JPH0275125A - 超電導ヒューズ - Google Patents

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〕 この発明は、超電導物質が超電導状態から常電導状態へ
移行する際の急激な電気抵抗特性を利用した超電導ヒユ
ーズに関する。

〔従来の技術〕

従来、ヒユーズとしては、電流ヒユーズ及び温度ヒユー
ズが使用されている。電流ヒユーズは、ヒユーズ本体の
抵抗と通電電流とのジュール熱によりヒユーズ本体が溶
断することを利用した電流制限ヒユーズである。また、
温度ヒユーズは、ヒユーズ周囲の温度でヒユーズ本体が
溶解して切れることを利用した温度制限ヒユーズである
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述した各ヒユーズの内、電流ヒユーズ
は、ジュール熱による発熱で溶断するため、溶断までに
時間がかかるばかりか、瞬時的な大電流に対しては応答
できない場合があるという問題があった。また、温度ヒ
ユーズは、ヒユーズ本体の溶解温度を利用するため、電
流ヒユーズと同様に反応速度が遅いという問題点を有し
ているほか、低温で反応する温度制限ヒユーズを製作す
ることが困難であった。

さらに、従来、磁界を直接検知して作動するヒユーズは
存在しておらず、また当然に、電流、７ＩＡ度、磁界の
各条件の内、複数の条件（例えば電流と温度など）が同
時に設定値を越えたことを判断して作動するという複合
型のヒユーズも無かった。

そこで、この発明は、このような従来の問題及び状況に
着目してなされたもので、対象とする負荷に過電流、過
磁界、過温度の異常が発生したり、それらを任意に組み
合わせた複合形の異常が発生したときに、供給電流を迅
速且つ確実に抑制又は遮断して、負荷及び回路を保護で
きるよ・うにすることを、その解決しようとする課題と
している。

〔課題を解決するだめの手段〕

上記課題を解決するため、この発明では、対象負荷の電
流供給回路に挿入するヒユーズ本体を（１Ｍえ、このヒ
ユーズ本体を超電導物質で構成し、当該ヒユーズ本体が
前記対象負荷の正常作動時には超電導状態となり、且つ
、異常発生時には常電導状態となるように前記超電導物
質の臨界値を設定した超電導ヒユーズを用いている。

〔作用〕

超電導物質（例えば、Ｂｉ系、ＴＩ系高温超電導材）の
Ｔ−Ｈ−Ｊ臨界面ば、一般に第７図に示すようになり、
面内は超電導状態を、面外は常電導状態に対応する。こ
れによると、温度Ｔ、磁磁界型電流密度ｙの内、少なく
とも１つの要素が臨界値を越えて」二昇した場合、それ
までの電気抵抗零の超電導状態から電気抵抗を有する常
電導状態に急激に移行する。この発明は、その臨界特性
を利用し、負荷への通電電流を抑制又は遮断するもので
ある。なお、第７図中、Ｔ、は臨界温度、Ｉ（。

は臨界磁界、６ＪＣは臨界電流密度である。

対象とする負荷（以下、「対象負荷」という）の正常作
動時には、ヒユーズ本体は電気抵抗が零である超電導状
態にあり、ヒユ−ズ本体は単に電流供給回路の−・部と
して働き、対象負荷は所定の動作を行うことができる。

しかし、対象負荷に例えば臨界電流密度を越える過電流
が流れるなどの異常が発生した場合、ヒユーズ本体のそ
れまでの超電導状態は直ちに崩れて常電導状態となり、
電気抵抗を呈する。このため、ヒユーズ本体は、電気抵
抗によって通電電流を抑制するか、又は電気抵抗と通電
電流とに応じたジュール熱を発生し、ヒユーズ本体を溶
断（蒸発）させて回路を遮断する。

このとき、対象負荷の動作目的によっては、その作動状
況として、通電電流によって発生する磁界又は温度をと
ることもでき、この磁界又は温度が超電導物質の臨界磁
界又は臨界温度を越えるときも同様に負荷が過磁界又は
過温度から保護される。さらに、対象負荷の作動状況と
して、電流。

