JP3485988B2 - 制御棒駆動機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は軽水炉としての沸騰水型
原子炉（以下、ＢＷＲという。）に使用される制御棒駆
動機構（以下、ＣＲＤという。）に関する。 【０００２】 【従来の技術】図１６は一般のＢＷＲを示す概略構成図
である。図１６に示すように、原子炉圧力容器１内に
は、減速材を兼ねる冷却材２が収容される一方、原子炉
圧力容器１の中央下部には炉心３が配置され、炉心シュ
ラウド４により取り囲まれている。炉心３には多数の燃
料集合体（図示せず）が装荷され、４体一組の燃料集合
体間に制御棒５が出し入れ自在に収容される。 【０００３】このＢＷＲにおいて、冷却材２は炉心３内
を上方に向かって流れ、その間に炉心３から核分裂連鎖
反応により発生する熱を冷却材２に伝達し、冷却材２を
加熱し、加熱された冷却材２は水と蒸気の気液二相流と
なって炉心３上方へ移動し、炉心３から気水分離器６に
案内される。 【０００４】気液二相流の冷却材は、気水分離器６で水
と蒸気に分離された後、蒸気は図示しない蒸気乾燥器を
経て主蒸気配管から蒸気タービン系に送られて蒸気ター
ビンを駆動させる。蒸気タービン系で仕事をした蒸気
は、復水器で凝縮されて復水となった後、原子炉復水・
給水系を経て原子炉圧力容器１内に給水として再び戻さ
れる。 【０００５】一方、気水分離器６で分離された水は、ダ
ウンカマ部７を流下し、原子炉復水・給水系を通って送
られてくる給水と混合した状態で炉心３下部に案内さ
れ、再び炉心３に導かれる。 【０００６】また、原子炉圧力容器１の炉心３には、原
子炉の起動・停止や炉出力調整のため制御棒５がＣＲＤ
８により出し入れされる。このＣＲＤ８は原子炉圧力容
器１の底部１ａから下方に延びるＣＲＤハウジング９内
に収容される一体構造物であり、ＣＲＤハウジング９の
下部フランジ９ａにボルト接合により固定される。 【０００７】ＣＲＤ８は、図１７に示すように電動駆動
型のＣＲＤであり、下部に電動機１０が取り付けられ、
この電動機１０の回転軸１１はギアカップリング機構１
２を介してＣＲＤ８の駆動軸１３に連結される。この駆
動軸１３はボールねじ軸１４に回転一体に連結され、こ
のボールねじ軸１４にはボールナット１５が螺合してい
る。 【０００８】ボールナット１５には、対をなすローラ１
６がガイドチューブ１７の内周面に形成された軸方向の
取付板１８を挟持するように取り付けられる。また、ボ
ールナット１５の上方には、中空ピストン１９が設置さ
れ、この中空ピストン１９は上端に取り付けられたカッ
プリング２０を介して制御棒５に連結される。 【０００９】また、電動機１０には電磁ブレーキ２１が
取り付けられ、この電磁ブレーキ２１を作動させること
により電動機１０を停止させる。この電磁ブレーキ２１
の下端にはシンクロ位置検出器２２が設けられ、このシ
ンクロ位置検出器２２により制御棒５の位置を検出す
る。 【００１０】そして、電動機１０の上部でギアカップリ
ング機構１２の周囲には、モータブラケット２３が配設
されており、このモータブラケット２３の上部には一次
冷却水の隔壁としてのスプールピース２４が固定されて
いる。このスプールピース２４には駆動軸１３が貫通し
ており、駆動軸１３のシール部材としてグランドパッキ
ン２５を使用している。そして、それ以外の静止シール
部ではゴム製のＯリング２６，２７を使用している。 【００１１】さらに、ガイドチューブ１７の上部には、
中空ピストン１９の所定長以上の上昇移動を阻止するス
トップピストン２８を介してシリンダ２９が固定され、
このシリンダ２９とストップピストン２８との間にコイ
ルばね３０が装着されている。そして、シリンダ２９と
上部ガイド３１との間には、バッファ用の皿ばね機構３
２が装着されている。 【００１２】このように構成されたＣＲＤ８において、
電動機１０を回転駆動させることにより、回転軸１１お
よび駆動軸１３を介してボールねじ軸１４が回転し、こ
のボールねじ軸１４の回転によりボールナット１５が上
下動するようになっている。その際、ボールナット１５
はローラ１６を介し取付板１８により回転が規制されて
上下動し、このボールナット１５の上下動により中空ピ
ストン１９を介して制御棒５が上下動する。この制御棒
５の上下動により炉心３への挿入・引き抜き量が調整さ
れ、炉出力がコントロールされる。 【００１３】次に、ＢＷＲに緊急事態が発生して原子炉
をスクラムさせる場合について説明する。すなわち、原
子炉スクラム時には、ＣＲＤハウジング９の下部フラン
ジ９ａに接続されたスクラム挿入配管３３から注水口３
４を介して中空ピストン１９の下面側に高圧駆動水が供
給される。この高圧駆動水の供給によりボールナット１
５上に設置されている中空ピストン１９が上方に押し上
げられ、制御棒５を炉心３内に高速で挿入させることに
より、原子炉はスクラムされる。ここで、中空ピストン
１９のスクラム位置は、リードスイッチ３５を有するス
クラム位置検出器３６により検出される。 【００１４】 【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のＣＲ
