АККУМУЛЯТОР ЭНЕРГИИ СО СМЕЩАЮЩИМ МЕХАНИЗМОМ И УСТРОЙСТВО ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ОТВЕТВЛЕНИЙ ОБМОТОК ПОД НАГРУЗКОЙ
ENERGY ACCUMULATOR WITH OFFSETTING MECHANISM AND ON-LOAD REGULATOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящая группа изобретений относится к устройству переключения ответвлений обмоток под нагрузкой и аккумулятору энергии со смещающим механизмом.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В последнее время трансформаторы и т.п. часто оснащают устройством переключения ответвлений обмоток под нагрузкой, которое переключает напряжение, при этом прилагая ток нагрузки к трансформатору. Важно, чтобы устройство переключения ответвлений обмоток под нагрузкой обеспечивало быстрое выполнение операции переключения ответвлений, и необходимый для этого большой переключающий момент получают от аккумулятора энергии. В аккумуляторе энергии вся накопленная сила пружины высвобождается сразу, чтобы вращать кривошип с высокой скоростью и тем самым выполнить операцию переключения переключателя ответвлений, соединенного с кривошипом, за короткое время.
Аккумулятор энергии содержит защелку, которая зацепляется с выемкой, образованной в кривошипе, и которая удерживает кривошип от вращения. Защелка расцепляется с выемкой, как только высвобождается сила пружины, но после завершения операции переключения переключателя ответвлений и поворота кривошипа на заданную величину, защелка снова зацепляется с выемкой кривошипа. Положение, в котором защелка зацепляется с выемкой кривошипа, называется положением ожидания.
Между тем, если имеются нарушения или отклонения в работе переключателя ответвлений, и необходимый переключающий момент для выполнения операции переключения переключателя ответвлений увеличивается, возможна ситуация, когда величина поворота кривошипа будет недостаточна, в результате чего выемка кривошипа не достигнет положения, соответствующего положению защелки, т.е. в некоторых случаях защелка не возвращается в положение ожидания. В этом случае защелка не сможет зацепиться с выемкой и удерживать кривошип от вращения. Соответственно аккумулятору энергии будет трудно сохранять энергию пружины.
Поэтому аккумулятор энергии оснащается смещающим механизмом (см., например, Патентный документ 1), выполняющим функцию страховочного механизма для тех ситуаций, когда защелка не переместилась в положение ожидания. Смещающий механизм представляет собой механизм, который принудительно перемещает защелку в положение ожидания после завершения основной работы аккумулятора энергии.
Далее, со ссылкой на фиг.8 и фиг.9, подробно описывается пример известного аккумулятора энергии со смещающим механизмом в устройстве переключения ответвлений обмоток под нагрузкой. Как показано на этих чертежах, аккумулятор энергии содержит приводной вал 10, соединенный с электрическим приводным механизмом (не показан), и эксцентриковый кулачок 11, который прикреплен к приводному валу 10.
Как показано на фиг.8, эксцентриковый кулачок 11 связан с заводной корпусной частью 12, которая связана с приводным валом 10, и эксцентриковый кулачок 11 перемещается линейно возвратно-поступательно синхронно с ним. Заводная корпусная часть 12 выполнена таким образом, что когда, перемещаясь линейно, она достигает заданного положения, она выводит защелку 15 из зацепления с выемкой кривошипа 14, как описывается позднее.
На фиг.9 иллюстрируется ситуация, когда заводная корпусная часть 12, показанная на фиг.8, отсоединена. С нижней стороны заводной корпусной части 12 располагается пружина (не показана) и аккумулирующая энергию корпусная часть 13. Аккумулирующая энергию корпусная часть 13 перемещается линейно возвратно-поступательно вместе с заводной корпусной частью 12 с помощью пружины.
Кривошип 14, который вращается синхронно с перемещением аккумулирующей энергию корпусной части, присоединен к нижней стороне аккумулирующей энергию корпусной части 13, и переключатель ответвлений (не показан) соединен с кривошипом 14. Кроме того, защелка 15 располагается рядом с кривошипом 14. Защелка 15 выполнена с возможностью зацепления с выемкой кривошипа 14 в положении ожидания.