磁界及び温度の内、複数のものを組み合わせたアンド条
件を設定してもよく、この場合も同様に保護される。

〔実施例〕

（第１実施例） 次に、この発明の第１実施例を第１図乃至第３図に基づ
き説明する。この第１実施例は、超電導ヒユーズを電流
制限ヒス、−ズとして機能さゼる場合を示す。

第１図において、２は電流供給回路、４はモータなどの
負荷、６は超電導ヒユーズであり、負荷４及び超電導ヒ
ユーズ６が回路２に直列に介挿されている。一方、電流
供給回路２ば、電源ライン。

バッテリ、発電機などの給電手段からの電流供給を受け
、この電流を超電導ヒユーズ６を介して負荷４に供給す
るようになっている。

超電導ヒユーズ６ば、第２図又は第３図に示すように構
成される。第２図の超電導ヒユーズ６は、使用環境温度
がヒユーズ本体として用いる超電導物質の臨界温度′ｒ
１以下である場合を示し、両端の端子５ａ、　　６ａ間
に超電導物質を線状に加工したヒユーズ本体としての超
電導線６ｂを張り、ごの超電導線６ｂを保護するために
ガラス管６Ｃで覆う構造となっている。ここで、使用環
境温度状態において、許容負荷電流の上限値が超電導線
６ｂの臨界電流密度Ｊｃに一致するように、超電導線６
ｂの材質及び形状が選択されている。このため、負荷４
の正常作動時には、一方の端子６ａに供給した電流は、
超電導線６ｂ及び他方の端子６ａを介して流れる。

また、第３図の超電導ヒユーズ６（第２図と同一の構成
については同一の符号を用いる）は、使用環境温度が超
電導物質の臨界温度Ｔｃを越える場合を示し、液体窒素
などの冷媒を使って臨界温度′ＦＣ以下に冷却するもの
である。このため、第２図と同様に構成されたガラス管
６Ｃの両端側に冷媒入口５ｄ、冷媒出口６ｅが設げられ
ており、ガラス管６Ｃ内に冷媒を流通させて超電導線６
ｂを冷却するようになっている。ここで、超電導線６ｂ
が冷却された状態において、許容負荷電流の上限値が超
電導線６ｂの臨界電流密度ＪＣに一致するように、超電
導線６ｂの材質及び形状が選択されている。

次に、この実施例の作用効果を説明する。

超電導ヒユーズ６を通過する電流値が予め設定した上限
値以下の正常作動状態にあれば、超電導ヒユーズ６の超
電導線６ｂは超電導状態にあるから、負荷４に電流を供
給できる。

しかし、何らかの理由によって、負荷に設定値。

即ち上限値以上の電流が流れた場合、超電導線６ｂは瞬
時の内に常電導状態に移行し、電気抵抗を発生する。こ
のため、電気抵抗と通電電流とによりジュール熱が発生
し、超電導線６ｂが極めて短時間の内に溶断して、回路
２が遮断される。この結果、回路２及び負荷４が過電流
による焼損などから確実に保護される。

また、本実施例では、負荷電流がパルス状に変化した場
合でも、ヒユーズ本体６ｂはこの変化に即応して常電導
状態に移行する。したがって、このようなパルス状の電
流変動に弱い負荷４に対しても、従来とは異なり、その
保護を確実なものにできる。

（第２実施例） 次に、この発明の第２実施例を第４図に基づき説明する
。ここで、第１実施例と同一の構成については同一の符
号を用い、その説明を省略又は簡単化する（後述する第
３．第４実施例でも同様）。

この第２実施例は、超電導ヒユーズ４を磁界制限ヒユー
ズとして機能させるものであり、ＮＭＲ（核磁気共鳴）
の電磁石、超電導マグネット等に応用できる。

第４図において、超電導ヒユーズ６と、負荷としてのＮ
ＭＲの電磁石のコイル８とが電流供給回路２に直列に挿
入されており、図示しない電源から電流供給を受けるよ
うになっている。このとき、コイル８から発生した磁束
（図中の点線参照）の全部又は一部が超電導ヒユーズ６
を通過するように設置されている。そして、超電導ヒユ
ーズ６は、臨界磁界Ｈ６である所定の基準値（例えば１
ｏ。

