(57)【要約】【課題】様々な用途に用いることが可能な電子装置を浮遊させる。【解決手段】本発明の一実施形態に係る浮遊システムは、電子機器と前記電子機器を保持する支持体を含む電子装置と、超音波を発して、前記電子装置を当該超音波によって所定の設定位置に浮遊させる第１の装置と、を含む。前記第１の装置は、前記所定の設定位置に応じて、定在波を生成してもよい。前記第１の装置は、複数の超音波トランスデューサを配列させた第１の超音波トランスデューサアレイと、前記第１の超音波トランスデューサアレイに対向して配置する、複数の超音波トランスデューサを配列させた第２の超音波トランスデューサアレイと、を含み、前記所定の設定位置は、前記第１の超音波トランスデューサアレイと前記第２の超音波トランスデューサアレイとの間であってもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器と前記電子機器を保持する支持体を含む電子装置と、
超音波を発して、前記電子装置を当該超音波によって所定の設定位置に浮遊させる第１の装置と、
を含む浮遊システム。
【請求項２】
前記第１の装置は、前記所定の設定位置に応じて、定在波を生成する、請求項１に記載の浮遊システム。
【請求項３】
前記第１の装置は、
複数の超音波トランスデューサを配列させた第１の超音波トランスデューサアレイと、
前記第１の超音波トランスデューサアレイに対向して配置する、複数の超音波トランスデューサを配列させた第２の超音波トランスデューサアレイと、を含み、
前記所定の設定位置は、前記第１の超音波トランスデューサアレイと前記第２の超音波トランスデューサアレイとの間である、請求項２に記載の浮遊システム。
【請求項４】
前記第１の装置は、
複数の超音波トランスデューサを配列させた第１の超音波トランスデューサアレイと、
前記第１の超音波トランスデューサアレイが発する超音波を反射する反射板と、を含み、
前記所定の設定位置は、前記第１の超音波トランスデューサアレイと前記反射板との間である、請求項２に記載の浮遊システム。
【請求項５】
前記第１の装置は、前記所定の設定位置に基づいて、前記第１の超音波トランスデューサアレイに含まれる各超音波トランスデューサが発する超音波の位相と、前記第２の超音波トランスデューサアレイに含まれる各超音波トランスデューサが発する超音波の位相を制御する制御部をさらに含む、請求項２に記載の浮遊システム。
【請求項６】
前記超音波は、液体を媒体として伝搬する、請求項１から請求項５の何れか一つに記載の浮遊システム。
【請求項７】
前記電子装置は、前記電子機器を駆動する電源を含む、請求項１から請求項６の何れか一つに記載の浮遊システム。
【請求項８】
請求項１から請求項６の何れか一つに記載の浮遊システムと、
前記電子機器に無線で電力を供給する第２の装置と、を含み、
前記電子装置は、受電部を含み、
前記第２の装置は、前記受電部を介して、前記電子機器に無線で電力を供給する、給電システム。
【請求項９】
前記受電部は、受電コイルであり、
前記第２の装置は、送電コイルを含み、
前記浮遊する電子装置に含まれる前記受電コイルを形成する面と前記送電コイルを形成する面とは、前記電子装置が浮遊しているときに前記支持体の形状によって略平行になる、請求項８に記載の給電システム。
【請求項１０】
前記支持体は、第１の軸のみに対して略回転対称の形状であり、
前記受電コイルを形成する面は、前記第１の軸に対して略垂直になる、請求項９に記載の給電システム。
【請求項１１】
前記支持体は、複数の軸の各々に対して略回転対称（ｎ回対称：ｎ≧２）の形状であって、前記ｎが最も大きい第１の軸が一つである形状であり、
前記受電コイルを形成する面は、前記第１の軸に対して略垂直になる、請求項９に記載の給電システム。
【請求項１２】
前記電子装置の前記第１の軸に沿った方向の長さは、前記超音波の半波長以下である、請求項１０又は請求項１１に記載の給電システム。
【請求項１３】
前記電子装置の重心は、前記第１の軸と略一致する、請求項１０又は請求項１１に記載の給電システム。
【請求項１４】
前記受電部は、超音波トランスデューサである、請求項８に記載の給電システム。
【請求項１５】
前記電子機器は、通信素子を含む、請求項８に記載の給電システム。
【請求項１６】
前記電子機器は、センサをさらに含み、
前記通信素子は、前記センサが検出した結果を送信する、請求項１５に記載の給電システム。
【請求項１７】
前記電子機器は、アクチュエータを含む、請求項８に記載の給電システム。
【請求項１８】
前記電子機器は、発光素子を含む、請求項８に記載の給電システム。
【請求項１９】
前記電子装置は、複数個ある、請求項８に記載の給電システム。
【請求項２０】
請求項５に記載の浮遊システムと、
前記電子機器に無線で電力を供給する第２の装置と、を含み、
前記電子装置は、受電コイルを含み、
前記電子機器は、前記受電コイルが受信した電力に基づいて発光する発光素子、を含み、
前記第２の装置は、
交流信号を発生する信号発生器と、
前記交流信号が流れる送電コイルと、
前記送電コイルと前記信号発生器との間に配置されるスイッチと、を含み、
前記浮遊する電子装置に含まれる前記受電コイルを形成する面と前記送電コイルを形成する面とは、前記電子装置が浮遊しているときに前記支持体の形状によって略平行になり、
前記制御部は、前記位相の制御と前記スイッチのオン又はオフの制御とを同期するように制御する、給電システム。
【請求項２１】
請求項５に記載の浮遊システムと、
前記電子機器に無線で電力を供給する第２の装置と、を含み、
前記電子装置は、受電コイルを含み、
前記第２の装置は、送電コイルを含み、
前記浮遊する電子装置に含まれる前記受電コイルを形成する面と前記送電コイルを形成する面とは、前記電子装置が浮遊しているときに前記支持体の形状によって略平行になり、
前記制御部は、前記受電コイルと前記送電コイルとの位置関係が所定の関係を満たすように、前記位相を制御する、給電システム。
【請求項２２】
請求項５に記載の浮遊システムと、
