図９は、図２の機構における、スイッチング・アセンブリ２２０に対する環状カム２１０の異なる回転角度に対応する異なる位置関係を示している。図２では、両方の真空スイッチ２２４ａ、２２４ｂが閉じており、環状カム２１０が、図２の回転角度から回転すると、位置関係は図８のように変化し、第１のカム・フォロア２２２ａがカム外形をなぞって、隣接する２つの隆起部分３１１の間の谷部３１２に向かうと、第１の真空スイッチ２２４ａが開き、第２の真空スイッチ２２４ｂは閉じたままである。環状カム２１０がさらに回転すると、図９に示すように、これらの真空スイッチの開閉が逆になって、第１の真空スイッチ２２４ａは閉じ、第２の真空スイッチ２２４ｂは開く。環状カム２１０が回転し続けると、このスイッチング・シーケンスが繰り返され、このシーケンスは、前述のように、環状カム２１０の外側面の周囲の、または接点搬送板６００の下側の、滑動可能電気的接点によってなされる電気的接点のシーケンスと同期している。
【００３２】
スイッチング・アセンブリが環状カムに対して回転可能である構成を、図１０に示す。スイッチング・アセンブリ８２０は、取り付け点８５０のまわりを回転することが可能であり、環状カム８１０および取り付けフレーム８３０は固定されている。環状カム８１０は取り付けフレーム８３０に対して回転しないので、取り付けフレーム８３０自体の内側面にカム外形３１０を形成することが可能である。電気的接点７２０（図７）は、取り付けフレーム８３０の平坦面上に示されている。接点搬送板上の滑動可能接点（図示せず）は、スイッチング・アセンブリ８２０とともに回転することが可能であり、図７に詳細に示すように、取り付けフレーム８３０の平坦面に沿って滑動する。この様子を、図１１に詳細に示す。図１１では、回転可能な接点搬送板６００上の滑動可能接点９１０が、矢印９２０で示された方向で接触ピン８４０に近づきつつある。回転可能な接点搬送板６００への滑動可能接点９１０の配置は、必要な場合に、固定取り付けフレーム８３０内のピン８４０に対する滑動可能接点９１０の動きによって電気的接触が成立したり断絶したりするのに同期して、真空スイッチを用いて、必要なタップ切り換え能力が得られるように行うことが可能である。
【００３３】
本発明の一態様によるタップ切換機構の典型的な実装では、各フェーズごとに２つの真空スイッチ（真空ボトルとも呼ばれる）を用いることが必要になり、タップ切換器全体としては、全部で６個の真空ボトルを用いることになる。図１２は、１フェーズ分のそのようなタップ切換器の一例示的実施形態の概略斜視図を示す。駆動歯車１０１０が、接続シャフト１０１５を介して、スイッチング・アセンブリ１０２０に接続されている。スイッチング・アセンブリ１０２０は、２つの真空スイッチを含み、環状カム１０３０上に取り付けられている。環状カム１０３０自体は、防護板１０４０の内側に取り付けられている。駆動歯車１０１０が回転すると、図８に示した構成を含むスイッチング・アセンブリ１０２０が環状カム１０３０に対して回転して、必要なスイッチング動作のシーケンスを駆動することにより、タップ切り換え動作が実施される。
【００３４】
本発明によるタップ切換器に必要な電気的接続を示す基本的な電気回路を、図１３に示す。変圧器コイル１３２０が、共通端子１３１９と、様々な出力負荷を可能にするように配置された複数の電気的タップ１３０２〜１３１８とを含んでいる。スイッチング・アセンブリ２２０は、たとえば、矢印１３１０で示された方向に、回転するように配置され、これによって、アセンブリ２２０が回転しながら端子１３０１を選択された電気的タップ端子１３０２〜１３１８に接続するのに伴って、連続的な電気的接続が行われる。
【００３５】
図１４ａおよび図１４ｂは、本発明の一態様による負荷時タップ切換器のスイッチング動作の典型的なシーケンスを示す。スイッチング・アセンブリ２２０が、矢印１４１０で示されるように位置Ａから位置Ｂまで回転すると、図１４ｂの線図に示されるように、スイッチング動作のシーケンスが実行される。位置Ａでは、真空スイッチＶMおよびＶRの両方が閉じており、端子スイッチＭは閉じており、バイパス抵抗スイッチＲ1は開いている。スイッチング・アセンブリ２２０が動いて位置Ａから離れると、バイパス抵抗スイッチＲ1が閉じ、続いて、真空スイッチＶMが開き、端子スイッチＭが開く。スイッチング・アセンブリ２２０がさらに回転すると、端子スイッチＭが閉じ、続いて真空スイッチＶMが閉じる。次に真空スイッチＶRが開き、続いて、バイパス抵抗スイッチＲ1が開き、真空スイッチＶRが再度閉じて、スイッチング動作が完了する。各スイッチング動作は、前述のように、環状カムの滑動可能接点、ピン、および隆起部分の相対的な位置関係に従って同期している。
【００３６】
図１５ａは、本発明によるタップ切換器アセンブリ１５０の一代替例示的実施形態の斜視図を示す。ここでは、環状カム２１０’が取り付けフレームまたはメインボード１５３に固定されており、スイッチング・アセンブリ２２０’が、環状カム２１０’の内側でメインボード１５３に回転可能に取り付けられている。スイッチング・アセンブリ２２０’は、中心シャフト１５１のまわりを回転することが可能であり、中心シャフト１５１は、スイッチング・アセンブリ２２０’が回転する中心の軸を画定するとともに、タップ切換器アセンブリ１５０の集中電気的接点としても動作すること、すなわち、図１３に示された端子１３０１に電気的に接続可能であること、が好ましい。スイッチング・アセンブリ２２０’は、カム・フォロア２２２ａ’、２２２ｂ’によって駆動されて動作する真空スイッチ２２４ａ’、２２４ｂ’と、さらに（図１５ｂおよび図１６を参照して後述する）接点構成とを含み、これらすべてが一体となって、環状カム２１０’に対して回転することが可能である。環状カム２１０’に対してスイッチング・アセンブリ２２０’が回転すると、前述したようにスイッチング動作のシーケンスが発生し、環状カム２１０’の周辺部のまわりに配置された隣接する接点シャフト１５２同士の間で電気的接点が切り換わる。接点シャフト１５２は、タップ切換器アセンブリ１５０を接続する変圧器にある各タップ１３０２〜１３１８（図１３）との電気的接続を提供する。
