JPH10308133A - 超伝導回路に用いる常伝導機械式断路器 - Google Patents
超伝導回路に用いる常伝導機械式断路器Info
- Publication number
- JPH10308133A JPH10308133A JP11673497A JP11673497A JPH10308133A JP H10308133 A JPH10308133 A JP H10308133A JP 11673497 A JP11673497 A JP 11673497A JP 11673497 A JP11673497 A JP 11673497A JP H10308133 A JPH10308133 A JP H10308133A
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- Japan
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 常伝導機械式断路器を極低温環境下で使用す
る場合に、その接点同士を接触させた閉状態における抵
抗値が変動することのない、常伝導機械式断路器の構造
について提案する。 【解決手段】 固定接点４を支持するベース１に開閉腕
６を回動可能に取り付け、この開閉腕６がベース１側に
回動して閉じた際に固定接点４と接触する可動接点７
を、開閉腕６に取り付けてなる機械式断路器おいて、該
固定接点４および可動接点７のいずれか一方を他方に対
して摺動可能とするとともに、固定接点４および可動接
点７相互の接触面に軟質金属のめっき層11，10を形成す
る。
る場合に、その接点同士を接触させた閉状態における抵
抗値が変動することのない、常伝導機械式断路器の構造
について提案する。 【解決手段】 固定接点４を支持するベース１に開閉腕
６を回動可能に取り付け、この開閉腕６がベース１側に
回動して閉じた際に固定接点４と接触する可動接点７
を、開閉腕６に取り付けてなる機械式断路器おいて、該
固定接点４および可動接点７のいずれか一方を他方に対
して摺動可能とするとともに、固定接点４および可動接
点７相互の接触面に軟質金属のめっき層11，10を形成す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、超伝導コイルの
永久電流回路や高電圧超伝導送電線などの極低温環境下
に置かれる電気回路、すなわち超伝導回路に用いる常伝
導機械式断路器に関する。
永久電流回路や高電圧超伝導送電線などの極低温環境下
に置かれる電気回路、すなわち超伝導回路に用いる常伝
導機械式断路器に関する。
【０００２】
【従来の技術】この超伝導回路は高電圧が加わるため、
かかる高電圧回路の開閉を司る断路器には、開（断絶）
状態の電気抵抗（絶縁抵抗）が大きいことが必要にな
る。そこで、当該回路には、−２７０℃〜−１９０℃程
度の極低温に冷却された常伝導体による接点を機械式に
開閉する断路器を使用することが考えられる。
かかる高電圧回路の開閉を司る断路器には、開（断絶）
状態の電気抵抗（絶縁抵抗）が大きいことが必要にな
る。そこで、当該回路には、−２７０℃〜−１９０℃程
度の極低温に冷却された常伝導体による接点を機械式に
開閉する断路器を使用することが考えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の断路器は、その閉（接触）状態の抵抗値が理論値（金
属接触抵抗値）の数倍に達し、しかも開閉の度毎に抵抗
値が変動するため、極低温環境における発熱が近傍の熱
伝導回路の温度を上げ、これを常伝導化してしまうとい
う問題がある。
の断路器は、その閉（接触）状態の抵抗値が理論値（金
属接触抵抗値）の数倍に達し、しかも開閉の度毎に抵抗
値が変動するため、極低温環境における発熱が近傍の熱
伝導回路の温度を上げ、これを常伝導化してしまうとい
う問題がある。
【０００４】そこで、この発明は、常伝導機械式断路器
を極低温環境下で使用する場合に、その接点同士を接触
させた閉状態における抵抗値が高くなることのない、常
伝導機械式断路器の構造について提案することを目的と
する。
