JPH01160065A - スイッチ素子 - Google Patents
スイッチ素子Info
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- JPH01160065A JPH01160065A JP62319860A JP31986087A JPH01160065A JP H01160065 A JPH01160065 A JP H01160065A JP 62319860 A JP62319860 A JP 62319860A JP 31986087 A JP31986087 A JP 31986087A JP H01160065 A JPH01160065 A JP H01160065A
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Landscapes
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
外部から印加される磁界によって超電導状態から常電導
状態に遷移するセラミック超電導体を使用したスイッチ
素子に関し、 接点を持たない固体スイッチで、かつ半導体スイッチの
ように極性を選ぶことなく、双方向の電流ＯＮ−ＯＦＦ
を制御できるスイッチを実現することを目的とし、 電流のＯＮ−ＯＦＦを制御するスイッチ素子であって、 常電導状態から超電導状態へ遷移する臨界温度を有し、
かつ前記臨界温度以下の温度で超電導状態から常電導状
態へ遷移する臨界磁界を有するセラミック超電導体と、 前記セラミック超電導体に間隔をおいて配置された少な
くとも２個の電極と、 前記セラミック超電導体に対し、臨界磁界より大きい制
御磁界を印加する磁界発生手段と、をそれぞれ有するよ
うに構成する。
状態に遷移するセラミック超電導体を使用したスイッチ
素子に関し、 接点を持たない固体スイッチで、かつ半導体スイッチの
ように極性を選ぶことなく、双方向の電流ＯＮ−ＯＦＦ
を制御できるスイッチを実現することを目的とし、 電流のＯＮ−ＯＦＦを制御するスイッチ素子であって、 常電導状態から超電導状態へ遷移する臨界温度を有し、
かつ前記臨界温度以下の温度で超電導状態から常電導状
態へ遷移する臨界磁界を有するセラミック超電導体と、 前記セラミック超電導体に間隔をおいて配置された少な
くとも２個の電極と、 前記セラミック超電導体に対し、臨界磁界より大きい制
御磁界を印加する磁界発生手段と、をそれぞれ有するよ
うに構成する。
〔産業上の利用分野］
本発明は、外部から印加される磁界によって超電導状態
から常電導状態に遷移するセラミック超電導体を使用し
たスイッチ素子に関する。
から常電導状態に遷移するセラミック超電導体を使用し
たスイッチ素子に関する。
電流のＯＮ−ＯＦＦを制御するスイッチは、最も基本的
な回路要素として広く用いられている。
な回路要素として広く用いられている。
時代の要求に従い、スイッチも接点を手動で開閉するも
のから電気的に開閉動作できるリレー、リードリレーへ
と発展してきた。また一方では機械的な接点を持たない
スイッチとして、サイリスク、トランジスタ等に代表さ
れる半導体スイッチがあり、計算機の演算素子として、
今日のエレクトロニクス時代を築く礎となっている。
のから電気的に開閉動作できるリレー、リードリレーへ
と発展してきた。また一方では機械的な接点を持たない
スイッチとして、サイリスク、トランジスタ等に代表さ
れる半導体スイッチがあり、計算機の演算素子として、
今日のエレクトロニクス時代を築く礎となっている。
〔発明が解決しようとする問題点］
さて機械的スイッチおよび半導体スイッチについて考え
てみるに、前者には、■スイッチ速度がｍｓオーダと遅
い、■接点寿命があり、また振動衝撃に弱い等、信転性
が悪いという欠点がある。後者には、■極性がありＯＮ
−ＯＦＦ制御する電流方向が一方向に制限される、■ス
イッチ部分での電力損失が生じる、という欠点がある。
てみるに、前者には、■スイッチ速度がｍｓオーダと遅
い、■接点寿命があり、また振動衝撃に弱い等、信転性
