WO2011118438A1 - 電動工具 - Google Patents

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WO2011118438A1
WO2011118438A1 PCT/JP2011/055948 JP2011055948W WO2011118438A1 WO 2011118438 A1 WO2011118438 A1 WO 2011118438A1 JP 2011055948 W JP2011055948 W JP 2011055948W WO 2011118438 A1 WO2011118438 A1 WO 2011118438A1
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WO
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fuel
cartridge
fuel cell
electric tool
supply port
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/055948
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English (en)
French (fr)
Inventor
卓也 梅村
忠彦 小早川
秀和 林
秀行 田賀
均 鈴木
Original Assignee
株式会社マキタ
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H01M8/04208—Cartridges, cryogenic media or cryogenic reservoirs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25F—COMBINATION OR MULTI-PURPOSE TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DETAILS OR COMPONENTS OF PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS NOT PARTICULARLY RELATED TO THE OPERATIONS PERFORMED AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B25F5/00—Details or components of portable power-driven tools not particularly related to the operations performed and not otherwise provided for
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    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1009—Fuel cells with solid electrolytes with one of the reactants being liquid, solid or liquid-charged
    • H01M8/1011—Direct alcohol fuel cells [DAFC], e.g. direct methanol fuel cells [DMFC]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M8/1009—Fuel cells with solid electrolytes with one of the reactants being liquid, solid or liquid-charged
    • H01M8/1011—Direct alcohol fuel cells [DAFC], e.g. direct methanol fuel cells [DMFC]
    • H01M8/1013—Other direct alcohol fuel cells [DAFC]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a power tool, particularly a power tool provided with a fuel cell as a power source.
  • an electric tool that uses both a fuel cell and a secondary battery as a power source of an electric motor.
  • a fuel cell and a secondary battery are electrically connected to an electric motor, and during normal operation, power is supplied to the electric motor from a fuel cell having a small maximum output density, and the electric motor is locked.
  • the secondary battery is switched to a secondary battery having a large maximum output density.
  • the fuel cell can supply not only a large current during an overload but a necessary current during normal operation.
  • the small ones can be used.
  • the secondary battery a battery that can supply a large current during an overload for a predetermined time may be used, and thus the secondary battery can be reduced in size. That is, there is an advantage that both the fuel cell and the secondary battery can be reduced in size (for example, see Patent Document 1).
  • the storage space is often limited and the shape of the storage space is often complicated. In that case, if one fuel cartridge is detachably stored in the storage space, the shape of the fuel cartridge cannot be made the same as the space shape of the storage space, resulting in a useless portion in the storage space. As a fuel storage container, the volume efficiency is deteriorated. Then, since the amount of fuel that can be stored in the storage space of the fuel cartridge is reduced, there is a problem that the fuel may not be used efficiently in the storage space.
  • the power tool operated by supplying electric power from the fuel cell can suppress the fuel cell from running out of fuel and can be used in a small size and efficiently.
  • the invention of one aspect of the present application is an electric tool including an electric motor, a fuel cell, and a plurality of fuel cartridges.
  • the electric motor receives power supply and drives the attached tool, and the fuel cell has a plurality of fuel supply ports for receiving fuel supply, and the power generation reaction using the fuel supplied from the plurality of fuel supply ports The power generated by is supplied.
  • the fuel cartridge is configured to be detachable from a plurality of fuel supply ports of the fuel cell, and is a container for storing fuel to be supplied to the fuel cell.
  • Such an electric tool includes a plurality of fuel cartridges that can be attached and detached from the fuel supply port of the fuel cell, and fuel is supplied from the plurality of fuel cartridges to the fuel cell.
  • each fuel cartridge is formed in accordance with, for example, the shape of the fuel cartridge storage part inside the electric power tool, the electric motor can be used in a small size and efficiently.
  • a tool can be provided.
  • a secondary battery that supplies electric power to an internal device is provided, and the fuel cell may supply electric power generated by a power generation reaction to at least one of the electric motor and the secondary battery.
