DE1588198A1

DE1588198A1 - Elektromagnetischer Motor

Info

Publication number: DE1588198A1
Application number: DE19671588198
Authority: DE
Inventors: Luciano Parodi; Maurizio Vallauri
Original assignee: Fiat SpA
Current assignee: Fiat SpA
Priority date: 1966-06-07
Filing date: 1967-06-07
Publication date: 1972-02-17
Also published as: BE699519A; US3548273A

Description

Firma Fiat Aktiengesellschaft, Turin, Italien : betreffend:

"Blektrom
(Zusatz zu Patent ..... (PatentanmeldungP 47 373 VIIIb/21dⁱ23)

Priorität: 7. Juni 1966» Italien

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetischen Motor _f insbesondere zur Betätigung eines Regelstabee für einen Kernreaktor nach Patent ...... (Patentanmeldimg

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Im Hauptpatent ist.ein elektromagnetischer Motor beschrieben, der sich insbesondere zum Steuern der Bewegungen eines Regeistabes bei einem Kernreaktor, beispielsweise sum Anheben und Absenken öss Stabes, eignet. Erreicht wird dadurch, daß für eine geeignete Schaltung einer Spdlee-

quelle für elektrischen Strom an eine Vielzahl von stationären, einem beweglichen Element zugeordneten Spulen gesorgt wird, das so angeordnet wird, daß die Stellung des Stabes beeinflußt wird. Durch diesen Motor wird das bewegliche Element in einer festen lage gehalten, indem bestimmte abhängig von der gewünscht θα Lage ausgewählte Spulen gespeist werden.

Bei Motoren der oben genannten Art befreit das Ausbleiben der Stromversorgung für sämtliche Spulen im Falle eines Unfalles oder einer vorbereiteten Steuerung das bewegliche Element rom Einfluß der Spulen, so daß dieses sich frei bewegen kann oder vertikal unter Einwirkung noch weiterer Kräfte bewegt werden kann. In Praxis sind die vor allem infrage kommenden Kräfte die der Schwerkraft, das Element bewegt eich, also dann aufgrund seines Eigengewichtes. Ein Verhalten dieser Art ist in bestimmten Pällen selbstverständlich äußerst vorteilhaft, z.B. dann, wenn der Motor dazu verwandt wird, die Hegelstäbe eines Kernreaktors, wie nach dem obigen Beispiel, zu beeinflußen, da den Sicherheitsanordnungen dadurch Genüge getan wird, daß die Regelstäbe so schnell in den Reaktor eingeführt werden und ihn im Hotfall auSer Wirkung setzen. Oft erfolgt ein solches Einführen allein aufgrund von Gravitationskräften; in manchen Fällen erfolgt' jeäocfc eine Beschleunigung aufgrund der Wirkuag «int.? vorgespannten ?eder oder aufgrund einer elektro- temitrlsm& ve» Impulsen, wobei deren leistung

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- 3 durch einen Torbelasteten Kondensator geliefert wird.

Gewöhnlich, wird das rasche Einführen des Regelstabe durch Mittel wie den genannten, nahe dem Hubende zum Stillstand gebracht, wobei man dies durch Bremsen mittels einer mechanischen, audibeispielsweise Feder, hydraulischen oder pneumatischen Dämpf er einrichtung erreichen kann.

Erfindungsgemäß soll demgegenüber ein Motor der im Hauptpatent genannten Art geschaffen werden, bei dem in diesem Einrichtungen vorgesehen sind, die sowohl für eineSeschleunigung des beweglichen Elementes wie für ein Bremsen an irgendeinem Punkt der Hubbewegung, insbesondere in der Iahe von dessem unteren Ende sorgt,

Erreicht wird dies bei einem elektromagnetischen Motor, insbesondere zur Betätigung eines Regelstabes für einen Kernrekator nach dem Hauptpatent durch elektrische Betektoren, die die Stellung eines beweglichen Elementes gegenüber einem Statorgehäuse und einer Vielzahl von zugeordneten Spulen ermitteln; durch elektrische Programmierer, die elektriech mit Detektoren und Spulen so verbunden sind, daß sie von den Programmierern Signale zur Anzeige der Stellung des beweglichen Elementes empfangen und eine Erregung bestimmter Spulen in festgelegter Reihenfolge hervorrufen, wobei die Erregung so sowohlv&der vom beweglichen Element eingenommenen

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Lage wie von einem festgelegten Programm zum Steuern der Elementbewegung abhängig ist.

