JPH0996693A

JPH0996693A - 制御棒駆動機構

Info

Publication number: JPH0996693A
Application number: JP7253291A
Authority: JP
Inventors: Takafumi Sato; 能文佐藤; Nobuyuki Tanaka; 信之田中; Yukio Watabe; 幸夫渡部
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 1997-04-08

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】構造の剛性を増し、またプラント運転中でも
制御棒駆動状態を検査可能にして信頼性の向上を図ると
同時に修理・交換の容易な制御棒駆動機構を提供する。【解決手段】本制御棒駆動機構は、電動機の回転駆動
力を駆動軸に伝達すべく駆動軸の下部に複数に分割され
て設けられた第１マグネットとこの第１マグネットの外
側に配設され電動機の回転軸に複数に分割されて備えら
れた駆動側の第２マグネット１０１とを有するマグネッ
トカップリングと、第２マグネット１０１を内面側に装
着する円筒状のアウターヨーク１００とを有し、このア
ウターヨーク１００の第２マグネット１０１の装着面１
１０の半径方向位置は第２マグネットの装着面１００の
上方のアウターヨーク内面の半径方向位置と同一または
内側に形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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１０は一般のＢＷＲを示す概略構成図
である。図に示すように、原子炉圧力容器（以下、ＲＰ
Ｖという。）１内には、減速材を兼ねる冷却材２が収容
される一方、ＲＰＶ１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が挿脱自在に収容される。

【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ＲＰＶ１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、ＲＰＶ１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ＣＲＤ８によ
り出し入れされる。このＣＲＤ８はＲＰＶ１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９
ａにボルト接合により固定される。

【０００７】ＣＲＤ８は、図１１に示されるように電動
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１２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
ルバネ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。

【００１３】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、炉出力が制
御される。

【００１４】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から注入口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。

【００１５】上述の従来のＣＲＤにおいては、駆動軸１
３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２６，２７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。

【００１６】そこで、この問題を解決するために、前記
前記電動機の回転動力をマグネットの磁力で圧力隔壁を
介して非接触に前記ボールネジに伝達して、圧力隔壁の
貫通部が不要となる制御棒駆動機構が特願平７−３２５
５７号として出願されている。

【００１７】この特願平７−３２５５７号に記載された
発明について、図１２を参照して説明する。ＣＲＤ５０
は、電動駆動型制御棒駆動機構であり、ＲＰＶ１の底部
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。

【００１８】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。

【００１９】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の回転がボールナット１
５の上下動に変換され、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
構成されるのは図１１に示された従来例と同様である。

【００２０】また、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、モーターブラケット５７が
配設されている。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６６が用いられ、このメタルＯリン
グ６６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してい
る。

【００２１】このような構成のＣＲＤ５０においては、
電動機５１の回転駆動によりマグネットカップリング５
２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
動し、炉出力の調整が行われる。

【００２２】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。一方、原子炉をスク
ラムさせる場合には、図１１に示される従来例と同様で
ある。

【００２３】図１２に示される従来例では、ＣＲＤ５０
は駆動軸５３の下部に配設し被駆動側のインナー磁石５
４と、このインナー磁石５４の外側にスプールピース５
６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を配置
したことにより駆動軸５３のシール部を不要にしてい
る。従って、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
材を必要としていない。

【００２４】また、図１３（ａ）は図１２のＣＲＤ５０
に適用できるマグネットカップリング健全性診断装置を
示す一部縦断面図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）
のＤ−Ｄ線矢視断面図である。なお、図１２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１３（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５８という。そして、図１３（ａ）では、
この圧力隔壁５８を断面にしていない。この従来の技術
においては、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）との間に線状、また
は膜状の導体を配置している。図１３（ａ）には、圧力
隔壁５８の外周面上に線状の導線５９を上下（軸）方向
に往復させて取り付けている。また、図１３（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５
５，アウターヨーク６０，インナーヨーク６１およびイ
ンナー磁石５４とアウター磁石５５の間の空隙により、
磁気回路が形成され、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５
５が同期して回転し、これに伴い、磁界も静止時とほぼ
同じ分布を保持しつつ回転する。