が悪いという欠点がある。後者には、■極性がありＯＮ
−ＯＦＦ制御する電流方向が一方向に制限される、■ス
イッチ部分での電力損失が生じる、という欠点がある。
本発明の技術的課題は、従来のスイッチ素子におけるこ
のような問題を解消し、接点を持たない固体スイッチで
、かつ半導体スイッチのように極性を選ぶことなく、双
方向の電流ＯＮ−〇ＦＦを制御できるスイッチを実現す
ることにある。
のような問題を解消し、接点を持たない固体スイッチで
、かつ半導体スイッチのように極性を選ぶことなく、双
方向の電流ＯＮ−〇ＦＦを制御できるスイッチを実現す
ることにある。
第１図は本発明によるスイッチ素子の基本原理を説明す
る図である。本発明によるスイッチ素子は、常電導状態
から超電導状態へ遷移する臨界温度Ｔｃを有し、かつ前
記臨界温度Ｔｃ以下の温度で超電導状態から常電導状態
へ遷移する臨界磁界１１０を有するセラミック超電導体
を使用し、このセラミック超電導体上に、間隔をおいて
少なくとも２個の電極を配置する。そしてこのセラミッ
ク超電導体に対し、臨界磁界Ｈｏより大きい制御磁界を
印加する磁界発生手段を設ける。
る図である。本発明によるスイッチ素子は、常電導状態
から超電導状態へ遷移する臨界温度Ｔｃを有し、かつ前
記臨界温度Ｔｃ以下の温度で超電導状態から常電導状態
へ遷移する臨界磁界１１０を有するセラミック超電導体
を使用し、このセラミック超電導体上に、間隔をおいて
少なくとも２個の電極を配置する。そしてこのセラミッ
ク超電導体に対し、臨界磁界Ｈｏより大きい制御磁界を
印加する磁界発生手段を設ける。
本発明は、イツトリウム、バリウム、酸化銅等を焼結し
たセラミックが、通常はほぼ無限大とみなせる抵抗を持
っており、また臨界温度以下では抵抗が０となる超電導
状態となり、更に該超電導゛ 状態が、外部から印加さ
れる磁界によって破壊され、常電導状態へと速かに移行
する現象を巧みに利用したものである。
たセラミックが、通常はほぼ無限大とみなせる抵抗を持
っており、また臨界温度以下では抵抗が０となる超電導
状態となり、更に該超電導゛ 状態が、外部から印加さ
れる磁界によって破壊され、常電導状態へと速かに移行
する現象を巧みに利用したものである。
第１図において、横軸に絶対温度、縦軸に磁界を取ると
、温度と磁界による状態変化は第１図に示すような関係
となる。ＴｃおよびＨｏ、 Ｈｏ’はそれぞれ臨界温度
、臨界磁界と呼ばれ、曲線Ｈｏ’ −Ｔｃの内側が超電
導状態、外側が常電導状態となる。
、温度と磁界による状態変化は第１図に示すような関係
となる。ＴｃおよびＨｏ、 Ｈｏ’はそれぞれ臨界温度
、臨界磁界と呼ばれ、曲線Ｈｏ’ −Ｔｃの内側が超電
導状態、外側が常電導状態となる。
本発明は、臨界温度Ｔｃ以下のＡ点の状態を、外部磁界
を印加することによってＢ点へと移行させること、また
Ｂ点の状態を、外部磁界を取り去ることによってＡ点の
状態へと移行させることを動作原理としている。
を印加することによってＢ点へと移行させること、また
Ｂ点の状態を、外部磁界を取り去ることによってＡ点の
状態へと移行させることを動作原理としている。
６一
超電導セラミックの臨界磁界は数Ｏｅ〜数十〇ｅ程度で
あり、その程度の磁界は数ｍＡ〜数十ｍＡの電流で容易
に発生することができる。常電導状態におけるセラミッ
クは絶縁体であり、その抵抗値は実質的に無限大とみな
され、また超電導状態における抵抗は０であるため、本
発明により理想的な無接点スイッチ素子が実現できる。
あり、その程度の磁界は数ｍＡ〜数十ｍＡの電流で容易
に発生することができる。常電導状態におけるセラミッ
クは絶縁体であり、その抵抗値は実質的に無限大とみな
され、また超電導状態における抵抗は０であるため、本
発明により理想的な無接点スイッチ素子が実現できる。
次に本発明によるスイッチ素子が実際上どのように具体
化されるかを実施例で説明する。第２図に本発明による
第１の実施例を示す。両端に電極１および電極２を配し
たセラミック超電導体３と、該セラミック超電導体３に
対して、制御磁界を印加する電磁石５とで構成される。
化されるかを実施例で説明する。第２図に本発明による