前記電子機器に無線で電力を供給する第２の装置と、を含み、
前記電子装置は、受電コイルを含み、
前記電子機器は、前記受電コイルに流れる電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器の結果を前記制御部に送信する通信素子と、を含み、
前記第２の装置は、送電コイルを含み、
前記浮遊する電子装置に含まれる前記受電コイルを形成する面と前記送電コイルを形成する面とは、前記電子装置が浮遊しているときに前記支持体の形状によって略平行になり、
前記通信素子から送信された前記電流検出器の結果に基づいて、前記制御部は、前記電子装置が所定の位置に移動するように前記位相を制御する、給電システム。
【請求項２３】
請求項５に記載の浮遊システムと、
前記電子機器に無線で電力を供給する第２の装置と、を含み、
前記電子装置は、受電コイルを含み、
前記電子機器は、前記電子装置の近傍に位置する物体を検知する物体検知器と、前記物体検知器の検知した結果を前記制御部に送信する通信素子と、を含み、
前記第２の装置は、送電コイルを含み、
前記浮遊する電子装置に含まれる前記受電コイルを形成する面と前記送電コイルを形成する面とは、前記電子装置が浮遊しているときに前記支持体の形状によって略平行になり、
前記通信素子から送信された前記物体検知器の検知した結果に基づいて、前記制御部は、前記電子装置が当該電子装置の近傍に位置する物体から離れるように前記位相を制御する、給電システム。
【請求項２４】
受電コイルと、前記受電コイルを保持する支持体と、を含む電子装置であって、
前記支持体は、第１の軸のみに対して回転対称の形状であり、
前記受電コイルを形成する面は、前記第１の軸に対して略垂直である、電子装置。
【請求項２５】
受電コイルと、前記受電コイルを保持する支持体と、を含む電子装置であって、
前記支持体は、複数の軸の各々に対して略回転対称（ｎ回対称：ｎ≧２）の形状であって、前記ｎが最も大きい第１の軸が一つである形状であり、
前記受電コイルを形成する面は、前記第１の軸に対して略垂直である、電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浮遊システム、給電システム及び電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波を用いて、対象物体に非接触で力を作用させて、浮遊させる技術が開発されている（例えば、集束超音波を用いるものとして、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】星貴之著「非接触作用力を発生する小型超音波集束装置の開発」計測自動制御学会論文集第５０巻第７号、２０１４年７月ｐ．５４３−５５２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
もっとも、従来は、超音波を用いて浮遊させる対象物体としては、発泡スチロールなど浮遊させることのみを目的とした物体のみである。したがって、物体を浮遊させる以上の用途がなかった。
【０００５】
本発明の一つの目的は、様々な用途に用いることが可能な電子装置を浮遊させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態によれば、電子機器と前記電子機器を保持する支持体を含む電子装置と、超音波を発して、前記電子装置を当該超音波によって所定の設定位置に浮遊させる第１の装置と、を含む浮遊システムが提供される。
【０００７】
前記第１の装置は、前記所定の設定位置に応じて、定在波を生成してもよい。
【０００８】
前記第１の装置は、複数の超音波トランスデューサを配列させた第１の超音波トランスデューサアレイと、前記第１の超音波トランスデューサアレイに対向して配置する、複数の超音波トランスデューサを配列させた第２の超音波トランスデューサアレイと、を含み、前記所定の設定位置は、前記第１の超音波トランスデューサアレイと前記第２の超音波トランスデューサアレイとの間であってもよい。
【０００９】
前記第１の装置は、複数の超音波トランスデューサを配列させた第１の超音波トランスデューサアレイと、前記第１の超音波トランスデューサアレイが発する超音波を反射する反射板と、を含み、前記所定の設定位置は、前記第１の超音波トランスデューサアレイと前記反射板との間であってもよい。
【００１０】
前記第１の装置は、前記所定の設定位置に基づいて、前記第１の超音波トランスデューサアレイに含まれる各超音波トランスデューサが発する超音波の位相と、前記第２の超音波トランスデューサアレイに含まれる各超音波トランスデューサが発する超音波の位相を制御する制御部をさらに含んでもよい。
【００１１】
前記超音波は、液体を媒体として伝搬してもよい。
【００１２】
前記電子装置は、前記電子機器を駆動する電源を含んでもよい。
【００１３】
本発明の一実施形態によれば、前記浮遊システムと、前記電子機器に無線で電力を供給する第２の装置と、を含み、前記電子装置は、受電部を含み、前記第２の装置は、前記受電部を介して、前記電子機器に無線で電力を供給する、給電システムが提供される。
【００１４】
前記受電部は、受電コイルであり、前記第２の装置は、送電コイルを含み、前記浮遊する電子装置に含まれる前記受電コイルを形成する面と前記送電コイルを形成する面とは、前記電子装置が浮遊しているときに前記支持体の形状によって略平行になってもよい。
【００１５】
前記支持体は、第１の軸のみに対して略回転対称の形状であり、前記受電コイルを形成する面は、前記第１の軸に対して略垂直になってもよい。
【００１６】
前記支持体は、複数の軸の各々に対して略回転対称（ｎ回対称：ｎ≧２）の形状であって、前記ｎが最も大きい第１の軸が一つである形状であり、前記受電コイルを形成する面は、前記第１の軸に対して略垂直になってもよい。
【００１７】
前記電子装置の前記第１の軸に沿った方向の長さは、前記超音波の半波長以下であってもよい。
【００１８】
前記電子装置の重心は、前記第１の軸と略一致してもよい。