【００２５】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５９の上
下方向に張られた部分には、導線５９の軸方向に誘導電
圧が発生する。この起電力は、磁石の回転速度が一定で
あれば、図１４に示すような波形の周期的な電圧が導線
５９の両端に現れる。なお、この図では、波形は台形状
であるが、一般に磁石の形状により波形は若干異なり、
幅広い磁石を使用した場合、上下の平坦部が長くなる傾
向がある。この電圧の振幅はインナー磁石５４とアウタ
ー磁石５５が作る、これらの磁石の間隙での磁束密度に
比例する。従って、電圧の振幅を測定することで、磁石
の磁力を判定し、制御棒駆動機構やスプールピースの分
解点検をすることなくプラント運転状態で磁力の劣化の
有無を確認している。

【００２６】図１５（ａ），（ｂ）はアウター磁石５５
周辺の詳細構造を示すものである。上部ベアリング６
２，下部ベアリング６３でその両端を支持されるアウタ
ーロータ６４は、アウターヨーク６０の内周壁に沿って
所定間隔を置いてアウター磁石５５（第２マグネット）
が配置されている。このアウター磁石５５は磁石固定部
材１０２を介してピン１０３で止められている。

【００２７】一般に、着磁した磁石を半径方向にヨーク
に近づけて装着しようとすると、磁石とヨークの吸引力
のために組み付けが難しく、装着時に強くあたるなどし
て磁石が破損する場合がある。これを防ぐため、ヨーク
のマグネット装着面１１０に磁石を接触させて滑らせな
がら、正規の位置に装着するのが一般的な方法である。
特願平７−３２５５７号に記載の発明では、上部ベアリ
ング６２を取り付けるためアウターヨーク６０上端部を
内側にすぼめた形状としているので、フランジ６５とア
ウターヨーク６０を分割構造とし、下方からアウター磁
石５５を装着してからフランジ６５をアウターヨーク６
０に取り付ける構造としている。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の制御
棒駆動機構には以下のような課題がある。図１５のよう
なフランジ６５とアウターヨーク６０の分割構造の場
合、フランジ６５にはモータ動力が入力されるので、ア
ウターヨーク６０との接合部にキーやピン１１３止めに
よる回り止め構造や溶接構造を採用し、また、肉厚を厚
くするなどして、この部分の剛性を高める必要がある。
このため、一体構造とした場合に比較し、構造が複雑で
製作工数がかかり、また、アウターロータ６４が重くな
るので大きなモータ動力が必要となる問題があった。

【００２９】また、図１２の従来型の制御棒駆動機構お
よび特願平７−３２５５８号に記載された発明に共通す
る課題として、炉心と制御棒との間の接触などにより摩
擦が高まった状態で電動機１０で挿入操作をすると、制
御棒の挿入がなめらかに行えず、ボールねじ軸１４，ボ
ールナット１５などに過度な負荷が加わり、損傷を与え
る可能性がある。また、燃料にも損傷を与える場合も考
えられる。この摩擦力の大きさを判定するための検査は
定期点検時には実施されていた。

【００３０】特願平７−３２５５８号に記載の発明につ
いての別の課題として、一般に磁石に衝撃を与えると、
その磁力がわずかに低下する場合があることが知られて
いる。磁石には、わずかであるがスクラム時の衝撃荷重
や地震荷重が加わる可能性があった。

【００３１】さらに、前期マグネットカップリング健全
性診断装置に関しては、インナー磁石とアウター磁石と
の間の断線や、その周囲の図示しない絶縁体の劣化が生
じた場合、電動機とスプールピースを制御棒駆動機構か
ら取り外して修理・交換を行う必要があった。

【００３２】本発明は、係る従来の事情に対処してなさ
れたものであり、その目的は、構造の剛性を増し、また
プラント運転中でも制御棒駆動状態を検査可能にして信
頼性の向上を図ると同時に修理・交換の容易な制御棒駆
動機構を提供することにある。

【００３３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の制御棒駆動機構においては、請求項１記載
の発明では、原子炉の出力を制御する制御棒を上端に備
えた中空ピストンを昇降させる昇降装置に電動機の回転
を駆動軸を介して伝達し、制御棒を炉心内に挿入・引抜
する一方、スクラム時には高圧水を注入して前記中空ピ
ストンを押し上げて前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、前記電動機の回転駆動力を
前記駆動軸に伝達すべく前記駆動軸の下部に複数に分割
されて設けられた第１マグネットとこの第１マグネット
の外側に配設され前記電動機の回転軸に複数に分割され
て備えられた駆動側の第２マグネットとを有するマグネ
ットカップリングと、前記第２マグネットを内面側に装
着する円筒状のアウターヨークとを有し、このアウター
ヨークの第２マグネットの装着面の半径方向位置は第２
マグネットの装着面の上方のアウターヨーク内面の半径
方向位置と同一または内側に形成されるものである。

