特許 7383108 原子力環境において制御ドラム装置と併用可能な回転装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-09

(45)【発行日】2023-11-17

(54)【発明の名称】原子力環境において制御ドラム装置と併用可能な回転装置

(51)【国際特許分類】

   G21C 7/14 20060101AFI20231110BHJP

【ＦＩ】

G21C7/14 800

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2022202403

(22)【出願日】2022-12-19

(62)【分割の表示】P 2020529729の分割

【原出願日】2018-11-01

(65)【公開番号】P2023040028

(43)【公開日】2023-03-22

【審査請求日】2022-12-19

(31)【優先権主張番号】15/830,632

(32)【優先日】2017-12-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】501010395

【氏名又は名称】ウエスチングハウス・エレクトリック・カンパニー・エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100091568

【弁理士】

【氏名又は名称】市位 嘉宏

(72)【発明者】

【氏名】ライオンズ、ジョン、エル

(72)【発明者】

【氏名】アラファト、ヤシール

(72)【発明者】

【氏名】ヴァン・ウィク、ジュリエ

(72)【発明者】

【氏名】チェーニアク、ルーク、ディー

(72)【発明者】

【氏名】ヤンケル、ジェームズ、エル

(72)【発明者】

【氏名】ヘイゼル、マシュー、アール

【審査官】右▲高▼ 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１６－５１５１９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平４－３２０９９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平８－１２９０９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２４８４５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２４７５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ２１Ｃ ７／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

原子力環境において制御ドラム装置（６、１０６）と併用可能な回転装置（４、１０４）であって、当該制御ドラム装置は、水平な回転軸（２０、１２０）を中心として回転可能なシャフト（１２、１１２）と、当該シャフト上に位置する反射材（１６、１１６）と、当該シャフト上に位置する吸収材（１８、１１８）と、通電されると当該シャフトを、当該反射材が当該原子力環境の炉心（２２）に対向する運転位置と当該吸収材が当該炉心に対向する停止位置との間で回転させるように作動可能なモータ（２４、１２４）とを有し、
当該回転装置は、
当該運転位置にある当該シャフトに、当該停止位置の方へ回転させる力を印加するように構成された回転機構（３０、１３０）であって、当該モータが、通電状態にあるときは当該印加力に逆らう力を発生して当該シャフトが当該運転位置に保持されるようにするが、非通電状態のときは当該印加力に逆らう力を発生しないことを特徴とする回転機構（３０、１３０）と、
回転制御システム（３２、１３２）とを具備するものであり、
当該回転制御システムは、
当該シャフト（１２、１１２）上に位置し、中実部（６６、１６６）と多数の半径方向フィン（６４）とを有する導電性構造体（６０、１６０）と、
一対の磁石（５４、１５４）とを具備するものであり、
当該シャフト（１２、１１２）が当該運転位置にあることに応じて、当該一対の磁石（５４、１５４）の間には当該フィン（６４）が位置し、
当該シャフト（１２、１１２）が当該停止位置にあることに応じて、当該一対の磁石（５４、１５４）の間には当該中実部（６６、１６６）が位置し、
当該中実部（６６、１６６）が当該一対の磁石（５４、１５４）の間の空間を通り抜けることに応じて当該中実部に渦電流が誘起されることにより、当該シャフト（１２、１１２）の回転が遅くなる
ことを特徴とする回転装置（４、１０４）。

【請求項2】

前記回転機構（３０）は、前記シャフトに接続され、前記シャフトが前記運転位置にあるときの第１の位置と前記シャフトが前記停止位置にあるときの第２の位置との間を回動できる構成を有するおもり（４０）を備え、当該おもりは、当該第２の位置よりも当該第１の位置にあるときの方が垂直方向に高く、前記モータが非通電状態になると当該第１の位置から当該第２の位置へ重力によって回動可能であることを特徴とする、請求項１の回転装置。

【請求項3】

前記おもりは、重心（４２）が前記回転軸から離隔するように前記シャフトに取り付けられた釣り合いおもりであり、前記シャフトに取り付けられた当該釣り合いおもりは、前記シャフトが前記運転位置にあるときの前記第１の位置と前記シャフトが停止位置にあるときの前記第２の位置との間を前記シャフトと共に回動可能な構成であることを特徴とする、請求項２の回転装置。

【請求項4】

前記重心は、前記第２の位置にあるとき、前記回転軸と垂直方向に一直線に並び、前記回転軸の下方に位置することを特徴とする、請求項３の回転装置。

【請求項5】

前記回転機構はさらに、一対の磁石（４４）を含む回転始動器（３４）を具備し、当該磁石対の一方は前記制御ドラム上に位置するように構成され、当該磁石対のもう一方は前記制御ドラムを支持する支持体（１４）上に位置するように構成され、当該磁石対の磁石は、その両極が互いに反対向きになるように、また、前記シャフトが前記運転位置にあるときは前記制御ドラムを前記運転位置から離脱させる方へ付勢するように配置され、前記モータは、通電状態のときは当該磁石の付勢力に逆らう力を発生し、非通電状態のときは当該付勢力に逆らう力を発生しないことを特徴とする、請求項４の回転装置。

