(57)【要約】【課題】キャンドリラクタンスモータを用いた制御棒駆動機構で制御棒の駆動停止に際して、保持電流が過大にならない状態を検出し、その状態で保持することで、単純，簡単な機構で堅牢，高信頼性とする制御棒駆動システムを提供する。【解決手段】原子炉内の制御棒１２を上下駆動させて原子炉出力を制御する制御棒駆動機構と、その駆動に動力源として採用されたキャンドリラクタンスモータ１ａと、そのキャンドリラクタンスモータ１ａへの動力用電力を供給する三相可変周波数電源６０と、その三相可変周波数電源６０の各三相間の位相差が１２０度、且つそれら各三相のうち一相が相電流零位となる位相状態を検出して、その検出タイミングの電源状態を保持して制御棒を駆動先にて停止，保持する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉内の制御棒を上下駆動する動力源としてのキャンドリラクタンスモータと、
前記キャンドリラクタンスモータの電源として用いられる三相可変周波数電源と、
前記電源の三相の出力電流を測定し、前記三相のうち一相が零位となる出力電流の位相状態を検出する検出手段と、
前記三相の出力電流のうち一相が零位となる位相状態を検出することで出力電流の周波数を零指令とする停止手段とを備えた原子炉の制御棒駆動機構。
【請求項２】
原子炉の制御棒を三相可変周波数電源を電源としたキャンドリラクタンスモータで上下に駆動するに際して、前記電源の電源周波数を上下することで前記キャンドリラクタンスモータの回転数を上下し、また、前記制御棒の駆動停止の際には、前記電源の各相間における１２０°の位相差を保った状態で出力電流の周波数を零として直流状態とした電流を前記電源からキャンドリラクタンスモータへ給電する原子炉の制御棒駆動機構の制御方法において、
前記制御棒の駆動停止の際には、前記出力電流の三相のうち一相が零位となる位相状態を検出したタイミングにて前記直流状態とすることを特徴とする原子炉の制御棒駆動機構の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉の制御棒を駆動する制御棒駆動機構に係わり、特にその駆動に用いる動力源としてキャンドリラクタンスモータを用いた電動式制御棒駆動機構と、その制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉の制御棒を上下に駆動する動力源としてキャンドリラクタンスモータを用いた電動式制御棒駆動機構では、特公昭４３−８７０号公報に記載のように、原子炉の出力を制御する制御棒を原子炉下方から上方に押し上げることで制御棒を炉心から引き抜き、また、スクラム時には上方から自重落下により炉心に挿入する方式が知られている。
【０００３】
この方式では、制御棒を上下に駆動のためにキャンドリラクタンスモータを使用しており、それが制御棒に連結している内部駆動系の上下駆動の動力源となっている。また、内部駆動系に追従する外部駆動系は、内部駆動系とは別の駆動モータを備え、スクラムのための電磁石および内部駆動系の位置検出のための差動トランスで構成されている。
【０００４】
原子炉の制御棒駆動機構における内部駆動系の動力源として用いられるキャンドリラクタンスモータの駆動用の三相可変周波数電源は、電源周波数が低く、図４の時間変化に対する相電流変化を生じている。原子炉の制御棒は常に上下に動いているわけではなく、例えば、原子炉の出力が所望する所定の値になった時点で所定の位置に制御棒を停止させて保持することを行う。その制御棒を所定の位置で停止，保持する場合は、三相可変周波数電源における１２０°の位相差を保った状態で出力電流の周波数を零とし、いわゆる直流状態とした電流を保持することになる。
【０００５】
このように、キャンドリラクタンスモータを用い三相可変周波数電源でこれを駆動する方式は、電源周波数を上下することでキャンドリラクタンスモータの回転数を上下できる上、停止する場合は零周波数とすればよく、単純，簡単な機構であることから堅牢，高信頼性という観点で好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公昭４３−８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、制御棒を停止するタイミングによっては、図５に見られるように、最大電流の通電状態が保持されることになることがある。このようなことがあると、キャンドリラクタンスモータの固定子の発熱が大きくなり、固定子コイルの焼損に至ることが考えられる。