Ｏ（Ｇ’ｓ））を越える磁界を検知したときに、超電導
状態から常電導状態に移行するように設定している。

したがって、この第２実施例によれば、超電導ヒユーズ
６が検知する磁界が基準値を越えると、超電導ヒユーズ
６が常電導状態に移行し、抵抗が発生する。これがため
、第１実施例と同様にジュール熱によりヒユーズ６が溶
断して、回路２が遮断され、過磁界の状態が未然に防止
される。

（第３実施例） 次に、この発明の第３実施例を第５図に基づき説明する
。この第３実施例は超電導ヒユーズを温度制限ヒユーズ
として機能させた場合を示す。

この実施例では、第５図に示すように、物体を温める。

負荷としてのヒータ１０の電流供給回路２に超電導ヒユ
ーズ６を直列に介挿させている。

そして、超電導ヒユーズ６の設置場所が所定温度（例え
ば３００Ｋ）を越えたときに、それまでの超電導状態か
ら常電導状態に移行するように臨界温度Ｔｃが設定され
ている。

したがって、この第３実施例によれば、超電導ヒユーズ
６の設置場所が所定温度を越えた時点で、前述と同様に
してヒユーズ６が溶断し、ヒータ１０の過度の温度上昇
が防止され、前記各実施例と同等の作用効果が得られる
。

（第４実施例） 次に、この発明の第４実施例を第６図に基づき説明する
。この第４実施例は、第３実施例と同様に超電導ヒユー
ズを温度制限ヒユーズとし、超電導マグネットに応用し
た場合を示す。

この実施例では、超電導マグネット１２のコイル１２ａ
に電流を供給する電流供給回路２に直列に超電導ヒユー
ズ６を介挿するとともに、コイル１２ａと超電導ヒユー
ズ６を冷却材１４内に設置している。さらに、この実施
例では、超電導ヒユーズ６の臨界温度Ｔｃ′は、超電導
マグネット１２の臨界温度Ｔ。よりも少し低い温度に設
定されている。

このため、超電導マグネソ１〜１２の温度が臨界温度Ｔ
ｃ′よりも低い場合には、超電導ヒ５、−ズ６は超電導
状態であり、電気抵抗は零になっているから、単に通電
路として作用する。しかし、何らかの要因で超電導マグ
ネソ１〜１２の温度が臨界温度Ｔ。′よりも上昇した場
合、超電導マグネノ１−１２の臨界温度Ｔ。に到達する
前にヒユーズ６が溶断して、コイル１２ａに流れる電流
を遮断する。この結果、コイル１２．３が臨界温度Ｔ、
を越えて常電導状態となり、ジュール熱により破損する
という事態が未然に防止される。

ところで、超電導マグネット１２の場合、−度量流を供
給した後、回路を閉じてコイル１２ａ内に電流を回し続
けることもある。このような場合、第６図中の点線の如
く、超電導ヒユーズ６に並列に電流消費抵抗１６を接続
しておυノばよい。つまり、超電導ヒユーズ６が溶断し
ていない状態では、即ち正常作動状態ではヒユーズ６の
抵抗は零であるから、コイル電流が抵抗１Ｇに流れるこ
と４Ｊなく、ヒユーズ６が溶断した場合には、コイル１
２ａを回る電流が抵抗１６によって消費され、逆起電力
の発生が防止される。

なお、前記各実施例においては、過電流、通磁界及び過
温度に対する単独の臨界値を設定する場合について説明
したが、この発明は必ずしもそれらのものに限定される
ことなく、それらの各臨界値を組み合わせて（例えば過
電流と通磁界の如く）設定し、そのアンド条件が満たさ
れたときに、回路を遮断するとしてもよい。

