位置計測装置
【課題】高温・高圧・放射線被爆環境下でメンテナンスフリー且つ長寿命な位置計測装置を提供する。
【解決手段】回転することによって位置計測対象物を移動させる回転軸５に取り付けられた回転磁心４と、隔壁１を介して回転軸５の近傍の固定部に設けられ回転軸５の所定の回転位置において回転磁心４とともに磁気回路を形成する固定側磁心３と、固定側磁心３に巻装された検出コイル２と、検出コイル２に誘起される電圧の変化する回数を計数する信号処理部６とを備えている構成とする。
【解決手段】回転することによって位置計測対象物を移動させる回転軸５に取り付けられた回転磁心４と、隔壁１を介して回転軸５の近傍の固定部に設けられ回転軸５の所定の回転位置において回転磁心４とともに磁気回路を形成する固定側磁心３と、固定側磁心３に巻装された検出コイル２と、検出コイル２に誘起される電圧の変化する回数を計数する信号処理部６とを備えている構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉の制御棒駆動機構等に備えられる位置計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉等の高温・高圧・放射線被爆環境下に設けられる位置計測装置で高寿命・メンテナンスフリーな装置は実用化されておらず、現在は過酷な環境下から高温高圧シール機構を介して移動体シャフトを常温・常圧環境下へ取り出して位置計測装置を設けている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平４−２７８４９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、高温・高圧・放射線被爆環境下でメンテナンスフリー且つ長寿命な位置計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために本発明は、回転することによって位置計測対象物を移動させる回転軸に取り付けられた回転磁心と、隔壁を介して前記回転軸の近傍の固定部に設けられ前記回転軸の所定の回転位置において前記回転磁心とともに磁気回路を形成する固定側磁心と、前記固定側磁心に巻装された検出コイルと、前記検出コイルに誘起される電圧の変化する回数を計数する信号処理部とを備えている構成とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、高温・高圧・放射線被爆環境下でメンテナンスフリー且つ長寿命な位置計測装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を図１と図２を参照して説明する。本実施の形態の位置計測装置は、図１に示すように、検出コイル２を巻装し固定部に設けられたコの字状の固定側磁心３、および固定側磁心３と圧力隔壁構造部材１を挟んだ形でＩ字型の回転磁心４を備え、回転磁心４は回転軸５に取り付けられている。回転軸５は、図示していない位置計測すべき部材に連結されている。
【０００７】
この回転軸５が回転することにより、固定側磁心３と回転磁心４で形成される磁気回路が図１（ａ），（ｂ）あるいは（ｃ），（ｄ）に示すように開閉する。このときの検出コイル２のインダクタンスの変化を図２に示す交流ブリッジ回路６の出力電圧として、フィルター（ＢＰＦ）付きアンプ１３とＡＣ／ＤＣ変換する処理回路１４を介して、電圧値変位点を計数カウントする計数回路１５で計測する。交流ブリッジ６を駆動する発振器１２の周波数は回転軸５を駆動する電力の周波数（多くの場合商用周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）とは離れた周波数を選定することでＳ／Ｎ比を向上させることができる。フィルター（ＢＰＦ）付きアンプ１３でさらに向上させる。
【０００８】
発振器１２より高周波電圧が交流ブリッジ回路６に送られ、出力信号電圧が極小又は極大になる所（磁気回路が固定側磁心３と回転磁心４によって開または閉）でバランス状態になるようブリッジ抵抗８，１０及びブリッジコイル９を選定したとき、回転軸５が回転し磁気回路が開から閉になると、検出コイル２のインダクタンス値が増大し交流ブリッジ回路６のバランスが崩れ交流ブリッジ回路出力に電圧変化が起こる。この電圧変化の回数を計数回路１５によってカウントすることにより回転軸５の回転数を計測する。
【０００９】
本実施の形態の位置計測装置は以上のような構成および動作によって、高温高圧シール機構が無くても高温・高圧・放射線被爆環境下での位置計測を高寿命・メンテナンスフリーで行うことができる。
【００１０】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は、図１に示したＩ字型の回転磁心４を永久磁石によって構成する。磁心４として、コの字状の固定側磁心３との磁気回路閉状態で固定側磁心３が磁気飽和を起こすような起磁力を持った永久磁石を用いる。このような構成によって、磁気回路閉状態による固定側磁心３の磁気飽和状態が回転軸５の一回転毎に現れ、検出コイル２のインダクタンス値に変化が現れ回転数を検出する信号を得ることができる。
