本发明涉及用于作为轻水反应堆的沸腾水型原子反应堆(BWR)的控制棒驱动机构(CRD)。

图22是表示一般的沸腾水型原子反应堆的简要构成图。如图所示，在原子反应堆压力容器(RPV)1内，收容有兼作减速材料的冷却材料2，另外，在原子反应堆压力容器1的中央下侧，配置有堆芯3，并由堆芯套罩4包围着。在堆芯3中装填有许多燃料组块(未图示)，在4块一组的燃料组块间，装取自如地收放有控制棒5。
在此沸腾水型原子反应堆中，冷却材料2在堆芯3向上方流动，在其间，将堆芯3的核裂变链式反应产生的热传递给冷却材料2，由此加热冷却材料2，被加热的冷却材料2变成水和蒸汽的液汽二相流，并向堆芯3的上方移动，再从堆芯3被引入汽水分离中器6。
由汽水分离器6将成为液汽二相流的冷却材料分离成水和蒸汽后，蒸汽经由图中未示出的蒸汽干燥器，从主蒸汽管道被送入蒸汽涡轮机组，以驱动蒸汽涡轮机。经蒸汽涡轮机组作用过的蒸汽由冷凝器凝缩变成冷凝水之后，经原子反应堆冷凝水供水系统(图中未示)再作为供水返回到原子反应堆压力容器1内。
另一方面，由汽水分离器6分离的水经下水管7流下，在与经由原子反应堆冷凝水·供水系统送来的供水相混合的状态下，引导至堆芯3的下部，并再导入堆芯3内。
另外，在原子反应堆压力容器1的堆芯3里，为了起动·停止原子反应堆及调整反应堆的输出功率，控制棒5通过控制棒驱动机构8进行取放。所述控制棒驱动机构套壳9是从原子反应堆压力容器1的底部1a伸展至下方的，所述控制棒驱动机构8是收放在控制棒驱动机构套壳9内的一体构造物，其由螺栓接合被固定于控制棒驱动机构套壳9的下部凸缘9a上。
控制棒驱动机构8是如图23所示的电动驱动型的控制棒驱动机构，其下部安装有电动机10，该电动机10的旋转轴11经齿轮联轴节机构12与控制棒驱动机构8的驱动轴13相连结。此驱动轴13与滚珠螺栓轴14可一体旋转地相连结，滚珠螺母15与该滚珠螺栓轴14相螺合。
在滚珠螺母15上安装有成对的转子16，以夹持在引导管道17的内圆面上形成的轴向安装板18。并且，在滚珠螺母15的上方，设置有中空活塞19，该中空活塞19经由在上端安装的联轴节20与控制棒5相连结。
另外，在电动机10上装有电磁制动器21，通过该电磁制动器21动作而使电动机10停止。在该电磁制动器21的下端设有同步位置检测器22，由该同步位置检测器22检测控制棒5的位置。
并且，在电动机10的上部齿轮联轴节机构12的周围，设有电动机托架23，在该电动机托架23的上部固定有作为一次冷凝水的隔壁的滑阀块24。驱动轴13穿通该滑阀块24，用密封垫25作为驱动轴13的密封。而且，在此外的静止密封部采用橡胶制的O型环状物26、27。
另外，在引导管道17的上部，通过阻挡活塞28固定有圆筒29，该阻挡活塞28是为阻止上升移动超过中空活塞19的规定长度，在该圆筒29和阻挡活塞28之间安装有螺线圈型弹簧30。并且，在圆筒29和上部导引件31之间，安装有缓冲用的碟形弹簧机构32。
在由此构成的控制棒驱动机构8中，通过旋转驱动电动机10，经旋转轴11及驱动轴13，滚珠螺栓轴14转动，由该滚珠螺栓轴14的转动，滚珠螺母15上下运动。
此时，滚珠螺母15通过转子16由安装板18限制转动而上下运动，根据该滚珠螺母15的上下运动，通过中空活塞19，控制棒5上下运动。由该控制棒5的上下运动来调整向堆芯3的插入拔出量，控制反应堆的输出。
以下，说明有关在沸腾水型原子反应堆中发生紧急状态而迅速关闭原子反应堆的情况。也就是，在原子反应堆关闭时，从连接在控制棒驱动机构套壳9的下部凸缘9a的停堆插入配管33，经注入口34向中空活塞19的下面供给高压驱动水。通过供给高压驱动水，将设置于滚珠螺母15上的中空活塞19向上推起，通过向堆芯3内高速插入控制棒5，使原子反应堆关闭。在此，由具有舌簧接点开关35的停堆位置检测器36，通过检测出安装于中空活塞19的磁铁150的位置，来检测中空活塞19的停堆位置。
在上述已有技术的控制棒驱动机构8中，驱动轴13穿通作为一次冷凝水的隔壁的滑阀块24，用密封垫25作为驱动轴13的密封部件。而且，靠其以外的静止密封部或橡胶制的密封部都不可能完全密封一次冷凝水，允许有若干泄漏。并且，由于密封垫25及橡胶制O型环状物26、27是由非金属材料构成，因长年退化，所以必须定期更换。其结果是，存在维护频率高的问题。
因此，为解决此问题，特愿平7-32557号专利申请的控制棒驱动机构，其由磁场的磁力通过压力隔壁，非接触地将前述电动机10的旋转动力传递给所述滚珠螺栓轴14，而不需要压力隔壁的贯通部。
有关该特愿平7-32557号专利申请中记载的发明，参照图24进行说明。控制棒驱动机构50是电动驱动型控制棒驱动机构，其靠螺栓紧固在为从原子反应堆压力容器1的底部1a伸展到下方而配设的控制棒驱动机构套壳9的下部凸缘9a上。
控制棒驱动机构50，在其下端安装有步进电机等电动机51，来自该电动机51的旋转驱动力通过磁耦合52传递给驱动轴53。磁耦合52是由设置于驱动轴53下面，且做为被驱动侧的第1磁铁的内部磁铁54和做为驱动侧的第2磁铁的外部磁铁55构成，所述外部磁铁55是在上述内部磁铁54的外侧，隔着作为一次冷凝水隔壁滑阀块56，设置于电动机51的轴上。这些内部磁铁54及外部磁铁55的结构都是将圆筒状的磁体由纵向等分割成偶数个，沿半径方向磁化，以交替并列设置磁极。
