可移动的胶囊装置及其控制方法
【专利摘要】一种可移动的胶囊装置(10)，所述可移动的胶囊装置(10)在长状的胶囊主体(11)设置在长度方向可移动地被设置的永久磁铁(13)；和驱动永久磁铁(13)的线圈，使交流电在线圈流动，进行永久磁铁(13)的前后动振动，使整体产生推进力，其中，线圈具有以将永久磁铁(13)的周边包围的形式被设置在前后的第1、第2线圈部(15、16)而构成，并且，使在第1、第2线圈部(15、16)流动的交流电的频率与因永久磁铁(13)的前后动振动而产生的胶囊装置(10)的共振频率一致。据此，能够提供小型并且紧凑，而且效率好的能够自走的可移动的胶囊装置(10)及其控制方法。
【专利说明】可移动的胶囊装置及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及例如在进行消化器官系统的检查的情况下使用，内置照相机等并通过自力移动的胶囊装置及其控制方法。
【背景技术】
[0002]目前，以在医疗现场的消化管等的检查中，进行狭窄的场所的内部观察、微小作业为目的的微胶囊例如在专利文献I~3等中被提出。
[0003]专利文献I记载的医疗用胶囊是使用压电元件，使惯性体振动，通过与接受胶囊主体的活体的摩擦力，使胶囊行进的医疗用胶囊。
[0004]另外，在专利文献2记载的自动行走胶囊装置，公开了反复对形状记忆合金(SMA)金属线进行通电和非通电，使胶囊行进的情况和使用线圈和永久磁铁，产生前进以及后退的振动源，使胶囊行进的情况。
[0005]而且，专利文献3的行走胶囊记载了在胶囊内放入永久磁铁和线圈，使交流电电流在线圈流动，使活塞运动的情况。
[0006]在先技 术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开平4-176443号公报
[0009]专利文献2:日本特开平5-212093号公报
[0010]专利文献3:日本特开2006-280638号公报
[0011]然而，在专利文献I记载的技术中，虽然使用压电元件，使惯性体振动，但是，因为其振动频率比较大，并且，力小，所以，前进力小，在使胶囊更快地自走方面存在界限。当然，若大型化，则自走力变大，但是，不能收纳在小型的胶囊。
[0012]在专利文献2记载的技术中，在使用形状记忆合金的情况下，存在其驱动力比较小，进而效率也差这样的问题。另外，在专利文献2中，利用线圈和永久磁铁的吸引以及反弹来振动能够得到比较大的振幅，但是，因为线圈是一个，所以，效率不好。
[0013]进而，在专利文献3记载的技术中，也是使用相向配置的永久磁铁和线圈，但是，在永久磁铁相对于线圈配置得远的情况下，存在永久磁铁和线圈之间的引力或斥力变小，效率下降这样的问题。
[0014]进而，专利文献2以及专利文献3记载的使用线圈和永久磁铁的振动机理中，没有有关共振现象的记载。
[0015]本
【发明者】们刻苦研究了下述的胶囊装置，完成了本发明，所述胶囊装置在圆筒状的外壳部配置线圈,通过使交流电电流流动来使作为可动元件的永久磁铁往复运动,利用因可动兀件的移动而产生的惯性力、与外壁碰撞时产生的冲击力，在一定方向行进。
[0016]而且，还确认了在筒状的线圈中配置永久磁铁，将永久磁铁固定在胶囊主体，若使交流电在线圈流动，则线圈振动，胶囊主体因其反作用而振动的情况。
[0017]本发明是借鉴相关情况作出的发明，其目的是提供一种小型并且紧凑，而且效率好的能够自走的可移动的胶囊装置及其控制方法。
【发明内容】
[0018]按照前述目的的有关第I发明的可移动的胶囊装置在长状的胶囊主体设置相对于该胶囊主体在长度方向可移动地被设置的永久磁铁和驱动该永久磁铁的线圈，使交流电从交流电产生构件向该线圈流动，进行前述永久磁铁的前后动振动，使整体产生推进力，其中，
[0019]前述线圈具有以将前述永久磁铁的周边包围的形式被设置在前后的第1、第2线圈部，并且，使在前述第1、第2线圈部流动的交流电的频率与因前述永久磁铁的前后动振动而产生的该胶囊装置的共振频率一致。
[0020]这里，即使交流电的频率在胶囊主体(或永久磁铁)的共振频率的±10%的范围，也适用本发明(下面的发明中相同)。
[0021]在有关第I发明的可移动的胶囊装置中，优选前述第1、第2线圈部被卷绕在前述永久磁铁具有微小的间隙地可在内部移动的筒体(通常被称为绕线管)，在前述筒体的两侧设置挡块，前述永久磁铁一面与前述挡块碰撞，一面振动。另外，虽然优选筒体是非磁性物质，但是，也可以是导体(例如，铝)、绝缘体的任意一种(在下面的发明中也相同)。
[0022]在有关第I发明 的可移动的胶囊装置中，优选由前述交流电产生构件产生的交流电由在正负对称的交流电进一步施加了直流电的电流构成，在一方向增强由前述第1、第2线圈部和前述永久磁铁产生的起振力，由前述直流电的极性确定该胶囊装置的行进方向。
[0023]在有关第I发明的可移动的胶囊装置中，优选在前述第1、第2线圈部流动的交流电根据实际上在使交流电在前述第1、第2线圈部流动，且其电流值为最小的值决定。据此，在技术上容易求出共振频率。
[0024]有关第2发明的可移动的胶囊装置在长状的胶囊主体具有相对于该胶囊主体在长度方向使磁极的朝向相一致地被配置的永久磁铁和具有间隙地被卷绕在该永久磁铁上，且从交流电产生构件接受交流电的电力供给的线圈，其中，
[0025]前述永久磁铁中，至少2个棒状磁铁使其同一极面对面地被配置,使前述交流电的频率与被可滑行移动地配置的前述线圈(或成为相同的振动频率的胶囊主体)的前后动振动的共振频率一致。
[0026]在有关第2发明的可移动的胶囊装置中，优选在前述线圈流动的交流电根据实际上在使交流电在前述线圈流动，且其电流值为最小的值决定。
[0027]在有关第2发明的可移动的胶囊装置中，优选前述线圈被卷绕在相对于前述棒状磁铁可滑行移动的筒体。
[0028]在有关第2发明的可移动的胶囊装置中，也存在前述线圈具有被离开地配置在前述筒体上的第1、第2线圈部的情况。
[0029]在有关第2发明的可移动的胶囊装置中，优选由前述交流电产生构件产生的交流电由在正负对称的交流电进一步施加了直流电的电流构成，在一方向增强由前述线圈和前述永久磁铁产生的起振力，由前述直流电的极性确定该胶囊装置的行进方向。
[0030]在有关第1、第2发明的可移动的胶囊装置中，优选在前述胶囊主体设置进行与外部控制装置的协作的无线机。而且，优选作为前述无线机的天线使用前述线圈。[0031]在有关第1、第2发明的可移动的胶囊装置中，优选前述胶囊主体具备带照明的缩微照相机、进行处置的设备、投药机构以及姿势检测传感器中的任意I或2个以上。
[0032]有关第3发明的可移动的胶囊装置的控制方法是下述的可移动的胶囊装置的控制方法，所述可移动的胶囊装置在长状的胶囊主体设置相对于该胶囊主体在长度方向可移动的永久磁铁和驱动该永久磁铁的线圈，使交流电在该线圈流动，进行如述永久磁铁的iu后动振动，使整体产生推进力，其中，
[0033]使在前述线圈流动的交流电的频率和前述永久磁铁的前后动振动的共振频率一致，并且，将直流电重叠在前述交流电，确定前述胶囊主体的移动方向。
[0034]在有关第3发明的可移动的胶囊装置的控制方法中，优选将前述线圈分割为分别被配置在前述永久磁铁的前后的第1、第2线圈部，并且，前述第1、第2线圈部被盘绕在前述永久磁铁具有间隙地在内部可滑动移动(滑行移动)的筒体，相对于该筒体使前述永久磁铁前后动振动。
[0035]有关第4发明的可移动的胶囊装置的控制方法是下述的可移动的胶囊装置的控制方法，所述可移动的胶囊装置在长状的胶囊主体相对于该胶囊主体在长度方向使磁极的朝向相一致地固定配置永久磁铁，在该永久磁铁上具有间隙地卷绕线圈，使交流电在该线圈流动，进行前述线圈的前后动振动，使整体产生推进力，其中，
[0036]前述永久磁 铁中，至少2个棒状磁铁使其同一极面对面地被配置，使在前述线圈流动的交流电的频率与前述线圈的前后动振动的共振频率一致，并且，在前述交流电重叠直流电，确定前述胶囊主体的移动方向。
[0037]在有关第3、第4发明的可移动的胶囊装置的控制方法中，优选在前述胶囊主体内具备带照明的缩微照相机、进行处置的设备、投药机构以及姿势检测传感器中的任意I或2个以上，由将前述线圈作为天线使用的无线机以及与之连接的控制部控制。
[0038]发明效果
[0039]在有关第1、第2发明的可移动的胶囊装置以及有关第3、第4发明的可移动的胶囊装置的控制方法中，因为使在线圈流动的交流电的频率和因永久磁铁或线圈的前后动振动而产生的胶囊的共振频率一致，所以，流动的电流减少，且通过减少了的电流能够得到最大振幅的振动(活塞运动)。因此，胶囊装置可以以更少的电力移动。
[0040]尤其是，通过将驱动永久磁铁的线圈分割为被配置在永久磁铁的前后的第1、第2线圈部，能够使线圈产生引力和斥力，更有效地以低的电力进行永久磁铁或线圈的振动。
[0041]进而，与遍及胶囊主体的长度方向连续盘绕线圈的情况相比，能够使匝数减少，防止因发热造成的胶囊装置的温度上升。
[0042]而且，若使直流电重叠于在线圈流动的交流电，则能够使一方侧的起振力比另一方侧强，能够使胶囊装置的一方向运动加速。这种情况下，因为回路能够由产生交流电(也包括矩形波)的回路和产生直流电的回路的组合构成，所以，回路也简略化。
【专利附图】
【附图说明】
[0043]图1是有关本发明的第I实施例的可移动的胶囊装置的主要部分剖视图。
[0044]图2是表示该可移动的胶囊装置的动作的说明图。
[0045]图3(A)~(C)是表示施加给线圈的电压的形成方法的说明图。[0046]图4是表示执行器(线圈)的表面温度的变化的坐标图。
[0047]图5是表示该可移动的胶囊装置的电磁力和距离的关系的坐标图。
[0048]图6是使该可移动的胶囊装置进一步发展并实用化了的胶囊装置的剖视图。
[0049]图7 (A)、⑶是有关本发明的第2实施例的可移动的胶囊装置的主要部分剖视图，(C)是其立体图。
[0050]图8是该可移动的胶囊装置的电气回路的框图。
[0051]图9是该可移动的胶囊装置的动作流程图。
【具体实施方式】
[0052]接着，一面参见随附的图，一面对将本发明具体化的实施例进行说明。
[0053]如图1所示，有关本发明的第I实施例的可移动的胶囊装置(下面简称“胶囊装置”)10具有截面圆形，且全长比截面的径大的长状的胶囊主体11、经筒体12设置在胶囊主体11，且成为相对于胶囊主体11在长度方向可移动的可动元件的棒状的永久磁铁13、被卷绕在由筒体12构成的绕线管的两侧(前后)，且以将永久磁铁13的周边包围的形式被设置，并驱动永久磁铁13的第1、第2线圈部15、16(线圈的一例)。下面，对它们进行说明。
[0054]作为永久磁铁13，例如使用直径D为2.5~5mm左右(在该实施例中使用3mm)，长度L为7~15mm(在该实施例中使用IOmm)的钕磁铁，但是，若为强力的永久磁铁，则也能够使用其它的材质的永久磁铁。另外，第1、第2线圈部15、16的间隙W优选约10~20mm左右。
[0055]第1、第2线圈部15、16将例如直径为0.05mm的导线以宽度为2~4mm左右分别盘绕在内径为D+0.1mm的筒体12 (外径例如为D+l.1mm)各50次而构成。使第1、第2线圈部15、16的间隙W为永久磁铁13的全长L的0.8~1.2倍左右。另外，因为在筒体12的内径和永久磁铁13之间在径方向形成合计为0.1mm的间隙，所以，永久磁铁13能够在筒体12内无阻力地移动。
[0056]在该实施例中，筒体12由铝制的管构成，在其两侧(例如，经粘接剂)设置由弹性部件(例如，橡胶、塑料)或金属构成的挡块17、18，在内部形成永久磁铁13能够具有微小的间隙地移动规定距离(在该实施例中，约8_)的空间。另外，在下面说明的实验时，使用了在每个盘绕了第1、第2线圈部15、16的绕线管(筒体12)放入胶囊主体11，且整体为外径约10mm、长度约21mm的胶囊装置(也有简称“振动马达”的情况)10。实际上，在应用本发明的制品中，并不限定于这些尺寸，直径以及全长能够与用途相应地改变。另外，胶囊主体11的端部可以为半球状、透镜形等，与用途相应地改变。
[0057]在实验中，作为交流电产生构件的一例使用了低频振荡器和放大器。作为低频振荡器(多功能发生器)使用株式会社NF回路设计制的“WF19739”，作为将波形放大的放大器，使用株式会社高砂制作所的“BWA25-1”。它们是用于能够在实验中自由地改变在第1、第2线圈部15、16流动的交流电的频率以及输出电压的部件。
[0058]为使该振动马达行进，向由第1、第2线圈部15、16构成的线圈供给使用上面说明的多功能发生器以及放大器而产生的交流电电力，通过由第1、第2线圈部15、16产生的电磁力，使内部的可动元件(永久磁铁13)前后动振动。
[0059]使用图2说明该动作。用M表示表示静止状态的外壳(指除永久磁铁13以外的部分)，用ml、m2表不永久磁铁13,若使一方向的电流在第1、第2线圈15、16流动，贝U用ml表示的永久磁铁13向xl方向移动,外壳在x2方向相互拉拽地移动(步骤SI)。
[0060]而且，在Pl处，永久磁铁13碰撞外轮廓(实际是挡块17)，但是，因为永久磁铁13所保有的能量大，所以，整体进一步向xl的方向被拉偏而移动(步骤S2)。
[0061]接着，在P2的位置，在第1、第2线圈15、16流动的电流的方向被切换。据此，永久磁铁13向x2的方向移动，在P3的位置，碰撞另一方侧的挡块18( 即、外壳)(步骤S3)。另外，图2所示的步骤S3、S4的永久磁铁13将位置错开ml，作为m2来表示。
[0062]而且，此后，因为永久磁铁13所保有的能量大，所以，永久磁铁13和外壳原样被拉偏，移动到原来位置或其附近(步骤S4)。
[0063]通过反复进行上面给出的4个动作，利用可动元件的惯性反力(B卩、线圈上产生的力)，而在挡块17、18、筒体12以及包括胶囊主体11的外壳上产生向与可动元件的移动方向相反方向移动的力，以及可动元件与挡块17、18碰撞，产生大的冲击力，施加这些力，振动马达(即、胶囊装置10)进行移动。to表示振动的I个周期。
[0064]在该胶囊装置10中，若针对可动元件的移动从外部给与线圈交流电信号，则能够使可动元件以及胶囊主体11反复向前后移动，但是，若可动元件以相同的速度进行前后运动，则向前后施加相同的惯性反力、冲击力，该胶囊装置10在这种情况下仅能够振动，不能向前或后移动。因此，通过改变输入的交流电信号的负荷比(即、+侧电流和-侧电流的比)，使由线圈产生的磁场变化，使振动马达内部的可动元件的移动速度在一方向和另一方向变化。据此，在一方向产生推进力，可使振动马达，即、该胶囊装置10向前或后方向移动。
[0065]作为这样的交流电信号的生成方法，能够通过在由上面说明的低频振荡器和放大器产生的交流电电流施加直流电偏压来简单地得到。在进行振动马达的试验的情况下，使用该方法，轻易地进行交流电的频率、输出电压、偏压电压等的设定，但是，实机时，因为没有必要改变频率、输出电压，所以，如图3(A)所示，产生规定频率f、波高值h的正负对称的矩形波交流电，在它上像图3(B)所示那样重叠直流电(电压b)，能够像如图3(C)所示那样，形成在一方向电流量多的交流电(波高值h+b、h_b)。这种情况下的交流电产生构件能够使用数字信号轻易地形成。这里，通过改变直流电的极性(即、+_的方向)来确定该胶囊装置10的行进方向。
[0066]另外，因为第1、第2线圈部15、16被串联连接,所以,相对于永久磁铁13,在一方向发挥比另一方向强的力(起振力)，结果，能够使胶囊装置10的移动更快。这种情况下，优选在处于中央位置的永久磁铁13的两端位置配置第1、第2线圈部15、16的相向的内侧
端位置。
[0067]接着，将对改变了第1、第2线圈部15、16的各自的匝数的情况下的线圈的温度上升进行调查的结果表示在图4。
[0068]测定使用非接触温度计，使用使第1、第2线圈部15、16的匝数为150次盘绕X2和50次盘绕X2的试验用的胶囊装置。测定在能够向该胶囊装置输入的最大电力0.5[A]、
3.3 [V]下进行。以40 [Hz]切换+3.3 [V]、-3.3 [V]，进行到执行器(线圈)的表面温度均衡为止的5分钟的测定。
[0069] 测定时的气温为18 [°C ]。如图4所示，在150次盘绕X 2 (300次盘绕)的情况下，在5分钟后，到达63.3 [°C ]，在为50次盘绕X 2 (100次盘绕)的情况下，在5分钟后，到达44.6 [°C ] ο因此，在本发明中，考虑安全性，温度上升小的50次盘绕X2(100次盘绕)的线
圈最佳。
[0070]接着，对该胶囊装置10的移动速度进行了研究。经该上面的步骤SI~S4的工序而振动的振动马达(胶囊装置10)的移动速度S能够通过下面的式(I)算出。这里，a:振动马达的外轮廓的位移和永久磁铁的位移的和，:步骤S1、S2的电磁力，f2:步骤S3、S4的电磁力、T:可动元件进行从步骤SI到步骤S4为止的动作的脉冲波形I个周期量的时间，η:表示Mo/m。这里，m表示永久磁铁的质量，Mo表示从胶囊装置的整体减去了 m的质量。
[0071]数1.
【权利要求】
1.一种可移动的胶囊装置，所述可移动的胶囊装置在长状的胶囊主体设置相对于该胶囊主体在长度方向可移动地被设置的永久磁铁；和驱动该永久磁铁的线圈，使交流电从交流电产生构件向该线圈流动，进行前述永久磁铁的前后动振动，使整体产生推进力， 其特征在于，前述线圈具有以将前述永久磁铁的周边包围的形式被设置在前后的第1、第2线圈部，并且，使在前述第1、第2线圈部流动的交流电的频率与因前述永久磁铁的前后动振动而产生的该胶囊装置的共振频率一致。
2.如权利要求1所述的可移动的胶囊装置，其特征在于，前述第1、第2线圈部被卷绕在前述永久磁铁具有微小的间隙地可在内部移动的筒体，在前述筒体的两侧设置挡块，前述永久磁铁一面与前述挡块碰撞，一面振动。
3.如权利要求1或2所述的可移动的胶囊装置，其特征在于，由前述交流电产生构件产生的交流电由在正负对称的交流电进一步施加了直流电的电流构成，在一方向增强由前述第1、第2线圈部和前述永久磁铁产生的起振力，由前述直流电的极性确定该胶囊装置的行进方向。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的可移动的胶囊装置，其特征在于，在前述第1、第2线圈部流动的交流电根据实际上在使交流电在前述第1、第2线圈部流动，且其电流值为最小的值决定。