Ｄ８では、駆動軸１３が一次冷却水の隔壁としてのスプ
ールピース２４を貫通しており、駆動軸１３のシール部
材としてグランドパッキン２５を使用している。そし
て、それ以外の静止シール部ではゴム製のＯリング２
６，２７を使用している。この内、グランドパッキン２
５によるシール部では一次冷却水を完全にシールするこ
とは不可能であり、若干の漏洩を許容している。また、
グランドパッキン２５およびゴム製のＯリング２６，２
７は、非金属材料からなっているため、経年劣化し、定
期的に交換する必要がある。その結果、メンテナンス頻
度が高くなる課題があった。 【００１５】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、一次冷却水の隔壁の貫通部分をより一層少なく
させるために、一次冷却水の隔壁の内外にそれぞれマグ
ネットを備えて一次冷却水の漏洩を確実に防止するとと
もに、一次冷却水の隔壁の内外に備えたマグネットの同
期回転および相対的回転が容易に検出できる制御棒駆動
機構を提供することを目的とする。また、本発明の他の
目的とするところは、非金属シール部を無くすことによ
り、メンテナンス頻度を少なくする制御棒駆動機構を提
供することにある。 【００１６】 【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１は、電動機の回転を駆動軸を介し中空
ピストン昇降機構に伝達して中空ピストンを昇降させ、
制御棒を炉心内に挿入・引き抜きする一方、スクラム時
には高圧水を注入して上記中空ピストンを押し上げて上
記制御棒を炉心内に急速に挿入する制御棒駆動機構にお
いて、上記電動機の回転駆動力はマグネットカップリン
グを介して上記駆動軸に伝達され、上記マグネットカッ
プリングは上記駆動軸の下部に配設した被駆動側の第１
マグネットと、この第１マグネットの外側に一次冷却水
隔壁を隔てて電動機軸に設けた駆動側の第２マグネット
とを備え、上記被駆動側の第１マグネットと上記駆動側
の第２マグネットとの回転により生ずる回転磁界で、内
部に誘導起電力を生ずる導体を、上記第１マグネットと
上記第２マグネットとの間に配置し、上記第１マグネッ
トと上記第２マグネットが同期して回転している場合
と、これらが相対的に回転している場合に、それぞれ検
出される変動パターンの相違を検出する検出装置を備え
たことを特徴とする。 【００１７】 【００１８】 【００１９】 【００２０】 【００２１】 【００２２】 【００２３】 【００２４】 【００２５】 【００２６】 【００２７】 【００２８】請求項１３は、請求項１１記載の導体が絶
縁体製の薄膜に形成された導体膜により構成されたこと
を特徴とする。 【００２９】請求項１４は、請求項１１記載の導体に発
生する起電力の正負を考慮して上記導体を直列に接続し
た第１の磁気回路と、一本の導体が上記第１の磁気回路
に相当するように配置した第２の磁気回路のいずれかを
備えたことを特徴とする。 【００３０】 【００３１】 【００３２】 【００３３】 【００３４】 【作用】請求項１において、電動機の回転駆動力はマグ
ネットカップリングを介して駆動軸に伝達され、マグネ
ットカップリングは駆動軸の下部に配設した被駆動側の
第１マグネットと、この第１マグネットの外側に一次冷
却水隔壁を隔てて電動機軸に設けた駆動側の第２マグネ
ットとを備えたことにより、一次冷却水隔壁を貫通する
部品がなくなり、駆動軸のシール部を不要にすることが
できる。また、請求項１において、被駆動側の第１マグ
ネットと駆動側の第２マグネットとの回転により生ずる
回転磁界で、内部に誘導起電力を生ずる導体を、第１マ
グネットと第２マグネットとの間に配置し、第１マグネ
ットと第２マグネットが同期して回転している場合と、
これらが相対的に回転している場合に、それぞれ検出さ
れる変動パターンの相違を検出する検出装置を備えたの
で、誤操作のない制御棒の駆動を確実に行わせることが
できる。 【００３５】 【００３６】 【００３７】 【００３８】 【００３９】 【００４０】 【００４１】 【００４２】 【００４３】 【００４４】 【００４５】 【００４６】請求項１３においては、請求項１１記載の
導体が絶縁体製の薄膜に形成された導体膜により構成さ
れたことにより、導体による検出装置の設置に必要なス
ペースを小さくすることができる。 【００４７】 【００４８】 【００４９】 【００５０】 【００５１】 【００５２】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。 【００５３】図１は本発明に係る制御棒駆動機構の第１
実施例を示す縦断面図である。なお、全体構成は従来の
構成と実質的に同様であるので、図４と同一の符号を用
いて説明する。 【００５４】この実施例の制御棒駆動機構（ＣＲＤ）５
０は、電動駆動型制御棒駆動機構（ＦＭＣＲＤ）であ
り、原子炉圧力容器１の底部（下部鏡）１ａから下方に
延びるように配設されたＣＲＤハウジング９の下部フラ
ンジ９ａにボルト締めにて固定されている。 【００５５】ＣＲＤ５０はその下部にステッピングモー
タなどの電動機５１が取り付けられ、この電動機５１か
らの回転駆動力はマグネットカップリング５２を介して