【００１９】
前記受電部は、超音波トランスデューサであってもよい。
【００２０】
前記電子機器は、通信素子を含んでもよい。
【００２１】
前記電子機器は、センサをさらに含み、前記通信素子は、前記センサが検出した結果を送信してもよい。
【００２２】
前記電子機器は、アクチュエータを含んでもよい。
【００２３】
前記電子装置は、複数個あってもよい。
【００２４】
本発明の一実施形態によれば、前記浮遊システムと、前記電子機器に無線で電力を供給する第２の装置と、を含み、前記電子装置は、受電コイルを含み、前記電子機器は、前記受電コイルが受信した電力に基づいて発光する発光素子、を含み、前記第２の装置は、交流信号を発生する信号発生器と、前記交流信号が流れる送電コイルと、前記送電コイルと前記信号発生器との間に配置されるスイッチと、を含み、前記浮遊する電子装置に含まれる前記受電コイルを形成する面と前記送電コイルを形成する面とは、前記電子装置が浮遊しているときに前記支持体の形状によって略平行になり、前記制御部は、前記位相の制御と前記スイッチのオン又はオフの制御とを同期するように制御する、給電システムが提供される。
【００２５】
本発明の一実施形態によれば、前記浮遊システムと、前記電子機器に無線で電力を供給する第２の装置と、を含み、前記電子装置は、受電コイルを含み、前記第２の装置は、送電コイルを含み、前記浮遊する電子装置に含まれる前記受電コイルを形成する面と前記送電コイルを形成する面とは、前記電子装置が浮遊しているときに前記支持体の形状によって略平行になり、前記制御部は、前記受電コイルと前記送電コイルとの位置関係が所定の関係を満たすように、前記位相を制御する、給電システムが提供される。
【００２６】
本発明の一実施形態によれば、前記浮遊システムと、前記電子機器に無線で電力を供給する第２の装置と、を含み、前記電子装置は、受電コイルを含み、前記電子機器は、前記受電コイルに流れる電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器の結果を前記制御部に送信する通信素子と、を含み、前記第２の装置は、送電コイルを含み、前記浮遊する電子装置に含まれる前記受電コイルを形成する面と前記送電コイルを形成する面とは、前記電子装置が浮遊しているときに前記支持体の形状によって略平行になり、前記通信素子から送信された前記電流検出器の結果に基づいて、前記制御部は、前記電子装置が所定の位置に移動するように前記位相を制御する、給電システムが提供される。
【００２７】
本発明の一実施形態によれば、前記浮遊システムと、前記電子機器に無線で電力を供給する第２の装置と、を含み、前記電子装置は、受電コイルを含み、前記電子機器は、前記電子装置の近傍に位置する物体を検知する物体検知器と、前記物体検知器の検知した結果を前記制御部に送信する通信素子と、を含み、前記第２の装置は、送電コイルを含み、前記浮遊する電子装置に含まれる前記受電コイルを形成する面と前記送電コイルを形成する面とは、前記電子装置が浮遊しているときに前記支持体の形状によって略平行になり、前記通信素子から送信された前記物体検知器の検知した結果に基づいて、前記制御部は、前記電子装置が当該電子装置の近傍に位置する物体から離れるように前記位相を制御する、給電システムが提供される。
【００２８】
本発明の一実施形態によれば、受電コイルと、前記受電コイルを保持する支持体と、を含む電子装置であって、前記支持体は、第１の軸のみに対して回転対称の形状であり、前記受電コイルを形成する面は、前記第１の軸に対して略垂直である、電子装置が提供される。
【００２９】
本発明の一実施形態によれば、受電コイルと、前記受電コイルを保持する支持体と、を含む電子装置であって、前記支持体は、複数の軸の各々に対して略回転対称（ｎ回対称：ｎ≧２）の形状であって、前記ｎが最も大きい第１の軸が一つである形状であり、前記受電コイルを形成する面は、前記第１の軸に対して略垂直である、電子装置が提供される。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、様々な用途に用いることが可能な電子装置を浮遊させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係る給電システムを説明するための概念図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電子装置の詳細形状を説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る給電システムを説明するためのブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る電子装置の詳細形状を説明する図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る電子装置の詳細形状を説明する図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る給電システムを説明するための概念図である。
【図７】本発明の変形例に係る電子装置の詳細形状を説明する図である。
【図８】本発明の変形例に係る電子装置の詳細形状を説明する図である。
【図９】本発明の変形例に係る電子装置の詳細形状を説明する図である。
【図１０】本発明の変形例に係る電子装置の詳細形状を説明する図である。
【図１１】本発明の変形例に係る電子装置の詳細形状を説明する図である。
【図１２】本発明の変形例に係る超音波発生装置の動作フローの一例を示す図である。
【図１３】本発明の変形例に係る電子装置の動作フローの一例を示す図である。
【図１４】本発明の変形例に係る超音波発生装置の動作フローの一例を示す図である。
