JP2000209772A

JP2000209772A - 電流制限器

Info

Publication number: JP2000209772A
Application number: JP11002929A
Authority: JP
Inventors: Isao Okutomi; 功奥富; Takanobu Nishimura; 隆宣西村; Atsushi Yamamoto; 敦史山本; Takashi Kusano; 貴史草野
Original assignee: Toshiba Corp; Shibafu Engineering Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Shibafu Engineering Corp
Priority date: 1999-01-08
Filing date: 1999-01-08
Publication date: 2000-07-28

Abstract

(57)【要約】【課題】大きな過電流が流れた場合でも電流制限素子
が破断することなく、かつ、高い電流制限比を有する電
流制限器を提供する。【解決手段】電流制限器１を、電気抵抗値が正の温度
係数を有する抵抗体Ｒ１を配した主回路２と、これに並
列に電気抵抗値が負の温度係数を有する抵抗体Ｒ２を配
した副回路３で構成し、副回路３は、スイッチＳｗを介
して接地される。定常時は大部分の電流が主回路２を通
して負荷４に流れるが、過電流発生時は、大部分の電流
が接地した副回路３に流れるように、両抵抗体Ｒ１、Ｒ
２の抵抗値の比率が切り替わり、過電流発生時に負荷４
へ電流が流れることを阻止する。これにより、電流制限
素子が破断することなく過電流制限が行なえる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気機器に流れる
過電流を制限して回路を保護する電流制限器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気設備の大容量化に伴い、短絡
事故などで発生する過電流は、増大する傾向にある。こ
のような場合、短絡容量を十分満足する大形遮断器を用
意することは経済的に大きな負担となっている。最近で
は、従来からの遮断容量が比較的小さなの遮断器を多数
直列に配した構成の電流制限器を接続することによっ
て、電流を制限し、大きな遮断容量を確保することが行
われている。

【０００３】従来の電流制限器は、例えばＦｅ、Ｆｅ−
Ｃｏ合金のように常温で比較的低い比抵抗を有し、高温
では高い比抵抗となるような大きな電気抵抗の温度係数
を有する材料を用い、この両端に接続用端子を固着する
と共に絶縁被覆をしたもので、遮断器に直列に接続し、
過電流が流れた場合に発生するジュール熱により発生し
た温度で抵抗を増大させ、過電流を制限させるものであ
る。

【０００４】一方、最近の大容量の電流制限において
は、定常時での常温と、短絡時での高温の比抵抗の比率
は、１００倍から１０００倍といった大きな抵抗変化が
要求される。

【０００５】しかしながら従来のＦｅ、Ｆｅ−Ｃｏ合金
を用いた電流制限器では、常温での比抵抗は、それぞれ
１０μΩｃｍ、６μΩｃｍ程度でかなり低抵抗値である
が、３００℃でのそれは常温の８倍程度に過ぎない。そ
のために十分な電流制限効果が得られなかった。

【０００６】大きい抵抗の変化率を得る他の技術として
は、正の電気抵抗の温度係数材料（ＰＴＣ）として用い
られる代表的なものにＳｒ、Ｐｂ、Ｃｅなどの微量添加
物を含有したＢａＴｉ０₃ セラミックスがある。しか
し、これらは常温時の比抵抗が約１０Ωｃｍと高いため
電圧降下が大きくなり大電力用途に用いることは困難で
ある。また、そのＰＴＣ現象が粒界層に起因する機構に
依っているため大電流用途に用いることは困難である。

【０００７】また、ＣｒやＡｌを微量含有するＶ₂ Ｏ₃
セラミックスもＰＴＣ抵抗体であることが知られてい
る。しかしながら、同材料は定常電流から過電流に移行
した時、電流の集中化が起こり、集中した部分が急激に
加熱し、破断するという現象が見られる。そのために電
流制限動作終了後に定常状態に復帰させることが出来な
くなるという問題があった。

【０００８】以上説明したように、電流制限器として従
来から二、三の技術が開発され、いずれも実用に供せら
れてはいるが、最近の大容量化、信頼性向上要求に対し
改良が必要となっている。すなわち、上記したＦｅ、Ｆ
ｅ−Ｃｏ系電流制限素子では、経済性、作業性、定常時
の低抵抗値など優れた特性のため、現在も多用されてい
るが、一層大きな電流制限比を要求される大電流分野へ
の適用には不向きである。