将沿图24的A-A线箭头的剖视图示于图25，简单说明磁耦合的构造和原理。另外，为避免使图复杂，省略了电动机托架等。该图25是采用8极径向型磁耦合时的例子。磁铁以纵向分割圆筒的形状，沿图中所示箭头的方向被磁化，磁铁安装在外部轭铁60和内部轭铁61上，以使相邻磁铁N极、S极的方向相交替。该图所示内部转子67和外部转子64相对的转动位置关系是处于磁极的吸引力和排斥力具有平衡的稳定的相位。在8级磁耦合的情况下，这样的稳定相位有4个。
而且，在外部磁铁55和内部磁铁54之间具有设在滑阀块56的下面的压力隔壁58。内部转子67和外部转子64如图26所示，当对于上述的稳定相位带有角度偏差γ时(以下称该角度为偏差角)，由外部磁铁55和内部磁铁54之间的吸引力和排斥力，产生扭矩以回到无偏差的稳定相位，该扭矩τ’与偏差角的关系一般是图27的曲线图那样，其中横坐标为偏差角γ，纵坐标为返回稳定相位的扭矩τ’，偏差角度γ在360÷2÷极数〔deg〕(以本例的8级磁耦合22.5度)γ1时扭矩为最大(以下称最大静扭矩T)。在超过这以上的角度，扭矩开始减少，在360÷极数(deg)(在本例为45度)γ2时扭矩成为零。在该360÷极数(deg)以下，称为滑动产生角度β。在超过滑动产生角度以上的角度，相反偏差角增大，扭矩作用将使朝相邻的稳定相位接近。
由此，磁耦合不能负荷超过最大静扭矩以上的扭矩，当施加超过这以上的扭矩使偏差角度超过45度时，内部转子67和外部转子64相对转动到相邻的稳定相位处，即使去掉负荷也回不到原来的稳定相位处。将此叫作磁耦合的滑动。如后所述，在应用磁耦合的控制棒驱动机构的情况下，为了防止发生滑动，对于设想的负荷扭矩，有必要设计具有足够余量的扭矩。
回到图24，驱动轴53与滚珠螺栓轴14相连结，驱动轴53的旋转驱动力被传递给滚珠螺栓轴14。该滚珠螺栓轴14的旋转，变换为滚珠螺母的上下移动，由滚珠螺栓轴14、滚珠螺母15及转子16构成的中空活塞升降机构是与图23所示的已有例子相同的。
另外，在电动机51的上部，在磁耦合52的周围设置有电动机托架57。
并且，在滑阀块56与控制棒驱动机构套壳9的下部凸缘之间的密封部件里采用金属O型环66，由该金属O型环66可防止一次冷凝水的泄漏，同时，与橡胶制O型环相比降低了维修频率。
在由此构成的控制棒驱动机构50里，通过电动机51的旋转驱动，经由磁耦合52使驱动轴53转动，也就是由电动机51的旋转驱动，驱动侧的外部磁铁55旋转，随着其旋转，被驱动侧的内部磁铁54转动，由此使驱动轴53转动，当驱动轴53转动时使滚珠螺栓轴14转动，以使滚珠螺母15上下运动(升降)。伴随该滚珠螺母15的升降，经由中空活塞19，控制棒5上下移动，并调整反应堆的输出。
另外，由电动机51自身的保持扭矩来规制滚珠螺栓轴14的旋转，来保持控制棒5的插入位置，另外，原子反应堆关闭时的情况是与图23所示的已有例相同的。
在图24所示的已有例中，控制棒驱动机构50通过设置磁耦合52，则不需要驱动轴53的密封部，所述磁耦合52设置在驱动轴53的下部，其由被驱动侧的内部磁铁54和驱动侧的外部磁铁55构成，所述外部磁铁55在上述内部磁铁54的外侧，隔着滑阀块56设置在电动机51的轴上，这样，因为没有贯通滑阀块56的部件，因此不需要过去的密封垫之类的轴密封部件。
另外，图28(a)表示可应用于图24的控制棒驱动机构50中的磁耦合稳固性诊断装置的一部分纵向剖视图，图28(b)是沿图28(a)D-D线箭头的剖视图。另外，由于与图24所示实施例不同部分仅仅是滑阀块56的下部和其周边部，因此，在图28(a)仅示出该部分，滑阀块56的下部中空圆筒状的部分是压力隔壁58。并且，在图28(a)中该压力隔壁58未成断面。在这种已有技术中，在内部磁铁54(第1磁铁)和外部磁铁55(第2磁铁)之间设置线状或者薄膜的导体。图28(a)中在压力隔壁58的外周面上，沿上下方向(轴方向)安装有可使其往复的线状导线59。并且在图28(b)中表示出内部磁铁54和外部磁铁55之间磁场的一部分，由内部磁铁54、外部磁铁55、外部轭铁60、内部轭铁61以及内部磁铁54和外部磁铁55之间的空隙形成磁回路，产生同图所示的磁场。在驱动时内部磁铁54和外部磁铁55同步旋转，随此保持磁场的分布在转动时与静止时几乎相同。
通过由该内部磁铁54和外部磁铁55转动产生的旋转磁场，在沿导线59的上下方向张开的部分中，在导线59的轴方向上产生感应电压。如果磁铁的旋转速度一定，该电动势在导线59的两端出现如图29所示波形的周期性电压。图29中，横坐标表示时间t，纵坐标为输出电压V。另外，在该图中的波形是梯形状的，然而一般根据磁铁的形状，波形都有些不同，在使用宽的磁铁时，上下的平坦部有变长的趋势。该电压的振幅是由内部磁铁54和外部磁铁55产生的。在这些磁铁的间隙的磁通密度成一定比例。由此通过测定电压的振幅来判定磁铁的磁力，不需进行控制棒驱动机构和滑阀块的分解点检，在机构运转状态下，来确认磁力有无退化。
图30(a)、(b)是表示外部磁铁53周边的详细构造。对上部轴承62、下部轴63，支承其两端的外部转子64沿着外部轭铁60的内周壁留有一定间隔设置有外部磁铁55(第2磁铁)。该外部磁铁55通过磁铁固定部件102，由销钉103固定。
一般，沿半径方向将经磁化的磁铁接近轭铁安装时，由于磁铁和轭铁的吸引力，则难于组装，安装时，有时使劲抵抗而损坏了磁铁。为防止这些，一般的方法是，一边让磁铁接触到轭铁的磁铁安装面110上，使其滑动，安装到正常的位置上，在特原平7-32557号中记载的发明，为了安装上部轴承62而将外部轭铁60的上端部做成向内侧缩小的形状，由此将凸缘65和外部轭铁60做成分割结构，从下面安装外部磁铁55之后，由此形成将凸缘65安装在外部轭铁60上的结构。