【図１５】本発明の変形例に係る電子装置の動作フローの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下に示す実施形態は本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。なお、本実施形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号または類似の符号（数字の後にＡ、Ｂなどを付しただけの符号）を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なったり、構成の一部が図面から省略されたりする場合がある。
【００３３】
＜第１実施形態＞
［給電システム］
図１から図５を用いて、本発明の一実施形態に係る給電システム１に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る給電システムを説明するための概念図である。
【００３４】
給電システム１は、電子装置１０、超音波発生装置（第１の装置）２０及び給電装置（第２の装置）３０を含む。超音波発生装置２０は、超音波を発して、電子装置１０を超音波によって所定の設定位置に浮遊させる装置である。電子装置１０は自ら浮遊するのではなく、浮遊させられる対象であることから、被浮遊物ということもできる。超音波発生装置２０は、超音波で定在波を生成する。給電装置３０は、後述のとおり、電子装置１０に含まれる電子機器に無線で電力を供給する装置である。
【００３５】
第１の超音波トランスデューサアレイ２１及び第２の超音波トランスデューサアレイ２３は、所定の距離離れてそれぞれ対向して配置される。この例では、第１の超音波トランスデューサアレイ２１及び第２の超音波トランスデューサアレイ２３は、２０ｃｍ離れて、対向して配置されている。また、第１の超音波トランスデューサアレイ２１及び第２の超音波トランスデューサアレイ２３は、それぞれ複数の超音波トランスデューサ（超音波振動子）２００を含む。この例では、第１の超音波トランスデューサアレイ２１及び第２の超音波トランスデューサアレイ２３は、それぞれ２８９（１７×１７）個の超音波トランスデューサ２００を含む。そして、各超音波トランスデューサ２００は、基本的にはアレイ状に配置される。また、この例では、各超音波トランスデューサ２００の共振周波数は、４０ｋＨｚであり、音圧レベルは、１１７ｄＢである。もっとも、超音波トランスデューサアレイ間の距離、各超音波トランスデューサアレイに含まれる超音波トランスデューサ２００の数や共振周波数などの電気的特性は、上記に限定されるものではなく、適宜に選択可能である。
【００３６】
前述のとおり、従来は、超音波を用いて浮遊させる対象物体としては、発泡スチロールなど浮遊させることのみを目的とした物体のみであって、物体を浮遊させる以上の用途がなかった。そこで、本発明の発明者らは、様々な用途に用いることが可能な浮遊させた物体の一つの例として、物体に電子機器を内蔵させることを考えた。例えば、浮遊させる物体に温度センサを内蔵させれば、物体が浮遊する場所を制御することによって、物体が移動可能な場所の温度情報を取得することが可能になるなど応用範囲が広がるからである。ところで、物体に内蔵する電子センサなどの電子機器を駆動させるには、電源が必要になる。超音波を用いた場合、物体に作用する浮遊力は、非常に弱い。そのため、浮遊させる物体を軽量化する必要がある。そこで本実施形態では、後述のとおり、電源として、コンデンサＣSTRを用いることにした。そして、コンデンサＣSTRに電荷を蓄えるためには、コンデンサＣSTRに電流が流れなければならない。そこで、本発明の発明者らは、超音波を用いて浮遊させる物体に無線で電力を供給する方法を考えた。
【００３７】
無線で電力を供給する方法としては、例えば、送電コイルと受電コイルを用いた電磁界結合方式がある。具体的には、図１及び図２に示すように、送電コイル３１に交流電流を流すと、送電コイル３１に磁界が発生し、送電コイル３１、受電コイル１１を共通に鎖交する磁束により受電コイル１１に誘導起電力が発生する。ここで、受電コイル１１に生じる誘導起電力は、受電コイル１１を貫く磁束の単位時間当たりの変化に比例するところ、受電コイル１１に生じる誘導起電力を大きくするには、図２に示すように、送電コイル３１を形成する面と受電コイル１１を形成する面が平行になることが望ましい。この例では、送電コイル３１は、螺旋状のコイルである。ここで、送電コイル３１を形成する面とは、螺旋の中心を通る線に対して垂直な面を意味する。他方、受電コイル１１を形成する面は、この例では、ＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｏａｒｄ）１２において受電コイル１１が形成される面を意味する。
【００３８】
ところで、従来、超音波を用いて浮遊させる対象物体は、球であった。そして、超音波を用いて浮遊させる対象物体は、ポテンシャル底で回転することが知られている。対象物体として、球を用いると、ランダムに回転する。つまり、球の回転軸がランダムに変化する。そのため、球に受電コイルを内蔵した場合、送電コイルと受電コイルとが平行になるという条件を満たすことは困難となる。つまり、球はランダムに回転しているため、当該条件を満たすような回転をすることが偶然に瞬間的にある可能性もあるものの、当該条件を常に満たすものではない。そのため、電力伝送効率は、ランダムに変化してしまう。したがって、無線給電の効率が不安定になってしまう。そこで、本発明の発明者らは、高効率な無線給電を実現するために、物体の形状、具体的には、後述の支持体１４の形状などを鋭意検討した。なお、送電コイル３１を形成する面と受電コイル１１を形成する面が平行になることが望ましいものの、本発明は、送電コイル３１を形成する面と受電コイル１１を形成する面が平行になる場合のみを対象とするものではない。送電コイル３１を形成する面と受電コイル１１を形成する面とがなす角があってもよい。この角は、小さければ小さいほど平行に近づくため好ましい。
【００３９】