第１の実施例を示す。両端に電極１および電極２を配し
たセラミック超電導体３と、該セラミック超電導体３に
対して、制御磁界を印加する電磁石５とで構成される。
この電磁石は、鉄心にコイル６を巻いてなり、制御端子
４に印加される制御信号に従って磁界を発生し、セラミ
ック超電導体３に印加する。
４に印加される制御信号に従って磁界を発生し、セラミ
ック超電導体３に印加する。
第２図に示す装置を、臨界温度以下例えば７７゜Ｋに冷
却すると、セラミック超電導体３は超電導状態（すなわ
ち第１図のＡ点）となり、電極１．２間の抵抗はＯとな
る（スイッチＯＮ状態）。次に制御端子４に電流を加え
、セラミック超電導体３に対し、臨界磁界より大きい制
御磁界を印加する。セラミック超電導体の臨界磁界は数
Ｏｅ〜数十Ｏｅであり、高々数十ｍＡの電流により容易
に発生できる。
却すると、セラミック超電導体３は超電導状態（すなわ
ち第１図のＡ点）となり、電極１．２間の抵抗はＯとな
る（スイッチＯＮ状態）。次に制御端子４に電流を加え
、セラミック超電導体３に対し、臨界磁界より大きい制
御磁界を印加する。セラミック超電導体の臨界磁界は数
Ｏｅ〜数十Ｏｅであり、高々数十ｍＡの電流により容易
に発生できる。
臨界磁界以上の制’＋Ｂ磁界が印加されると、超電導状
態が破れ、速かに常電導状態（第１図のＢ点）に移行す
る。この時電極ｌ・２間はセラミック超電導体の常電導
状態での抵抗値、すなわち数メグオーム以上の抵抗値と
なり、ＯＦＦ状態が実現できる。
態が破れ、速かに常電導状態（第１図のＢ点）に移行す
る。この時電極ｌ・２間はセラミック超電導体の常電導
状態での抵抗値、すなわち数メグオーム以上の抵抗値と
なり、ＯＦＦ状態が実現できる。
上記実施例では電極の数を２つとしたが、これを３個以
上とすることもできることは言うまでもない。
上とすることもできることは言うまでもない。
第３図に本発明による第２の実施例を示す。この実施例
は、セラミック超電導体３にコイル７を巻いて、磁界発
生手段としたものである。第１実施例のような大型の鉄
心を必要としないので、小型になる。
は、セラミック超電導体３にコイル７を巻いて、磁界発
生手段としたものである。第１実施例のような大型の鉄
心を必要としないので、小型になる。
第４図（ａ）（ｂ）に第３の実施例を示す。８はプリン
ト板平面コイルであり、（ｂ）に示すように、絶縁板１
０上に導体パターン９を形成してなり、（ａ）に示すよ
うに、セラミック超電導体３上に実装される。
ト板平面コイルであり、（ｂ）に示すように、絶縁板１
０上に導体パターン９を形成してなり、（ａ）に示すよ
うに、セラミック超電導体３上に実装される。
この実施例は、スイッチ素子の薄型化が可能となる。
第５図に第４の実施例を示す。臨界磁界より大きい第一
の磁界を与える手段１１と、該第−の磁界と方向が反対
となる第二の磁界を与える手段１２とを有し、第一およ
び第二の磁界の合成磁界が臨界磁界より小さくなるよう
に構成されている。すなわち、一対の永久磁石１１．１
１で第一の磁界発生手段とし、両永久磁石１１．１１間
に、セラミック超電導体３を内蔵し、該セラミック超電
導体３に第二の磁界発生手段（コイル）１２を実装した
構造になっている。なお１３は、両永久磁石１１．１１
間の磁路を構成する高透磁率材のヨーク、１４．１５は
セラミック超電導体３の電極に接続された引き出し線で
ある。
の磁界を与える手段１１と、該第−の磁界と方向が反対
となる第二の磁界を与える手段１２とを有し、第一およ
び第二の磁界の合成磁界が臨界磁界より小さくなるよう
に構成されている。すなわち、一対の永久磁石１１．１
１で第一の磁界発生手段とし、両永久磁石１１．１１間
に、セラミック超電導体３を内蔵し、該セラミック超電
導体３に第二の磁界発生手段（コイル）１２を実装した
構造になっている。なお１３は、両永久磁石１１．１１
間の磁路を構成する高透磁率材のヨーク、１４．１５は
セラミック超電導体３の電極に接続された引き出し線で
ある。
第１図で説明すれば、通常は第一の磁界発生手段１１で