在上述已有的控制棒机构中存在以下问题。
如图30那样在凸缘65和外部轭铁60形成分割结构的情况下，由于给凸缘65加上电动机动力，在与轭铁60的接合部使用固定楔或销的抗扭构造及焊接构造，有必要以增加厚度来提高该部份的强度。因此存在这样的问题，即与一体结构的情况相比较，构造复杂所需的制作时间长，而且由于外部转子64变重需要更大的电动机功率。
另外，作为特原平7-32558中记载的发明与图24的现有控制棒驱动机构共同的问题，通过在堆芯和控制棒之间的接触等加大摩擦的状态下，当由电动机10控制棒的插入不能平滑地进行，给滚珠螺栓轴14、滚珠螺母15等加上过载时，可能会产生损伤。另外，也会出现损坏燃料的情况。在定期点检时进行判断该摩擦力大小的检测。
对于特原平7-32558记载的发明存在另外的问题，众所周知，当对磁铁给与一般的冲击时，其磁力也会稍有下降，对于磁铁虽是稍有下降但是也有可能在关堆时加有冲击载荷和地震载荷。
再者，关于上述磁耦合稳固诊断装置，当在内部磁铁与外部磁铁之间，出现断线以及在其周围的未图示出的绝缘体产生退化的情况下，有必要将电动机和滑阀块从控制棒驱动机构中取出进行修理·更换。
另外，在已有的控制棒驱动机构中当磁耦合产生滑动的情况下，由图24的同步位置检测器22，检测出的控制棒的位置与实际控制棒的位置有可能产生偏差，而成为机械运转上的障碍。作为对策设计使磁耦合具有足以超过估计的最大负载扭矩的传递扭矩，而且如果预先设有万一产生滑动时能将其检测出来的装置，可以迅速采取关闭原子反应堆等必要的措施，进一步提高机械设备的可靠性。
发明的内容本发明就是为了解决上述问题，其目的是提供一种控制棒驱动机构，以提高结构的强度，即使在机构设备运转中也可检测控制棒运动状态，由此提高可靠性，同时也很容易进行修理和更换。
本发明的另一目的是提供一种可检测磁耦合滑动的控制棒驱动机构。
为达到上述目的本发明采取以下技术方案。
一种控制棒驱动机构，其在原子反应堆下部延伸设置的罩壳内，通过驱动轴将电动机的转动传递给中空活塞升降机构，以使中空活塞进行升降，将与该中空活塞接合的控制棒插入·拔出原子反应堆的堆芯，其特征在于设有：滑阀块，其设于所述罩壳的下端，用于封阻原子反应堆内部的一次冷却水；与所述电动机的旋转轴相连接的外部轭铁，所述电动机设于所述滑阀块的外侧下部；设于所述外部轭铁里的外部磁铁；内部轭铁，其设于所述滑阀块内部，并设在连接所述中空活塞升降机构的驱动轴上；设于所述内部轭铁里的内部磁铁；以及所述内部磁铁的转动检测装置。
所述的控制棒驱动机构，其特征是所述旋转检测装置具有：转动部件，其设在与所述内部磁铁一同转动的驱动轴上，在其侧表面形成凸凹；位移检测器，其面对所述转动部件的转动水平面设置，用于测定与在所述转动部件的侧表面上形成的凸凹的距离。
所述的控制棒驱动机构，其特征在于设有：输出处理装置用于将来自上述内部磁铁的转动检测装置的输出，与检测所述电动机旋转轴转动的转动位置检测装置的输出进行比较。
所述的控制棒驱动机构，其特征在于：控制棒位置检测装置，用于代替所述内部磁铁的转动检测装置，以检测所述控制棒的插入·拔出的上下位置。
一种控制棒驱动机构，其在原子反应堆下部延伸设置的罩壳内，通过驱动轴将电动机的转动传递给中空活塞升降机构，以使中空活塞进行升降，将与该中空活塞接合的控制棒插入·拔出原子反应堆的堆芯，其特征在于设有：滑阀块，其设于所述罩壳的下端，用于封阻原子反应堆内部的一次冷却水；与所述电动机的旋转轴相连接的外部轭铁，所述电动机设于所述滑阀块的外侧下部；设于所述外部轭铁里的外部磁铁；内部轭铁，其设于所述滑阀块内部，并设在连接所述中空活塞升降机构的驱动轴上；设于所述内部轭铁里的内部磁铁；所述内部磁铁的转动检测装置；以及检测电动机的电流和电压的位相差，以推断所述电动机扭矩的装置。
一种控制棒驱动机构，其在原子反应堆下部延伸设置的罩壳内，驱动轴将电动机的转动传递给中空活塞升降机构，以使中空活塞进行升降，将与该中空活塞接合的控制棒插入·拔出原子反应堆的堆芯，其特征在于设有：滑阀块，其设于所述罩壳的下端，用于封阻原子反应堆内部的一次冷却水；与所述电动机的旋转轴相连接的外部轭铁，所述电动机设于所述滑阀块的外侧下部；设于所述外部轭铁里的外部磁铁；内部轭铁，其设于所述滑阀块内部，并设在连接所述中空活塞升降机构的驱动轴上；设于所述内部轭铁里的内部磁铁；
所述内部磁铁的转动检测装置；以及所述电动机的电流波形的频率分析装置。
所述的控制棒驱动机构，其特征在于：设有电压波形的频率分析装置，以替代所述电动机的电流波形的频率分析装置。
一种控制棒驱动机构，其在原子反应堆下部延伸设置的罩壳内，通过驱动轴将电动机的转动传递给中空活塞升降机构，而使中空活塞进行升降，将与该中空活塞接合的控制棒插入·拔出原子反应堆的堆芯，其特征在于设有：滑阀块，其设于所述罩壳的下端，用于封阻原子反应堆内部的一次冷却水；与所述电动机的旋转轴相连接的外部轭铁，所述电动机设于所述滑阀块的外侧下部；设于所述外部轭铁里的外部磁铁；内部轭铁，其设于所述滑阀块内部，并设在连接所述中空活塞升降机构的驱动轴上；设于所述内部轭铁里的内部磁铁；所述内部磁铁的转动检测装置；以及所述电动机的负荷扭矩检测装置，所述电动机是感应电动机，所述负荷扭矩检测装置是根据电动机的转动速度检测负荷扭矩。
