JP2008132551A

JP2008132551A - 電動工具

Info

Publication number: JP2008132551A
Application number: JP2006319236A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Kitamura; 浩康北村
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-11-27
Filing date: 2006-11-27
Publication date: 2008-06-12

Abstract

【課題】モータロック時にも適切に対応することができる上に、燃料電池として定格の大きいものを必要としないものとする。
【解決手段】酸素と水素を反応させて電気を発生する燃料電池スタック３０と、モータロック時の大電流供給用の補助電力貯蔵装置４と、動力であるモータのモータロックを検出する過負荷検出回路２１と、過負荷検出回路の過負荷検出出力を受けてモータＭへの電力供給を燃料電池スタックから上記補助電力貯蔵装置に切り換えるとともに所定時間後にモータへの電力供給を全遮断全遮断し且つ所定時間内に過負荷状態が解消された時には燃料電池からの電力供給に再度切り換える制御回路２０とを備える。モータロック時の大電流は補助電力貯蔵装置から供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池を電源とする電動工具に関するものである。

近年、燃料電池が各種器具の電源として注目されているが、燃料電池は通常の二次電池に比して最大出力密度が小さい。このために燃料電池を電動工具の電源として使用する場合は、次の点が問題となる。

すなわち、電動工具では通常平均電流が２５Ａ程度のものでも、モータロック時には１００Ａほどの電流が流れることになる上に、電動工具としての特性上、モータロックはしばしば生じるものであることから、モータロックとなってもすぐに電源供給を停止するのではなく、１秒程度は電源供給を続けなくては、作業に支障が生じるものとなる。

一方、通常の二次電池では上記モータロック時にも電圧降下が生じてしまうものの上記大電流を供給することができるのに対し、最大出力密度が小さい燃料電池は、図９のような電圧−電流特性を有している燃料電池は最大出力密度が小さく、しかも大電流が流れると損傷してしまう虞が高いものであり、このために燃料電池を電源とするものにおいてモータロックに対応するには、モータロック時の大電流を常時供給することができる定格１００Ａの極めて大きいものを用いなくてはならないことになる。

ここにおいて、特許文献１には二次電池を併用して負荷への電力供給の一部を二次電池で補うことで、過負荷による燃料電池の損傷を防ぐことが示されているが、電動工具のモータロック時に対応することはできるものとはなっていない。
特開２００６−１４７５８８号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、モータロック時にも適切に対応することができる上に、燃料電池として定格の大きいものを必要としない電動工具を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明に係る電動工具は、酸素と水素を反応させて電気を発生する燃料電池スタックと、モータロック時の大電流供給用の補助電力貯蔵装置と、動力であるモータのモータロックを検出する過負荷検出回路と、過負荷検出回路の過負荷検出出力を受けてモータへの電力供給を燃料電池スタックから上記補助電力貯蔵装置に切り換えるとともに過負荷状態が続く時には所定時間後にモータへの電力供給を全遮断し且つ所定時間内に過負荷状態が解消された時には燃料電池からの電力供給に再度切り換える制御回路とを備えていることに特徴を有している。モータロック時の大電流は補助電力貯蔵装置から供給するようにしたものである。ここにおける補助電力貯蔵装置は、軽負荷時や非使用時に燃料電池から電力を受けて貯蔵する二次電池や電気二重層コンデンサなどを好適に用いることができる。

そして燃料電池スタック及び補助電力貯蔵装置が電動工具の本体に本体に着脱自在な電源パックとして形成されるかもしくは本体内に内蔵されてコードレス型となっているものであっても、燃料電池スタック及び補助電力貯蔵装置が電動工具の本体から独立した電源部として設けられて、電源部と上記本体とが接続コードを介して接続されているものであってもよい。前者であれば利便性が良く、後者であれば大出力のものを得やすくなる。

また、後者については、電源部がＡＣ電源から電力供給を受けて電動工具側に送るＡＣ電源部を備えているものであってもよい。

本発明は、モータロック時の大電流は燃料電池を切り離して補助電力貯蔵装置から供給するために、燃料電池はモータロック時の大電流ではなく、通常動作時の電流を供給することができるだけの小型のものでよく、また補助電力貯蔵装置としては大電流を所定時間を少し越える時間だけ供給できるものを用いればすむために、補助電力貯蔵装置が大型化を招いてしまうこともなく、このために燃料電池を電動工具に利用する場合の問題点を解消したものを得ることができる。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明すると、図１中の１はモータ１０を内蔵した電動工具であり、そのグリップ部には電源パック２が着脱自在とされている。この電源パック２は、その内部に燃料電池スタック３０と燃料タンク３１、燃料タンク３１内の燃料を燃料電池スタック３０側に供給する燃料供給ポンプ３２、酸素供給用のファン３３とからなる燃料電池３と、電気二重層コンデンサからなる補助電力貯蔵装置４とを内蔵するとともに、過負荷検出回路２１と制御回路２０とを内蔵したもので、ここにおける補助電力貯蔵装置４は、モータロック時の大電流を少なくとも１秒以上供給することができるだけでの電力を貯蔵することができるものを用いている。

そして上記制御回路２０は、通常時は上記燃料電池３からの電力をモータに供給するとともに、補助電力貯蔵装置４に電力が貯蔵されていない時はこの補助電力貯蔵装置４に電力を供給して補助電力貯蔵装置４に電力を蓄えさせているが、過負荷検出回路２１がモータロックを検出した時にはその検出出力を受けて燃料電池３からモータへの電力ラインを遮断して、補助電力貯蔵装置４からの電力をモータに供給するものであり、また、所定時間が経過した時点で補助電力貯蔵装置４からモータへの電力供給も遮断する。ただし、上記所定時間内にモータロックが解消されて過負荷が検出されなくなれば、燃料電池３からモータへ電力供給を行うことを再開する。なお、上記所定時間は、補助電力貯蔵装置４からモータロック状態の大電流をモータに供給し続けることができる時間よりも短い。図３に補助電力貯蔵装置４として用いている電気二重層コンデンサから定電流で放電した時の時間と電圧の関係を示す。

図２は制御回路２０内に過負荷検出回路２１の機能を持たせたものにおける具体例を、図４に上記制御についてのフローチャートを示す。図２中の２２は燃料電池３からモータＭへの電力供給を遮断するためのスイッチ、２３はモータＭへの電力供給を完全に絶つためのスイッチであり、これらはいずれも制御回路２０の出力で開閉されるスイッチング素子を用いている。また、図２中の３４は燃料電池スタック３０における酸素（空気）が供給されるカソード、３５は電解膜、３６は水素が供給されるアノードを示しており、燃料電池スタック３０内には、これらで構成されるセルがセパレータ３７を介して複数積層されている。なお、燃料電池３として、ここでは固体高分子型（ＰＥＦＣ）のものを例に上げているが、その他、ダイレクトメタノール型（ＤＭＦＣ）やダイレクトエタノール型（ＤＥＦＣ）のもの、水素貯蔵合金を用いたもの、水とアルミニウム粉を水素発生源としたもの等、その種類を限定するものではない。

図５に他例を示す。これは電動工具１の本体内に燃料電池３や補助電力貯蔵装置４等を内蔵するとともに、ファン３３を負荷であるモータＭで駆動するようにしたものであり、ここでのファン３３はモータＭの冷却用も兼ねている。なお、燃料タンク３１は燃料補給もしくは燃料タンク３１そのものの交換時を考慮して、取り出しやすい箇所に配置してある。

このものではファン３３の駆動用の動力を別途必要としなくなるが、モータロック時にファン３３が回転しないことから、ファン３３にモータＭの冷却も担わせている時にはモータＭの発熱が大きく、燃料電池３も加熱されてしまうために、燃料電池３の発熱を抑える必要がある。このために過負荷検出回路における過負荷検出の閾値を下げるとともに、補助電力貯蔵装置４からの電力供給能力を大きくしなくてはならないが、ファン３３用の専用モータを必要としないことによる小型化が補助電力貯蔵装置４の大型化に勝るために、全体として小型化を図ることができる。

図６及び図７に示すものは、補助電力貯蔵装置４としてリチウム二次電池を用いるとともに燃料電池３及び補助電力貯蔵装置４を電動工具１の本体から独立した電源部として設けて、該電源部と電動工具１の本体とを接続１５を介して接続したものを用いている。燃料電池３や補助電力貯蔵装置４として電動工具１の携帯性を考えずに大型のものを用いることができ、車輪を設けておけば移動の便も良くなる。図７に示すように、肩掛け用のベルト３８を備えたものとしたり、使用者の腰のベルトに装着することができるものとしてもよい。いずれにしても、補助電力貯蔵装置４として大容量の二次電池を使用する場合、燃料電池３の燃料切れの場合、補助電力貯蔵装置４で電動工具１を駆動することができるようにしておくことが望ましい。

図８に別の例を示す。これは燃料電池３と補助電力貯蔵装置４に加えて、整流回路及びＤＣＣ／ＤＣコンバータからなるＡＣ電源部６を備えたものであり、ＡＣ電源に接続されている時にはＡＣ電源部６の出力を検知して制御回路２０がスイッチ２２を遮断すると同時にスイッチ２４を接続してＡＣ電源からの電力でモータＭの駆動を行う。この場合、ＡＣ電源部６からの電力で補助電力貯蔵装置４への電力貯蔵も行えるようにしておくことが望ましい。なお、ＡＣ電源部６からの直流出力を直接モータＭに供給できるようにしているが、二次電池である補助電力貯蔵装置４を介してモータＭに供給するようにしたもの、たとえば二次電池である補助電力貯蔵装置４の充電器をＡＣ１００Ｖ入力のタイプで構成したものであってもよい。

本発明の実施の形態の一例のブロック図である。同上の回路図である。同上の補助電力貯蔵装置である電気二重層コンデンサの特性図である。同上の制御についてのフローチャートである。他例のブロック図である。更に他例のブロック図である。同上の別の例のブロック図である。他の例の回路図である。燃料電池の特性図である。

符号の説明

１電動工具
２電池パック
３燃料電池
４補助電力貯蔵装置
２０制御回路
２１過負荷検出回路
３０燃料電池スタック

Claims

酸素と水素を反応させて電気を発生する燃料電池スタックと、モータロック時の大電流供給用の補助電力貯蔵装置と、動力であるモータのモータロックを検出する過負荷検出回路と、過負荷検出回路の過負荷検出出力を受けてモータへの電力供給を燃料電池スタックから上記補助電力貯蔵装置に切り換えるとともに過負荷状態が続く時には所定時間後にモータへの電力供給を全遮断し且つ所定時間内に過負荷状態が解消された時には燃料電池からの電力供給に再度切り換える制御回路とを備えていることを特徴とする電動工具。
燃料電池スタック及び補助電力貯蔵装置が電動工具の本体に本体に着脱自在な電源パックとして形成されるかもしくは本体内に内蔵されてコードレス型となっていることを特徴とする請求項１記載の電動工具。
燃料電池スタック及び補助電力貯蔵装置が電動工具の本体から独立した電源部として設けられて、電源部と上記本体とが接続コードを介して接続されていることを特徴とする請求項１記載の電動工具。
上記電源部はＡＣ電源から電力供給を受けて電動工具側に送るＡＣ電源部を備えていることを特徴とする請求項３記載の電動工具。