を極低温環境下で使用する場合に、その接点同士を接触
させた閉状態における抵抗値が高くなることのない、常
伝導機械式断路器の構造について提案することを目的と
する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】発明者らは、常伝導機械
式断路器を極低温環境下で使用した際に、閉状態におけ
る抵抗値が変動する現象について鋭意検討したところ、
極低温環境を実現するための冷媒、例えば液体窒素や液
体ヘリウムあるいは接点表面の酸化物などが、断路器の
接点間に介在して、接点の接触を阻害していることを究
明するに到った。
式断路器を極低温環境下で使用した際に、閉状態におけ
る抵抗値が変動する現象について鋭意検討したところ、
極低温環境を実現するための冷媒、例えば液体窒素や液
体ヘリウムあるいは接点表面の酸化物などが、断路器の
接点間に介在して、接点の接触を阻害していることを究
明するに到った。
【０００６】この発明は、上記知見に由来するものであ
る。すなわち、この発明は、固定接点を支持するベース
１に開閉腕を回動可能に取り付け、この開閉腕がベース
１側に回動して閉じた際に固定接点と接触する可動接点
を、開閉腕に取り付けてなる機械式断路器おいて、該固
定接点および可動接点のいずれか一方を他方に対して圧
接摺動可能とするとともに、固定接点および可動接点相
互の接触面に軟質金属のめっき層を形成したことを特徴
とする超伝導回路に用いる常伝導機械式断路器である。
る。すなわち、この発明は、固定接点を支持するベース
１に開閉腕を回動可能に取り付け、この開閉腕がベース
１側に回動して閉じた際に固定接点と接触する可動接点
を、開閉腕に取り付けてなる機械式断路器おいて、該固
定接点および可動接点のいずれか一方を他方に対して圧
接摺動可能とするとともに、固定接点および可動接点相
互の接触面に軟質金属のめっき層を形成したことを特徴
とする超伝導回路に用いる常伝導機械式断路器である。
【０００７】上記軟質金属とは、はんだ例えばPb，Pb−
Sn，Zn−CdまたはInなど、使用する極低温環境の下でも
軟質の金属を意味する。ここで、はんだ合金の混合比、
例えば鉛はんだにおけるPbとSnの組成比率の範囲は、軟
質を保持しうる範囲であればよい。また、軟質とは、特
にこの発明に従う軟質金属でめっきした接点同士の圧接
摺動を極低温環境下で繰り返しても接触抵抗値が上昇し
ない特性の金属を意味する。
Sn，Zn−CdまたはInなど、使用する極低温環境の下でも
軟質の金属を意味する。ここで、はんだ合金の混合比、
例えば鉛はんだにおけるPbとSnの組成比率の範囲は、軟
質を保持しうる範囲であればよい。また、軟質とは、特
にこの発明に従う軟質金属でめっきした接点同士の圧接
摺動を極低温環境下で繰り返しても接触抵抗値が上昇し
ない特性の金属を意味する。
【０００８】
【発明の実施の形態】さて、図１に、この発明に従う断
路器を示す。図中１は断路器のベースであり、このベー
ス１に形成した凹部２内に、絶縁摺動台３を摺動可能に
収容し、この絶縁摺動台３に、例えば銅製の固定接点４
を取り付ける。さらに、ベース１には、ピン５によって
開閉腕６を回動可能に取り付け、この開閉腕６の先端側
に、開閉腕６がベース１側に移動して閉じた際に固定接
点４と接触する可動接点７を、絶縁台８を介して取り付
けてなる。なお、固定接点４および可動接点７は、図示
しない可撓性の超伝導線を介して、超伝導コイルや超伝
導ケーブルにそれぞれ接続される。
路器を示す。図中１は断路器のベースであり、このベー
ス１に形成した凹部２内に、絶縁摺動台３を摺動可能に
収容し、この絶縁摺動台３に、例えば銅製の固定接点４
を取り付ける。さらに、ベース１には、ピン５によって
開閉腕６を回動可能に取り付け、この開閉腕６の先端側
に、開閉腕６がベース１側に移動して閉じた際に固定接
点４と接触する可動接点７を、絶縁台８を介して取り付
けてなる。なお、固定接点４および可動接点７は、図示
しない可撓性の超伝導線を介して、超伝導コイルや超伝
導ケーブルにそれぞれ接続される。
【０００９】また、可動接点７は、ほぼ中心部分が外側