Die Erfindung soll nun beispielsweise anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denen

Pig. I einen halbschematischen axialen Schnitt eines erfindungsgemäß aufgebauten Elektromotors zur Regelung eines Kernreaktors zeigt;

Pig. 2 zeigt als Beispiel das Schema eines Schaltzyklus für die Spulen des in Pig. I gezeigten Motors.

Nach Pig. 1 sind in einem dicht abgeschlossenen Reaktorgefäß 1 beweglich eine Vielzahl (nicht dargestellter) Stäbe vorgesehen, die die Leistung des Reaktors steuern, wobei die Stäbe (oder der Stab) mittels einer Stange 2 betätigt werden, die aus der Entfernung durch einen elektromagnetischen Motor 3 gesteuert wird.

Der stationäre Teil des Motors 3 umfaflfc ein vertikales Gehäuse 4, das dicht gegen das Reaktorgefäß 1 mittels einer Muffe 5 abgeschlossen ist. Der stationäre Motorteil umfaßt darüber hinaus eine Vielzahl von Ringspulen 6, die koaxial zum Gehäuse 4 festgelegt sind. Der bewegliche Teil des Motors 3 besteht aus einem länglichen Kern 7 aus ferromagnetischem Material, der koaxial innerhalb des Gehäuses 4

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verschiebbar ist und mit einer Vielzahl von im gleichen Abstand zueinander vorgesehenen Ringvorsprüngen 8 versehen ist. Nach der Darstellung ist der Kern 7 über eine Kupplung mit dem unteren Ende der Stange 2 verbunden. Über die axiale Länge des Gehäuses 4 stehen sich zwölf Spulen 6 und elf Vorsprünge 8 gegenüber.

Erfindungsgemäß sind drei Positions- oder Stellungsdetektoren 10,11,12 vorgesehen, sei es als photoelektrische Zelle oder von elektromagnetischer Bauart, die im Abstand zueinander längs der Achse des Gehäuses 4 angeordnet sind.

Der Detektor 10 ist am oberen Ende desGehäuses 4 angeordnet und.zeigt elektrisch an, ob einer der Riqgrorsprünge 8 in einer bestimmten Ebene X-X orthogonal zur Motorachse vorhanden ist. Der Detektor 12 sitzt am unteren Endteil des Gehäuses und zeigt elektrisch an, ob das Ende des Kernes sich oberhalb oder unterhalb einer weiteren Ebaae Z-Z- orthogonal zur Achse des Motors 3 sich befindet. Der Detektor 11 ist zwischen den Detektoren 10 und 12 angeordnet und zeigt elektrisch an, ob das Ende des Kernes 7 sich oberhalb oder unterhalb einer weiteren Ebene Y-Y orthogonal zur Achse des Motors 3 befindet.

Eine elektrische Schaltung 13 ist so angeschlossen, daß sie Signale vom Detektor 11 aufnimmt and die so aufgenommenen

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Signale an einen elektrischen Kreis 15 weitergibt, wobei der letztgenannte ele&risehe Kreis zur Bauart der "variablen Programmierer" gehört und zur Speisung der Spulen 6 angeordnet ist. Ein elektrischer Kreis 14 ist mit dem Detektor 12 verbunden, von dem er Signale empfängt, sowie mit der vorgenannten Schaltung 15, der er diese Signale überträgt.

Die elektrischen Schaltungen 13 und 14 sind ebenfalls elektrisch miteinander verbunden und beide Schaltungen sowie der Detektor 10 sind mit einer Steuerung verbunden, die für ein schnelles !Fallen der Stange 2 und damit ein schnelles Einführen des oder der Regelstäbe in den Reaktor sorgt. Diese Steuerung ist schematisch durch das Symbol einer Drucktaste 16 bezeichnet.