駆動軸５３に伝達される。マグネットカップリング５２
は、駆動軸５３の下部に配設し被駆動側の第１マグネッ
トとしてのインナー磁石５４と、このインナー磁石５４
の外側に一次冷却水隔壁としてのスプールピース５６を
隔てて電動機５１軸に設けた駆動側の第２マグネットと
してのアウター磁石５５とから構成されている。これら
インナー磁石５４およびアウター磁石５５は、いずれも
円筒状のマグネットを縦に偶数個等分割し、半径方向に
着磁して磁極を交互に並設した構造である。 【００５６】駆動軸５３はボールねじ軸１４に連結さ
れ、駆動軸５３の回転駆動力はボールねじ軸１４に伝達
される。このボールねじ軸１４にはボールナット１５が
螺合され、ボールナット１５はガイドチューブ１７内の
軸方向に配設された取付板１８に対をなすローラ１６が
挟持されて回り止めされているので、ボールねじ軸１４
の回転がボールナット１５の上下動に変換される。 【００５７】また、ボールナット１５上には中空ピスト
ン１９が載置固定され、ボールナット１５の昇降に伴っ
て中空ピストン１９が一体的に昇降されるようになって
いる。この中空ピストン１９の上端には制御棒５に係合
可能なカップリング２０が取り付けられている。したが
って、ボールねじ軸１４、ボールナット１５およびロー
ラ１６により中空ピストン昇降機構が構成される。 【００５８】さらに、電動機５１の上部でマグネットカ
ップリング５２の周囲には、モータブラケット５７が配
設されており、このモータブラケット５７の上部には、
例えばホール素子または磁気抵抗素子のような磁気セン
サー５８が取り付けられ、この磁気センサー５８でイン
ナー磁石５４の磁界の変化を電圧の変化または抵抗の変
化で検知することにより、インナー磁石５４の回転を検
知し、電動機５１駆動時の制御棒５の位置を検出する。 【００５９】そして、スプールピース５６とＣＲＤハウ
ジング９の下部フランジ９ａとの間のシール部材には、
メタルＯリング５９が用いられ、このメタルＯリング５
９により一次冷却水の漏洩が防止されるとともに、ゴム
製のＯリングに比べメンテナンス頻度を低くすることが
できる。 【００６０】次に、本実施例の作用について説明する。 【００６１】ＣＲＤ５０は電動機５１の回転駆動により
マグネットカップリング５２を介して駆動軸５３を回転
させる。すなわち、電動機５１の回転駆動により駆動側
のアウター磁石５５が回転し、この回転に伴い被駆動側
のインナー磁石５４が回転することで、駆動軸５３を回
転させる。駆動軸５３が回転すると、ボールねじ軸１４
を回転させてボールナット１５を上下動（昇降）させ
る。このボールナット１５の昇降に伴って中空ピストン
１９を介して制御棒５が上下動する。この制御棒５の上
下動により、制御棒５は炉心３に挿入または引き抜か
れ、炉出力の調整が行われる。 【００６２】また、制御棒５の挿入位置への保持は、電
動機５１自体の保持トルクによりボールねじ軸１４の回
転を規制することにより行われる。そして、電動機５１
駆動時の制御棒５の位置検出は、磁気センサー５８によ
り行われる。 【００６３】一方、原子炉をスクラムさせる場合には、
ＣＲＤハウジング９の下部フランジ９ａに接続されたス
クラム挿入配管３３および注水口３４を介して高圧駆動
水を中空ピストン１９の下面側に供給する。この高圧駆
動水の供給によりボールナット１５上に設置されている
中空ピストン１９が上方に押し上げられて、制御棒５を
炉心３内に急速に挿入して原子炉をスクラムさせる。 【００６４】このように本実施例によれば、ＣＲＤ５０
は、駆動軸５３の下部に配設し被駆動側のインナー磁石
５４と、このインナー磁石５４の外側にスプールピース
５６を隔てて電動機５１軸に設けた駆動側のアウター磁
石５５とから構成したマグネットカップリング５２を設
置したことにより、駆動軸５３のシール部を不要にする
ことができる。つまり、スプールピース５６を貫通する
部品がなくなるため、従来のグランドパッキンのような
軸シール部材を必要としない。 【００６５】また、一次冷却水のシールにゴム製のＯリ
ングを使用することなく、メタルＯリング５９を使用し
たので、一次冷却水の漏洩が防止されるとともに、耐久
性が向上しメンテナンス頻度を低くすることができる。 【００６６】なお、本実施例では電動機５１にステッピ
ングモータを使用したが、これに限らず、誘導電動機、
ＤＣモータ、またはＡＣサーボモータを使用してもよ
い。このようなモータを使用することで、より低廉な制
御棒駆動機構を提供することができる。 【００６７】図２は本発明に係る制御棒駆動機構の第２
実施例を示す縦断面図である。なお、第１実施例と同一
の部分には同一の符号を付して説明する。以下の実施例
でも同様である。 【００６８】第２実施例のＣＲＤ６０はスプールピース
５６を貫通して渦電流変位計６１を取り付ける一方、こ
の渦電流変位計６１と上下方向略同位置の駆動軸５３
に、周面に複数個の円筒状の孔を所定間隔をおいて穿設
した磁性体円板６２が取り付けられている。 【００６９】したがって、この実施例によれば、磁性体
円板６２の回転に伴い、渦電流の変化により生ずる渦電
流変位計６１内のコイルのインピーダンス変化により駆
動軸５３の回転を検知することにより、電動機５１駆動