【０００９】また、上記したＢａＴｉＯ₃ 系やＶ₂ Ｏ₃
系などのセラミックスＰＴＣ抵抗体は、過電流時に大き
な電流制限比が得られるものの、過電流により破断する
といった致命的な欠陥があり、このままでは大容量用途
の電流制限器としては使用できない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、現在
の高い電流制限比を有するＢａＴｉＯ₃ やＶ₂ Ｏ₃ など
のセラミックス系ＰＴＣ抵抗体においては過電流によっ
て素子が破損するという問題がある。そこで本発明の目
的は、大きな過電流が流れた場合でも電流制限素子が破
断することなく、かつ、高い電流制限比を有する電流制
限器を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
に係る電流制限器は、電気抵抗値が正の温度係数を有す
る第１の抵抗体からなる主回路と、電気抵抗値が負の温
度係数を有する第２の抵抗体からなる副回路とを並列に
し、副回路に接地を配することを特徴とする。

【００１２】このような構成により、定常時と過電流が
発生したときに並列に配した主回路と副回路の電流密度
の配分が切り替わり、過電流が主回路側に流れないよう
にすることができる。従って、一つの抵抗体素子に大き
な負荷をかけること無く過電流を制限できることから素
子の破壊を防止し、たとえ副回路が破損しても、主回路
は回復できる。

【００１３】請求項２に記載の本発明は、請求項１に記
載の電流制限器において、定常時における第１の抵抗体
の電気抵抗値ｒ１と第２の抵抗体の電気抵抗値ｒ２との
比ｒ１／ｒ２が０．１以下であることを特徴とする。

【００１４】請求項３に記載の本発明は、請求項１に記
載の電流制限器において、定常時の３倍以上の電流が流
れた時の前記第１の抵抗体の電気抵抗値ｒ３と前記第２
の抵抗体の電気抵抗値ｒ４との比ｒ３／ｒ４が１０以上
であることを特徴とする。

【００１５】請求項４に記載の本発明に係る電流制限器
は、電気抵抗値が正の温度係数を有する第１の抵抗体と
発熱用の第３の抵抗体が並列に配された主回路と、電気
抵抗値が負の温度係数を有する第２の抵抗体からなる副
回路とを並列にし、副回路に接地を配することを特徴と
する。

【００１６】このような構成により、定常時と過電流が
発生したときに並列に配した主回路と副回路の電流密度
の配分が切り替わり、過電流が主回路側に流れないよう
にすることができる。従って、一つの抵抗体素子に大き
な負荷をかけること無く過電流を制限できることから素
子の破壊を防止し、たとえ副回路が破損しても、主回路
は回復できる。

【００１７】請求項５に記載の本発明は、請求項４に記
載の電流制限器において、定常時における第１の抵抗体
の電気抵抗値ｒ１と、第２の抵抗体の電気抵抗値ｒ２
と、第３の抵抗体の電気抵抗値ｒ５との比ｒ１：ｒ２：
ｒ５が、１：１０以上：５以上であることを特徴とす
る。

【００１８】請求項６に記載の本発明は、請求項４に記
載の電流制限器において、定常時の３倍以上の電流が流
れたときの第１の抵抗体の電気抵抗値ｒ３と、第２の抵
抗体の電気抵抗値ｒ４と、第３の抵抗体の電気抵抗値ｒ
６との比ｒ３：ｒ４：ｒ６が、１：０．１以下：０．５
以下であることを特徴とする。

【００１９】請求項７に記載の本発明に係る電流制限器
は、電気抵抗値が正の温度係数を有する第１の抵抗体と
発熱用の第３の抵抗体とを並列に配することを特徴とす
る。このような構成により、過電流制限動作の迅速性を
向上させることができる。

【００２０】請求項８に記載の本発明は、請求項１また
は請求項４または請求項７に記載の電流制限器におい
て、各抵抗体が絶縁体を介して近接し、さらにこれらの
抵抗体を束ねた外周が断熱材で覆われていることを特徴
とする。

【００２１】請求項９に記載の本発明は、請求項１また
は請求項４または請求項７に記載の電流制限器におい
て、第１の抵抗体は、室温（例えば、−３０℃〜＋３０
℃）での固有抵抗が４０μΩｃｍ以上、１０Ωｃｍ以下
であり、室温から８００℃までの温度上昇に伴う電気抵
抗の増大率が５倍以上の抵抗体であることを特徴とす
る。

