JP7260409B2 - 自律走行作業機、及び無線給電システム - Google Patents
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Description
しかしながら、芝刈機がステーションに位置する際に、コアに対して受電コイルが適切な位置に配置されていないと、無線給電のエネルギー伝達効率が劣化する。
図1は、本実施形態に係る無人芝刈システム1の構成を示す図である。
無人芝刈システム1は、ロボット芝刈機2と、芝刈作業を実行する作業対象エリアである芝刈エリアARを区画するエリアワイヤー5と、充電ステーション3と、を備える。
ロボット芝刈機2は、芝刈エリアARの中を無人で自律走行しながら芝草を刈る自律走行作業機である。エリアワイヤー5は、芝刈エリアARの境界Aをロボット芝刈機2が検知可能にするために、業者等によって境界Aに沿って敷設される部材である。本実施形態では、敷設されたエリアワイヤー5が磁性を帯びており、ロボット芝刈機2がエリアワイヤー5の磁気を検出することで芝刈エリアARの境界Aを検知する。ロボット芝刈機2は、「自律走行作業機」の一例に対応する。
ロボット芝刈機2は、本体ケースを構成するハウジング11と、ハウジング11の前部の左右の各々に設けられた前輪12と、ハウジング11の後部の左右の各々に設けられた後輪13と、ハウジング11の中央の下部に設けられた作業部14とを備えている。作業部14は、芝草を刈る刈刃が設けられた刈刃ディスク14Aを有する。
本実施形態では、充電ステーション3とロボット芝刈機2とによって、充電ステーション3からロボット芝刈機2に電力を無線給電する無線給電システム30が構成されている。かかる無線給電システム30によれば、受電のために充電ステーション3に機械的に係合する電極をロボット芝刈機2に設ける必要がないため、ロボット芝刈機2の防水性、防塵性、及び絶縁性を向上させることができる。またロボット芝刈機2において、受電のための電極(後述する受電コイル35)をハウジング11の中に配置し、当該電極を露出させない事で、ロボット芝刈機2の安全性や耐久性、デザイン性の向上を図ることができる。
無線給電システム30は、電磁誘導を利用して非接触に電力を送受するシステムであり、図3に示すように、充電ステーション3が、非接触送電回路32と、送電コイル33と、コア34と、を備え、ロボット芝刈機2が、受電コイル35と、非接触受電回路36と、を備える。
非接触送電回路32は、電源コード40を介して商用電源Pに接続され、当該商用電源Pの商用電力を送電コイル33から送電する回路であり、商用電力を送電電力に変換する電源回路41と、送電電力に応じた所定周波数の交流電圧(交流電流)を送電コイル33に出力する送電回路42と、を備える。送電コイル33は電力供給用のコイルである。コア34は、磁性体材料から成る柱状の部材であり、当該送電コイル33がコア34に挿入状態で設けられている。
本実施形態の無線給電システム30では、バッテリー17の充電時には、受電コイル35にコア34の先端34Aが挿入された状態で無線給電が行われることで、送電コイル33と受電コイル35との間の磁気的な結合が強められ、送電コイル33、及び受電コイル35の間のエネルギー伝達効率が高められている。
これに対し、上述の通り、この無線給電システム30では、コア34が充電ステーション3の側に設けられ、このコア34に、ロボット芝刈機2の受電コイル35を挿入する構成となっている。これにより、ロボット芝刈機2の重量増加が抑えられ、ロボット芝刈機2の可搬性(ユーザによる持ち運び)が損なわれたり、轍が芝生に残り易くなったりする、といった悪影響が抑えられる。また、ユーザーによって持ち運ばれるロボット芝刈機2の側にコア34が設けられていないため、比較的割れ易いコア34の破損を抑制できる。
同図に示すように、充電ステーション3は、上記送電コイル33、コア34、及び、これらを覆う送電カバー51を備えた送電用構造体50を有する。
充電ステーション3は、ロボット芝刈機2に対面する壁面52を有し、この壁面52に送電用構造体50が設けられる。具体的には、柱状のコア34が壁面52に突設され、そのコア34に送電コイル33が挿入され、これらコア34、及び送電コイル33が送電カバー51で覆われている。送電カバー51は、凸状(本実施形態では四角柱状)の凸部53を有し、この凸部53の中にコア34が配置される。なお、壁面52や送電カバー51の材料は、無線給電を阻害しない限り任意である。
ロボット芝刈機2のハウジング11の前面11Aには、充電時に充電ステーション3の壁面52に対面する箇所に、送電カバー51の凸部53と係合する凹部55が設けられている。同図5、及び前掲図4に示すように、受電コイル35は、この凹部55を包囲するようにハウジング11の中に設けられており、充電ステーション3の凸部53が凹部55に入り込むことで、凸部53の中のコア34が受電コイル35に挿入された状態となる。
なお、受電コイル35をハウジング11の中にどのように設置するかは任意であり、例えば樹脂製のハウジング11の凹部55に受電コイル35を埋設してもよいし、ハウジング11の内面に設けた保持構造によって受電コイル35を保持してもよい。
またロボット芝刈機2は、自走して充電ステーション3に帰還する際、受電コイル35によって所定値以上の電圧が受電されているか否かを判定することで、凸部53と凹部55とが適切に係合したか否かを判定することもできる。
ロボット芝刈機2の受電コイル35が、充電ステーション3の凸部53(コア34)に挿入されるためには、図6(A)に示すように、受電コイル35がコア34の先端34Aよりも低い位置に配置されている必要がある。
しかしながら、図6(A)の構成においては、ロボット芝刈機2が進入方向Dに直進して充電ステーション3に進入する際に、仮想線で示すように受電コイル35がコア34に衝突し、ロボット芝刈機2の進入が阻害される。