一种控制棒驱动机构，其在原子反应堆下部延伸设置的罩壳内，通过驱动轴将电动机的转动传递给中空活塞升降机构，而使中空活塞进行升降，将与该中空活塞接合的控制棒插入·拔出原子反应堆的堆芯，其特征在于设有：滑阀块，其设于所述罩壳的下端，用于封阻原子反应堆内部的一次冷却水；与所述电动机的旋转轴相连接的外部轭铁，所述电动机设于所述滑阀块的外侧下部；设于所述外部轭铁里的外部磁铁；内部轭铁，其设于所述滑阀块内部，并设在连接所述中空活塞升降机构的驱动轴上；设于所述内部轭铁里的内部磁铁；所述内部磁铁的转动检测装置；以及扭矩检测装置，用于检测加在上述电动机转动轴上的扭矩及加在连接电动机驱动轴上的扭矩。
所述的控制棒驱动机构，其特征在于设有：滑动检测装置，由上述被检测出的扭矩来检测在上述外部磁铁与内部磁铁之间产生的滑动。
一种控制棒驱动机构，其在原子反应堆下部延伸设置的罩壳内，通过驱动轴将电动机的转动传递给中空活塞升降机构，而使中空活塞进行升降，将与该中空活塞接合的控制棒插入·拔出原子反应堆的堆芯，其特征在于设有：滑阀块，其设于所述罩壳的下端，用于封阻原子反应堆内部的一次冷却水；与所述电动机的旋转轴相连接的外部轭铁，所述电动机设于所述滑阀块的外侧下部；设于所述外部轭铁里的外部磁铁；内部轭铁，其设于所述滑阀块内部，并设在连接所述中空活塞升降机构的驱动轴上；设于所述内部轭铁里的内部磁铁；所述内部磁铁的转动检测装置；以及形变检测装置，用于检测在上述电动机的定子上，和将定子固定于原子反应堆压力容器的部件上产生的形变。
所述的控制棒驱动机构，其特征在于：
设有形变检测装置，用于检测在对上述转动轴进行旋转限制的制动器上，和将制动器固定于原子反应堆压力容器的部件上产生的形变，以替代前述的形变检测装置。
一种控制棒驱动机构，其在原子反应堆下部延伸设置的罩壳内，通过驱动轴将电动机的转动传递给中空活塞升降机构，而使中空活塞进行升降，将与该中空活塞接合的控制棒插入·拔出原子反应堆的堆芯，其特征在于设有：滑阀块，其设于所述罩壳的下端，用于封阻原子反应堆内的一次冷却水；与所述电动机的旋转轴相连接的外部轭铁，所述电动机设于所述滑阀块的外侧下部；设于所述外部轭铁里的外部磁铁；内部轭铁，其设于所述滑阀块内部，并设在连接所述中空活塞升降机构的驱动轴上；设于所述内部轭铁里的内部磁铁；以及加速度检测装置，用于检测在上述电动机的定子上及将定子固定于原子反应堆压力容器的部件上产生的转动加速度。
所述的控制棒驱动机构，其特征在于设有：加速度检测装置，其检测在对上述转动轴进行转动限制的制动器上及将制动器固定于原子反应堆压力容器的部件上产生的旋转加速度，用以代替上述加速度检测装置。
本发明是具有以下积极的效果：根据上述构成的控制棒驱动机构，可以从外部轭铁的上方，沿磁铁的安装面边滑动边装入外部磁铁(第2磁铁)。
由所述发明，通过将外部轭铁和安装轭铁上部的轴承的部分形成分割结构，可以与轴承安装面和磁铁安装面的位置不相关，而能从外部轭铁上方沿磁铁安装面，边滑动边将外部磁铁装入外部轭铁。
由所述发明，利用磁耦合的内部、外部磁铁的扭矩角对应负荷扭矩进行变化，以及根据扭矩角的变化，感应电压的时间波形进行变化，通过检测上述波形的变化，可以测定加给中空活塞的升降装置的负荷量。
由所述的发明，在波形经时间变化内，通过注意波形的对称性，可以测定负荷量。
由所述的发明，通过在结构部件之间配设弹性体，可以具有缓冲效果。
由所述的发明，由测定内部、外部磁铁的上端部漏磁通的大小，可以测定磁铁磁力的大小。而且，磁耦合不进行同步转动，当产生滑动时，由磁传感器输出波形的变化，可以检测产生滑动。另外，当磁传感器出现故障或退化时，不需要装拆控制棒驱动机构和电动机，就可以更换或修理磁传感器。
根据所述的发明，通过使用滑动轴承，对振动能够发挥缓冲作用，而且，由滚动轴承，可以灵活地决定尺寸。
根据所述控制棒驱动机构的构成，通过将内部磁铁的转动位置与外部磁铁的转动位置相比较，可以检测出这些磁铁的滑动。
由本发明的构成，可以检测内部磁铁和外部磁铁的滑动。
由所述控制棒驱动机构的构成，经检测加在电动机上的扭矩，可以检测出伴随滑动产生的扭矩变化。
根据所述发明的构成，可以由检测伴随滑动产生的扭矩变化，而检测出滑动。
根据所述控制棒驱动机构的构成，经检测在电动机的定子、将定子固定于原子反应堆压力容器的部件、限制转动轴转动的制动器以及将制动器固定于原子反应堆压力容器的部件上产生的变形，可以检测出伴随滑动产生的扭矩变化。
根据本发明的构成，经检测在电动机的定子、将定子固定于原子反应堆压力容器的部件、限制转动轴转动的制动器以及将制动器固定于原子反应堆压力容器的部件上产生的旋转加速度，可以检测出伴随滑动产生的扭矩的变化。
附图的简要说明图1(a)是表示本发明控制棒驱动机构的第1实施例的纵向剖视图。图1(b)是沿图1(a)的A-A线箭头的剖视图。
图2(a)是表示本发明控制棒驱动机构的第2实施例的纵向剖视图。图2(b)是沿图2(a)的B-B线箭头的剖视图。
图3是有本发明控制棒驱动机构第3实施例中磁耦合稳固性诊断装置的输出波形图。
图4是表示第3实施例中无负荷状态的第1、第2磁铁的相位关系的横向剖视图。
图5是表示第3实施例有负荷状态的第1、第2磁铁的相位关系的横向剖视图。
图6是表示本发明控制棒驱动机构的第4实施例的结构图。
图7(a)表示本发明控制棒驱动机构的第5实施例的纵向剖视图，图7(b)是沿图7(a)的C-C线箭头的剖视图。
图8表示本发明控制棒驱动机构的第6实施例的纵向剖视图。
图9表示本发明控制棒驱动机构的第7实施例的纵向剖视图。