時の制御棒５の位置を検知することができる。その他の
構成および作用は前記第１実施例と同一であるのでその
説明を省略する。以下の実施例でも同様である。 【００７０】図３は本発明に係る制御棒駆動機構の第３
実施例を示し、マグネットカップリング５２の詳細を示
す縦断面図である。図３に示すように、電動機軸６３に
はギアカップリング６４が固定されることにより、電動
機５１（図１，図２に示す）からの回転駆動力は、電動
機軸６３を介し、ギアカップリング６４へ伝達される。
このギアカップリング６４の外側には図４に示す回転防
止装置７０が配設されている。また、ギアカップリング
６４へ伝達された回転駆動力は、回転防止装置７０を介
してアウターヨーク６５へ伝達され、このアウターヨー
ク６５はボールベアリング６６を介してモータブラケッ
ト５７に支持されており、アウターヨーク６５内にはア
ウター磁石５５が配設されている。 【００７１】一方、スプールピース５６内には、インナ
ー磁石５４が配設され、このインナー磁石５４の内周側
にはインナーヨーク６７が配設され、このインナーヨー
ク６７が駆動軸５３に固定されている。この駆動軸５３
は、複数のボールベアリング６８，６９により支持され
ている。 【００７２】図４は上記回転防止装置７０を示し、この
回転防止装置７０は、ギアカップリング６４の外側に配
設されるとともに、外周に等間隔をおいて溝が形成され
たスプライン軸７１と、このスプライン軸７１の外周近
傍に配置され、且つ突部７２ａを有し、この突部７２ａ
がスプライン軸７１の溝に噛合してその回転を拘束する
ラッチ機構７２と、このラッチ機構７２をスプライン軸
７１側に付勢するリターンスプリング７３とを備えてい
る。 【００７３】なお、ラッチ機構７２は、電動機５１の取
付時に開口部７４から電動機５１に設けられたピン（図
示せず）を突出させることにより、収納位置に保持さ
れ、電動機軸６３の回転を拘束することがない。 【００７４】次に、本実施例の作用を説明する。 【００７５】定期検査などのために電動機５１、電磁ブ
レーキ２１を取り外すと、制御棒５および中空ピストン
１９の自重がボールナット１５に作用し、ボールねじ軸
１４が逆回転することにより、制御棒５が引き抜かれる
ことがある。 【００７６】しかし、本実施例では、電動機５１を取り
外すと、電動機５１のピンが開口部７４から引き抜か
れ、これによりラッチ機構７２がリターンスプリング７
３の付勢力により押し出され、ラッチ機構７２の突部７
２ａがスプライン軸７１の溝に噛合することにより、ア
ウター磁石５５およびアウターヨーク６５の回転が拘束
される。 【００７７】このため、インナー磁石５４およびインナ
ーヨーク６７の回転も拘束され、駆動軸５３の回転が拘
束されるので、駆動軸５３に接続したボールねじ軸１４
は逆回転せず、制御棒５の位置は保持される。 【００７８】このように本実施例によれば、マグネット
カップリング５２に、電動機５１、電磁ブレーキ２１の
取外し時に作用する回転防止装置７０を設けたことによ
り、定期検査時などに電動機５１、電磁ブレーキ２１を
取り外した場合でも、マグネットカップリング５２の回
転が拘束されるため、制御棒５の位置が移動することな
く、プラントの健全性が確保される。 【００７９】図５および図６は本発明に係る制御棒駆動
機構の第４実施例を示し、図５（Ａ），（Ｂ）はマグネ
ットカップリング５２のアウター部を示す縦断面図，部
分横断面図、図６（Ａ），（Ｂ）はマグネットカップリ
ング５２のインナー部を示す縦断面図，部分横断面図で
ある。 【００８０】アウター部は、図５（Ａ），（Ｂ）に示す
ように、アウターヨーク７５の内周壁に沿って所定間隔
をおいてアウター磁石５５（第２マグネット）を固定す
るための複数の磁石固定部材７６が配置され、これら磁
石固定部材７６の軸方向長さはアウター磁石５５とほぼ
同一である。そして、アウター磁石５５を収納するため
のアウターヨーク７５には、複数の磁石固定部材７６が
それぞれピン７７で固定されている。 【００８１】また、アウターヨーク７５の上部内周側に
は、アウタースリーブ７８の上部が溶接により固定され
ることで、アウターヨーク７５にアウタースリーブ７８
が取り付けられる。これらアウターヨーク７５、複数の
磁石固定部材７６およびアウタースリーブ７８により形
成された空隙内に、下方からアウター磁石５５を隙間な
く挿入した後、下部に固定フランジ７９をキー構造によ
り取り付けることにより、アウター部を組み付ける。 【００８２】一方、インナー部は、図６（Ａ），（Ｂ）
に示すように、インナー磁石５４（第１マグネット）を
収納するためのインナーヨーク８０を有し、このインナ
ーヨーク８０の外周側には周方向に所定間隔をおいてイ
ンナー磁石５４を固定するための複数の磁石固定部材８
１が配置され、これら磁石固定部材８１の軸方向長さは
インナー磁石５４とほぼ同一である。そして、インナー
ヨーク８０の下部と複数の磁石固定部材８１の下部とが
ピン８２で固定される。インナーヨーク８０と複数の磁
石固定部材８１との空隙内には、上方からインナー磁石
５４を隙間なく挿入される。 【００８３】また、インナーヨーク８０の内周側にはス
リーブ８３が配置され、このスリーブ８３は複数の磁石