【００３７】
図１５ａに示した実施形態は、アセンブリ１５０全体のサイズが従来のタップ切換器より小さいという、本発明の有利な特徴を示しており、これは、スイッチング・アセンブリ２２０’が環状カム２１０’で画定された内部空間内に設けられ、環状カム２１０’で画定された平面内で回転可能であるためである。カム・フォロア２２２ａ’、２２２ｂ’を環状カム２１０’の内側面に対してバイアスして配置することにより、真空スイッチ２２４ａ’、２２４ｂ’を環状カム２１０’の面内で、すなわち、回転軸に垂直に、駆動することが可能であり、これによって、タップ切換器アセンブリ１５０の全体高さを抑えることが可能である。さらに、この配置によって、タップ切換器アセンブリ１５０全体の機械的設計がかなり単純になる。
【００３８】
図１５ａのタップ切換器アセンブリ１５０の別の斜視図を、図１５ｂに示す。図１５ｂは、メインボード１５３を取り外した、環状カム２１０’およびスイッチング・アセンブリ２２０’の下側を示している。この図では、前述の接点構成１５４を見ることができる。さらに、接点構成１５４だけを切り離したものを、図１６に示す。接点構成１５４は、バネでバイアスされた２つの滑動可能接点１５５ａ、１５５ｂを含み、第１の接点１５５ａは、主電気的接点、すなわち、通常使用時に電流を搬送する接点であり、第２の接点１５５ｂは、タップ切り換え動作時にバイパス抵抗との接続を仲介する抵抗接点である。２つの接点１５５ａ、１５５ｂは、典型的には、電流搬送要件が異なるためにサイズが異なるが、動作は同様であり、どちらも、使用時に、環状カム２１０’のまわりに配置された接点シャフト１５２の１つに対して弾力によってバイアスされている。前述の他の実施形態と同様に、接点１５５ａ、１５５ｂは、スイッチング・アセンブリ上に食い違いの配置で設けられており、これは、タップ切り換え動作時に、電気的接続が、正しいシーケンスで、かつ、真空スイッチの動作と同期して行われるようにするためである。
【００３９】
図１７は、接点構成１５４が、第１の接点シャフト１５２ａにある第１のタップ位置から、第２の接点シャフト１５２ｂにある第２のタップ位置への接続切り換えを引き起こす一例示的動作シーケンスを示す。接点１５５、すなわち、主接点１５５ａまたは抵抗接点１５５ｂのいずれか、は、最初、第１の接点シャフト１５２ａに対してバイアスされている。接点アセンブリ１５４が回転すると、接点１５５は、第１の接点シャフト１５２ａから切り離され、第２の接点シャフト１５２ｂと接続される。接点１５５が主接点１５５ａである場合、第１の接点シャフト１５２ａとの接触が断絶してから第２の接点シャフト１５２ｂとの接触が成立するまでのわずかな間隔において、主接点１５５ａからオフセットされている抵抗接点１５５ｂは、第２の接点シャフト１５２ｂを介して電流を搬送する。
【００４０】
他の実施形態も、添付の請求項で定義される本発明の範囲に含まれるものとする。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気変圧器に用いる負荷時タップ切換機構に関し、特に、負荷時タップ切り換え時の動作のタイミングを制御する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば変電所で使用される高電圧変圧器は、この変圧器から下流に引き出される電力量に応じて、電気的負荷が変動する。負荷時タップ切換器があれば、負荷電流を遮断することなく変圧器の巻線比を変更することが可能である。したがって、負荷時タップ切換器は、負荷電流を遮断することが望ましくない電力変圧器に有用である。
【０００３】
変圧器の巻線にいくつかのタップ位置を設けると、変圧器の巻線数を選択することが可能になり、可変巻線比を効果的に有する変圧器が製造可能になる。これにより、様々な負荷に適応するように変圧器の二次（出力）側の電圧を調整することが可能になる。
【０００４】
負荷時タップ切換器の典型的な回路設計を、図１に概略的に示す。負荷時タップ切換器１００は、第１の電気的端子１８０に接続された変圧器コイル１６０を含んでおり、変圧器コイル１６０は、コイル１８０の異なる巻線比を選択するためのいくつかのタップ位置スイッチ１１０、１１２を有している。ダイバータ・スイッチ１３０が、ロータリ・スイッチ・アーム１７０とダイバータ・インピーダンス１４０、１４２とを含んでおり、タップ位置スイッチ１１０、１１２を第２の電気的端子１９０に接続して回路を完結させる。
【０００５】
図１では、タップ位置スイッチ１１０が閉じており、対応するタップ位置を、ロータリ・スイッチ・アーム１７０を介して端子１９０に接続している。ダイバータ・インピーダンス１４０は短絡されている。
【０００６】
タップ切換器は、一連のステップを踏んで、スイッチ１１０、１１２に対応するタップ位置間の負荷時タップ切り換えを完了する。以下にそのあらましを示す。
・タップ・スイッチ１１２が閉じる。
・ダイバータ・スイッチ１３０のロータリ・スイッチ・アーム１７０が、電流がダイバータ・インピーダンス１４０のみを通って端子１９０に向かう位置まで、反時計回りに回転する。
・ロータリ・スイッチ・アーム１７０は、さらに、電流がダイバータ・インピーダンス１４０および１４２を同時に通る位置まで回転する。
・ロータリ・スイッチ・アーム１７０はさらに、電流がダイバータ・インピーダンス１４２のみを通って端子１９０に向かう位置まで回転する。
・ダイバータ・スイッチ１３０のロータリ・スイッチ・アーム１７０はさらに、ダイバータ・インピーダンス１４２が短絡されて負荷がタップ位置１１２を通って供給される位置まで回転する。
・タップ・スイッチ１１０が開く。
【０００７】
上記ステップは、いくつかの可能なタップ切り換えシーケンスの１つに過ぎないが、それらに関係する一般原理を示している。上記シーケンスと同様のイベントシーケンスを有する、より詳細なタップ切り換えシーケンスが、米国特許第４０８１７４１号明細書に開示されている。この明細書はさらに、真空遮断器とも呼ばれる真空スイッチの使用について示しており、真空スイッチは、負荷を１つのタップから別のタップに移す際に使用されて、望ましくない放電を防ぐ。