に盛り上がった断面円弧状の突起９を有し、この突起９
の表層は、軟質とりわけ極低温下でも軟質の金属、例え
ばPb−Sn合金，Pb−Sn−Sb合金およびPb−Sn−Cd合金に
代表されるはんだ、あるいはインジウム合金などの軟質
金属によるめっき層10で覆われている。同様に、固定接
点４の表層も、軟質の金属によるめっき層11で覆われて
いる。
に盛り上がった断面円弧状の突起９を有し、この突起９
の表層は、軟質とりわけ極低温下でも軟質の金属、例え
ばPb−Sn合金，Pb−Sn−Sb合金およびPb−Sn−Cd合金に
代表されるはんだ、あるいはインジウム合金などの軟質
金属によるめっき層10で覆われている。同様に、固定接
点４の表層も、軟質の金属によるめっき層11で覆われて
いる。
【００１０】ここで、開閉腕６がベース１側に閉じて固
定接点４に可動接点７が接触して圧接された際に、固定
接点４が取り付けられた絶縁摺動台３を凹部２内で移動
することが肝要である。この操作によって、固定接点４
が可動接点７と圧接した状態を維持したまま移動される
ため、両接点間に介在する冷媒、さらには両接点表面に
付着した表面酸化物は確実に排除される結果、両接点間
で真の金属接触が実現される。従って、接点での接触抵
抗は理論値に近くなり、しかも開閉回数に関係なく接触
抵抗値は安定したものとなる。
定接点４に可動接点７が接触して圧接された際に、固定
接点４が取り付けられた絶縁摺動台３を凹部２内で移動
することが肝要である。この操作によって、固定接点４
が可動接点７と圧接した状態を維持したまま移動される
ため、両接点間に介在する冷媒、さらには両接点表面に
付着した表面酸化物は確実に排除される結果、両接点間
で真の金属接触が実現される。従って、接点での接触抵
抗は理論値に近くなり、しかも開閉回数に関係なく接触
抵抗値は安定したものとなる。
【００１１】すなわち、図２に、表面をPb−Sn合金のめ
っき層11で被覆した銅製の固定接点４に、同様に突起９
をPb−Sn合金のめっき層10で被覆した銅製の可動接点７
を圧接し、その後固定接点４を移動して可動接点７に対
して摺動した際の接触抵抗について調査した結果を示す
ように、両接点を当接した時点の接触抵抗Ａは、当接後
に固定接点４を摺動することによって、Ｃ１のレベル、
つまり接触抵抗Ａの６分の１程度の接触抵抗に減少する
ことがわかる。その後、再び固定接点４に可動接点７を
当接すると、当接時の接触抵抗は再びＡと同レベルまで
上昇するが、次いで固定接点４を摺動すると、Ｃ１と同
じレベルのＣ２まで減少する。この固定接点４の摺動に
よる接触抵抗値の減少は、その後の多くの開閉動作にお
いても全く同様であり、同図にＣ３，Ｃ４------と示す
ように、接触抵抗が一定のレベルまで安定して低減する
ことが可能であった。なお、図２に結果を示した実験
は、冷媒として液体窒素を用いて極低温環境下で行っ
た。
っき層11で被覆した銅製の固定接点４に、同様に突起９
をPb−Sn合金のめっき層10で被覆した銅製の可動接点７
を圧接し、その後固定接点４を移動して可動接点７に対
して摺動した際の接触抵抗について調査した結果を示す
ように、両接点を当接した時点の接触抵抗Ａは、当接後
に固定接点４を摺動することによって、Ｃ１のレベル、
つまり接触抵抗Ａの６分の１程度の接触抵抗に減少する
ことがわかる。その後、再び固定接点４に可動接点７を
当接すると、当接時の接触抵抗は再びＡと同レベルまで
上昇するが、次いで固定接点４を摺動すると、Ｃ１と同
じレベルのＣ２まで減少する。この固定接点４の摺動に
よる接触抵抗値の減少は、その後の多くの開閉動作にお
いても全く同様であり、同図にＣ３，Ｃ４------と示す
ように、接触抵抗が一定のレベルまで安定して低減する
ことが可能であった。なお、図２に結果を示した実験
は、冷媒として液体窒素を用いて極低温環境下で行っ
た。
【００１２】ところが、両接点の当接後に固定接点を摺
動する操作を、可動接点７の突起９および固定接点４に
めっき層を設けない、つまり接点の接触が銅による場合
について行ったところ、両接点当接時の接触抵抗Ｂは、
固定接点４の摺動後も同じレベルＢ１を示し、接触抵抗
