JPS63291336A

JPS63291336A - 電流遮断器

Info

Publication number: JPS63291336A
Application number: JP12386287A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Hatanaka; 勝則畑中; Yoshie Izawa; 井澤　佳江
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-05-22
Filing date: 1987-05-22
Publication date: 1988-11-29

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、過負荷または短絡による過電流に対して電源
を保護する′１「流遮断器に関する。

〔従来の技術〕

従来、過電流に対する電源の保護のための電流遮断器に
は、溶断または気化により電路を遮断するヒユーズが用
いられていた。

（発明が解決しようとする問題点〕上述した従来の電流遮断器は以下のような欠点がある。

（１）　ジュール熱にょる溶断を利用しているので保護
性能を上げるために、例えば細いヒユーズを用いて溶断
電流を通常回路電流に近づけるとヒユーズ両端の電圧降
下が大きくなる。この電圧降下は、回路電圧の高い応用
では無視できてもコンピューターのロジック電源等の低
電圧、大電流の応用では無視できない大きさになり、電
源レギュレーションの低下、誤動作等の原因となる。

通常、この問題を解決するためには溶断型のヒユーズを
用いず、電源回路の内部で電ｆ的に電流を遮断する方式
が用いられてきた。しかしながら、この方法は、−・っ
の回路の不良にょフて、すべての回路電流が遮断される
不都合があり、あるいは、この不都合を避けるために回
路を数ブロックに分割しても、回路ブロックの数たけ電
源が必要となって大型化し、信頼性、保守性、コスト等
の点で、要求に充分応えるものではない。

（２）回路負荷が誘導負荷、すなわちインダクタンスを
含んだ回路では、回路遮断時にアークが発生する。この
アークは消弧剤を用いるなどして解決されるが、直流電
流を用いていたり、短絡電流が小さく消弧作用が小さい
状況では、しばしばアーク時間が著しく延びる。

本発明の目的は、上述の問題点を解決し、大電流でもヒ
ユーズ両端に電圧降下を発生せず。

また、直流電流を用いても溶断時にアークを発生させな
いで電路を遮断できる電流遮断器を提供することである
。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の電流遮断器は、超伝導材料で形成され、電路に
接続されている導電体と、その導電体を超伝導・常伝導
転移温度以下に保つ手段を有する。

（作用）このように、超伝導材料で形成された導電体を、超伝導
・常伝導転移温度以下に保つことにより、導電体を超伝
導状態に保って電圧降下を生ずることなく電流を流すこ
とができ、過負荷または短絡により臨界電流以上の電流
が流れると、超伝導状態から常伝導状態に遷移し、その
結果、電流が減少し、自動的に電源が保護される。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の電流遮断器の第１の実施例の構成図で
ある。

低温容器１は、断熱構造となっていて、冷媒人口５から
液体ヘリウム、液体窒素、フレオン等の使用する超伝導
材料に通した冷媒か抽入され、その容器中には、超伝導
材料でつくられたヒユーズ線およびヒユーズ線支持体３
．．３．が収容されている。それぞれのヒユーズ線支持
体３．．３２は、端子２．．２２を介して外部回路（図
示せず）に接続されている。容器内部で気化されたガス
は排気ロアから排気される。クエンチ安全弁６は、冷媒
が一時的に沸騰したとき、弁が押上げられ、ガスを開放
する。緊急遮断用バルブ８は回路側または電源側の障害
により電路を緊急かつ安全に遮断する必要がある場合に
用いられ、このバルブを開くことにより瞬時に冷媒が排
出され、排気ロアより高温のガスが吸引され、ヒユーズ
線４の温度が超伝導・常伝導転移温度Ｔｃ以トに上昇す
る。この動作により回路電流はスムーズに制限される。

次に本実施例の動作について説明する。

ヒユーズ１ｉ１４は、通常、冷媒により転移温度Ｔｃ以
下に冷却されている。この状態ではヒユーズ線４の電気
抵抗は零となっており接続端゛ｔ２１＋　２７間の電圧
降下はＯである。ヒユーズ線４を流れる電流が過負荷、
短絡などにより臨界電流値１ｃを超えると、ヒユーズ線
４の超伝導が破壊され、常伝導状態に遷移する。この遷
移によってヒユーズ線４の抵抗が高くなり回路電流がス
ムーズに低減する。このとき発熱を伴なうので冷媒が一
時的に沸騰し、低温容器１内の気圧が上昇するとクエン
チ安全弁６が押トげられ、気体が開放される。このクエ
ンチ安全弁６の動作をヒユーズ線４の動作表示にするこ
ともできる。

ヒユーズ線４は、使用している超伝導材料により、超伝
導が破壊された場合に高抵抗化して電流を遮断する高抵
抗型と、常伝導状態に遷移した後ジュール熱により完全
に溶断する溶断型との２種類のいずれかを選択して用い
ることができる溶断型の超伝導材料としてはＮｂ、Ｐｂ
、Ｎｂ３Ｓｎ、Ｖ３　Ｇａ、Ｎｂ３　Ｇｅ等の金属系の
ものが好適に用いられ、高抵抗化型の超伝導材料として
はＬｂ−Ｂａ−Ｃｕ−０系、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系、Ｌ
ａ−３ｒ−Ｃｕ−０等のセラミック系のものが好適に用
いられる。高抵抗化型のものは自動復帰するのでヒユー
ズの交換は不要である。また自動復帰型のヒユーズ線４
を用いる場合には低温容器１の冷媒の液面レベルは、ヒ
ユーズ線４よりも下であることが望ましく、この場合は
遮断動作で冷媒が沸騰することはない。