Согласно этому аккумулятору энергии, когда приводной вал 10 вращается при получении приводного усилия от электрического приводного механизма, эксцентриковый кулачок 11 вращается вместе с приводным валом 10. В результате заводная корпусная часть 12, связанная с эксцентриковым кулачком 11, перемещается линейно. Заводная корпусная часть 12, перемещаясь линейно, прилагает усилие к одному концу пружины, при этом заставляя перемещаться линейно возвратно-поступательно аккумулирующую энергию корпусную часть 13, которая контактирует с пружиной. В это время, так как защелка 15 в положении ожидания удерживает кривошип 14 от вращения, кривошип 14 не вращается, даже если аккумулирующая энергию корпусная часть 13 перемещается линейно. Поэтому пружина накапливает силу пружины во время линейного перемещения заводной корпусной части 12.
Когда заводная корпусная часть 12, которая перемещается линейно, достигает заданное положение, она расцепляет выемку кривошипа 14 и защелку 15, и таким образом защелка 15 освобождается. В результате этого пружина высвобождает силу пружины, и аккумулирующая энергию корпусная часть 13 перемещается линейно с высокой скоростью за счет силы пружины, а кривошип 14, синхронно с аккумулирующей энергию корпусной частью 13, вращается с высокой скоростью. Кривошип 14 передает вращательное усилие к переключателю ответвлений, и переключатель ответвлений получает возможность осуществить операцию переключения ответвлений с высокой скоростью.
Далее описывается конструкция смещающего механизма, встроенного в аккумулятор энергии. Смещающий механизм включает в себя смещающий кулачок 16, который имеет специальную форму и образован на эксцентриковом кулачке 11, и упор 19, который прикреплен к аккумулирующей энергию корпусной части 13 (см. фиг.9). При вращении вместе с эксцентриковым кулачком 11 смещающий кулачок 16 упирается в упор 19 и толкает упор 19 в соответствии с формой этого кулачка.
Согласно этому смещающему механизму, смещающий кулачок 16 толкает упор 19, используя вращающий момент приводного вала 10, тем самым заставляя перемещаться путем скольжения аккумулирующую энергию корпусную часть 13, что заставляет вращаться кривошип 14, связанный с аккумулирующей энергию корпусной частью 13.
Поэтому, если происходят отклонения в работе и переключающий момент, необходимый для операции переключения переключателя обмоток, увеличивается, обеспечивается возможность избежать ситуации, в которой величина поворота кривошипа 14 будет недостаточной. Соответственно, защелка 15 может уверенно переместиться в положение ожидания, в котором она зацепляется с выемкой кривошипа 14. Согласно аккумулятору энергии, содержащему описанный выше смещающий механизм, даже если происходят отклонения в работе или авария, защелка 15 всегда зацепляется с выемкой кривошипа 14, и тем самым аккумулятор энергии может стабильно сохранять силу пружины.
СВЯЗАННЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
Патентный документ 1: JP 2008-258259 A
Однако известный смещающий механизм имеет приведенные ниже недостатки.
Когда смещающий кулачок 16, который вращается вместе с эксцентриковым кулачком 11, толкает упор 19, точка контакта между смещающим кулачком 16 и упором 19 удаляется от центра вращения эксцентрикового кулачка 11.
Поэтому при вращении смещающего кулачка 16 момент нагрузки увеличивается. Кроме того, при вращении смещающего кулачка 16 вместе с эксцентриковым кулачком 11, угол давления увеличивается, и тем самым увеличивается сопротивление со стороны упора 19. Это также ведет к увеличению момента нагрузки.
Когда момент нагрузки в смещающем механизме является большим, чтобы обеспечить стабильную работу смещающего механизма, необходимо, чтобы компоненты, образующие этот механизм, имели очень высокую точность формы, и поэтому необходимо обеспечить очень точное изготовление этих компонентов. Дополнительно, в описанном выше смещающем механизме имеющий специальную форму смещающий кулачок 16 прикрепляется к эксцентриковому кулачку 11. Работы по креплению являются трудными, и количество этапов изготовления увеличивается.