【０００８】
固定子コイルの焼損が生じると、キャンドリラクタンスモータへの通電が妨げられ、制御棒駆動機構を介しての制御棒の所定位置での停止，保持に支障が生じる。
【０００９】
従って、本発明の目的は、原子炉の制御棒を駆動する動力源としてキャンドリラクタンスモータを用いて制御棒駆動機構の堅牢，高信頼性という利点を享受し、更には、制御棒停止保持におけるそのモータの発熱による損傷可能性を低下させて、制御棒駆動機構の堅牢，高信頼性を一層向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的を達成するための原子炉の制御棒駆動機構は、原子炉内の制御棒を上下駆動する動力源としてのキャンドリラクタンスモータと、前記キャンドリラクタンスモータの電源として用いられる三相可変周波数電源と、前記電源の三相の出力電流を測定し、前記三相のうち一相が零位となる出力電流の位相状態を検出する検出手段と、前記三相の出力電流のうち一相が零位となる位相状態を検出することで出力電流の周波数を零指令とする停止手段を有して構成される。
【００１１】
また、その制御棒駆動機構の制御方法は、原子炉の制御棒を三相可変周波数電源を電源としたキャンドリラクタンスモータで上下に駆動するに際して、前記電源の電源周波数を上下することで前記キャンドリラクタンスモータの回転数を上下し、また、前記制御棒の駆動停止の際には、前記電源の各相間における１２０°の位相差を保った状態で出力電流の周波数を零として直流状態とした電流を前記電源からキャンドリラクタンスモータへ給電する原子炉の制御棒駆動機構の制御方法において、前記制御棒の駆動停止の際には、前記出力電流の三相のうち一相が零位となる位相状態を検出したタイミングにて前記直流状態とすることを特徴とする原子炉の制御棒駆動機構の制御方法が採用される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、キャンドリラクタンスモータを用いた制御棒の駆動先位置での停止，保持に際して、電源からキャンドリラクタンスモータへの電流が過大にならない状態とすることができるので、モータの発熱による損傷可能性を低下させて堅牢，高信頼性な原子炉の制御棒駆動機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例を示す制御棒駆動システムの構成図である。
【図２】従来の制御棒駆動機構の構成図である。
【図３】キャンドリラクタンスモータの説明図である。
【図４】三相可変周波数電源のキャンドリラクタンスモータ電流保持状態の説明図である。
【図５】三相可変周波数電源のキャンドリラクタンスモータ電流最大状態の説明図である。
【図６】本発明の実施例による三相可変周波数電源のキャンドリラクタンスモータ電流保持状態の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明の実施例による原子炉の制御棒駆動機構は、原子炉内の制御棒を上下駆動することで原子炉出力を制御する制御棒駆動機構と、これに連結して回転する回転子及びバウンダリを挟んで周囲に設けた固定子鉄心及び固定子コイルとからなるキャンドリラクタンスモータと、キャンドリラクタンスモータに所定の周波数の回転磁界を発生させる三相可変周波数電源と、電源の三相の出力電流を測定し、三相のうち一相が零位となる出力電流の位相状態を検出する検出手段と、制御棒の駆動停止の際には、出力電流の三相のうち一相が零位となる位相状態を検出することで出力電流の周波数を零指令とする停止手段を有する。
【実施例１】
【００１５】
原子炉の電動式制御棒駆動機構は、図１や図２のように、通常駆動時には、キャンドリラクタンスモータ１ａの回転によりボールねじ２を回転させ、その回転をボールナット３により直線駆動に変換し、その直線駆動を制御棒１２に伝達することにより制御棒１２の上下駆動を行っている。
【００１６】
