JP2526537C - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】 本発明は配管内エネルギー供給システムに関するものであり、例えば熱交換器
等の金属配管内で、検査、修理等の作業を行うマイクロロボットに対して、マイ
クロ波を用いてエネルギーを供給するシステムに用いられるものである。 【０００２】 【従来の技術】 従来、金属配管内、特にその内径が細い管（直径が数ｍｍ程度の管）を分解す
ることなく、検査、修理等を行うことが可能なマイクロロボットの実現が切望さ
れている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】 ところが上述したようなマイクロロボットは実現するためには、従来、マイク
ロロボットを駆動するためのエネルギー供給が問題となっていた。すなわち、一
般的な無線によるエネルギー供給は電磁誘導（低周波数）によって行われている ので、エネルギーの伝送距離がある程度（数ｃｍ程度）限定されてしまい、配管
の接続方法によってはマイクロ波発生源からの移動距離が数ｍにも及ぶマイクロ
ロボットを駆動できないという問題がある。また、マイクロ波発生源とマイクロ
ロボットとを電気結線で接続する方法においては、マイクロロボットは数ｍｍ程
度の直径の配管内を移動して検査、修理等を行う体格の小さなものなので、マイ
クロロボットが電気結線で接続されているとマイクロロボットの移動を妨げてし
まうという問題がある。 【０００４】 そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、配管内に配置された
ロボットの作動を妨げることなく、ロボットに対して的確にエネルギー供給を行
うことが可能な配管内エネルギー供給システムを提供することを目的とするもの
である。 【０００５】 【課題を解決するための手段】 そのため本発明は、 導体で構成され且つ管軸方向からみた断面形状が略円形の配管内にて作動する
ロボットと、 前記配管の管軸に垂直な面内において周方向の電磁界エネルギー分布が均一と
なる伝送形態のマイクロ波を前記配管内に伝送する伝送手段と、 前記ロボットに設けられ、前記マイクロ波の磁力線と垂直に結合するマイクロ
波受信器により受信されたマイクロ波を電力に変換する変換手段と、 前記ロボットに設けられ、前記変換手段からの電力により前記ロボットを駆動
する駆動手段とを備え、 前記伝送手段により伝送されるマイクロ波の周波数ｆは、少なくとも前記ロボ
ットが配置された配管の直径を遮断周波数特性曲線に対応させて得られた周波数
ｆ_sより大きく設定することを特徴とする配管内エネルギー供給システムを採用
するものである。 【０００６】 【作用】 上記構成により、伝送手段からは、少なくともロボットが配置された配管の直
径を遮断周波数特性曲線に対応させて得られた周波数ｆS より大きく設定された
周波数ｆを有するマイクロ波を伝送し、ロボットに構成された変換手段は、この
マイクロ波を受信して電力に変換し、この電力により、駆動手段はロボットを作
動させる。故に、伝送手段からはマイクロ波によりロボットに対してエネルギー
供給を行っているので、伝送手段およびロボットの間に電気結線を用いることな
くエネルギー供給を行うことができる。 【０００７】 また、伝送手段から伝送されるマイクロ波は、少なくともロボットが配置され
た配管の直径を遮断周波数特性曲線に対応させて得られた周波数ｆS より大きく
設定された周波数ｆで伝送されているので、マイクロ波は、ロボットの変換手段
に低損失で伝送させることができる。 さらに、伝送手段が、配管の管軸に垂直な面内において周方向の電磁界エネル
ギー分布が均一となる伝送形態のマイクロ波を伝送することで、ロボットが常時
マイクロ波を受信することができる。 【０００８】 【実施例】 以下、本発明を図に示す実施例に基づいて説明する。 この実施例では、本発明を、異なる内径を有する配管が相互に複数接続された
系において、その配管内を１つのマイクロロボットで移動、作動させるシステム
に適用した場合について説明する。 【０００９】 図１は本発明の一実施例を表す全体構成図である。 図１において、配管３は、後述するマイクロロボット４がその管内で作動する
金属配管（図１は、その断面を示す）であり、任意の内径（最小内径はＤ）を有
する複数の配管３が相互に接続された系となっている。なお、これらの配管の直
径は、みな数ｍｍ程度である。 【００１０】 マイクロ波エネルギー源１は、マイクロロボット４が作動する配管へマイクロ 波（一般的に、その周波数は３ＧＨｚ〜３００ＧＨｚ）を送信するためのエネル
ギー源であり、例えばマイクロロボット４が最小内径Ｄの配管３に配置されてい
る場合には、最小内径Ｄで伝送可能な周波数ｆ＝ｆD（後述する遮断周波数特性
曲線により求められた周波数ｆSDより大きい周波数をｆD とする）でマイクロ波
信号を後述するマイクロ波送信器２へ出力することにより、周波数ｆD を有する
マイクロ波を発生させて、低損失なマイクロ波の伝送を可能とする。 【００１１】 マイクロ波送信器２は、マイクロロボット４が配置された配管の内径に対応し