5.一种可移动的胶囊装置，所述可移动的胶囊装置在长状的胶囊主体具有相对于该胶囊主体在长度方向使磁极的朝向相一致地被配置的永久磁铁；和具有间隙地被卷绕在该永久磁铁上，且从交流电产生构件接受交流电的电力供给的线圈， 其特征在于，前述永久磁铁中，至少2个棒状磁铁使其同一极面对面地被配置，使前述交流电的频率与前述线圈的前后动振动的共振频率一致。
6.权利要求5所述的可移动的胶囊装置，其特征在于，在前述线圈流动的交流电根据实际上在使交流电在前述线圈流动，且其电流值为最小的值决定。
7.如权利要求5或6所述的可移动的胶囊装置，其特征在于，前述线圈被卷绕在相对于前述棒状磁铁可滑行移动的筒体。
8.如权利要求7所述的可移动的胶囊装置，其特征在于，前述线圈具有被离开地配置在前述筒体上的第1、第2线圈部。
9.如权利要求5至8中的任一项所述的可移动的胶囊装置，其特征在于，由前述交流电产生构件产生的交流电由在正负对称的交流电进一步施加了直流电的电流构成，在一方向增强由前述线圈和前述永久磁铁产生的起振力，由前述直流电的极性确定该胶囊装置的行进方向。
10.如权利要求1至9中的任一项所述的可移动的胶囊装置，其特征在于，在前述胶囊主体设置进行与外部控制装置的协作的无线机。
11.如权利要求10所述的可移动的胶囊装置，其特征在于，作为前述无线机的天线，使用前述线圈。
12.如权利要求1至11中的任一项所述的可移动的胶囊装置，其特征在于，前述胶囊主体具备带照明的缩微照相机、进行处置的设备、投药机构以及姿势检测传感器中的任意I或2个以上。
13.一种可移动的胶囊装置的控制方法，所述可移动的胶囊装置的控制方法在长状的胶囊主体设置相对于该胶囊主体在长度方向可移动的永久磁铁和驱动该永久磁铁的线圈，使交流电在该线圈流动，进行前述永久磁铁的前后动振动，使整体产生推进力， 其特征在于，使在前述线圈流动的交流电的频率和前述永久磁铁的前后动振动的共振频率一致，并且，将直流电重叠在前述交流电，确定前述胶囊主体的移动方向。
14.如权利要求13所述的可移动的胶囊装置的控制方法，其特征在于，将前述线圈分割为分别被配置在前述永久磁铁的前后的第1、第2线圈部，并且，前述第1、第2线圈部被盘绕在前述永久磁铁具有间隙地在内部可滑动移动的筒体，相对于该筒体，使前述永久磁铁前后动振动。
15.一种可移动的胶囊装置的控制方法，所述可移动的胶囊装置的控制方法在长状的胶囊主体相对于该胶囊主体在长度方向使磁极的朝向相一致地固定配置永久磁铁，在该永久磁铁上具有间隙地卷绕线圈，使交流电在该线圈流动，进行前述线圈的前后动振动，使整体产生推进力， 其特征在于，前述永久磁铁中，至少2个棒状磁铁使其同一极面对面地被配置，使在前述线圈流动的交流电的频率与前述线圈的前后动振动的共振频率一致，并且，在前述交流电重叠直流电，确定前述胶囊主体的移动方向。
16.如权利要求13至15中的任一项所述的可移动的胶囊装置的控制方法，其特征在于，在前述胶囊主体内具备带照明的缩微照相机、进行处置的设备、投药机构以及姿势检测传感器中的任意1或2个以上，由将前述线圈作为天线使用的无线机以及与之连接的控制部控制。
【文档编号】A61B1/00GK104023631SQ201380004596
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2013年7月18日 优先权日:2012年7月20日
【发明者】伊藤高广, 村上直 申请人:国立大学法人九州工业大学