【０００８】
タップ切り換え動作には複雑な一連のステップが必要であり、通常は高電圧を扱うため、負荷時タップ切換器アセンブリは、傾向として、規模が大きく、機械的に複雑である。高電圧変圧器の場合、タップ切換器は、変圧器内のオイルが充填されたキャビティの中に取り付けられる場合が多く、その場合、タップ切換器の取り付けおよび取り外しは、変圧器に対して垂直方向に行わなければならない。これらの要件はいずれも、タップ切換器の取り付けおよび取り外しを困難かつ場合によっては危険にする傾向があり、特に、稼働中の変電所での作業がこれに該当する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、前述した問題のうちの１つまたは複数の問題に対処することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、負荷時タップ切換器スイッチング機構が提供され、これは、
複数の隆起部分を画定する環状カムと、
少なくとも部分的に環状カムの内側に配置され、環状カムに対して回転可能なスイッチ・アセンブリであって、電気的スイッチおよび環状カムの内側面と係合しているカム・フォロアを含むスイッチ・アセンブリと、を含んでおり、
複数の隆起部分は、スイッチ・アセンブリと環状カムとが相対的に回転するとカム・フォロアを駆動するように構成されており、カム・フォロアの駆動によって電気的スイッチの動作が引き起こされる。
【００１１】
本発明の第２の態様によれば、複数の隆起部分を画定する環状カムと、少なくとも部分的に環状カムの内側に配置され、環状カムに対して回転可能なスイッチ・アセンブリであって、電気的スイッチおよび環状カムの内側面と係合しているカム・フォロアを含むスイッチ・アセンブリと、を含んでいる負荷時タップ切換器スイッチング機構を操作する方法が提供され、この方法は、環状カムとスイッチ・アセンブリとが相対的に回転したときに、複数の隆起部分のうちの１つまたは複数の隆起部分との係合により、カム・フォロアを駆動し、カム・フォロアの駆動によって電気的スイッチの動作を引き起こすことを含む。
【００１２】
以下では、本発明の好ましい実施形態を、非限定的な例として、添付図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】負荷時タップ切換器の典型的な設計の回路図である。
【図２ａ】第１の位置関係にあるタップ切換器の概略平面図である。
【図２ｂ】第１の位置関係にあるタップ切換器の一代替実施形態の概略平面図である。
【図３ａ】図２ａのタップ切換器の詳細断面図である。
【図３ｂ】図２ａのタップ切換器の詳細断面図である。
【図３ｃ】図２ａのタップ切換器の詳細断面図である。
【図３ｄ】図２ｂのタップ切換器の詳細断面図である。
【図３ｅ】図２ｂのタップ切換器の詳細断面図である。
【図４】環状カムの周辺端部のまわりの滑動可能接点のペアの斜視図である。
【図５】電気的接点を有する取り付けフレームの内側にある環状カムの概略一部切欠き平面図である。
【図６】滑動可能接点のペアを有する接点搬送板の斜視図である。
【図７】接点搬送板の一部およびバネ荷重接点ピンの断面図である。
【図８】第２の位置関係にある図２のタップ切換器の概略平面図である。
【図９】第３の位置関係にある図２のタップ切換器の概略平面図である。
【図１０】タップ切換器の一代替構成の概略平面図である。
【図１１】図８の代替タップ切換器構成の滑動可能接点構成の概略断面図である。
【図１２】１フェーズ分のタップ切換器の一例示的実施形態の概略斜視図である。
【図１３】タップ切換器の電気的接続図である。
【図１４ａ】一例示的タップ切換器のスイッチング・シーケンスを示す図である。
【図１４ｂ】一例示的タップ切換器のスイッチング・シーケンスを示す図である。
【図１５ａ】一例示的タップ切換器アセンブリの斜視図である。
【図１５ｂ】図１５ａの例示的タップ切換器の選択された部分の一代替斜視図である。
【図１６】回転可能な接点構成の斜視図である。
【図１７ａ】様々な位置関係にある、図１６の回転可能な接点構成の断面図である。
【図１７ｂ】様々な位置関係にある、図１６の回転可能な接点構成の断面図である。
【図１７ｃ】様々な位置関係にある、図１６の回転可能な接点構成の断面図である。
【図１７ｄ】様々な位置関係にある、図１６の回転可能な接点構成の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１については、既に、前述の本発明の背景技術に関して説明した。
【００１５】
図２ａは、本発明の一態様によるタップ切換機構２００を示す。ここでは、スイッチング・アセンブリ２２０が環状カム２１０の内側に配置されている。スイッチング・アセンブリ２２０は、第１および第２の真空スイッチ２２４ａ、２２４ｂを含んでおり、これらのそれぞれは、接続リンケージ２２６ａ、２２６ｂを介して、それぞれのカム・フォロア２２２ａ、２２２ｂと接続されている。真空スイッチ２２４ａ、２２４ｂは、負荷時タップ切換器のダイバータ・スイッチ接点を提供し、各真空スイッチ２２４ａ、２２４ｂは、それぞれのカム・フォロア２２２ａ、２２２ｂおよび接続リンケージ２２６ａ、２２６ｂによって駆動される。
【００１６】
図２ｂは、タップ切換機構の一代替実施形態２００’を示す。ここでは、識別されている要素２１０’、２２０’、２２２ａ’、２２２ｂ’、２２４ａ’、２２４ｂ’、２２６ａ’、２２６ｂ’が、図２ａの実施形態で識別されている、同様の番号の各要素に対応している。しかしながら、接続リンケージ２２６ａ’、２２６ｂ’が、図２の２２６ａ、２２６ｂとは異なる構成になっており、具体的には、カム・フォロア用バイアス手段が、戻しバネ２２８ａ’、２２８ｂ’の形でカム・フォロア２２２ａ’、２２２ｂ’と一直線上に設けられている（図２ａでは、真空スイッチ２２４ａ、２２４ｂと一直線上に設けられている）。このバイアスされた戻し機構については、後述の図３ｄおよび図３ｅで詳細に示している。
