專利名稱:混合式直線磁阻電機(jī)型控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)中的控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種混合式直線磁阻電機(jī)型控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(CRDM)具有按照指令帶動(dòng)控制棒組件在堆芯內(nèi)上、下運(yùn)動(dòng)，保持在指定高度或斷電落棒，完成調(diào)節(jié)反應(yīng)堆反應(yīng)性的功能。電磁原理的控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在國內(nèi)外艦船壓水型核動(dòng)力反應(yīng)堆、核電站反應(yīng)堆及試驗(yàn)研究反應(yīng)堆上已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，主要有兩種類型磁阻馬達(dá)-分裂轉(zhuǎn)子導(dǎo)向絲杠型控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和步進(jìn)式磁力提升型控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。磁阻馬達(dá)-分裂轉(zhuǎn)子導(dǎo)向絲杠型控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由分裂轉(zhuǎn)子、絲杠、加速彈簧、耐壓殼、位置指示器及定子等零部件組成，它安裝在反應(yīng)堆壓力容器頂蓋上，絲杠與控制棒組件連接。當(dāng)定子通電時(shí)，定子電磁場將分裂轉(zhuǎn)子上段轉(zhuǎn)子拉開，使下段框架合攏，帶動(dòng)滾輪與絲杠嚙合。若定子電流頻率> 0，定子旋轉(zhuǎn)磁場帶動(dòng)分裂轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，分裂轉(zhuǎn)子托動(dòng)絲杠(控制棒組件)上、下運(yùn)動(dòng)；若定子電流頻率=0，定子磁場保持分裂轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)，使絲杠(控制棒組件)保持在指定高度。若斷電，定子磁場消失，分裂轉(zhuǎn)子上段合攏，下段框架打開，絲杠(控制棒組件)脫離滾輪嚙合后在重力和加速彈簧力作用下快速落棒。
步進(jìn)式磁力提升型控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由線圈組件、耐壓殼、鉤爪組件、驅(qū)動(dòng)軸及位置指示器等零部件組成，鉤爪組件支撐在耐壓殼下部的內(nèi)端面上，它與套在耐壓殼外面的線圈組件的三個(gè)工作線圈相對應(yīng)，構(gòu)成磁回路。三個(gè)工作線圈中上部是提升線圈，中部為移動(dòng)線圈，下部是保持線圈。當(dāng)三個(gè)工作線圈按設(shè)計(jì)程序通直流電時(shí)，裝在鉤爪組件中的三對磁極和銜鐵相應(yīng)地被感應(yīng)而吸合，帶動(dòng)兩組鉤爪與驅(qū)動(dòng)軸部件的環(huán)形槽交替嚙合，從而使驅(qū)動(dòng)軸部件帶動(dòng)控制棒組件向上或向下步進(jìn)移動(dòng)；當(dāng)三個(gè)工作線圈都斷電時(shí)，控制棒靠重力下落而插入堆底。
上述兩種類型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)均需要中間轉(zhuǎn)換裝置，才能將電磁力轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高；單一采用導(dǎo)磁或非導(dǎo)磁材料的耐壓殼結(jié)構(gòu)，使機(jī)構(gòu)中存在漏磁較大或有效氣隙較長的問題，大幅降低了輸出電磁力幅值；電磁力是分別通過分裂轉(zhuǎn)子與絲杠嚙合、鉤爪與環(huán)形槽嚙合進(jìn)行傳遞的，機(jī)械傳動(dòng)效率較低、機(jī)械摩損大；傳動(dòng)部件間的機(jī)械接觸，易磨損或?qū)е驴ò衄F(xiàn)象發(fā)生，影響機(jī)構(gòu)運(yùn)行可靠性；單一的電流勵(lì)磁型驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及差分變壓式棒位探測器的采用，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的力/體積(即力密度)較低，在對驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)有小型化特殊要求堆型中的應(yīng)用得到了限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種混合式直線磁阻電機(jī)型控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以克服現(xiàn)有控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)存在的上述不足。