WO2021192044A1 - 作業システム - Google Patents

Abstract

作業システムは、複数の作業機と、前記複数の作業機に電力を供給する給電装置とを備える。前記複数の作業機は、前記作業部を駆動させるために必要な電力量が異なる複数種類の作業機を含む。前記給電装置は、前記複数の作業機の作業エリアに対して電力を無線送電する第一の送電手段を備える。前記第一の送電手段は該作業エリアの単位面積当たり一定容量の送電を行う。前記複数の作業機は、それぞれ、前記作業エリアに対して無線送電される電力を受電する受電手段を備える。

Description

作業システム

　本発明は作業システムに関する。

　特許文献１には、電気自動車のルーフ上に搭載した太陽電池に向けて光を照射し、太陽電池が発電する電力を、電気自動車が備える二次電池に給電する非接触給電技術が開示されている。

特許第６３３０４９４号

　庭の芝刈りや雪かき、或いは、工事現場などでは作業機の電動化が進められている。作業機の充電頻度が多いと、作業が遅滞する。また、作業機の種類によって必要な電力が異なるため、比較的簡易にその調整が行えることが好ましい。

　本発明の目的は、作業中の作業機に電力を供給可能な作業システムを提供することにある。

　本発明によれば、
　作業部を有する複数の作業機と、前記複数の作業機に電力を供給する給電装置と、を備える作業システムであって、
　前記複数の作業機は、前記作業部を駆動させるために必要な電力量が異なる複数種類の作業機を含み、
　前記給電装置は、前記複数の作業機の作業エリアに対して電力を無線送電する第一の送電手段を備え、
　前記複数の作業機は、それぞれ、前記作業エリアに対して無線送電される電力を受電する受電手段を備える
ことを特徴とする作業システムが提供される。

　また、本発明によれば、作業機と、前記作業機に電力を供給する給電装置と、を備える作業システムであって、
　前記給電装置は、前記作業機の作業エリアに対して電力を無線送電する第一の送電手段を備え、
　前記第一の送電手段は該作業エリアの単位面積当たり一定容量の送電を行い、
　前記作業機は、前記作業エリアに対して無線送電される電力を受電する受電手段を備える、
ことを特徴とする作業システムが提供される。

　本発明によれば、作業中の作業機に電力を供給可能な作業システムを提供することができる。

作業システムの適用例を示す模式図。 作業機の構成及び受電態様を示す模式図。 図１の作業システムのブロック図。 サーバの処理例を示すフローチャート。 可動ユニットを備えた給電装置の例を示す説明図。 可動ユニットの動作説明図。 本発明の別実施形態に係る作業システムの適用例を示す模式図。 図７の作業システムのブロック図。 回生電力の送電態様を示す説明図。 回生電力の送電態様を示す説明図。 サーバの処理例を示すフローチャート。 有人作業エリアの例を示すレイアウト図。

　以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴のうち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

　＜第一実施形態＞
　＜システムの概要＞
　図１は作業システム１００の適用例を示す模式図である。作業システム１００は、作業機１と、作業機１に電力を供給する給電装置２０とを備える。作業機１は、家屋に隣接した作業エリア（芝地）ＷＡの芝刈り作業を行う。本実施形態の作業機１は、刈り取った芝を回収する機能を有しておらず、刈り取った芝は作業エリアＷＡ上に放置されて肥料とされる。なお、作業機１は刈り取った芝を回収する機能を有していてもよく、例えば、回収袋に刈り取った芝を送り出す機構を有していてもよい。

　給電装置２０は、複数の送電部２２を備え、作業エリアＷＡに対して電力を無線送電する。送電区画２０ａは各送電部２２が電力を無線送電する範囲を模式的に示している。本実施形態の作業機１は自律式の電動芝刈り機であり、受電部８を有している。作業機１は、そのバッテリ残量が低下すると送電区画２０ａに移動して送電部２２から電力の供給を受ける。送電区画２０ａは作業機１の充電区画ということもできる。送電区画２０ａは重複が無いように設定される。

　作業エリアＷＡには、その区画を示す複数のマーカ１０１が設けられている。マーカ１０１は例えば柱状の部材である。作業機１は撮影装置９を備えており、その撮影画像からマーカ１０１を認識する。そして作業機１は、その認識結果に基づき、作業エリアＷＡからはみ出ないように走行しつつ、芝刈り作業を行う。なお、作業エリアＷＡの区画は、作業エリアＷＡを囲むように敷設され、磁界を発するエリアワイヤで行ってもよく、作業機１はエリアワイヤを認識して走行及び芝刈り作業を行うものであってもよい。

　＜作業機及び給電装置の概要＞
　図２は作業機１の構成及び給電装置２０からの作業機１の受電態様を示す模式図（給電装置２０の立面図）である。

　作業機１は、左右の前輪４Ｂ及び左右の後輪４Ａを有する走行ユニット３を備えた四輪車である。左右の後輪４Ａは駆動輪であり、作業機１を作業エリア上で移動させる。各後輪４には、モータ４ａを駆動源とした駆動機構が設けられ、左右の後輪４Ａは独立して回転制御が行われる。左右の後輪４Ａを独立して回転制御することにより、作業機１の進行方向を制御することができる。左右の前輪４Ｂは自由回転自在に設けられている。