图10(a)表示本发明控制棒驱动机构的第7实施例的纵向剖视图。图10(b)是沿B-B线箭头的剖视图。
图11表示本发明控制棒驱动机构的第9实施例的纵向剖视图。
图12表示本发明控制棒驱动机构的第10实施例的纵向剖视图。
图13(a)(b)都是为说明在磁耦合部产生滑动时产生的力学现象的概念图。
图14是为说明在磁耦合部产生滑动时产生的力学现象的概念图。
图15表示本发明控制棒驱动机构的第11实施例的纵向剖视图。
图16表示本发明控制棒驱动机构的第12实施例的纵向剖视图。
图17表示本发明控制棒驱动机构的第13实施例的纵向剖视图。
图18表示本发明控制棒驱动机构的第14实施例的纵向剖视图。
图19表示本发明控制棒驱动机构的第15实施例的纵向剖视图。
图20表示本发明控制棒驱动机构的第15实施例中加速度检测器的设置位置的概念图。
图21(a)表示本发明控制棒驱动机构的第15实施例中加速度传感器的直进加速度的输出的概念图。
图21(b)表示旋转加速度的输出的概念图。
图22是为说明控制棒驱动机构设置状态的原子反应堆的压力容器的纵向剖视图。
图23是表示已有例控制棒驱动机构的纵向剖视图。
图24是表示已有例控制棒驱动机构的纵向剖视图。
图25是为说明磁铁型控制棒驱动机构的控制原理的横剖视图。
图26是为说明磁铁型控制棒驱动机构的控制原理的横剖视图。
图27是表示磁耦合的偏差角度与扭矩关系的概念图。
图28(a)是表示将已有例的控制棒驱动机构的磁耦合稳固装置的部分放大的纵向剖视图。图28(b)是沿图28(a)中D-D线的箭头剖视图。
图29是表示已有例控制棒驱动机构的磁耦合稳固装置的输出波形图。
图30(a)是表示将已有例的控制棒驱动机构的磁耦合稳固装置的部分放大的剖视图。图30(b)是沿图30(a)中E-E线的箭头剖视图。
本发明具体实施方式
以下参照附图说明本发明的实施例。
根据图1来说明本发明控制棒驱动机构的第1实施例。
图1(a)、(b)是表示图24所示第2磁铁相应部分放大的示意图。在上部轴承105、下部轴承106上，支撑其两端的外部转子107是由外部轭铁100、外部套筒104、外部磁铁101、衬垫108等构成，沿外部轭铁100的内周壁隔开一定间隔，为固定外部磁铁101(第2磁铁)的多个磁铁固定部件102分别由销钉103固定。
另外，外部套筒104的下部是靠与外部轭铁100的下部内周侧相焊接来固定的。
在由这些外部轭铁100、多个磁铁固定部件102以及外部套筒104形成的空隙内，从上方将外部磁铁101插入后，将衬垫108插入外部磁铁101的上部，将衬垫108与外部轭铁100、以及衬垫108与外部套筒104通过焊接和固定销等装置固定组合成外部。外部磁铁101在磁铁的安装面110与外部轭铁100相接。另外，衬垫108也能与外部套筒104形成一体结构。
一般当要把磁化的磁铁沿半径方向靠近轭铁安装时，由于磁铁和轭铁的吸引力造成组装困难，安装时要很用力等则会出现磁铁损坏的情况。为防止这种情况，一般的方法是应该使磁铁接触在轭铁的磁铁安装面上，在面上滑动的同时装在正常的位置上。因此可以考虑由磁铁的上端使上面的外部轭铁的内面位于比磁铁安装面的径向位置外侧的地方，而从上方安装外部磁铁；或者是由下端使下面的外部轭铁的内面位于比磁铁安装面的径向位置外侧的地方，而从下方安装外部磁铁。但是在后者的情况下，由于在外部轭铁100的下部存在为电机轴连接的凸缘，因为有必要将该凸缘和外部轭铁做成分割结构，所以能够成为一体构造的本实施例其优点是可确保加上电动机动力的凸缘部强度。
图2(a)、(b)是表示本发明控制棒驱动机构第2实施例的剖视图。在外部轭铁100的上面安装滚动轴承的环部109形成配合结构。通过在环部109和外部轭铁100上设置接缝套筒，可以对它们进行定心。本例中使用滚动轴承的上部轴承105，使其内轮旋转外轮固定。外部轭铁100的装配是在由外部轭铁100、多个磁铁固定部件102以及外部套筒形成的空隙内，从上方插入外部磁铁101后将环部109镶合在外部磁铁101的上部，通过将环部109和外部轭铁100以及环部109和外部套筒104焊接等进行固定。该实施例中轴承装着面111位于比磁铁装着面110更内侧，在将环部109装配到外部轭铁100上之前，通过组装外部磁铁101，可以使磁铁接触到上述装着面110上，边滑动边安装到正常的位置上。由此，可以灵活地选择轴承的尺寸。另外，固定环部109和外部偏线圈100并不仅限于焊接，也可以由固定销钉或封闭弹簧的方法。而且如果对环部109使用磁性材料，也可以通过和外部磁铁的吸引力来固定。并且也可以将环部109和外部套筒一体构成。
另外，在第一和第二实施例中使用了支撑滚动轴承，但是并不限于此，使用了轴瓦白合金润滑油浸渍材料、树脂等的滑动轴承也可以采用。一般浸渍轴承是多孔状的材料，杨氏模量比一般的金属小。另外，转动体和滚珠座圈的承载高，与油膜薄的滚动轴承相比滑动轴承油膜厚。这可以用于提高对振动的缓冲作用，对于控制棒驱动机构停止驱动时的冲击载荷以及地震时的振动，可以期望保持磁铁的稳固的效果。而且，也可能通过由规格决定尺寸的滚动轴承灵活地决定尺寸。
而且，在第1和第2实施例中，外部轭铁100和磁铁固定部件102是由销钉分体固定两者的，然而并不限于此，也可以将外部轭铁100和磁铁固定部件102通过锻造等一体制作构成。由此可以缩减制作时的工序，并能降低制造费用。