制御棒１２への駆動伝達は、ボールナット３に連結され同時に駆動する下部制御棒駆動軸４，アーマチュア５，ヨーク１８，上部制御棒駆動軸９、および制御棒ラッチ機構１０等により行われる。また、制御棒１２駆動時においてボールねじ２の回転によって、制御棒１２駆動部が共廻りしないように廻り止めすべりキー８が取り付けられている。
【００１７】
制御棒１２へのラッチは、制御棒ラッチ機構１０の下部に一体となっているアーマチュア５が外部駆動系の電磁石１７の励磁によってヨーク１８に吸着され、制御棒ラッチ機構１０が外側に開き、制御棒１２下端のノッチに係合して行われる。アーマチュア５は、スクラムスプリング１４により常に下向きに力が加わっておりヨーク１８へのアーマチュア５の吸着はこれに打ち勝って行われる。また、電磁石１７に負荷される荷重を軽減するために推力軽減リンク７を設置している。
【００１８】
外部駆動系は、内部駆動系に追従するために、電磁石１７，外部系ボールねじ２０，差動トランス１９，駆動変換部２１，外部系駆動モータ１ｂ及び制御棒位置検出器１５ａで構成される。外部駆動系追従のための制御は、ボールナット３に設置された差動トランスコア１９ａの位置を外部駆動系の差動トランス１９により、内部駆動系との相対位置を検出して、その信号により外部系駆動モータ１ｂを駆動する方法をとっている。制御棒１２の位置は外部系駆動モータ１ｂの回転を位置検出器１５ａにより検出する。外部駆動系の電磁石１７は、その励磁によって内部駆動系のヨーク１８とアーマチュア５を吸着させるために設置されている。
【００１９】
スクラムは、電磁石１７の励磁によりヨーク１８に吸引していたアーマチュア５を電磁石１７の励磁解除によって切離し、下方に移動させることにより、それと連結している制御棒ラッチ機構１０を内側に収縮させて係合を解除させ、上方に引き抜かれている制御棒１２を自重落下させることにより行う。スクラム終了時の衝撃力を緩和するため制御棒１２下端にはダッシュラム１１，キャンドパイプ１６には緩衝器１３が設けられている。アーマチュア５には、電磁石１７，励磁解除時におけるヨーク１８からの切離しを円滑に行うため、スクラムスプリング１４により常に下向きの力をかけている。
【００２０】
制御棒駆動機構の駆動システムについて、図１により以下に説明する。
【００２１】
内部駆動系に追従する外部駆動系は、差動トランスによる相対位置変位信号を入力して、外部駆動系の駆動モータ１ｂを駆動する、差動トランス追従コントローラ６１によって差動トランス１９による相対位置変位を零にするよう制御される。これにより、外部駆動系は、内部駆動系の駆動に追従動作する。
【００２２】
一方、外部駆動系の駆動モータ１ｂの出力軸の回転は、回転位置検出器１５によって監視される。外部駆動系が内部駆動系に追従しているので、外部駆動系の回転位置検出器１５の信号が、制御棒位置コントローラ６２に入力され、内部駆動系の位置を検出できるため、内部駆動系が連結する制御棒の位置を監視することができる。
【００２３】
制御棒位置コントローラ６２では、必要に応じて制御棒１２の位置を上下駆動するよう、制御棒１２に連結している内部駆動系の動力源である三相可変周波数電源６０に対して所期の周波数指令を与え、出力電流の周波数を調節し、キャンドリラクタンスモータ１ａの回転数を制御している。
【００２４】
キャンドリラクタンスモータ１ａについて、図３により以下に説明する。
【００２５】
原子炉内の制御棒を上下駆動することで原子炉出力を制御する制御棒駆動機構に連結して回転する回転子５０は磁性材を用い、例えば、周上に４箇所の突極を配置している。回転子５０の周囲には磁性体を用いた薄肉円筒状のバウンダリとなるキャン５１を挟んで、炉外側周囲に設けた固定子鉄心５２及び固定子コイル５３が設けられている。例えば薄い電磁鋼板の積層となる固定子鉄心５２には、例えば２４個所のスロットが設けられ、各スロットには上下２層に固定子コイル５３が納められている。
【００２６】
図３の例では、コイルは重ね巻三相巻線，４極２４スロットとなっている。コイルの三相それぞれの分布が分かるよう、菱形，三角形，バツ印を付けた。固定子コイル５３に三相可変周波数電源を繋ぎ、各相へ１２０°の位相差を有する所定の周波数で電流を通じると、固定子鉄心５２において回転磁界が発生し、磁性体である薄肉のキャン５１を通って、回転子５０に対して回転する起磁力を生じさせることができ、回転子５０が起磁力の回転に同期して回転する。
【００２７】