【００２２】請求項１０に記載の本発明は、請求項９に
記載の電流制限器において、第１の抵抗体が、鉄、Ｎ
ｉ、Ｃｏ、Ｂ、Ｆｅ−Ｃｏ合金、またはＦｅ−Ｎｉ合金
であることを特徴とする。

【００２３】請求項１１に記載の本発明は、請求項９に
記載の記載の電流制限器において、第１の抵抗体が、Ｂ
ａＴｉＯ₃ 系酸化物、またはＶ₂ Ｏ₃ 系酸化物であるこ
とを特徴とする。

【００２４】請求項１２に記載の本発明は、請求項９に
記載の電流制限器において、第１の抵抗体が、ポリマー
樹脂と導電粒子の複合材であることを特徴とする。請求
項１３に記載の本発明は、請求項１または請求項４に記
載の電流制限器において、第２の抵抗体は、室温（例え
ば、−３０℃〜＋３０℃）での固有抵抗が０．４Ωｃｍ
以上１０⁶ Ωｃｍ以下であり、室温から２００℃までの
温度上昇に伴う電気抵抗低下率が１０分の１以下である
ことを特徴とする。

【００２５】請求項１４に記載の本発明は、請求項１３
に記載の電流制限器において、第２の抵抗体が、ＶＯ₂
系酸化物であることを特徴とする。請求項１５に記載の
本発明は、請求項１３に記載の電流制限器において、第
２の抵抗体が、ＬｉＣｏ系酸化物、Ｓｅ系金属間化合
物、またはＳｂ系金属間化合物であることを特徴とす
る。

【００２６】請求項１６に記載の本発明は、請求項１３
に記載の電流制限器において、第２の抵抗体が、Ａｇ₂
Ｓ系硫化物であることを特徴とする。請求項１７に記載
の本発明は、請求項１３に記載の電流制限器において、
第２の抵抗体が、ボロンであることを特徴とする。

【００２７】請求項１８に記載の本発明は、請求項４ま
たは請求項７に記載の電流制限器において、第３の抵抗
体は、室温付近での固有抵抗値が０．２Ωｃｍ以上、５
００Ωｃｍ以下であり、定常時および過電流時の温度で
第１の抵抗体の電気抵抗値と第２の抵抗体の電気抵抗値
との間の電気抵抗値であることを特徴とする。

【００２８】請求項１９に記載の本発明は、請求項１８
に記載の電流制限器において、第３の抵抗体が、Ｎｉ−
Ｃｒ系合金、Ｂａ−Ｔｉ系酸化物、またはＳｉＣである
ことを特徴とする。

【００２９】請求項２０に記載の本発明は、請求項６に
記載の本発明は、請求項１または請求項４に記載の電流
制限器において、副回路の接地を切り離すことが可能な
手段を設けることにより、主回路のみが負荷と電源との
間に直列に挿入された回路に切替え可能とすることを特
徴とする電流制限器。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について詳細に説明する。なお、以下の図におい
て、同符号は同一部分または対応部分を示す。

【００３１】（第１の実施形態）まず、本発明の第１の
実施形態に係る電流制限器の構成を、図１を用いて説明
する。

【００３２】図１において、電流制限器１は、抵抗体Ｒ
１を配した主回路２と、これに並列に抵抗体Ｒ２を配し
た副回路３で構成された抵抗器であり、主回路２は電気
製品などの負荷４に接続されており、一方の副回路３
は、スイッチＳｗを介して接地されている。

【００３３】定常時は大部分の電流が主回路２を通して
負荷４に流れるが、過電流発生時は、大部分の電流が接
地した副回路３に流れるように、主回路２の抵抗体Ｒ１
と副回路３の抵抗体Ｒ２の抵抗値の比率が切り替わるよ
うな動作をするもので構成されている。

【００３４】その結果、過電流発生時に負荷４へ電流が
流れることを阻止するものである。上記の電流制限器１
において主回路２と副回路３への電流の配分が切り替わ
る動作を、図２を用いて説明する。

【００３５】まず、主回路２の抵抗体Ｒ１は、定常時は
比較的常温に近い温度域で低い抵抗値ｒ１を有する。過
電流の発生により抵抗体Ｒ１はジュール熱により自己発
熱し、温度が定常時の温度Ｔ１から過電流発生時の温度
Ｔ２に上昇する。この抵抗体Ｒ１は温度上昇により抵抗
値が増大する材料で構成されている。いわば、抵抗体Ｒ
１はその電気抵抗値が正の温度係数を有するＰＴＣ素子
である。

