KR101548060B1 - Bottom mounted control rod drive device having permanent magnet inside electromagnet casing - Google Patents

Bottom mounted control rod drive device having permanent magnet inside electromagnet casing Download PDF

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Abstract

본 발명은 원자로의 하부에 설치되는 제어봉 구동장치에 관한 것으로서, 특히 낮은 인가 전류 대비 높은 추력을 발생시킬 수 있고 전자석의 교체 및 보수가 용이하여 전자석 주변의 공간활용성을 증대시킬 수 있는 전자석 케이싱 내부에 영구자석이 구비된 하부 구동형 제어봉 구동장치에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 전자석 케이싱 내부에 영구자석이 구비된 하부 구동형 제어봉 구동장치는, 밀봉용기 내부에 상하 이동 가능하게 설치되는 가동자; 자성체로 이루어지며, 상기 가동자와 마주보는 상기 밀봉용기의 외주부상에 상하 이동 가능하게 설치되는 전자석 케이싱; 상기 전자석 케이싱의 내부에 설치되는 코일; 비자성체로 이루어지며, 상기 밀봉용기의 외측면과 마주하는 상기 전자석 케이싱의 내부면에 배치되는 비자성체부;를 포함하여 이루어지며, 상기 전자석 케이싱의 내측 상단에는 영구자석이 설치된 것을 특징으로 한다.[0001] The present invention relates to a control rod driving apparatus installed at a lower portion of a nuclear reactor, and more particularly, to a control rod driving apparatus which is capable of generating a high thrust relative to a low applied current and easily replacing and repairing an electromagnet, And a permanent magnet is provided on the control rod. To this end, a lower drive type control rod drive apparatus provided with a permanent magnet inside an electromagnet casing of the present invention includes a movable member installed inside a sealed container so as to be movable up and down; An electromagnet casing made of a magnetic material and provided so as to be movable up and down on an outer circumferential portion of the sealed container facing the mover; A coil installed inside the electromagnet casing; And a nonmagnetic part formed of a nonmagnetic material and disposed on an inner surface of the electromagnet casing facing the outer surface of the sealed container, wherein a permanent magnet is provided on an inner upper end of the electromagnet casing.

Description

전자석 케이싱 내부에 영구자석이 구비된 하부 구동형 제어봉 구동장치{Bottom mounted control rod drive device having permanent magnet inside electromagnet casing} BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a bottom-mounted control rod drive device having a permanent magnet inside a casing of an electromagnet,

본 발명은 원자로의 하부에 설치되는 하부 구동형 제어봉 구동장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 낮은 인가 전류 대비 높은 추력을 발생시킬 수 있으며 전자석의 교체 및 보수가 용이할 뿐 아니라 전자석 주변부의 공간활용성을 증대시킬 수 있는 전자석 케이싱 내부에 영구자석이 구비된 하부 구동형 제어봉 구동장치에 관한 것이다.The present invention relates to a lower drive type control rod drive device installed at a lower portion of a reactor, more specifically, it can generate a high thrust with respect to a low applied current and is easy to replace and repair an electromagnet, To a lower drive type control rod drive apparatus having a permanent magnet inside an electromagnet casing.

일반적으로 하부 구동형 제어봉 구동장치를 사용하는 연구용 원자로에 있어서 제어봉은 노심 부근 및 그 상단에 위치하게 되며, 이 제어봉의 위치제어 및 긴급정지를 위한 구동장치는 제어봉의 하단에 연결되어 원자로 하부에 위치하게 된다. Generally, in a research reactor using a lower drive type control rod drive device, the control rod is positioned near the core and at the upper end thereof. A drive device for position control and emergency stop of the control rod is connected to the lower end of the control rod, .

그리고 이와 같은 하부 구동형 제어봉 구동장치를 사용하는 많은 연구용 원자로에서는 원자로 내의 수조수가 제어봉 구동장치의 외부로 누수되는 것을 방지할 수 있도록 직접적인 동력 전달방식의 구동장치 대신 전자석을 이용한 비접촉식 제어방식의 구동장치가 많이 사용되고 있다. In order to prevent water in the reactor from leaking to the outside of the control rod drive apparatus, many research reactors using the lower drive control rod drive apparatus use a non-contact type control drive apparatus using an electromagnet instead of a direct drive transmission type drive apparatus Is widely used.

이 경우 제어봉 구동장치는 전자석, 스텝모터, 볼스크류 및 압력경계가 되는 밀봉용기 등으로 구성되며, 제어봉에 연결된 가동자는 밀봉용기 내부에 위치하게 되고, 밀봉용기의 외부에 위치한 전자석에 의해 발생되는 자력에 의해 가동자를 지지하게 된다. 이때 스텝모터의 회전력은 볼스크류를 통해 전자석의 상하운동으로 변환되어 가동자에 연결된 제어봉의 위치를 제어하게 된다.In this case, the control rod driving device is constituted by an electromagnet, a step motor, a ball screw, and a sealing container serving as a pressure boundary, and the mover connected to the control rod is positioned inside the sealing container, and the magnetic force Thereby supporting the mover. At this time, the rotational force of the step motor is converted into the up / down motion of the electromagnet through the ball screw to control the position of the control rod connected to the mover.

도 1은 종래의 연구용 원자로에 사용되고 있는 하부 구동형 제어봉 구동장치에 대한 주요 구성을 개략적으로 도시한 것이다. FIG. 1 schematically shows a main configuration of a lower drive type control rod driving apparatus used in a conventional research reactor.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 하부 구동형 제어봉 구동장치는 밀봉용기(2) 외주부에 배치되는 전자석(10)과, 전자석(10)을 상하로 구동시키기 위한 스텝모터(20)와, 스텝모터(20)와 연결되어 회전 구동되는 볼스크류(30)와, 전자석(10)과 결합되며 볼스크류(30)의 회전시 볼스크류(30)의 길이방향을 따라 상하로 이송되는 볼너트(40)와, 전자석(10) 주위에 있는 밀봉용기(2) 내측 부분에 설치되는 가동자(50), 핵연료(3)와 연결된 제어봉(4)과 결합되어 하부 측의 가동자(50)와 상호 연결 결합되는 연장봉(60)을 포함하여 구성된다. 여기서, 미설명 부호 1, 12, 14는 각각 원자로 바닥면, 전자석 케이싱, 댐퍼이다.1, a conventional lower-drive-type control-rod drive apparatus includes an electromagnet 10 disposed at the outer periphery of a sealed container 2, a step motor 20 for driving the electromagnet 10 up and down, A ball nut 30 coupled to the electromagnet 10 and rotated upward and downward along the longitudinal direction of the ball screw 30 when the ball screw 30 is rotated, A mover 50 installed at an inner portion of the sealing vessel 2 around the electromagnet 10 and a control rod 4 connected to the nuclear fuel 3 to interconnect with the mover 50 at the lower side, And an extending rod 60 which is coupled. Here, reference numerals 1, 12, and 14 denote reactor bottoms, electromagnet casings, and dampers, respectively.