上記では、キャンドリラクタンスモータの回転を２００ＲＰＭとするには６.６７Ｈｚ、２０ＲＰＭとするには０.６７Ｈｚ、３ＲＰＭとするには０.１Ｈｚという低い周波数の出力電流となる。
【００２８】
図１において、既述のとおり、内部駆動系に追従する外部駆動系は、差動トランス１９による相対位置変位信号を入力して、外部駆動系の駆動モータ１ｂを駆動する、差動トランス追従コントローラ６１によって差動トランス１９による相対位置変位を零にするよう制御される。これにより、外部駆動系は、内部駆動系の駆動に追従動作する。
【００２９】
一方、外部駆動系の駆動モータ１ｂの出力軸の回転は、その出力軸と接続して連動する回転位置検出器１５によって監視される。外部駆動系が内部駆動系に追従しているので、外部駆動系の回転位置検出器１５の信号が、制御棒位置コントローラ６２に入力され、内部駆動系の位置を検出できるため、内部駆動系が連結する制御棒の位置を監視することができる。
【００３０】
制御棒位置コントローラ６２では、必要に応じて制御棒１２の位置を上下駆動するよう、制御棒１２に連結している内部駆動系の動力源である三相可変周波数電源６０に対して所期の周波数指令を与え、出力電流の周波数を調節し、キャンドリラクタンスモータ１ａに交流状態となる電源を供給するが、周波数指令は停止手段６３を途中に介して行われる。
【００３１】
三相可変周波数電源６０としては、例えばＰＷＭ制御方式のインバータ電源であれば、目的とする周波数に応じて直流パルス列の幅や間隔，数をスイッチング調整することで等価的に目的とする正弦波交流を得ることができる。
【００３２】
停止手段６３は、制御棒位置コントローラ６２からの制御棒駆動停止のために各相の電流保持状態とするタイミングを調節する。
【００３３】
停止手段６３は、キャンドリラクタンスモータ１ａに接続される給電線の各相毎に設けた、例えばシャント抵抗器等による電流測定値を常時監視して三相のうち一相が零位となる出力電流の位相状態を検出する位相検出手段６４からの検出信号とともに、制御棒位置コントローラ６２から三相可変周波数電源６０に対する周波数指令値を常時監視しており、この周波数指令値が零の場合、位相検出手段６４からの検出信号入力を待って三相可変周波数電源６０に対して周波数の零指令を与える。
【００３４】
この際、位相検出手段６４からの検出信号が入力されるまで、三相可変周波数電源６０に対しての周波数指令値は保持されることが望ましい。
【００３５】
停止手段６３のタイミング調節について、図６により説明する。図６は、停止手段６３が各相の電流保持状態とするタイミングを示した模式図である。制御棒の通常駆動において、制御棒を所定の位置で停止する場合は、三相可変周波数電源における１２０°の位相差を保った状態での電流を保持することになるが、上記の位相検出手段６４からの検出信号入力を待って三相可変周波数電源６０に対する周波数を零指令とできることから、必ず一つの相が零位となった状態になった状態での電流保持とできる。
【００３６】
このとき、残る二つの相の電流は、最大電流の８６％程に抑制されることになる。キャンドリラクタンスモータ１ａの固定子コイル５３の発熱を考えると、発熱量は、電流の２乗に比例すると考えられるので、最大電流時の７４％程に減少できる。これにより、固定子コイル５３の焼損発生を防ぐことができる。
【００３７】
このように、本実施例では、キャンドリラクタンスモータを用いた制御棒駆動機構の制御棒の駆動先での停止，保持に際して、保持電流が過大にならない状態を検出し、その状態で保持することで、単純，簡単な機構で堅牢，高信頼性な制御棒駆動機構とその制御方法を提供できた。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、原子炉の電動式制御棒駆動機構に利用可能性がある。
【符号の説明】
【００３９】
１ａ  キャンドリラクタンスモータ（内部駆動系モータ）
１２  制御棒
５０  回転子
５１  キャン
５２  固定子鉄心
５３  固定子コイル
６０  三相可変周波数電源
６２  制御棒位置コントローラ
６３  停止手段
６４  位相検出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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