【００１７】
図２ａの真空スイッチ２２４ａ、接続リンケージ２２６ａ、カム・フォロア２２２ａ、および環状カム２１０のより詳細な断面図を、他の関連する構成要素とともに、図３ａから図３ｃに示す。
【００１８】
環状カム２１０とスイッチング・アセンブリ２２０とが相対的に回転すると、カム・フォロア２２２ａは、環状カム２１０の内側面の外形３１０をなぞって、カム・フォロア２２２ａの半径方向の直線的な動き、すなわち、環状カム２１０に対してスイッチング・アセンブリ２２２の回転の軸とほぼ直交する方向の動き、を引き起こす。この半径方向の直線的な動きは、真空スイッチ２２４ａを開閉するように作用する。図３ａから図３ｃは、この作用が行われる様子を示すシーケンスを表しており、真空スイッチ２２４ａは、図３ａおよび図３ｂでは閉じており、図３ｃでは開いている。図３ａから図３ｃでは、ペアのスイッチ２２４ａ、２２４ｂのうちの一方の真空スイッチ２２４ａだけを示している。
【００１９】
図３ａに示すように、たとえば、摩耗を低減するために回転可能なホイールを含んでよいカム・フォロア２２２ａは、環状カム２１０がスイッチング・アセンブリ２２０に対して回転すると、環状カム２１０の外形３１０をなぞる。カム・フォロア２２２ａは、接続リンケージ２２６ａと真空スイッチ２２４ａとの間に配置された第１のバネ（開口バネ）３２０によって、環状カム２１０に対してバイアスされている。
【００２０】
図３ａに示すように、第１および第２のバネ３２０、３３０は、両方とも、プランジャ３４０および接続ロッド３５０からなる真空スイッチ・アクチュエータを中心とする同軸上に配置されており、真空スイッチ２２４ａは、矢印３７０で示された方向にプランジャ３４０が滑動することによって駆動される、すなわち、開く。接続ロッド３５０上に位置するロックナット３６０が、接続リンケージ２２６ａの端部停止装置になっており、接続リンケージ２２６ａは、開口バネ３２０で与えられるバイアスに対して接続ロッドに沿って滑動可能である。
【００２１】
環状カム２１０の外形３１０は、複数の隆起部分３１１を含み、これらの隆起部分３１１は、環状カム２１０の周囲の円周方向に間隔をおいて配置されており、各隆起部分３１１は、ほぼ共通の直径３１５に対応する。カム・フォロア２２２ａが隆起部分３１１の１つに当たっているときには、真空スイッチ２２４ａは閉じている。
【００２２】
図３ｂでは、環状カム２１０は、矢印３８０で示されるように、スイッチング・アセンブリ２２０に対して時計回りに回転したところであり、これにより、カム・フォロア２２２ａは、外形３１０をなぞって、接続リンケージ２２６ａを真空スイッチ２２４ａから離すように持ち上げている。一代替構成として、環状カム２１０を固定して、スイッチング・アセンブリ２２０を逆方向に回転させても、同じ効果が得られる。この中間的な位置関係では、接続リンケージ２２６ａは、ロックナット３６０による端部停止装置に当たっており、真空スイッチは、接触圧バネ３３０からかかる圧力によって、閉じたままである。接続リンケージ２２６ａと真空スイッチ２２４ａとの間の距離Ｄ１、ならびに接続リンケージ２２６ａとプランジャ３４０との間の距離Ｄ２は、両方とも、図３ａに示された距離Ｄ１、Ｄ２に比べて、同じ量だけ増えている。
【００２３】
次に図３ｃでは、環状カム２１０は、矢印３８０で示されるように、スイッチング・アセンブリ２２０に対して時計回りにさらに回転したところであり、これにより、カム・フォロア２２２ａは、外形３１０をなぞって、接続リンケージ２２６ａを真空スイッチ２２４ａからさらに離すように持ち上げており、カム・フォロア２２２ａは、隣接する２つの隆起部分３１１の間の谷部３１２に収まっている。この位置関係では、カム・フォロア２２２ａは、真空スイッチ２２４ａから最も離れている。接続リンケージ２２６ａと真空スイッチ２２４ａとの間の距離Ｄ１は、図３ａに示された距離Ｄ１に比べてさらに増えているが、接続リンケージ２２６ａとプランジャ３４０との間の距離Ｄ２は、図３ｂと同じままであり、これは、プランジャ３４０が真空スイッチ２２４ａから持ち上がっているためである。結果として、真空スイッチ２２４ａは、この時点では開いている。
【００２４】
図３ｄおよび図３ｅは、図２ｂの代替実施形態を示しており、図３ａおよび図３ｃの実施形態の配置に対応する断面図、すなわち、真空スイッチが閉じた状態（図３ｄ）と開いた状態（図３ｅ）の断面図を示している。同様のラベル付けがなされた各構成要素は、図３ａから図３ｃに示された各構成要素に対応する機能を有している。第１のバネ３２０’が、カム・フォロア２２２ａ’を、環状カム２１０’の内側周辺部に対してバイアスしており、第２のバネ３３０’が、カム・フォロア２２２ａ’が環状カム２１０’上の谷部３１２’に入ったときにリンケージ２２６ａ’を駆動することにより、真空スイッチ２２４ａ’を開くように動作する。したがって、スイッチング・アセンブリ２２０’の動作は、図２ａおよび図３ａから図３ｃの実施形態とよく似ているが、バネ３２０’、３３０’は、真空スイッチ２２４ａ’につながっているプランジャ３５０’に対してではなく、カム・フォロア２２２ａ’を駆動する滑動可能プランジャ３５１に対して動作する。この配置により、構造が簡単になり、スイッチング・アセンブリ２２０’の全体サイズが小さくなる。さらにこの構成によって、駆動機構の安定性が高まり、使用時に機構が動けなくなる可能性が低減される。これは、バイアスする機構がカム・フォロア２２２ａ’の直線運動と直接リンクしていることにより、駆動中に真空スイッチ・プランジャ３５０’に発生する回転モーメントを最小にするもしくはゼロにするためである。
【００２５】
次に図４を参照すると、導電性滑動可能接点４１０ａ、４１０ｂが、回転可能環状カム２１０の外側湾曲面４２０上に配置されており、外側湾曲面４２０は、ポリマーのような絶縁性材料で作られていることが好ましい。図示した実施形態では、導電性滑動可能接点４１０ａ、４１０ｂも湾曲している。環状カム２１０は、フレームの内側での取り付けおよび回転可能な係合（図５を参照）のために、外側平坦フランジ付き部分４５０をさらに含んでよい。