Как было описано выше, смещающий механизм выполняет функцию страховочного механизма для операции переключения переключателя ответвлений, когда происходят отклонения в работе или авария, и поэтому необходимо, чтобы смещающий механизм работал стабильно. Поэтому не допускается уменьшение точности компонентов, которое ведет к нарушению стабильности работы механизма, и требуется большое количество этапов изготовления. Соответственно, стоимость изготовления увеличивается, в результате чего ухудшается экономическая эффективность.
Настоящее изобретение предлагает вариант решения описанных выше недостатков, и целью настоящего изобретения является создание аккумулятора энергии со смещающим механизмом и устройства переключения ответвлений обмоток под нагрузкой, оснащенного этим аккумулятором энергии, который имеет недорогую и простую конструкцию, и который обеспечивает возможность стабильного привода с одновременным подавлением момента нагрузки.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Эта цель достигается аккумулятором энергии со смещающим механизмом согласно изобретению. Аккумулятор энергии включает в себя эксцентриковый кулачок, который связан с приводным валом и перемещается синхронно с ним; заводную корпусную часть, которая связана с эксцентриковым кулачком и перемещается линейно возвратно-поступательно синхронно с эксцентриковым кулачком; пружину, которая прикреплена к заводной корпусной части; аккумулирующую энергию корпусную часть, которая связана с заводной корпусной частью посредством пружины и которая перемещается линейно возвратно-поступательно синхронно с заводной корпусной частью; кривошип, который связан с аккумулирующей энергию корпусной частью и вращается синхронно с аккумулирующей энергию корпусной частью; и защелку, которая зацепляется с кривошипом в заданном положении ожидания, чтобы блокировать вращение кривошипа и осуществлять сжатие пружины.
Смещающий механизм, встроенный в аккумулятор энергии, включает в себя: выступающую часть, которая прикреплена к эксцентриковому кулачку; упор, который прикреплен к концу выступающей части; и смещающий кулачок, который прикреплен к аккумулирующей энергию корпусной части. Смещающий кулачок контактирует с упором, чтобы вращать кривошип посредством аккумулирующей энергию корпусной части и перемещать защелку в положение ожидания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 - вид в перспективе типового варианта воплощения, на виде сверху.
Фиг.2 - вид в перспективе типового варианта воплощения, на виде снизу.
Фиг.3 А-3F - виды в плане, иллюстрирующие работу типового варианта воплощения.
Фиг.4 - график для сравнения момента нагрузки в известном устройстве и устройстве согласно варианту воплощения изобретения.
Фиг.5 - вид в перспективе другого варианта воплощения.
Фиг.6 - график для сравнения момента нагрузки в известном устройстве, устройстве согласно типовому варианту воплощения и устройстве согласно другому варианту воплощения.
Фиг.7 - график для сравнения угла поворота в зависимости от величины перемещения смещающего кулачка в устройстве согласно типовому варианту воплощения и устройстве согласно другому варианту воплощения
Фиг.8 - вид в перспективе, иллюстрирующий известный аккумулятор энергии со смещающим механизмом.
Фиг.9 - вид в перспективе, иллюстрирующий известный аккумулятор энергии со смещающим механизмом.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Далее подробно описывается, со ссылкой на фиг.1-7, аккумулятор энергии со смещающим механизмом согласно вариантам воплощения изобретения. Здесь основная конструкция и работа аккумулятора энергии такие же, как и в известных устройствах, иллюстрируемых на фиг.8 и фиг.9, а отличительные признаки имеет смещающий механизм.
Конструкция аккумулятора энергии
Вначале со ссылкой на фиг.1 и фиг.2 подробно описывается конструкция аккумулятора энергии согласно рассматриваемым вариантам воплощения изобретения. Как показано на фиг.1, аккумулятор энергии содержит приводной вал 1, соединенный с электрическим приводным механизмом (не показан), и эксцентриковый кулачок 2, который перемещается синхронно с приводным валом 1 и прикреплен к приводному валу 1. Пружина 3 располагается рядом с эксцентриковым кулачком 2, и аккумулирующая энергию корпусная часть 5 располагается под эксцентриковым кулачком 2 и пружиной 3 таким образом, что она контактирует с пружиной 3. Аккумулирующая энергию корпусная часть 5 перемещается линейно возвратно-поступательно синхронно с заводной корпусной частью 4, как будет рассмотрено позднее, с помощью пружины 3.