【００３６】一方、副回路３の抵抗体Ｒ２は定常時の温
度Ｔ１では高い抵抗値ｒ２であるが、過電流発生時にＲ
１からの熱伝達により温度Ｔ２になると急激に抵抗値が
ｒ４まで低下するような負の温度係数を有する抵抗体材
料で構成されている。いわば、ＮＴＣ素子およびＣＴＣ
（急変抵抗体）素子である。

【００３７】上記の抵抗値ｒ１ないしｒ４までの抵抗値
は、電流制限器１の用途に応じて適正レベルが設定され
る。抵抗値ｒ１は、定常時に電圧ロスなしであることが
理想であり、十分に低い値が要求される。一方、抵抗値
ｒ２は抵抗体Ｒ２には電流がほとんど流れないことが理
想であり、ｒ１／ｒ２の比率が十分に小さいことが必要
である。過電流発生時は、抵抗体１と抵抗体Ｒ２は逆転
し、抵抗値ｒ３が高く、ｒ４が十分に低いことが理想で
ある。つまり、ｒ３／ｒ４比が十分に大きいことが良
い。ｒ３の抵抗側には電流が流れなくなると抵抗体Ｒ１
のジュール熱は発生しなくなるので、電流制限器１全体
の温度は低下し、やがて抵抗値が定常時の状態に復帰す
るとともに主回路２と副回路３の電流の配分も復帰す
る。

【００３８】ここで、抵抗体Ｒ１は、例えば、室温での
固有抵抗が４０μΩｃｍ以上、１０Ωｃｍ以下であり、
室温から８００℃までの温度上昇に伴う電気抵抗の増大
率が５倍以上の抵抗体を用いる。また、抵抗体Ｒ２は、
例えば、室温での固有抵抗が０．４Ωｃｍ以上１０⁶ Ω
ｃｍ以下であり、室温から２００℃までの温度上昇に伴
う電気抵抗低下率が１０分の１以下の抵抗体を用いる。

【００３９】従来のＰＴＣ抵抗体のみを用いるタイプの
電流制限器の場合、大電流で急激に昇温するとＰＴＣ素
子にクラックが発生して破壊し、復帰できないといった
問題があったが、大電流はＣＴＣ（ＮＴＣ）素子に流れ
るため破壊しない。

【００４０】たとえ、副回路３の抵抗体Ｒ２が損なわれ
ても、主回路２は通電可能であり、復帰時の負荷４の停
電による大きな損害を回避できる。また、従来のＰＴＣ
素子の代表的な材料であるＢａＴｉＯ₃ は、そのＰＴＣ
現象が粒界の電位障壁に基づいているため電圧依存性が
あり、電力用のような大電流には使用できなかったが、
この電流制限器１の構成での抵抗体Ｒ１には、大電流が
制限されるので使用が可能となる。

【００４１】図２の定常時の温度Ｔ１は室温（例えば、
−３０℃〜＋３０℃）が一般的であるが、使用条件によ
り設定された温度で考えても良い。この温度Ｔ１での各
抵抗値の比ｒ１：ｒ２としては、１：１０以上、好まし
くは１：５０以上である。

【００４２】また、過電流発生時の温度Ｔ２も使用条件
により設定が決まる。例えば、定常時の３倍以上の電流
が流れた時の温度Ｔ２での各抵抗値の比ｒ３：ｒ４は１
０以上：１であり、好ましくは５０以上：１である。

【００４３】副回路３の抵抗体Ｒ２の材料としては、お
よそ６０℃付近から数百℃の範囲での臨界温度で急激に
電気抵抗が低下するＣＴＣ抵抗体であることが望まし
い。このようなＣＴＣ抵抗体としては、ＶＯ₂ 系とＡｇ
₂ Ｓ系がある。

【００４４】ＶＯ₂ 系はＶ₂ Ｏ₅ にＣａＯ、ＳｒＯ、Ｂ
ａＯ、ＰｂＯなどの塩基性酸化物とＰ₂ Ｏ₅ 、ＳｉＯ
₂ 、Ｂ₂ Ｏ₃ などの酸性酸化物を混合して溶解し、適当
な弱還元性雰囲気で熱処理した後急冷することによって
得られる。

【００４５】これで得られたＶＯ₂ を昇温すると約７０
℃付近で半導体と金属の転移を起こし、電気抵抗が急激
に低下する。この実施形態における抵抗体Ｒ２として
は、Ｖ₆₀Ｂ₄₀系酸化物を用いた。室温付近の電気抵抗は
３×１０₄ Ωであり、７０℃付近で急激に降下し、１０
０℃で約０．７Ωまで低下する。