【００３４】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明において、第２マグネットの装着面の上方のアウタ
ーヨーク内面に軸受けを装着するリングを設けるもので
ある。

【００３５】請求項３記載の発明では、請求項１記載の
発明において、第１マグネットと第２マグネットの回転
によって生ずる回転磁界によって誘導電圧を生ずる導体
を第１マグネットと第２マグネットとの間に配設し、第
１マグネットと第２マグネットとの間に形成されるトル
ク角の変化によって生ずる前記誘導電圧の波形の変化を
検出するものである。

【００３６】請求項４記載の発明では、請求項３記載の
発明において、誘導電圧の波形の変化を測定して前記ト
ルク角を推定する手段を備えたものである。請求項５記
載の発明では、請求項４記載の発明において、トルク角
を推定する手段に前記誘導電圧の波形の半周期分の時刻
歴波形に対してその左右対象性を用いるものである。

【００３７】請求項６記載の発明では、請求項５記載の
発明において、誘導電圧の半周期分の時刻歴波形の左右
対象性を、その半周期の中間の時間を境界とした２領域
について電圧値の時間積分値を比較して評価するもので
ある。

【００３８】請求項７記載の発明では、請求項４記載の
発明で、トルク角から前記中空ピストンの昇降装置に加
わる負荷量を推定する手段を備えたものである。請求項
８記載の発明では、請求項１記載の発明において、第１
マグネットおよび第２マグネットの内少なくとも一方の
マグネットの表面にコーティングを施したものである。

【００３９】請求項９記載の発明では、請求項１記載の
発明において、第１マグネットおよび第２マグネットの
内少なくとも一方のマグネットとこのマグネットに対し
て軸方向，半径方向，周方向において隣接するそれぞれ
の部材との間隙の内少なくとも一箇所の間隙に弾性体を
設けたものである。

【００４０】請求項１０記載の発明では、請求項１記載
の発明において、複数に分割された第１マグネットおよ
び第２マグネットの内少なくとも一方の分割されたマグ
ネットの間隙に弾性体を設けたものである。

【００４１】請求項１１記載の発明では、請求項１記載
の発明において、アウターヨークと第２マグネットとの
間隙に弾性体を設けたものである。請求項１２記載の発
明では、請求項１記載の発明において、第１マグネット
および第２マグネットから生ずる磁界を検知する磁気セ
ンサを前記マグネットカップリングを収容するハウジン
グの外周部に設けたものである。

【００４２】請求項１３記載の発明では、請求項１記載
の発明において、第１マグネットおよび第２マグネット
から生ずる磁界を検知する磁気センサを前記マグネット
カップリングを収容するハウジングの内部に設けたもの
である。

【００４３】請求項１４記載の発明では、請求項１３記
載の発明において、磁気センサは前記マグネットカップ
リングを収容するハウジングの外部から着脱可能に設け
たものである。

【００４４】請求項１５記載の発明では、請求項１記載
の発明において、第１マグネットおよび第２マグネット
の回転支持はすべり軸受けで行うものである。上記構成
の制御棒駆動機構においては、請求項１記載の発明で
は、アウターヨークの上方からマグネット装着面に沿わ
せて面上を滑らせながらアウター磁石（第２マグネッ
ト）を装着することができる。

【００４５】請求項２記載の発明では、アウターヨーク
とアウターヨーク上部の軸受けを装着する部分を分割構
造とすることで、軸受け装着面とマグネット装着面の位
置関係によらず、アウターヨーク上方からマグネット装
着面に沿わせて面上を滑らせながらアウター磁石をアウ
ターヨークに装着することができる。

【００４６】請求項３，４，５，７記載の発明では、マ
グネットカップリングの第１，第２マグネットのトルク
角が負荷トルクに応じて変化すること、トルク角の変化
により誘導電圧の時刻歴波形が変化することを利用し、
前記波形の変化を検出することによって中空ピストンの
昇降装置の加わる負荷量を測定可能である。

【００４７】請求項６記載の発明では、波形の時刻歴変
化の内、波形の対象性に着目することで、負荷量の測定
が可能である。請求項８乃至１１記載の発明では、弾性
体を構造部材間に配設することによって緩衝効果を持た
せるものである。