固定部材８１の上部に対してピン８４により固定される
とともに、スリーブ８３とインナーヨーク８０とは、そ
の上部でピン８５により固定されている。さらに、イン
ナー磁石５４の側面と、インナーヨーク８０およびスリ
ーブ８３の底面とがインナースリーブ８６により取り囲
まれる。 【００８４】次に、本実施例の作用を説明する。 【００８５】マグネットカップリングは、スリーブが設
けられていないと、インナー磁石５４が内包される液体
に直接接触してしまう。したがって、インナー磁石５４
が液体に接触すると、インナー磁石５４が劣化してしま
うおそれがある。また、ここで使用されているインナー
磁石５４およびアウター磁石５５は、サマリウムコバル
ト磁石であるため、放射線の照射によりコバルト６０が
生成されることがある。そして、インナー磁石５４が液
体に接触していると、コバルト６０が流れ出し、他の機
器に付着し、取扱い時の被爆を増加させる危険性があ
る。 【００８６】さらに、マグネットカップリングは、磁石
を固定するために接着剤を使用すると、接着剤が放射線
や中性子の照射により劣化する可能性があるため、好ま
しくない。そして、磁石は熱により磁力を失う特徴があ
るため、構造材の組立に際しては極力溶接構造を排除
し、溶接による入熱を回避することが望まれている。 【００８７】そこで、本実施例では、図６に示すように
インナー磁石５４およびインナーヨーク８０をスリーブ
８３により内周側から取り囲むようにしたので、インナ
ー磁石５４を液体から遮断することができる。 【００８８】また、スリーブ８３とインナーヨーク８０
とは、その上部でピン８５により固定されているととも
に、スリーブ８３とインナー磁石５４間に配置した磁石
固定部材８１とがその上部でピン８４により固定されて
いるので、接着剤や溶接を用いることなく、インナー磁
石５４、インナーヨーク８０およびスリーブ８３を固定
することができる。 【００８９】さらに、図５に示すアウター磁石５５間に
配置した磁石固定部材７６がそれぞれアウターヨーク７
５にピン７７で固定されているので、接着剤を使用する
ことなく、アウターヨーク７５とアウタースリーブ７８
との間にアウター磁石５５を固定することができる。 【００９０】アウターヨーク７５の下部にキー構造で固
定フランジ７９が固定されているので、アウター磁石５
５の出し入れが容易になり、下部からアウター磁石５５
の交換が可能となる。そして、接着剤や溶接を用いるこ
となく、固定することができる。 【００９１】なお、上記第４実施例では、アウターヨー
ク７５と磁石固定部材７６とが別体で、両者をピン７７
により固定していたが、これに限らずアウターヨーク７
５と磁石固定部材７６とを鋳造により一体成形したもの
でもよい。これにより、製作時の工程を短縮でき、製造
コストを低減させることができる。 【００９２】また、上記第４実施例では、アウターヨー
ク７５の下部にキー構造で固定フランジ７９を固定した
が、これに限らずにピンにより固定したり、あるいはし
まりばめにより固定するようにしても、同様の効果が得
られる。 【００９３】図７（Ａ）は本発明に係る制御棒駆動機構
の第５実施例を示す縦断面図，図７（Ｂ）は図７（Ａ）
のＡ−Ａ線断面図である。なお、図１および図２に示す
実施例と異なる部分はスプールピース５６の下部とその
周辺部だけであるので、図７（Ａ）ではその部分のみを
示す。以下、スプールピース５６の下部の中空円筒状の
部分を圧力隔壁という。そして、図７（Ａ）ではこの圧
力隔壁を断面にしていない。 【００９４】本実施例では、インナー磁石５４（第１マ
グネット）とアウター磁石５５（第２マグネット）との
間に１本の線状の導線８７を配置したものであり、具体
的には図７（Ａ）に示すように、圧力隔壁８８の外周面
（大気側）上に導線８７を上下（軸）方向に往復させて
取り付けている。この導線８７は電気伝導性が高く、且
つ電気絶縁被覆が施されている。 【００９５】図７（Ｂ）は、８極構成の場合のマグネッ
トカップリングを示しており、導線８７の周方向の間隔
は磁石の周方向間隔に合致させて、位相にして４５度の
間隔で並べるように取り付けられている。 【００９６】また、図７（Ｂ）には、インナー磁石５４
とアウター磁石５５との間の磁界の一部が示され、イン
ナー磁石５４、アウター磁石５５、アウターヨーク７
５、インナーヨーク８０および磁石５４，５５間の空隙
により磁気回路が構成され、同図に示すような磁界が発
生する。駆動時にはインナー磁石５４およびアウター磁
石５５が同期して回転し、これに伴い磁界も静止時とほ
ぼ同じパターンを保持しつつ回転する。 【００９７】このインナー磁石５４およびアウター磁石
５５の回転により生ずる回転磁界により、導線８７の上
下方向に張られた部分には、導線軸方向に誘導起電力が
発生する。この起電力は、磁石の回転速度が一定であれ
ば、図８に示すような正弦波状の交流電圧として導線８
７の両端に現れる。この交流電圧の振幅はインナー磁石
５４とアウター磁石５５間の磁束密度に比例する。 【００９８】また、交流の周波数は、図７のような８極
構成の場合は、磁石の回転周波数の４倍である。これは
磁界の周方向の変化が９０度を周期としているためであ
