JP2009302052A - ヒューズ組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】固有故障電流を迅速遮断するためのヒューズ組立体を提供する。
【解決手段】ヒューズ組立体は、複数のフォイル素子６が、１対の端子２，４の間に延設され、複数のスプリッタープレート８によって物理的に支持される。１対の平行なバスバー１２，１４が、フォイル素子６と直列に接続され、フォイル素子内を流れる電流に対して実質的に垂直な磁界を創出する。固有故障電流が発生すると、アーク起始時点において、磁界Ｂとアーク電流との相互作用の結果として発生する電磁力が、溶融したフォイル素子をスプリッタープレートの間の空間内へ押し込む。その結果、アーク長が延伸され、従って、アーク電圧が増大される。少なくともフォイル素子とスプリッタープレートとは、流動する液体誘電体中に浸漬させる。液体誘電体は、溶融したフォイル素子をスプリッタープレートの間の空間内へ押し込むのを助成し、アーク発生場から異物を除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒューズに関し、特に、迅速回路遮断のためのヒューズ組立体に関する。

本発明は、ヒューズ組立体の長手軸線に沿って延長する複数の実質的に平行な非電導性スプリッタープレート（分割又は分配プレート）と、少なくとも１つの可熔性導体素子と、該少なくとも１つの可熔性導体素子内を流れる電流に対して実質的に垂直で、かつ、ヒューズ組立体の長手軸線に実質的に平行な磁界を創生するための手段とから成るヒューズ組立体を提供する。

本発明のヒューズ組立体は、高い公称電流を搬送することができ、かつ、衝撃や温度等の外的因子に対して極めて高い耐性（強靱さ）を発揮するように設計することが好ましい。本発明のヒューズ組立体は、公称電流の３倍もの電流のような許容し得ない高電流に対して迅速な回路遮断を行うことができるが、実用においては、固有故障電流（予測される故障電流）がこれより遙かに大きな電流となる場合があることは、当業者には容易に理解されるであろう。

本発明のヒューズ組立体は、ＡＣ又はＤＣ回路の一部として用いることができる。換言すれば、前記少なくとも１つの可熔性導体素子は、ヒューズ組立体の企図される用途に応じてＡＣ又はＤＣ電流を搬送するように設計することができる。

本発明のヒューズ組立体は、物理的にコンパクトであり、電力損失を許容しうる低い度合に抑えることができる。

そのような物理的にコンパクトなヒューズ組立体を得るためには、通常、前記スプリッタープレートと前記少なくとも１つの可熔性導体素子を例えばＭＩＤＥＬ７１３１のような専売特許の変成器（トランス）絶縁流体などの液体誘電体中に浸漬させることが好ましい。液体誘電体は、後に詳述するように冷却効果を高め、アーク電圧の発生問題を改善する。

本発明のヒューズ組立体は、電気機械や電力変換装置と完全に統合（一体化）することができ、それによって下記の技術的利点を得ることができると考えられる。
（ｉ）電磁遮蔽体（シールド）又はその他の低インピーダンスダンパーと連携して高温超伝導（ＨＴＳ）巻線又はその他の形式の励起を用いる低インピーダンス電気機械において故障電流及びトルク過度現象を制限すること、
（ii）平常状態でも磁石の性能限度に近いレベルで作動する高速、高出力密度の永久磁石式発電機又はその他の永久磁石式電気機械において永久磁石の減磁を軽減すること、及び、
（iii）「能動」ステータを用いる及び出力変換装置一般のグレースフルデグラデーション（たとえ退化したモードでも、数個の内部ユニットやサブシステムの非機能や失敗にもかかわらず、機械を操作させておくことによって、破滅的にシステムを失敗させないようにするプログラミング技術、又は、機械の一部に故障が生じても機能が制限されるだけで完全停止に至らないようにする保障機構）を実現させること（ここで、「能動」ステータとは、設計者に性能を高めるためのより高い融通性を与える静止電力エレクトロニクスを用いる電子整流子回路を有するものであり、電子整流子回路がモジュール型であって、電気機械内に完全に統合されており、冷却システム、いろいろな補助システム、構造体及びハウジングを該電気機械と共用している場合は、高い出力密度を得るためのより高い融通性を与える静止電力エレクトロニクスを用いる電子整流子回路を有するステータのことをいう。）

このような技術的利点は、在来のヒューズが占めるスペースの小部分を占めるにすぎない本発明のヒューズ組立体によって低コストで実現することができる。

前記少なくとも１つの可熔性導体素子は、前記スプリッタープレートによって物理的に支持することができる。より具体的にいえば、前記少なくとも１つの可熔性導体素子は、前記スプリッタープレートの各々に形成されたスロット内に受容することができる。