【００４８】請求項１２乃至１４記載の発明では、第
１，第２マグネット上端部の漏れ磁束の大きさを測定す
ることで、マグネットの磁力の大きさを測定することが
できる。また、マグネットカップリングが同期回転せず
にすべりが発生した場合、磁気センサの出力波形の変化
により、その発生を検出することができる。また、磁気
センサが故障または劣化した場合には、制御棒駆動機構
や電動機を着脱することなく磁気センサの交換または修
理が可能である。

【００４９】請求項１５記載の発明では、すべり軸受け
の使用により振動に対する緩衝効果を発揮させることが
でき、また、転がり軸受けより寸法決定を柔軟にするこ
とができる。

【００５０】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。

【００５１】

【実施例】以下に本発明に係る制御棒駆動機構の第１の
実施例を図１に基づき説明する。図１（ａ），（ｂ）は
図１２に示される第２マグネットに相当する部分を拡大
して示すものである。上部ベアリング１０５、下部ベア
リング１０６でその両端を支持されるアウターロータ１
０７は、アウターヨーク１００、アウタースリーブ１０
４、アウター磁石１０１、スペーサ１０８などから構成
される。アウターヨーク１００の内周壁に沿って所定間
隔をおいてアウター磁石１０１（第２マグネット）を固
定するための複数の磁石固定部材１０２がそれぞれピン
１０３で固定されている。

【００５２】また、アウタースリーブ１０４の下部はア
ウターヨーク１００の下部内周側と溶接などにより固定
されている。これらアウターヨーク１００、複数の磁石
固定部材１０２およびアウタースリーブ１０４により形
成された空隙内に、上方からアウター磁石１０１を挿入
した後、スペーサ１０８をアウター磁石１０１の上部に
挿入し、スペーサ１０８とアウターヨーク１００および
スペーサ１０８とアウタースリーブ１０４を溶接やピン
止めなどの手段により固定して、アウター部を組み立て
る。アウター磁石１０１はマグネット装着面１１０でア
ウターヨーク１００に接している。なお、スペーサ１０
８は、アウタースリーブ１０４と一体の構造とすること
も可能である。

【００５３】一般に、着磁した磁石を半径方向にヨーク
に近づけて装着しようとすると、磁石とヨークの吸引力
のために組み付けが難しく、装着時に勢いよくあたるな
どして磁石が破損する場合がある。これを防ぐため、ヨ
ークの磁石装着面に磁石を接触させて面上を滑らせなが
ら正規の位置に装着するのが一般的な方法である。これ
を可能とするため、マグネット上端より上のアウターヨ
ーク内面をマグネット装着面より外側に位置させて上方
からアウター磁石を装着するか、あるいはマグネット下
端より下のアウターヨーク内面をマグネット装着面より
外側に位置させてから下方から磁石を装着するかのいず
れかが考えられる。しかし、後者の場合、アウターヨー
ク１００下部にはモータ軸と結合するためのフランジ部
があり、このフランジ部とアウターヨークを分割構造に
する必要が生じるので、一体構造にできる本実施例の方
が、モータ動力が加わるフランジ部の剛性確保の面で有
利である。

【００５４】図２（ａ），（ｂ）は本発明にかかる制御
棒駆動機構の第２の実施例を示す断面図である。アウタ
ーヨーク１００の上部に転がり軸受けを装着するリング
１０９をはめ合わせた構造としている。リング１０９と
アウターヨーク１００とに印篭を設けることで、これら
の芯合わせができる。この例では、転がり軸受けである
上部ベアリング１０５を内輪回転・外輪固定として使用
している。アウターヨーク１００の組立は、アウターヨ
ーク１００、複数の磁石固定部材１０２およびアウター
スリーブ１０４により形成された空隙内に、上方からア
ウター磁石１０１に挿入した後、リング１０９をアウタ
ー磁石１０１上部にはめ合わせ、リング１０９とアウタ
ーヨーク１００およびリング１０９とアウタースリーブ
１０４を溶接などにより固定して行う。この実施例では
軸受け装着面１１１がマグネット装着面１１０より内側
にあるが、リング１０９をアウターヨーク１００に組み
付ける前にアウター磁石１０１を組み付けることで、前
記したマグネット装着面１１１０に磁石を接触させて滑
らせながら正規の位置に装着する方法が可能となる。従
って、軸受けのサイズの選択を柔軟に行うことができ
る。なお、リング１０９とアウターヨーク１００の固定
は溶接に限らず、ピン止めやしまりばねによる固定方法
も可能である。またリング１０９として磁性材を使用す
れば、アウター磁石１０１との吸引力により固定するこ
とも可能である。また、リング１０９とアウタースリー
ブ１０４を一体で構成することもできる。