【請求項6】

前記回転機構はさらに、前記制御ドラムと、前記制御ドラムを支持する支持体（１１４）との間を延びるばね（１３３）を含む回転始動器（１３４）を具備し、当該ばねは、前記シャフトが前記運転位置にあるとき前記制御ドラムを前記運転位置から離脱する方へ付勢するように配置されており、前記モータは、通電状態のとき当該ばねの付勢力に逆らう力を発生し、非通電状態のときは当該付勢力に逆らう力を発生しないことを特徴とする、請求項１の回転装置。

【請求項7】

前記回転制御システムがさらに、前記停止位置にあるときは前記制御ドラムと係合する構成の固定止め具を具備する、請求項３の回転装置。

【請求項8】

前記回転機構が、前記運転位置にある前記シャフトに前記力を印加して前記シャフトを前記停止位置の方へ付勢するばね（１３３）を含む、請求項１の回転装置。

【請求項9】

前記回転制御システムがさらに、前記停止位置にあるときは前記制御ドラムと係合する構成の固定止め具を具備する、請求項８の回転装置。

【請求項10】

請求項１の回転装置であって、前記回転制御システムはさらに、第１の部分（６８、１６８）および第２の部分（７０、１７０）を有するロック（３８、１３８）を備え、当該第１の部分は、前記制御ドラムおよび前記制御ドラムを支持する支持体（１４、１１４）のうちの一方の上に位置するように構成され、当該第２の部分は、前記制御ドラムおよび当該支持体のうちのもう一方の上に位置するように構成され、当該ロックは、当該第１の部分および当該第２の部分が互いに固定された関係にある施錠位置と、当該第１の部分および当該第２の部分のうちの一方が当該第１の部分および当該第２の部分のうちのもう一方に対して移動可能である解錠位置との間で移動可能な構成であることを特徴とする、請求項１の回転装置。

【請求項11】

前記ロックが前記施錠位置にあるときは前記シャフトは前記停止位置にあり、前記施錠位置にある前記ロックは、前記シャフトを前記停止位置から離脱する方へ回転させないように構成されていることを特徴とする、請求項１０の回転装置。

【請求項12】

前記第１の部分がボルトであり、前記第２の部分がボルト受けであり、前記施錠位置において当該ボルトが当該ボルト受けに嵌合し、前記解錠位置において当該ボルトが当該ボルト受けから離脱していることを特徴とする、請求項１１の回転装置。

【請求項13】

前記ボルト受けが前記シャフトに形成された切欠きであり、前記支持体上に位置する前記ボルトが、前記ボルト受けに嵌合する第１の位置と前記ボルト受けから離脱した第２の位置との間を前記支持体上において移動可能であるように構成されている、請求項１２の回転装置。

【請求項14】

前記ロックがさらに、前記支持体上に位置する構成のアクチュエータ（７２、１７２）を具備し、前記ボルトが当該アクチュエータ上に位置し、当該アクチュエータが前記ボルトを前記第１の位置と前記第２の位置との間で移動させるように作動できるように構成されている、請求項１３の回転装置。

【請求項15】

炉心を有する原子力環境で使用可能であり、請求項１の回転装置を具備する制御ドラム装置（６、１０６）であって、当該制御ドラム装置が、
水平な回転軸（２０、１２０）を中心として回転可能なシャフト（１２、１１２）と、
当該シャフト上に位置する反射材と当該シャフト上に位置する吸収材とを有する制御ドラム（６、１０６）と、
通電されると、当該シャフトを当該反射材が当該炉心に対向する運転位置と当該吸収材が当該炉心に対向する停止位置との間で回転させるように作動可能なモータ（２４、１２４）と
をさらに具備する制御ドラム装置（６、１０６）。