이와 같은 구성을 가지는 하부 구동형 제어봉 구동장치는, 스텝모터(20)를 통해 볼스크류(30)를 회전시켜 볼너트(40)를 상하방향으로 움직이게 되면, 볼너트(40)와 일체로 결합된 전자석(10)이 상하로 움직이며 가동자(50)가 전자석(10)에 의해 발생된 전자기력에 의해 한 몸이 되어 연동하여 상하로 움직이면서 제어봉(4)을 상하로 이동시키게 된다.When the ball nut 40 is rotated in the up and down direction by rotating the ball screw 30 through the step motor 20, the lower driving type control rod driving apparatus having the above- The electromagnet 10 moves upward and downward and the mover 50 is moved by the electromagnetic force generated by the electromagnet 10 as one body and moves up and down to move the control rod 4 up and down.

즉, 전자석(10)에 전류를 공급하여 통전을 시키게 되면 전자석(10)이 자화되면서 전자기력을 발생시키게 되는데, 이러한 전자기력에 의해 전자석(10)과 볼너트(40)와 밀봉용기(2) 내부의 가동자(50)가 한 몸이 되어 일체의 구조물로 유지된다. 이와 같은 상태에서 스텝모터(20)를 구동하여 볼스크류(30)를 회전시키게 되면 볼스크류(30)의 회전을 통해 볼너트(40)가 상하로 이동되면서 전자기력에 의해 볼너트(40)와 한 몸으로 유지된 가동자(50)가 밀봉용기(2) 내부에서 상하로 수직운동을 하게 되어, 결국 가동자(50)와 연결된 연장봉(60)도 함께 상하 수직운동을 하게 됨으로써 제어봉(4)의 상하 구동이 이루어지게 된다. That is, when the electric current is supplied to the electromagnet 10 to energize the electromagnet 10, the electromagnet 10 is magnetized to generate the electromagnetic force. The electromagnet 10 generates the electromagnet 10, the ball nut 40, The mover 50 becomes a single body and is held as an integral structure. In this state, when the step motor 20 is driven to rotate the ball screw 30, the ball nut 40 is moved up and down through the rotation of the ball screw 30, The movable bar 50 held in the body is vertically moved upward and downward within the sealed container 2 so that the extension bar 60 connected to the movable bar 50 also moves up and down together with the control rod 4, Up and down driving of the motor.

상기한 구동 메커니즘을 가지는 종래의 하부 구동형 제어봉 구동장치는 가동자(50)와 함께 상호 작용하게 되는 전자석(10)의 설계시, 가동자(50)와 전자석(10) 상호 간의 자력(추력)을 증대시키기 위하여 전자석(10)에 인가되는 전류를 크게 증가시키키도록 하거나, 가동자(50)의 상,하단에 영구자석을 추가적으로 배치하여 추력을 증대시키는 시도를 하였다. The conventional lower driving type control rod drive apparatus having the above driving mechanism can not control the magnetic force (thrust) between the mover 50 and the electromagnet 10 when designing the electromagnet 10 to interact with the mover 50, An attempt has been made to increase the current applied to the electromagnet 10 so as to increase the thrust force or increase the thrust by disposing permanent magnets at the upper and lower ends of the mover 50.

그러나, 상기와 같이 전자석(10)으로의 인가전류를 증가시킬 경우 자력(추력)은 증가하는 반면 전자석 내부 코일의 온도도 함께 크게 증가하는 문제가 발생하기 때문에 전자석에 인가되는 전류를 일정 전류 이상으로 증가시킬 수 없는 한계점이 있었고, 이러한 경우 전자석 내부 코일의 온도를 떨어뜨리기 위한 별도의 냉각장치가 추가적으로 요구되는 단점이 있었다. However, when the applied current to the electromagnet 10 is increased as described above, the magnetic force (thrust) increases, while the temperature of the inner coil of the electromagnet also increases greatly. Therefore, There is a drawback in that a separate cooling device for lowering the temperature of the inner coil of the electromagnet is additionally required.

또한, 추력 향상을 위하여 밀봉용기(2) 내측에 위치한 가동자(50)의 상,하단에 영구자석을 추가 배치하는 방식은, 영구자석에 의해 전자석(10)과 가동자(50) 상호 간의 추력 향상은 커지게 되는 반면, 가동자(50)의 상하 구동시 낙하 충격으로 인한 영구자석의 파손을 육안으로 확인하기 어려울 뿐 아니라, 밀봉용기(2) 내부의 방사능에 의해 영구자석이 오염되는 문제가 발생될 수 있고, 이러한 오염된 영구자석을 교체하기 위해 밀봉상태의 밀봉용기(2)을 분리해야 하는 어려움이 있었기 때문에 진단, 교체 및 보수 작업이 용이하지 않은 문제점이 있었다. The method of further arranging the permanent magnets at the upper and lower ends of the mover 50 located inside the sealed container 2 for the purpose of enhancing the thrust is a method in which the thrust between the electromagnet 10 and the mover 50 It is difficult to visually confirm the breakage of the permanent magnet due to the drop impact when the movable member 50 is moved up and down and the problem that the permanent magnet is contaminated by the radiation inside the sealed container 2 And there is a problem that it is difficult to separate the sealed container 2 in a sealed state to replace the contaminated permanent magnets, so that there is a problem that diagnosis, replacement, and repair work are not easy.

한편 상기와 같이 가동자(50)의 상,하단에 영구자석을 추가 배치하여 추력을 증대시키는 방식과는 별도로 전자석 케이싱(12)의 외측 상,하단에 영구자석을 배치하여 추력을 증대시키는 방식이 사용된 예가 있었다.Apart from a method of increasing the thrust by disposing permanent magnets at the upper and lower ends of the mover 50 as described above, a method of increasing the thrust by disposing permanent magnets on the outer and lower ends of the electromagnet casing 12 There were examples used.

도 2는 전자석 케이싱의 외측에 영구자석이 배치된 형태를 갖는 종래의 또 다른 하부 구동형 제어봉 구동장치를 나타낸 것으로서, 도 2에서 보는 것과 같이 전자석 케이싱(12)의 외측 상단 및 하단에 영구자석(24)(25)을 각각 배치하는 한편 밀봉용기(2) 내부의 가동자(50) 상,하단에도 상기 영구자석(24)(25)과 대응하는 자성체(54)(55)를 추가적으로 설치하는 것을 통해 제어봉 구동장치의 추력 향상을 도모하고자 하였다. FIG. 2 shows another conventional lower drive type control rod drive apparatus having a permanent magnet disposed on the outside of the electromagnet casing. As shown in FIG. 2, the permanent magnet is disposed at the upper and lower outer sides of the electromagnet casing 12 24 and 25 and the magnetic bodies 54 and 55 corresponding to the permanent magnets 24 and 25 are additionally provided on the upper and lower surfaces of the mover 50 inside the sealing container 2 To improve the thrust of the control rod driving device.

그러나, 이와 같은 방식의 경우에는 영구자석의 진단, 교체, 보수작업은 용이하게 되지만 기존의 가동자 상,하단에 영구자석을 배치한 방식보다 추력 향상 정도가 약하고, 케이싱 외측에 배치된 영구자석 및 케이싱 내측의 서브 자성체 등이 차지하는 공간으로 인해 전자석부의 상하 길이가 증가하여 전자석부의 길이 대비 효율이 떨어지게 되는 문제가 있었다.However, in such a case, the diagnosis, replacement, and maintenance work of the permanent magnet is facilitated. However, the thrust enhancement degree is weaker than the conventional mover phase and the permanent magnet disposed at the lower end, The space occupied by the sub-magnetic body or the like on the inside of the casing increases the vertical length of the electromagnetic portion, thereby reducing the efficiency compared to the length of the electromagnetic portion.