【００５５】なお、第１および第２の実施例では、軸受
けして転がり軸受けを用いていたが、これに限らず、ホ
ワイトメタル、潤滑油含浸材、樹脂などを用いたすべり
軸受けも使用可能である。一般に含浸軸受けなどはポー
ラス状の材質であり、ヤング率が一般の金属に比べて小
さい。また、転動体とボールレースとの面圧が高く油膜
が薄い転がり軸受けに比較し、すべり軸受けでは油膜が
厚い。これらは振動に対する緩衝作用を高める働きを
し、制御棒駆動機構のスクラム駆動時の衝撃荷重および
地震時の振動に対して、磁石の健全性を保つ効果が期待
できる。また、規格により寸法が定められている転がり
軸受けよりも寸法の決定を柔軟に行うことができる。

【００５６】また、第１および第２の実施例では、アウ
ターヨーク１００と磁石固定部材１０２とが別体で両者
をピンにより固定していたが、これに限らずアウターヨ
ーク１００と磁石固定部材１０２とを鍛造などにより一
体構造として製作してもよい。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。

【００５７】以下、図３乃至図５を用いて本発明に係る
制御棒駆動機構の第３の実施例を説明する。図３は図１
３に示す前記マグネットカップリング健全性診断装置に
おいて、第１，第２マグネットが同期して回転している
ときの出力電圧波形の一例である。この例は８極構成の
場合を示しているが、磁石のＮ極とＳ極の組み合わせは
４通りとなるので、第１，第２マグネットが１回転する
と４周期の電圧波形が現れる。この内の１周期分を図３
に示すものである。今、この左側半分の、出力が正とな
る半周期に注目して説明するが、右側半分についても同
様である。軸１１２はこの半周期の部分の時間的な中央
部分に位置する。記号Ａで示される波形はマグネットカ
ップリングに負荷が加わっていない状態での電圧波形の
一例で、軸１１２に対してほぼ左右対称である。しか
し、負荷トルクが加わった状態での、記号Ｂで示される
波形では対称性が崩れてくる。

【００５８】図４は無負荷状態の第１，第２マグネット
の位相関係を示す横断面図で、磁石の吸引力および反発
力により、アウター磁石１０１とインナー磁石１１３の
それぞれの幅の中心がほぼ一致した位相関係が安定な状
態である。

【００５９】一方、図５に示すように、負荷がある場合
は負荷と磁力が釣り合う状態まで第１，第２マグネット
が、図４に示される位相関係から相対的にある角度回転
した状態が最も安定である。負荷に応じて決まるこの相
対角度をトルク角と呼ぶ。このため、負荷に応じてアウ
ター磁石１０１とインナー磁石１１３の間隙の磁界の周
方向分布が変化し、図３に示すような波形の変化が観察
される。

【００６０】従って、この波形の変化、特に波形の対称
性の変化を検出することで、マグネットカップリングに
加わる負荷トルク、すなわち前記昇降装置のボールネジ
に加わる負荷トルクを推定できる。対称性の評価には、
例えば、図３の軸１１２を境とする左右の電圧波形のそ
れぞれに対して時間積分を行い、電圧０の軸との間の面
積を算出して比較する方法が考えられる。この際、電圧
値に適当な重み付けを行って積分することで、非対称性
がわずかである場合も負荷トルクの検出感度を大きくす
ることができる。

【００６１】この負荷トルクは、ボールネジの摩耗など
による回転摩擦、制御棒と燃料との摩擦などに関係があ
り、これを評価することで制御棒駆動機構の昇降装置、
燃料や制御棒の歪みや据え付け状態に異常がないか、原
子炉を停止することなく診断することができる。

【００６２】次に、図６を用いて本発明に係る制御棒駆
動機構の第４の実施例を説明する。図６の磁石１１４は
インナー磁石、またはアウター磁石を示している。この
表面には、樹脂やメッキなどでコーティング処理が施さ
れている。これにより、衝撃に対する緩衝作用を磁石に
持たせることができる。一般に磁石に衝撃を加えると磁
力がわずかに低下する場合があるが、本実施例によれば
制御棒駆動機構のスクラム駆動時の衝撃荷重および地震
荷重に対して磁石の健全性を維持する効果が期待でき
る。また、インナー磁石は常時水中におかれ腐食環境中
にあるが、このコーティングにより水から隔離され、腐
食を防ぐことができる。