　作業機１は作業部５を備える。作業部５は作業エリアの芝刈り作業を行う機構である。作業部５は、回転カッタ５ａと、モータ５ｃを駆動源として回転カッタ５ａを略鉛直方向の軸５ｂ回りに回転させる駆動機構とを含む。回転カッタ５ａは、作業機１の前後方向で中央部（前輪４Ｂと後輪４Ａとの間）において車体２の下方に配置されている。本実施形態の回転カッタ５ａは、回転方向が正回転、逆回転いずれの場合も芝を切断できるようにブレード（刃）が設けられている。作業部５は回転カッタ５ｃの上下方向の位置を変化させる昇降機構を備えていてもよい。以上の構成により、前輪４Ｂ及び後輪４Ａで作業機１を移動させつつ、作業部５により芝刈り作業を行うことができる。

　作業機１の車体２の前部には撮影装置９が設けられている。撮影装置９は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像センサ、レンズ等の光学系を含むカメラである。本実施形態の場合、撮像装置９の撮影範囲９ａは作業機１の前方である。しかし、撮影範囲９ａはこれに限られず、撮影装置９として３６０度カメラを採用してもよい。

　作業機１は、その電源として蓄電器（バッテリ）６を備える。蓄電器６はモータ４ａ及びモータ５ｃ、撮影装置９等、作業機１が備える電気負荷に電力を供給する。車体２の上部には、給電装置２０から電力の供給を受ける受電部８が設けられている。蓄電器６は受電部８で受電した電力で充電可能である。作業機１の各構成の制御は、制御部１０が行う。

　給電装置２０は、送電部２２毎に支持体２１を備える。支持体２１は、作業エリアＷＡの外側に作業エリアＷＡの境界に隣接して立設された塔体或いは柱体であり、送電部２２を作業エリアＷＡの地表面よりも高い位置に支持する。送電部２２は、作業エリアＷＡよりも高い位置から電波を放射し、受電部８へ電力を無線給電する。給電装置２０は、また、制御部２３を備える。制御部２３は各送電部２２を制御する。給電装置２０には、例えば電力系統から電力が供給される。

　＜システムの回路構成＞
　図３は、作業システム１００の回路構成を示すブロック図である。給電装置２０の制御部２３は、処理部２４と、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶部２５と、外部デバイスと処理部２４との信号の送受信を中継するインタフェース部（Ｉ／Ｆ部）２６と、を含む。処理部２４は、ＣＰＵに代表されるプロセッサであり、記憶部２５に記憶されたプログラムを実行し、通信部２７で受信した制御指示等に基づいて、各送電部２２の稼働期間等の動作を制御する。

　本実施形態の送電部２２は、放射型無線電力伝送を行う回路であり、例えば、マイクロ波を放射する複数の送電アンテナ２２ａ、マイクロ波発信器、送電アンテナ毎の移相器及び増幅器等を含む。送電区域２０ａにおいて単位面積当たり一定容量の送電が行われるよう、複数の送電アンテナ２２ａの各送電方向及び移相が調整される。調整はシステムの運用前に行うことができる。

　通信部２７は、通信ネットワーク２００を介して、管理サーバ３０と無線通信が可能である。管理サーバ３０は給電装置２０及び作業機１を管理するサーバである。給電装置２０の稼働開始／終了を管理サーバ３０が指示する形態であってもよい。

　作業機１の制御部１０は、処理部１１と、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶部１２と、外部デバイスと処理部１１との信号の送受信を中継するインタフェース部（Ｉ／Ｆ部）１３と、を含む。処理部１１は、ＣＰＵに代表されるプロセッサであり、記憶部１２に記憶されたプログラムを実行し、センサ７の検知結果や、通信部１７で受信した制御指示等に基づいて、アクチュエータ１８や撮影装置９を制御する。アクチュエータ１８には、モータ４ａ及びモータ５ｃが含まれ、処理部１１は駆動回路１６を介してこれらのモータの駆動制御を行う。

　センサ７には位置センサ７ａと電力センサ７ｂとが含まれる。位置センサ７ａは作業機１の現在の位置を特定するためのセンサであり、例えば、左右の後輪４の回転量を検知するセンサ、ＧＰＳセンサのいずれか、或いは、双方を挙げることができる。左右の後輪４の回転量を検知するセンサは、例えばロータリエンコーダであり、後輪４の駆動軸の回転量を直接検知するものでもよいし、モータ４ａの出力軸の回転量を検知するものであってもよい。

　また、作業機１の現在の位置は、この他に、作業エリアＷＡ内に配置したマーカを撮像装置９で撮影し、その撮影画像から特定してもよいし、或いは、作業エリア内に配置したビーコンから無線通信により取得した情報から特定してもよい。

　電力センサ７ｂは、例えば、電流センサと電圧センサとを含み、充放電回路１５と蓄電器６との間の充放電量を検知する。処理部１１は電力センサ７ｂの計測結果に基づいて蓄電器６の残量を監視する。電力センサ７ｂによって受電部８から充電回路１５を介して蓄電器６へ供給された電流、電圧を計測することが可能である。つまり、電力センサ７ｂは、受電部８が受電した電力量を計測するセンサとして機能する。処理部１１は、充電時の電力センサ７ｂの計測結果から、受電部８で受電した電力量を演算することができる。