ここで、図２を用いて、電子装置１０に含まれる支持体１４の形状、電子装置１０と送電コイル３１との関係について説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る電子装置の詳細形状を説明する図である。電子装置１０は、この例では、前述の受電コイル１１に加えて、ＰＣＢ１２、発光素子１３及び支持体１４を含む。支持体１４は、軸（第１の軸）５０のみに対して回転対称の形状である。図２の例では、支持体１４は、半球である。この例では、支持体１４は、底面がある。ＰＣＢ１２は支持体１４の底面上に搭載する。また、図２の例では、電子装置１０に含まれる受電コイル１１を形成する面は、軸５０に対して垂直になる。また、電子装置１０は、軸５０を回転軸として回転する。つまり、この例では、軸５０は、電子装置１０が回転するときの回転軸と一致することになる。ここで、電子装置１０は、時計回りに回転することもあれば、反時計回りに回転することもあるし、回転が止まっている場合もある。もっとも、電子装置１０が回転し、しかも回転方向がいずれであったとしても、電子装置１０に含まれる受電コイル１１を形成する面と送電コイル３１を形成する面とは平行になる。したがって、本実施形態に係る電子装置１０は、送電コイル３１と受電コイル１１とが平行になるという条件を満たすため、従来の球と異なり、高効率な無線給電を実現することが可能である。
【００４０】
また、電子装置１０の軸５０に沿った方向の長さｈは、超音波の半波長以下である。ｈが超音波の半波長以下でないと、電子装置１０が浮遊しないおそれがあるからである。この例では、超音波の周波数は４０ｋＨｚであるため、ｈは、約４．２ｍｍ（音速／４０ｋ／２×１０００）である。
【００４１】
発光素子１３は、ＰＣＢ１２上に搭載される。また、受電コイル１１は、ＰＣＢ１２にプリントされて形成される。発光素子１３は、この例では、ＬＥＤである。支持体１４は、半球のケースである。電子装置１０を可能な限り軽量化するために、支持体１４の内部は空洞になっている。支持体１４は、ＰＣＢ１２を介して、発光素子１３などの電子機器を保持している。支持体１４の材料は、この例では、感光性樹脂であるが、これに限定されるものではない。支持体１４の材料としては、半球を作成可能であり、軽い材料であることが好ましい。
【００４２】
ここで、図３を用いて、電子装置１０が発光素子１３を含む場合のシステムについて説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る給電システムを説明するためのブロック図である。図３に示すように、超音波発生装置２０は、第１の超音波トランスデューサアレイ２１、第２の超音波トランスデューサアレイ２３、第１の駆動回路２２、第２の駆動回路２４及び制御部２５を含む。
【００４３】
第１の駆動回路２２及び第２の駆動回路２４は、それぞれ制御用ＦＰＧＡとドライバＩＣを含む。制御用ＦＰＧＡは、制御部２５と通信を行い、焦点位置（所定の設定位置）に基づいて各超音波トランスデューサの適切な位相を算出し、駆動信号を生成する。この駆動信号は、ドライバＩＣによって電圧（例えば、Ｖp-p＝２４Ｖ）を増幅され、ハイパスフィルタによってＤＣ成分を除去された後、各超音波トランスデューサに送られる。その結果、第１の超音波トランスデューサアレイ２１に含まれる各超音波トランスデューサ及び第２の超音波トランスデューサアレイ２３に含まれる各超音波トランスデューサが発する超音波の位相を制御することになる。なお、制御部２５は、この例では、パーソナルコンピュータである。
【００４４】
制御部２５によって、各超音波トランスデューサが発する超音波の位相を制御することによって、超音波を集束させて、焦点を形成することが可能になる。ここで、「焦点」は、対象物体に非接触で力（超音波浮遊力）を作用させる場所を意味する。制御部２５が各超音波トランスデューサが発する超音波の位相を制御することによって、焦点をｘｙｚ方向（図２参照）に制御して、電子装置１０が浮遊する場所を制御することが可能になる。
【００４５】
給電装置３０は、送電コイル３１、コンデンサＣTX、スイッチＳTX、スイッチ制御部３３、制御部２５、パワーアンプ３７及び信号発生器３５を含む。信号発生器３５によって発生した交流信号は、パワーアンプ３７によって増幅される。電力を効率よく伝送するために、送電コイル３１にコンデンサＣTXを直列に接続している。つまり、送電コイル３１とコンデンサＣTXは、ＬＣ共振器である。スイッチＳTXは、発光素子１３のスイッチのＯＮ／ＯＦＦを制御するために、パワーアンプ３７とＬＣ共振器との間に挿入される。スイッチ制御部３３は、スイッチＳTXのＯＮ／ＯＦＦを制御するものであり、例えば、マイクロコンピュータである。制御部２５は、前述の制御用ＦＰＧＡとスイッチ制御部３３を同期制御し、電子装置１０の位置と発光素子１３のＯＮ／ＯＦＦを同期制御する。
【００４６】
図３に示すように、電子装置１０は、受電コイル１１、コンデンサＣRX、発光素子１３、コンデンサＣSTR、ＩＣチップ１９を含む。受電コイル１１とコンデンサＣRXを並列に接続し、並列共振回路を生成している。送電コイル３１から発生する磁束の変化の周期に共振周波数を合わせることによって、より多くの磁束を受電コイル１１で捕捉することができる。また、コンデンサＣRXとの共振現象により、受電コイル１１の端子間電圧が上昇し、ＩＣチップ１９へより大きな電圧を供給することができる。ここでは、コンデンサＣRX、発光素子１３、コンデンサＣSTR、ＩＣチップ１９をまとめて「電子機器」と呼んでもよい。
【００４７】
ＩＣチップ１９は、チャージポンプ回路１９１、電圧検出回路１９３、スイッチＳRX及び抵抗Ｒ1を含む。チャージポンプ回路１９１は、交流電圧を直流電圧に整流し、直流電圧を昇圧する。電圧検出回路１９３は、直流電圧（ＶDD）を制御し、スイッチＳRXは、コンデンサＣSTRの電荷の蓄積を制御する。抵抗Ｒ1は、発光素子１３に印加する電圧が破壊電圧を超えないようにするために、発光素子１３の前に設けられる。この例では、ＶDDを直流電圧にしている。ＶDDが交流電圧の場合、ＶDDが直流電圧の場合と比較して、ＬＥＤで消費する電力が大きくなるからである。そのため、本実施形態のチャージポンプ回路１９１は、交流電圧を直流電圧に整流する機能を有する。もっとも、ＶDDは直流電圧に限定されるものではなく、交流電圧であってもよい。
【００４８】
続いて、図４及び図５を用いて、電子装置１０が図３に示す回路等を含む場合の電子装置１０の形状について説明する。図４及び図５は、本発明の一実施形態に係る電子装置の詳細形状を説明する図である。図４は、電子装置１０に含まれるＰＣＢ１２の表面であり、図５は、電子装置１０に含まれるＰＣＢ１２の裏面である。ＰＣＢ１２の表面は、図２に示すように、外部から目視可能な面である。
【００４９】
電子装置１０の重心は、図２で示す軸５０と一致する。つまり、電子装置１０の重心は、軸５０上に存在する。電子装置１０の重心が、軸５０から離れると、電子装置１０が安定的に浮遊しないおそれがあるからである。電子装置１０の重心を軸５０上にするように、電子装置１０に含まれる部品を配置する。この例では、ＰＣＢ１２は、円形状である。そこで、図４に示すように、発光素子１３の重心がＰＣＢ１２の表面の中心（円の中心Ｏ）に重なるように配置する。図５に示すように、ＩＣチップ１９の重心がＰＣＢ１２の裏面の中心（円の中心Ｏ）に重なるように配置する。また、コンデンサＣSTRとコンデンサＣRXは、ＰＣＢ１２の裏面の中心を基準に対称な位置に配置する。
【００５０】
ところで、給電装置３０を用いて、電子機器に無線で電力を供給する場合、無線給電できる範囲は、限定される。例えば、図２に示すように、送電コイル３１の中心を基準として、ｘｙｚ方向とした場合、無線給電できる範囲は、送電コイル３１と受電コイル１１の位置関係が所定の関係を満たす場合に限定される。そこで、予め給電可能な範囲を調べた上で、電子装置１０が当該給電可能な範囲にとどまるように、第１の超音波トランスデューサアレイ２１に含まれる各超音波トランスデューサ及び第２の超音波トランスデューサアレイ２３に含まれる各超音波トランスデューサの位相を制御してもよい。
【００５１】
以上で、給電システム１について説明した。本実施形態によれば、電子機器を含む電子装置１０を超音波によって浮遊させることができる。なお、当該電子装置１０を浮遊させるには、少なくとも超音波発生装置２０があれば足り、給電装置３０は必須の構成ではない。また、本実施形態によれば、浮遊する電子装置１０に無線で電力を供給することができる。また、前述のとおり、支持体１４の形状を軸５０に対して回転対称の形状にし、浮遊する電子装置１０に含まれる受電コイル１１を形成する面と送電コイル３１を形成する面とが平行になるようにすることによって、高効率な無線給電を実現することができる。また、浮遊する電子装置１０が発光素子１３を含む場合、制御部２５が、２つの制御用ＦＰＧＡとスイッチ制御部３３を同期制御し、電子装置１０の位置と発光素子１３のＯＮ／ＯＦＦを同期制御することによって、空中における描画を可能にする。
【００５２】
＜第２実施形態＞
［給電システム］
図６を用いて、給電システム１Ａについて説明する。図６は、本発明の他の実施形態に係る給電システムを説明するための概念図である。本実施形態に係る給電システム１Ａは、概ね第１実施形態に係る給電システム１と同じである。そこで、重複する点についての説明は省略し、異なる点について詳細に説明する。
【００５３】
給電システム１Ａの超音波発生装置２０Ａが、超音波発生装置２０と異なる。具体的には、超音波発生装置２０Ａは、第１の超音波トランスデューサアレイ２１を有するものの、超音波発生装置２０が有する第２の超音波トランスデューサアレイ２３を有しない。超音波発生装置２０Ａは、第２の超音波トランスデューサアレイ２３の代わりに、反射板２７を有する。また、第２の超音波トランスデューサアレイ２３を有しないことに伴い、超音波発生装置２０が有する第２の駆動回路２４も有しない。第１の超音波トランスデューサアレイ２１と反射板２７は、対向して配置する。超音波発生装置２０Ａは、第１の超音波トランスデューサアレイ２１が発する超音波と反射板２７が反射する波を重ね合わせることによって、定在波を生成する。つまり、本実施形態では、第１実施形態と定在波の生成方法が異なる。
【００５４】
そして、第１実施形態では、図２で示すｘｙｚ方向に電子装置１０を移動させることが可能であったのに対し、本実施形態では、図２で示すところのｘｙ方向にしか電子装置１０を移動させることは困難である。ここで、図６に示すように、反射板２７を送電コイル３１と電子装置１０との間に配置し、電子装置１０のＰＣＢ１２の表面が反射板２７側になるように電子装置１０を浮遊させると、発光素子１３による発光によって、反射板２７側が照らされる。例えば、反射板２７の上に文字等が記された紙等を置けば、電子装置１０は、移動可能なマイクロブックライトとして機能する。
【００５５】
＜変形例１＞
以上の実施形態では、電子装置１０の支持体１４は、半球であり、ＰＣＢ１２は、円であることを前提に説明した。もっとも、電子装置１０の支持体１４の形状やＰＣＢ１２の形状は、これに限定されるものではない。支持体は、回転対称になる軸が１つのみ（軸５０のみ）の形状である場合の当該形状か、回転対称になる複数の軸が存在する場合には、ｎが最も大きい軸が一つであることを満たす形状であればよい。なお、ｎは、２以上の整数であり、軸の周りを（３６０／ｎ）°回転させると自らと重なる性質を有する場合の当該ｎを意味する。回転対称になる軸が１つのみ（軸５０のみ）の場合に、ｎ（ｎ回対称におけるｎ）が３以上、さらには４以上であることが望ましい。回転対称になる軸が１つのみ（軸５０のみ）の形状の例としては、第１実施形態（図２）の半球、後述の円錐（図８）、図９に示す形状などである。他方、回転対称になる複数の軸が存在する場合、ｎの最大値は４以上であることが望ましい。回転対称になる複数の軸が存在する場合、ｎが最も大きい軸が一つであることを満たす形状の例としては、後述の円筒（図７）、八面体（図１０）、直方体（図１１）などである。例えば、立方体の場合は、頂点を通る軸について３回対称、辺心を通る軸について２回対称、面心を通る軸について４回対称である。つまり、立方体の場合、ｎが最も大きい軸は、面心を通る軸である。もっとも、面心を通る軸は、３つあるため、ｎが最も大きい軸が一つであるという条件を満たさない。そのため、立方体は、支持体の変形例とはならない。また、ＰＣＢの形状は、支持体の形状によって異なりうる。ここで、図７から図１１を用いて、変形例に係る支持体の形状やＰＣＢの形状について説明する。
【００５６】
図７に示すように、電子装置１０Ａに含まれる支持体１４Ａは、円筒形状である。電子装置１０Ｂに含まれる支持体１４Ｂは、図８に示すように、円錐である。電子装置１０Ｃに含まれる支持体１４Ｃ（支持体１４Ｃａと支持体１４Ｃｂ）は、図９に示すように、半球の支持体１４Ｃａと支持体１４Ｃｂを合わせた形状である。支持体１４Ｃｂは、軸５０からの距離ｒが、頂点に向かうにつれて逓減する形状である。電子装置１０Ｄに含まれる支持体１４Ｄは、図１０に示すように、八面体である。この場合、ＰＣＢ１２Ｄの形状は、例えば、正方形又は長方形である。電子装置１０Ｅに含まれる支持体１４Ｅは、直方体である。この場合、ＰＣＢ１２Ｅの形状は、例えば、正方形又は長方形である。なお、図７から図１１は、あくまで支持体の形状の例であって、これらの限定されるものではなく、支持体が、軸５０のみに対して回転対称の形状であればよいことはいうまでもない。
【００５７】
これらの変形例においても、第１実施形態及び第２実施形態と同様の効果を奏する。
【００５８】
＜変形例２＞
以上の実施形態においては、支持体１４が底面を含む半球であることを前提に説明した。もっとも、支持体１４は、底面がない半球であってもよい。この場合は、底面がない半球に円形状のＰＣＢ１２を合わせて半球としてもよい。変形例１の支持体１４Ａから１４Ｅについても、同様である。これらの変形例においても、第１実施形態及び第２実施形態と同様の効果を奏する。
【００５９】
＜変形例３＞
以上の実施形態においては、図３に示すように、コンデンサＣTXと送電コイル３１は直列に接続し、コンデンサＣRXと受電コイル１１は並列に接続することを前提に説明した。つまり、送電コイル（一次コイル）３１側に挿入されるコンデンサは直列で、受電コイル（二次コイル）１１側に挿入されるコンデンサは並列であるから、いわゆるＳＰ方式である。もっとも、ＳＰ方式に限定されるものではなく、いわゆるＳＳ方式、ＰＳ方式、ＰＰ方式などであってもよい。
【００６０】
＜変形例４＞
以上の実施形態の電子装置１０や各変形例の電子装置は、電子機器が発光素子１３を含むことを前提として説明した。もっとも、発光素子１３の代わりに、通信素子、センサ、アクチュエータを搭載してもよい。ここで、通信素子は、例えば、無線通信用の部品である。また、センサは、例えば、カメラ、フォトディテクタ、加速度センサ、マイク、温度センサ、湿度センサ、磁気センサ、ガスセンサ、圧力センサ、電流センサ、放射線センサなどである。また、アクチュエータは、例えば、スピーカ、モータ、ピエゾアクチュエータなどである。また、通信素子、センサ、アクチュエータを組み合わせて搭載してもよい。搭載する電子機器に応じて、ＩＣチップ１９の構成は、適宜設計することになる。
【００６１】
本変形例においても、電子機器を含む電子装置１０を超音波によって浮遊させることができる。浮遊する電子装置１０に無線で電力を供給することができる。また、高効率な無線給電を実現することができる。このように、通信素子、センサ、アクチュエータを適宜に組み合わせて搭載することによって、様々な応用が可能である。
【００６２】
＜変形例５＞
前述のとおり、電子機器に無線で電力を供給する場合、無線給電できる範囲は、限定される。第１の実施形態においては、予め給電可能な範囲を調べた上で、第１の超音波トランスデューサアレイ２１に含まれる各超音波トランスデューサ及び第２の超音波トランスデューサアレイ２３に含まれる各超音波トランスデューサが発する超音波の位相を制御するという方法を用いた。もっとも、電子装置１０が給電可能な範囲にとどまるようするための方法は、これに限定されるものではない。例えば、電子装置１０が受電コイル１１の他に、受電コイル１１に流れる電流を検出する電流センサ（電流検出器）、電流センサの結果を制御部に送信する通信素子といった電子機器を含むようにしてもよい。ここで、図１２及び図１３を用いて、超音波発生装置２０及び電子装置１０の動作フローについて説明する。図１２は、本発明の変形例に係る超音波発生装置の動作フローの一例を示す図である。まず、超音波発生装置２０の制御部２５は、電子装置１０が所定の設定位置に移動するように、各超音波トランスデューサが発する超音波の位相を制御する（ステップＳ１０１）。続いて、電子装置１０の通信素子から元の位置に戻るように指示する信号を受信した場合（ステップＳ１０３でＹｅｓの場合）には、当該信号を受信した超音波発生装置２０は、元の位置に戻るように、第１の超音波トランスデューサアレイ２１に含まれる各超音波トランスデューサ及び第２の超音波トランスデューサアレイ２３に含まれる各超音波トランスデューサが発する超音波の位相を制御する（ステップＳ１０５）。他方、当該信号を受信しない場合（ステップＳ１０３でＮｏの場合）、ステップＳ１０３を繰り返す。
【００６３】
続いて、電子装置１０の動作フローについて説明する。図１３は、本発明の変形例に係る電子装置の動作フローの一例を示す図である。電子装置１０に含まれる電流センサは、受電コイル１１に流れる電流を検出し、電子装置１０は、流れる電流が所定の値以上かどうかを判定する（ステップＳ２０１）。受電コイル１１に流れる電流が所定の値以上の場合（ステップＳ２０５でＹｅｓの場合）には、ステップＳ２０１を繰り返す。他方、受電コイル１１に流れる電流が所定の値未満であると判定した場合（ステップＳ２０５でＮｏの場合）には、電子装置１０の通信素子は、超音波発生装置２０に対し、元の位置に戻るように指示する信号を送信する。
【００６４】
なお、上記の例では、電子装置１０の通信素子が、超音波発生装置２０に対し、元の位置に戻るように指示する信号を送信したが、これに限定されるものではない。例えば、電子装置１０の通信素子は、超音波発生装置２０に対し、受電コイル１１に流れる電流の値を送信し、所定の値以上かどうかの判定は、超音波発生装置２０側で行ってもよい。