以下以图3～图5说明本发明控制棒驱动机构的第3实施例。图3是在图28所示上述磁耦合稳固性诊断装置中第1、第2磁铁同步旋转时的一例输出电压波形，其中横坐标表示时间t，纵坐标表示输出电压V，该例表示8极构成的情况。由于磁铁的N极和S极的组合是4种，因此当第1、第2磁铁旋转一周就出现4周期的电压波形。图3所示的是其中的一周期。现在针对该左侧一半输出为正的半周期来进行说明，而右侧一半是相同的，轴112位于该半周期部分时间的中央部分。以记号A所示的波形是一例磁耦合未加负载状态下的电压波形，相对于轴12几乎是对称的。但是，在加上负载扭矩的状态，由记号B所表示的波形不具有对称性。
图4是表示无负载状态下第1、第2磁铁位置关系的横向剖视图，由磁铁的吸引力和排斥力，外部磁铁101和内部磁铁113的宽度中心处于几乎相一致的相位关系的稳定状态。
另外，如图5所示，在有负载的情况下，第1和第2磁铁从图4所示的相位关系，回转相对角度到负载和磁力相平衡的状态，是最稳定的。根据负载决定的该相对角度称为扭矩角ω。因此，对应负载外部磁铁101和内部磁铁113的间隙磁场的圆周分布发生变化，可以观察到如图3所示波形B的变化。
然后通过检测该波形的变化，特别是波形对称性的变化来推定加于磁耦合的负载扭矩，即加在上述升降装置螺栓上的负载扭矩。在对称性的评价方面，例如分别对以图3的轴112作为边界的左右电压波形进行时间积分，可以考虑算出和电压0轴之间的面积进行比较的方法。此时通过对电压值适当地加权进行积分，在仅有一点非对称性的情况下，负载扭矩检测的灵敏度可以变得很高。
该负载扭矩与滚珠螺栓的磨损等的旋转磨擦、控制棒和燃料的磨擦等有关，由评价这些，可以诊断控制棒驱动机构的升降装置、燃料、控制棒的歪斜以及安装状态是否异常，或者原子反应堆是否关闭。
以用图6说明本发明控制棒驱动机构的第4实施例。
图6的磁铁114表示内部磁铁或外部磁铁，在其表面用树脂或电镀等进行涂敷处理。因此，可以使磁铁具有对冲击的缓冲作用。一般情况，当给磁铁以冲击时，磁力会有所降低，而根据本实施例对控制棒驱动机构停止驱动时的冲击载荷以及地震载荷，可期望具有保持磁铁稳固性的效果。另外，内部磁铁常放在水中而处于腐蚀环境中，但是可以通过上述涂敷与水相隔离，由此防止腐蚀。
用图7说明本发明控制棒驱动机构的第5实施例。
图7表示外部转子107在外部磁铁101和外部轭铁100，外部套筒104，磁铁固定部件102之间设置有板弹簧120、121、122，这样可以具有与第4实施例的涂敷同样的冲击缓冲效果。可以期望对停堆驱动时的冲击载荷和地震载荷保持磁铁稳固性的效果。为了吸收了外部轭铁100的轴方向、圆周方向、半径方向的冲击，设置三种板弹簧120、121、122。另外，本实施例对第1磁铁(内部磁铁)也同样可以适用。
另外，也可以替代板状弹簧使用碟形弹簧这样的弹簧结构。再者具有缓冲冲击作用的薄部件，例如橡胶或树脂层等，具有同样的效果。
以图8说明本发明控制棒驱动器的第6实施例。
图8表示相当于图24的滑阀块56部分的剖视图。在电动机托架123的外周部安装有磁传感器116，其信号线118与信号处理器117相连接，作为磁传感器116除了过电流变位器霍尔器件以外还考虑根据磁场的变化产生感应电压的导体的线、膜、板、线圈等。
一般因为磁耦合形成在第1、第2磁铁、轭铁、磁铁之间的空隙构成的闭合磁回路，几乎不存在向外部的漏磁通，然而在磁铁端部附近有较大的漏磁通，该漏磁通的大小随着磁铁的磁力及剩余磁通密度的增大而增大。本实施例中是在相对漏磁较多的端部附近，设有磁传感器116用以测定磁铁的磁力，该项测定在原子反应堆运转状态下可以很方便地进行，即使不对磁耦合进行分解检查也可以判定磁力的退化程度。
随着磁耦合的旋转产生漏磁通的磁场作时间性变化。一般在磁耦合产生滑动时，由于第1、第2磁铁作不规则的相对转动，其磁场的时间变化和同步旋转时是不同的，这样如果使用将输出波形的不同频率成份分离的信号处理装置，例如频率滤波器、频率分析器等来处理磁传感器116的输出波形，就可检测出有无产生滑动。
另外，在同步旋转时，根据负载扭矩的大小，由于第1、第2磁铁的扭矩角发生变化，磁铁端部附近的圆周方向的磁场分布也发生变化。因此，通过检测磁检测器116波形的变化，可以推定加在上述升降装置的滚珠螺栓上的负载扭矩。在检测波形变化方面，可以采用与第3实施例相同的方法，而且由于该磁传感器116被安装在电动机托架123的外部，因此不需进行未图示的电动机及电动机托架123的安装、拆卸，就能进行对磁传感器116的装拆。因此，即使磁传感器116发生故障、退化时也容易进行更换。
图9表示本发明控制棒驱动机构的第7实施例，是将上述磁传感器116设置在电动机托架123内部的情况。根据本实施例由于可以测定更接近磁耦合的部分，因此能够期望较高灵敏度，另外，由于采用将该磁传感器116从电动机托架123的外部可装拆固定的方式。因此，即使磁传感器116发生故障、退化时，也很容易进行更换。
以下根据图10(a)、(b)说明本发明控制棒驱动机构的第8实施例。图10(b)是沿图10(a)B-B线箭头方向的剖视图。在图10(a)、(b)中对于与图24相同的部分由同一符号表示，省略了其结构的说明。
在本实施例里，为了检测出与内部转子67一同旋转的内部磁铁54的旋转，在连接内部转子67的驱动轴53上设有圆板状的转动部件200。
由于该转动部件被设置在滑阀块56内，就成为设置在原子反应堆一次冷却水的压力障壁的压力限度内。在转动部件200的表面上形成凹凸，在本实施例中在旋转部件200的侧面周期性地设成多个槽225。另外在滑阀块56的侧面设有作为转动检测装置的电位测定装置201以测定输出，在作为检测对象面的旋转部件200的表面上设置多个槽225形成的凸凹的距离。