Eine Bestätigung des Steuerungsknopfes 16 dann, wenn der Kern in Ruhe aufgrund der Erregung ausgewählter Spulen gehalten wird, dient dazu, die Stromzufuhr zu sämtlichen Spulen 6 zu unterbrechen und so eine erste Stufe A der Abwärtsbewegung der Schiene 2 hervorzurufen, die unter dem Einfluß der Schwerkraft erfolgt.Zu Beginn dieser ersten Stufe bewegt sich also die Stange 2 nach unten (d.h. in S¹Ig. 1 nach unten) und zwar leidiglich unter dem Einfluß der Schwerkraft; und, wird der Knopf 16 nicht weiter betätigt, so gibt der Detektor 10 bald ein Signal ab. Dieses Signal wird

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an die Schaltung 15 über eine elektrische Schaltung 13 übertragen und bewirkt*, eine gesteuerte Stromzuführung an bestimmte Spulen, derart, daß ein Beschleunigungsimpuls an den Kern unter Verstärkung der Schwerkraftswirkung gegeben wird.

JFig. 2 zeigt an einem Beispiel, wie eine ausgewählte Stromzufuhr praktisch erfolgen kann.

Bei Beginn der Stufe A signalisiert nach der Darstellung der Detektor 10 die Abwesenheit eines Yorsprunges 8 in der Bezugsebene X-Z. In diesem Moment veranlaßt die Schaltung, daß die Spulen I, II, III, IY, V und VI gespeist und damit erregt werden und daß die Spulen VII, VIII, IX, X, XI und XII nicht gespeist und damit entregt werden. Dies ist durch die Spitzen der Vertikallinien D und E in I?ig. 2 veranschaulicht. Diese Spulen werden in Abhängigkeit von der geometrischen Lage der Bezugsebene X-X gegenüber den übrigen Motorteilen ausgewählt.

Aufgrund der sich überlagernden Wirkungen von Schwerkraft und Beschleunigungsimpuls bewegt der Kern sbh nach unten und verändert aufeinanderfolgend seine Lage gegenüber den Spulen. Hierdurch modifiziert er die Wechselwirkung mit den stationären elektromagnetischen Kreisen nach der in der Hauptanmeldung genannten Art; diese Wechselwirkung (die po-

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sitiv bezüglich der Schwerkrafteffekte ist) erreicht einen Maximalwert, der durch die vertikale Linie F oben in Pig. 2 dargestellt ist und fällt hiernach auf Null ab und dient als Bremse. Bevor jedoch eine Wahrnehmung der Bremswirkung eintreten kann, signalisiert der Detektor 10 eine Veränderung, da einer der Vorsprünge 8 in die Bezugsebene X-X eingetreten ist. Das Signal führt zu einer Erregung der Spulen VII, VIII, IX, X, XI, XII und schneidet die Stromzufuhr zu den Spulen I, II, III, IV, V, VI ab, wodurch sie entregt v/erden. Die Spulen VII - XII rufen im Kern 7 eine elektromagnetische Wechselwirkung hervor, die im Wert gleich, jedoch entgegengerichtet der Wirkung der Spulen I, II, III, IV, V und VI ist. Sie dienen daher nunmehr dakzu_T einen Beschleunigungsimpuls in Übereinstimmung mit der Schwerkraft während der nachfolgenden Verschiebung nach abwärts des Kernes um eine halbe Teilung der Vorsprünge 8 zu liefern.

Bei jeder Verschiebung des Kernes um eine halbe Heilung der Vorsprünge 8 ruft das Signal vom Detektor 10 ein Umschalten der Stromzufuhr von dem einen Spulensatz auf den anderen hervor, so daß die erzeugten 3eschleun%ungsimpulse konstant in Richtung und in Übereinstimmung mit der Schwerkraft wirken.

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Die Stufe A der Abwärtsbewegung der Stange 2endet, sobald das untere und damit vordere Ende des Kernes 7 die Ebne X-Y erreicht. Die zweite Stufe B der Abwärtsbewegung beginnt dann unmittelbar, weil das so vom Detektor 11 gelieferte Signal so gewählt ist, daß die Stromzufuhr su sämtlichen Spulen 6 abgeschnitten wird. Der Kern 7, der weiterhin nicht mehr unter magnetischer Kontrolle steht, wird also allein durch die Schwerkraft beeinflußt.