한국 특허등록 제10-1169731호, 일본 특허공개 제1998-026685호Korean Patent Registration No. 10-1169731, Japanese Patent Laid-Open No. 1998-026685

이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는, 하부 구동형 제어봉 구동장치에 있어서 전자석 케이싱의 내측 상단부에 영구자석을 설치하고 밀봉용기의 외측면과 마주하는 전자석 케이싱 내측의 비자성체 영역에 대한 설계를 개선함으로써, 영구자석을 설치하지 않았을 경우에 비해 낮은 인가전류 대비 높은 추력 향상을 유도할 수 있고, 전자석 케이싱의 외측에 영구자석을 설치했을 경우보다 동일 공간상에서 높은 추력을 발생시킬 수 있으며, 전자석의 교체 및 보수가 용이하고 전자석 주변의 공간활용성을 크게 증대시킬 수 있는 전자석 케이싱 내부에 영구자석이 구비된 하부 구동형 제어봉 구동장치를 제공하는 데에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a lower drive type control rod drive apparatus in which a permanent magnet is installed on an inner upper end portion of an electromagnet casing, The design of the nonmagnetic part inside the electromagnet casing facing to the magnet casing is improved so that a higher thrust can be improved compared with the case where the permanent magnet is not provided and the permanent magnet is installed outside the electromagnet casing There is provided a lower drive type control rod drive apparatus capable of generating a high thrust force in the same space and capable of easily replacing and repairing the electromagnet and greatly increasing the space utilization around the electromagnet, There is.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전자석 케이싱 내부에 영구자석이 구비된 하부 구동형 제어봉 구동장치는, 밀봉용기 내부에 상하 이동 가능하게 설치되는 가동자; 자성체로 이루어지며, 상기 가동자와 마주보는 상기 밀봉용기의 외주부상에 상하 이동 가능하게 설치되는 전자석 케이싱; 상기 전자석 케이싱의 내부에 설치되는 코일; 비자성체로 이루어지며, 상기 밀봉용기의 외측면과 마주하는 상기 전자석 케이싱의 내부면에 배치되는 비자성체부;를 포함하여 이루어지며, 상기 전자석 케이싱의 내측 상단에는 영구자석이 설치된 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a control apparatus for a lower drive type control rod having a permanent magnet inside an electromagnet casing, the control apparatus comprising: a movable body movable up and down in a sealed container; An electromagnet casing made of a magnetic material and provided so as to be movable up and down on an outer circumferential portion of the sealed container facing the mover; A coil installed inside the electromagnet casing; And a nonmagnetic part formed of a nonmagnetic material and disposed on an inner surface of the electromagnet casing facing the outer surface of the sealed container, wherein a permanent magnet is provided on an inner upper end of the electromagnet casing.

여기서, 본 발명에 따른 하부 구동형 제어봉 구동장치는 상기 비자성체부의 일부 영역이 상기 전자석 케이싱과 동일한 자성체로 채워지도록 상기 전자석 케이싱의 일부분이 확장되어 이루어진 자성체 확장부를 더 포함하여 구성될 수 있다.Here, the lower driving type control rod driving apparatus according to the present invention may further include a magnetic body expanding unit in which a part of the electromagnet casing is extended so that a part of the non-magnetic body is filled with the same magnetic body as the electromagnet casing.

이때, 상기 가동자의 상단면은 상기 전자석 케이싱의 내측 상단면과 동일 평면상에 배치되도록 구성하는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable that the upper end surface of the mover is arranged on the same plane as the inner upper end surface of the electromagnet casing.

그리고, 상기 자성체 확장부의 상단은 상기 전자석 케이싱의 횡방향 중심축보다 상부 측에 배치되도록 구성하는 것이 바람직하다.It is preferable that the upper end of the magnetic substance expanding portion is arranged above the transverse center axis of the electromagnet casing.

아울러, 상기 자성체 확장부의 하단과 상기 전자석 케이싱의 내측 하단이 일체로 연결되도록 구성할 수 있다.In addition, the lower end of the magnet body extension and the lower inner end of the electromagnet casing may be integrally connected.

상기한 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 전자석 케이싱의 내측 상단에 영구자석을 설치하고 밀봉용기의 외측면과 마주하는 전자석 케이싱 안쪽의 비자성체 영역을 일정비율로 축소하고 그 자리에 자성체 영역을 채워서 늘리는 구조를 채용하여,영구자석을 설치하지 않았을 경우에 비해 낮은 인가전류 대비 높은 추력 향상을 유도할 수 있고, 전자석 케이싱의 외측에 영구자석을 설치했을 때보다 전자석이 설치될 동일 길이의 공간상에서 한층 더 큰 추력을 발생시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention having the above-described configuration, a permanent magnet is provided on the inner upper end of the electromagnet casing, and the non-magnetic body area inside the electromagnet casing facing the outer surface of the sealed vessel is reduced by a certain ratio and the magnetic body area is filled It is possible to induce a higher thrust enhancement with respect to a low applied current compared with a case where a permanent magnet is not provided and it is possible to further improve the thrust in comparison with a case where a permanent magnet is provided outside an electromagnet casing, There is an effect that large thrust can be generated.

또한, 전자석이 여러 개의 집합체로 연결되어 사용될 경우, 영구자석이 전자석 케이싱의 외측에 배치된 경우보다 영구자석들 상호 간의 간섭거리를 줄일 수 있고 이로 인해 전자석의 크기가 콤팩트하게 유지되어 전자석 주변부의 공간활용성을 한층 더 증대시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, when the electromagnets are connected to each other by a plurality of aggregates, the interference distance between the permanent magnets can be reduced, and the magnets of the electromagnets can be kept compact, as compared with the case where the permanent magnets are disposed outside the electromagnet casing, It is possible to further increase the usability.

또한, 상기와 같은 전자석의 추력 향상으로 인해 가동자의 강성(rigidity)을 증가시킬 수 있는 효과가 있다. 즉, 가동자에 가해지는 하중이 변화할 때 가동자와 전자석의 상대위치 변화량을 감소시킬 수 있기 때문에 보다 안정적으로 노심의 출력을 제어할 수 있는 효과가 있다.Also, the rigidity of the mover can be increased due to the above-described thrust enhancement of the electromagnet. That is, since the relative positional change amount between the mover and the electromagnet can be reduced when the load applied to the mover is changed, the output of the core can be more stably controlled.

또한, 기존가 같이 밀봉용기 내에 영구자석을 설치하지 않고 전자석 케이싱의 내측부에 영구자석을 설치함으로써 영구자석의 낙하충격으로 인한 파손 문제를 방지할 수 있고 기존의 밀용용기 내측에 영구자석을 설치하던 방식에 비해 진단, 교체 및 보수 작업이 상대적으로 용이한 효과가 있다.In addition, since the permanent magnet is provided in the inner side of the electromagnet casing without installing the permanent magnet in the sealed container as in the conventional case, the problem of breakage due to the drop impact of the permanent magnet can be prevented and the permanent magnet is installed inside the conventional container It is relatively easy to diagnose, replace, and repair work.