作为该电位测定装置201可以利用可测定与导体的距离的过电流变位器、根据从向对象面照射激光到返回的时间来测定距离的激光变位器等的测定装置。变位测定装置201的输出经由信号线传给具有电子计算机功能的信号处理系统202，通过内部转子67的旋转，因为变位测定装置201和旋转部200的侧面距离发生周期性变化，从变位测定装置201可以得到与该转动同步的输出。使用信号处理系统202，通过计算该输出的变动周期就可以得知内部转子67的旋转角度，由针对时间旋转角度的改变，可以求出旋转速度。
另一方面，通过转动位置检测器203可以测定外部转子64的转动位置，所述转动位置检测器203是为检测电动机51的轴旋转的转动位置检测装置。作为转动位置检测器203可以使用已有型控制棒驱动装置的同步位置检测装置，转动位置检测器203的输出经由信号输入信号系统202中，该信号处理系统202是将转动位置检测器203和变位测定装置201的输出进行比较的输出处理装置，其可比较内部转子67和外部转子64的转动角度、转动速度等。
在磁耦合未产生滑动时，内部转子67和外部转子64的转动位置的偏差是在滑动产生角度以内，由此通过使用变位测定装置201、转动位置检测装置203以及信号处理系统202，可以检知滑动的产生。
以下依据图11说明本发明控制棒驱动机构的第9实施例。
本实施例的特点是设有控制棒上下位置检测装置的控制棒位置检测装置204，以及将控制棒位置检测装置204和转动位置检测装置203的输出进行比较的信号处理系统205。控制棒上下位置的检测可以由与根据如已有型控制棒驱动机构的停堆位置检测器36等相同原理来进行。另外，也可以使用磁致伸缩现象可连续检测磁铁位置的磁致伸缩检测器，检测出设置于中空活塞19中的磁铁位置。本实施例中控制棒位置检测装置设置在控制棒驱动机构套壳9的外部，然而不限于此，也可将其设在控制棒驱动机构50的内部，如果在磁耦合中未产生滑动，在由转动位置检测装置203求出的控制棒位置与由控制棒位置检测装置204检测出的控制棒的上下位置仅存在滑动产生角度低的极微小的差。因此，通过由信号处理系统205比较两者的输出可以检知产生的滑动。
以下用图12说明本发明控制棒驱动机构的第10实施例。本实施例中由子图15的控制棒驱动机构50、滑阀块56不用更换、因此仅示出了电动机的周边部分。电力从电源207供给到电动机206，其电压和电流波形由波形处理系统208进行测定。作为电动机206考虑使用已有型控制棒驱动机构的步进电动机、感应电动机以及同步电动机等交流电动机，而一般这些电动机随着负荷动力即负荷扭矩的大小来变化电流的大小和变化电流和电压波形的位相差。由于通过在电动机206和其电源207之间设置波形处理系统208，检测其电流值和相位差值以推定该负荷扭矩。
相位的检测可以比较容易地进行通过例如将波形进行模数变换再输入计算机进行数值处理等方法，在这里用图13的磁耦合横向剖视图来说明发生滑动时在磁耦合部产生的力学现象。作为产生滑动的例子，在由图12的电动机206进行驱动中也考虑由于滚珠螺栓轴14破损等原因，内部转子67变成不能转动的情况。当电动机206的扭矩比磁耦合的最大静电摩擦扭矩还大时，外部转子64继续回转(如图中回转方向g)产生滑动，当偏差角度比滑动产生角度小时，由于磁力作用，如图13(a)所示，的外部转子64受到从内部转子67沿图示方向f的扭矩。如果这是在电动机的驱动中，则作为负荷扭矩传给电动机，如果是处于控制棒定位保持中，则传给电磁制动器21，一旦，外部转子64转动使偏差角度超过滑动产生角时，如图13(b)所示那样所受扭矩的方向f成为反向。如果滑动连续产生就可以看到方向交替反转的扭矩。在图14中概念性地表示了这种情况，产生的扭矩其最大值与最大静止扭矩T相同，将滑动产生角度在边界上进行正负反转。其中横坐标为时间t，纵坐标为扭矩τ(外部转子转动方向为正)。
而且，为了容易进行电动机206的分解点检，图12的外部转子64和电动机206的旋转轴11的接合是在齿轮联轴节里通过可简单地进行接合及接合解除的机械性的联轴节来进行的。然而，在这种形式的联轴节中，通常旋转方向存在微小的槽沟。通过这样的槽沟上述的扭矩方向进行反转等时候，在联轴节部产生顺时性的大的冲击扭矩并传给电动机206，因此，电动机206的负荷中含有高频率的扭矩成份。
另一方面，在没有滑动的正常状态时，如上述那样，由于设定额定负荷扭矩与最大静止扭矩相比较要小得多。因此产生滑动时的大扭矩不会加给电动机206。
本实施例引人注目的特征就是在前面所述的力学现象中发生滑动时产生大的扭矩并且其方向进行反转。根据电动机的电压与电流的位相差以及电流值的变化检测电动机负荷扭矩，由此可以检测出电动机驱动中产生的磁耦合的滑动。
以下依据图15说明本发明控制棒驱动机构的第11实施例。由于本实施例与第10实施例一样，图15的控制棒驱动机构50、滑阀块56没有变化，仅示出电动机26的周边部分。来自电源207的电动力被供给电动机206，由频率分析系统209对该电流或电压波形进行频率分析。本实例的特征是，在第10实施例所述的产生滑动的力学现象中，在电动机206是产生高频率的负荷扭矩成份。通过这样的负荷扭矩由于在电流波形或电压波形中可以观察到在正常驱动中所没有的高频成份，所以由上述的频率分析能够检测滑动的产生。