　制御部１０は、また、撮影装置９が撮影した画像の内容を認識する画像認識部１４を含む。画像認識部１４は、例えば画像処理プロセッサであり、撮影画像を解析して撮影画像中に含まれる物体の種類を特定する。画像認識部１４は、画像認識に特化して機械学習された人工知能として機能するものであってもよい。処理部１１は、画像認識部１４の認識結果に基づいて、障害物の回避走行や、作業エリアＷＡの境界での折り返し走行、或いは、芝の粗密による回転カッタ５ａの回転制御等、作業機１の動作を制御する。

　制御部１０は、蓄電器６を充電又は放電する充放電回路１５を含む。充放電回路１５は受電部８で受電した電力により蓄電器６を充電可能である。また、蓄電器６に蓄電されている電力を放電して駆動回路１６等に供給する。制御部１０は、また、通信部１７を含む。通信部１７は、通信ネットワーク２００を介して、管理サーバ３０と無線通信が可能である。管理サーバ３０は作業機１を管理するサーバであり、例えば、複数の作業機１の情報を管理可能である。管理サーバ３０は、通信ネットワーク２００を介してスマートフォン等の携帯端末２０２と無線通信が可能である。

　携帯端末２０２は、例えば、システム１００の管理者或いは作業機１の作業者の端末である。携帯端末２０２において、作業機１や給電装置２０の情報を管理サーバ３０から受信することができる。これにより、管理者は、作業機１や給電装置２０から離れた場所でも作業機１や給電装置２０を監視することができる。

　また、携帯端末２０２に対する操作入力が管理サーバ３０を介して作業機１や給電装置２０に制御指令として送信される形態であってもよい。これにより、携帯端末２０２によって作業者が給電装置２０を遠隔操作することもできる。また、作業機１を自律的に動作させるだけでなく、携帯端末２０２によって作業者が作業機１を遠隔操作することもできる。作業者は、例えば、作業エリアＷＡの周辺から作業機１を遠隔操作して芝刈り作業を行うこともできる。なお、携帯端末２０２或いは専用の無線操縦器が、制御部１０と直接無線通信を行い、作業機１を遠隔操作する形態であってもよい。

　受電部８は、送電部２２から電波を受信する受電アンテナ８ａと、受電アンテナ８ａで受信した電波を電力に変換する変換回路等を含む。受電アンテナ８ａと変換回路との組は、作業機１で必要とされる電力に応じて１又は複数設けられる。受電アンテナ８ａと変換回路との組が多いほど、より多くの電力を受電でき、組の数によって受電能力を調整することができる。あるいは、作業機１で必要とされる電力に応じて受電アンテナ８ａの受電面積を設定することによって受電能力を調整することができる。上記の通り、送電部２２は、送電区域２０ａにおいて単位面積当たり一定容量の送電を行う。作業機１の受電能力を調整することで、作業機１に必要な電力を簡素に設定できる。

　管理サーバ３０は、処理部３１と、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等の記憶部３２と、通信部３３とを含む。処理部３１は、ＣＰＵに代表されるプロセッサであり、記憶部３２に記憶されたプログラムを実行する。通信部３３は通信ネットワーク２００を介して、作業機１、給電装置２０、携帯端末２０２と通信可能である。記憶部３２には、作業システム１００の各種の管理情報を蓄積したデータベース３２ａが構築される。

　＜システムの動作例＞
　作業システム１００の動作例について再び図１を参照して説明する。作業機１は例えば管理サーバ３０からの作業開始指示を受信することにより、作業エリアＷＡにおける芝刈り作業を開始する。作業機１は、自律的に動作し、作業エリアＷＡ内で自走して芝刈り作業を行う。

　作業機１の制御部１０が実行する制御内容としては、任意に作業エリアＷＡの芝刈り作業を行う自由制御や、予め定めた作業スケジュールに従って作業エリアＷＡの芝刈り作業を行うスケジュール制御を挙げることができる。自由制御は、作業機１を直進させつつ芝刈り作業を行い、作業エリアＷＡの境界において進行方向を順次切り替えていく制御である。進行方向はランダムに決定してもよいし、一定の規則に従って決定してもよい。

　スケジュール制御は、作業機１を基本的に予め定めた経路に従って移動させつつ芝刈り作業を行う制御である。この制御の場合、記憶部１２に作業エリアＷＡの座標情報や作業計画情報が予め格納される。制御部１０は位置センサ７ａの検知結果に基づき作業機１の現在位置を確認しつつ、予め定めた経路を移動させて芝刈り作業を行う。

　また、作業機１を自律的に動作させる他、上記の通り、携帯端末２０２からの遠隔操作により、作業機１を動作させることも可能である。

　蓄電器６の残量が減少すると、制御部１０は作業機１を送電区域２０ａに移動させ、受電装置２０から電力の供給を受ける。管理サーバ３０は送電区域２０ａの位置情報を制御部１０に送信してもよく、制御部１０は受信した位置情報に基づいて送電区域２０ａに作業機１を移動させてもよい。