【００４６】この抵抗体がＶＯ₂ 単結晶の場合は上記の
転移で結晶が崩壊してしまうが、この実施形態のような
複合酸化物の場合はＶＯ₂ 微細結晶の間隙に半ガラス状
の酸化物が存在する構造であるため、転移でも崩壊しな
い特徴がある。

【００４７】ＶＯ₂ −Ｂ系酸化物と同様に、ＣＴＣ抵抗
体にはＶＯ₂ −Ｐ系酸化物（Ｖ₈₄Ｐ₁₁Ｃａ₅ −Ｏ、Ｖ₇₄
Ｐ₂₁Ｂａ₅ −Ｏなど）、ＶＯ₂ −Ｓｉ系酸化物やＡｇ₂
Ｓ系硫化物も適用できる。また、ＣＴＣではないが、電
気抵抗値が負の温度係数であるＮＴＣにおいて抵抗値低
下率が大きな材料も実施可能である。Ｌｉ₈ Ｃｏ₉₂酸化
物、Ｌｉ₈ Ｃｏ₄₆Ｎｉ₄₆酸化物などの遷移金属酸化物、
あるいはＷＳｅ、ＲｅＳｅ₂ などのセレン化合物やＭｇ
₃ Ｓｂ₂ といった金属間化合物が使用できる。金属材料
としてはＢ（ボロン）も有効なＮＴＣ特性を有する。

【００４８】一方、主回路２の抵抗体Ｒ１の材料として
は、室温付近の定常時の抵抗が低く、数百℃に温度上昇
するに伴い電気抵抗が増大するＰＴＣ抵抗体である。こ
の実施形態における抵抗体Ｒ２のＶＯ₂ −Ｂ系酸化物Ｃ
ＴＣが１００℃以上で１オーム以下であるため、抵抗体
Ｒ１の電気抵抗値は１００オーム以上であれば主回路に
配分される電流密度は約１％となる。

【００４９】常温では１０Ωｃｍ以下としては、鉄、Ｎ
ｉ、Ｃｏ、Ｂ、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金等の金
属材料があり、酸化物系材料としては、Ｖ₂ Ｏ₃ 系やＢ
ａＴｉＯ₃ 系がある。

【００５０】Ｖ₂ Ｏ₃ 系ではＶの一部をＣｒで置換した
（Ｖ_0.997 Ｃｒ_0.003 ）₂ Ｏ₃ があり、ＢａＴｉＯ₃ 系
ではＢａの一部をＰｂで置換した（Ｂａ₅₀Ｐｂ₅₀）Ｔｉ
Ｏ₃がある。

【００５１】ポリマー系では、ポリエチレン樹脂、シリ
コン樹脂等のポリマー樹脂に導電粒子を複合化した材料
も顕著なＰＴＣ特性を示す。導電粒子としては、Ｃｕ、
Ａｇ、Ｃ、Ｎｉ、Ａｌがある。ポリエチレン樹脂に導電
粒子としてカーボンを５０ｗｔ％分散させた複合材は室
温での０．４Ωｃｍから約１３０℃の温度での４００Ω
ｃｍまで抵抗値が増大する。

【００５２】以上説明した抵抗体Ｒ１および抵抗体Ｒ２
用の材料を用いて、電流制限器１を構成するには過電流
発生時に短時間で抵抗体Ｒ１に発生した熱を抵抗体Ｒ２
に伝達する必要がある。そのために抵抗体Ｒ１と抵抗体
Ｒ２は絶縁体を介して近接させ、それらの周囲を断熱材
で覆って熱発散を防ぐ構造とする。つまり、抵抗体同士
はエナメル膜のような絶縁薄膜でコーティングされて重
ね合わせてあり、それらを束ねた外周はセラミックス繊
維などの断熱材で被覆されている。

【００５３】以上のような構成の電流制限器は、事故発
生時に事故点への電流供給を抑制するために副回路３を
通して電流が接地に流れ、大きな電圧降下となる。それ
が、システム全体としては問題である場合にもこの実施
形態の電流制限器の接続ができるようにするには、図１
に示すように、副回路３の接地を切り離すスイッチＳｗ
を設けておけば良い。

【００５４】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態に係る電流制限器の構成を、図３を用いて説明
する。