【請求項16】

原子力環境において制御ドラム装置（６、１０６）と併用可能な回転制御システム（３２、１３２）であって、当該制御ドラム装置は、水平な回転軸（２０、１２０）を中心として回転可能なシャフト（１２、１１２）と、当該シャフト上に位置する反射材（１６、１１６）と、当該シャフト上に位置する吸収材（１８、１１８）と、通電されると当該シャフトを、当該反射材が当該原子力環境の炉心に対向する運転位置と当該吸収材が当該炉心に対向する停止位置との間で回転せるように作動可能なモータ（２４、１２４）とを有し、
当該回転制御システムが渦電流制動器を有し、
当該渦電流制動器は、
当該シャフト（１２、１１２）上に位置し、中実部（６６、１６６）と多数の半径方向フィン（６４）とを有する導電性構造体（６０、１６０）と、
一対の磁石（５４、１５４）とを具備するものであり、
当該シャフト（１２、１１２）が当該運転位置にあることに応じて、当該一対の磁石（５４、１５４）の間には当該フィン（６４）が位置し、
当該シャフト（１２、１１２）が当該停止位置にあることに応じて、当該一対の磁石（５４、１５４）の間には当該中実部（６６、１６６）が位置し、
当該中実部（６６、１６６）が当該一対の磁石（５４、１５４）の間の空間を通り抜けることに応じて当該中実部に渦電流が誘起されることにより、当該シャフト（１２、１１２）の回転が遅くなり、
当該回転制御システムがさらに、
アクチュエータ（７２、１７２）と、
当該アクチュエータ上に位置するボルト（６８、１６８）とを有し、
当該アクチュエータが、当該ボルトを、当該停止位置にある当該シャフトと係合する第１の位置と当該シャフトと係合しない第２の位置との間で移動させるように作動可能であり、当該ボルトが当該第１の位置において当該シャフトを回転させないように構成されていること
を特徴とする回転制御システム。

【請求項17】

前記ボルトが前記第１の位置において、前記シャフトに形成されたボルト受け（７０、１７０）に嵌合する、請求項１６の回転制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願において開示し特許請求する発明は概して原子力発電機器に関し、具体的には、原子力環境において制御ドラムと併用可能な回転装置に関する。

【背景技術】

【0002】

関連の技術分野において、核分裂炉には多くのタイプのあることが知られている。一般的に、そのような原子炉は、原子炉容器と、その内部に配置される或る量の核分裂性物質と、核分裂反応の反応度を制御する多数の制御構造とより成る。或る特定のタイプの原子炉では、この制御構造は制御棒の形をとる。そのような制御棒は、核分裂性物質の中に挿入する長さを増加させるとそれに応じて核分裂反応の反応度を次第に低下させる吸収材装置として機能する。

【0003】

この制御構造には、ほぼ円筒形の制御ドラムを枢動自在なシャフトに取り付けた別のタイプがある。制御ドラムは反射材と吸収材を含む。シャフトは、運転状態の原子力環境において反射材が原子力環境の炉心に対向するように、回転軸を中心として回転可能である。シャフトを吸収材が炉心に対向するように回転軸を中心として回転させると、原子炉が停止状態に導かれる。例えば、反射材は、運転状態では中性子を反射して炉心の方へ押し戻し、停止状態では中性子を吸収する。このタイプの制御ドラムは所期の目的達成に概して有効であるが、それなりの制約もある。

【0004】

そのような制御ドラムは、作動に電力を必要とするステッピングモータによって回転させるのが一般的である。原子炉の緊急停止が望まれる状況で、ステッピングモータを作動させ制御ドラムを停止位置へ移動させるための電力が喪われると、破局的な状況に陥る虞がある。また、原子力環境を或る場所から別の場所へ物理的に輸送できる場合には、原子炉の意図しない起動を防止するために、制御ドラムの吸収材を確実に炉心に対向させるのが望ましい。制御ドラムの反射材が、不測の事態により、炉心に完全にまたは部分的に対向する位置に移動した場合、そうした原子炉の意図しない起動が起こる可能性がある。制御ドラムを制御するステッピングモータは一般的に、反射材が炉心と対向しないように制御ドラムの配向を維持することができるが、そのようなステッピングモータへの電力の供給が喪われると、制御ドラムが制御不能になる可能性があり、或る場所から別の場所への原子力環境の輸送はそうした電力喪失の有意な可能性を伴う。したがって、改善策が望まれる。

【発明の概要】

【0005】

原子力環境において制御ドラムと併用可能な改良型回転装置について説明する。当該制御ドラムは、水平な回転軸を中心として回転可能なシャフトに取り付けられ、吸収材と反射材とを含む。当該回転装置は、運転位置にある当該シャフトに、停止位置の方へ回転させる力を印加する構成の回転機構を含み、モータが通電状態のときはこの印加力に逆らう力を当該モータが発生して、当該シャフトが当該運転位置に保持されるようにする。当該モータは、非通電状態のときは、この印加力に逆らう力を発生しない。当該回転装置は、当該シャフトの回転を抑制する回転制御システムをさらに含む。

【0006】

したがって、本願において開示し特許請求する発明の一局面は、制御ドラムを運転位置から停止位置へ移動させるための電力の供給が喪われた場合に作動できる回転装置を提供することである。

【0007】

本願において開示し特許請求する発明の別の局面は、電力の供給が喪われても当該制御ドラムを当該停止位置へ迅速に移動させる回転装置を提供することである。

【0008】

本願において開示し特許請求する発明の別の局面は、原子力環境を或る場所から別の場所へ輸送する状況下で電力の供給が喪われた場合でも、当該制御ドラムを当該停止位置に保持することができる回転装置を提供することである。