た周波数ｆを有するマイクロ波を発生するものであり、この際には、金属配管３
自体を理想的な伝送線路として用いることができるので、効率良くマイクロ波を
伝送させることができる。なお、マイクロ波エネルギー源１およびマイクロ波送
信器２は、送信手段に相当するものである。 【００１２】 マイクロロボット４は、配管３内に伝送されたマイクロ波を受信して、アクチ
ュエータ駆動用の電気エネルギーに変換すると共に、この変換した電気エネルギ
ーによって作動する。 【００１３】 ここで、配管内径とマイクロ波の周波数との関係について説明する。図１５は
、マイクロ波を後述するＴＥ0Xモード（具体的にはＴＥ11モード）で伝送する場
合の配管内径−周波数特性曲線を表すものである。 【００１４】 つまり、配管内径と電波の伝送周波数との間には、図１５に示すような関係が
あり、遮断周波数特性曲線Ｓを境にして、遮断領域、ＴＥ11モード領域、高次モ
ード領域に分かれている。 【００１５】 ここで、例えば、配管内径が４ｍｍであった場合には、遮断周波数はｆS4＝４
５ＧＨｚとなって、この配管４ｍｍの内部をマイクロ波等の電波で伝送させよう
とする際には、その電波の発振周波数ｆ4 を４５ＧＨｚより大きくすればよい。
なお、ここでは、配管内径Ｚの時の遮断周波数特性曲線Ｓ上の周波数をｆSZ、こ の周波数ｆSZより大きい周波数をｆZ と表記している。 【００１６】 また、更なる工夫として、電波を低損失で伝送させようとする場合には、高次
モード領域にならない周波数した方が良く、例えば、上述した配管内径が４ｍｍ
であった場合では、電波の発振周波数ｆは、４５ＧＨｚ＜ｆ＜７３ＧＨｚとすれ
ば、低損失な伝送が可能となる。 【００１７】 次に、このような全体構成を有するシステムにおいて、その各部の詳細な構成
および作動を各実施例に基づいて説明する。なお、各実施例において、均等の構
成を示すものについては、共通の図番号を用いるものとし、各実施例とも上述し
たような、配管内径と遮断周波数特性曲線とを対応させた周波数ｆをマイクロ波
の周波数として用いているものとする。 【００１８】 〔第１実施例〕 まず、第１実施例におけるマイクロ波送信器２の具体的な構成について説明す
る。図２は、第１実施例におけるマイクロ波送信器２を詳細に表した具体構成図
である。 【００１９】 図２において、入力端子２０１はマイクロ波エネルギー源１からのマイクロ波
信号を受ける端子であり、他端は同軸コネクタ２０２に接続されている。ループ
導体２０３は線材で構成されたループ形状をしており、一端は同軸コネクタ２０
２の中心導体２０２ａに接続されると共に、他端は同軸コネクタの外部導体２０
２ｂ、すなわちアースに接続されている。そして、ループ導体２０３にマイクロ
波電流が流れることにより、ループを貫通し且つループ面に垂直な磁力線Ｈを発
生すると共に、電気力線Ｅを生じて、マイクロ波を配管３内に伝送させる。また
反射板３０１は、配管３の端部に配置されて同軸コネクタ２０２およびループ導
体２０３を固定する電磁波反射体であり、配管３内に伝送されたマイクロ波を反
射することで磁力線Ｈに対する境界条件を形成して、マイクロ波を効率良く伝送
させる。 【００２０】 続いて、マイクロロボット４の構成について説明する。図３は、第１実施例に
おけるマイクロロボット４を概略的に表した概略構成図である。 図３において、マイクロロボット４は、主として配管３内に伝送されたマイク
ロ波を受信するマイクロ波受信器４０１と、後述するアクチュエータ４０３を駆
動すべく、受信したマイクロ波を電気エネルギーに変換する変換器４０２と、マ
イクロロボット４を作動させるためのアクチュエータ４０３（駆動手段に相当）
とで構成されている。なお、マイクロ波受信器４０１および変換器４０２は、変
換手段に相当する。 【００２１】 このような概略構成を有するマイクロロボット４は、具体的には図４に示すよ
うに構成されている。 すなわち、図４において、ループ導体４０１１は、上述したマイクロ波送信器
２を構成するループ導体２０３（図２）と同様の構成であり、電波の可逆性によ
りマイクロ波送信器２から送信されたマイクロ波の磁力線をループ面に対して垂
直に受信する。反射板４０１２は、後述するハウジング４０１６の端面に構成さ
れた電波反射体であり、配管３内に伝送されたマイクロ波を反射することで磁力
線Ｈに対する境界条件を形成して、高効率のマイクロ波受信を可能としている。
なお、この反射板４０１２は、マイクロロボット４の内部において電気的に接地
されている。 【００２２】 信号線４０１３は、その一端がループ導体４０１１の非接地側に接続された線
材であり、信号線４０１４は、その一端がループ導体４０１１の接地側に接続さ
れた線材である。そして、信号線４０１３、４０１４の両他端は、後述するサー
キットボード４０１５に接続されている。サーキットボード４０１５は、ループ
導体４０１１で受信したマイクロ波エネルギーを信号線４０１３、４０１４を介
して入力し、後述するアクチュエータ４０３２を駆動すべく、電気エネルギーに
変換する。 【００２３】 ハウジング４０１６は、上述したループ導体４０１１、反射板４０１２、サー
キットボード４０１５等を保持するものであり、連結部４０３１は、後述するア