以下依据图16说明本发明控制棒驱动机构的第12实施例。本实施例由于图15的控制棒驱动机构50、滑阀块56没有变化，仅示出电动机的周边部分。本实施例4使用感应电动机作为电动机。通过作为负荷扭矩检测装置而设置的转动位置检测装置211以及与此相连接的数据处理系统212来检测该感应电动机210的转动速度。作为转动位置检测装置211可以使用如现有的控制棒驱动装置的同步位置检测器22等。
一般感应电动机的转动速度在负荷为零的情况下，各电动机中由交流电源的频率决定的同步速度具有一定的固有关系，其由被称作扭矩—转动特性的曲线图来表示。由此，可以通过转动位置检测装置211来测定感应电动机的转动速度，并且可以用数据处理系统212从其电动机的扭矩—转动特性来求出这个负荷扭矩。
所以可以将说明第10实施例所述的产生滑动时，负荷扭矩作为电动机转动速度的变化来进行检测，检测出滑动的产生。
以下依据图17说明本发明控制棒驱动机构的第13实施例。本实施例中由于图15的控制棒驱动机构50、滑阀块56没有改变，仅示出电动机213的周边部分。在与电动机213的转动轴215相连接的外部转子64和电动机213的转子216的中间部分设有检测电动机213扭矩的扭矩检测器214。作为扭矩检测器214可以使用例如形变计式扭矩检测器或磁致伸缩式扭矩检测器，可以检测出转动轴在静止时及转动时的扭矩。如果将该扭矩检测器214的输出波形由数据处理系统217进行处理，以对扭矩的大小、方向进行分析，就可以检测出在说明第10实施例时所述的产生滑动时的扭矩。另外，在电动机的转子216的下部设有电磁制动器21。
以下依据图18说明本发明控制棒驱动机构的第14实施例。本实施例中由于图15的控制棒驱动机构50、滑阀块56也未改变，仅示出了电动机218的周边部分。在第10实施例中所述，发生滑动时，当电动机218在驱动中，产生磁耦合的扭矩由转子216传递给定子221、该定子221作为将该定子221固定于原子反应堆压力容器1上的部件的电动机外壳219、滑阀块56，以及未图示的控制棒驱动机构罩壳通过该扭矩加以扭转。
在控制棒的定位保持中，从转动轴215通过电磁制动器21传给电动机外壳219，因此对电动机制动器21、电动机外壳219、滑阀块56以及CRD罩壳加以扭转。
本发明中设有检测上述列举部件的扭转变形的装置，由此检测出伴随产生滑动时扭矩的扭转变形。图18中作为检测扭转装置的一个例子，表示的是在电动机外壳219的表面设置变形检测器220和处理其输出的数据处理系统222的情况。作为变形检测器220是例如为了能检测出变形量而决定其设置方法的。另外，变形检测器220的设置位置也不限于图18中所示的，也可以是在由伴随上述产生滑动的扭矩在承受扭转的部件上的任意地方。
以下参照图19-图20来说明本发明控制棒驱动机构的第15实施例。本实施例中由于也没有改变图15的控制棒驱动机构50、滑阀块56，仅示出了电动机223的周边部分。电动机223中设置检测电动机223圆周方向加速度的传感器224。图20中表示其沿C-C线的剖视图。一旦电动机223中发生扭转振动，由加速度传感器224可以测定振动的角加速度。
随着滑动产生的扭矩扭转给电动机223，特别是在说明第10实施例时所述的机械性联轴节槽沟的高频成份的扭矩是产生大的角加速度的扭转振动。这也可以通过加速度传感器224进行检测，由此检测出滑动。
设置多个加速度传感器224可以更确实地检测角加速度，例如图20那样以电动机转动轴为基准点对称设置两个加速度传感器224。如果加速度传感器224用于检测图中所示y方向(与加速度检测方向h平行的方向)的直线加速度，图21所示由直线振动时得到正负相等的输出，而对此在转动时却得到正负不同的输出，能够很容易地加以区别。图21(a)表示直线加速度(y方向的横振动)时的输出，加速度传感器1，2的输出u12，图21(b)表示旋转动加速度(扭矩振动)时的输出，u1表示加速度传感器1的输出，u2表示加速度传感器2的输出，其中横坐标为时间t，纵坐标为加速度传感器输出U。
在以上说明的本发明控制棒驱动机构上，根据本发明由于可以从外部轭铁圈的上方，沿着外部轭铁的内面，一边滑动一边将外部磁铁装入外部轭铁圈，可以很容易地安装到磁铁的轭铁上，可以缩短制造工序，降低制造费用。另外，与从外部轭铁的下方进行装入的情况不同，可以将外部轭铁与其下部的凸缘一体构成，可以提高外部轭铁的强度，同时由于构造简单可以降低制造费用。
根据本发明除保持上述特点外还可以灵活地决定轴承的尺寸。
本发明中通过判定控制棒驱动机构的升降装置的负荷量，可以判断上述升降机构内的损耗退化状态，燃料控制棒的歪斜以及安装状态等没有异常，以及原子反应堆没有停止，由此可以提高机械设备的稳固性和运转性。
而且，本发明中可以很容易进行该诊断。
本发明中针对控制棒驱动机构的关堆时的冲击载重以及地震载重也可以保持磁铁的稳固性。
本发明中判定磁铁的磁力退化程度、检测磁耦合的滑动产生等诊断磁耦合及控制棒驱动机构的稳固性，可以很容易在原子反应堆运转状态下进行。而且由于磁传感器可以简单地进行装拆，所以在退化和产生故障时可以很容易地进行更换和修理。
本发明中通过使用滑动轴承，对于控制棒驱动机构关堆时的冲击载重及地震载重，可期望具有保持磁铁稳固性的效果，而且，通过滚动轴承可以灵活地决定尺寸。
根据本发明进行第1磁铁的旋转位置检测，通过与第2磁铁的旋转位置相比较，可以检测出磁耦合的滑动，可以进一步提高机械设备的可靠性。
本发明通过在电动机电流·电压的位相差、电流值以及在电动机壳体等产生的扭转、变形等的变化检测伴随滑动在磁耦合上产生的扭矩，可以检测出滑动，其结果可以进一步地提高机构设备的可靠性。