JPS5811037B2 - 制御棒駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原子力発電所の制御棒駆動装置に係り、特に電
動機によって制御棒を炉心内に挿入或いは引抜駆動する
制御棒駆動装置において、駆動時以外には制御棒の位置
を保持する手段をもつ装置に関するものである。

一般に電動機駆動の制御棒駆動装置においては、駆動時
以外は電動機のトルクは発生せず、従って制御棒が自重
により落下し燃料棒の溶融等の重大な事故が発生するの
を防止する為制御棒の位置を保持する必要がある。

この為従来用いられている方法は電磁ブレーキによるも
のである。

即ち、制御棒駆動時以外はスプリング等の機械的な力を
ブレーキシューに加えて摩擦力によって電動機軸或いは
それに連結した制御棒駆動軸をロックし、制御棒駆動時
には電磁力によってブレーキシューを解放しロックを解
除するのである。

しかしながら、この従来の電磁ブレーキによる方法には
次のような欠点がある。

即ち（１）一般に制御棒の自重に対抗して制御棒の位置
を保持する為に駆動軸に必要なトルク、即ち保持トルク
は制御棒を駆動する為に必要なトルクより小さい為、電
磁ブレーキの最大対抗トルクは電動機トルクより小さく
設定されている。

従って電磁コイルのショートや断線等の故障により制御
棒駆動時にブレーキが動作した場合、摩擦による熱発生
の為、電動機やその他の周辺機器、例えば制御棒位置検
出装置等に重大な悪影響を及ぼす恐れがある。

（２）保持力はスプリング等の機械的な力に依っており
、又可動部分がある為故障の可能性があり、定期的な保
守の必要がある。

等である。

本発明は以上の如き事情に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは電動機駆動による制御棒駆動装置に
おいて、駆動時以外は制御棒を安全かつ確実に保持する
ことのできる制御棒駆動装置を得ることにある。

以下図面を参照して本発明による一実施例を説明する。

第１図に本発明の制御棒駆動装置の構成図を示す。

電動機５の回転力は電動機軸４に連結する駆動軸３を介
して駆動方向を変換する変換器２に伝達され制御棒１を
上下方向に駆動している。

制御棒位置保持装置１０は電動機５の反負荷側に設けら
れている。

尚、制御棒位置保持装置１０は第２図に示すように電動
機５と変換器２の間の駆動軸３の途中に設けてもよい。

第３図に制御棒位置保持装置１０の構成図を示す。

電動機軸４に嵌合結合し一体となって回転する回転子１
２は磁性体で形成されており、円周上に複数の突起（極
）（１２Ａ乃至１２Ｄ）をもつた円筒状である。

この極（１２Ａ乃至１２Ｄ）の数は次のように決定され
ている。

即ち、一般に電動機駆動の制御棒駆動装置では１ステッ
プ当りの制御棒の移動距離は一定しており、従って１ス
テップ当りの回転子１２の回転角も一定であり、制御棒
の移動距離と変換器２の変換比のみに依存する。

それゆえ、制御棒の１ステップ当りの移動距離と変換器
２の変換比を適当に選ぶことにより回転子１２の停止位
置を一定乃至は数回転で一定位置になるようにできる。

このとき、回転子１２の極は回転子１２が１ステップ相
当分だけ回転したとき軸対称の形状になるよう設けられ
るのである。

例えば変換比が１２ｍｍ／１回転、制御棒１の１ステッ
プ当り移動距離が１ｍｍ及び６ｍｍの２段階である場合
には回転子は１ステップ当り３０°或いは１８０°回転
するから回転子１２の極１２Ａは３０°間隔で１２極設
ければよい。

第３図は４極の場合の例を示す。これは１ステップ当り
の回転角が９０°の倍数の場合であるが、以下１ステッ
プ当りの回転角が９０°として説明を進める。

４個の極１２Ａ。１２Ｂ、１２Ｃ，１２Ｄはいずれも同
じ形状をなし電動機軸４を中心軸として同一円筒の一部
分のような表面をもっている。

一方、固定子１１は円筒の内周に回転子の極と数及び位
置関係の等しい凸極をなしている。

この極（１１Ａ、１１Ｂ。１１Ｃ，１１Ｄ）には永久磁
石が設けられておりその表面の極性は隣りあう極の極性
が互いに逆になるよう配置されている。

この固定子１１の極面も回転子１２の極面と同様、駆動
軸３を中心軸とする円筒の表面の一部分のような形状と
なっている。

固定子１１の極面と回転子１２の極面はほぼ同等の表面
積をもち、その間隙は十分小さくかつ一様になっている
。

又、固定子１１の極（１１Ａ。１１Ｂ、１１Ｃ，１１Ｄ
）には永久磁石の極性に応じた方向に巻線１３が巻かれ
ており、逆励磁電流１３Ａを流すことにより永久磁石の
吸引力を打消せるようになっている。

尚、永久磁石の材料としては保持力が大きく、減磁曲線
がなだらかで可逆的減磁範囲の広い材料（例えばアルニ
コ８系等）を用い、逆励磁を繰返しても逆励磁電流を切
れば十分かつ安定な残留磁気が得られるようになってい
る。

次に本発明の制御棒駆動装置の作用について説明する。

第１図及び第２図において制御棒１が電動機５によって
駆動されているときには制御棒位置保持装置１０は何ら
電動機軸４に対し拘束力をもたず、制御棒１が駆動され
ていないときには制御棒保持装置１０は電動機軸４を拘
束し、制御棒１がその自重によって駆動軸従って電動機
軸を逆回転させ落下するのを阻止する。