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為一種混合式直線磁阻電機(jī)型控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)包括磁致伸縮棒位探測器、耐壓殼、動(dòng)子組件和定子組件；所述耐壓殼由導(dǎo)磁材料與非導(dǎo)磁材料交替排列構(gòu)成；所述動(dòng)子組件包括驅(qū)動(dòng)桿和動(dòng)子，其中動(dòng)子為厚壁鋼管，其周向車有環(huán)形槽，驅(qū)動(dòng)桿一端連接動(dòng)子，另一端連接控制棒組件；所述定子組件包括永磁體、磁軛和線圈，其構(gòu)成定子，其中磁軛為環(huán)形結(jié)構(gòu)，其內(nèi)側(cè)開有橫斷面為矩形的環(huán)形槽，環(huán)形槽內(nèi)設(shè)置有線圈，若干個(gè)磁軛和永磁體交替排列，且磁軛兩端的永磁體極性相反；所述磁致伸縮棒位探測器安裝在耐壓殼的底部，動(dòng)子組件設(shè)置在耐壓殼的內(nèi)部，定子組件套裝并固定在耐壓殼的外部，耐壓殼的內(nèi)腔與反應(yīng)堆壓力容器相通。
所述的定子外面設(shè)置有機(jī)殼。
所述的機(jī)殼下部設(shè)置有電連接器。
所述的磁致伸縮棒位探測器包括移動(dòng)磁塊，該移動(dòng)磁塊安裝在動(dòng)子的端部。所述的驅(qū)動(dòng)桿通過可拆接頭與控制棒組件連接。
所述的線圈的相數(shù)大于等于三。
所述的導(dǎo)磁材料牌號(hào)為0Crl3,所述的非導(dǎo)磁材料牌號(hào)為0Crl8Ni9。
所述的耐壓殼上端通過螺栓安裝在反應(yīng)堆壓力容器頂蓋或底部的控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)貫穿件法蘭上。
本發(fā)明所取得的有益效果為
(I)本發(fā)明所述控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將電脈沖信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，不需要任何中間轉(zhuǎn)換裝置，因此大大簡化了其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減小了振動(dòng)和噪音，提高了傳遞效率，降低了其制造成本，減少了運(yùn)動(dòng)過程中的機(jī)械磨損，使驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)更加耐用，易于維護(hù)；
(2)導(dǎo)磁材料與非導(dǎo)磁材料交替排列的耐壓殼結(jié)構(gòu)，解決了單一采用導(dǎo)磁或非導(dǎo)磁材料的耐壓殼結(jié)構(gòu)時(shí)，磁路漏磁較大或有效氣隙較長帶來的輸出電磁力幅值下降的問題，使得驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的力能特性得以提高；
(3)驅(qū)動(dòng)桿與動(dòng)子凸極為整體式結(jié)構(gòu)，在軸向電磁推力的作用下，一同上下動(dòng)作，二者不存在機(jī)械傳動(dòng)關(guān)系，解決了常規(guī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)部件間的機(jī)械損耗問題，也使得驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械傳動(dòng)效率得以提高；
(4)動(dòng)子組件隨磁場位置變化而產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行中傳動(dòng)部件間無機(jī)械接觸，減小了卡棒現(xiàn)象發(fā)生的可能性，使其運(yùn)行可靠性大幅提高；
(5)采用了混合勵(lì)磁型式以及磁致伸縮棒位探測器，提高了驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的力/體積(即力密度)，使其在對驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)有小型化特殊要求的堆型中呈現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。


圖I為本發(fā)明所述混合式直線磁阻電機(jī)型控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖；
圖2為本發(fā)明所述混合式直線磁阻電機(jī)型控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的耐壓殼結(jié)構(gòu)圖；
圖3為本發(fā)明所述混合式直線磁阻電機(jī)型控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)子組件結(jié)構(gòu)圖；
圖4為本發(fā)明所述混合式直線磁阻電機(jī)型控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的定子組件結(jié)構(gòu)圖；