도 1은 종래의 가동자 상,하단에 영구자석이 설치된 하부 구동형 제어봉 구동장치를 도시한 개념도.
도 2는 종래의 전자석 케이싱 외측 상,하단에 영구자석이 설치된 하부 구동형 제어봉 구동장치를 도시한 개념도.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 전자석 케이싱 내부에 영구자석이 구비된 하부 구동형 제어봉 구동장치의 구성을 보여주는 구성도.
도 4는 도 3에 도시된 하부 구동형 제어봉 구동장치에서 전자석 부분을 상세하게 보여주는 상세도.
도 5는 가동자가 전자석 케이싱의 정중앙에 위치한 경우와 최대 추력이 나오는 가동자와 전자석 케이싱의 상대 위치에 대한 자속밀도 분포를 보여주는 비교도.
도 6은 전자석 케이싱 내면 부분의 자성체 영역을 확장하였을 경우의 전자기장해석 유한요소분석과 최대 추력이 나오는 가동자와 전자석 케이싱의 상대 위치에 대한 자속밀도 분포를 비교 도시한 비교도.
도 7은 전자석 케이싱 내면 부분의 자성체 영역을 확장하여 비자성체 영역이 존재하지 않을 경우 최대 추력이 나오는 가동자와 전자석 케이싱의 상대 위치에 대한 자속밀도 분포 및 벡터 분포를 나타낸 해석도.
도 8은 전자석 케이싱의 내측 상부에만 영구자석이 설치된 경우와 전자석 케이싱의 내측 상하부 모두에 영구자석이 설치된 경우 최대 추력을 얻을 수 있는 가동자와 전자석의 상대 위치에서 자속 밀도 벡터 분포를 비교 도시한 비교도.
도 9는 전자석 케이싱 내측 상부에만 영구자석을 설치하고 전자석 케이싱 내면의 비자성체 영역을 줄이면서 그 자리에 자성체 영역을 늘린 경우 최대 추력을 얻을 수 있는 가동자와 전자석의 상대 위치에서 자속밀도 벡터 분포를 나타낸 해석도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a conceptual view showing a conventional driving mover and a lower driving type control rod driving device provided with a permanent magnet at a lower end thereof.
Fig. 2 is a conceptual diagram showing a lower drive type control rod drive apparatus in which permanent magnets are provided on the outer side and the lower side of a conventional electromagnet casing.
FIG. 3 is a view showing a configuration of a lower drive type control rod drive apparatus having a permanent magnet inside an electromagnet casing according to an embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 4 is a detailed view showing the electromagnet part in detail in the lower drive type control rod driving apparatus shown in FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a comparative diagram showing the magnetic flux density distribution of the mover in the center of the electromagnet casing and the relative position of the mover and the electromagnet casing with the maximum thrust. FIG.
FIG. 6 is a comparative diagram showing an electromagnetic field analysis finite element analysis in the case where the magnetic body area of the inside of the electromagnet casing is expanded, and a magnetic flux density distribution in relation to the relative position of the mover and the electromagnet casing with the maximum thrust.
7 is an analysis view showing a magnetic flux density distribution and a vector distribution with respect to a relative position between a mover and a electromagnet casing in which a maximum thrust is generated when a nonmagnetic region does not exist by expanding a magnetic region of the inner surface of the electromagnet casing.
8 is a graph showing a comparison of the magnetic flux density vector distribution at the relative positions of the mover and the electromagnet which can obtain the maximum thrust force when the permanent magnets are provided only in the inner upper portion of the electromagnet casing and in the upper and lower portions of the inner upper portion of the electromagnet casing. Degree.
9 is a graph showing the relationship between the magnetic flux density vector distribution at the relative positions of the mover and the electromagnet where the maximum thrust can be obtained when a permanent magnet is provided only inside the upper portion of the electromagnet casing and the non- Also,

이하, 본 발명에 따른 전자석 케이싱 내부에 영구자석이 구비된 하부 구동형 제어봉 구동장치에 대한 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a lower drive type control rod drive apparatus having a permanent magnet inside an electromagnet casing according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

단, 후술되는 본 발명의 실시 예에 있어서 종래기술과 동일한 구성들에 대해서는 종래기술에 기재된 도면부호와 동일한 도면부호를 기재하여 설명하기로 한다.However, in the embodiments of the present invention described below, the same components as those in the prior art will be described with reference to the same reference numerals as those in the prior art.

도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 전자석 케이싱 내부에 영구자석이 구비된 하부 구동형 제어봉 구동장치의 구성을 보여주는 구성도이고, 도 4는 도 3에 도시된 하부 구동형 제어봉 구동장치에서 전자석 부분을 상세하게 보여주는 상세도이다.FIG. 3 is a view illustrating the configuration of a lower drive type control rod drive apparatus having a permanent magnet inside an electromagnet casing according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a cross- In detail.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 전자석 케이싱 내부에 영구자석이 구비된 하부 구동형 제어봉 구동장치는, 핵연료(3)와 연결된 제어봉(4)의 하단부에 결합되는 연장봉(60)과, 연장봉(60)의 하단에 연결되어 상하로 이동가능하게 설치되는 가동자(50)와, 내부에 연장봉(60) 및 가동자(50)가 수용되는 밀봉용기(2)와, 상기 밀봉용기(2)의 외면을 감싸며 상하 이동 가능하게 설치되고, 자성체로 이루어진 전자석 케이싱(120)과 상기 전자석 케이싱(120)의 내부에 설치되는 코일(110) 및 상기 밀봉용기(2)와 코일(110) 사이에 배치되는 비자성체로 이루어진 비자성체부(140)를 포함하는 전자석(100)과, 상기 전자석(100)을 상하로 구동시키는 구동수단을 포함하여 구성된다.3 and 4, the lower driving type control rod drive apparatus having the permanent magnet inside the electromagnet casing according to the present invention includes an extension rod 60 coupled to the lower end of the control rod 4 connected to the fuel 3, A mover 50 connected to the lower end of the extension rod 60 so as to be movable up and down, a sealing container 2 in which the extension rod 60 and the mover 50 are accommodated, An electromagnetic casing 120 enclosing an outer surface of the sealing container 2 and being movable up and down and having a magnetic body; a coil 110 installed inside the electromagnetic casing 120; Magnetic body portion 140 made of a nonmagnetic material disposed between the electromagnet 100 and the driving means for driving the electromagnet 100 up and down.

연장봉(60)은 구동수단으로부터 전달되는 가동자(50)의 상하방향 구동력을 제어봉(4)에 전달하기 위한 구조물로서, 연장봉 어댑터(미도시)를 통해 상부의 핵연료(3) 및 제어봉(4)과 연결된다. 이러한 연장봉(60)은 원자로의 내부로부터 원자로 바닥면(1)을 하방으로 관통하여 설치된다.The elongated rod 60 is a structure for transmitting the driving force of the mover 50 from the driving means to the control rod 4 through the rod rod 3 and the control rod 4 4). The extension rod 60 is installed through the reactor floor 1 from the inside of the reactor downwardly.