【００５５】図３においては、図１に示す第１の実施形
態における電流制限器１の主回路２に、抵抗体Ｒ１と並
列に抵抗体Ｒ３が配列されている。この抵抗体Ｒ３は発
熱回路５である。この発熱回路５の抵抗体Ｒ３を加える
ことにより、過電流が主回路２に流れる時、抵抗体Ｒ１
と抵抗体Ｒ２の温度を急速に上昇させることができる。

【００５６】ここで、抵抗体Ｒ１と抵抗体Ｒ２は、例え
ば、第１の実施形態における抵抗体Ｒ１と抵抗体Ｒ２に
適用できる抵抗体を用いることとし、第３の抵抗体は、
例えば、室温付近での固有抵抗値が０．２Ωｃｍ以上、
５００Ωｃｍ以下であり、定常時および過電流時の温度
で抵抗体Ｒ１の電気抵抗値と抵抗体Ｒ２の電気抵抗値と
の間の電気抵抗値のものを用いる。

【００５７】この構成における各抵抗体Ｒ１、Ｒ２、Ｒ
３の抵抗値の比率の変化を図４を用いて説明する。図４
において、定常時の温度Ｔ１で、発熱回路５の抵抗体Ｒ
３の抵抗値ｒ５は主回路２の抵抗体Ｒ１の抵抗値ｒ１に
比べて高いものであり、発熱しない。過電流が流れると
抵抗体Ｒ３が発熱して温度Ｔ２になる。温度Ｔ２では抵
抗体Ｒ３の抵抗値ｒ６は、抵抗体Ｒ２の抵抗値ｒ４に比
べて十分に高い値であり、流れる電流密度は小さくなる
ので発熱は少なくなっていき、やがて定常温度Ｔ１に復
帰する。

【００５８】定常時の温度Ｔ１での抵抗値ｒ１：ｒ２：
ｒ５の比は、１：１０以上：５以上であり、好ましくは
１：１００以上：５０以上である。さらに過電流時、例
えば、定常時の３倍以上の電流が流れた時の温度Ｔ２で
は抵抗値ｒ３：ｒ４：ｒ６の比は、１：０．１以下：
０．５以下であり、好ましくは１：０．０１以下：０．
０５以下である。

【００５９】この実施形態は、過電流発生時に抵抗体Ｒ
１のジュール熱よりも短時間に発熱できる抵抗体Ｒ３を
採用したものであるが、抵抗体Ｒ３の材料としては、発
熱効率の良好なＮｉＣｒ合金が経済的である。

【００６０】その他、抵抗値が比較的高いＰＴＣ抵抗体
を用いることで発熱と共に抵抗が大きくなり、瞬時に抵
抗体Ｒ１および抵抗体Ｒ２を加熱でき、事故の拡大を防
止できる。そのような抵抗材料としては、ＢａＴｉＯ₃
系サーミスタやＳｉＣがある。

【００６１】図４において、抵抗体Ｒ３の抵抗値は、定
常時の温度Ｔ１と過電流発生時の温度Ｔ２のいずれにお
いても抵抗体Ｒ１と抵抗体Ｒ２の間であることが必要で
ある。温度Ｔ１では、抵抗値ｒ５を抵抗値ｒ１に対して
５倍以上に大きくすることで発熱を抑える。また、抵抗
値ｒ５を抵抗値ｒ２よりも小さくすることで、主回路２
の抵抗を小さくして、発熱損失と抵抗値ｒ２の抵抗体Ｒ
２へのロスを防ぐ。

【００６２】温度Ｔ２では抵抗値ｒ６を抵抗値ｒ４より
大きくすることで主回路２への電流を回避する。また、
抵抗値ｒ６を抵抗値ｒ３より小さくすることで発熱分の
電流を確保する。

【００６３】なお、この第２の実施形態においても、第
１の実施形態と同様に、抵抗体Ｒ１、抵抗体Ｒ２、及び
抵抗体Ｒ３は絶縁体を介して近接させ、それらを束ねた
外周をセラミックス繊維などの断熱材で被覆する。

【００６４】また、この第２の実施形態においても、過
電流発生時にシステム全体への電圧降下を防止する必要
がある場合に対処できるように副回路３の接地を切り離
すスイッチＳｗを設ける。

【００６５】以上説明したように第１及び第２の実施形
態の電流制限器は、定常時と過電流が発生したときに並
列に配した主回路と副回路の電流密度の配分が切り替わ
り、過電流が主回路側に流れないようにすることを実現
するものであり、一つの抵抗体素子に大きな負荷をかけ
ること無くできることから素子の破壊を防止し、たとえ
副回路が破損しても、主回路は回復できるという信頼性
の高い電流制限器を得ることができる。