クチュエータ４０３２とハウジング４０３２とを連結する部材である。なお、こ
の連結部４０３１の内部は、図示されない信号線が設けられており、サーキット
ボード４０１６からの電気エネルギーをアクチュエータ４０３２に伝達する。そ
して、アクチュエータ４０３２は、この電気エネルギーを受けてマイクロロボッ
ト４を移動、もしくは所定の作動を行わせている。 【００２４】 次に、上記構成における作動を説明する。 図１〜図４において、マイクロ波エネルギー源１は、マイクロロボット４が作
動する配管の内径Ｄで伝送可能な周波数ｆD のマイクロ波信号をマイクロ波送信
器２へ出力し、マイクロ波送信器２は、入力端子２０１にてマイクロ波信号を受
けると、ループ導体２０３にマイクロ波電流を流して、周波数ｆD のマイクロ波
を図１および図２の矢印方向へ発生する。 【００２５】 すると、マイクロロボット４のループ導体４０１１は、このマイクロ波を受信
して、その受信信号を信号線４０１３、４０１４を介してサーキットボード４０
１５へ入力する。サーキットボード４０１５では、入力した受信信号をアクチュ
エータ４０３２の駆動用エネルギー（電気エネルギー）に変換して、連結線４０
３１を介してアクチュエータ４０３２へエネルギー供給を行う。そして、このエ
ネルギー供給により、マイクロロボット４は作動、もしくは移動する。 【００２６】 上記のようにして、内径の異なる配管が相互に接続された系において、配管３
内の検査、修理を行うマイクロロボット４に対して、信号線を用いることなくエ
ネルギーの供給が可能となる。しかも、その伝送されるマイクロ波の周波数は、
マイクロロボット４が配置された配管の内径に対応した周波数（もしくはそれよ
り大きい周波数）しているので、好適にエネルギーの供給が可能となる。 【００２７】 次に、上記構成において、特に、マイクロ波送信器２より発生するマイクロ波 の伝送を好適に行う伝送方法の一例について説明する。 ここでは、マイクロ波をＴＥ0X(Transverse Electric)モードもしくはＴＭ0X(
Transverse Magnetic)モードで伝送する場合について説明する。なお、上述した
ＴＥ0X、ＴＭ0Xの表記において、‘０’は管の周方向の波数が０であることを示
し、‘Ｘ’は管の軸方向（半径方向）の波数がＸ（Ｘ；正の整数）であることを
示す。 【００２８】 図５（ａ）〜（ｃ）は、ＴＥ0Xモードで伝送する場合のマイクロ波の発生形態
を説明するための説明図であり、図５（ａ）は配管３の側面からみた断面図であ
り、図５（ｂ）は配管の上面からみた断面図であり、図５（ｃ）は管軸方向から
みた断面図である。 【００２９】 図５（ａ）〜（ｃ）において、ＴＥ01モードで伝送する場合には、ループ導体
２０３の設置位置は、配管内径の１／２の同心円上でループ面は演習の接線方向
に平行な位置に設置されている。そして、同軸コネクタ２０２に接続されたルー
プ導体２０３からは、入力端子２０１からのマイクロ波信号に応じて、所定周波
数（マイクロロボットが配置された内径に対応もしくはそれより大きい周波数）
のマイクロ波をマイクロロボット４のループ導体４０１１へ伝送する。ここで、
図中、点線は伝送するマイクロ波の磁力線を示し、実線は電気力線を示している
。 【００３０】 そして、図５（ｃ）に示すように、このＴＥ0Xモードにおけるマイクロ波は、
配管３の周方向の電磁界エネルギー分布が均一なモードで伝送している。なお、
図５（ｃ）のマイクロ波は、具体的には、ＴＥ01モードで伝送しており、この様
なモードで伝送されるマイクロ波では、以下に述べるような好適な伝達が可能と
なる。 【００３１】 すなわち配管３は、一般的には、湾曲、折れ曲りが多数存在しており、その管
内を移動するマイクロロボット４は、作業上、管軸に垂直な面内で回転する場合
が多い。そのため、マイクロ波送信用のループ導体２０３およびマイクロ波受信 用のループ導体４０１１の間に、管軸に垂直な面内において角度差が生じてしま
う。すると、互いのループ面が軸方向に垂直となるまでに角度差が生じてしまう
と、マイクロ波の損失が２０ｄＢにも及び、常時マイクロ波を受信することがで
きなくなってしまう。 【００３２】 そこで、本実施例に示すＴＥ01モードの様に、管の周方向において、電磁界エ
ネルギー分布が均一なモードを選定することで、マイクロロボット４の周方向回
転によらず、常に一定のマイクロ波を受信することが可能となる。 【００３３】 なお、ここではＴＥ01モードを選定したが、ＴＭ01モードでも同様の効果が得
られ、その他、ＴＥ又はＴＭモードの最初の係数が０（すなわち、周方向の波数
が０）であるモードであれば同様の効果が得られる。また、ここでは、所定の位
置に設置されたループ導体２０３及びループ導体４０１１で磁力線と結合して、
マイクロ波を伝送しているが、図１４に示すように、電気力線と結合可能な位置
に設置される棒状導体２０４でも、同様な効果を得ることができる。 【００３４】 〔第２実施例〕 この第２実施例においては、マイクロ波を円偏波として送信する場合のシステ
ムについて説明する。 【００３５】 まず、第２実施例におけるマイクロ波送信器２の具体的な構成について説明す