る。駆動時において、交流の発生周波数を、電子カウン
タなどの検出装置で検出すれば、駆動開始からの回転数
が判り、これにより駆動軸５３の回転位置、すなわち制
御棒５の位置を検出することができる。 【００９９】次に、本実施例の作用を説明する。 【０１００】インナー磁石５４、アウター磁石５５の位
相関係は、引力と反発力との関係から決定される安定な
状態であり、負荷トルクが加わらない状態では、図７
（Ｂ）に示す位相となる。このような安定位置は図７
（Ｂ）に示すような８極の構成では９０度毎に４個所存
在する。 【０１０１】一方、マグネットカップリングが伝達可能
な最大トルクは、磁石の磁力や配置から決定され、これ
を超える負荷トルクが加わると、８極構成の場合はイン
ナー磁石５４とアウター磁石５５とが相対的に９０度回
転し、隣の安定位置に移る。これをマグネットカップリ
ングのすべりという。 【０１０２】すべりが生じた場合は、同期して回転して
いる場合と異なった電圧波形が観察される。図９はイン
ナー磁石５４とアウター磁石５５とを相対的に回転させ
てすべりを生じさせた場合の発生電圧波形の一例であ
る。図９によれば、図８に示した定常で同期して回転し
ている時の出力波形と比較し、周波数の高い波形が観察
されており、例えば周波数の異なる信号を分離する信号
処理器を用いれば、両者の相違を判別することができ
る。 【０１０３】したがって、このような検出器と組み合せ
ることで、すべりの発生を検出することもできる。この
検出が可能であれば、例えば制御棒５を全挿入位置まで
挿入し、そこで検出装置の示度を全挿入位置に合せるな
どの操作により、位置検出装置の精度を回復することが
可能となる。 【０１０４】また、本実施例では、導線８７に発生する
交流電圧の振幅を測定することにより、磁石の磁力を知
ることができる。つまり、磁石の使用開始時の磁力を予
め測定しておけば、それとの比較によりスプールピース
を分解点検することなく、磁力の劣化がないことを確認
することができる。 【０１０５】上記実施例に示した回転検出、すべり検
出、および磁力測定のためには、導線８７を磁石の周
辺、特にインナー磁石５４とアウター磁石５５との空隙
に、上下方向に少なくとも１本設置すればよい。しか
し、上記実施例では、発生する電圧を増幅して検出を容
易にしているため、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように上
下方向に１本の導線８７を往復させた配置構成としてい
る。すなわち、上記実施例では、導線８７に発生するき
起電力の正負を考慮して導線８７を直列に接続した第１
の磁気回路と、一本の導電線が上記第１の磁気回路に相
当するように配置した第２の磁気回路のいずれかを備え
るように構成したことにより、導線８７で検出する誘導
起動電力を増幅することができる。 【０１０６】なお、本実施例では導線８７を線状に形成
したものを用いたが、これに限らず板状に形成したもの
でも同様の効果が得られる。 【０１０７】図１０（Ａ）は第５実施例の変形例を示す
縦断面図，図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）のＢ−Ｂ線断面
図である。この変形例では、第５実施例と比較して発生
電圧を一段と増幅するために導線８９を２重化してい
る。すなわち、この変形例では、上記第１，第２の磁気
回路のいずれか一方を複数個有し、これらを直列に接続
して導線８９を構成したことにより、誘導起電力の検出
が極めて容易になる。 【０１０８】図１１および図１２は本発明に係る制御棒
駆動機構の第６実施例を示し、図１１は導体膜を形成し
た薄膜を示す斜視図、図１２は導体膜を形成した薄膜を
圧力隔壁に装着した状態を示す正面図である。 【０１０９】本実施例では、前記第５実施例のように圧
力隔壁８８に導線８７を直接設置するのではなく、図１
１に示すように円筒状に形成された絶縁体製の薄膜９０
の周面上に、導体膜９１を形成している。この導体膜９
１の両端部は信号取出し導線９２に接続され、この取出
し導線９２が図示しない外部の検出器へ接続される。な
お、導体膜９１を形成した薄膜９０は、図１２に示すよ
うに圧力隔壁８８に装着される。 【０１１０】次に、本実施例の作用を説明する。 【０１１１】導体膜９１を製作するには、電子回路基板
の製作技術を適用可能であり、本実施例では、前記第５
実施例では線状であった導線を薄い膜状に形成すること
ができ、圧力隔壁８８とアウター磁石５５との空隙を前
記第５実施例よりも狭くすることができる。インナー磁
石５４とアウター磁石５５との間隙を小さくすると、同
じ磁力の磁石を使用する場合でも、回転トルクの伝達力
が増加する。 【０１１２】したがって、本実施例によれば、小型で強
力なマグネットカップリングを製作することが容易であ
り、製作コストの低減化を図り、工期を短縮することが
できる。 【０１１３】図１３は本発明に係る制御棒駆動機構の第
７実施例を示す縦断面図である。本実施例では、圧力隔
壁８８の大気側に回転角検出装置９３を配置し、この回
転角検出装置９３により電動機５１の回転を検出し、制
御棒５の位置検出を行うものである。 【０１１４】回転角検出装置９３としては、一般にイン
クリメンタル型、アブソリュート型の２種類があり、Ｃ
ＲＤの制御棒位置検出装置としては、停電時などのトラ
ブル発生時にも、制御棒７の位置情報が失われない後者
の方が信頼性が高い。アブソリュート型の構成とするた
めには、制御棒７が全ストローク移動しても回転角検出
装置９３の検出対象の軸が１回転以上しないように、ボ
ールねじ軸１４を減速して回転角検出装置９３に伝達す
るなどの必要がある。 【０１１５】前記第１，２実施例および第６実施例でこ
の構成を実現しようとする場合、検出対象の軸である駆
動軸５３は高圧水中に設置されているため、耐水・耐圧
の減速機構が必要となり、製作が比較的困難であるとと
もに、大きな設置空間を必要とする。本実施例の場合、
検出対象の軸が大気中に配置される電動機５１の軸であ
るので、アブソリュート型の構成とすることが前記第
１，２実施例および第６実施例と比較して容易である。 【０１１６】前述したすべりが生じた場合、本実施例の
構成では、回転角検出装置９３で測定する制御棒位置
と、実際の制御棒位置とにずれが生ずる。このため、前
記第１実施例と同様の磁気センサー５８で駆動軸５３の
回転を検出し、それと電動機５１の回転との偏差を比較
することで、すべりの発生が検出可能となる。そのため
には、磁気センサー５８による回転角検出はインクリメ
ンタル型の構成で十分であり、高圧水中に減速機構を設
ける必要はない。 【０１１７】図１４は本発明に係る制御棒駆動機構の第
８実施例を示す縦断面図である。本実施例では、圧力隔
壁８８の大気側に回転角検出装置９３を配置し、この回
転角検出装置９３により電動機５１の回転を検出し、制
御棒５の位置検出を行うものである。本実施例の前記第
７実施例と異なる構成は、磁気センサー５８の代わり
に、第２実施例と同様に渦電流変位計６１を配置したこ
とである。 【０１１８】上記の構成において、制御棒５位置の検出
は第７実施例と同様に、圧力隔壁８８の大気側に配置さ
れたアブソリュート型の回転角検出装置９３により行
う。また、マグネットカップリングのすべりが生じた場
合も、第７実施例において磁気センサー５８が行う機能
を渦電流変位計６１で行わせることで、前記第７実施例
と同様の対処が可能となる。 【０１１９】図１５は本発明に係る制御棒駆動機構の第
９実施例を示す縦断面図である。本実施例の前記第７実
施例と異なる構成は、磁気センサー５８の代わりに、第
５実施例およびその変形例で説明した導線８７，８９に
よる回転検出装置を取り付けたことである。 【０１２０】上記の構成において、制御棒５位置の検出
は第７実施例と同様に、圧力隔壁８８の大気側に配置さ
れたアブソリュート型の回転角検出装置９３により行
う。また、マグネットカップリングのすべりが生じた場
合も、第７実施例において磁気センサー５８が行う機能
を第５，第６実施例で説明した導線８７，８９による検
出方法ですべり検出を行わせることで、前記第７実施例
と同様の対処が可能となる。 【０１２１】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
によれば、電動機の回転駆動力はマグネットカップリン
グを介して駆動軸に伝達され、マグネットカップリング
は駆動軸の下部に配設した被駆動側の第１マグネット
と、この第１マグネットの外側に一次冷却水隔壁を隔て
て電動機軸に設けた駆動側の第２マグネットとを備えた
ことにより、一次冷却水隔壁を貫通する部品がなくな
り、駆動軸のシール部を不要にすることができる。ま
た、本発明の請求項１によれば、被駆動側の第１マグネ
ットと駆動側の第２マグネットとの回転により生ずる回
転磁界で、内部に誘導起電力を生ずる導体を、第１マグ
ネットと第２マグネットとの間に配置し、第１マグネッ
トと第２マグネットが同期して回転している場合と、こ
れらが相対的に回転している場合に、それぞれ検出され
る変動パターンの相違を検出する検出装置を備えたの
で、誤操作のない制御棒の駆動を確実に行わせることが
できる。 【０１２２】 【０１２３】 【０１２４】 【０１２５】 【０１２６】 【０１２７】 【０１２８】 【０１２９】 【０１３０】 【０１３１】 【０１３２】 【０１３３】 【０１３４】 【０１３５】 【０１３６】 【０１３７】 【０１３８】

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明に係る制御棒駆動機構の第１実施例を示
す縦断面図。 【図２】本発明に係る制御棒駆動機構の第２実施例を示
す縦断面図。 【図３】本発明に係る制御棒駆動機構の第３実施例にお
いてマグネットカップリングの詳細を示す縦断面図。 【図４】図３の回転防止装置を示す断面図。 【図５】（Ａ），（Ｂ）は第４実施例のマグネットカッ
プリングのアウター部を示す縦断面図，部分横断面図。 【図６】（Ａ），（Ｂ）は第４実施例のマグネットカッ
プリングのインナー部を示す縦断面図，部分横断面図。 【図７】（Ａ）は本発明に係る制御棒駆動機構の第５実
施例を示す縦断面図，（Ｂ）は図７（Ａ）のＡ−Ａ線断
面図。 【図８】第５実施例において導線の両端に現れる交流電
圧の波形図。 【図９】第５実施例においてインナー磁石とアウター磁
石とを相対的に回転させてすべりを生じさせた場合の電