は減少することがなかった。その後、両接点の開閉動作
とそれに付随して固定接点４を摺動しても、接触抵抗
は、同図にＢ２，Ｂ３，Ｂ４----と示すように、低減さ
れないばかりか、逆に摺動回数を重ねる毎に接触抵抗値
が増大する結果となった。これは、固定接点４および可
動接点７の突起９に硬質の銀めっき層を設けた場合に
も、同様に接触抵抗は増加する結果となった。
動する操作を、可動接点７の突起９および固定接点４に
めっき層を設けない、つまり接点の接触が銅による場合
について行ったところ、両接点当接時の接触抵抗Ｂは、
固定接点４の摺動後も同じレベルＢ１を示し、接触抵抗
は減少することがなかった。その後、両接点の開閉動作
とそれに付随して固定接点４を摺動しても、接触抵抗
は、同図にＢ２，Ｂ３，Ｂ４----と示すように、低減さ
れないばかりか、逆に摺動回数を重ねる毎に接触抵抗値
が増大する結果となった。これは、固定接点４および可
動接点７の突起９に硬質の銀めっき層を設けた場合に
も、同様に接触抵抗は増加する結果となった。
【００１３】従って、両接点を当接後に固定接点４を摺
動して接触抵抗を低減するには、固定接点４および可動
接点７の接触部分に、軟質金属のめっき層を形成するこ
とが不可欠である。なぜなら、軟質金属のめっき層を用
いた場合には、摺動回数を多くしても、摺動面（接触面
を含む）は光沢をもった平滑な面を保つのに対し、硬質
の金属の場合には摺動回数が増えると共に摺動面（接触
面）は荒れてくる。この荒れた面同士の接触は、接触抵
抗が大きくなってしまうのである。
動して接触抵抗を低減するには、固定接点４および可動
接点７の接触部分に、軟質金属のめっき層を形成するこ
とが不可欠である。なぜなら、軟質金属のめっき層を用
いた場合には、摺動回数を多くしても、摺動面（接触面
を含む）は光沢をもった平滑な面を保つのに対し、硬質
の金属の場合には摺動回数が増えると共に摺動面（接触
面）は荒れてくる。この荒れた面同士の接触は、接触抵
抗が大きくなってしまうのである。
【００１４】なお、めっき層は、Pb系はんだの場合0.1
mm〜0.3 mm程度の厚みで形成することが好ましい。すな
わち、めっき層厚が0.1 mm未満では、多数回の摺動によ
る摩耗により地金が露出する危険性があるからである。
一方0.3 mmをこえると、めっき金属の塑性変形のために
接触圧の保持に悪影響が出る。これは鉛はんだの弾性限
界が低いからである。但し、厚さの上限は、接点の突起
の形状、当接圧力およびめっき材質により異なってく
る。
mm〜0.3 mm程度の厚みで形成することが好ましい。すな
わち、めっき層厚が0.1 mm未満では、多数回の摺動によ
る摩耗により地金が露出する危険性があるからである。
一方0.3 mmをこえると、めっき金属の塑性変形のために
接触圧の保持に悪影響が出る。これは鉛はんだの弾性限
界が低いからである。但し、厚さの上限は、接点の突起
の形状、当接圧力およびめっき材質により異なってく
る。
【００１５】ここで、図１に示した例では、固定接点４
側に絶縁摺動台３を設け、固定接点４を可動接点７に対
して摺動させたが、固定接点４および可動接点７のいず
れか少なくとも一方が移動可能であれば、上記した作用
は得られる。従って、固定接点４および可動接点７のい
ずれか一方を移動可能とすればよい。この場合、突起は
摺動しない接点に設けるのが適切である。その理由は、
開閉腕６が閉じた時の圧接トルクが一定のとき、突起を
有しない接点を摺動した方が接触圧力が変化しないため
適当だからである。さらに移動機構設置の難易度の観点
からは、図示の固定接点４を移動する構造が有利であ
る。
側に絶縁摺動台３を設け、固定接点４を可動接点７に対
して摺動させたが、固定接点４および可動接点７のいず
れか少なくとも一方が移動可能であれば、上記した作用
は得られる。従って、固定接点４および可動接点７のい
ずれか一方を移動可能とすればよい。この場合、突起は
摺動しない接点に設けるのが適切である。その理由は、
開閉腕６が閉じた時の圧接トルクが一定のとき、突起を
有しない接点を摺動した方が接触圧力が変化しないため