第２図は第１図のヒユーズ線４の拡大図、第３図は第２
図のＡ−Ｂ断面１１である。

超伝導線ＩＯはその支持導体９によ７て被覆されている
。超伝導線１０の線径は臨界電流ＩＣの大きさで決定さ
れる。

第４図は超伝導薄膜ヒユーズの一実施例の平面図、第５
図は第４図のＡ−Ｂ断面図である。

絶縁性の基板ｌｌ上には、金属系の場合は抵抗加熱蒸着
法、ＥＢ法、スパッタ法など、セラミック系の場合は焼
結体ターゲットを用いた「ｆマグネトロンスパッタ法、
溶媒に試料を溶かし、高温で飽和溶液を作り、徐冷する
ことにより成長させるフラックス法などによって、超伝
導薄膜１２が形成されている。臨界電流ＩＣの大きさは
超伝導薄膜１２の膜厚並びに線幅で決定される。超伝導
薄膜ヒユーズの基板材料としては、アルミナ、ベリリア
等のセラミック、石英ガラス、青板ガラス、７０５９ガ
ラス等はとんどの絶縁材料を用いることができる。

第６図は溶断型超伝導薄膜ヒユーズの一実施例の断面図
である。基板Ｉｔ上に５ｉ０７等の蓄熱層１３が形成さ
れ、その上に超伝導薄膜１２が形成されている。このよ
うに蓄熱層１３を設けることにより基板材料ＩＩの熱伝
導率の選択範囲を拡げることができる。

第７図は本発明の電流遮断器の第２の実施例の構成図で
ある。

本実施例は高抵抗化型ヒユーズを用いて開閉スイッチを
構成したものである。

ヒユーズ部１９は超伝導材料で形成され、支持体に設け
られている。冷媒タンク１４中の冷媒は、トランスファ
チューブ１６を経由して開閉器１５に供給される。加熱
器１８は開閉器１５内の冷媒を蒸発させる。安全弁１７
は開閉器１５内のガラスの気圧が一定値以上になると押
し上げられ、それによってガスが排出する。短絡または
過負荷によって臨界電流Ｉｃを超える過電流が流れると
、ヒユーズ部１９は高抵抗化し電流が遮断される。その
後、開閉器１５内に冷媒が残っている間に、過電流の原
因が除かれると自動復帰する。しかし、電流が臨界値１
ｃを超えなくても、加熱器１８を冷媒中に浸すか、ヒー
タ等により加熱することによっても回路電流を遮断でき
る。再び通電する場合はトランスファチューブ１６によ
り冷媒を開閉器１５内に送る。したかりて、開閉器１５
は電流遮断器と開閉スイッチを兼ねることができ、さら
に開閉器１５内部の冷媒の蒸発率を制御することにより
、タイマ動作をも行なうことができる。なお、第１、第
２の実施例においては、本発明の電流遮断器を電源と回
路の電路遮断または開閉に適用したが、変圧器・電動機
、分岐線等の電力用ヒユーズとしても応用できることは
自明である。

〔発明の効果〕

以Ｅ説明したように本発明は、超伝導材料で形成された
ヒユーズ線の温度を超伝導・常伝導転移温度以下に保つ
ことにより、次の効果を（ｆする。

（１）ヒユーズ線端を間の電圧降下は電流の大きさにか
かわらず全くない。

（２）回路電流がヒユーズ線の高抵抗化により徐々に減
少するのでインダクタンス負荷がある場合においても直
流遮断の場合においてもアークを発生することなくスム
ーズに遮断できる。

（３）超伝導材料を用いているので小型に作ることがで
きる。

（４）ヒユーズ線の交換が不要な、自己復帰型の構成に
することもできる。

（５）開閉器の機能を同時に実現することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第７図は本発明の電流遮断器の第１、第２の実
施例の構成図、第２図は第１図のヒユーズ線４の拡大図
、第３図は第２図のＡ−Ｂ断面図、第４図は超伝導Ｖ！
膜ヒユーズの一実施例の平面図、第５図は第４図のＡ−
Ｂ断面図、第６図は溶断型超伝導溝１ｑヒユーズの一実
施例の断面図である。１・・・・・・・・・低温容器、２皿、２．−−−−−−−−−接続端子、３１　＋　３
２　””−・・・ヒユーズ線支持体、４・・・・・・・
・・ヒユーズ線、５・・・・・・・・・冷媒人「１．６
−−−−−−−−−クエンチ安全弁、？　−−−−−・
・・・ガス排気口、８・・・・・・・・・緊急遮断用バルブ、９・・・・・
・・・・支持導体、　１０・・・・・・・・・超伝専線
、１１−・・・・・・・・基板、　　　　＋　２−・・
・・・・・・超伝導薄膜、１３　・−−−−−−−−蓄
熱層、　　　１４・・・・・・・・・冷媒タンク、１５
・・・・・・・・・開閉器、１６・・・−・−トランスファチューブ、１７・・・・
・・・・・安全弁、　　１８・・・・・・・・・加熱器
、１９・・・・・・・・・ヒユーズ部。

Claims

【特許請求の範囲】１、超伝導材料で形成され、電路に接続されている導電
体と、前記導電体を、超伝導・常伝導転移温度以下に保つ手段
を有する電流遮断器。２、前記導電体が絶縁基板上に形成された超伝導薄膜で
ある特許請求の範囲第１項に記載の電流遮断器。３、前記手段が冷媒を気化させるための加熱手段を有し
、該加熱手段によって超伝導体を超伝導相から常伝導相
に任意に転移させることにより、電路を開閉する開閉器
機能を有する特許請求の範囲第１項に記載の電流遮断器
。