【００２６】
図４では、滑動可能接点４１０ａ、４１０ｂは、環状カム２１０の回転方向４３０において、相互に食い違う位置関係になっている。滑動可能接点４１０ａ、４１０ｂは、環状カム２１０の内側面４４０上の隆起部分３１１に対して、環状カム２１０の外側面４２０の周囲の特定の位置に配置されている。接点４１０ａ、４１０ｂは、環状カムの外形３１０と同じ速度で動くため、環状カム２１０の回転によるタップ切り換え動作の間のスイッチング・アセンブリ２２０の駆動のタイミングは、接点４１０ａ、４１０ｂの動きと同期する。
【００２７】
図５は、図４に示したタイプの環状カム２１０が取り付けフレーム５１０の内側に回転可能に取り付けられている様子を平面図で示したものであり、取り付けフレーム５１０は、複数の電気的接点を端子５２０ａ、５２０ｂの形で含んでいる。滑動可能接点４１０ａ、４１０ｂは、バネ荷重ピン５３０ａ、５３０ｂ（バネ自体は図５に示していない）をそれぞれの電気的接点５２０ａ、５２０ｂと強制的に接触させる。各ピン５３０ａ、５３０ｂは、滑動可能接点４１０ａ、４１０ｂが後続の端子５２０ｂに向かって動くと、接触が外れる。
【００２８】
環状カム２１０の隆起部分３１１に対して滑動可能接点４１０を厳密に位置決めすることにより、所与のタップ切り換え動作について、スイッチング・イベントのシーケンスを正確に決定することが可能である。
【００２９】
一代替実施形態では、固定された環状カム２１０に対してスイッチング・アセンブリ２２０が回転可能であり、図６に示すように、接点搬送板が導電性滑動可能接点を搬送する。接点搬送板６００は、取り付け点６０５のまわりをスイッチング・アセンブリ２２０とともに回転するために取り付けられており、接点搬送板６００の下側に導電性滑動可能接点６１０ａ、６１０ｂが配置されており、接点搬送板６００は、ポリマーのような絶縁性材料で作られていることが好ましい。導電性滑動可能接点６１０ａ、６１０ｂは、図７に詳細に示すように、接点搬送板６００上にバネで取り付けられていることが好ましい。図４および５に示した回転可能な環状カム２１０の場合と同様に、滑動可能電気的接点６１０ａ、６１０ｂは、接点搬送板６００の回転方向６３０において、相互に食い違う位置関係で配置されており、これによって、スイッチング・アセンブリ２２０および接点搬送板６００の回転に、タップ切り換え動作中のスイッチングが同期することが可能になっている。
【００３０】
図７は、接点搬送板６００の断面を詳細に示している。滑動可能電気的接点の１つである６１０ａが示されており、６１０ａはバネで接点搬送板６００に取り付けられている。接点搬送板６００が回転すると、接点６１０ａは、ピン７１０に向かって移動する。ピン７１０も、バネで取り付けられていてよい。接点６１０ａおよびピン７１０の一方または両方が、先細りの、または丸みを帯びた前縁を有することが好ましい。これは、接点６１０ａの横方向の動きによってピンが電気的端子７２０と電気的に接触するようにするためである。
【００３１】
図８および図９は、図２の機構における、スイッチング・アセンブリ２２０に対する環状カム２１０の異なる回転角度に対応する異なる位置関係を示している。図２では、両方の真空スイッチ２２４ａ、２２４ｂが閉じており、環状カム２１０が、図２の回転角度から回転すると、位置関係は図８のように変化し、第１のカム・フォロア２２２ａがカム外形をなぞって、隣接する２つの隆起部分３１１の間の谷部３１２に向かうと、第１の真空スイッチ２２４ａが開き、第２の真空スイッチ２２４ｂは閉じたままである。環状カム２１０がさらに回転すると、図９に示すように、これらの真空スイッチの開閉が逆になって、第１の真空スイッチ２２４ａは閉じ、第２の真空スイッチ２２４ｂは開く。環状カム２１０が回転し続けると、このスイッチング・シーケンスが繰り返され、このシーケンスは、前述のように、環状カム２１０の外側面の周囲の、または接点搬送板６００の下側の、滑動可能電気的接点によってなされる電気的接点のシーケンスと同期している。
【００３２】
スイッチング・アセンブリが環状カムに対して回転可能である構成を、図１０に示す。スイッチング・アセンブリ８２０は、取り付け点８５０のまわりを回転することが可能であり、環状カム８１０および取り付けフレーム８３０は固定されている。環状カム８１０は取り付けフレーム８３０に対して回転しないので、取り付けフレーム８３０自体の内側面にカム外形３１０を形成することが可能である。電気的接点７２０（図７）は、取り付けフレーム８３０の平坦面上に示されている。接点搬送板上の滑動可能接点（図示せず）は、スイッチング・アセンブリ８２０とともに回転することが可能であり、図７に詳細に示すように、取り付けフレーム８３０の平坦面に沿って滑動する。この様子を、図１１に詳細に示す。図１１では、回転可能な接点搬送板６００上の滑動可能接点９１０が、矢印９２０で示された方向で接触ピン８４０に近づきつつある。回転可能な接点搬送板６００への滑動可能接点９１０の配置は、必要な場合に、固定取り付けフレーム８３０内のピン８４０に対する滑動可能接点９１０の動きによって電気的接触が成立したり断絶したりするのに同期して、真空スイッチを用いて、必要なタップ切り換え能力が得られるように行うことが可能である。
【００３３】
本発明の一態様によるタップ切換機構の典型的な実装では、各フェーズごとに２つの真空スイッチ（真空ボトルとも呼ばれる）を用いることが必要になり、タップ切換器全体としては、全部で６個の真空ボトルを用いることになる。図１２は、１フェーズ分のそのようなタップ切換器の一例示的実施形態の概略斜視図を示す。駆動歯車１０１０が、接続シャフト１０１５を介して、スイッチング・アセンブリ１０２０に接続されている。スイッチング・アセンブリ１０２０は、２つの真空スイッチを含み、環状カム１０３０上に取り付けられている。環状カム１０３０自体は、防護板１０４０の内側に取り付けられている。駆動歯車１０１０が回転すると、図８に示した構成を含むスイッチング・アセンブリ１０２０が環状カム１０３０に対して回転して、必要なスイッチング動作のシーケンスを駆動することにより、タップ切り換え動作が実施される。
【００３４】
本発明によるタップ切換器に必要な電気的接続を示す基本的な電気回路を、図１３に示す。変圧器コイル１３２０が、共通端子１３１９と、様々な出力負荷を可能にするように配置された複数の電気的タップ１３０２〜１３１８とを含んでいる。スイッチング・アセンブリ２２０は、たとえば、矢印１３１０で示された方向に、回転するように配置され、これによって、アセンブリ２２０が回転しながら端子１３０１を選択された電気的タップ端子１３０２〜１３１８に接続するのに伴って、連続的な電気的接続が行われる。
【００３５】
図１４ａおよび図１４ｂは、本発明の一態様による負荷時タップ切換器のスイッチング動作の典型的なシーケンスを示す。スイッチング・アセンブリ２２０が、矢印１４１０で示されるように位置Ａから位置Ｂまで回転すると、図１４ｂの線図に示されるように、スイッチング動作のシーケンスが実行される。位置Ａでは、真空スイッチＶMおよびＶRの両方が閉じており、端子スイッチＭは閉じており、バイパス抵抗スイッチＲ1は開いている。スイッチング・アセンブリ２２０が動いて位置Ａから離れると、バイパス抵抗スイッチＲ1が閉じ、続いて、真空スイッチＶMが開き、端子スイッチＭが開く。スイッチング・アセンブリ２２０がさらに回転すると、端子スイッチＭが閉じ、続いて真空スイッチＶMが閉じる。次に真空スイッチＶRが開き、続いて、バイパス抵抗スイッチＲ1が開き、真空スイッチＶRが再度閉じて、スイッチング動作が完了する。各スイッチング動作は、前述のように、環状カムの滑動可能接点、ピン、および隆起部分の相対的な位置関係に従って同期している。
【００３６】
図１５ａは、本発明によるタップ切換器アセンブリ１５０の一代替例示的実施形態の斜視図を示す。ここでは、環状カム２１０’が取り付けフレームまたはメインボード１５３に固定されており、スイッチング・アセンブリ２２０’が、環状カム２１０’の内側でメインボード１５３に回転可能に取り付けられている。スイッチング・アセンブリ２２０’は、中心シャフト１５１のまわりを回転することが可能であり、中心シャフト１５１は、スイッチング・アセンブリ２２０’が回転する中心の軸を画定するとともに、タップ切換器アセンブリ１５０の集中電気的接点としても動作すること、すなわち、図１３に示された端子１３０１に電気的に接続可能であること、が好ましい。スイッチング・アセンブリ２２０’は、カム・フォロア２２２ａ’、２２２ｂ’によって駆動されて動作する真空スイッチ２２４ａ’、２２４ｂ’と、さらに（図１５ｂおよび図１６を参照して後述する）接点構成とを含み、これらすべてが一体となって、環状カム２１０’に対して回転することが可能である。環状カム２１０’に対してスイッチング・アセンブリ２２０’が回転すると、前述したようにスイッチング動作のシーケンスが発生し、環状カム２１０’の周辺部のまわりに配置された隣接する接点シャフト１５２同士の間で電気的接点が切り換わる。接点シャフト１５２は、タップ切換器アセンブリ１５０を接続する変圧器にある各タップ１３０２〜１３１８（図１３）との電気的接続を提供する。
【００３７】
図１５ａに示した実施形態は、アセンブリ１５０全体のサイズが従来のタップ切換器より小さいという、本発明の有利な特徴を示しており、これは、スイッチング・アセンブリ２２０’が環状カム２１０’で画定された内部空間内に設けられ、環状カム２１０’で画定された平面内で回転可能であるためである。カム・フォロア２２２ａ’、２２２ｂ’を環状カム２１０’の内側面に対してバイアスして配置することにより、真空スイッチ２２４ａ’、２２４ｂ’を環状カム２１０’の面内で、すなわち、回転軸に垂直に、駆動することが可能であり、これによって、タップ切換器アセンブリ１５０の全体高さを抑えることが可能である。さらに、この配置によって、タップ切換器アセンブリ１５０全体の機械的設計がかなり単純になる。
【００３８】
図１５ａのタップ切換器アセンブリ１５０の別の斜視図を、図１５ｂに示す。図１５ｂは、メインボード１５３を取り外した、環状カム２１０’およびスイッチング・アセンブリ２２０’の下側を示している。この図では、前述の接点構成１５４を見ることができる。さらに、接点構成１５４だけを切り離したものを、図１６に示す。接点構成１５４は、バネでバイアスされた２つの滑動可能接点１５５ａ、１５５ｂを含み、第１の接点１５５ａは、主電気的接点、すなわち、通常使用時に電流を搬送する接点であり、第２の接点１５５ｂは、タップ切り換え動作時にバイパス抵抗との接続を仲介する抵抗接点である。２つの接点１５５ａ、１５５ｂは、典型的には、電流搬送要件が異なるためにサイズが異なるが、動作は同様であり、どちらも、使用時に、環状カム２１０’のまわりに配置された接点シャフト１５２の１つに対して弾力によってバイアスされている。前述の他の実施形態と同様に、接点１５５ａ、１５５ｂは、スイッチング・アセンブリ上に食い違いの配置で設けられており、これは、タップ切り換え動作時に、電気的接続が、正しいシーケンスで、かつ、真空スイッチの動作と同期して行われるようにするためである。
【００３９】
図１７は、接点構成１５４が、第１の接点シャフト１５２ａにある第１のタップ位置から、第２の接点シャフト１５２ｂにある第２のタップ位置への接続切り換えを引き起こす一例示的動作シーケンスを示す。接点１５５、すなわち、主接点１５５ａまたは抵抗接点１５５ｂのいずれか、は、最初、第１の接点シャフト１５２ａに対してバイアスされている。接点アセンブリ１５４が回転すると、接点１５５は、第１の接点シャフト１５２ａから切り離され、第２の接点シャフト１５２ｂと接続される。接点１５５が主接点１５５ａである場合、第１の接点シャフト１５２ａとの接触が断絶してから第２の接点シャフト１５２ｂとの接触が成立するまでのわずかな間隔において、主接点１５５ａからオフセットされている抵抗接点１５５ｂは、第２の接点シャフト１５２ｂを介して電流を搬送する。
【００４０】
他の実施形態も、添付の請求項で定義される本発明の範囲に含まれるものとする。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の隆起部分を画定する環状カムと、
少なくとも部分的に前記環状カムの内側に配置され、前記環状カムに対して回転可能なスイッチ・アセンブリであって、電気的スイッチおよび前記環状カムの内側面と係合しているカム・フォロアを含む前記スイッチ・アセンブリと、を備えており、
前記複数の隆起部分は、前記環状カムと前記スイッチ・アセンブリとが相対的に回転すると前記カム・フォロアを駆動するように構成されており、前記カム・フォロアの駆動によって前記電気的スイッチの動作が引き起こされる、
負荷時タップ切換器スイッチング機構。
【請求項２】
前記複数の隆起部分は、前記環状カムの内側面上に設けられている、請求項１に記載の機構。
【請求項３】
複数の接点端子を有する取り付けフレームをさらに備えており、前記環状カムおよび前記スイッチ・アセンブリは、少なくとも部分的に前記取り付けフレームの内側に取り付けられている、請求項１または請求項２に記載の機構。
【請求項４】
前記環状カムは、前記取り付けフレームに対して回転可能である、請求項３に記載の機構。
【請求項５】
前記スイッチ・アセンブリは、前記取り付けフレームに対して回転可能である、請求項３に記載の機構。
【請求項６】
前記スイッチ・アセンブリおよび前記取り付けフレームは、互いに固定されており、前記環状カムは、前記環状カムが回転すると前記複数の接点端子と順次係合するように構成された滑動可能接点を備えている、請求項４に記載の機構。
【請求項７】
前記滑動可能接点は、前記環状カムの外側周辺部に配置されている、請求項６に記載の機構。
【請求項８】
前記環状カムの前記外側周辺部のまわりに、食い違いに配置された複数の前記滑動可能接点を備えている、請求項７に記載の機構。
【請求項９】
前記環状カムおよび前記取り付けフレームは、互いに固定されており、前記スイッチ・アセンブリは、前記取り付けフレームに対して前記スイッチ・アセンブリが回転すると前記複数の接点端子と順次係合するように構成された滑動可能接点を備えている、請求項５に記載の機構。
【請求項１０】
前記滑動可能接点は、前記取り付けフレームの平坦面に沿って滑動可能である、請求項９に記載の機構。
【請求項１１】
前記スイッチ・アセンブリ上に食い違いに配置された複数の前記滑動可能接点を備えている、請求項９または請求項１０に記載の機構。
【請求項１２】
前記複数の接点端子は、前記環状カムの前記周辺部のまわりに配置された複数の電気的接点シャフトの形をとる、請求項１１に記載の機構。
【請求項１３】
前記カム・フォロアは、前記環状カムに対する前記スイッチ・アセンブリの回転の軸にほぼ垂直な方向の駆動により、前記電気的スイッチを駆動するように構成されている、請求項１に記載の機構。
【請求項１４】
前記電気的スイッチは、真空スイッチを備えている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の機構。
【請求項１５】
前記スイッチ・アセンブリは、前記カム・フォロアのペアを備えており、各カム・フォロアは、前記電気的スイッチのペアのうちの対応する一方の動作を引き起こすように構成されている、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の機構。
【請求項１６】
前記カム・フォロアの前記ペアは、前記環状カムと前記スイッチ・アセンブリとが相対的に回転すると、前記電気的スイッチの前記ペアのシーケンシャル動作を引き起こすように構成されている、請求項１４に記載の機構。
【請求項１７】
前記カム・フォロアは、前記環状カムの前記内側面に対してバイアスされている、請求項２に記載の機構。
【請求項１８】
前記スイッチ・アセンブリは、前記カム・フォロアを前記環状カムの前記内側面に対してバイアスするように構成されたバネを備えている、請求項１７に記載の機構。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか一項に記載の機構を備えている負荷時タップ切換器。
【請求項２０】
請求項１９に記載の負荷時タップ切換器を備えている電気変圧器。
【請求項２１】
複数の隆起部分を画定する環状カムと、少なくとも部分的に前記環状カムの内側に配置され、前記環状カムに対して回転可能なスイッチ・アセンブリであって、電気的スイッチおよび前記環状カムの内側面と係合しているカム・フォロアを含む前記スイッチ・アセンブリと、を備えている負荷時タップ切換器スイッチング機構を操作する方法であって、前記環状カムと前記スイッチ・アセンブリとが相対的に回転したときに、前記複数の隆起部分のうちの１つまたは複数の隆起部分との係合により、前記カム・フォロアを駆動し、前記カム・フォロアの駆動によって前記電気的スイッチの動作を引き起こすことを含む方法。
【請求項１】
複数の隆起部分を画定する環状カムと、
少なくとも部分的に前記環状カムの内側に配置され、前記環状カムに対して回転可能なスイッチ・アセンブリであって、電気的スイッチおよび前記環状カムの内側面と係合しているカム・フォロアを含む前記スイッチ・アセンブリと、を備えており、
前記複数の隆起部分は、前記環状カムと前記スイッチ・アセンブリとが相対的に回転すると前記カム・フォロアを駆動するように構成されており、前記カム・フォロアの駆動によって前記電気的スイッチの動作が引き起こされる、
負荷時タップ切換器スイッチング機構。
【請求項２】
前記複数の隆起部分は、前記環状カムの内側面上に設けられている、請求項１に記載の機構。
【請求項３】
複数の接点端子を有する取り付けフレームをさらに備えており、前記環状カムおよび前記スイッチ・アセンブリは、少なくとも部分的に前記取り付けフレームの内側に取り付けられている、請求項１または請求項２に記載の機構。
【請求項４】
前記環状カムは、前記取り付けフレームに対して回転可能である、請求項３に記載の機構。
【請求項５】
前記スイッチ・アセンブリは、前記取り付けフレームに対して回転可能である、請求項３に記載の機構。