また、前記各実施例では異常発生時に超電導ヒユーズ６
を溶断させるとしたが、この発明にあっては、ヒユーズ
６を溶断させる代わりに、異常発生時にヒユーズ６の有
する電気抵抗によって単に通電電流を抑制するように設
定し、ヒユーズ６を交換セずに繰り返して使用すること
もできる。

さらに、前記各実施例では、電流供給回路２の負荷に対
する一方の線路に超電導ヒ１、−ズを挿入した例を示し
たが、これに限らず、その両方の線路に挿入してもよい
。

】　１ さらにまた、この発明における超電導ヒユーズは、給電
回路が多数ある場合は、その全部又は−部に挿入しても
よいし、−本の給電線に複数の超電導ヒユーズを挿入し
てもよい。また、挿入する超電導ヒユーズを複数にし、
夫々に異種の臨界値又は同一種類で且つ異なる臨界値を
設定し、組み合わせて機能させるとしてもよい。

さらにまた、超電導ヒユーズのヒユーズ本体としては、
前述した超電導線に限ることなく、例えば板状に加工し
た超電導体であってもよい。

［発明の効果］ 以」−説明したように、この発明は、ヒユーズ本体を超
電導物質で構成し、このヒプ、−ズ本体が、対象負荷の
正常作動時には超電導状態となり且つ異常発生時には常
電導状態となるように、超電導物質の臨界値を設定する
としたため、対象負荷の作動状況（通電電流１発生磁界
１発生温度）が超電導物質の臨界値（臨界電流密度、臨
界磁界２臨界温度）を上回った場合、それまでの超電導
状態から常電導状態に瞬時の内に移行し、ヒｊ−−ズ木
体は電気抵抗を有するので、この電気抵抗によって通電
電流が抑制され、又はジュール熱により該ヒユーズ本体
が溶断して電流供給回路の遮断がなされる。この結果、
ヒユーズ本体を電流制限ヒユーズ、磁界制限ヒユーズ、
又は温度制限ヒユーズとして機能させることができ、従
来のものに比べて異常発生に対する反応速度も格段に早
く、対象負荷及び電流供給回路を焼損などの事故から確
実に保護することができる。

この内、とくに、電流制限ヒユーズとして機能させた場
合、従来とは異なり瞬時的な大電流に対しても確実に応
答し、温度制限ヒユーズとして機能させた場合、従来、
製作困難であった低温でのヒユーズとなり、磁界制限ヒ
ユーズとして機能させた場合、磁界を直接捕らえて作動
させる検出精度の良いヒユーズになるという夫々独特の
効果もある。

さらに、ヒユーズ本体を溶断させずに通電電流を抑制す
る場合には、電気回路の作動状況を元に復帰させると、
ヒユーズ本体が再び超電導状態となって正常作動をさせ
ることができ、これがため、繰り返し使用可能なヒユー
ズを提供できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を示すブロック図、第２
図、第３図は夫々第１実施例に適用される超電導ヒユー
ズを示す概略斜視図、第４図はこの発明の第２実施例を
示す回路図、第５図はこの発明の第３実施例を示す回路
図、第６図はこの発明の第４実施例及びその応用例を示
す回路図、第７図は超電導物質のＴ　−Ｈ−Ｊ臨界面の
例を示すグラフである。 図中、２は電流供給回路、４は負荷、６は超電導ヒユー
ズ、６ｂはヒユーズ本体としての超電導線、８は負荷と
してのコイル、１０は負荷としてのヒータ、１２は負荷
としての超電導マグネソ１〜である。 ［ぷ鯉　カ］

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）対象負荷の電流供給回路に挿入するヒューズ本体
   を備え、このヒューズ本体を超電導物質で構成し、当該
   ヒューズ本体が前記対象負荷の正常作動時には超電導状
   態となり、且つ、異常発生時には常電導状態となるよう
   に前記超電導物質の臨界値を設定したことを特徴とする
   超電導ヒューズ。