圖中I、磁致伸縮棒位探測器；2、耐壓殼；3、動(dòng)子組件；4、機(jī)殼；5、永磁體；6、磁軛；7、線圈；8、定子組件；9、驅(qū)動(dòng)桿；10、控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)貫穿件法蘭；11、電連接器；12、動(dòng)子。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
本發(fā)明所述混合式直線磁阻電機(jī)型控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在反應(yīng)堆壓力容器頂蓋或底部，如圖I所示，該機(jī)構(gòu)包括棒位探測器組件I、耐壓殼2、動(dòng)子組件3和定子組件8，其中耐壓殼2上端通過螺栓安裝在反應(yīng)堆壓力容器頂蓋或底部的控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)貫穿件法蘭10上，動(dòng)子組件3設(shè)置在耐壓殼2內(nèi)部，定子組件8套裝并固定在耐壓殼2的外部；動(dòng)子組件3與控制棒組件連接；耐壓殼2內(nèi)腔與反應(yīng)堆壓力容器相通，是反應(yīng)堆壓力容器邊界的組成部分，起到支承驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和屏蔽反應(yīng)堆主冷卻水作用；磁致伸縮棒位探測器I安裝在耐壓殼2的底部，用來探測控制棒組件的實(shí)際位置。
如圖2所示，耐壓殼2由導(dǎo)磁材料，如牌號(hào)為0Crl3與非導(dǎo)磁材料，如牌號(hào)為0Crl8Ni9交替排列構(gòu)成，所述的牌號(hào)是即指材料型號(hào)。·
如圖3所示,動(dòng)子組件3包括驅(qū)動(dòng)桿9和動(dòng)子12,其中動(dòng)子12為厚壁鋼管,其周向車有環(huán)形槽，動(dòng)子12上面既無繞組也無永磁體；驅(qū)動(dòng)桿9 一端連接動(dòng)子12，另一端通過可拆接頭連接控制棒組件，磁致伸縮棒位探測器I的移動(dòng)磁塊安裝在動(dòng)子12的端部。
如圖4所不,定子組件8包括機(jī)殼4、永磁體5、磁軛6、線圈7和電連接器11,其中永磁體5、磁軛6、線圈7構(gòu)成定子，其中磁軛6為環(huán)形結(jié)構(gòu)，其內(nèi)側(cè)開有橫斷面為矩形的環(huán)形槽，環(huán)形槽內(nèi)設(shè)置有線圈7，線圈7的相數(shù)大于等于三，若干個(gè)磁軛6和永磁體5交替排列，且磁軛6兩端的永磁體5極性相反；定子外面設(shè)置有機(jī)殼4，提供支撐和保護(hù)作用，電連接器11設(shè)置在機(jī)殼4下部；定子、動(dòng)子16和耐壓殼2構(gòu)成混合式直線磁阻電機(jī)原理的驅(qū)動(dòng)部件，該部件能在高溫高壓強(qiáng)輻照工況下正常運(yùn)行，通過線圈7中的控制電流，即可平穩(wěn)完成控制棒組件的上、下抽插以及掛棒和落棒動(dòng)作，無需中間轉(zhuǎn)換裝置。
本控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行原理為當(dāng)定子某相繞組通電時(shí)，該相勵(lì)磁，并與永磁體建立的空間磁場進(jìn)行矢量疊加，進(jìn)而對該相繞組對應(yīng)的動(dòng)子內(nèi)部的磁場產(chǎn)生加強(qiáng)或削弱的作用。根據(jù)對動(dòng)子內(nèi)部磁場的加強(qiáng)或削弱，將電流方向定義為正和負(fù)。正電流(負(fù)電流)與永磁體建立的磁場相互作用會(huì)產(chǎn)生使動(dòng)子內(nèi)部磁場有增大(減小)趨勢的電磁拉力。按照一定的相序給各相繞組依次通電，則動(dòng)子會(huì)向同一方向步進(jìn)運(yùn)動(dòng)起來；相序相反，則動(dòng)子會(huì)向相反方向步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。這樣便實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的上插和下插功能。在運(yùn)行過程中，當(dāng)給某相通以直流電時(shí)，則動(dòng)子會(huì)懸停在相應(yīng)位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)掛棒動(dòng)作。落棒原理與常規(guī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相似，即當(dāng)繞組斷電時(shí)，動(dòng)子會(huì)依靠自身重力下落到堆底。
本發(fā)明適用于各種壓水反應(yīng)堆，尤其適用于對驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)有小型化特殊要求的堆型中。
權(quán)利要求