適当だからである。さらに移動機構設置の難易度の観点
からは、図示の固定接点４を移動する構造が有利であ
る。
【００１６】さらに、絶縁摺動台３を凹部２内で移動す
るための構造は特に限定されないが、図３に示す構造が
推奨される。すなわち、図３において、摺動幅だけの切
欠きを有する丸棒状のカム12および13を、ベース１の凹
部２の絶縁摺動台３の移動方向の一端側と他端側とに、
各カムの切欠き面が凹部２の内壁面に含まれる位置に回
動可能に設ける。かくしてカム12および13の一方を90゜
回転すると、絶縁摺動台３はカムに押されて摺動幅だけ
移動するのである。なお、カム12，13には、その回動を
容易とするためのカム腕14，15を夫々一体に設けること
が好ましい。ここで、図３は、カム腕15を矢印の向きに
回動させた結果、絶縁摺動台３が上方に移動した状態を
示している。一方絶縁摺動台３を下方に移動するには、
カム腕15を下方に90゜回した後カム腕14を上方へ90゜回
転すればよい。
るための構造は特に限定されないが、図３に示す構造が
推奨される。すなわち、図３において、摺動幅だけの切
欠きを有する丸棒状のカム12および13を、ベース１の凹
部２の絶縁摺動台３の移動方向の一端側と他端側とに、
各カムの切欠き面が凹部２の内壁面に含まれる位置に回
動可能に設ける。かくしてカム12および13の一方を90゜
回転すると、絶縁摺動台３はカムに押されて摺動幅だけ
移動するのである。なお、カム12，13には、その回動を
容易とするためのカム腕14，15を夫々一体に設けること
が好ましい。ここで、図３は、カム腕15を矢印の向きに
回動させた結果、絶縁摺動台３が上方に移動した状態を
示している。一方絶縁摺動台３を下方に移動するには、
カム腕15を下方に90゜回した後カム腕14を上方へ90゜回
転すればよい。
【００１７】また、開閉腕６のベース１に対する開閉動
作は、例えば図１に示すように、開閉腕６と一体に設け
た開閉駆動腕16にピン17を介して固定した開閉棒18を上
下動することで行う。すなわち、開閉棒18は、超伝導回
路から離れた常温部から駆動され、かつ閉時には必要な
接触力を与えられる構造とする。なお、開時の二つの接
点間距離は、耐電圧に必要な絶縁距離以上となるように
している。
作は、例えば図１に示すように、開閉腕６と一体に設け
た開閉駆動腕16にピン17を介して固定した開閉棒18を上
下動することで行う。すなわち、開閉棒18は、超伝導回
路から離れた常温部から駆動され、かつ閉時には必要な
接触力を与えられる構造とする。なお、開時の二つの接
点間距離は、耐電圧に必要な絶縁距離以上となるように
している。
【００１８】
【発明の効果】この発明によれば、開状態の抵抗が極め
て高い、という機械式断路器の特長はそのままに、閉状
態の接触抵抗を安定して低くすることができる。
て高い、という機械式断路器の特長はそのままに、閉状
態の接触抵抗を安定して低くすることができる。
【図１】この発明の常伝導機械式断路器の模式図であ
る。
る。
【図２】断路器の開閉および摺動回数と接触抵抗値との
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
【図３】固定接点の摺動構造を示す模式図である。
１ ベース ２ 凹部 ３ 絶縁摺動台 ４ 固定接点 ５ ピン ６ 開閉腕 ７ 可動接点 ８ 絶縁板 ９ 突起 10 めっき層 11 めっき層
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成９年６月２７日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の断路器は、その閉（接触）状態の抵抗値が理論値（金
属接触抵抗値）の数倍に達し、しかも開閉の度毎に抵抗
値が変動するため、極低温環境における発熱が近傍の超
伝導回路の温度を上げ、これを常伝導化してしまうとい
う問題がある。
の断路器は、その閉（接触）状態の抵抗値が理論値（金
属接触抵抗値）の数倍に達し、しかも開閉の度毎に抵抗
値が変動するため、極低温環境における発熱が近傍の超
伝導回路の温度を上げ、これを常伝導化してしまうとい