このことは次のようにして達成される。

今、制御棒１が駆動されていないときを考え、第３図の
ように制御棒位置保持装置１００回転子１２の極（１２
Ａ、１２Ｂ。

１２Ｃ，１２Ｄ）がそれぞれ固定子１１の極（１１Ａ、
１１Ｂ、１１Ｃ，１１Ｄ）と対向しているとする。

このとき巻線１３には逆励磁電流１３Ａは流れていず従
って、回転子１２の極（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ，１２
Ｄ）はそれぞれ対向する極（１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ，
１１Ｄ）に永久磁石の磁力によって吸引されており、そ
の結果、制御棒１の自重による電動機軸４の逆回転は阻
止され制御棒１は停止している。

次に制御棒１が１ステツプ駆動されるときには先ず巻線
１３に通勤電流１３Ａが流され永久磁石の磁力を打消し
回転子１２を解放する。

この逆励磁電流１３Ａの制御は図示していない電動機制
御装置によって行なわれる。

この状態で回転子１２は９０°即ち、極１２Ａが極１１
Ｂに対向する位置迄回転する。

このとき再び逆励磁電流１３Ａが切られ、永久磁石によ
り回転子１２の極（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ。

１２Ｄ）はそれぞれ固定子１１の極（１１Ｂ、１１Ｃ。

１１Ｄ、１１Ａ）に吸引され拘束される。

制御棒１が連続して数ステップ移動した場合でも前述の
ように移動後には回転子１２の４個の極１２Ａ、Ｂ。

Ｃ，Ｄ）は必らず固定子１１の４個の極（１１Ａ。

Ｂ、Ｃ，Ｄ）のいずれかに対向する位置にあり、それぞ
れ向かいあう極に吸引され、回転子１２の回転は阻止さ
れる。

尚、以上の説明では制御棒駆動時には逆励磁電流は永久
磁石の磁力を打消すものとして説明したが、一般には駆
動電動機のトルクは制御棒を駆動するに必要なトルクに
対し十分な余裕をもっている為逆励磁電流を小さくし、
制御棒の挿入・引抜きを妨げない程度に永久磁石の吸引
力を弱めるだけにしてもよい。

この場合には永久磁石に与える減磁力が小さく、その安
定性を増すことができる。

又、本装置は構造が簡革な為、電動機の内部に組込むこ
とも容易に可能である。

以上説明のように、本発明の制御棒駆動装置は永久磁石
の吸引力によって制御棒の位置をその駆動時以外は保持
し、自重による落下を防止するようにしたので従来に比
べ次のような効果がある。

（１）無接触で拘束力をもたせている為、制御棒駆動時
に保持装置の電源喪失或いは巻線の短絡、断線等の故障
が生じた場合でも摩擦による熱の発生や摩耗がなく安全
である。

（２）スプリング等の機械的な力を使用せず、又保持力
の発生部には可動部分が無い為、故障が起こりにくく保
守の必要がない。

（３）構造が簡単で構成部品も少なくてすみ電動機の内
部に組込むことが容易に可能である。

等である。

尚、本発明の他の実施例として第４図に示す形状のもの
も有効である。

第４図は本装置を軸方向からみた図、第５図は第４図の
側面図である。

この場合、回転子１２は円盤状の非磁性体に４個の磁性
体の極（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ，１２Ｄ）が等間隔に
設けられている。

固定子１１は馬蹄形をなしその２つの先端は永久磁石で
作られていて回転子１２の極（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ
，１２Ｄ）をはさんで対向する極（１１Ｃ，１１Ｄ）を
構成している。

極（１１Ｃ，１１Ｄ）の極性は互いに逆になっている。

更に固定子１１の中央部には永久磁石の磁力を打消す為
の巻線１３が巻かれている。

この実施例の場合も第１の実施例の場合と同様の作用・
効果を得ることができる。

尚、第４図では固定子１１を１箇所しか設けていないが
、第１の実施例と同様４箇所に設けた方がより強力な保
持力を得ることができる。

以上、本発明の具体例について説明したが、これらの実
施例に限定されるものではなく、本発明の精神を逸脱し
ないで幾多の変形がなし得るのは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の制御棒７駆動装置の説明図
、第３図は制御棒位置保持装置の一実施例を説明する図
、第４図は本発明に使用される制御棒位置保持装置の他
の実施例を軸方向から見た図、第５図は第４図の側面図
である。 １０・・・制御棒位置保持装置、１１・・・固定子、（
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ，１１Ｄ）・・・固定子の極、
１２・・・回転子、（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ，１２Ｄ
）・・・回転子の極、１３・・・逆励磁用巻線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電動機によって駆動軸を介して制御棒を炉心内に挿
   入・引抜する制御棒駆動装置において、前記電動機軸又
   は駆動軸に固着された磁性部材を有する回転子と、この
   回転子の磁性部材に磁気力を及ぼし回転子を拘束する永
   久磁石及びこの永久磁石を逆励磁する巻線とを有する固
   定子を具備することを特徴とする制御棒駆動装置。 ２ 回転子は円周表面に等間隔に複数の凸極を有する円
   筒状磁性体で形成し、固定子は前記回転子の凸極に対向
   する位置に永久磁石の磁極を設けたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の制御棒駆動装置。 ３ 回転子は非磁性体からなる円板に少くとも１以上の
   磁性体部分を設けかつ永久磁石は前記円板をはさむ馬蹄
   形をなしていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の制御棒駆動装置。 ４ 回転子及び固定子は電動機に内蔵されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のいづれか
   に記載の制御棒駆動装置。