本発明のヒューズ組立体は、通常、複数の可熔性導体素子を有するものとする。この場合、それらの可熔性導体素子は、平行に、互いに間隔を置いて配置することが好ましい。各可熔性導体素子は、各スプリッタープレートに形成されたそれぞれ対応するスロット内に受容することができる。各可熔性導体素子は、同一の全体形状及び形態を有するものとすることができる。可熔性導体素子の個数とタイプは、ヒューズ組立体に求められる動作特性如何によって決められる。例えば、ヒューズ組立体の連続熱的限界電流定格は、使用されるある特定のタイプの可熔性導体素子の個数にほぼ比例する。又、可熔性導体素子の断面又はその他の幾何学的特性は、その遮断速度に影響する１要素として選択することができ、従って、それは、ある特定の連続熱的限界電流を搬送するために必要とされる可熔性導体素子の個数を調節するための１つの要件となる。

前記少なくとも１つの可熔性導体素子は、慣用のヒューズ技術分野において周知のように局部加熱を助長するための１つ又は複数の領域を有するものとすることができるが、本発明によって達成される冷却面の利点によりこの技法のより広範な利用が可能にされる。これらの局部加熱を助長する領域（冷却作用を受ける度合が低い領域とみなすこともできる領域）は、幾つかの異なる態様で設けることができる。例えば、前記少なくとも１つの可熔性導体素子は、狭められた幅の１つ又は複数の「ネック」（頸部又はくびれ部）を有するものとして製造することができる。そのようなネックは、前記少なくとも１つの可熔性導体素子に開口、凹部又はスロットを形成することによって設けることができる。冷却抑制（冷却しにくくすること、従って、加熱を助長する）領域は、前記少なくとも１つの可熔性導体素子の外表面にセラミックビードを付加することによって、あるいは、該少なくとも１つの可熔性導体素子を前記スプリッタープレートの各々に形成された対応するスロットに挿入することによって、該少なくとも１つの可熔性導体素子の長手に沿っての１箇所又は複数箇所に設けることもできる。

局部加熱を助長するための前記領域の作用は、前記少なくとも１つの可熔性導体素子内を公称電流が流れているときは、無視しうる程度である。実用において、局部加熱を助長するための前記領域は、平常作動中は、該少なくとも１つの可熔性導体素子の残部（局部加熱を助長するための領域以外の部分）と実質的に同じ温度であると予想されるが、後に詳述するように該少なくとも１つの可熔性導体素子内に許容し得ないほどの高い電流が流れたとき、該少なくとも１つの可熔性導体素子に熔融ネックが生じる部位を規定する機能を果たす。より特定的にいえば、熔融ネックは、局部加熱を助長するための領域にほぼ対応すると予測される。

前記可熔性導体素子は、慣用のヒューズに使用されているものと同様のものであってよい。可熔性導体素子としては、一般的には、フォイル素子の方が円形（断面が円形の）ワイヤ素子より好ましい。なぜなら、フォイルはその表面積対体積比が高いため冷却速度が速いからである。このことは、公称電流定格が同じである場合、フォイル素子の方が円形ワイヤ素子より断面積を小さくすることができ、従って、ヒューズ組立体が許容し得ない高い電流によって活動化されたときの遮断速度が速くなることを意味する。

後に詳述するように、前記スプリッタープレートは、ヒューズ組立体の活動中に発生するアークを数個のサブ・アークに細分する。従って、スプリッタープレートは、アークの長さを延伸することにつながる、耐アーク性(アーク抵抗力)及びアーク電圧を増大させるという一次的効果を有する。スプリッタープレートは、又、アークを冷却し消滅させるという二次的効果も有するが、それは、液体誘電体の冷却効果に比べてそれほど大きくはない。スプリッタープレートは、絶縁処理された金属プレート、又は、エポキシマイカ、ノーメックス（ＮＯＭＥＸ）又は適当なセラミック等の絶縁材から形成することができる。スプリッタープレートの数は、そのヒューズ組立体に望まれる作動特性に応じて決められる。前記少なくとも１つの可熔性導体素子の幾何学的特性は、サブ・アークがスプリッタープレートの間の中間点で創始されるように定めることができ、従って、サブ・アークの数とスプリッタープレートの数とは、直接的に関連づけられる。一般に、すべてのサブ・アークの電圧の合計は、サブ・アーク及びスプリッタープレートの数位比例して増大するので、スプリッタープレートの数は、固有（予測）故障電流を通流させる外部電圧に基づいて選択される。ある程度までは、スプリッタープレートの数及び前記少なくとも１つの可熔性導体素子の全長は、故障電流の発生及びそれに続く遮断中ヒューズ組立体に再印加される電圧に基づいても選択される。その場合の要件は、再点弧（再度アークを開始させること）を回避することである。スプリッタープレートの間隔は、サブ・アーク電圧の合計が満足なレベルとなるようにするために必要とされる前記少なくとも１つの可熔性導体素子の全長に影響を及ぼす。一般に、スプリッタープレートの間隔を狭めると、可熔性導体素子１個当たりの合計アーク電圧を増大させる。ただし、サブ・アークをスプリッタープレートの間の空間内へ偏向させることができなくなることがないように最小限の間隔以上にすべきであるという条件がある。