る。 図６（ａ）は第２実施例におけるマイクロ波送信器２を詳細に表した具体構成
図であり、図６（ｂ）は管軸方向からみた断面図である。 【００３６】 図６（ａ）において、電力分配器２１２は、入力端子２１１からのマイクロ波
信号を入力して、２つの出力（後述する位相器２１３および第２の同軸コネクタ
２１５）に対して同位相で同じ割合の電力を分配するものであり、第２の同輔コ
ネクタ２１５は電力分配器２１２の一方の出力を受けて、第２のループ導体２１ ７にマイクロ波電流を流す。この第２のループ導体２１７は、図６（ｂ）に示す
ように、後述するループ導体２１６に対して管の周方向に９０°ずれた位置に設
置されている。 【００３７】 また、位相器２１３は、電力分配器２１１の他方の出力を受けて、入力された
マイクロ波の位相を電気角９０°遅らせ、この遅らせたマイクロ波信号を第１の
同軸コネクタ２１４を介して第１のループ導体２１６にマイクロ波電流を流す。 【００３８】 続いて、第２実施例におけるマイクロロボットの構成についてであるが、基本
的には上記第１実施例のマイクロロボット４と同様の構成であり、円偏波の送信
および受信は電波の可逆性があるから、第１実施例におけるループ導体４０１１
を円偏波のマイクロ波を受信するために図６（ａ）、（ｂ）に記載された第１、
第２のループ導体２１６、２１７と同様に間の周方向に９０°ずらした位置に設
置して構成すればよいので、ここでは構成・作動を省略する。 【００３９】 次に、上記構成における作動を説明する。 図６（ａ）において、入力端子２１１にマイクロ波信号が入力されると、電力
分配器２１２では、このマイクロ波信号の電力を等配分して、位相器２１３およ
び第２の同軸コネクタ２１５へ出力する。そして、この電力分配器２１２で等配
分された一方のマイクロ波信号を受けた第２の同軸コネクタ２１５は、第２のル
ープ導体２１７へマイクロ波電流を流す。 【００４０】 また位相器２１３では、電力分配器２１２で等配分された他方のマイクロ波信
号を電気角９０°遅延させて、この遅延させたマイクロ波信号を第１の同軸コネ
クタ２１４を介して第１のループ導体２１６へマイクロ波電流を流す。すると、
図６（ｂ）に示すように、管の周方向に９０°ずれた位置に設置された第１、第
２のループ導体２１６、２１７に各々印加することで、配管３内を伝送するマイ
クロ波は円偏波になる。 【００４１】 この円偏波は電磁界がマイクロ波の周波数で回転するために周方向の電磁界エ
ネルギー分布は均一となるので、管内を伝送するマイクロ波のモードおよびマイ
クロロボット４の周方向回転によることなく、常に一定のマイクロ波を受信する
ことが可能ができる。 【００４２】 なお、円偏波のマイクロ波を発生させるものとして、ここではループ導体を示
したが、管の周方向に角度９０°ずれた所定の位置に設置された電気力線と結合
する棒状導体でも同様の効果が得られる。 【００４３】 次に、上述したような円偏波のマイクロ波を利用した際に、マイクロロボット
の作動制御に有用な方法について説明する。 （Ａ）データ伝送によるマイクロロボットの作動制御 ここでは、マイクロ波送信器より駆動用エネルギーに利用される第１のマイク
ロ波と、制御データを伝送してマイクロロボットの作動をコントロールするマイ
クロ波とをそれぞれ発生する場合について説明する。 【００４４】 まず、マイクロ波送信器２およびマイクロロボット４の構成を図７を用いて説
明する。 図７において、第１のマイクロ波発生器２２１は、マイクロロボット４のアク
チュエータ４１５駆動用のエネルギーとなるマイクロ波を発生すべく、第１のマ
イクロ波信号を出力する。右旋円偏波送信器２２３は、この第１のマイクロ波発
生器２２１より出力された第１のマイクロ波信号を入力して、配管３内に、右旋
円偏波のマイクロ波を発生する。 【００４５】 また、第２のマイクロ波発生器２２２は、マイクロロボット４の制御データ、
例えば、マイクロロボット４のアクチュエータ４１５の駆動状態を制御するため
のディジタルデータ等で変調された第２のマイクロ波信号を出力する。左旋円偏
波送信器２２４は、この第２のマイクロ波発生器２２２からの第２のマイクロ波
信号を入力して、配管３内に、左旋円偏波のマイクロ波を発生させる。 【００４６】 マイクロロボット４に構成された右旋円偏波受信器４１１は、右旋円偏波のマ
イクロ波のみを受信して受信信号を出力し、変換器４１３はその受信信号により
アクチュエータ４１５を駆動用の電気エネルギーを変換により得て、その電気エ
ネルギーをアクチュエータ４１５へ出力する。 【００４７】 一方、マイクロロボット４に構成された左旋円偏波受信器４１１は、左旋円偏
波のマイクロ波のみを受信して受信信号を出力し、復調器４１４は、この受信信
号、すなわち変調したディジタルデータを復調する。制御回路４１６は、復調さ
れたディジタルデータに応答して、所定のプログラムによりアクチュエータ４１
５の作動を制御する。 【００４８】 次に、上記構成における作動を説明する。 図７において、例えばマイクロロボット４が配置された管内の現在位置から同
じ管の他の位置へ移動させたい際には、第１のマイクロロボット発生器２２１、
右旋円偏波送信器２２３によって右旋偏波のマイクロ波を配管３内に発生すると