　給電装置２０は、作業機１の作業中、常時送電区域２０ａに電力を送電してもよいし、作業機１が送電区域２０ａに入っている間、又は、送電区域２０ａに近づいた後、離れるまでの間、電力を送電してもよい。管理サーバ３０は、作業機１の制御部１０から作業機１の現在位置情報を受信して給電装置２０の送電開始、送電終了を制御してもよい。例えば、管理サーバ３０は、作業機１が送電区域２０ａに対して一定の距離に近づいた場合に給電装置２０の制御部２３に対して送電開始を指示し、作業機１が送電区域２０ａから一定の距離外へ移動したら、給電装置２０の制御部２３に対して送電終了を指示する。

　このように本実施形態の作業システム１００によれば、作業中の作業機１に電力を供給することが可能であり、作業の効率化を図れる。

　＜管理情報の更新＞
　給電装置２０及び作業機１をリースするサービス形態の場合、サービスを利用するユーザに対して、作業機１で消費された電力（つまり給電装置２０から給電した電力）に比例したランニングコストを課金するビジネスを想定することができる。課金量を設定するため、管理サーバ３０は作業機１の消費電力を監視し、リース先のユーザに関する課金情報を生成してもよい。図４は管理サーバ３０の処理部３１が実行する処理例を示している。作業機１が送電区域２０ａにおいて給電装置２０から電力の供給を受けた場合、制御部１０は受電力量として電力センサ７ｂによる計測結果を保存し、作業機１の個体情報と共に管理サーバ３０へ送信する。

　管理サーバ３０は、制御部１０から電力の計測結果を取得（受信）する（Ｓ１）。Ｓ２で、管理サーバ３０はＳ１で取得した情報に基づき、課金量を示す課金情報を生成する。課金量は、例えば、電力量の大きさに比例して多くされる。Ｓ３で管理サーバ３０はデータベース３２ａを更新する。ここでは、Ｓ１で受信した作業機１の個体情報に対応するユーザの情報をＳ２で生成した課金情報で更新する。データベース３２ａに記憶された課金情報は、その後、ユーザに課金量を請求する際に用いられる。

　＜第二実施形態＞
　給電装置２０は、送電部２２の送電方向を変更可能な機構を有していてもよい。図５はその一例を示す。同図の給電装置２０は、支持体２１にモータ等のアクチュエータを有する可動部２８が設けられており、可動部２８は送電部２２を軸２８ａを回動中心として回動させる。制御部２３は可動部２８を駆動して送電部２２の向きを変更することでその送電方向を変更する。

　図６は送電部２２の送電方向を変更した制御例を示している。図示の状態ＳＴ１及び状態ＳＴ２は、作業機１が移動している態様を例示している。制御部２３は作業機１の移動に合わせて可動部２８によって送電部２２の向きを変更し、これにより送電部２２の送電方向を制御している。送電区域２０ａは作業機１の移動に合わせて移動している。送電区域２０ａの移動に合わせて、必要に応じて送電アンテナ２２ａ毎に電波の放射条件（移相や振幅）を変更することで単位面積当たり一定容量の送電が行われるように送電を制御することができる。給電装置２０の制御部２３が作業機１の移動位置を認識するため、例えば、作業機１の制御部１０が現在位置情報を常時管理サーバ３０に提供し、管理サーバ３０から給電装置２０の制御部２３に作業機１の現在位置情報を提供してもよい。

　作業機１の移動に合わせて送電部２２の向きを変更することで、送電区域２０ａが小さくても、より多くの電力を作業機１に供給できる。また、作業エリアＷＡ上の障害物の存在により、作業機１が送電区域２０ａに進入しづらい場合に、送電区域２０ａを移動することで、作業機１に電力をより確実に供給できる。また、作業機１に所定の作業を継続させた状態で、作業機１に電力を供給することで作業効率が向上できる。

　＜第三実施形態＞
　第一実施形態では、作業機１として芝刈り機を例示したが、除雪機、耕運機、建機等、他の種類の作業機にも作業システム１００を適用可能である。また、作業エリアＷＡには複数の作業機、或いは、複数種類の作業機が配置されていてもよい。

　図７は工事現場が作業エリアＷＡとして設定された例を示している。作業エリアＷＡの境界外側には、境界にそって支持体２１及び送電部２２の組が多数組、配置されており、作業エリアＷＡは多数の送電区画２０ａが略全域にわたって互いに重なることなく設定されている。したがって、作業機に対して作業エリアＷＡの任意の場所で電力供給が可能である。

　作業エリアＷＡには、作業機１Ａ～１Ｃが配置されている。作業機１Ａは電動ダンプカーであり、走行部４０と作業部（荷台）４１とを有する。作業部４１には例えば土砂が積載され、作業エリアＷＡに土砂を搬入し、又は作業エリアＷＡから土砂を搬出する。作業機１Ｂは電動ショベルカーであり、走行部４２と、作業部（ブーム、アーム及びバケット）４３を備える。作業部４３により作業エリアＷＡの掘削等を行う。作業機１Ｃは電動地固め機であり、作業部（打撃部）４４を備える。作業部４４の打撃により作業エリアＷＡの整地を行う。作業機１Ｃは走行部を有していない。