【0009】

したがって、本願において開示し特許請求する発明の一局面は、原子力環境において、水平な回転軸を中心として回転可能なシャフトと、当該シャフト上に位置する反射材と、当該シャフト上に位置する吸収材と、通電されると当該シャフトを、当該反射材が当該原子力環境の炉心に対向する運転位置と当該吸収材が当該炉心に対向する停止位置との間で回動させるように作動可能なモータとを有する制御ドラム装置と併用可能な改良型回転装置を提供することである。当該回転装置は、概して、当該運転位置にある当該シャフトに、当該停止位置の方へ回転させる力を印加する構成の回転機構であって、当該モータが、通電状態にあるときは当該印加力に逆らう力を発生して当該シャフトが当該運転位置に保持されるようにするが、非通電状態にあるときは当該印加力に逆らう力を発生しないことを特徴とする回転機構と、当該シャフトが当該停止位置にあるときは当該シャフトを回転させないように構成された回転制御システムとを含むと言える。

【0010】

本願において開示し特許請求する発明の他の局面は、原子力環境において、水平な回転軸を中心として回転可能なシャフトと、当該シャフト上に位置する反射材と、当該シャフト上に位置する吸収材と、通電されると当該シャフトを、当該反射材が当該原子力環境の炉心に対向する運転位置と当該吸収材が当該炉心に対向する停止位置との間で回動させるように作動可能なモータとを有する制御ドラム装置と併用可能な改良型回転制御システムにより提供される。当該回転制御システムは、概して、アクチュエータと、当該アクチュエータ上に位置するボルトとを有し、当該アクチュエータが、当該ボルトを、当該停止位置にある当該シャフトと係合する第１の位置と当該シャフトと係合しない第２の位置との間で移動させるように作動可能であり、当該ボルトが当該第１の位置にあるときは当該シャフトを回転させないように構成されていると言える。

【図面の簡単な説明】

【0011】

本願において開示し特許請求する発明の詳細を、添付の図面を参照して以下に説明する。

【0012】

【図1】本願において開示し特許請求する発明の第１の実施態様に基づく、改良型回転装置を有する改良型制御ドラム装置を、運転位置にある状態で示す斜視図である。

【0013】

【図2】制御ドラム装置が停止位置にある点を除き、図１に類似する図である。

【0014】

【図3】図１の制御ドラム装置の一部を示す図である。

【0015】

【図4】制御ドラム装置の一部が停止位置にある点を除き、図３に類似する図である。

【0016】

【図5】図１の制御ドラム装置の別の部分を示す図である。

【0017】

【図6】制御ドラム装置の別の部分が停止位置にある点を除き、図５に類似する図である。

【0018】

【図7】本願において開示し特許請求する発明の第２の実施態様に基づく、改良型回転装置を有する別の改良型制御ドラム装置を、運転位置にある状態で示す斜視図である。

【0019】

【図8】図７の別の制御ドラム装置の一部を示す図である。

【0020】

【図9】別の制御ドラム装置の一部が停止位置にある点を除き、図８に類似する図である。

【0021】

【図10】図７の別の制御ドラム装置の別の部分を示す図である。

【0022】

【図11】別の制御ドラム装置の別の部分が停止位置にある点を除き、図１０に類似する図である。

【0023】

同じ参照番号は、本明細書を通して同じ部分を指す。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本願において開示し特許請求する発明の第１の実施態様に基づく改良型回転装置４を、改良型制御ドラム装置６の一部として図１、２に示す。制御ドラム装置６は、原子炉および原子力発電所を非限定的な例とする原子力環境８の一部である。

【0025】

図１、２からわかるように、制御ドラム装置６は回転装置４のほかに、制御ドラム１０と、制御ドラム１０を取り付けたシャフト１２とを含むと言える。原子力環境８は、シャフト１２を回転自在に支持する支持体１４を含む。制御ドラム１０は、原子力環境８において、中性子を反射するように構成された反射材１６と、中性子を吸収するように構成された吸収材１８とを含むと言える。シャフト１２は、支持体１４とシャフト１２との間に接続されたステッピングモータ２４の作動により、回転軸２０を中心として回転することができる。

【0026】

ステッピングモータ２４を電気的に作動させることで、シャフト１２およびその上に位置する制御ドラム１０を、図１に略示するような運転位置と図２に略示するような停止位置との間で回転させることができる。図１の運転位置では、反射材１６が概して原子力環境８の炉心２２に対向するため、炉心２２内の核分裂反応の反応度が高まる。図２の停止位置では、吸収材１８が概して炉心２２に対向するため、中性子が吸収されて核分裂反応の反応度が低くなる。