共に、第２のマイクロロボット発生器２２２、左旋円偏波送信器２２４によって
所望の位置への移動データに対応した変調をかけて、左旋偏波のマイクロ波を配
管３内に発生させる。 【００４９】 すると、右旋偏波のマイクロ波を受信した右旋円偏波送信器２２３は、変換器
４１３によりアクチュエータ４１５へ駆動用エネルギーを供給すると共に、左旋
偏波のマイクロ波を受信した左旋円偏波送信器２２３は、復調器４１４により作
動制御用のディジタルデータ４１５を復調して、制御回路４１６にアクチュエー
タの作動制御を行わせる。 【００５０】 このように、マイクロ波の円偏波には、右旋円偏波と左旋円偏波であっても配
管３のような線形空間においては独立に伝搬する性質があるので、配管３の内径
により規定される所定周波数のマイクロ波を２系統同時に同一伝送経路で伝送す ることができる。すなわち、図７に示すように、右旋円偏波マイクロ波を用いて
マイクロロボットのアクチュエータ駆動用のエネルギーを供給し、左旋円偏波マ
イクロ波を用いてアクチュエータ制御用の制御データを送信することで、遠隔か
らのマイクロロボットの作動制御を可能とする。 【００５１】 なお、本実施例ではエネルギー供給に右旋円偏波、データ通信に左旋円偏波を
用いたが、逆であっても差し支えない。また、送信するデータをアクチュエータ
用の制御データとしたが、他の目的（修理を行うために溶接する等）の他の形態
（溶接用のデータ形態）のデータ伝送でも良い。 【００５２】 （Ｂ）マイクロロボットのアクチュエータとして、電磁ステップモータを使用
した場合。 ここでは、マイクロロボットのアクチュエータとして電磁ステップモータを使
用した場合について説明する。 【００５３】 まず、マイクロ波送信器２およびマイクロロボット４の構成を図８を用いて説
明する。 図８において、マイクロ波発生器２３１は、後述する電磁ステップモータ４２
５１駆動エネルギー用のマイクロ波を発生させるべくマイクロ波信号を出力し、
方形波発生器２３２は、電磁ステッピングモータ４２１５の駆動回転数を制御す
るための方形波信号を発生する。 【００５４】 そしてマイクロ波スイッチ２３３は、方形波発生器２３２からの方形波信号の
２値レベルに応じて、マイクロ波発生器２３１からのマイクロ波信号の出力経路
を、後述する右旋円偏波送信器２３４および左旋円偏波送信器２３５の２方向へ
切り換えるものである。 【００５５】 右旋円偏波送信器２３４は、マイクロ波スイッチ２３３の一方の断続的な出力
を受けて右旋円偏波のマイクロ波を送信し、左旋円偏波送信器２３５は、他方の 断続的な出力を受けて左旋円偏波のマイクロ波を送信する。 【００５６】 マイクロロボット４を構成する右旋円偏波受信器４２１は、右旋円偏波のマイ
クロ波を受信し、第１の検波器４２３は、この受信信号を検波して直流電力へと
変換する。また、マイクロロボット４を構成する左旋円偏波受信器４２２は、左
旋円偏波のマイクロ波を受信し、第２の検波器４２４は、この受信信号を検波し
て直流電力へと変換する。そして、モータユニット４２５は、第１、第２の検波
器４２３、４２４から供給される直流電力を受けて動作する電磁ステップモータ
４２５１及び駆動回路よりなっている。 【００５７】 このモータユニット４２５は、具体的には図９のように構成されている。 すなわち、図９において、端子Ａは第１の検波器４２３からの直流電力を受け
る端子であり、端子Ｂは、第２の検波器４２４からの直流電力を受ける端子であ
る。電磁ステップモータ４２５１は、端子ｘおよび端子ｙに交番電圧が交互にか
けられることで発生する交番電流（すなわち、ｘ←ｙ方向の電流とｙ←ｘ方向の
電流）により回転駆動されるモータである。また、第１、第２のスイッチ回路４
２５２、４２５３は、ＮＰＮトランジスタと抵抗で構成されるスイッチ回路であ
り、このＮＰＮトランジスタのベースに電流が流入すると、コレクタ−エミッタ
間が導通するものである。 【００５８】 次に、上記構成における作動を説明する。 マイクロ波発生器２３１より出力されたマイクロ波信号は、マイクロ波スイッ
チ２３３に入力される。この際、方形波発生器２３２により、マイクロ波信号は
２つの出力経路（右旋円偏波送信器２３４への出力経路および左旋円偏波送信器
２３５への出力経路）に交互に出力される。その結果、右旋円偏波送信器２３４
と左旋円偏波送信器２３５とから、配管３の内部に交互に偏波方向を変えながら
マイクロ波が伝送される。 【００５９】 一方マイクロロボット４では、この伝送されたマイクロ波を、右旋偏波受信器 ４２１および左旋偏波受信器４２２で交互に受信して、各々の受信信号を第１、
第２の検波器４２３、４２４に入力する。すると、第１、第２の検波器４２３、
４２４の出力は交互に正の電圧が発生される。 【００６０】 第１、第２の検波器４２３、４２４より交互に出力された正の電圧は、図９に
示すように、端子Ａ，Ｂにそれぞれ交互に印可される。これにより、例えば端子
Ａに電圧が印可されている（すなわち端子Ｂには印可されていない）場合には、
電磁ステップモータ４２５１のｙ端子には正の電圧が印可されると共に、第１の
スイッチ回路４２５２がＮＰＮトランジスタの作動により導通状態となるため、