　本実施形態の作業機１Ａ～１Ｃは、作業者が運転又は操作を行うことにより作動する作業機である。しかし、これらの作業機は第一実施形態の作業機１のように自律式の作業機や遠隔操作による作動する作業機であってもよい。作業機１Ａ～１Ｃは、送電部２２から電力の供給を受ける受電部８を有している他、作業機１Ａ～１Ｃで生じた回生電力を外部に送電する送電部１９も有している。

　作業エリアＷＡには、また、蓄電装置５０が設置されている。蓄電装置５０は受電部８と同様の受電部と、受電した電力を蓄電する蓄電器（バッテリ）を有し、作業機１Ａ～１Ｃの各送電部１９から送電される電力を受電して蓄電器を充電可能となっている。

　図８は本実施形態における作業システム１００の回路構成を示すブロック図である。同図には、作業機１Ａ～１Ｃのうち、作業機１Ａの回路構成が示されている。第一実施形態の作業機１と異なる構成について説明する。

　アクチュエータ１８は、走行部４０を駆動するモータ、作業部４１を駆動するモータ（荷台を傾けるためのモータ）を備える。駆動回路１６はアクチュエータ１８のモータを駆動する一方、モータが発生した回生電力を充放電回路１５又は送電ユニット１９に供給する。蓄電器６の充電量が低い場合、回生電力は充放電回路１５を介して蓄電器６の充電に用いられる。蓄電器６の充電量が高い場合、回生電力は送電部１９に供給され、送電部１９から外部に送電される。

　作業機１Ａは、送電部１９を備える。送電部１９は、給電装置２０の送電部２２と同様の構成であり、放射型無線電力伝送を行う回路である。送電部１９は複数の送電アンテナ１９ａ、マイクロ波発信器、送電アンテナ毎の移相器及び増幅器等を含む。

　センサ７には、電力センサ７ｃと操作量センサ７ｄが含まれる。電力センサ７ｃは送電部１９に供給された回生電力の電力量を計測するセンサであり、例えば、電流と電圧を計測する。操作量センサ７ｄは、操作部７ｅに対する作業者の操作量を検知するセンサである。操作部７ｅには、作業機１Ａの加速、減速、操向を指示する各操作子（例えばアクセルペダル、ブレーキペダル、ステアリングハンドル）、作業部４１の動作を指示する操作子が含まれる。制御部１０は、操作量センサ７ｄの検知結果に基づいてアクチュエータ１８の駆動を制御し、作業機１Ａを動作させる。

　作業機１Ａは作業者が運転を行うものであるため、作業機１のように撮影装置９や画像認識部１４は備えられていない。しかし、これらを備える構成であってもよい。作業機１Ｂの回路構成は作業機１Ａと同様である。作業機１Ｂのアクチュエータ１８には、走行部４２を駆動するモータ、作業部４３を駆動するモータが含まれる。作業機１Ｃの回路構成も作用機１Ａと同様である。作業機１Ａのアクチュエータ１８としては作業部４４を駆動するモータが含まれるが、作業機１Ｃは走行部を有していないため、走行部用のモータは備えていない。また、操作部７ｅには例えば作業部４４の駆動、停止を指示する操作子が含まれるが、作業機１Ｃは走行部を有していないため、走行部用の操作子は備えていない。給電装置２０、管理サーバ３０、携帯端末２０２は第一実施形態と同様である。

　本実施形態の作業システム１００の動作例について再び図７を参照して説明する。作業機１Ａ～１Ｃは作業者の操作により作動し、作業エリアＷＡでの工事作業が行われる。

　上記の通り、作業エリアＷＡは多数の送電区画２０ａが略全域にわたって互いに重なることなく設定されている。工事作業中、各送電部２２を常時稼働すると、作業機１Ａ～１Ｃには基本的に常時給電装置２０から電力が供給される状況となり、蓄電器６の残量低下による作業中断を回避できる。

　無論、給電装置２０は、作業機１Ａ～１Ｃが送電区域２０ａに入っている間、又は、送電区域２０ａに近づいた後、離れるまでの間、電力を送電してもよい。この場合、第一実施形態で述べたように、管理サーバ３０は、作業機１Ａ～１Ｃの各制御部１０から作業機１の現在位置情報を受信して給電装置２０の送電開始、送電終了を制御してもよい。

　このように本実施形態の作業システム１００によれば、作業中の作業機１Ａ～１Ｃに電力を供給することが可能であり、作業の効率化を図れる。

　次に、回生電力の送電について説明する。図９はその一例を示す説明図である。作業機１Ａは、走行部４０を有しており、作業エリアＷＡ内の傾斜面を降坂している場合、走行部４０の駆動源であるモータ１８ａが回生電力を生じ得る。モータ１８ａが生じた回生電力は、送電部１９から外部に送電する。作業機１Ａの周囲に存する別の作業機１Ｃにおいて送電部１９から送電された電力を受電することで、作業機１Ａにおいて余剰の電力を他の作業機１Ｃに分配することができる。