【００６３】図７を用いて本発明に係る制御棒駆動機構
の第５の実施例について説明する。図７はアウターロー
タ１０７を示している。アウター磁石１０１とアウター
ヨーク１００，アウタースリーブ１０４，磁石固定部材
１０２との間に板バネ１２０，１２１，１２２を配置し
ている。これにより、第４の実施例のコーティングと同
様の衝撃緩衝効果を持たせることができ、スクラム駆動
時の衝撃荷重および地震荷重に対して磁石の健全性を保
つ効果が期待できる。アウターヨーク１００の軸方向，
周方向，半径方向の衝撃を吸収するために、３種類の板
バネ１２０，１２１，１２２を配置している。なお、本
実施例は第１マグネット（インナー磁石）に対しても同
様に適用できる。

【００６４】なお、板ばねの代わりに皿バネのようなバ
ネ構造も使用できる。さらに、衝撃緩衝作用のある薄い
部材、例えば、ゴムや樹脂のシートなども同様な効果が
ある。

【００６５】図８を用いて本発明に係る制御棒駆動機構
の第６の実施例を説明する。図８は図１２のスプールピ
ース５６に相当する部分の断面図を示している。モータ
ブラケット１２３の外周部に磁気センサ１１６が装着さ
れ、その信号線１１８は信号処理器１１７に接続されて
いる。磁気センサ１１６としては渦電流変位計，ホール
素子などの他、簡単なものとしては磁界の変化により誘
導電圧を生じる導体の線，膜，板，コイルなどが考えら
れる。

【００６６】一般に、マグネットカップリングは、第１
マグネット，第２マグネット，ヨーク，マグネット間の
空隙で構成される閉じた磁気回路を形成しているため、
外部への漏れ磁束はほとんどないが、マグネット端部の
近傍では比較的大きな漏れ磁束がある。この漏れ磁束の
大きさは、磁石の磁力、すなわち残留磁束密度が大きい
ほど、大きくなる。本実施例では比較的漏れ磁束の多い
端部付近に磁気センサ１１６を配置して磁石の磁力を測
定する。この測定は原子炉運転状態で容易に行うことが
でき、マグネットカップリングを分解点検しなくても、
磁力劣化の度合いを判定することができる。

【００６７】また、マグネットカップリングの回転に伴
い、漏れ磁束が作る磁界は時間的に変化する。一般にマ
グネットカップリングにすべりが生じた場合、第１，第
２マグネットが不規則に相対回転するため、この磁界の
時間変化は同期回転時とはことなったものとなる。従っ
て、出力波形の周波数の異なる成分を分離する信号処理
装置、例えば、周波数フィルタ，周波数分析器などを用
いて磁気センサ１１６の出力波形を処理すれば、すべり
の発生の有無を検知できる。

【００６８】また、同期回転時において、負荷トルクの
大きさに応じて、第１，第２マグネットのトルク角が変
化するため、磁石端部付近の磁界の周方向分布も変化す
る。従って、磁気センサ１１６の波形の変化を検知する
ことで、前記昇降装置のボールネジに加わる負荷トルク
を推定できる。波形の変化の検知には、第３の実施例と
同様の方法が利用可能である。なお、この磁気センサ１
１６はモータブラケット１２３の外部に装着されている
ため、この着脱は、図示しないモータや、モータブラケ
ット１２３を着脱することなく行える。従って、磁気セ
ンサ１１６が故障したり、劣化した場合でも交換が容易
である。

【００６９】図９は本発明に係る制御棒駆動機構の第７
の実施例を示す。前記磁気センサ１１６をモータブラケ
ット１２３内部に設置した場合である。本実施例によれ
ば、よりマグネットカップリングに近い部分を測定でき
るので、感度の向上を図ることが可能である。なお、こ
の磁気センサ１１６をモータブラケット１２３の外部か
ら着脱可能に固定する方式としているので、磁気センサ
１１６が故障したり、劣化した場合でも交換が容易であ
る。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように本発明の制御棒駆動
機構においては、請求項１記載の発明では、アウターヨ
ークの上方から、アウターヨーク内面に沿わせて面上を
滑らせながらアウター磁石をアウターヨークに装着する
ことができるため、磁石のヨークへの組み付けが容易
で、製作工程の短縮および製作コストを低減させること
ができる。また、アウターヨーク下方から組み付ける場
合と異なり、アウターヨークとその下部フランジを一体
で構成でき、アウターヨークの剛性を高めることができ
るとともに、構造が簡単で製作コストが低減できる。