Die dritte Stufe 0 der Abwärtsbewegung des Kernes 7 beginnt dann, wenn das untere und führende Ende des Kernes 7 durch die Ebene Z-Z sich erstreckt, wobei das Signal vom Detektor 12 so bemessen und so geliefert wird, daß eine Stromzufuhr an ausgewählte Spulen hervorgerufen wird und ein Beschleunigungsimpuls eritgegengerichtet zur Schwerkraft erzeugt wird. Man erhält dies durch Auswahl und Lieferung eines Stromes an die Spule VII-XII j wenn sich keinerlei Vorsprünge 8 in der Bezugsebene X-X befinden und indem Strom den Spulen I .... VI zugeführt wird, wenn ein Vorsprung 8 sich in der Bezugsebene X-X befindet. Diese Fälle sind durch die Linien D und E unten in Fig. 2 dargestellt. Die resultierende Wirkung ist im "ifert jedoch mit entgegengesetztem Vorzeichen gleich der durch die Beschleunigungsstufe hervorgebrachten Wirkung. Diese zuletzt genannten Gegebenheiten sind durch ■den Pfeil I? im unteren Seil der Fig. 2 versinnbildlicht.

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Es kann weiter gebremst v/er den, bis der Kern 7 sich nicht mehr bewegt und, während ein mechanischer Anschlag am unteren Ende der Hubbewegung erfolgt, kann der Motor in dieser Bndlage lediglich durch ".,ntregen sämtlicher Spulen verbleiben. Wahlweise kann auch ein Extraktions- oder Herausführungshub entsprechend den Lehren des Hauptm tentes begonnen und durchgeführt werden.

Die verschiedensten Abänderungen sind im Rahmen derErfindung ™b'glich.

So können beispielsweise die Detektoren 10,11,12 so angeordnet sein, daß sie ein positives Steuersignal entweder dann liefern, wenn sie die Anwesenheit oder die Abwesenheit eines Bauteiles registrieren; sie können aber auch selbst so angeordnet sein, daß sie ein unterschiedliches, jedoch positives Signal in jedem Palle liefern.

- Patentansprüche -

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Claims

- ii - Patentansprüche ι

1. Elektromagnetischer Hotor, insbesondere sur Betätigung eines Hegelstabes für einen Kernreaktor nach Patent

(Patentanmeldung? 47 373 VIIIb/21d¹23), gekennzeichnet durch elektrische Detektoren (1O;11;12), die die Stellung eines beweglichen Elementes (7) gegenüber einem Statorgehäuse (4) und einer Vielzahl von zugeordneten Spulen (6) ermitteln; durch elektrische Programmierer (13;14;15)» die elektrisch mit Detektoren (10;11;12) und Spulen (6) so verbunden sind, daß sie von den Programmierern Signale zur Anzeige der Stellung des beweglichen Elementes (7) empfangen und eine Erregung bestimmter Spulen in festgelegter Reihenfolge hervorrufen, wobei die Erregung so sowohl von der vom beweglichen Element (7) eingenommenen Lage wie von einem festgelegten Programm zum Steuern der Eleaentbewegung abhängig ist.

2. Elektromagnetischer Motor nach J.iiqruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (6) bezüglich ihrer Erregung so ausgelegt sind, daß sie eine Periode der Beschleunigung in Schwerkraftsriehtung, eine Periode des freien Falles und eine Periode derVerzögerung gegen die Schwerkraftseiiiwirkungeii liefern.

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3. Elektromagnetischer Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (6) derart angeordnet sind, daß sie in Gruppen während der Perioden des beschleunigten und der Verzögerung erregbar sind.

4. Elektromagnetischer Motor nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen in zwei Gruppen angeordnet sind, die abwechselnd erregbar sind.

5. Elektromagnetischer Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Element aus einem mit Ringvorsprüngen (8) versehenen Kern (7) besteht, wobei durch die Anordnung der Vorsprünge relativ zum Detektor (10) die Erregung der Spulengruppen steuerbar ist.

6. Elektromagnetischer Motor nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der die lage der Ringvorsprünge (8) ermittelnde Detektor (10) ein positives Signal bei Ermitteln der Anwesenheit von Vorsprüngen liefert.

7. Elektromagnetischer Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Programmierer (13»14»15) für eineVeränderung des festgelegten Programmes sorgen.

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8. Elektromagnetischer Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine ÜberSteuerungsregelung (16) zum !rennen sämtlicher Spulen (6) vorgesehen ist, wobei das bewegliehe Element (7) dann frei unter dem Einfluß der Schwerkraft oder dergleichen fällt.

DR.-ING. H. fr,-:.·:.:■.. D¹Pl-U!". H. Otfl. III«. S. SiAHOSR

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