【００６５】
＜変形例６＞
また、例えば、電子装置１０に受電コイル１１の他にカメラと通信素子といった電子機器を含んでもよい。ここで、図１４及び図１５を用いて、給電システム１の動作フローについて説明する。図１４は、本発明の変形例に係る超音波発生装置の動作フローの一例を示す図である。電子装置１０の通信素子から電子装置１０が人の手から離れるように制御するように指示する信号を受信したかどうかを判定し（ステップＳ３０１）、当該信号を受信した場合（ステップＳ３０１でＹｅｓの場合）には、超音波発生装置２０は、電子装置１０が手に当たらない位置になるように、第１の超音波トランスデューサアレイ２１に含まれる各超音波トランスデューサ及び第２の超音波トランスデューサアレイ２３に含まれる各超音波トランスデューサが発する超音波の位相を制御する（ステップＳ３０３）。他方、当該信号を受信しない場合には、ステップＳ３０１を繰り返す。
【００６６】
続いて、電子装置１０の動作フローについて説明する。図１５は、本発明の変形例に係る電子装置の動作フローの一例を示す図である。例えば、カメラが電子装置１０に人の手が近付いたかどうか（所定の範囲内に入ったかどうか）を検知し（ステップＳ４０１）、検知しなかった場合（ステップＳ４０１でＮｏの場合）には、ステップＳ４０１を繰り返す。他方、カメラが電子装置１０に人の手が近付いたかどうか（所定の範囲内に入ったかどうか）を検知した場合（ステップＳ４０１でＹｅｓの場合）には、電子装置１０の通信素子が、超音波発生装置２０に対し、電子装置１０が人の手から離れるように制御するように指示する信号を送信する（ステップＳ４０３）。当該信号を送信後は、ステップＳ４０１を繰り返す。
【００６７】
＜変形例７＞
また、例えば、電子装置１０に含まれる電子機器は温度センサと通信素子であってもよい。例えば、温度センサが検知した温度を通信素子が超音波発生装置２０に送信すると、超音波発生装置２０は、受信した温度情報と電子装置１０の焦点位置の情報とを紐づけて記憶してもよい。また、これらの情報を表示装置に出力してもよい。
【００６８】
＜変形例８＞
以上の実施形態及び変形例においては、電子装置１０に含まれる温度センサや通信素子などの電子機器を駆動させるための電源として、コンデンサであることを前提に説明した。もっとも、電子機器を駆動させるための電源として、一次電池や二次電池を電子装置１０に搭載してもよい。
【００６９】
＜変形例９＞
以上の実施形態においては、無線で電力を供給する方法として、送電コイルと受電コイルを用いた電磁界結合方式を前提として説明した。もっとも、無線で電力を供給する方法は、これに限定されるものではなく、超音波を用いる方式であってもよい。具体的には、第１実施形態における給電装置３０、受電コイル１１は不要となり、電子装置１０は受電コイル１１の代わりに受電用の超音波トランスデューサを含むことになる。受電コイル１１や受電用の超音波トランスデューサは、無線受電部と呼んでもよい。超音波を用いた無線給電については、公知の文献（宇野祐輝、崔通、星貴之、桜井貴康、高宮真著「超音波ワイヤレス給電の距離・位置ずれ依存の実測」電子情報通信学会総合大会、B-21-26、名古屋、2017年3月）などに記載されている。
【００７０】
本変形例でも、第１実施形態と同様の効果を奏する。また、第１実施形態における給電装置３０、受電コイル１１は不要となる。
【００７１】
＜変形例１０＞
以上の実施形態及び変形例では、電子装置１０が１個であることを前提に説明した。もっとも、電子装置１０の個数は１個に限定されるものではなく、２個以上の複数であってもよい。電子装置１０が複数ある場合に、複数の電子装置１０を浮遊させるには、超音波トランスデューサアレイの数を増やす方法か、焦点位置を時分割で移動させる方法が考えられる。
【００７２】
＜変形例１１＞
以上の実施形態では、２つの超音波トランスデューサアレイを対向して配置するか、１つの超音波トランスデューサアレイと反射板を対向して配置するかのいずれかによって、超音波で定在波を生成することを前提に説明した。もっとも、超音波を用いて電子装置１０を浮遊させる方法としては、これらに限定されるものではない。例えば、反射板を用いることなく１つの超音波トランスデューサアレイを用い、多数の超音波トランスデューサが発する超音波の位相を制御することによって、上空の音圧分布を操り、高い音圧に囲まれた低い音圧の部分に電子装置１０を捉える方法など公知の方法であってもよい。
【００７３】
＜変形例１２＞
以上の実施形態及び変形例では、電子装置１０が浮遊するのは空中であることを前提に説明した。もっとも、空中に限定されるものではなく、液体中であってもよい。つまり、超音波は液体を媒体として伝搬させてもよい。この場合には、電子装置１０には液体（例えば、水）による浮力が働き、より重い電子装置を浮遊させることが可能になる。また、一般に、超音波は気体中よりも液体中の方が、減衰が小さいことから、遠くまで超音波を伝搬できる。そのため、電子装置１０が浮遊することが可能な場所が拡大する。
【００７４】
なお、本発明は上記の実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１：給電システム  １０：電子装置  １１：受電コイル  １２：ＰＣＢ
１３：発光素子  １４：支持体  １９：ＩＣチップ  ２０：超音波発生装置
２１：第１の超音波トランスデューサアレイ  ２２：第１の駆動回路
２３：第２の超音波トランスデューサアレイ  ２４：第２の駆動回路
２５：制御部  ３０：給電装置  ３１：送電コイル
３３：スイッチ制御部  ３５：信号発生器  ３７：パワーアンプ  ５０：軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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