サブ・アークのスプリッタープレート間の領域内への偏向は（サブ・アークがスプリッタープレート間の空間内へ押し込まれるのは）、サブ・アーク内を流れる電流と、磁界との間の相互作用の結果として発生する電磁力に因る。ヒューズ組立体の公称電流定格は、並列で使用される可熔性導体素子の数を左右する。

磁界を発生させるための手段は、好ましくは互いに平行に整列され、前記少なくとも１つの可熔性導体素子と直列に接続された１対のバスバーを含むものとすることができる。これらのバスバーは、ヒューズ組立体を、保護すべき外部デバイス又は機器に接続するのに用いられる。

前記１対のバスバーによって該バスバーの間に創出される磁界は、バスバーの長手軸線に対しても、可熔性導体素子内を流れる電流の軸線に対しても実質的に垂直方向に延長する。ヒューズ組立体の平常作動中に前記少なくとも１つの可熔性導体素子内を流れる電流と、前記磁界との相互作用によって、該少なくとも１つの可熔性導体素子に作用して該素子をスプリッタープレートに向けて押し込む働きをする合力（電磁力）を創出する。従って、この合力は、該少なくとも１つの可熔性導体素子を対応するスプリッタープレートに形成されたスロット内に適正に保持する働きをする。

ヒューズ組立体が活動化されると、アーク電流と磁界との間に（導体素子内を流れる電流と磁界との間の上述した相互作用と）同様な相互作用が生じ、それによって、アークを（熔融材料及びアーク残留物と一緒に）スプリッタープレートの間へ押し込む合力が創出される。

前記バスバーは、実質的に平行にすることができる。あるいは、アークのスプリッタープレート間の空間への偏向を助長するように磁界の方向に、即ち、スプリッタープレートに向かって互いに拡開する向きに配置してもよい。即ち、１対のバスバーの間隔がスプリッタープレートに近づくにつれて拡がるように配置することができる。それによって、アークを延伸させる効果があるからである。ただし、その場合でも、スプリッタープレートの直近では、バスバーを平行に配置することが好ましい。

１対のコイル（例えば、吹消し（ブローアウト）コイル）を単一の可熔性導体素子又は可熔性導体素子の並列に接続された配列体に対して直列に接続することもできる。その場合、該１対のコイルは、前記バスバー内を流れる電流によって創出される磁界を補充するためにヒューズ組立体の両側に配置することが好ましい。

本発明のヒューズ組立体は、前記少なくとも１つの可熔性導体素子と平行に配置された少なくとも１つの補助可熔性導体素子を含むものとすることができる。ヒューズ組立体は、通常、複数の補助可熔性導体素子を有するものとする。この場合、可熔性導体素子は、平行に互いに離隔させて配置することが好ましい。各補助可熔性導体素子は、対応する１つの可熔性導体素子と連携して（組み合わせて）設けることができ、各スプリッタープレートの端部に形成された、該連携した可熔性導体素子が受容されるのと同じスロット内に挿入することができる。各補助可熔性導体素子は、同じ全体形状及び構成を有するものとすることができる。補助可熔性導体素子の数は、当該ヒューズ組立体に望まれる作動特性に応じて決められる。

前記少なくとも１つの補助可熔性導体素子は、前記少なくとも１つの可熔性導体素子より小さい断面積を有するものとし、円形の断面形状を有するものとすることが好便である。該少なくとも１つの補助可熔性導体素子の断面積を比較的小さくすることによりその物理的長さを前記少なくとも１つの可熔性導体素子より長くすることが可能になる。従って、該少なくとも１つの補助可熔性導体素子は、スプリッタープレートの間に蛇行又は円弧経路に沿って延長させることができる。

前記少なくとも１つの補助可熔性導体素子は、蛇行又は円弧形状であることの結果として、前記少なくとも１つの可熔性導体素子より電流密度が低くなるので、それだけ、可熔性導体素子の直線経路に沿う形状とした場合の補助可熔性導体素子に比して、電気抵抗が高くなる。このことは、このヒューズ組立体が許容し得ない高電流が流れることによって活動化されたとき、前記少なくとも１つの補助可熔性導体素子は、前記少なくとも１つの可熔性導体素子の熔融が開始した後しばらく経ってから初めて熔融し始めることを意味する。前記追加された少なくとも１つの補助可熔性導体素子は、前記少なくとも１つの可熔性導体素子に流れる電流を制限し、アーク起始時点におけるアーク電圧を制限する働きをする。従って、該少なくとも１つの補助可熔性導体素子は、平均アーク電流経路をスプリッタープレート間の空間内へ一層押しやり、その結果として、磁気偏向を高め、実効アーク長が伸長する速度を高める。該少なくとも１つの補助可熔性導体素子は、又、アーク電圧が増大する速度を高め、ヒューズ組立体の活動中に発生する全体のピーク電圧を高める。