具体的には、図6(B)、及び前掲図4に示すように、受電コイル35のうち、ロボット芝刈機2が充電ステーション3に進入する際にコア34に対向する前端部60Aを、コア34の先端34Aよりも高い位置に配置することで、コア34が通過する開放部70が当該前端部60Aの下方に形成される。
さらに、受電コイル35は、コア34の先端34Aよりも低い位置に配置された低位部60Lを有することで、開放部70を通過して受電コイル35の内部に進入したコア34の先端34Aが当該受電コイル35から突出するようになっている。本実施形態において低位部60Lは、受電コイル35のうち、前端部60Aに対向する後端部60Bを含む範囲に設定されており、この受電コイル35では、当該後端部60Bが最も低くなっている。かかる開放部70、及び低位部60Lを有した受電コイル35は、コア34の先端34Aよりも低い位置に後端部60Bを配置した状態で、当該後端部60Bを基点とし、前端部60Aをコア34の先端34Aよりも高い地点に配置する傾斜角度で、受電コイル35を傾斜させることで実現される。
これにより、開放部70を受電コイル35に簡単に設けることができる。
これにより、送電カバー51と、凹部55との係合構造により、充電ステーション3の凸部53と、ロボット芝刈機2の凹部55との相対位置を、効率良くエネルギー伝達が行われる位置に、簡単に位置決めできる。
また同図7(B)に示すように、受電コイル35において、前端部60A、及び後端部60Bをコア34の先端34Aよりも高い位置に配置した状態で、これら前端部60A、及び後端部60Bの間(図示例では中間部)に低位部60Lを設けてもよい。この構成によれば、後端部60Bの下方にも、コア34が通過可能な開放部70を形成できる。
2 ロボット芝刈機(自律走行作業機)
3 充電ステーション(ステーション)
17 バッテリー
30 無線給電システム
32 非接触送電回路
33 送電コイル
34 コア
34A コアの先端
35 受電コイル
36 非接触受電回路
50 送電用構造体
51 送電カバー
53 凸部
53A 凸部の先端
55 凹部
60A 受電コイルの前端部
60B 受電コイルの後端部
60L 低位部
70 開放部
D 進入方向
Claims (6)
- ステーションから無線給電を受ける自律走行作業機であって、
前記ステーションに設けられ、地面に対して斜めに配置される磁性体のコアが挿入された送電コイルに磁気結合する受電コイルを有し、
前記受電コイルは、
前記自律走行作業機が前記ステーションに進入する際に前方に位置する前端部と、後方に位置する後端部とを有し、前記前端部を上にして傾けて前記自律走行作業機に固定され、前記前端部の下方に前記コアが通過する開放部が形成され、前記後端部は前記開放部に前記コアの先端が挿入された際に当該コアの先端よりも低い位置に配置される低位部を有する
ことを特徴とする自律走行作業機。 - ステーションから無線給電を受ける自律走行作業機であって、
前記ステーションに設けられ、地面に対して斜め又は地面に略垂直に配置される磁性体のコアが挿入された送電コイルに磁気結合する受電コイルを有し、
前記受電コイルは、
前記自律走行作業機が前記ステーションに進入する際に前方に位置する前端部と、後方に位置する後端部とを有し、前記後端部と前記前端部との間を折り曲げて前記自律走行作業機に固定され、前記前端部の下方に前記コアが通過する開放部が形成され、前記折り曲げた部分は前記開放部に前記コアの先端が挿入された際に当該コアの先端よりも低い位置に配置される低位部を有する
ことを特徴とする自律走行作業機。 - 前記ステーションには前記送電コイルを覆う送電カバーが設けられており、
前記自律走行作業機は、
前記ステーションに進入する際に前記送電カバーに係合する係合部を有する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の自律走行作業機。 - 前記送電カバーは、前記コアを収めた凸状の凸部を有し、
前記係合部は、前記凸部に係合する凹部を有し、
前記受電コイルは、当該凹部を囲んで設けられている
ことを特徴とする請求項3に記載の自律走行作業機。 - ステーションと、
前記ステーションから無線給電を受ける自律走行作業機と、を備えた無線給電システムであって、
前記ステーションは、
送電コイル、及び当該送電コイルが挿入され、地面に対して斜めに配置される磁性体のコアを有し、
前記自律走行作業機は、
前記送電コイルと磁気結合する受電コイルを有し、
前記受電コイルは、
前記自律走行作業機が前記ステーションに進入する際に前方に位置する前端部と、後方に位置する後端部とを有し、前記前端部を上にして傾けて前記自律走行作業機に固定され、前記前端部の下方に前記コアが通過する開放部が形成され、前記後端部は前記開放部に前記コアの先端が挿入された際に当該コアの先端よりも低い位置に配置される低位部を有する
ことを特徴とする無線給電システム。 - ステーションと、
前記ステーションから無線給電を受ける自律走行作業機と、を備えた無線給電システムであって、
前記ステーションは、
送電コイル、及び当該送電コイルが挿入され、地面に対して斜め又は地面に略垂直に配置される磁性体のコアを有し、
前記自律走行作業機は、
前記送電コイルと磁気結合する受電コイルを有し、
前記受電コイルは、
前記自律走行作業機が前記ステーションに進入する際に前方に位置する前端部と、後方に位置する後端部とを有し、前記後端部と前記前端部との間を折り曲げて前記自律走行作業機に固定され、前記前端部の下方に前記コアが通過する開放部が形成され、前記折り曲げた部分は前記開放部に前記コアの先端が挿入された際に当該コアの先端よりも低い位置に配置される低位部を有する
ことを特徴とする無線給電システム。
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