ｘ端子は接地され、これにより電磁ステップモータ４２５１にはｙ→ｘ方向に電
流が流れる。 【００６１】 一方、端子Ｂに電圧が印可されている（端子Ａには印可されていない）場合に
は、電磁ステップモータ４２５１のｘ端子には正の電圧が印可されると共に、第
２のスイッチ回路４２５３は導通状態となってｘ端子が接地され、これにより電
磁ステップモータ４２５１にはｘ→ｙ方向に電流が流れる。 【００６２】 このように、右旋円偏波のマイクロ波と左旋円偏波のマイクロ波とを交互に連
続して発生させることにより、電磁ステップモータ２４５１駆動用の交番電流を
形成することができる。 【００６３】 このことは、電磁ステップモータを駆動する駆動回路において交番電流を発生
する回路を不要とするため、極めて小規模でシンプルな回路構成にて回路で回転
駆動及び回転数制御を行うことができ、超小型化が不可欠なマイクロロボットに
対して極めて有効な手段となる。 【００６４】 なお、ここではＮＰＮトランジスタによるスイッチ回路を示したが、他のスイ
ッチでも同様の効果を得ることができる。また、上述したような交番電流を得る
手段は、電磁ステップモータ以外の交番電流を必要とする電気的負荷（例えば、 アクチュエータとして交流モータ、静電モータを使用する場合とか、溶接を行う
ために昇圧を行う場合）に対しても有効である。 【００６５】 〔第３実施例〕 この第３実施例においては、マイクロ波送信器２とマイクロロボットとの間で
電波の送受信を行う場合のシステムについて説明する。 【００６６】 まず、第３実施例におけるマイクロ波送信器２およびマイクロロボット４の具
体的な構成について説明する。 図１２は第３実施例におけるマイクロ波送信器２およびマイクロロボット４を
詳細に表した具体構成図である。 【００６７】 図１２において、マイクロ波発生器２４１は、マイクロロボット４のアクチュ
エータ４３３を駆動するための駆動用エネルギーのマイクロ波を発生すべく、マ
イクロ波信号を出力するものであり、後述する送信制御回路２４４により、マイ
クロ波信号の周波数及び電力値を変更することができる。また、マイクロ波送信
器２４２は、マイクロ波発生器２４１からのマイクロ波波信号に応じて配管３内
にマイクロ波を送信するものである。 【００６８】 マイクロロボット４を構成するマイクロ波受信器４３１は、送信されたマイク
ロ波を受信して変換器４３２へ出力し、変換器４３２は、このマイクロ波受信器
４３１からの受信信号を入力、変換して、アクチュエータ４３３駆動用の電気エ
ネルギーを得る。そして、この電気エネルギーをアクチュエータ４３３（駆動手
段に相当）に出力して、アクチュエータ４３３を駆動すると共に、後述する受信
レベル信号発生器４３４へ出力する。なお、マイクロ波受信器４３１および変換
器４３２は、変換手段に相当する。 【００６９】 受信レベル信号発生器４３４は変換器４３２からの出力レベルをモニタして、
この出力レベルに応じたレベル信号を出力し、情報信号発生器４３５は、このレ ベル信号を入力して、レベル信号に応じた変調がかけられた情報電波を配管３内
に送信する。 【００７０】 すると、配管３の端部に構成された情報電波受信器２４３は、マイクロロボッ
ト４からの情報電波を受信して送信制御回路２４４に出力し、送信制御回路２４
４にて情報電波からレベル信号を検出して、そのレベル値に基づいて、マイクロ
波発生器２４１のマイクロ波信号の周波数および電力値を制御する。なお、信号
線２４４１、２４４２はマイクロ波発生器２４１の電力値および周波数を制御す
る第１、第２の制御信号を出力するための信号線である。 【００７１】 次に、上記構成における作動を説明する。 図１２において、マイクロ波発生器２４１よりマイクロ波信号が出力されると
、マイクロ波送信器２４２よりマイクロ波が配管３内に送信される。すると、送
信されたマイクロ波は、マイクロロボット４のマイクロ波受信器４３１にて受信
され、変換器４３２で電気エネルギーに変換される。この電気エネルギーは、ア
クチュエータ４３３を駆動する駆動エネルギーとして供給されると共に、受信レ
ベル信号発生器４３４へ出力される。 【００７２】 受信レベル信号発生器４３４では、変換器４３２からの出力レベルをモニタし
て、この出力レベルに応じたレベル信号を出力し、情報信号発生器４３５は、レ
ベル信号に応じた変調がかけられた情報電波を配管３内に送信する。 【００７３】 すると、配管３の端部に構成された情報電波受信器２４３は、マイクロロボッ
ト４からの情報電波を受信して送信制御回路２４４に出力し、送信制御回路２４
４にて情報電波からレベル信号を検出して、そのレベル値に基づいて、マイクロ
波発生器２４１のマイクロ波信号の周波数および電力値を信号線２４４１、２４
４２を介して制御する。 【００７４】 これによって、レベル信号により現在のマイクロロボットのマイクロ波受信レ ベルを把握することができるので、受信レベルに応じた制御を行うことによりマ
イクロロボット４を好適に作動させることができる。 【００７５】 すなわち、受信レベルが徐々に低下する場合には、マイクロロボット４がマイ
クロ波送信器に対して遠方に移動していると判断できるので、その受信レベル低
下を修正すべく、送信制御回路２４４は、マイクロ波発生器２４１に対して送信