【0027】

制御ドラム装置６は、前述のステッピングモータ２４に加えて、ステッピングモータ２４またはシャフト１２に接続され、回転軸２０を中心とするシャフト１２の回転運動を表す一連のパルスを出力するエンコーダ２７を含む。このパルスは、炉心２２および／または他の構造体に対する制御ドラム１０の回転位置を継続的に把握するために、制御ドラム装置６の制御システムによって検知される。

【0028】

例示する実施態様において、回転軸２０の配向は、参照符号２６で表すように水平方向である。この水平方向２６は、参照符号２８で表す垂直方向と直交することがわかる。

【0029】

回転装置４は、回転機構３０および回転制御システム３２を含むと言える。以下に詳述するように、回転機構３０は、運転位置において、シャフト１２を停止位置の方へ付勢するように当該シャフトに力を印加する。ステッピングモータ２４は、通電中であれば、この付勢力に逆らう力を発生させる。ステッピングモータ２４への電力の供給が喪われるなどしてステッピングモータ２４が非通電状態になると、この付勢力に逆らう力が消滅するため、シャフト１２が回転機構３０の付勢力により図１の運転位置から図２の停止位置へ回転する。ここでは「力」という用語を用いているが、回転可能なシャフト１２にかかるそのような力の発生源は回転軸２０から少し離れたところにあり、その結果、シャフト１２にトルクが発生するから、この「力」という用語は、回転軸１２の文脈において、「トルク」という用語と同じ意味で使用できることがわかる。

【0030】

以下に詳述するように、回転制御システム３２は、回転始動器３４、渦電流制動器３６およびロック３８を含むと言える。同様に以下に詳述するように、回転始動器３４は、シャフト１２の回転を、図１、３、５に略示する運転位置から離脱する方へ始動させる。渦電流制動器３６は、シャフト１２が停止位置に近づくにつれて当該シャフト１２の回転速度を抑制する。ロック３８は、シャフト１２が停止位置から回転して離脱しないようにする。

【0031】

図１～４から理解できるように、回転機構３０は、回転軸２０から離隔した位置に重心４２を有するおもり４０を含むと言える。おもり４０は、シャフト１２に固着され、シャフト１２と共に運転位置と停止位置との間を移動する。重心４２が回転軸２０から離隔した位置にあるため、おもり４０は、シャフト１２に、重力の作用によって、回転軸２０からの重心４２の離隔位置に応じたトルクを加える釣り合いおもりであると言える。例えば、図１、３に示すように、シャフト１２が運転位置にあり、重心４２が回転軸２０の垂直方向直上に位置するときは、シャフト１２にかかるおもり４０の力は垂直下向きの力に限られるため、シャフト１２にトルクはかからない。そのような状況では、おもり４０は回転軸２０の上方で釣り合う状態にあると言える。しかし、重心４２が回転軸２０の直上位置から離脱すると、回転軸２０と重心４２との間の水平方向２６の距離が、おもり４０がシャフト１２に力を及ぼす位置の回転軸２０からの離隔距離となり、シャフト１２にトルクがかかる。

【0032】

したがって、回転始動器３４は、ステッピングモータ２４が非通電状態で運転停止が必要な事態になると、シャフト１２の回転を始動して、図１、３の運転位置から停止位置の方へシャフト１２を回転させる。詳説すると、図３、４からわかるように、回転始動器３４は参照番号４４Ａ、４４Ｂで表す（集合的または個別に参照符号４４で表すことがある）一対の永久磁石を含む。永久磁石４４はそれぞれ、互いに反対側にあるＮ極４６およびＳ極４８を含む。永久磁石４４Ａは、支持体１４に取り付けた支柱５０上に、また、永久磁石４４Ｂは、おもり４０に形成した磁石受け５２内に位置する。永久磁石４４は、シャフト１２が図３の運転位置にあるとき、Ｎ極４６とＳ極４８が互いに反発するような向きに配置構成されている。

【0033】

この点に関して、おもり４０は、シャフト１２が運転位置にあるときは、図３に略示するような第１の位置にあり、シャフト１２が停止位置にあるときは、図４に略示するような第２の位置にあると言える。互いに磁気反発力を及ぼしあう永久磁石４４が平衡状態になる状況の発生を回避するため、シャフト１２が運転位置にあるときの永久磁石４４Ａ、４４Ｂの相対位置を実際には若干ずらして、平衡状態が生じないようにする。その結果、永久磁石４４によりシャフト１２を停止位置の方へ付勢する別のトルクが発生するが、このトルクは、ステッピングモータ２４が、通電状態にある間は、打ち消す。永久磁石４４Ａ、４４Ｂの相対位置のずれは、シャフト１２の回転角にして約５～８度であるが、これは、永久磁石の相対位置が、シャフト１２が運転位置から、場合に応じて、５～８度回転すると、互いに完全に対向するような関係にあることを意味する。図１、３に略示するように、シャフト１２が運転位置にあり、おもり４０が第１の位置にあるとき、永久磁石４４はすでに、互いに回転角にして約５～８度ずれた状態にあるため、ステッピングモータ２４への電力の供給が喪われるやいなや、磁石の相互反発力が、シャフト１２を当初の５～８度の回転角からさらに停止位置の方へ回転させる。