発生する磁界により、Ｂ点の状態（オフ状態）となって
いる。次に第二の磁界発生手段１２に通電して、第一の
磁界とは方向が反対である第二の磁界を与えると、合成
磁界は臨界磁界より小さくなるから、０点の状態（オン
）状態となり、セラミック超電導体３は超電導状態とな
る。
発生する磁界により、Ｂ点の状態（オフ状態）となって
いる。次に第二の磁界発生手段１２に通電して、第一の
磁界とは方向が反対である第二の磁界を与えると、合成
磁界は臨界磁界より小さくなるから、０点の状態（オン
）状態となり、セラミック超電導体３は超電導状態とな
る。
第１〜第３の実施例では、通常ＯＮ状態のスイッチを、
制御信号によりＯＦＦとする方式であったが、本実施例
では、第二の磁界を制御磁界とすることにより、通常Ｏ
ＦＦであるスイッチを、制御信号によりＯＮとする方式
のスイッチを実現することができる。
制御信号によりＯＦＦとする方式であったが、本実施例
では、第二の磁界を制御磁界とすることにより、通常Ｏ
ＦＦであるスイッチを、制御信号によりＯＮとする方式
のスイッチを実現することができる。
第６図に第５の実施例を示す。この実施例では、セラミ
ック超電導体が、３ａ、３ｂのように複数個あり、共通
のコイル７中に内蔵されている。複数個のセラミック超
電導体３ａ、３ｂが、単一の磁界発生手段で制御される
ので、多回路スイッチを実現できる。
ック超電導体が、３ａ、３ｂのように複数個あり、共通
のコイル７中に内蔵されている。複数個のセラミック超
電導体３ａ、３ｂが、単一の磁界発生手段で制御される
ので、多回路スイッチを実現できる。
以上のように本発明によるスイッチ素子は、セラミック
超電導体と磁界発生手段とで構成されるため、機械的な
接点機構が存在せず、動作速度が速く、かつ信軌性の高
い、無接点スイッチが実現される。また従来の無接点ス
イッチと違って、極性の制限がなく、電力損失も無い、
汎用性に冨んだ無接点スイッチ素子が得られる。
超電導体と磁界発生手段とで構成されるため、機械的な
接点機構が存在せず、動作速度が速く、かつ信軌性の高
い、無接点スイッチが実現される。また従来の無接点ス
イッチと違って、極性の制限がなく、電力損失も無い、
汎用性に冨んだ無接点スイッチ素子が得られる。
第１図は本発明によるスイッチ素子の基本原理を説明す
る図、第２図から第６図は本発明によるスイッチ素子の
各種実施例を示す図である。 図において、３．３ａ、３ｂはセラミック超電導体、５
ば電磁石、７はコイル、８はプリント板平面コイル、１
１は第一の磁界発生手段（永久磁石）、１２は第二の磁
界発生手段（コイル）をそれぞれ示す。 特許出願人 富士通株式会社 復代理人 弁理士 福 島 康 文 ！＼ 偽へ Ｎ１擾 煉
る図、第２図から第６図は本発明によるスイッチ素子の
各種実施例を示す図である。 図において、３．３ａ、３ｂはセラミック超電導体、５
ば電磁石、７はコイル、８はプリント板平面コイル、１
１は第一の磁界発生手段（永久磁石）、１２は第二の磁
界発生手段（コイル）をそれぞれ示す。 特許出願人 富士通株式会社 復代理人 弁理士 福 島 康 文 ！＼ 偽へ Ｎ１擾 煉
Claims (6)
- （１）電流のＯＮ−ＯＦＦを制御するスイッチ素子であ
って、 常電導状態から超電導状態へ遷移する臨界温度Ｔｃを有
し、かつ前記臨界温度Ｔｃ以下の温度で超電導状態から
常電導状態へ遷移する臨界磁界Ｈｏを有するセラミック
超電導体と、 前記セラミック超電導体に間隔をおいて配置された少な
くとも２個の電極と、 前記セラミック超電導体に対し、臨界磁界Ｈｏより大き
い制御磁界を印加する磁界発生手段と、をそれぞれ有す
ることを特徴とするスイッチ素子。 - （２）前記の磁界発生手段は、 前記のセラミック超電導体に対し、臨界磁界Ｈｏより大
きい磁界を印加する第１の磁界発生手段と、該第１の磁
界発生手段による磁界と反対方向でかつ第１の磁界発生
手段による磁界との合成磁界が前記臨界磁界Ｈｏより小
さい磁界となる第２の磁界発生手段と、 から構成されることを特徴とする特許請求の範囲第（１
）項記載のスイッチ素子。 - （３）前記の磁界発生手段が、強磁性体コアと該コアに