가동자(50)는 원자로 바닥면(1)을 관통하여 하부 측으로 연장된 연장봉(60)의 하단과 연결되어 상하방향으로 수직 이동가능하게 설치되며, 구동수단을 통해 상하방향으로 구동되면서 연장봉(60) 상단부에 연결된 제어봉(4)을 상하로 구동시키게 된다.The movable member 50 is connected to the lower end of the extension rod 60 extending through the reactor bottom face 1 to extend downward and is vertically movable in the vertical direction and is driven by the drive means in the vertical direction, The control rod 4 connected to the upper end of the motor 60 is driven up and down.

밀봉용기(2)는 연장봉(60) 및 가동자(50)를 수용하는 밀봉된 형태의 관으로서, 원자로 내부로부터 원자로 바닥면(1)을 관통하는 구조로 설치된다. 이때, 자성체로 이루어진 상기 가동자(50)가 위치한 밀봉용기(2)의 외측에는 외부에서 인가되는 전류에 의해 자화되어 가동자(50)와 상호 간에 인력을 발생하는 전자석(100)이 구비된다. The sealed container 2 is a sealed tube for receiving the extension rod 60 and the mover 50, and is installed in a structure penetrating the reactor floor 1 from inside the reactor. At this time, an electromagnet 100 which is magnetized by a current applied from the outside and generates attraction force with the mover 50 is provided on the outer side of the sealing container 2 where the mover 50 made of a magnetic material is located.

또한, 상기 전자석(100)을 상하로 구동시켜 전자기력에 의해 작용되는 인력에 의해 밀봉용기(2) 내부의 가동자(50)를 상하로 구동시키도록 하는 구동수단이 마련된다.Further, driving means for driving the electromagnet 100 in the up and down direction to drive the mover 50 inside the sealed container 2 up and down by a force acting by the electromagnetic force is provided.

여기서 전자석(100)을 상하로 구동하기 위한 구동수단은, 전자석(100)의 일측에 결합되는 볼너트(40)와, 상기 볼너트(40)와 체결되는 볼스크류(30)와, 상기 볼스크류(30)를 회전시키는 스텝모터(20)를 포함한다.The driving means for driving the electromagnet 100 in the up and down direction includes a ball nut 40 coupled to one side of the electromagnet 100, a ball screw 30 coupled to the ball nut 40, And a step motor (20) for rotating the motor (30).

상기 볼너트(40)는 전자석 케이싱(120)의 일측에 일체로 결합되며, 상기 볼너트(40)에는 스텝모터(20)와 연결된 볼스크류(30)가 체결된다. 그리고, 볼스크류(30)는 스텝모터(20)의 구동시 연동하여 회전되는데, 상기 볼스크류(30)의 회전에 따라 상기 볼너트(40)와 결합된 전자석(100)은 상하 직선운동을 수행하게 된다. The ball nut 40 is integrally coupled to one side of the electromagnet casing 120 and a ball screw 30 connected to the step motor 20 is fastened to the ball nut 40. When the step motor 20 is driven, the ball screw 30 is rotated. When the ball screw 30 rotates, the electromagnet 100 coupled with the ball nut 40 performs up-and-down linear motion .

한편, 본 발명의 전자석(100)은, 자성체로 이루어진 전자석 케이싱(120)과, 상기 전자석 케이싱(120) 내부에 설치되는 코일(110)과, 상기 밀봉용기(2)의 외측면과 마주보는 전자석 케이싱(120) 내부면에 형성되는 비자성체부(140)를 포함하여 구성된다.The electromagnet 100 of the present invention includes an electromagnet casing 120 made of a magnetic material, a coil 110 installed inside the electromagnet casing 120, and an electromagnet 100 facing the outer surface of the sealed container 2, And a non-magnetic body part 140 formed on the inner surface of the casing 120.

전자석 케이싱(120)은 가동자(50)가 위치한 밀봉용기(2)의 외주면 주위를 감싸도록 설치되고, 상기 전자석 케이싱(120)의 내부에는 외부로부터 전류가 공급되는 코일(110)이 설치된다. The electromagnet casing 120 is installed so as to surround the outer circumferential surface of the sealing container 2 in which the mover 50 is located and the inside of the electromagnet casing 120 is provided with a coil 110 to which current is supplied from the outside.

그리고 상기 밀봉용기(2)의 외측면과 상기 코일(110)의 내측면 사이에 배치된 전자석 케이싱(120)의 내부 영역에는 절연이 가능한 비자성체로 이루어진 비자성체부(140)가 형성된다. A non-magnetic body portion 140 made of a non-magnetic material that can be insulated is formed in an inner region of the electromagnet casing 120 disposed between the outer surface of the sealed container 2 and the inner surface of the coil 110.

이러한 구성을 갖는 전자석(100)은 가동자(50)가 설치된 밀봉용기(2) 외주부상에 상하방향으로 수직 이동가능하게 설치된다. The electromagnet 100 having such a configuration is installed so as to be vertically movable in the vertical direction on the outer circumferential portion of the sealing container 2 provided with the mover 50.

이때, 전자석(100)과 가동자(50) 사이에 전자기력에 의한 최대 추력(자력)이 발생될 수 있도록 밀봉용기(2) 내에 구비된 가동자(50)의 상단면(P)은 밀봉용기(2)의 외측에 구비된 전자석 케이싱(120)의 내측 상단면(Q)과 동일 평면상에 배치되도록 구성하는 것이 바람직하다.At this time, the upper end surface P of the mover 50 provided in the sealing container 2 is positioned between the electromagnet 100 and the mover 50 so that a maximum thrust (magnetic force) 2 of the electromagnet casing 120 provided on the outer side of the upper end surface Q.

아울러, 상기 전자석 케이싱(120)의 내부에는 전류 인가시 밀봉용기(2) 외부의 전자석(100)과 밀봉용기(2) 내부의 가동자(50) 사이에 작용하는 전자기력에 의한 추력을 한층 더 증대시키기 위한 영구자석(130)이 추가적으로 설치된다.The electromagnetic force acting between the electromagnet 100 outside the sealing vessel 2 and the mover 50 inside the sealing vessel 2 when the electric current is applied is further increased inside the electromagnet casing 120, A permanent magnet 130 is additionally provided.

이때, 상기 영구자석(130)은 전자석 케이싱(120)의 내측 상,하부에 각각 개별적으로 설치되는 것이 아니라 코일(110)의 상부 측에 위치한 전자석 케이싱(120)의 내측 상단 부분에만 설치하는 것이 바람직하다. It is preferable that the permanent magnets 130 are installed not only individually in the upper and lower parts of the inside of the electromagnet casing 120 but only in the upper part of the inside of the electromagnet casing 120 located on the upper side of the coil 110 Do.

그 이유는, 전자석 케이싱(120)의 내측 하부에 영구자석이 설치되는 경우 전자석(100)과 가동자(50) 간의 추력 증가량이 크지 않기 때문이다. 이에 대해서는 후술되는 도 8의 전자기장 해석 결과를 통해 따로 언급하기로 한다.This is because the amount of increase in the thrust between the electromagnet 100 and the mover 50 is not large when the permanent magnet is provided in the inner lower portion of the electromagnet casing 120. This will be separately described with reference to the electromagnetic field analysis result of FIG. 8 described later.