　送電の際、送電部１９の送電方向は、電波の移相や振幅により調整して、他の作業機１Ｃに効率的に送電されるように制御してもよい。送電方向を調整する際、作業機１Ａに対する作業機１Ｃの位置の情報があれば有益である。このため管理サーバ３０が作業機１Ｃから現在位置情報を受信し、作業機１Ａの制御部１０に送信して提供してもよい。

　図１０は回生電力の送電の別の例を示す説明図である。作業機１Ａは、作業部４１を有しており、作業部４１の駆動源であるモータ１８ｂが回生電力を生じ得る。状態ＳＴ１１は、作業部４１を初期位置から傾斜させた状態を示しており、このときモータ１８ｂは駆動源として機能する。したがって電力を消費する状態にある。一方、状態ＳＴ１２は傾斜した作業部４１を傾斜させた位置から初期位置に戻す状態を示している。このときモータ１８ｂは発電機として回生電力を生じる。モータ１８ａが生じた回生電力は、送電部１９から外部に送電する。作業機１Ａの周囲に存する蓄電装置５０において送電部１９から送電された電力を受電することで、作業機１Ａにおいて余剰の電力を蓄電装置５０に分配することができる。蓄電装置５０は、各種の電動製品の電力源として利用することができる。

　図９及び図１０は、作業機１Ａを例に挙げたが、作業機１Ｂも同様に走行部４２や作業部４３の各モータの回生電力を送電部１９から外部に送電することができる。また、作業機１Ｃにおいても、作業部４４のモータの回生電力を回生電力を送電部１９から外部に送電することができる。

　次に、本実施形態における管理サーバ３０による課金情報の生成例について説明する。本実施形態の場合、作業機１Ａ～１Ｃは、給電装置２０から電力の供給を受ける一方、回生電力を周囲に提供する場合がある。よって、電力消費と電力供給とのバランスをとって課金量を設定することもできる。

　図１１は、本実施形態において管理サーバ３０の処理部３１が実行する処理例を示している。作業機１Ａ～１Ｃが送電区域２０ａにおいて給電装置２０から電力の供給を受けた場合、制御部１０は受電力量として電力センサ７ｂによる計測結果を保存し、作業機１Ａ～１Ｃの個体情報と共に管理サーバ３０へ送信する。また、作業機１Ａ～１Ｃが回生電力を外部に送電した場合、制御部１０は送電力量として電力センサ７ｃによる計測結果を保存し、作業機１Ａ～１Ｃの個体情報と共に管理サーバ３０へ送信する
　管理サーバ３０は、制御部１０から２種類の電力の計測結果を取得（受信）する（Ｓ１１）。Ｓ１２で、管理サーバ３０はＳ１１で取得した情報に基づき、課金量を示す課金情報を生成する。課金量は、例えば、受電力の大きさに比例して多くされ、送電力量の大きさに比例して少なくされる。Ｓ１３で管理サーバ３０はデータベース３２ａを更新する。ここでは、Ｓ１１で受信した作業機１Ａ～１Ｃの個体情報に対応するユーザの情報をＳ１２で生成した課金情報で更新する。データベース３２ａに記憶された課金情報は、その後、ユーザに課金量を請求する際に用いられる。

　本実施形態では送電区域２０ａを作業エリアＷＡの略全域に亘って互いに重なることなく設定する構成を示したが、第一実施形態に示したように、作業エリアＷＡ内の所定の区域にのみ送電区域２０ａ（充電区域）を設けると共に、作業機１Ａ～１Ｃが蓄電器６を有し、蓄電器６の残量が減少すると、制御部１０は作業機１Ａ～１Ｃを送電区域２０ａに移動させ、受電装置２０から電力の供給を受ける構成としても良いし、第二実施形態に示したように、給電装置２０は、送電部２２の送電方向を変更可能な構成を有し、作業機１Ａ～１Ｃの移動に合わせて送電部２２の向き（送電区域２０ａの位置）を変更しても良い。

　＜第四実施形態＞
　作業エリアＷＡに隣接して有人作業エリアを設けてもよい。図１２はその一例を示すレイアウト図である。有人作業エリアＷＢの周囲には、給電装置２０は配置されず、送電のための電波が少ない作業領域とされている。作業エリアＷＡには、作業機１Ａ、１Ｂが配置されているが、これらは例えば遠隔操作により動作し、或いは自律式の動作とされる。これにより、作業エリアＷＡを無人の作業エリアとすることができる。

　＜実施形態のまとめ＞
　上記実施形態は以下の作業システムを少なくとも開示する。

　１．上記実施形態の作業システム(100)は、
　作業部(5,41,43,44)を有する複数の作業機(1,1A-1C)と、前記作業機に電力を供給する給電装置(20)と、を備える作業システム(100)であって、
　前記複数の作業機は、前記作業部を駆動させるために必要な電力量が異なる複数種類の作業機を含み、
　前記給電装置は、前記作業機の作業エリア(WA)に対して電力を無線送電する第一の送電手段(22)を備え、
　前記作業機は、前記作業エリアに対して無線送電される電力を受電する受電手段(8)を備える。
  この実施形態によれば、作業エリアに対して電力を無線送電するとともに、作業機に受電手段を設けることで、作業エリアに対する作業を中断させることなく、且つ作業部を駆動させるために必要な電力量が異なる複数種類の作業機に対し効率的に電力を供給することができ、効率的な作業を実現できる。