【0034】

図１～４からわかるように、おもり４０の重心４２は、垂直方向２８で見ると、第１の位置（図１、３）のほうが第２の位置（図２、４）よりも高い。シャフト１２は水平方向２６と平行であるため、おもり４０の位置エネルギーは、第１の位置の方が第２の位置より大きく、そのような比較的大きいエネルギーが、制御ドラム１０を取り付けたシャフト１２を運転位置から停止位置へ回転させるにあたり利用される。おもり４０が例示的な第２の位置（図２および４）にあるとき、重心４２は回転軸２０の垂直下方に位置するので、第２の位置における重心４２と第１の位置における重心４２は互いに垂直方向２８において一直線に並ぶ。

【0035】

したがって、通電状態にあるステッピングモータ２４は、おもり４０が第１の位置にあるとき、永久磁石４４の相互反発力がシャフト１２を付勢する力に逆らう力を発生するため、シャフト１２は運転位置に保たれる。しかし、ステッピングモータ２４が非通電状態になると、永久磁石４４によるこの付勢力がシャフト１２の回転を始動して、おもり４０を第１の位置から第２の位置の方へ移動させる。重心４２が回転軸２０から水平方向２６にずれ始めるや否や、おもり４０に作用する重力がシャフト１２を引き続き回転させるため、おもり４０が第２の位置、すなわちシャフト１２の停止位置へ到達する。このように、ステッピングモータ２４への電力の供給が喪われると、おもり４０に作用する重力によってシャフト１２が停止位置へ回転する。

【0036】

しかし、時として運転を緊急に停止する必要がある状況では、シャフト１２をできるだけ迅速に図２の停止位置へ移行させることが望ましい。そのような停止位置への移行は、例えばシャフト１２が停止位置を越えて回転したあと最終的に停止位置に落ち着くまで前進後進を繰り返さないようにすることが望ましい。このため、シャフト１２が停止位置に近づくとシャフトの回転速度を調節する渦電流制動器３６が提供される。

【0037】

詳説すると、渦電流制動器３６は参照符号５４Ａ、５４Ｂで表す（集合的または個別に参照符号５４で表すことがある）一対の永久磁石を含む。永久磁石５４は、それぞれＮ極５６とＳ極５８を有し、Ｎ極５６のうちの１つがＳ極５８のうちの１つと対向するように支持体１４上に配置され、このため、永久磁石５４は互いに引き合う。渦電流制動器３６はまた、シャフト１２と共に回転するように当該シャフトに取り付けられたはずみ車６０を含む。はずみ車６０は、例えばアルミニウム、銅、鋼、または他の適当な導電性材料から作られる。はずみ車６０は、多数の切欠き６２の間に形成した多数の半径方向フィン６４と、切欠き６２のない中実部６６とを有する。本願で用いる表現「多数の」およびその変化形は、広義には、１を含む任意の数量（ゼロは除く）を指す。

【0038】

おもり４０が図３の第１の位置にあるとき、フィン６４の一部は永久磁石５４の間に位置し、中実部６６は永久磁石５４の間の空間から垂直方向２８において上方に離隔したところにある。シャフト１２が図３の運転位置から図４の停止位置に向けて回転すると、一連のフィン６４が順次、永久磁石５４の間の空間を通り抜ける。中実部６６が永久磁石５４の間を通過し始めると、永久磁石５４の磁場（前述のようにＮ極５６とＳ極５８は互いに引き合う配置構成である）によって中実部６６に渦電流が誘起される。レンツの法則によると、中実部６６に誘起される渦電流は永久磁石５４の磁場とは反対向きの独自の磁場を形成するため、そのような反対方向の磁場によってシャフト１２の回転速度が遅くなる。フィン６４は中実部６６に比べて周方向の広がりが小さいので、フィン６４には有意な大きさの渦電流は誘起されない。

【0039】

永久磁石５４の間で中実部６６を回動させてシャフト１２を制動すると、シャフト１２の回転が遅くなるため、シャフト１２をおもり４０の重心４２が垂直方向で最も低くなるところに位置決めすることができる。すなわち、渦電流制動器３６によって中実部６６にかかる制動力は、シャフト１２およびそれに固着した中実部６６の回転速度により直接決まる。シャフト１２の回転速度が遅くなると、磁場による制動力がそれに応じて減少するため、おもり４０は、重心４２が回転軸２０の垂直下方にある最も低い位置へ、その位置を越えたあとでその位置に自然に落ち着くまで前進後進を繰り返したりすることなく、回動する。もっと正確に言えば、中実部６６の速度に応じた永久磁石５４の磁場による制動力が中実部６６の回動を遅くするため、中実部６６がゆっくり回動して到達するのは、本質的に、おもり４０に作用する重力が、おもり４０を重心４２が最も低くなる位置に保持する点であり、重心４２がその最も低くなる位置を越えることはない。このため、シャフト１２は、運転位置から停止位置へ、停止位置の前後で前進後進を繰り返すことなく、迅速に移行し、原子力環境８が迅速に停止するという望ましい結果が得られる。