이와 함께, 전자석 케이싱(120)의 내측에는 밀봉용기(2)와 코일(110) 사이의 절연을 위한 비자성체부(140)의 일부 영역이 상기 전자석 케이싱(120)과 동일한 자성체로 채워지도록 상기 전자석 케이싱(120)의 일부분이 확장되어 이루어진 자성체 확장부(E)가 형성된다. 이때, 상기 자성체 확장부(E)의 하단은 상기 전자석 케이싱(120)의 내측 하단과 일체로 연결되도록 구성된다.The electromagnet casing 120 is formed with a magnetic body such that a part of the nonmagnetic part 140 for insulation between the sealing container 2 and the coil 110 is filled with the same magnetic material as the electromagnet casing 120, A magnetic body extension E formed by extending a part of the casing 120 is formed. At this time, the lower end of the magnetic body extension E is integrally connected to the lower inner end of the electromagnet casing 120.

이와 같은 구조의 자성체 확장부(E)는 기존의 전자석 케이싱 내부에 구비되던 비자성체 영역을 대폭 줄이고 그 줄어든 영역을 전자석 케이싱과 동일한 자성체로 채움으로써 가동자(50)와 전자석(100) 사이에서 자성체 영역을 기존보다 확장시킨 형태를 갖는다.The magnetic substance extender E having such a structure can greatly reduce the nonmagnetic substance area provided in the conventional electromagnet casing and fill the reduced area with the same magnetic substance as the electromagnet casing, The area is expanded from the existing area.

이때, 전자석 케이싱(120)의 내면에는 일정 공간의 비자성체부(140) 영역이 있어야지만 추력 향상에 영향을 미치기 때문에, 상기 전자석 케이싱(120) 내에서 비자성체부(140) 영역은 가능한 최소로 줄이는 한편 자성체 확장부(E) 영역은 가능한 최대로 확장시키는 것이 추력 향상에 도움이 된다. In this case, the nonmagnetic part 140 in the electromagnet casing 120 needs to have a certain area, but it affects the thrust enhancement. Therefore, the area of the nonmagnetic part 140 in the electromagnet casing 120 needs to be as small as possible While expanding the region of the magnetic material expansion portion E as much as possible helps improve the thrust.

이러한 비자성체부(140) 영역과 자성체 확장부(E) 영역 간의 최적 면적 비율은 다양한 변수(전자석의 형상, 재질, 코일 턴수 등)에 의해 영향을 받으므로 전자석의 설계에 따라 해석적인 방법으로 결정하는 것이 바람직하다.The optimum area ratio between the non-magnetic body portion 140 and the magnetic body expansion portion E is influenced by various variables (shape, material, number of coil turns, etc.) of the electromagnets. .

예를 들어 상기 자성체 확장부(E)의 상단이 상기 전자석 케이싱(120)의 횡방향 중심축(C)보다 상부 측, 구체적으로는 상기 자성체 확장부(E)의 상단이 영구자석(130)과 인접한 상부 측까지 최대한 확장되도록 배치할 수 있다. For example, the upper end of the magnetic substance expanding portion E is positioned above the transverse center axis C of the electromagnet casing 120, specifically, the upper end of the magnetic substance expanding portion E is positioned above the permanent magnets 130 It can be arranged so as to extend as far as the adjacent upper side.

이는 가동자(50)의 상단과 동일 평면상에 있는 전자석 케이싱(120)의 내측 상단 부분이 자속 밀도가 가장 높은 부분임과 아울러 영구자석(130) 설치에 따른 자속 밀도 증가도 함께 유발되는 부분이기 때문에 가동자(50)와 전자석(100) 간의 최대 추력을 유도할 수 있기 때문이다.This is because the inner upper portion of the electromagnet casing 120, which is flush with the upper end of the mover 50, has the highest magnetic flux density and the magnetic flux density increases due to the installation of the permanent magnet 130 This is because the maximum thrust between the movable member 50 and the electromagnet 100 can be induced.

이와 같은 방식으로 전자석(100)을 설계할 경우, 전술된 도 1의 형태와 같이 밀봉용기 내측에 영구자석을 배치할 때보다 유지보수에 유리하며, 도 2와 같이 전자석 케이싱 외부에 영구자석을 설치할 때보다 공간효율을 높이면서 추력을 증가시킬 수 있다. When the electromagnet 100 is designed in such a manner, it is more advantageous in maintenance than in the case of disposing the permanent magnet in the inside of the sealed container as in the case of the above-described FIG. 1, and permanent magnets are installed outside the electromagnet casing The thrust can be increased while increasing the space efficiency.

참고로, 미설명 부호 14는 밀봉용기(2)의 내부 바닥면에 설치되어 가동자(50)의 상하 운동시 완충작용을 수행하는 댐퍼이다.Reference numeral 14 denotes a damper which is provided on the inner bottom surface of the sealed container 2 and performs damping action when the mover 50 moves up and down.

한편, 도 5는 최대 추력(전자기력)이 얻어지는 가동자와 전자석 케이싱 간의 상대 위치를 실험을 통해 시뮬레이션한 것으로서, (a)는 가동자가 전자석 케이싱의 정중앙에 위치한 경우의 자속밀도 분포를 보여주는 것이고, (b)는 최대 추력이 나오는 가동자와 전자석 케이싱 간의 상대 위치에서의 자속밀도 분포를 보여주는 것이다.5A and 5B show simulation results of the relative positions between the mover and the electromagnet casing in which the maximum thrust (electromagnetic force) is obtained, and FIG. 5A shows the magnetic flux density distribution when the mover is located in the center of the electromagnet casing. b) shows the magnetic flux density distribution at the relative position between the mover with the maximum thrust and the electromagnet casing.

도 5에 나타낸 시뮬레이션에서는 가동자와 전자석 케이싱의 상대위치에 따른 추력을 맥스웰(Maxwell) 전자기장 해석 소프트웨어를 통해 살펴보았다. 여기서, 비자성체부 영역은 자장에 미치는 영향을 무시할 수 있으므로, 전자기장 해석에서 비자성체 영역은 별도로 모델링을 하지 않았고, 가동자와 전자석 케이싱의 형상이 축대칭임을 고려하여 2차원 축대칭 형상에 대한 해석을 수행하였다.In the simulation shown in Fig. 5, the thrust according to the relative position of the mover and the electromagnet casing was examined through Maxwell electromagnetic field analysis software. Here, since the influence of the non-magnetic body sub-region on the magnetic field can be neglected, the non-magnetic body region is not separately modeled in the electromagnetic field analysis, and the analysis on the two-dimensional axisymmetric shape Respectively.