　２．上記実施形態の作業システム(100)は、
　作業機(1,1A-1C)と、前記作業機に電力を供給する給電装置(20)と、を備える作業システム(100)であって、
　前記給電装置は、前記作業機の作業エリア(WA)に対して電力を無線送電する第一の送電手段(22)を備え、
　前記第一の送電手段は該作業エリアの単位面積当たり一定容量の送電を行い、
　前記作業機は、前記作業エリアに対して無線送電される電力を受電する受電手段(8)を備える。
  この実施形態によれば、作業中の作業機に電力を供給可能な作業システムを提供することができる。作業エリアに対し、一定量の送電を行うことで、受電側の受電能力を調整することで、必要電力の異なる作業機の種類に応じて作業に必要な電力を調整することができる。

　３．上記実施形態では、
　前記作業機は、地表に対し作業を行う作業部(5,43,44)を有し、
　前記給電装置は、前記作業エリアの外側に隣接して立設され、前記第一の送電手段を前記作業エリアよりも高い位置に支持する支持体(21)を備え、
　前記第一の送電手段は、放射型無線電力伝送を行う。
  この実施形態によれば、作業機が地表に対し行う作業を中断することなく、作業機に対する給電を行うことができるため、作業効率を向上させることができる。

　４．上記実施形態では、
　前記給電装置は、複数の前記第一の送電手段と、各第一の送電手段を制御する制御手段(23)と、を備え、
　前記制御手段は、各第一の送電手段の送電区域(20a)の重複が無いように、各第一の送電手段を制御する。
  この実施形態によれば、作業エリアに供給される電力の偏りを少なくし、作業機に対し過剰な電力供給が行われることを抑制できる。

　５．上記実施形態では、
　前記給電装置は、前記第一の送電手段の送電方向を変更可能な可動手段(28)と、前記可動手段を制御する制御手段(23)と、を備え、
　前記制御手段は、前記作業機の移動に合わせて前記可動手段により前記第一の送電手段の送電方向を制御する。
  この実施形態によれば、送電方向が固定されている場合に比べて、例えば障害物が妨げとなって受電手段が受電できない状態が発生することを抑制できる。

　６．上記実施形態では、
　前記作業機は、前記受電手段で受電した電力を蓄電する蓄電器(6)を有する。
  この実施形態によれば、作業負荷（必要電力）の変動や、一時的な受電不良の場合においても、蓄電された電力を活用することで安定した作業を行うことができる。

　７．上記実施形態では、
　前記作業機は、自律式作業機(1)である。
  この実施形態によれば、作業エリアを無人とすることができる。

　８．上記実施形態では、
　前記作業機は、前記作業エリアの外側からの制御指示を受信する受信手段(17)を備える。
  この実施形態によれば、作業機の遠隔操作が可能となり、作業エリアを無人とすることができる。

　９．上記実施形態では、
　前記作業エリア(WA)に隣接して、有人作業エリア(WB)が設けられる。
  この実施形態によれば、電力が送電される作業エリアと、電力が送電されない有人作業エリアとを区画することができる。

　１０．上記実施形態では、
　前記作業機は、
　モータを駆動源とした走行手段(40,42)と、
　前記モータの回生電力を無線送電する第二の送電手段(19)と、を備える。
  この実施形態によれば、余剰の回生電力を周囲へ無線送電することで当該電力を活用することができる。

　１１．上記実施形態では、
　前記第二の送電手段は、前記作業エリアに設けられた蓄電装置(50)に前記回生電力を無線送電する。
  この実施形態によれば、余剰の回生電力を周囲へ無線送電することで当該電力を活用することができる。

　１２．上記実施形態では、
　前記第二の送電手段は、前記作業エリアにて作業を行う他の作業機(1C)に前記回生電力を無線送電する。
  この実施形態によれば、余剰の回生電力を周囲へ無線送電することで当該電力を活用することができる。

　１３．上記実施形態では、
　前記他の作業機(1C)は、該他の作業機を走行させる走行手段を有さない。
  この実施形態によれば、前記走行手段により回生可能な作業機から前記走行手段を有さない、回生が困難な作業機へ送電することで、必要電力を作業機間で充当することができる。

　１４．上記実施形態では、
　前記作業機は、ショベルカー(1B)あるいはダンプカー(1A)である。
  この実施形態によれば、動作における負荷変動差が大きく、回生電力を多く得られる場合がある。

　１５．上記実施形態では、
　前記作業機は、地固め機(1C)である。
  この実施形態によれば、振動時に回生電力を多く得られる場合がある。

　１６．上記実施形態の作業システムは、
　前記受電手段が受電した電力量を計測する計測手段(7b)と、
　前記計測手段の計測結果に基づいて、課金情報を生成する課金情報生成手段(30)と、を備える。
  この実施形態によれば、作業に供した電力量に基づき課金を行うことで、作業機を扱うユーザに対して的確な課金を行うことができる。