1.一種混合式直線磁阻電機(jī)型控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于該機(jī)構(gòu)包括磁致伸縮棒位探測器(I)、耐壓殼(2)、動(dòng)子組件(3)和定子組件(8);所述耐壓殼(2)由導(dǎo)磁材料與非導(dǎo)磁材料交替排列構(gòu)成；所述動(dòng)子組件(3)包括驅(qū)動(dòng)桿(9)和動(dòng)子(12)，其中動(dòng)子(12)為厚壁鋼管，其周向車有環(huán)形槽，驅(qū)動(dòng)桿(9) 一端連接動(dòng)子(12)，另一端連接控制棒組件；所述定子組件(8)包括永磁體(5)、磁軛(6)和線圈(7)，其構(gòu)成定子，其中磁軛(6)為環(huán)形結(jié)構(gòu)，其內(nèi)側(cè)開有橫斷面為矩形的環(huán)形槽，環(huán)形槽內(nèi)設(shè)置有線圈(7)，若干個(gè)磁軛(6)和永磁體(5)交替排列，且磁軛(6)兩端的永磁體(5)極性相反；所述磁致伸縮棒位探測器(I)安裝在耐壓殼(2)的底部，動(dòng)子組件(3)設(shè)置在耐壓殼(2)的內(nèi)部，定子組件(8)套裝并固定在耐壓殼(2)的外部，耐壓殼(2)的內(nèi)腔與反應(yīng)堆壓力容器相通。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的混合式直線磁阻電機(jī)型控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的定子外面設(shè)置有機(jī)殼(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的混合式直線磁阻電機(jī)型控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的機(jī)殼(4)下部設(shè)置有電連接器(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的混合式直線磁阻電機(jī)型控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的磁致伸縮棒位探測器(I)包括移動(dòng)磁塊，該移動(dòng)磁塊安裝在動(dòng)子(12)的端部。
5.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的混合式直線磁阻電機(jī)型控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的驅(qū)動(dòng)桿(9)通過可拆接頭與控制棒組件連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的混合式直線磁阻電機(jī)型控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的線圈(7)的相數(shù)大于等于三。
7.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的混合式直線磁阻電機(jī)型控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的導(dǎo)磁材料牌號(hào)為0Crl3，所述的非導(dǎo)磁材料牌號(hào)為0Crl8Ni9。
8.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的混合式直線磁阻電機(jī)型控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的耐壓殼(2)上端通過螺栓安裝在反應(yīng)堆壓力容器頂蓋或底部的控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)貫穿件法蘭(10)上。
專利摘要
本發(fā)明屬于控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種混合式直線磁阻電機(jī)型控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)的耐壓殼由導(dǎo)磁材料與非導(dǎo)磁材料交替排列構(gòu)成；動(dòng)子組件包括驅(qū)動(dòng)桿和動(dòng)子，動(dòng)子為厚壁鋼管，其周向車有環(huán)形槽，驅(qū)動(dòng)桿一端連接動(dòng)子，另一端連接控制棒組件；定子組件包括永磁體、磁軛和線圈，其中磁軛為環(huán)形結(jié)構(gòu)，其內(nèi)側(cè)開有橫斷面為矩形的環(huán)形槽，環(huán)形槽內(nèi)設(shè)置有線圈，若干個(gè)磁軛和永磁體交替排列，且磁軛兩端的永磁體極性相反；磁致伸縮棒位探測器安裝在耐壓殼的底部，動(dòng)子組件設(shè)置在耐壓殼的內(nèi)部，定子組件套裝并固定在耐壓殼的外部，耐壓殼的內(nèi)腔與反應(yīng)堆壓力容器相通。本發(fā)明將電脈沖信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，不需要任何中間轉(zhuǎn)換裝置。
文檔編號(hào)G21C7/12GKCN102956274SQ201110235575
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月17日
發(fā)明者于天達(dá), 余志偉, 楊方亮, 陳西南, 羅英, 楊柯, 李紅鷹, 彭航, 楊博, 唐向東, 謝細(xì)明, 鄧強(qiáng), 胥春燕, 楊曉晨, 李維, 張智峰 申請人:中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan