JPH0646539A

JPH0646539A - マイクロマシンにおける電力システム

Info

Publication number: JPH0646539A
Application number: JP4196856A
Authority: JP
Inventors: Takahisa Sakakibara; 孝久榊原; Hitoshi Hirano; 均平野; Keiichi Kuramoto; 慶一蔵本; Yoichi Domoto; 洋一堂本; Hiroshi Hosokawa; 弘細川; Hiroaki Izu; 博昭伊豆; Takashi Kuwabara; 隆桑原; Keisho Yamamoto; 恵章山本; Seiichi Kiyama; 精一木山
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1992-07-23
Filing date: 1992-07-23
Publication date: 1994-02-18
Anticipated expiration: 2018-10-06
Also published as: JP3454525B2

Abstract

(57)【要約】【目的】無索方式のマイクロマシンにおいて、電力不
足の生じる虞れのない電力システムを提供する。【構成】マイクロマシンユニット１に対し、光線、マ
イクロ波、音波等の複数種類のエネルギー線を照射し、
マイクロマシンユニット１には、これらのエネルギー線
を受信して電力に変換するため、光起電力素子３、マイ
クロ波−電力変換器51、音起電力素子６等の複数種類の
エネルギー線−電力変換器を装備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、数ミリメートル、或い
はそれ以下の大きさの微小機械であるマイクロマシンに
関し、特にマシン外部から無索でエネルギーが供給され
るマイクロマシンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、マイクロマシンと称して数ミリメ
ートル、或いはそれ以下の大きさの微小機械が提案さ
れ、実用化を目指して様々な研究開発が為されている。
斯種マイクロマシンの駆動方式として、各種アクチュエ
ータを具えたマシンユニットに対して外部からケーブル
を介してエネルギー(電力)及び制御信号を供給する有索
方式と、マシンユニット内に蓄電池等のエネルギー源を
具えて外部からは無線で制御信号のみを供給する無索方
式とが知られている。

【０００３】有索方式の場合はエネルギー源がマシンユ
ニットの外部にあるためにユニット自体を小形化出来る
と共に、駆動エネルギー量に制限を受けないので、マイ
クロマシンの設計の自由度が大きい利点がある。しかし
その反面、エネルギー供給の為のケーブルが不可欠であ
るので、マシンユニットの動作範囲や動きに制約があ
る。

【０００４】一方、無索方式の場合、マシンユニットの
動きの制限はなくなるが、マシンユニットを駆動するた
めのエネルギー源をユニットに搭載しなければならない
ので、マシン全体の大きさや重量が増し、マイクロマシ
ン本来の機能を損う欠点がある。

【０００５】そこで、無索方式のマイクロマシンにおい
て、エネルギー源をマシンユニットには搭載せず、光線
等の電磁波をマシンユニットへ照射することによって、
エネルギーの供給を外部から無索で行なう方式が検討さ
れている(例えば特願平３−７２４３号)。この場合、マ
イクロマシンユニットの表面は、太陽電池等の光起電力
素子によって覆い、照射された電磁波を電力に変換す
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マイク
ロマシンにおいては、可能な限りの小形化が図られてい
るから、電磁波の受信面積(受光面積)には限りがある。
然も、太陽電池等の光起電力素子の電力変換効率は低
く、現状では高々２０〜３０％程度である。

【０００７】又、管壁検査等のためにマイクロマシンを
無索方式にて管内へ装入し、管内のマイクロマシンへ電
磁波を供給する場合、電磁波の送信源は管の入口に設置
されることになるから、マイクロマシンが管の奥部へ進
行するにつれて、マイクロマシンに到達する電磁波のエ
ネルギーは弱まる。

【０００８】仮に、マイクロマシンを所定位置まで移動
させることが出来たとしても、その位置にて管壁検査等
の本来の動作を行なわしめる際、電力不足が生じる虞れ
がある。

【０００９】本発明の目的は、無索方式のマイクロマシ
ンにおいて、電力不足の生じる虞れのない電力システム
を提供することである。

【００１０】

【課題を解決する為の手段】本発明に係るマイクロマシ
ンにおける電力システムにおいては、光線、マイクロ
波、音波等の複数種類のエネルギー線を受信すべき複数
のエネルギー線受信手段と、各エネルギー線受信手段に
よって受信されたエネルギー線を電力に変換する複数の
起電力手段とをマイクロマシンに搭載している。

【００１１】又、必要に応じて、前記起電力手段によっ
て変換された電力を蓄電する手段を装備する。

【００１２】

【作用】上記電力システムにおいては、例えばエネルギ
ー線受信手段の一つとして光起電力素子を装備する場
合、該光起電力素子によってマイクロマシンの全表面を
覆ったとしても、マイクロ波−電力変換器等の他のエネ
ルギー線受信手段を追加装備することが可能である。こ
れによって、光線による最大エネルギー供給量を越え
て、更に多くのエネルギーをマイクロマシンに供給する
ことが可能となる。

【００１３】又、マイクロマシン本来の動作を行なうべ
き所定位置に近接して、例えば音波発信器(61)を配置
し、該音波発信器(61)からマイクロマシンへ向けてエネ
ルギー線である音波を放射すれば、音波エネルギーは殆
ど弱まることなく、マイクロマシンに到達し、所定動作
のための動力を充分に賄うことが出来る。

【００１４】更に、起電力手段によって変換された電力
を蓄電する手段を装備すれば、消費電力の低いときに該
蓄電手段を充電し、必要時には、該蓄電手段を放電させ
ることにより、一時的に大電力を発生することも可能で
ある。

【００１５】更に又、一つのエネルギー線として光線を
用いる場合、マイクロマシンの本体を筒軸状の胴部とテ
ーパ部から構成し、該テーパ部へ向けて光線を照射すれ
ば、垂直壁に光起電力素子を配置した場合よりも、該テ
ーパ部での光の吸収効率を上げることが出来る。

【００１６】この場合、マシン本体の胴部に回折格子板
等の光学手段を突設して、胴部と管内壁の間隙へ向かっ
て管軸方向に進行する平行光線を胴部表面の光起電力素
子へ向けて屈折或いは反射せしめる構成を採れば、更に
受光量の増大を図ることが出来る。

【００１７】

【発明の効果】本発明に係るマイクロマシンにおける電
力システムによれば、例えば全ての電力を光起電力によ
って賄う場合よりも大きな起電力を得ることが出来るか
ら、電力不足の生ずる虞れはない。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の一実施例につき、図面に沿っ
て詳述する。図１に示す如くマイクロマシンユニット
(１)は、直径が略５〜１０ｍｍ程度の管(９)内に装入さ
れて、管壁検査等の所定動作を行なうもので、複数本の
駆動脚(２)及びマイクロマシンユニット(１)本体の伸縮
動作によって管(９)内を前進、後退移動することが可能
である。

【００１９】本実施例では、外部から照射すべきエネル
ギー線として、レーザ光線、マイクロ波、音波、及び磁
力線の４種類を用いる。

【００２０】マイクロマシンユニット(１)は、マシン本
体が、伸縮可能な筒軸状の胴部と、該胴部の前端部に突
設されたテーパ部とから構成され、マシン外部から供給
されるレーザ光線を電力に変換するべく、前記胴部及び
テーパ部の表面を覆って多数の光起電力素子(３)が配設
されている。

【００２１】又、マシン本体には、筒部とテーパ部の境
界線上から管(９)内壁へ向けて、複数の回折格子板(30)
が突設され、本体筒部と管内壁の間隙へ向かって管軸方
向に進行する光線を、図２に示す如く胴部表面の光起電
力素子(３)へ向けて屈折せしめ、光起電力素子(３)の受
光量の増大を図っている。

【００２２】光起電力素子(３)は図３に示す如きａ−Ｓ
ｉ太陽電池であって、例えばプラズマＣＶＤ法によっ
て、透明絶縁基板(37)上に、透明電極(35)、ａ−Ｓｉ基
板(31)及び裏面電極(36)を積層したものである。ａ−Ｓ
ｉ基板(31)は、厚さ略１５０オングストロームのｐ層(3
2)、厚さ略５０００〜１００００オングストロームのｉ
層(33)、及び厚さ略５００オングストロームのｎ層(34)
からなる周知の接合構造を有している。

【００２３】上記光起電力素子(３)によれば、例えば入
射光強度が１ｍＷ／ｍｍ²、受光面積が５０ｍｍ²、変換
効率が３０％の場合、透明電極(35)と裏面電極(36)間に
は１５ｍＷ程度の電力Ｐが得られることになる。

【００２４】又、図１に示す様に、マイクロマシンユニ
ット(１)の先端部には、第２のエネルギー線となるマイ
クロ波を受信するアンテナ(５)が装備され、これによっ
て受信されたマイクロ波はマイクロ波−電力変換器(51)
へ供給される。

【００２５】例えばマイクロ波−電力変換器（51）はモ
ノリシックマイクロ波ＩＣによって構成され、外部から
供給されるマイクロ波の電力が２ｍＷ／ｍｍ²、受波面
積が２０ｍｍ²、アンテナ効率が６０％の場合、２４ｍ
Ｗの出力が得られることになる。

【００２６】管(９)の外壁には、第３のエネルギー線と
なる超音波を発すべき音波発信器(61)が設置されてい
る。該音波発信器(61)からの超音波は管壁を経て管(９)
内へ放射され、マイクロマシンユニット(１)の後部に突
設した音起電力素子(６)へ到達する。

【００２７】音起電力素子(６)は、圧電材料からなる振
動板であって、例えば入射音波の強度が２０ｍＷ／ｍｍ
²、受音面積が２５ｍｍ²、変換効率が０.２％の場合、
１ｍＷの電力を発生する。

【００２８】更に管(９)の外壁を包囲して、第４のエネ
ルギー線となる磁力線を放射すべき１次側コイル(71)が
装備されている。一方、マイクロマシンユニット(１)の
内部には、１次側コイル(71)と電磁結合すべき２次側コ
イル(７)が配置されている。

【００２９】１次側コイル(71)に交流電源を接続するこ
とよって、２次側コイル(７)には誘導起電力が発生す
る。例えば、２次側コイル(７)に対する入力磁場を３２
５Ｔ、コイルギャップを２ｍｍとして、２次側コイル
(７)の出力を整流した後に、直径１３.５ｍｍ及び長さ
３.５ｍｍのＮｉ−Ｃｄ電池へ充電すると仮定した場
合、３.７５ｍＷ程度の電力を得ることが出来る。

【００３０】マイクロマシン(１)の自走機構としては、
図５に示す如く、マシン本体を伸縮可能な前本体(１ａ)
と後本体(１ｂ)とから構成し、前本体(１ａ)及び後本体
(１ｂ)の外周面には、夫々複数本の伸縮可能な前駆動脚
(２ａ)と後駆動脚(２ｂ)を突設している。

【００３１】上記本体及び駆動脚の伸縮駆動機構には、
図４に示す如き積層型圧電アクチュエータ(４)が採用出
来る。積層型圧電アクチュエータ(４)は、圧電セラミッ
クス片(43)を挟んで両側に、正電極(41)及び負電極(42)
を対向配備して構成され、両電極(41)(42)間へ所定電圧
Ｖｄを印加することによって、圧電セラミックス片(43)
が鎖線の如く伸縮するものである。

【００３２】マイクロマシン(１)の前進移動の際には、
図５(ａ)の如く前本体(１ａ)と後本体(１ｂ)が互いに縮
んでおり、且つ前駆動脚(２ａ)と後駆動脚(２ｂ)が突出
して先端部が管(９)内壁に圧接された状態から、図５
(ｂ)の如く前駆動脚(２ａ)を縮め、更に前本体(１ａ)を
前方へ伸ばす。

【００３３】次に、図５(ｃ)の如く前駆動脚(２ａ)を伸
ばして先端部を管(９)内壁に圧接せしめ、更に後駆動脚
(２ｂ)を縮めた状態で、後本体(１ｂ)を前本体(１ａ)側
へ縮める。その後、後駆動脚(２ｂ)を伸ばして図５(ａ)
の状態へ戻るのである。

【００３４】以上の行程によって、マイクロマシン(１)
は前本体(１ａ)と後本体(１ｂ)の伸縮量Ｌだけ前進する
ことになり、この行程を繰り返すことによって、前進を
続けることが出来る。同様にして後退移動も可能であ
る。

【００３５】図６は上記マイクロマシンユニット(１)の
回路構成を示しており、上述の光起電力素子(３)の出力
は制御回路(81)へ供給され、マイクロ波−電力変換器(5
1)、音起電力素子(６)及び２次側コイル(７)の出力はＡ
Ｃ−ＤＣコンバータ(８)を介して直流に変換された後、
制御回路(81)へ供給される。

【００３６】制御回路(81)は、前述の自走機構を構成す
る圧電アクチュエータ等の駆動系(11)と、管壁検査等の
マイクロマシン本来の動作機能を実現するための動作系
(12)へ、夫々必要な電力を分配するものであって、制御
回路(81)の出力はＤＣ−ＤＣコンバータ(83)によって電
圧調整等が施された後、駆動系(11)及び動作系(12)へ供
給される。

【００３７】又、制御回路(81)には、Ｎｉ−Ｃｄ電池や
リチウム２次電池等の蓄電池(82)が接続されており、余
剰電力を蓄電する様に構成されている。

【００３８】上記マイクロマシンユニット(１)によれ
ば、全てのエネルギー線の供給を同時に受けた場合、最
大出力が４０ｍＷを越えることになり、例えば光起電力
素子(３)のみによる電力供給では困難な高負荷作業が可
能となる。

【００３９】又、制御回路(81)の制御によって、低負荷
時の余剰電力を蓄電池(82)に蓄えておくことにより、高
負荷時には蓄電池(82)を放電させて、必要な電力を賄う
ことも出来る。

【００４０】尚、図１の音波発信器(61)や１次側コイル
(71)をマイクロマシンユニット(１)に追従移動させる構
成とすれば、電力変換効率を更に上げることが出来る
が、前述の如くマイクロマシンユニット(１)に蓄電池(8
2)を装備することによって、音波発信器(61)や１次側コ
イル(71)は任意位置に設けて、この位置を電力供給ステ
ーションとする構成も可能である。

【００４１】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは
勿論である。

【００４２】例えば、上記実施例では複数のエネルギー
線のエネルギーを区別せず、共通の電力源として用いて
いるが、エネルギー線の特性、例えば電圧値等によって
用途を区別する構成とすれば、更に効率的なエネルギー
利用が可能となる。又、エネルギー線としては、更に電
気力線の利用が考えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るマイクロマシンにおける電力シス
テムの構成を示す斜視図である。

【図２】回折格子板の作用を説明する図である。

【図３】光起電力素子の構成を示す拡大断面図である。

【図４】圧電アクチュエータの概略構成を示す正面図で
ある。

【図５】マイクロマシンユニットの自走動作を示す一連
の側面図である。

【図６】本発明に係るマイクロマシンにおける電力シス
テムの回路構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

(１) マイクロマシンユニット (２) 駆動脚 (３) 光起電力素子 (30) 回折格子板 (５) マイクロ波アンテナ (６) 音起電力素子 (61) 音波発信器 (７) ２次側コイル (71) １次側コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ６１Ｂ 13/10 9255−3ＤＨ０２Ｎ 11/00 Ｚ 8525−5Ｈ (72)発明者堂本洋一大阪府守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内 (72)発明者細川弘大阪府守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内 (72)発明者伊豆博昭大阪府守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内 (72)発明者桑原隆大阪府守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内 (72)発明者山本恵章大阪府守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内 (72)発明者木山精一大阪府守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光線、マイクロ波、音波等の複数種類の
エネルギー線を受信すべき複数のエネルギー線受信手段
と、各エネルギー線受信手段によって受信されたエネル
ギー線を電力に変換する複数の起電力手段とを具えてい
るマイクロマシンにおける電力システム。
【請求項２】更に、各起電力手段によって変換された
電力を蓄電する手段を具えている請求項１に記載のマイ
クロマシンにおける電力システム。
【請求項３】マイクロマシンは管内部を自走するため
の機構を具え、マシン本体は、筒軸状の胴部と、該胴部
の前端部或いは後端部へ同軸に突設されたテーパ部とを
具え、エネルギー変換手段の一つとして光起電力素子
(３)が、少なくとも前記マシン本体のテーパ部の表面を
覆って配設されている請求項１に記載のマイクロマシン
における電力システム。
【請求項４】光起電力素子(３)はマシン本体のテーパ
部の表面から胴部の表面を覆って配設されると共に、マ
シン本体には、胴部表面と管内壁の間の空間へ向かって
管軸方向に進行する光線を、胴部表面の光起電力素子
(３)へ向けて屈曲せしめる光学手段が突設されている請
求項３に記載のマイクロマシンにおける電力システム。