【００１１】
（第３の実施の形態）
本実施の形態は、図３に示すように、コの字状の固定側磁心３およびＩの字状の回転磁心と数度ないし数十度の位相角を持たせてコの字状の固定側磁心２ａおよびＩの字状の回転磁心３ａを設け、検出コイル２と２ａを直列に接続し図２に示した交流ブリッジ６の検出コイル２のところに接続する。
【００１２】
この構成において、回転軸５が回転すると、コイル２開・コイル２ａ開→コイル２閉・コイル２ａ開→コイル２閉・コイル２ａ閉→コイル２開・コイル２ａ閉→初期状態と変化し、逆回転であると上記矢印が逆になる。このとき、コイル２・コイル２ａの閉状態・開状態のインダクタンス値を適切に設定しておくことによって、回転による交流ブリッジ回路６の出力電圧発生波形パターンが変わり計測位置の変化方向を知ることができる。
【００１３】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態の位置計測装置は、図１に示した構成のほかに、図４に示すように、原点検出用検出コイル２ｂを巻装したコの字状の原点検出用固定側磁心３ｂと圧力隔壁構造部材１を挟んで、円筒状磁心７を軸方向移動回転軸５ａに取り付けた構成を有する。軸方向移動回転軸５ａは、図１に示した回転軸５に連結されている。円筒状磁心７の形状は回転軸５ａを周回する円筒形状である。検出コイル２と検出コイル２ｂを直列に接続して図２に示した交流ブリッジ回路６の検出コイル２の代りに接続する。通常の位置計測範囲では第１の実施の形態と同じ動作を行い、固定側磁心３と回転磁心４からなる磁気回路の開閉による２位置電圧出力が交流ブリッジ回路６から出力される。原点到達時には固定側磁心３ｂと円筒状磁心７が磁気回路閉になるため、通常電圧とは異なる電圧値がバイアスされる。このバイアス電圧を監視することで原点位置を確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１および第２の実施の形態の位置計測装置に備えられる位置信号検出部の構成を示し、（ａ）は磁路閉状態を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図、（ｃ）は磁路開状態を示す縦断面図、（ｄ）は（ｃ）のｄ−ｄ線に沿う断面図。
【図２】本発明の第１ないし第４の実施の形態の位置計測装置に備えられる信号処理部の構成を示す回路図およびブロック図。
【図３】本発明の第３の実施の形態の位置計測装置に備えられる位置信号検出部の構成を示す断面図。
【図４】本発明の第４の実施の形態の位置計測装置に備えられる位置信号検出部の構成を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図。
【符号の説明】
【００１５】
１，２ｂ…圧力隔壁構造部材、２，２ａ，２ｂ…検出コイル、３，３ａ，３ｂ…固定側磁心、４，４ａ…回転磁心、５，５ａ…回転軸、６…交流ブリッジ回路、７…円筒状磁心、８，１０…ブリッジ抵抗、９…ブリッジコイル、１２…発振器、１３…フィルター付きアンプ、１４…処理回路、１５…計数回路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉の制御棒駆動機構等に備えられる位置計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉等の高温・高圧・放射線被爆環境下に設けられる位置計測装置で高寿命・メンテナンスフリーな装置は実用化されておらず、現在は過酷な環境下から高温高圧シール機構を介して移動体シャフトを常温・常圧環境下へ取り出して位置計測装置を設けている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平４−２７８４９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、高温・高圧・放射線被爆環境下でメンテナンスフリー且つ長寿命な位置計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために本発明は、回転することによって位置計測対象物を移動させる回転軸に取り付けられた回転磁心と、隔壁を介して前記回転軸の近傍の固定部に設けられ前記回転軸の所定の回転位置において前記回転磁心とともに磁気回路を形成する固定側磁心と、前記固定側磁心に巻装された検出コイルと、前記検出コイルに誘起される電圧の変化する回数を計数する信号処理部とを備えている構成とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、高温・高圧・放射線被爆環境下でメンテナンスフリー且つ長寿命な位置計測装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態を図１と図２を参照して説明する。本実施の形態の位置計測装置は、図１に示すように、検出コイル２を巻装し固定部に設けられたコの字状の固定側磁心３、および固定側磁心３と圧力隔壁構造部材１を挟んだ形でＩ字型の回転磁心４を備え、回転磁心４は回転軸５に取り付けられている。回転軸５は、図示していない位置計測すべき部材に連結されている。