【0040】

前述のように、回転制御システム３２は、図１、２および図５、６に略示するロック３８をさらに含む。ロック３８は、第１の部分を構成すると言えるボルト６８と、第２の部分を構成すると言える、シャフト１２の表面に形成したボルト受け７０とを含む。ロック３８はさらに、支持体１４に取り付けた線形アクチュエータの形のアクチュエータ７２を含む。この線形アクチュエータは、ボルト６８を、ロック３８の施錠位置に対応する第１の位置（例えば図６に略示）と、ロック３８の解錠位置に対応する第２の位置（例えば図５に略示）との間で移動させるように作動可能である。

【0041】

アクチュエータ７２は電動であるが、ボルト６８は、アクチュエータ７２が通電されない限り第１の位置と第２の位置との間で移動することはない。したがって、シャフト１２を施錠状態にしたければ、シャフト１２を停止位置まで回転させ、アクチュエータ７２に通電してボルト６８を図５の第２の位置から、図６に示す、ボルト６８がボルト受け７０に嵌合する第１の位置へ線形移動させる。ボルト６８は、ボルト受け７０に嵌合すると停止位置から離脱しようとするシャフト１２の回動を抑制する。アクチュエータ７２が通電状態か非通電状態かに拘わらず、ボルト６８は第１の位置に留まる。したがって、シャフト１２は、アクチュエータ７２が通電状態にあるか否かに拘わらず、例えば原子力環境８の輸送時に施錠状態に保持される。シャフトの解錠が望まれる場合、アクチュエータ７２を通電状態にしてボルト６８を図６の第１の位置から図５の第２の位置に戻し、ステッピングモータ２４を通電状態にしてシャフト１２を図６の停止位置から図５の運転位置へ回転させる。

【0042】

したがって、ステッピングモータ２４の電源を喪失した場合に、回転装置４は制御ドラム装置６を運転位置から停止位置へ回転できることがわかる。さらに、ロック３８は、ボルト６８が図６の第１の位置に移動した後、アクチュエータ７２が引き続き通電状態にあるか否かに拘わらず、シャフト１２を図６の施錠位置に保持する。このような特徴の組み合わせは、有利なことに、ステッピングモータ２４への電力の供給が喪われた場合でも必要に応じて原子力環境８を迅速に停止したり、アクチュエータ７２への給電が可能か否かに拘わらずロック３８によって原子力環境８を停止位置に保持したりするのを可能にする。他の恩恵も自明である。

【0043】

改良型制御ドラム装置１０６を図７に示し、その一部を図８～１１に示す。制御ドラム装置１０６は、本願において開示し特許請求する発明の第２の実施態様に基づく改良型回転装置１０４を含む。制御ドラム装置１０６は、支持体１１４上に回転自在に支持されたシャフト１１２に取り付けた制御ドラム１１０が反射材１１６と吸収材１１８を含み、シャフト１１２がステッピングモータ１２４の作動により回転軸１２０を中心として回転できる点で、制御ドラム装置６と類似している。回転装置１０４と回転装置４の相違点は、回転機構１３０および回転制御システム１３２が回転機構３０および回転制御システム３２とは異なることである。

【0044】

詳説すると、回転機構１３０は、支持体１１４とシャフト１１２との間を延びるばね１３３を含む。図８の運転位置において、このばね１３３の撓みによる弾性力は、シャフト１１２を図８の運転位置から図９の停止位置の方へ付勢するが、通電時のステッピングモータ１２４がこの弾性力に逆らう力を発生させる。ばね１３３は、ステッピングモータ１２４が非通電状態になると、シャフト１１２を図８の運転位置から図９の停止位置へ回転させるに必要な力、すなわちトルクをシャフト１１２に加える。したがって、ばね１３３には、回転制御システム１３２の回転始動器１３４としての機能もある。

【0045】

回転装置１０４はさらに、フライホイール１６０と協働できる渦電流制動器１３６を含む。この渦電流制動器１３６は、フライホイール１６０の中実部１６６が渦電流制動器１３６の一対の永久磁石１５４の間に位置するとき、すなわちシャフト１１２が停止位置に到達しようとするときに、シャフト１１２の回転速度を遅くする。

【0046】

例示する実施形態において、ばね１３３は、図９の停止位置では弾性力を発生させるたわみのない自由な状態である。シャフト１１２が停止位置に到達しようとするとき、渦電流制動器１３６は、フライホイール１６０に対してシャフト１１２の回転速度を減らすように作用するため、シャフト１１２は、ばね１３３が弾性力を発生させるたわみのない自由な状態にある停止位置に落ち着く。このため、シャフト１１２が図９の停止位置を越えたり、停止位置の近くで前進後進を繰り返したりすることがなく、シャフト１１２を停止位置に迅速に回動させて、制御ドラム装置１０６が配置された原子力環境１０８を停止できるという利点が得られる。

【0047】

しかしながら、回転機構１３０または回転制御システム１３２若しくはその両方が、例えば、シャフト１１２から半径方向に突出する構造体と、支持体１１４上に固定された止め具とを含む別の実施形態があることを理解されたい。このような幾何学的構成では、シャフト１１２が停止位置にあっても、ばね１３３が依然として弾性的に変形した状態にあり、半径方向に突出する構造体が固定止め具に対して付勢されて、シャフト１１２が図９の停止位置に保持されるようにすることができる。この点に関して、かかるばねを、そのような半径方向に突出する構造体および固定止め具と組み合わせて用いると、渦電流制動器１３６が不要になる可能性があることがわかる。そのようなシナリオは完全に実現可能である。しかしながら、シャフト１１２が停止位置に到達するときのシャフト１１２の回転速度は不明である場合があり、半径方向に突出する構造体が固定止め具に当接して跳ね返り、シャフト１１２が或る程度前後に回動を繰り返す可能性があることがわかる。したがって、渦電流制動器１３６は、そのような半径方向に突出する構造体および固定止め具と組み合わせて使用する価値がある。

【0048】

回転制御システム１３２はさらに、アクチュエータ１７２、ボルト１６８およびボルト受け１７０を含むロック１３８を具備する。詳説すると、アクチュエータは、支持体１１４の第１のブラケット１７２上に位置する線形ステッピングモータ１７６と、支持体１１４の第２のブラケット１７８上に位置する回転自在な座部１８０と、ステッピングモータ１７６と回転自在な座部１８０との間を延びる螺設シャフト１８２とより成る。螺設シャフト１８２上には、ボルト１６８が固着された螺設カラー１８４が螺合している。

【0049】

ステッピングモータ１７６は、通電状態のとき、螺設シャフト１８２を回転させるが、この回転により、螺設カラー１８４が、それに固着されたボルト１６８と共に、第１のブラケット１７４と第２のブラケット１７８との間を螺設シャフト１８２に沿って無回転で並進する。すなわち、螺設シャフト１８２が回転すると、螺設カラー１８４は、シャフト１８２と共に回転せず、シャフト１８２に沿って無回転で並進する。したがって、アクチュエータ１７２を電気的に作動して、ボルト１６８を、ロック１３８の施錠位置（例えば図１１に略示）である第１の位置と、ロック１３８の解錠位置（例えば図１０に略示）である第２の位置との間で移動させることができる。ロック１３８が施錠位置にあるとき、ボルト１６８は、ボルト受け１７０に嵌合した状態にあり、シャフト１１２が回転して図１１の停止位置から離脱しないようにする。ロック１３８が解錠位置にあるとき、ボルト１６８はボルト受け１７０から離脱した状態にあるため、シャフト１１２は図１１の停止位置と図１０の運転位置との間を回転することができる。

【0050】

アクチュエータ１７２は電力が供給されない限り動作を停止するので、例えば制御ドラム装置１０６を配置した原子力環境１０８の輸送中に、アクチュエータ１７２への電力供給の有無にかかわらずシャフト１１２を停止位置に保持すると共に、ロック１３８が施錠位置にある状態でアクチュエータ１７２への電力の供給を停止することが可能である。このようにすると、シャフト１１２が停止位置に保持されるため、原子力環境１０８の意図しない起動が回避されるという利点がある。さらに、回転機構１３０および回転制御システム１３２は、ステッピングモータ１２４への電力の供給が停止した状況で、シャフト１１２を運転位置から停止位置へ非常に短時間で回転させる。これにより、制御ドラム１６０が配置された原子力環境１０８の迅速な停止が可能になる。

【0051】

回転装置１０４に関して本明細書に含まれるあらゆる教示事項は、本発明の趣旨から逸脱することなく、回転装置４に実装できることを理解されたい。この点に関して、本願のあらゆる教示事項を如何なる様式で組み合わせても、本発明の範囲内の有利な回転装置を実現することができる。その他の変形例についても自明である。

【0052】

本発明の特定の実施態様について詳しく説明してきたが、当業者は、本開示書全体の教示するところに照らして、これら詳述した実施態様に対する種々の変更および代替への展開が可能である。したがって、ここに開示した特定の実施態様は説明目的だけのものであり、本発明の範囲を何ら制約せず、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲に記載の全範囲およびその全ての均等物を包含する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】