　１７．上記実施形態の作業システムは、
　前記受電手段が受電した電力量を計測する第一の計測手段(7b)と、
　前記第二の送電手段が送電した電力量を計測する第二の計測手段(7c)と、
　前記第一の計測手段及び前記第二の計測手段の計測結果に基づいて、課金情報を生成する課金情報生成手段(30)と、を備える。
  この実施形態によれば、作業に供した電力量に基づき課金を行うことで、作業機を扱うユーザに対して的確な課金を行うことができる。

　以上、発明の実施形態について説明したが、発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。

Claims (17)

1. 　作業部を有する複数の作業機と、前記複数の作業機に電力を供給する給電装置と、を備える作業システムであって、
   　前記複数の作業機は、前記作業部を駆動させるために必要な電力量が異なる複数種類の作業機を含み、
   　前記給電装置は、前記複数の作業機の作業エリアに対して電力を無線送電する第一の送電手段を備え、
   　前記複数の作業機は、それぞれ、前記作業エリアに対して無線送電される電力を受電する受電手段を備える
   ことを特徴とする作業システム。
2. 　作業機と、前記作業機に電力を供給する給電装置と、を備える作業システムであって、
   　前記給電装置は、前記作業機の作業エリアに対して電力を無線送電する第一の送電手段を備え、
   　前記第一の送電手段は該作業エリアの単位面積当たり一定容量の送電を行い、
   　前記作業機は、前記作業エリアに対して無線送電される電力を受電する受電手段を備える、
   ことを特徴とする作業システム。
3. 　請求項１又は請求項２に記載の作業システムであって、
   　前記作業機は、地表に対し作業を行う作業部を有し、
   　前記給電装置は、前記作業エリアの外側に隣接して立設され、前記第一の送電手段を前記作業エリアよりも高い位置に支持する支持体を備え、
   　前記第一の送電手段は、放射型無線電力伝送を行う、
   ことを特徴とする作業システム。
4. 　請求項１乃至３のいずれか一項に記載の作業システムであって、
   　前記給電装置は、複数の前記第一の送電手段と、各第一の送電手段を制御する制御手段と、を備え、
   　前記制御手段は、各第一の送電手段の送電区域の重複が無いように、各第一の送電手段を制御する、
   ことを特徴とする作業システム。
5. 　請求項１乃至４のいずれか一項に記載の作業システムであって、
   　前記給電装置は、前記第一の送電手段の送電方向を変更可能な可動手段と、前記可動手段を制御する制御手段と、を備え、
   　前記制御手段は、前記作業機の移動に合わせて前記可動手段により前記第一の送電手段の送電方向を制御する、
   ことを特徴とする作業システム。
6. 　請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の作業システムであって、
   　前記作業機は、前記受電手段で受電した電力を蓄電する蓄電器を有する、
   ことを特徴とする作業システム。
7. 　請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の作業システムであって、
   　前記作業機は、自律式作業機である、
   ことを特徴とする作業システム。
8. 　請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の作業システムであって、
   　前記作業機は、前記作業エリアの外側からの制御指示を受信する受信手段を備える、
   ことを特徴とする作業システム。
9. 　請求項７又は請求項８に記載の作業システムであって、
   　前記作業エリアに隣接して、有人作業エリアが設けられる、
   ことを特徴とする作業システム。
10. 　請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の作業システムであって、
    　前記作業機は、
    　モータを駆動源とした走行手段と、
    　前記モータの回生電力を無線送電する第二の送電手段と、を備える、
    ことを特徴とする作業システム。
11. 　請求項１０に記載の作業システムであって、
    　前記第二の送電手段は、前記作業エリアに設けられた蓄電装置に前記回生電力を無線送電する、
    ことを特徴とする作業システム。
12. 　請求項１０又は請求項１１に記載の作業システムであって、
    　前記第二の送電手段は、前記作業エリアにて作業を行う他の作業機に前記回生電力を無線送電する、
    ことを特徴とする作業システム。
13. 　請求項１２に記載の作業システムであって、
    　前記他の作業機は、該他の作業機を走行させる走行手段を有さない、
    ことを特徴とする作業システム。
14. 　請求項１０乃至請求項１３のいずれか一項に記載の作業システムであって、
    　前記作業機は、ショベルカーあるいはダンプカーである、
    ことを特徴とする作業システム。
15. 　請求項１０乃至請求項１３のいずれか一項に記載の作業システムであって、
    　前記作業機は、地固め機である
    ことを特徴とする作業システム。
16. 　請求項１又は請求項２に記載の作業システムであって、
    　前記受電手段が受電した電力量を計測する計測手段と、
    　前記計測手段の計測結果に基づいて、課金情報を生成する課金情報生成手段と、を備える、
    ことを特徴とする作業システム。
17. 　請求項１０に記載の作業システムであって、
    　前記受電手段が受電した電力量を計測する第一の計測手段と、
    　前記第二の送電手段が送電した電力量を計測する第二の計測手段と、
    　前記第一の計測手段及び前記第二の計測手段の計測結果に基づいて、課金情報を生成する課金情報生成手段と、を備える、
    ことを特徴とする作業システム。

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