【００６６】（第３の実施形態）次に、本発明の第３の
実施形態に係る電流制限器の構成を、図５を用いて説明
する。

【００６７】図５に示すように、この第３の実施形態の
電流制限器１は、主回路２の抵抗体Ｒ１と、発熱回路５
としての抵抗体Ｒ３だけを並列に接合した電流制限器で
ある。

【００６８】この構成における各抵抗体Ｒ１、Ｒ３の抵
抗値の比率の変化を図６を用いて説明する。図６に示す
ように、定常時の温度Ｔ１での抵抗値ｒ１：ｒ５の比
は、例えば１：１００以上であるため、抵抗体Ｒ３には
微少電流しか流れないが、過電流発生時には、抵抗体Ｒ
３のジュール熱により急速に温度Ｔ２に到達する。これ
により、抵抗体Ｒ１のジュール熱による抵抗値の増大速
度を増幅する。この結果、異常時の抵抗値は、ｒ３＊ｒ
５／（ｒ３＋ｒ５）となる。

【００６９】即ち、この第３の実施形態の電流制限器
は、反応の迅速性を向上させることに特徴がある。な
お、これらの各抵抗体Ｒ１、Ｒ３に使用される材料は、
前述の各実施形態における各抵抗体Ｒ１、Ｒ３に適用で
きる材料を用いることができる。

【００７０】また、この第３の実施形態においても、前
述の各実施形態と同様に、抵抗体Ｒ１、及び抵抗体Ｒ３
は絶縁体を介して近接させ、それらを束ねた外周をセラ
ミックス繊維などの断熱材で被覆する。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る主回
路と副回路からなる電流制限器を電源と負荷の間に直列
に挿入することにより、事故で過電流が発生した時、主
回路の抵抗体のジュール熱により、接地した副回路の抵
抗体の電気抵抗が主回路の抵抗体よりも低下することに
より、過電流を負荷に流れることを防止できる。この
際、従来のＰＴＣ型抵抗体のみの直列配列では、加熱に
より抵抗体が崩壊する問題があったが、ＣＴＣあるいは
ＮＴＣ抵抗体への電流の配分により、抵抗体の崩壊を防
止できる。また、副回路の接地への接続を切替えできる
ようにすることで、全体システムヘの電圧降下による損
害を防止することも可能にできる。また、本発明に係る
過電流を制限する抵抗体に発熱用の抵抗体を並列に配し
た電流制限器によれば、過電流制限動作の迅速性を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電流制限器の第１の実施形態の
回路構成図。