【００７１】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明の特徴を保持しつつ、さらに軸受けの寸法決定を柔
軟に行うことができる。請求項３，４，５，７に記載の
発明においては、制御棒駆動機構の昇降装置の負荷量の
判定により、前記昇降装置内部の摩耗劣化状態、燃料や
制御棒の歪みや据え付け状態などに異常はないか、原子
炉を停止することなく診断することができ、原子力プラ
ントの健全性および運転性の向上を図ることができる。

【００７２】また、請求項６記載の発明においては、そ
の診断を容易に行うことができる。請求項８乃至１１に
記載の発明においては、制御棒駆動機構のスクラム駆動
時の衝撃荷重および地震荷重に対して磁石の健全性を保
つことができる。

【００７３】請求項１２乃至１４記載の発明において
は、磁石の磁力劣化の度合いの判定、マグネットカップ
リングのすべり発生の検知など、マグネットカップリン
グや制御棒駆動機構の健全性の診断を原子炉運転状態で
容易に行うことができる。また、磁気センサは簡単に着
脱できるため、劣化や故障時の交換・修理が容易に行え
る。

【００７４】請求項１５においては、すべり軸受けの使
用により、制御棒駆動機構のスクラム駆動時の衝撃荷重
および地震荷重に対して磁石の健全性を保つ効果が期待
でき、また、転がり軸受けより寸法決定を柔軟に行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係る制御棒駆動機構の第１の
実施例を示す縦断面図、（ｂ）は図（ａ）におけるＡ−
Ａ線矢視断面図。

【図２】（ａ）は本発明に係る制御棒駆動機構の第２の
実施例を示す縦断面図、（ｂ）は図（ａ）におけるＢ−
Ｂ線矢視断面図。

【図３】本発明に係る制御棒駆動機構の第３の実施例に
おけるマグネットカップリング健全性診断装置の出力波
形図。

【図４】第３の実施例における無負荷状態の第１，第２
マグネットの位相関係を示す横断面図

【図５】第３の実施例において負荷がある状態での第
１，第２マグネットの位相関係を示す横断面図

【図６】本発明に係る制御棒駆動機構の第４の実施例を
示す構造図。

【図７】（ａ）は本発明に係る制御棒駆動機構の第５の
実施例を示す縦断面図、（ｂ）は図（ａ）におけるＣ−
Ｃ線矢視断面図。

【図８】本発明に係る制御棒駆動機構の第６の実施例を
示す縦断面図。

【図９】本発明に係る制御棒駆動機構の第７の実施例を
示す縦断面図。

【図１０】制御棒駆動機構の設置状態を説明するための
原子炉圧力容器の縦断面図

【図１１】制御棒駆動機構の従来例を示す縦断面図。

【図１２】制御棒駆動機構の従来例を示す縦断面図。

【図１３】（ａ）は制御棒駆動機構の従来例におけるマ
グネットカップリング健全装置の部分を拡大して示す縦
断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ線矢視断面図。

【図１４】制御棒駆動機構の従来例におけるマグネット
カップリング健全装置の出力波形図。

【図１５】（ａ）は制御棒駆動機構の従来例におけるマ
グネットカップリング健全装置の部分を拡大して示す縦
断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＥ−Ｅ線矢視断面図。