前記少なくとも１つの可熔性導体素子は、取り付けプレート又は端子の間に延設することが好ましい。ヒューズ組立体が磁界を創出するための１対のバスバーを有するものである場合は、各バスバーを取り付けプレートの対応する１つに取り付けることが好ましい。

ヒューズ組立体が液体誘電体中に浸漬されたものである場合は、通常、冷却作用を高めるため液体誘電体が前記少なくとも１つの可熔性導体素子及びスプリッタープレートの間を通り抜けて流れるようにすることが好ましい。

そのために、例えば、スプリッタープレートをハウジング内に固定し、ヒューズ組立体を液体誘電体で少なくとも部分的に満たされたチャンバー内に配置し、該チャンバーに、液体誘電体をそれがチャンバーの外側ハウジングを通って流れるように循環させるための手段（例えば、流体流ポンプ）を設けることができる。

前記ハウジングは、又、液体誘電体を通流させる冷却回路（通常、閉ループ）のためのダクトの一部を構成するものとすることができる。この冷却回路は、例えば外部の電気機械又は電力変換装置の一部分を冷却するためにも用いることができる。このダクトは、液体誘電体を自然対流によって垂直方向に流すように配向することもでき、あるいは、液体誘電体をダクトを通してポンプ送りすることもできる。又、それらの両方の方法を組み合わせて用いることもできる。

液体誘電体の流れ方向は、前記少なくとも１つの可熔性導体素子をすり抜けて流れ、次いでスプリッタープレート間の空間を通って流れるようにヒューズ組立体の長手軸線に実質的に平行とすることが好ましい。換言すれば、前記少なくとも１つの可熔性導体素子を液体誘電体の流れの上流側に配置し、スプリッタープレートを液体誘電体の流れの下流側に配置する。

流動する液体誘電体は、前記少なくとも１つの可熔性導体素子の冷却を促進するという利点を有し、その結果として、プリ・アーク時間（熔断時間）及び総遮断時間を短くする。流動する液体誘電体は、又、ヒューズ組立体の活動中に発生するアークをスプリッタープレートの間へ押し込むのを助成し（ただし、これは上述した磁気偏向の作用に比べるとそれほど大きくはない）、そして、その結果生じるアーク残留物及びその他の屑（例えば、銅や炭素の粒子等の異物）をアーク発生場から移送する。閉ループの冷却回路の場合は、この屑は、再点弧のおそれを排除するために、液体誘電体がヒューズ組立体へ戻される前に何らかの濾過又は沈降分離手段によって液体誘電体から分離しなければならない。

ヒューズ組立体の活動中に発生する高圧のガスバブル（気泡）をスプリッタープレートの間の空間内へ確実に差し向けるために、例えばダクト弁機構のような手段を設けることができる。

ヒューズ組立体が活動化されると、圧力波も発生するので、液体誘電体のチャンバー又はダクト内への封じ込めを保証するような態様で圧力波を吸収しなければならない。

本発明のヒューズ組立体は、静止液体誘電体内に浸漬することもできる。

固有故障電流が発生すると、前記少なくとも１つの可熔性導体素子内を流れる電流が増大し、その結果、該少なくとも１つの可熔性導体素子の温度がその熔融が始まる融点にまで急激に上昇する。次いで、ヒューズ組立体は、本明細書において「プリ・アーク」（アーク発生前）、「初期アーク」、「完全確立アーク及びアーク移動」及び「ポスト・アーク」と称される４つの別個の動作段階を経る。

「プリ・アーク段階」
前記少なくとも１つの可熔性導体素子に１つ又は複数の熔融ネックが発生する。熔融ネックの発生は、少なくとも１つの可熔性導体素子に１つ又は複数のネック又は局部加熱を受ける領域を設けることによって意図的に促進することができる。熔融は、最初に、そのような局部加熱領域に集中し、通常のフィラメンテーション（ｆｉｌａｍｅｎｔａｔｉｏｎ）過程に従って伝播する。ここで、「フィラメンテーション」とは、可熔性導体素子が溶融し始めたときに起こるプロセスであり、表面張力と電磁力とが合わさって、狭窄部又は幅狭部（即ち、ネック）を導体（金属）の熔融柱の長手に沿って周期的に発生させる現象のことをいう。狭窄部（ネック）の発生は、可熔性導体素子に薄肉部を設けることによって、あるいは、可熔性導体素子に、局部加熱を受けやすい、又は、冷却しにくい領域（従って、最初に溶融すると予測しうる領域）を設けることによって、意図的に助成することができる。上記電磁力の方が、表面張力より優勢になる傾向があり、熔融金属（導体）を各狭窄部の両端から近接する後述の熔融グロビュール（熔滴）へ移動させて合流させ、その結果として、熔融グロビュールの体積が増大する。このように、フィラメンテーションとは、可熔性導体素子が溶融して互いに離隔した一続きの熔融グロビュール（熔滴）になる過程のことをいう。次いで、後述する「初期アーク」段階においてこれらの熔融グロビュールの間にアーク柱が発生する。