Как показано на фиг.2, заводная корпусная часть 4 располагается с верхней стороны аккумулирующей энергию корпусной части 5. Заводная корпусная часть 4 перемещается линейно возвратно-поступательно синхронно с эксцентриковым кулачком 2. На фиг.1 представлен вид в перспективе рассматриваемого варианта воплощения, если смотреть сверху, но для облегчения понимания заводная корпусная часть 4 отсоединена.
Как показано на фиг.2, кривошип 6 соединен с нижней стороной аккумулирующей энергию корпусной части 5. Кривошип 6 вращается синхронно с аккумулирующей энергию корпусной частью 5 и передает вращательное усилие к переключателю ответвлений (не показан). Защелка 7 располагается рядом с кривошипом 6 таким образом, чтобы иметь возможность зацепления и расцепления с выемкой 6а кривошипа 6.
Защелка 7 зацепляется с выемкой 6а кривошипа в заданном положении ожидания, в котором она блокирует вращение кривошипа 6, тем самым осуществляется сжатие пружины 3. Зацепление защелки 7 с выемкой 6а кривошипа 6 реализовано таким образом, что они расцепляются под действием заводной корпусной части 4 при ее перемещении линейно на заданную величину. Аккумулятор энергии включает в себя описанные выше компоненты, т.е. приводной вал 1, эксцентриковый кулачок 2, пружину 3, заводную корпусную часть 4, аккумулирующую энергию корпусную часть 5, кривошип 6 и защелку 7.
Работа аккумулятора энергии
Далее будет описана работа аккумулятора энергии, имеющего описанную выше конструкцию.
Когда приводной вал 1 вращается при получении приводного усилия от электрического приводного механизма, эксцентриковый кулачок 2 вращается синхронно с приводным валом 1, и заводная корпусная часть 4, связанная с эксцентриковым кулачком 2, перемещается линейно. Заводная корпусная часть 4, которая перемещается линейно, прилагает усилие к одному концу пружины 3, при этом заставляя аккумулирующую энергию корпусную часть 5, которая контактирует с пружиной 3, перемещаться линейно возвратно-поступательно.
Кривошип 6, связанный с аккумулирующей энергию корпусной частью 5, стремится вращаться в соответствии с линейным возвратно-поступательным перемещением аккумулирующей энергию корпусной части 5, но защелка 7 в положении ожидания зацеплена с выемкой 6а кривошипа 6. Поэтому вращение кривошипа 6 блокируется, и пружина 3 накапливает силу пружины в соответствии с перемещением заводной корпусной части 4.
Когда заводная корпусная часть 4 линейно переместилась на заданную величину, она выводит защелку 7 из зацепления с выемкой 6а кривошипа 6. Соответственно, защелка 7 расцепляется и пружина 3 высвобождает силу пружины. В результате, получив силу пружины, высвобожденную пружиной 3, аккумулирующая энергию корпусная часть 5 линейно перемещается с высокой скоростью, и кривошип 4, который движется синхронно с аккумулирующей энергию корпусной частью, вращается с высокой скоростью. Кривошип 6 передает вращательное усилие к переключателю ответвлений, и переключатель ответвлений получает возможность осуществить операцию переключения с высокой скоростью.
Конструкция смещающего механизма
Отличительным признаком изобретения является то, что описанный выше аккумулятор энергии использует описываемый далее смещающий механизм. Как показано на фиг.1, смещающий механизм включает в себя выступающую часть 8, упор 9 и смещающий кулачок 17. Выступающая часть 8 прикреплена к нижней стороне эксцентрикового кулачка 2, упор 9 прикреплен к концу выступающей части 8.