【符号の説明】

１…原子炉圧力容器１ａ…底部２…冷却材３…炉心４…炉心シュラウド５…制御棒６…気水分離器７…ダウンカマ部８…制御棒駆動機構９…ＣＲＤハウジング９ａ…下部フランジ１０…電動機１１…回転軸１２…ギアカップリン
グ機構１３…駆動軸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２０…カップリング２１…電磁ブレーキ２２…シンクロ位置検
出器２３…モータブラケット２４…スプールピース２５…グランドパッキン２６…Ｏリング２７…Ｏリング２８…ストップピスト
ン２９…シリンダ３０…コイルバネ３１…上部ガイド３２…皿ばね機構３３…スクラム挿入配管３４…注入口３５…リードスイッチ３６…スクラム位置検
出器５０…制御棒駆動機構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５５…アウター磁石５６…スプールピース５７…モーターブラケ
ット５８…圧力隔壁５９…導線６０…アウターヨーク６１…インナーヨーク６２…上部ベアリング６３…下部ベアリング６４…アウターロータ６５…フランジ６６…メタルＯリング１００…アウターヨー
ク１０１…アウター磁石１０２…磁石固定部材１０３…ピン１０４…アウタースリ
ーブ１０５…上部ベアリング１０６…下部ベアリン
グ１０７…アウターロータ１０８…スペーサ１０９…リング１１０…マグネット装
着面１１１…軸受け装着面１１２…軸１１３…インナー磁石１１４…磁石１１５…スプールピース１１６…磁気センサ１１７…信号処理器１１８…信号線１２０…板ばね（ａ）１２１…板ばね（ｂ）１２２…板ばね（ｃ）１２３…モータブラケ
ット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原子炉の出力を制御する制御棒を上端に
備えた中空ピストンを昇降させる昇降装置に電動機の回
転を駆動軸を介して伝達し、制御棒を炉心内に挿入・引
抜する一方、スクラム時には高圧水を注入して前記中空
ピストンを押し上げて前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、前記電動機の回転駆動力
を前記駆動軸に伝達すべく前記駆動軸の下部に複数に分
割されて設けられた第１マグネットとこの第１マグネッ
トの外側に配設され前記電動機の回転軸に複数に分割さ
れて備えられた駆動側の第２マグネットとを有するマグ
ネットカップリングと、前記第２マグネットを内面側に
装着する円筒状のアウターヨークとを有し、このアウタ
ーヨークの第２マグネットの装着面の半径方向位置は第
２マグネットの装着面の上方のアウターヨーク内面の半
径方向位置と同一または内側に形成されることを特徴と
する制御棒駆動機構。
【請求項２】前記第２マグネットの装着面の上方のア
ウターヨーク内面に軸受けを装着するためのリング設け
たことを特徴とする請求項１記載の制御棒駆動機構。
【請求項３】前記第１マグネットと第２マグネットの
回転によって生ずる回転磁界によって誘導電圧を生ずる
導体を第１マグネットと第２マグネットとの間に配設
し、第１マグネットと第２マグネットとの間に形成され
るトルク角の変化によって生ずる前記誘導電圧の波形の
変化を検出することを特徴とする請求項１記載の制御棒
駆動機構。
【請求項４】前記誘導電圧の波形の変化を測定して前
記トルク角を推定する手段を備えたことを特徴とする請
求項３記載の制御棒駆動機構。
【請求項５】前記トルク角を推定する手段は前記誘導
電圧の波形の半周期分の時刻歴波形に対してその左右対
象性を用いることを特徴とする請求項４記載の制御棒駆
動機構。
【請求項６】前記誘導電圧の半周期分の時刻歴波形の
左右対象性は、その半周期の中間の時間を境界とした２
領域について電圧値の時間積分値を比較して評価するこ
とを特徴とする請求項５記載の制御棒駆動機構。
【請求項７】前記トルク角から前記中空ピストンの昇
降装置に加わる負荷量を推定する手段を備えたことを特
徴とする請求項４記載の制御棒駆動機構。
【請求項８】前記第１マグネットおよび第２マグネッ
トの内少なくとも一方のマグネットの表面にコーティン
グを施したことを特徴とする請求項１記載の制御棒駆動
機構。
【請求項９】前記第１マグネットおよび第２マグネッ
トの内少なくとも一方のマグネットとこのマグネットに
対して軸方向，半径方向，周方向において隣接するそれ
ぞれの部材との間隙の内少なくとも一箇所の間隙に弾性
体を設けたことを特徴とする請求項１記載の制御棒駆動
機構。
【請求項１０】前記複数に分割された第１マグネット
および第２マグネットの内少なくとも一方の分割された
マグネットの間隙に弾性体を設けたことを特徴とする請
求項１記載の制御棒駆動機構。
【請求項１１】前記アウターヨークと第２マグネット
との間隙に弾性体を設けたことを特徴とする請求項１記
載の制御棒駆動機構。
【請求項１２】前記第１マグネットおよび第２マグネ
ットから生ずる磁界を検知する磁気センサを前記マグネ
ットカップリングを収容するハウジングの外周部に設け
たことを特徴とする請求項１記載の制御棒駆動機構。
【請求項１３】前記第１マグネットおよび第２マグネ
ットから生ずる磁界を検知する磁気センサを前記マグネ
ットカップリングを収容するハウジングの内部に設けた
ことを特徴とする請求項１記載の制御棒駆動機構。
【請求項１４】前記磁気センサは前記マグネットカッ
プリングを収容するハウジングの外部から着脱可能に設
けたことを特徴とする請求項１３記載の制御棒駆動機
構。
【請求項１５】前記第１マグネットおよび第２マグネ
ットの回転支持はすべり軸受けで行うことを特徴とする
請求項１記載の制御棒駆動機構。