前記少なくとも１つの可熔性導体素子は、熔融し始めると、磁気偏向と、好ましい実施形態では流動する液体誘電体とによってスプリッタープレート間の空間内へ押し込まれ始める。

「初期アーク」
前記少なくとも１つの可熔性導体素子が一続きの熔融グロビュール（熔滴）になるまで前記フィラメンテーション過程が続く。この段階では、故障電流は、もはや、該少なくとも１つの可熔性導体素子を通って流れることはできず、熔融グロビュールの間にアーク柱が発生する。

好ましい実施形態では、前記少なくとも１つの可熔性導体素子の領域内を流れる液体誘電体は、アーク柱によって気化され、高圧のガスバブルに分解する。そのようなガスバブルは、誘電体がＭＩＤＥＬ７１３１である場合は、主として水素と、若干のアセチレンと、メタン等である。このようなガスバブルは、高いアーク電圧勾配を発生させると考えられる。

熔融グロビュール、アーク柱及びアーク副生物は、磁気偏向と、流動する液体誘電体の作用とによって引き続きスプリッタープレートの間の空間へ押し込まれる。

「完全確立アーク及びアーク移動段階」
熔融グロビュール間の個々のアーク柱は、急速に結合して単一のアークを形成し、そのアークはスプリッタープレートの間の空間へ完全に押し込まれてアークの長さを延伸し、アークは冷却される。それによって、アーク電圧が、固有故障電流を発生させているフォーシング電圧を充分に超える値にまで増大される。アーク電圧は、ヒューズ組立体が保護すべき外部デバイス又は機器を損傷することがないように、ピーク故障電流を最大限の予測レベルより充分に低いレベルに明確に制限するように企図される。

アークは、磁気偏向と、流動する液体誘電体の作用の結果としてスプリッタープレートの間の空間へ押し込まれるが、ガスバブルも、アークを押し込むのを助成することができるので、ガスバブルをスプリッタープレートの間へ差し向けるための手段を設けることができる。ガスバブルが液体誘電体中を通って移動することにより圧力波が発生するので、液体誘電体の封じ込めを保証するような態様で圧力波を吸収しなければならない。

アークは、熔融グロビュールを後にして通り過ぎ（即ち、熔融グロビュールは完全にアークの外部に置かれ）、スプリッタープレートの間へ高速度で移動する。

「ポスト・アーク段階」
アーク電圧の急激な増大により故障電流が遮断され、その結果としてアーク電圧の気過渡現象が起きる。従って、ヒューズ組立体を適当なスナバ（ｓｎｕｂｂｅｒ）又はその他の保護デバイスと組み合わせて使用することが必要な場合がある。

アーク副生物のガスバブル（依然として主に水素とアセチレン）が、引き続きスプリッタープレートの間の空間に沿って移動する。アーク電流は存在しないから、ガスバブルの移動は、完全に、運動量と、流動液体誘電体が用いられた場合、その平常流れに因るものである。

ヒューズ組立体を閉ループ冷却回路内に配置する実施形態の場合は、アーク副生物、及び、前記少なくとも１つの可熔性導体素子からの銅や炭素の粒子等のその他の屑は、再点弧のおそれを回避するために液体誘電体から除去しなければならない。

本発明によるヒューズ組立体の構成部品を示す分解図である。 組み立てられた状態のヒューズ組立体一端を示す図である。 ヒューズ組立体の主可熔性導体素子及び補助可熔性導体素子と、スプリッタープレートの配置関係を示す詳細図である。 本発明による内蔵型ヒューズ組立体を示す図である。

以下に、実効値で約１０００Ａの公称電流定格を有する本発明によるヒューズ組立体を図１〜３を参照して説明する。

このヒューズ組立体は、１対の端子２，４を有する。銅フォイル素子６から成る可熔性導体素子が、端子２と４の間に延設されており、このヒューズ組立体が保護すべき外部デバイス又は機器（図示せず）に供給すべき電流を搬送する。（端子２，４は、フォイル素子６のための取り付けプレートでもある。）図１及び２には、６つの銅フォイル素子（以下、単に「フォイル素子」とも称する）６が示されているが、フォイル素子の数は、当該ヒューズ組立体に望まれる公称定格に応じて決められることは当業者には明らかであろう。各フォイル素子６は、幅５ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍ、長さ５０ｍｍであるが、その形状及び寸法は、必要に応じて変えることができる。

各々第１端１０ａと第２端１０ｂを有する一連のスプリッタープレート８が間隔を置いて互いに平行に配置される。スプリッタープレート８は、マイカエポキシ又はセラミック等の絶縁材のシートから形成される。図１及び２には、１０枚のスプリッタープレートが示されているが、スプリッタープレートの数は、当該ヒューズ組立体に望まれる遮断時間に応じて決められることは当業者には明らかであろう。各スプリッタープレート８は、厚さ１ｍｍ、幅５０ｍｍであるが、その形状及び寸法は、必要に応じて変えることができる。