【０００７】
この回転軸５が回転することにより、固定側磁心３と回転磁心４で形成される磁気回路が図１（ａ），（ｂ）あるいは（ｃ），（ｄ）に示すように開閉する。このときの検出コイル２のインダクタンスの変化を図２に示す交流ブリッジ回路６の出力電圧として、フィルター（ＢＰＦ）付きアンプ１３とＡＣ／ＤＣ変換する処理回路１４を介して、電圧値変位点を計数カウントする計数回路１５で計測する。交流ブリッジ６を駆動する発振器１２の周波数は回転軸５を駆動する電力の周波数（多くの場合商用周波数５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）とは離れた周波数を選定することでＳ／Ｎ比を向上させることができる。フィルター（ＢＰＦ）付きアンプ１３でさらに向上させる。
【０００８】
発振器１２より高周波電圧が交流ブリッジ回路６に送られ、出力信号電圧が極小又は極大になる所（磁気回路が固定側磁心３と回転磁心４によって開または閉）でバランス状態になるようブリッジ抵抗８，１０及びブリッジコイル９を選定したとき、回転軸５が回転し磁気回路が開から閉になると、検出コイル２のインダクタンス値が増大し交流ブリッジ回路６のバランスが崩れ交流ブリッジ回路出力に電圧変化が起こる。この電圧変化の回数を計数回路１５によってカウントすることにより回転軸５の回転数を計測する。
【０００９】
本実施の形態の位置計測装置は以上のような構成および動作によって、高温高圧シール機構が無くても高温・高圧・放射線被爆環境下での位置計測を高寿命・メンテナンスフリーで行うことができる。
【００１０】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は、図１に示したＩ字型の回転磁心４を永久磁石によって構成する。磁心４として、コの字状の固定側磁心３との磁気回路閉状態で固定側磁心３が磁気飽和を起こすような起磁力を持った永久磁石を用いる。このような構成によって、磁気回路閉状態による固定側磁心３の磁気飽和状態が回転軸５の一回転毎に現れ、検出コイル２のインダクタンス値に変化が現れ回転数を検出する信号を得ることができる。
【００１１】
（第３の実施の形態）
本実施の形態は、図３に示すように、コの字状の固定側磁心３およびＩの字状の回転磁心と数度ないし数十度の位相角を持たせてコの字状の固定側磁心２ａおよびＩの字状の回転磁心３ａを設け、検出コイル２と２ａを直列に接続し図２に示した交流ブリッジ６の検出コイル２のところに接続する。
【００１２】
この構成において、回転軸５が回転すると、コイル２開・コイル２ａ開→コイル２閉・コイル２ａ開→コイル２閉・コイル２ａ閉→コイル２開・コイル２ａ閉→初期状態と変化し、逆回転であると上記矢印が逆になる。このとき、コイル２・コイル２ａの閉状態・開状態のインダクタンス値を適切に設定しておくことによって、回転による交流ブリッジ回路６の出力電圧発生波形パターンが変わり計測位置の変化方向を知ることができる。
【００１３】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態の位置計測装置は、図１に示した構成のほかに、図４に示すように、原点検出用検出コイル２ｂを巻装したコの字状の原点検出用固定側磁心３ｂと圧力隔壁構造部材１を挟んで、円筒状磁心７を軸方向移動回転軸５ａに取り付けた構成を有する。軸方向移動回転軸５ａは、図１に示した回転軸５に連結されている。円筒状磁心７の形状は回転軸５ａを周回する円筒形状である。検出コイル２と検出コイル２ｂを直列に接続して図２に示した交流ブリッジ回路６の検出コイル２の代りに接続する。通常の位置計測範囲では第１の実施の形態と同じ動作を行い、固定側磁心３と回転磁心４からなる磁気回路の開閉による２位置電圧出力が交流ブリッジ回路６から出力される。原点到達時には固定側磁心３ｂと円筒状磁心７が磁気回路閉になるため、通常電圧とは異なる電圧値がバイアスされる。このバイアス電圧を監視することで原点位置を確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１および第２の実施の形態の位置計測装置に備えられる位置信号検出部の構成を示し、（ａ）は磁路閉状態を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図、（ｃ）は磁路開状態を示す縦断面図、（ｄ）は（ｃ）のｄ−ｄ線に沿う断面図。
【図２】本発明の第１ないし第４の実施の形態の位置計測装置に備えられる信号処理部の構成を示す回路図およびブロック図。
【図３】本発明の第３の実施の形態の位置計測装置に備えられる位置信号検出部の構成を示す断面図。