電力値を上げる制御信号を出力し、マイクロ波発信器２４１は、これに応答して
送信マイクロ波信号の電力値を増加を行う。これにより、マイクロロボット４が
マイクロ波送信器２に対して遠方に位置していたとしても、安定した動作を維持
することができる。 【００７６】 また、受信レベルが急激な低下を示した場合には、マイクロロボット４の作動
する配管の内径が移動により変化したと判断することができるので、送信制御回
路２４４は、マイクロ波発生器２４１の周波数値を変化させるべく、制御信号を
出力し、マイクロ波発生器２４１は、これに応答してマイクロ波信号の周波数変
更を行う。これにより、マイクロロボットの安定した動作を維持すると共に、マ
イクロ波４が作動する配管内径に低損失で伝送可能な周波数に設定することがで
きる。 【００７７】 なお、ここでは、レベル信号はその媒体を特定しなかったが、例えばマイクロ
ロボット４にて受信したマイクロ波の一部を変調して返信するものでも良いし、
他の伝送可能な媒体（例えば音波）でも良い。但し、上記のように、マイクロ波
の一部を返信する手段を用いる場合には、マイクロ波が受信するものと送信する
ものとで同一周波数になってしまうので、旋回方向を変えた円偏波を用いること
により、往復のアイソレーションを向上させて、好適な通信を可能とすることが
できる。 【００７８】 以上、第１〜３実施例で述べたようにして、マイクロ波によるマイクロロボッ
トの駆動を行うことができるが、ここで、各実施例に共通していえる配管形態に 対応したマイクロ波の低損失伝送の方法について説明する。 【００７９】 第１の方法としては、図１０に示すように、Ｔ字型の配管において、マイクロ
ロボット４が配置されていない側の配管に所定のマイクロ波反射係数を有する反
射板５を設置する方法である。これは、配管３に分岐が存在した際にマイクロ波
は電力が分配されてしまい、マイクロロボット４に対して十分なエネルギーを供
給できなくなることを防止せんとするものであり、例えばマイクロロボット４の
動作により、予め分岐により分かれる経路のうち、進行予定の方向でない側の配
管経路に反射板５を設置して、マイクロ波の流入を防止できるものである。 【００８０】 これにより、マイクロ波は図１０中の矢印方向に伝送されて、効率の良いエネ
ルギー供給が可能となる。なお、この反射板５は、マイクロロボット４により、
搬送、設置されるものとしたが、同様の反射板を有する自律走行タイプのマイク
ロロボットをマイクロロボット４とは別に構成してもよい。 【００８１】 続いて、第２の方法としては、図１１に示すように、Ｌ字型の配管において、
その折れ曲がり部に所定のマイクロ波リアクタンスを有する整合体を設置する方
法である。これは、伝送されたマイクロ波は、Ｌ字構成の配管の折れ曲がり部で
リアクタンス成分により反射を受ける場合が有り、折れ曲がりの先に位置するマ
イクロロボット４に対して十分なエネルギーを供給できなくなることを防止せん
とするものであり、マイクロロボット４が予め折れ曲がり部の所定位置に整合体
６を搬送、配置して、この整合体により反射を生じさせるリアクタンス成分を取
り除いて、折れ曲がり部での反射を防止することができる。 【００８２】 これにより、マイクロ波は図１１の矢印方向に伝送されて、マイクロ波の伝送
を効率良く行うことが可能となる。なお、この整合体６は、マイクロロボット４
により搬送、設置されるものとしたが、同様の整合体を有する自律走行タイプの
マイクロロボットをマイクロロボット４とは別に構成してもよい。 【００８３】 また、上述した各実施例では、異なる内径を有する配管が相互に複数接続され
た系において、その配管内を１つのマイクロロボットで移動、作動させるシステ
ムに適用した場合について説明したが、図１３に示すように、系の各配管内に各
々１つのマイクロロボットを配置したシステムでもよい。この場合には、第２実
施例に示すようにマイクロロボットの作動を制御する必要があり、作動不要のマ
イクロロボットに対しては作動不要のデータを送信することによりマイクロロボ
ットのアクチュエータ駆動を停止させて、作動させたいマイクロロボットのみを
動かすようにする。これにより、上述した反射板５、整合体６を有するマイクロ
ロボットを所定の位置に移動、固定させることができる。 【００８４】 【発明の効果】 以上述べたように本発明においては、伝送手段およびロボットの間に電気結線
を用いることなくエネルギー供給を行うことができるので、例えば、直径が極め
て小さい配管内で体格の小さなロボットを駆動させたとしても、電気結線がない
ために、ロボットの移動を滞りなく行わせることができるという優れた効果があ
る。 【００８５】 また、伝送手段より送信されるマイクロ波は、ロボットの変換手段に低損失で
伝送させることができるので、マイクロ波の伝送距離を伸ばすことができ、伝送
手段とロボットとの間の距離が離れている場合でも、的確にロボットを作動させ
ることができるという優れた効果がある。 さらには、伝送手段が、配管の管軸に垂直な面内において周方向の電磁界エネ
ルギー分布が均一となる伝送形態のマイクロ波を伝送することにより、ロボット