Смещающий кулачок 17 выполнен в форме равнобедренного треугольника, с углом при вершине по существу 90 градусов, и прикреплен таким образом, что стороны вершины с правого и левого краев на верхней стороне аккумулирующей энергию корпусной части 5 обращены друг к другу. Смещающий кулачок 17 перемещается путем скольжения, когда упор 9, расположенный на стороне эксцентрикового кулачка 2, вступает с ним в контакт, и аккумулирующая энергию корпусная часть 5 перемещается путем скольжения синхронно со смещающим кулачком 17.
Когда аккумулирующая энергию корпусная часть 5 перемещается путем скольжения, связанный с ней кривошип 6 синхронно вращается, но здесь смещающий кулачок 17 сконфигурирован таким образом, что, когда защелка 7 перемещается в положение ожидания, упор 9 достигает вершину смещающего кулачка 17. То есть смещающий кулачок 17 контактирует с упором 9, чтобы вращать кривошип 6 через аккумулирующую энергию корпусную часть 5 и перемещать защелку 7 в положение ожидания.
Работа смещающего механизма
Далее будет описана работа смещающего механизма согласно этому варианту воплощения, со ссылкой на фиг.3А-3F. Когда упор 9 вступает в контакт со смещающим кулачком 17 (фиг.3А), смещающий кулачок 17 начинает перемещаться путем скольжения, и при вращении эксцентрикового кулачка 2 в направлении против часовой стрелки, упор 8 толкает смещающий кулачок 17 вправо (на чертеже), и смещающий кулачок 17 перемещается путем скольжения еще дальше (фиг.3В-3D).
В результате, аккумулирующая энергию корпусная часть 5, к которой прикреплен смещающий кулачок 17, также перемещается путем скольжения вправо (на чертеже). Далее, когда защелка 7 зацепляется с выемкой 6а кривошипа 6 и перемещается в положение ожидания (фиг.3Е-3F), упор 9 достигает вершину смещающего кулачка 17.
ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее будут описаны полезные эффекты этого варианта воплощения. На фиг.4 представлен график, который построен на основе следующих предположений: в направлении перемещения прилагается нагрузка 10 Ньютон; по горизонтальной оси отмечается величина перемещения аккумулирующей энергию корпусной части 5, которая перемещается путем скольжения под действием смещающего механизма согласно этому варианту воплощения, или аккумулирующей энергию корпусной части 13, которая перемещается путем скольжения под действием известного смещающего механизма; по горизонтальной оси отмечается момент нагрузки для каждой величины перемещения.
Как показано на фиг.4, в положении ожидания, до того, как аккумулирующая энергию корпусная часть 5 начнет перемещение путем скольжения, момент нагрузки в этом варианте воплощения составляет всего лишь 1/3 или около этого в сравнении с известным устройством. Далее, упор 9, прикрепленный к эксцентриковому кулачку 2, толкает смещающий кулачок 17, заставляя тем самым перемещаться путем скольжения аккумулирующую энергию корпусную часть 5. Соответственно, здесь расстояние от центра вращения эксцентрикового кулачка 2 до точки контакта между упором 9 и смещающим кулачком 17 не изменяется.
Тем самым, согласно этому варианту воплощения, даже если вращение эксцентрикового кулачка 2 продолжается, угол давления между упором 9 и смещающим кулачком 17 всегда остается постоянным. В результате момент нагрузки в точке контакта между упором 9 и смещающим кулачком 17 уменьшается при увеличении величины перемещения аккумулирующей энергию корпусной части 5.
То есть, согласно этому варианту воплощения, в отличие от известного устройства, в котором момент нагрузки увеличивается при вращении эксцентрикового кулачка 11, момент нагрузки, действующий на приводной вал 1, постепенно уменьшается. Таким образом, используя этот вариант воплощения, можно существенно уменьшить момент нагрузки. В примере, иллюстрируемом на фиг.4, в точке, в которой момент нагрузки смещающего механизма в известном устройстве становится максимальным, момент нагрузки смещающего механизма согласно этому варианту воплощения составляет по существу 1/8 от момента нагрузки в известном устройстве.