【請求項６】
前記スイッチ・アセンブリおよび前記取り付けフレームは、互いに固定されており、前記環状カムは、前記環状カムが回転すると前記複数の接点端子と順次係合するように構成された滑動可能接点を備えている、請求項４に記載の機構。
【請求項７】
前記滑動可能接点は、前記環状カムの外側周辺部に配置されている、請求項６に記載の機構。
【請求項８】
前記環状カムの前記外側周辺部のまわりに、食い違いに配置された複数の前記滑動可能接点を備えている、請求項７に記載の機構。
【請求項９】
前記環状カムおよび前記取り付けフレームは、互いに固定されており、前記スイッチ・アセンブリは、前記取り付けフレームに対して前記スイッチ・アセンブリが回転すると前記複数の接点端子と順次係合するように構成された滑動可能接点を備えている、請求項５に記載の機構。
【請求項１０】
前記滑動可能接点は、前記取り付けフレームの平坦面に沿って滑動可能である、請求項９に記載の機構。
【請求項１１】
前記スイッチ・アセンブリ上に食い違いに配置された複数の前記滑動可能接点を備えている、請求項９または請求項１０に記載の機構。
【請求項１２】
前記複数の接点端子は、前記環状カムの前記周辺部のまわりに配置された複数の電気的接点シャフトの形をとる、請求項１１に記載の機構。
【請求項１３】
前記カム・フォロアは、前記環状カムに対する前記スイッチ・アセンブリの回転の軸にほぼ垂直な方向の駆動により、前記電気的スイッチを駆動するように構成されている、請求項１に記載の機構。
【請求項１４】
前記電気的スイッチは、真空スイッチを備えている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の機構。
【請求項１５】
前記スイッチ・アセンブリは、前記カム・フォロアのペアを備えており、各カム・フォロアは、前記電気的スイッチのペアのうちの対応する一方の動作を引き起こすように構成されている、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の機構。
【請求項１６】
前記カム・フォロアの前記ペアは、前記環状カムと前記スイッチ・アセンブリとが相対的に回転すると、前記電気的スイッチの前記ペアのシーケンシャル動作を引き起こすように構成されている、請求項１４に記載の機構。
【請求項１７】
前記カム・フォロアは、前記環状カムの前記内側面に対してバイアスされている、請求項２に記載の機構。
【請求項１８】
前記スイッチ・アセンブリは、前記カム・フォロアを前記環状カムの前記内側面に対してバイアスするように構成されたバネを備えている、請求項１７に記載の機構。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれか一項に記載の機構を備えている負荷時タップ切換器。
【請求項２０】
請求項１９に記載の負荷時タップ切換器を備えている電気変圧器。
【請求項２１】
複数の隆起部分を画定する環状カムと、少なくとも部分的に前記環状カムの内側に配置され、前記環状カムに対して回転可能なスイッチ・アセンブリであって、電気的スイッチおよび前記環状カムの内側面と係合しているカム・フォロアを含む前記スイッチ・アセンブリと、を備えている負荷時タップ切換器スイッチング機構を操作する方法であって、前記環状カムと前記スイッチ・アセンブリとが相対的に回転したときに、前記複数の隆起部分のうちの１つまたは複数の隆起部分との係合により、前記カム・フォロアを駆動し、前記カム・フォロアの駆動によって前記電気的スイッチの動作を引き起こすことを含む方法。
【図１】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図３ｄ】
【図３ｅ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４ａ】
【図１４ｂ】
【図１５ａ】
【図１５ｂ】
【図１６】
【図１７ａ】
【図１７ｂ】
【図１７ｃ】
【図１７ｄ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図３ｄ】
【図３ｅ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４ａ】
【図１４ｂ】
【図１５ａ】
【図１５ｂ】
【図１６】
【図１７ａ】
【図１７ｂ】
【図１７ｃ】
【図１７ｄ】
【公表番号】特表２０１１−５１２０２８（Ｐ２０１１−５１２０２８Ａ）
【公表日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５４４７７８（Ｐ２０１０−５４４７７８）
【出願日】平成２１年２月２日（２００９．２．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００９／０００２６７
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０９５６８６
【国際公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【出願人】（５１０２０８５７２）ブラッシュ トランスフォーマーズ リミテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２日（２００９．２．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００９／０００２６７
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０９５６８６
【国際公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【出願人】（５１０２０８５７２）ブラッシュ トランスフォーマーズ リミテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
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