が管軸に垂直な面内で回転した場合でも常時一定のマイクロ波を受信することが
できるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】 【図１】 本発明の一実施例を表す全体構成図である。 【図２】 本発明の第１実施例におけるマイクロ波送信器の具体的な構成を表す構成図で
ある。 【図３】 上記第１実施例におけるマイクロロボットの構成を概略的に表す概略図である
。 【図４】 上記第１実施例におけるマイクロロボットの具体的な構成を表す構成図である
。 【図５】 上記第１実施例において、磁力線を用いてＴＥ01モードで伝送する場合のマイ
クロ波の発生形態を説明する説明図である。 【図６】 本発明の第２実施例におけるマイクロ波送信器の具体的な構成を表す構成図で
ある。 【図７】 上記第２実施例における円偏波のマイクロ波を用いた場合の具体利用例を説明
する、マイクロ波送信器およびマイクロロボットの具体的な構成を表す構成図で
ある。 【図８】 上記第２実施例における円偏波のマイクロ波を用いた場合の他の具体利用例を
説明する、マイクロ波送信器およびマイクロロボットの具体的な構成を表す構成
図である。 【図９】 上記他の具体利用例のモータユニットの具体的な構成を表す構成図である。 【図１０】 配管形態に対応したマイクロ波の低損失伝送の一例を説明するための説明図で
ある。 【図１１】 配管形態に対応したマイクロ波の低損失伝送の他の一例を説明するための説明
図である。 【図１２】 第３実施例におけるマイクロ波送信器およびマイクロロボットの具体的な構成
を表す構成図である。 【図１３】 本発明の一実施例における全体構成の他の例を表す全体構成図である。 【図１４】 上記第１実施例において、電気力線を用いてＴＥ01モードで伝送する場合のマ
イクロ波の発生形態を説明する説明図である。 【図１５】 マイクロ波を後述するＴＥ0X（具体的にはＴＥ11モード）で伝送する場合の配
管内径−周波数特性曲線を表す特性図である。 【符号の説明】 １ マイクロ波エネルギー源 ２ マイクロ波送信器 ３ 配管 ４ マイクロロボット ４０１ マイクロ波受信器 ４０２ 変換器 ４０３ アクチュエータ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 導体で構成され且つ管軸方向からみた断面形状が略円形の配管
   内にて作動するロボットと、 前記配管の管軸に垂直な面内において周方向の電磁界エネルギー分布が均一と
   なる伝送形態のマイクロ波を前記配管内に伝送する伝送手段と、 前記ロボットに設けられ、前記マイクロ波の磁力線と垂直に結合するマイクロ
   波受信器により受信されたマイクロ波を電力に変換する変換手段と、 前記ロボットに設けられ、前記変換手段からの電力により前記ロボットを駆動
   する駆動手段とを備え、 前記伝送手段により伝送されるマイクロ波の周波数ｆは、少なくとも前記ロボ
   ットが配置された配管の直径を遮断周波数特性曲線に対応させて得られた周波数
   ｆ_sより大きく設定することを特徴とする配管内エネルギー供給システム。 【請求項２】 前記マイクロ波は、円偏波であることを特徴とする請求項１記
   載の配管内エネルギー供給システム。 【請求項３】 前記マイクロ波は、配管内伝送モードが、配管の周方向の波数
   が０である、ＴＥ0xモードもしくはＴＭ0xモード（Ｘ；正の整数）であることを
   特徴とする請求項１記載の配管内エネルギー供給システム。 【請求項４】 前記配管において、分岐を有する配管の一方に前記ロボットが
   存在する場合には、他方の配管に前記マイクロ波の短絡条件を満たす部材を設け
   ることを特徴とする請求項１記載の配管内エネルギー供給システム。 【請求項５】 前記配管に折れ曲がり部を有する配管がある場合には、前記折
   れ曲がり部を構成するリアクタンス成分を除去する部材を前記折れ曲がり部に設
   けることを特徴とする請求項１記載の配管内エネルギー供給システム。 【請求項６】 前記マイクロ波は、右旋及び左旋の２系統の円偏波を伝送する
   ことを特徴とする請求項２記載の配管内エネルギー供給システム。 【請求項７】 前記２系統の円偏波のうち、一方の円偏波を、前記ロボットを
   駆動するための電力変換用のマイクロ波として伝送し、他方の円偏波を、情報 を伝達するための情報伝達用のマイクロ波として伝送することを特徴とする請求
   項６記載の配管内エネルギー供給システム。 【請求項８】 前記送信手段は前記２系統の円偏波を交互に伝送し、前記変換
   手段は前記２系統の円偏波を交互に電力に変換して出力することにより、前記駆
   動手段に交番電流を発生させることを特徴とする請求項６記載の配管内エネルギ
   ー供給システム。 【請求項９】 前記ロボットに設けられ、前記変換手段が受信したマイクロ波
   のレベルを検出する検出手段と、 前記ロボットに設けられ、前記レベルのレベル値を伝達するレベル値伝達手段
   と、 このレベル値伝達手段からのレベル値に基づいて、前記伝送手段が発生するマ
   イクロ波の電力レベルもしくは周波数を変更する変更手段とを備えることを特徴
   とする請求項１記載の配管内エネルギー供給システム。