【図４】本発明の第４の実施の形態の位置計測装置に備えられる位置信号検出部の構成を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図。
【符号の説明】
【００１５】
１，２ｂ…圧力隔壁構造部材、２，２ａ，２ｂ…検出コイル、３，３ａ，３ｂ…固定側磁心、４，４ａ…回転磁心、５，５ａ…回転軸、６…交流ブリッジ回路、７…円筒状磁心、８，１０…ブリッジ抵抗、９…ブリッジコイル、１２…発振器、１３…フィルター付きアンプ、１４…処理回路、１５…計数回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転することによって位置計測対象物を移動させる回転軸に取り付けられた回転磁心と、隔壁を介して前記回転軸の近傍の固定部に設けられ前記回転軸の所定の回転位置において前記回転磁心とともに磁気回路を形成する固定側磁心と、前記固定側磁心に巻装された検出コイルと、前記検出コイルに誘起される電圧の変化する回数を計数する信号処理部とを備えていることを特徴とする位置計測装置。
【請求項２】
前記信号処理部は前記検出コイルと一辺とする交流ブリッジ回路を備え、前記交流ブリッジ回路の動作周波数を商用周波数及びその倍数の周波数とは離れた周波数とし、前記交流ブリッジ回路の出力回路に前記動作周波数のバンドパスフィルターを設けたことを特徴とする請求項１記載の位置計測装置。
【請求項３】
前記回転磁心は、前記固定側磁心とともに形成される磁気回路の閉時に前記固定側磁心を磁気飽和させる磁気力を持つ永久磁石で構成されていることを特徴とする請求項１記載の位置計測装置。
【請求項４】
前記検出コイルを巻装された固定側磁心および前記回転磁心は前記回転軸の回転方向に位相差をもって２組設けられ、前記２つの検出コイルは直列に接続されていることを特徴とする請求項１記載の位置計測装置。
【請求項５】
前記回転軸または前記回転軸に連結されて軸方向に移動する軸方向移動回転軸に取り付けられた円筒状磁心と、隔壁を介して前記回転軸または前記軸方向移動回転軸の近傍の固定部に設けられ前記回転軸または前記軸方向移動回転軸が軸方向に移動して所定の軸方向位置にきた時に前記円筒状磁心とともに磁気回路を形成する原点検出用固定側磁心と、前記原点検出用固定側磁心に巻装され前記検出コイルと直列接続された原点検出用検出コイルとを備えていることを特徴とする請求項１記載の位置計測装置。
【請求項１】
回転することによって位置計測対象物を移動させる回転軸に取り付けられた回転磁心と、隔壁を介して前記回転軸の近傍の固定部に設けられ前記回転軸の所定の回転位置において前記回転磁心とともに磁気回路を形成する固定側磁心と、前記固定側磁心に巻装された検出コイルと、前記検出コイルに誘起される電圧の変化する回数を計数する信号処理部とを備えていることを特徴とする位置計測装置。
【請求項２】
前記信号処理部は前記検出コイルと一辺とする交流ブリッジ回路を備え、前記交流ブリッジ回路の動作周波数を商用周波数及びその倍数の周波数とは離れた周波数とし、前記交流ブリッジ回路の出力回路に前記動作周波数のバンドパスフィルターを設けたことを特徴とする請求項１記載の位置計測装置。
【請求項３】
前記回転磁心は、前記固定側磁心とともに形成される磁気回路の閉時に前記固定側磁心を磁気飽和させる磁気力を持つ永久磁石で構成されていることを特徴とする請求項１記載の位置計測装置。
【請求項４】
前記検出コイルを巻装された固定側磁心および前記回転磁心は前記回転軸の回転方向に位相差をもって２組設けられ、前記２つの検出コイルは直列に接続されていることを特徴とする請求項１記載の位置計測装置。
【請求項５】
前記回転軸または前記回転軸に連結されて軸方向に移動する軸方向移動回転軸に取り付けられた円筒状磁心と、隔壁を介して前記回転軸または前記軸方向移動回転軸の近傍の固定部に設けられ前記回転軸または前記軸方向移動回転軸が軸方向に移動して所定の軸方向位置にきた時に前記円筒状磁心とともに磁気回路を形成する原点検出用固定側磁心と、前記原点検出用固定側磁心に巻装され前記検出コイルと直列接続された原点検出用検出コイルとを備えていることを特徴とする請求項１記載の位置計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−２８４２９９（Ｐ２００６−２８４２９９Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１０２８６０（Ｐ２００５−１０２８６０）
【出願日】平成１７年３月３１日（２００５．３．３１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月３１日（２００５．３．３１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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