フォイル素子６は、各スプリッタープレート８の第１端１０ａに形成されたスロットに受容される。詳述すれば、各スプリッタープレート８は、その第１端１０ａに、フォイル素子６を互いに離隔させて受容するための６個のスロットを形成されている。従って、フォイル素子６は、スプリッタープレート８によって物理的に支持される。ここには例示されていないが、変型実施形態として、フォイル素子をスプリッタープレートから離隔させて配置することもでき、その場合、アークが、スプリッタープレート８に向かって互いに拡開する向きに配置された１対のバスバーによって創生され、該拡開バスバーによって延伸され後、スプリッタープレート８によって多数のサブ・アークに細分される。

バスバー１２，１４は、フォイル素子６と直列に接続されるように端子２，４にそれぞれ取り付けられる。詳述すれば、バスバー１２，１４は、外部デバイス又は機器（図示せず）に接続され、図１及び２に示される対応する穴に挿通されるボルト（図示せず）によって端子２，４にそれぞれ固定される。

バスバー１２，１４は、フォイル素子６内を流れる電流に対して垂直方向の磁界Ｂを創出する。磁界Ｂは、フォイル素子６内を流れる電流と相互作用して、フォイル素子６をスプリッタープレート８の第１端１０ａに形成されたスロット内へ押し込む働きをする合力（電磁力）を創出する。バスバー１２と１４は図では平行配置として示されているが、随意選択として、ヒューズ組立体が固有故障電流によって活動化されたときアークをスプリッタープレート８間の空間内へ押し込むのを助成するためにバスバー１２と１４がスプリッタープレート８の方に向かって互いに拡開するような形状又は配置にすることもできる。

スプリッタープレート８は、それらの間隔を維持するようにマイカエポキシ製の外側ハウジング１６内に固定される。

図には示されていないが、外側ハウジングは、閉ループ冷却回路のためのダクトの一部とすることができる。換言すれば、ダクトは、バスバー１２と１４の間でヒューズ組立体の図１でみて右側にまで延長させることができる。その場合、端子２，４は、ダクトの側部から突出させ、バスバー１２，１４は、ダクトの外部で端子２，４に取り付ける。ＭＩＤＥＬ７１３１のような液体誘電体をこのダクトを通して図１でみて右側から左側へポンプ送りする。換言すれば、スプリッタープレート８の第１端１０ａをダクト内を通る液体誘電体の流れの上流側に配置し、スプリッタープレート８の第２端１０ｂを液体誘電体の流れの下流側に配置し、液体誘電体がフォイル素子６をすり抜けて（フォイル素子が複数個も受けられている場合はそれらの間を通り抜けて）流れてフォイル素子を冷却し、スプリッタープレート８の間の空間に沿って流れるように構成する。

閉ループ冷却回路には、液体誘電体をポンプ送りするためのポンプ、液体誘電体から屑等の異物を除去するためのフィルター、及び、ヒューズ組立体の活動によって発生する圧力波を吸収するための何らかの形態の圧力のがしシステムを組み入れることができる。

図３は、ヒューズ組立体に、随意選択として、主フォイル素子（主可熔性導体素子）６より小さい断面積の補助円形（断面円形の）ワイヤ素子（補助可熔性導体素子）１８を設ける態様を示す。補助円形ワイヤ素子（以下、単に「補助素子」とも称する）１８は、蛇行又は円弧経路に沿って延長させる。詳述すれば、補助素子１８は、スプリッタープレート８の第１端１０ａに形成されたスロットに受容され、スプリッタープレート８の側壁に沿って小さくループの形に延長する。従って、当業者には明らかなように、補助素子１８は、端子２と４の間に直線的に延長する主フォイル素子６より長くなる。補助素子１８は、フォイル素子６より低い電流密度を有し、故障電流が発生したときは、フォイル素子６の熔融が相当に進行した後初めて熔融し始める。

補助素子１８は、下記の理由によって技術的利点を提供する。
（ｉ）プリ・アーク段階及び初期アーク段階中、フォイル素子６内を流れる電流を制限すること、
（ii）初期アーク段階中、フォイル素子に生じる一続きの熔融グロビュールの間のアーク電圧を制限すること、
（iii）完全確立アーク及びアーク移動段階中、平均アーク電流経路をスプリッタープレート８間の空間内へ一層深く押しやり、その結果として、磁気偏向を高め、実効アーク長の伸長速度を高めること、及び、
（iｖ）アーク電圧が増大する速度を高め、完全確立アーク及びアーク移動段階中に発生する全体のピーク電圧を高めること。

図４は、本発明によるヒューズ組立体の自蔵、自立型（スタンドアローン）の実施形態を示す。この形態のヒューズ組立体は、内部にチャンバー２０を画定するケーシング２２を有する。フォイル素子６、スプリッタープレート８及び外側ハウジング１６は、ＭＩＤＥＬ７１３１のような液体誘電体を満たされたチャンバー２０内に配置される。バスバー１２，１４は、端子２，４に取り付けられ、外部デバイス又は機器（図示せず）に接続するためにケーシング２２の下端壁２２’を貫通して延長する。フォイル素子６の、外側ハウジング１６のある側とは反対側に切頭円錐形のハウジング部分２４が設けられ、これらの３つの構成部品（フォイル素子６と、外側ハウジング１６と、ハウジング部分２４）は、液密シール（図示せず）を介して結合される。液体誘電体は、ポンプ２６によって矢印で示されるように外側ハウジング１６を通して循環される。ポンプ２６は、液体誘電体を外側ハウジング１６の外側から吸引し、切頭円錐形ハウジング部分２４内へポンプ送りする。次いで、液体誘電体は、フォイル素子６を通って流れてフォイル素子を冷却し、スプリッタープレート８間の空間に沿って流れる。

ダイアフラム２８が、ケーシング２２の内部に取り付けられ、ケーシング２２の内部を液体誘電体を満たすチャンバー２０と、空気を満たす空気充満チャンバー３０とに分割する。空気充満チャンバー３０は、ヒューズ組立体の活性化によって液体誘電体内に発生する、さもなくば制御されない（空気充満チャンバー３０が存在しなければ、制御されない）増大圧力によって圧縮され、それによって液体誘電体の増大圧力を吸収し、液体誘電体をチャンバー２０内に封入することを保証することができる。液体誘電体は非圧縮性であるから、ヒューズが活性化され、アークが発生すると、液体誘電体内の圧力が増大する。この圧力が封じ込められないと、ケーシング２２が破裂してしまうおそれがある。ダイアフラム２８を設けたことにより、空気充満チャンバー３０内の空気が圧縮されることにより、液体誘電体内の増大した圧力を吸収することができる。かくして、ダイアフラム２８は、増大した圧力を制御し、ケーシング２２の破裂を防止して、チャンバー２０内への液体誘電体の封入を確保する。

随意選択として、ケーシング２２の上端壁に破裂ディスク又は放圧ディスク３２を設けることができる。図示の例では、放圧ディスク３２は、ケーシング２２の上端壁に凹部又は薄肉部を設けることによって形成されている。放圧ディスク３２は、ケーシング内の圧力がダイアフラム２８だけでは封入しきれないほど高くなった場合の「フェール・セーフ」（二重安全装置）である。この場合、空気充満チャンバー３０内の圧力が万一所定の限度を超えて上昇したとき、放圧ディスク３２が破裂することによって圧力を逃し、ケーシング全体の破裂を防止するように構成することが好ましい。

切頭円錐形のハウジング部分２４は、ヒューズ組立体が活性化されたとき液体誘電体の分解によって生じる高圧のガスバブルをスプリッタープレート８に向けて差し向けるように設計されている。

固有故障電流が発生すると、フォイル素子６内を流れる電流が増大し、フォイル素子の温度がその熔融が始まる融点にまで急激に上昇する。フォイル素子６にその製造中に予めネックが形成されている実施形態の場合は、フォイル素子６の長手に沿って間隔を置いて形成された複数のネックのところで熔融ネックが発生する。あるいは、フォイル素子６に予めネックを形成しておかなくても、フォイル素子がスプリッタープレート８の第１端１０ａに形成されたスロットに受容されている部位、従って、局部加熱が促進される部位に熔融ネックが発生するようにしてもよい。

熔融は、最初に、そのような局部加熱領域に集中し、通常のフィラメンテーション過程に従って伝播する。

フォイル素子６は、熔融し始めると、バスバー１２，１４内を流れる電流によって創出される磁界とフォイル素子６内を流れる電流との相互作用によって生じる磁気偏向と、流動する液体誘電体の作用の結果として、スプリッタープレート８の間の空間内へ押し込まれていく。

前記フィラメンテーション過程は、フォイル素子６が一続きの熔融グロビュール（熔滴）になるまで続く。この段階では、故障電流は、もはや、フォイル素子６を通って流れることはできず、熔融グロビュールの間にアーク柱が生じる。液体誘電体は、アーク柱によって気化し、高圧のガスバブルに分解する。

熔融グロビュール間の個々のアーク柱は、急速に結合して単一のアークを形成し、そのアークは、前記磁気偏向と、流動する液体誘電体の作用とによってスプリッタープレート８の間の空間へ完全に押し込まれる。前記ガスバブルも、アークをスプリッタープレート間の空間へ押し込むのを助成するが、ガスバブルがスプリッタープレート８の方に差し向けられるのを確実にするために前記切頭円錐形のハウジング部分２４のような手段を設けることが好ましい。アークをスプリッタープレート８の間の空間へ押し込むことは、アーク電圧を、固有故障電流を発生させているフォーシング電圧を充分に超える値にまで上昇させる効果を有する。従って、このヒューズ組立体は、それが保護すべき外部デバイス又は機器（図示せず）が損傷される前に、固有故障電流を迅速に遮断する。

２，４ 端子
６ 可熔性導体素子、主可熔性導体素子、フォイル素子、主フォイル素子
８ スプリッタープレート
１０ａ 第１端
１０ｂ 第２端
１２，１４ バスバー
１６ 外側ハウジング
１８ 補助可熔性導体素子、補助円形ワイヤ素子、補助素子
２０ チャンバー
２２ ケーシング
２４ 切頭円錐形ハウジング部分（ガスバブルをスプリッタープレートの間の空間へ差し向けるための手段）
２６ ポンプ
２８ ダイアフラム
３０ 空気充満チャンバー

Claims (22)

1. ヒューズ組立体であって、
   該ヒューズ組立体の長手軸線に沿って延長する複数の実質的に平行な非電導性スプリッタープレートと、
   少なくとも１つの可熔性導体素子と、
   該少なくとも１つの可熔性導体素子内を流れる電流に対して実質的に垂直で、かつ、該ヒューズ組立体の長手軸線に実質的に平行な磁界を創生するための手段と、
   から成ることを特徴とするヒューズ組立体。
   
2. 前記少なくとも１つの可熔性導体素子は、前記スプリッタープレートによって支持されている請求項１に記載のヒューズ組立体。
   
3. 前記少なくとも１つの可熔性導体素子は、前記スプリッタープレートの各々に形成されたスロット内に受容されている請求項１又は２に記載のヒューズ組立体。
   
4. 複数の可熔性導体素子を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒューズ組立体。
   
5. 前記各可熔性導体素子は、前記各スプリッタープレートに形成されたそれぞれ対応するスロット内に受容されている請求項４に記載のヒューズ組立体。
   
6. 前記少なくとも１つの可熔性導体素子又は各可熔性導体素子は、局部加熱を助長するための１つ又は複数の領域を有する請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒューズ組立体。
   
7. 局部加熱を助長する前記領域は、前記少なくとも１つの可熔性導体素子又は各可熔性導体素子に形成された狭められた幅のネックによって構成されている請求項６に記載のヒューズ組立体。
   
8. 前記少なくとも１つの可熔性導体素子又は各可熔性導体素子は、フォイル素子である請求項１〜７のいずれか１項に記載のヒューズ組立体。
   
9. 前記スプリッタープレートは、絶縁処理された金属プレート、又は、絶縁処理されていない金属プレートから形成されている請求項１〜８のいずれか１項に記載のヒューズ組立体。
   
10. 前記スプリッタープレートは、絶縁材から形成されている請求項１〜８のいずれか１項に記載のヒューズ組立体。
    
11. 磁界を発生させるための前記手段は、前記少なくとも１つの可熔性導体素子又は各可熔性導体素子と直列に接続された１対のバスバーから成る請求項１〜１０のいずれか１項に記載のヒューズ組立体。
    
12. 前記１対のバスバーは、実質的に平行である請求項１１に記載のヒューズ組立体。
    
13. 前記１対のバスバーは、前記スプリッタープレートの方に向かって互いに拡開する向きに配置されている請求項１１に記載のヒューズ組立体。
    
14. 磁界を創生するための前記手段は、前記少なくとも１つの可熔性導体素子又は各可熔性導体素子と直列に接続された１対のコイルを含む請求項１〜１３のいずれか１項に記載のヒューズ組立体。
    
15. 前記少なくとも１つの可熔性導体素子又は各可熔性導体素子と平行に配置された１つの補助可熔性導体素子を含む請求項１〜１４のいずれか１項に記載のヒューズ組立体。
    
16. 前記補助可熔性導体素子は、前記少なくとも１つの可熔性導体素子又は各可熔性導体素子より小さい断面積を有する請求項１５に記載のヒューズ組立体。
    
17. 前記少なくとも１つの可熔性導体素子又は各可熔性導体素子は、取り付けプレートの間に延設されている請求項１１〜１３のいずれか１項に記載のヒューズ組立体。
    
18. 前記各バスバーは、それぞれ、前記取り付けプレートの対応する１つに取り付けられている請求項１７に記載のヒューズ組立体。
    
19. 前記スプリッタープレート及び前記少なくとも１つの可熔性導体素子又は各可熔性導体素子は、液体誘電体中に浸漬されている請求項１〜１８のいずれか１項に記載のヒューズ組立体。
    
20. 前記スプリッタープレートは、液体誘電体を通流させる外側ハウジング内に配置されている請求項１〜１９のいずれか１項に記載のヒューズ組立体。
    
21. 前記外側ハウジングは、冷却回路のためのダクトの一部である請求項２０に記載のヒューズ組立体。
    
22. 前記ヒューズ組立体の活性化中に発生する高圧のガスバブルを前記スプリッタープレートの間の空間へ差し向けるための手段を含む請求項１９又は２０に記載のヒューズ組立体。

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