う問題がある。
Claims (1)
- 【請求項１】 固定接点を支持するベース１に開閉腕を
回動可能に取り付け、この開閉腕がベース１側に回動し
て閉じた際に固定接点と接触する可動接点を、開閉腕に
取り付けてなる機械式断路器おいて、該固定接点および
可動接点のいずれか一方を他方に対して圧接摺動可能と
するとともに、固定接点および可動接点相互の接触面に
軟質金属のめっき層を形成したことを特徴とする超伝導
回路に用いる常伝導機械式断路器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11673497A JPH10308133A (ja) | 1997-05-07 | 1997-05-07 | 超伝導回路に用いる常伝導機械式断路器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11673497A JPH10308133A (ja) | 1997-05-07 | 1997-05-07 | 超伝導回路に用いる常伝導機械式断路器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10308133A true JPH10308133A (ja) | 1998-11-17 |
Family
ID=14694474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11673497A Pending JPH10308133A (ja) | 1997-05-07 | 1997-05-07 | 超伝導回路に用いる常伝導機械式断路器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10308133A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103762100A (zh) * | 2014-01-18 | 2014-04-30 | 叶春林 | 一种能够多形式触通的开关 |
| JP2015170736A (ja) * | 2014-03-07 | 2015-09-28 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | 超伝導機器用着脱式電流供給部材およびこれを用いた超伝導機器 |
| CN114300297A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-04-08 | 深圳供电局有限公司 | 一种超导隔离开关 |
| CN114300296A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-04-08 | 深圳供电局有限公司 | 一种超导隔离开关及相应的隔离开关操作机构 |
-
1997
- 1997-05-07 JP JP11673497A patent/JPH10308133A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103762100A (zh) * | 2014-01-18 | 2014-04-30 | 叶春林 | 一种能够多形式触通的开关 |
| JP2015170736A (ja) * | 2014-03-07 | 2015-09-28 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | 超伝導機器用着脱式電流供給部材およびこれを用いた超伝導機器 |
| CN114300297A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-04-08 | 深圳供电局有限公司 | 一种超导隔离开关 |
| CN114300296A (zh) * | 2021-12-30 | 2022-04-08 | 深圳供电局有限公司 | 一种超导隔离开关及相应的隔离开关操作机构 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000125 |