巻回されたコイルから構成されることを特徴とする特許
請求の範囲第（１）項または第（２）項記載のスイッチ
素子。 - （４）前記の磁界発生手段が、前記セラミック超電導体
を囲むように巻回されたコイルであることを特徴とする
特許請求の範囲第（１）項または第（２）項記載のスイ
ッチ素子。 - （５）前記の磁界発生手段が、プリント板上に形成され
た平面コイルであることを特徴とする特許請求の範囲第
（１）項または第（２）項記載のスイッチ素子。 - （６）前記のセラミック超電導体は、１個の磁界発生手
段に対し複数個配設されたものであることを特徴とする
特許請求の範囲第（１）項または第（２）項記載のスイ
ッチ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62319860A JPH01160065A (ja) | 1987-12-16 | 1987-12-16 | スイッチ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62319860A JPH01160065A (ja) | 1987-12-16 | 1987-12-16 | スイッチ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01160065A true JPH01160065A (ja) | 1989-06-22 |
Family
ID=18115043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62319860A Pending JPH01160065A (ja) | 1987-12-16 | 1987-12-16 | スイッチ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01160065A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09233693A (ja) * | 1996-02-23 | 1997-09-05 | Agency Of Ind Science & Technol | インピーダンス可変型要素器およびインピーダンス可変型限流器ならびにインピーダンス可変型超電導変換装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6417339A (en) * | 1987-07-10 | 1989-01-20 | Nec Corp | Opening/closing method for electric circuit |
| JPH01102821A (ja) * | 1987-10-15 | 1989-04-20 | Mitsubishi Electric Corp | 永久電流スイッチ |
-
1987
- 1987-12-16 JP JP62319860A patent/JPH01160065A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6417339A (en) * | 1987-07-10 | 1989-01-20 | Nec Corp | Opening/closing method for electric circuit |
| JPH01102821A (ja) * | 1987-10-15 | 1989-04-20 | Mitsubishi Electric Corp | 永久電流スイッチ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09233693A (ja) * | 1996-02-23 | 1997-09-05 | Agency Of Ind Science & Technol | インピーダンス可変型要素器およびインピーダンス可変型限流器ならびにインピーダンス可変型超電導変換装置 |
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