Согласно этому варианту воплощения, в котором момент нагрузки подавляется описанным выше образом, смещающий механизм может работать стабильно, без необходимости обеспечения высокой точности форм компонентов, и соответственно высокой точности их изготовления, в отличие от известного устройства. Следовательно, смещающий механизм, который выполняет функцию страховочного механизма, когда защелка 7 не переместилась в положение ожидания, может обеспечить высокую надежность работы.
Кроме того, согласно этому варианту воплощения, в дополнение к отсутствию необходимости использовать дорогие точные компоненты, в сравнении с известным устройством, для изготовления которого требуется большое количество этапов, здесь используется простая конструкция, и тем самым работы по креплению смещающего кулачка 17 и упора 9 будут совсем простыми. Смещающий кулачок 17 выполнен в форме равнобедренного треугольника, имеющего угол при вершине по существу 90 градусов, и тем самым угол поворота, момент нагрузки и величина перемещения хорошо сбалансированы оптимальным образом. Эта форма облегчает механическую обработку, и экономическая эффективность существенно увеличивается.
Дополнительно, за счет того, что смещающий кулачок 17 выполнен в форме равнобедренного треугольника, имеющего угол при вершине по существу 90 градусов, продолжительность контакта с упором 9 может быть увеличена, так как сторона, контактирующая с упором 9, является наклонной. Соответственно, хотя угол поворота кривошипа 6 является небольшим, может быть получена большая величина перемещения, и тем самым защелка 7 может быть уверенно перемещена в положение ожидания.
Со смещающим механизмом согласно этому варианту воплощения, который может обеспечить большую величину перемещения даже при небольшом угле поворота кривошипа 6, как было описано выше, работа аккумулятора энергии не нарушается. Поэтому смещающий механизм согласно этому варианту воплощения очень подходит в качестве страховочного механизма аккумулятора энергии, т.е. механизма, который действует после выполнения основной работы аккумулятора энергии.
ДРУГОЙ ВАРИАНТ ВОПЛОЩЕНИЯ
Хотя здесь были описаны конкретные варианты воплощения, они были представлены только для примера и не ограничивают объем настоящего изобретения. Более того, описанные здесь способы и устройства могут быть реализованы во множестве других форм; кроме того, возможны различные исключения, замены и изменения в описанных здесь вариантах воплощения, не выходя за пределы сущности изобретения.
Прилагаемая формула изобретения и ее эквиваленты охватывают эти формы или модификации, которые находятся в пределах сущности и объема изобретения. Например, другой вариант воплощения настоящего изобретения представляет собой устройство переключения ответвлений обмоток под нагрузкой, которое включает в себя аккумулятор энергии с описанным выше смещающим механизмом.
Форма участка контакта между смещающим кулачком и упором может быть другой, если требуется, и путем регулирования момента нагрузки смещающего механизма и угла поворота, и т.п., упора и смещающего кулачка, форма смещающего кулачка может быть подобрана в соответствии с требуемым моментом нагрузки для переключения переключателя ответвлений.
Более конкретно, как иллюстрируется на фиг.5, вместо смещающего кулачка 17, имеющего форму равнобедренного треугольника, может использоваться смещающий кулачок 18, имеющий форму тонкой квадратной скобы. Используя смещающий кулачок 18, как показано на графике на фиг.6, момент нагрузки может быть дополнительно уменьшен.
Однако, если сравнить зависимость между углом поворота и величиной перемещения для смещающего кулачка 17 и смещающего кулачка 18, как показано на фиг.7, смещающий механизм со смещающим кулачком 17 будет предпочтителен. На графике на фиг.6 смещающий механизм со смещающим кулачком 18 имеет максимальную величину перемещения при угле поворота 40 градусов, а смещающий механизм со смещающим кулачком 17 и известный смещающий механизм имеют максимальные величины перемещения, которые по существу соответствуют друг другу при соответствующих конфигурациях.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
1, 10 Приводной вал
2, 11 Эксцентриковый кулачок
3 Пружина
4, 12 Заводная корпусная часть
5, 13 Аккумулирующая энергию корпусная часть
6, 14 Кривошип
7, 15 Защелка
8 Выступающая часть
9, 19 Упор
16, 17, 18 Смещающий кулачок.