도 5의 (a) 시뮬레이션 결과에서 볼 수 있듯이, 영구자석이 없는 전자석의 경우, 상하 대칭으로 형성된 가동자와 전자석 케이싱에 있어서 가동자가 전자석 케이싱의 정중앙에 위치할 때에는 추력(전자기력)이 "0" N에 근접하게 되어 추력 발생이 거의 일어나지 않는 반면, 가동자의 상단이 전자석 케이싱의 내측 상단과 동일 평면상에 위치하도록 배치된 (b)와 같은 배치형태의 경우에 최대 추력이 얻어지는 것을 확인할 수 있다. 이때, 최대 추력이 얻어지는 가동자와 전자석 케이싱의 상대위치는 영구자석의 유무, 가동자와 전자석 케이싱의 대칭성과 관계없이 동일하게 적용된다. As shown in the simulation results of FIG. 5 (a), in the case of the electromagnet without the permanent magnet, when the mover is located in the center of the electromagnet casing in the upwardly and downwardly symmetrical mover and the electromagnet casing, the thrust (electromagnetic force) N, and the thrust is hardly generated. On the other hand, it can be confirmed that the maximum thrust is obtained in the case of the arrangement as shown in (b) in which the upper end of the mover is located on the same plane as the inner upper end of the electromagnet casing. At this time, the relative positions of the mover and the electromagnet casing in which the maximum thrust is obtained are the same irrespective of the presence of the permanent magnets and the symmetry of the mover and the electromagnet casing.

도 6은 전자석 내면의 비자성체 영역에 자성체 영역이 형성됨으로써 발생되는 효과를 설명하기 위한 것으로서, 전자석 케이싱 내면 부분의 비자성체 영역을 줄이고 자성체 영역을 확장하였을 경우의 전자기장해석 유한요소분석과 최대 추력이 나오는 가동자와 전자석 케이싱의 상대 위치에 대한 자속밀도 분포를 비교 도시한 것이다.6 is a view for explaining an effect generated by forming a magnetic substance region in the nonmagnetic substance region on the inner surface of the electromagnet. The electromagnetic field analysis in the case where the nonmagnetic substance region in the inner portion of the electromagnet casing is reduced and the magnetic substance region is expanded, Magnetic flux density distribution relative to the relative positions of the emerging mover and the electromagnet casing.

도 6의 (a)에 도시된 전자석 케이싱 구조와 같은 전자석 케이싱 내면의 비자성체 영역을 줄이고 자성체 영역을 늘린 형태의 경우에는 도 6의 (b)에서 보는 바와 같이 확장된 자성체의 상부 끝단에서 최대 추력이 나타난다. In the case of reducing the non-magnetic body area on the inner surface of the electromagnet casing as shown in FIG. 6 (a) and increasing the magnetic body area, as shown in FIG. 6 (b), at the upper end of the expanded magnetic body, .

여기서, 만약에 전자석 케이싱 내면에 위치하는 비자성체 영역이 없을 경우, 즉 케이싱 내면이 모두 자성체로 이루어진 경우에는 도 6의 (b)와 같은 확장된 자성체의 끝단이 사라지게 되어 추력 증가가 나타나지 않게 된다. Here, if there is no nonmagnetic region located on the inner surface of the electromagnet casing, that is, if the inner surface of the casing is made of a magnetic body, the end of the extended magnetic body as shown in FIG. 6 (b) disappears and the thrust does not increase.

도 7은 전자석 케이싱 내면 부분의 자성체 영역을 확장하여 비자성체 영역이 존재하지 않을 경우에 최대 추력이 나오게 되는 가동자와 전자석 케이싱의 상대 위치에 대한 자속밀도 분포 및 벡터 분포를 나타낸 것이다.7 shows magnetic flux density distributions and vector distributions with respect to the relative positions of the mover and the electromagnet casing in which the maximum thrust is generated when the nonmagnetic region does not exist by extending the magnetic region of the inner surface portion of the electromagnet casing.

도 7의 (a) 및 (b)에서 보는 바와 같이 전자석 케이싱 내면 부분에 확장된 자성체 영역만이 존재하는 경우, 최대추력이 계산되는 지점은 전자석 케이싱 내측 상단면과 가동자의 상단면이 일직선상에 위치할 때이다. 그러나 이러한 경우의 최대추력은 전술된 도 5 및 도 6의 경우와 대비해볼 때 상당히 감소하게 된다. 따라서, 전자석 케이싱의 내면에는 적어도 일정한 공간의 비자성체 영역이 있어야 하는 것을 알 수 있다. 이때, 상기 비자성체 영역에 대한 최적 크기는 해석적인 방법으로 결정된다. 7 (a) and 7 (b), when only the extended magnetic region exists in the inner surface of the electromagnet casing, the point at which the maximum thrust is calculated is that the inner upper surface of the electromagnet casing and the upper surface of the mover are aligned It is time to locate. However, the maximum thrust in this case is considerably reduced when compared with the case of Figs. 5 and 6 described above. Therefore, it can be understood that there is a non-magnetic body region of at least a certain space in the inner surface of the electromagnet casing. At this time, the optimum size for the non-magnetic body region is determined by an analytical method.

한편, 도 8은 전자석 케이싱의 내측 상부에만 영구자석이 설치되었을 경우와 전자석 케이싱의 내측 상,하부 모두에 영구자석이 설치되었을 경우의 자속 밀도 분포를 비교 도시한 것이다.FIG. 8 shows a comparison of the magnetic flux density distribution when permanent magnets are provided only in the inner upper portion of the electromagnet casing and when permanent magnets are provided on both the upper and lower portions of the electromagnet casing.

먼저, 도 8의 (a)의 형태와 같이 전자석 케이싱 내측 상부에만 영구자석이 설치되었을 경우 전자기장 해석으로부터 계산되는 최대추력은 388 N이었다. 반면, 도 8의 (b)와 같이 동일한 조건하에서 전자석 케이싱의 내측 상,하부에 모두 영구자석을 설치하고 전자석 케이싱의 길이를 하부 영구자석 길이만큼 늘린 경우에는 최대추력이 411 N이었다. 8 (a), the maximum thrust calculated from the electromagnetic field analysis was 388 N when permanent magnets were provided only inside the upper portion of the electromagnet casing. On the other hand, when permanent magnets were installed on the inner and lower sides of the electromagnet casing under the same conditions as in FIG. 8 (b) and the length of the electromagnet casing was increased by the length of the lower permanent magnet, the maximum thrust was 411 N.

이는 전자석 케이싱의 내측 상,하부 모두에 영구자석을 설치했을 경우가 전자석 케이싱의 내측 상부에만 영구자석을 설치했을 경우보다 전자석의 추력은 약간 증가하나(388 N에서 411 N으로 약 23 N 증가), 전자석 케이싱의 전체길이 역시 8 mm 증가하였으므로(전체 길이 153 mm에서 161 mm로 증가) 공간 효율 대비 추력 증가효과는 거의 없다고 볼 수 있다.This is because when the permanent magnets are installed on both the inner and the lower sides of the electromagnet casing, the thrust of the electromagnets is slightly increased (about 23 N increases from 388 N to 411 N) Since the overall length of the electromagnet casing also increased by 8 mm (the total length increased from 153 mm to 161 mm), the effect of increasing thrust with respect to space efficiency is almost non-existent.

이와 같은 결과를 통해 알 수 있듯이, 전자석 케이싱 내측 하단에 영구자석을 설치하는 것은 공간대비 효율로 보았을 때 추력 측면에서 이득이 없다. 대신 도 9에 나타낸 본 발명의 형태와 같이 전자석 케이싱의 내측 상단에만 영구자석을 배치하고 전자석 케이싱 내면 부분의 비자성체 영역을 줄이면서 자성체 영역을 늘리는 형태가 추력 향상에 훨씬 큰 이득이 된다는 것을 확인할 수 있다. As can be seen from the above results, installing a permanent magnet at the lower inner side of the electromagnet casing has no benefit in view of space efficiency in terms of thrust. It can be seen that the configuration in which the permanent magnet is disposed only at the inner upper end of the electromagnet casing and the magnetic body area is increased while reducing the nonmagnetic portion of the inner surface portion of the electromagnet casing as in the embodiment of the present invention shown in Fig. have.