圧波形図。 【図１０】（Ａ）は第５実施例の変形例を示す縦断面
図，（Ｂ）は図１０（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図。 【図１１】本発明に係る制御棒駆動機構の第６実施例に
おいて導体膜を形成した薄膜を示す斜視図 【図１２】第６実施例において導体膜を形成した薄膜を
圧力隔壁に装着した状態を示す正面図。 【図１３】本発明に係る制御棒駆動機構の第７実施例を
示す縦断面図。 【図１４】本発明に係る制御棒駆動機構の第８実施例を
示す縦断面図。 【図１５】本発明に係る制御棒駆動機構の第９実施例を
示す縦断面図。 【図１６】一般のＢＷＲを示す概略構成図。 【図１７】従来の制御棒駆動機構を示す縦断面図。 【符号の説明】 １ 原子炉圧力容器 １ａ 底部 ３ 炉心 ５ 制御棒 ９ ＣＲＤハウジング ９ａ 下部フランジ １４ ボールねじ軸 １５ ボールナット １６ ローラ １７ ガイドチューブ １８ 取付板 １９ 中空ピストン ５０ ＣＲＤ ５１ 電動機 ５２ マグネットカップリング ５３ 駆動軸 ５４ インナー磁石（第１マグネット） ５５ アウター磁石（第２マグネット） ５６ スプールピース（一次冷却水隔壁） ５７ モータブラケット ５８ 磁気センサー ５９ メタルＯリング ６０ ＣＲＤ ６１ 渦電流変位計 ６２ 磁性体円板 ６３ 電動機軸 ６５ アウターヨーク ６８ インナーヨーク ７０ 回転防止装置 ７５ アウターヨーク ７６ 磁石固定部材 ７７ ピン ７８ アウタースリーブ ７９ 固定フランジ ８０ インナーヨーク ８１ 磁石固定部材 ８２ ピン ８３ スリーブ ８４ ピン ８５ ピン ８６ インナースリーブ ８７ 導線 ８８ 圧力隔壁 ８９ 導線 ９０ 薄膜 ９１ 導体膜 ９２ 取出し導線 ９３ 回転角検出装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥住 直明 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株式会社東芝 横浜事業所内 (72)発明者 崎長 恭子 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株式会社東芝 横浜事業所内 (56)参考文献 特開 平５−288879（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−59068（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−13890（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−51096（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−156668（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−242200（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−179074（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−370795（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−370796（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−153210（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−69199（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G21C 7/12 G01P 3/487 G01D 5/20

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 電動機の回転を駆動軸を介し中空ピスト
   ン昇降機構に伝達して中空ピストンを昇降させ、制御棒
   を炉心内に挿入・引き抜きする一方、スクラム時には高
   圧水を注入して上記中空ピストンを押し上げて上記制御
   棒を炉心内に急速に挿入する制御棒駆動機構において、
   上記電動機の回転駆動力はマグネットカップリングを介
   して上記駆動軸に伝達され、上記マグネットカップリン
   グは上記駆動軸の下部に配設した被駆動側の第１マグネ
   ットと、この第１マグネットの外側に一次冷却水隔壁を
   隔てて電動機軸に設けた駆動側の第２マグネットとを備
   え、上記被駆動側の第１マグネットと上記駆動側の第２
   マグネットとの回転により生ずる回転磁界で、内部に誘
   導起電力を生ずる導体を、上記第１マグネットと上記第
   ２マグネットとの間に配置し、上記第１マグネットと上
   記第２マグネットが同期して回転している場合と、これ
   らが相対的に回転している場合に、それぞれ検出される
   変動パターンの相違を検出する検出装置を備えたことを
   特徴とする制御棒駆動機構。