【図２】本発明の第１の実施形態における抵抗体の抵
抗値−温度の関係を示す図。

【図３】本発明に係る電流制限器の第２の実施形態の
回路構成図。

【図４】本発明の第２の実施形態における抵抗体の抵
抗値−温度の関係を示す図。

【図５】本発明に係る電流制限器の第３の実施形態の
回路構成図。

【図６】本発明の第３の実施形態における抵抗体の抵
抗値−温度の関係を示す図。

【符号の説明】

１…電流制限器２…主回路３…副回路４…負荷５…発熱回路Ｓｗ…スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西村隆宣東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者山本敦史東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者草野貴史東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内Ｆターム(参考） 5G013 AA01 AA02 AA04 AA09 BA01 CA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気抵抗値が正の温度係数を有する第１の
抵抗体からなる主回路と、電気抵抗値が負の温度係数を
有する第２の抵抗体からなる副回路とを並列にし、前記
副回路に接地を配することを特徴とする電流制限器。
【請求項２】請求項１に記載の電流制限器において、定
常時における前記第１の抵抗体の電気抵抗値ｒ１と前記
第２の抵抗体の電気抵抗値ｒ２との比ｒ１／ｒ２が０．
１以下であることを特徴とする電流制限器。
【請求項３】請求項１に記載の電流制限器において、定
常時の３倍以上の電流が流れた時の前記第１の抵抗体の
電気抵抗値ｒ３と前記第２の抵抗体の電気抵抗値ｒ４と
の比ｒ３／ｒ４が１０以上であることを特徴とする電流
制限器。
【請求項４】電気抵抗値が正の温度係数を有する第１の
抵抗体と発熱用の第３の抵抗体が並列に配された主回路
と、電気抵抗値が負の温度係数を有する第２の抵抗体か
らなる副回路とを並列にし、前記副回路に接地を配する
ことを特徴とする電流制限器。
【請求項５】請求項４に記載の電流制限器において、定
常時における前記第１の抵抗体の電気抵抗値ｒ１と、前
記第２の抵抗体の電気抵抗値ｒ２と、前記第３の抵抗体
の電気抵抗値ｒ５との比ｒ１：ｒ２：ｒ５が、１：１０
以上：５以上であることを特徴とする電流制限器。
【請求項６】請求項４に記載の電流制限器において、定
常時の３倍以上の電流が流れたときの前記第１の抵抗体
の電気抵抗値ｒ３と、前記第２の抵抗体の電気抵抗値ｒ
４と、前記第３の抵抗体の電気抵抗値ｒ６との比ｒ３：
ｒ４：ｒ６が、１：０．１以下：０．５以下であること
を特徴とする電流制限器。
【請求項７】電気抵抗値が正の温度係数を有する第１の
抵抗体と発熱用の第３の抵抗体とを並列に配することを
特徴とする電流制限器。
【請求項８】請求項１または請求項４または請求項７に
記載の電流制限器において、前記各抵抗体が絶縁体を介
して近接し、さらにこれらの抵抗体を束ねた外周が断熱
材で覆われていることを特徴とする電流制限器。
【請求項９】請求項１または請求項４または請求項７に
記載の電流制限器において、前記第１の抵抗体は、室温
での固有抵抗が４０μΩｃｍ以上、１０Ωｃｍ以下であ
り、室温から８００℃までの温度上昇に伴う電気抵抗の
増大率が５倍以上の抵抗体であることを特徴とする電流
制限器。
【請求項１０】請求項９に記載の電流制限器において、
前記第１の抵抗体が、鉄、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｂ、Ｆｅ−Ｃｏ
合金、またはＦｅ−Ｎｉ合金であることを特徴とする電
流制限器。
【請求項１１】請求項９に記載の記載の電流制限器にお
いて、前記第１の抵抗体が、ＢａＴｉＯ₃ 系酸化物、ま
たはＶ₂ Ｏ₃ 系酸化物であることを特徴とする電流制限
器。
【請求項１２】請求項９に記載の電流制限器において、
前記第１の抵抗体が、ポリマー樹脂と導電粒子の複合材
であることを特徴とする電流制限器。
【請求項１３】請求項１または請求項４に記載の電流制
限器において、前記第２の抵抗体は、室温での固有抵抗
が０．４Ωｃｍ以上１０⁶ Ωｃｍ以下であり、室温から
２００℃までの温度上昇に伴う電気抵抗低下率が１０分
の１以下であることを特徴とする電流制限器。
【請求項１４】請求項１３に記載の電流制限器におい
て、前記第２の抵抗体が、ＶＯ₂ 系酸化物であることを
特徴とする電流制限器。
【請求項１５】請求項１３に記載の電流制限器におい
て、前記第２の抵抗体が、ＬｉＣｏ系酸化物、Ｓｅ系金
属間化合物、またはＳｂ系金属間化合物であることを特
徴とする電流制限器。
【請求項１６】請求項１３に記載の電流制限器におい
て、前記第２の抵抗体が、Ａｇ₂ Ｓ系硫化物であること
を特徴とする電流制限器。
【請求項１７】請求項１３に記載の電流制限器におい
て、前記第２の抵抗体が、ボロンであることを特徴とす
る電流制限器。
【請求項１８】請求項４または請求項７に記載の電流制
限器において、前記第３の抵抗体は、室温付近での固有
抵抗値が０．２Ωｃｍ以上、５００Ωｃｍ以下であり、
定常時および過電流時の温度で前記第１の抵抗体の電気
抵抗値と前記第２の抵抗体の電気抵抗値との間の電気抵
抗値であることを特徴とする電流制限器。
【請求項１９】請求項１８に記載の電流制限器におい
て、前記第３の抵抗体が、Ｎｉ−Ｃｒ系合金、Ｂａ−Ｔ
ｉ系酸化物、またはＳｉＣであることを特徴とする電流
制限器。
【請求項２０】請求項１または請求項４に記載の電流制
限器において、前記副回路の接地を切り離すことが可能
な手段を設けることにより、前記主回路のみが負荷と電
源との間に直列に挿入された回路に切替え可能とするこ
とを特徴とする電流制限器。