여기서, 도 9에 나타낸 형상은 도 8의 (a) 형태에서 전자석 케이싱 내면에 자성체 영역만 늘린 것으로, 이러한 경우의 최대추력은 487 N으로 나타났으며, 이는 도 8의 (a) 형태로부터 나타난 최대추력 388 N에서 약 25 %의 추력 증대 효과를 가져왔음을 확인할 수 있다.In this case, only the magnetic body area is enlarged on the inner surface of the electromagnet casing in the shape of FIG. 8 (a). In this case, the maximum thrust is 487 N, And the thrust was increased by about 25% at 388N.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 하부 구동형 제어봉 구동장치에 있어서, 전자석 케이싱의 내측 상단에 영구자석을 설치하고 밀봉용기와 마주하는 전자석 케이싱 안쪽의 비자성체 영역을 축소시키는 한편 그 자리에 자성체 영역을 늘리는 전자석 구조를 채용함으로써, 영구자석을 설치하지 않았을 경우에 비해 낮은 인가전류 대비 높은 추력 향상을 유도할 수 있고, 전자석 케이싱의 외측에 영구자석을 설치했을 때보다 동일 공간상에서 추력을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 제어봉 구동장치의 유지보수시 전자석의 교체 및 보수가 용이하고, 전자석 주변의 공간활용성을 증대시킬 수 있으며, 전자석이 여러 개의 집합체로 연결되어 사용될 때 영구자석들 사이의 간섭을 줄일 수 있기 때문에 전자석의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.As described above, in the lower drive type control rod drive apparatus according to the present invention, the permanent magnets are provided at the inner upper end of the electromagnet casing, the nonmagnetic body region inside the electromagnet casing facing the seal vessel is reduced, It is possible to induce an increase in the thrust with respect to a low applied current as compared with the case where the permanent magnet is not provided and to improve the thrust in the same space than when the permanent magnet is installed outside the electromagnet casing The effect can be obtained. In addition, it is possible to easily replace and repair the electromagnets during maintenance of the control rod driving device, to increase the space utilization around the electromagnets, and to reduce the interference between the permanent magnets when the electromagnets are connected by several aggregates Therefore, the durability of the electromagnet can be improved.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limited to the embodiments set forth herein. Will be possible.

1 : 원자로 바닥면 2 : 밀봉용기
3 : 핵연료 4 : 제어봉
20 : 스텝모터 30 : 볼스크류
40 : 볼너트 50 : 가동자
60 : 연장봉 100 : 전자석
110 : 코일 120 : 전자석 케이싱
130 : 영구자석 140 : 비장성체부
E : 자성체 확장부 1: reactor bottom 2: sealed vessel
3: Nuclear fuel 4: control rod
20: step motor 30: ball screw
40: ball nut 50: mover
60: extension rod 100: electromagnet
110: coil 120: electromagnet casing
130: permanent magnet 140: spleen part
E:

Claims (5)

삭제delete 밀봉용기 내부에 상하 이동 가능하게 설치되는 가동자;
자성체로 이루어지며, 상기 가동자와 마주보는 상기 밀봉용기의 외주부상에 상하 이동 가능하게 설치되는 전자석 케이싱;
상기 전자석 케이싱의 내부에 설치되는 코일;
비자성체로 이루어지며, 상기 밀봉용기의 외측면과 마주하는 상기 전자석 케이싱의 내부면에 배치되는 비자성체부;를 포함하여 이루어지며
상기 전자석 케이싱의 내측 상단에는 상기 가동자의 추력을 증대시키기 위한 영구자석이 설치되고,
상기 비자성체부의 일부 영역이 상기 전자석 케이싱과 동일한 자성체로 채워지도록 상기 전자석 케이싱의 일부분이 확장되어 이루어진 자성체 확장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자석 케이싱 내부에 영구자석이 구비된 하부 구동형 제어봉 구동장치.
A movable member provided inside the sealed container so as to be movable up and down;
An electromagnet casing made of a magnetic material and provided so as to be movable up and down on an outer circumferential portion of the sealed container facing the mover;
A coil installed inside the electromagnet casing;
And a non-magnetic body part made of a non-magnetic material and disposed on an inner surface of the electromagnet casing facing the outer surface of the sealed container
A permanent magnet for increasing the thrust of the mover is installed on an inner upper end of the electromagnet casing,
Wherein the electromagnet casing has a permanent magnet inside the electromagnet casing. The electromagnet casing according to claim 1, wherein the electromagnet casing has a permanent magnet.
밀봉용기 내부에 상하 이동 가능하게 설치되는 가동자;
자성체로 이루어지며, 상기 가동자와 마주보는 상기 밀봉용기의 외주부상에 상하 이동 가능하게 설치되는 전자석 케이싱;
상기 전자석 케이싱의 내부에 설치되는 코일;
비자성체로 이루어지며, 상기 밀봉용기의 외측면과 마주하는 상기 전자석 케이싱의 내부면에 배치되는 비자성체부; 를 포함하여 이루어지며
상기 전자석 케이싱의 내측 상단에는 상기 가동자의 추력을 증대시키기 위한 영구자석이 설치되고,
상기 가동자의 상단면은 상기 전자석 케이싱의 내측 상단면과 동일 평면상에 배치되는 것을 특징으로 하는 전자석 케이싱 내부에 영구자석이 구비된 하부 구동형 제어봉 구동장치.
A movable member provided inside the sealed container so as to be movable up and down;
An electromagnet casing made of a magnetic material and provided so as to be movable up and down on an outer circumferential portion of the sealed container facing the mover;
A coil installed inside the electromagnet casing;
A non-magnetic body part made of a non-magnetic material and disposed on an inner surface of the electromagnet casing facing the outer surface of the sealed container; ≪ / RTI >
A permanent magnet for increasing the thrust of the mover is installed on an inner upper end of the electromagnet casing,
Wherein an upper end surface of the mover is disposed on the same plane as an inner upper end surface of the electromagnet casing, wherein the permanent magnet is provided inside the electromagnet casing.
제2항에 있어서, 상기 자성체 확장부의 상단은 상기 전자석 케이싱의 횡방향 중심축보다 상부 측에 배치되는 것을 특징으로 하는 전자석 케이싱 내부에 영구자석이 구비된 하부 구동형 제어봉 구동장치.
3. The lower driving type control rod driving apparatus according to claim 2, wherein an upper end of the magnetic body extension part is disposed on an upper side of a transverse center axis of the electromagnet casing.
제2항에 있어서, 상기 자성체 확장부의 하단과 상기 전자석 케이싱의 내측 하단이 일체로 연결된 것을 특징으로 하는 전자석 케이싱 내부에 영구자석이 구비된 하부 구동형 제어봉 구동장치.
3. The lower driving type control rod driving apparatus according to claim 2, wherein a lower end of the magnetic body extension part and an inner lower end of the electromagnet casing are integrally connected.
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