  • the electric power of the electric motor can be supplied from the fuel cell, the electric power can be supplied from the secondary battery to the electric motor, and the secondary battery can be charged from the fuel cell.
  • power can be supplied to other components other than the electric motor and the fuel cell, such as an internal electronic circuit.
  • the fuel cell has a plurality of fuel cartridges between a fuel supply port for mounting the plurality of fuel cartridges and a fuel inlet for taking the fuel supplied from the fuel supply port into the fuel cell. It is preferable to provide a fuel pool part for temporarily retaining the fuel supplied from the fuel tank.
  • inside the fuel cell means a portion of a fuel cell container that contains a fuel cell or a fuel cell stack in which fuel cells are stacked and a power generation reaction between fuel and oxygen occurs. is doing.
  • the fuel cartridge that supplies the fuel to the fuel cell can be selected.
  • the remaining fuel of the selected fuel cartridge is reduced, the remaining fuel is reduced while supplying the fuel from the fuel cartridge by selecting another fuel cartridge in which the fuel remains. Since the fuel cartridge can be removed and the fuel can be replenished, it is possible to suppress fuel exhaustion and to extend the continuous usable time of the power tool.
  • the fuel cartridge may be selected by directly manually operating the selection means.
  • a command signal for instructing which cartridge to select from among the plurality of fuel cartridges is sent to the selection means.
  • Command means for outputting may be provided, and the selection means may be configured to receive a command signal from the command means and select one of the plurality of fuel cartridges.
  • the fuel cartridge is selected by the command signal from the command means. Therefore, for example, when it is detected that the amount of remaining fuel of one fuel cartridge currently selected from the plurality of fuel cartridges is less than a specified value, a command signal for selecting another fuel cartridge is commanded. Or by outputting a signal from the command means by a switch operation, the fuel cartridge can be easily selected, and an easy-to-use electric tool can be obtained.
  • the selection means performs selection of the fuel cartridge by switching from which fuel supply port the fuel supply port of the fuel cell receives fuel supply by an actuator using electromagnetic force. Good.
  • the selection means can be easily configured.
  • a fuel remaining amount detecting means for detecting the amount of remaining fuel in at least the fuel cartridge selected by the selecting means among the plurality of fuel cartridges is provided, and the command means is detected by the fuel remaining amount detecting means.
  • the amount of remaining fuel becomes equal to or less than a predetermined amount, a command signal for selecting a fuel cartridge other than the fuel cartridge that is currently supplying fuel may be output to the selection means.
  • the fuel cartridge when the remaining fuel in the fuel cartridge that supplies fuel to the fuel cell becomes less than a predetermined amount, the fuel cartridge is automatically switched to another fuel cartridge, so that it is possible to suppress fuel exhaustion and to continue the power tool. Use time can be extended.
  • the configuration when the remaining fuel amount of the fuel cell cartridge that is currently supplying fuel to the fuel cell is detected by detecting the output voltage of the fuel cell as the remaining fuel amount detecting means, the configuration can be simplified. The amount of remaining fuel can be detected.
  • the amount of fuel supplied to the fuel cell decreases, so the output voltage of the fuel cell decreases. Therefore, if the output voltage of the fuel cell is detected, the amount of remaining fuel in the fuel cell cartridge that is currently supplying fuel to the fuel cell can be detected.
  • the remaining amount of fuel may be any one of a hydrogen sensor, a pressure sensor, and a flow rate sensor provided in a fuel passage formed from the fuel supply port of the fuel cell to the fuel inlet of the fuel cell. .
  • the hydrogen sensor directly detects hydrogen as a fuel component
  • the pressure sensor directly detects the fuel supply pressure
  • the flow sensor directly detects the amount of fuel.
  • physical quantities related to the amount of remaining fuel such as hydrogen used in power generation reactions, fuel supply pressure, and fuel flow rate, are detected directly in the fuel passage. Can be detected.
  • FIG. 1st Embodiment It is a block diagram which shows the structure of the outline of the electric tool in 1st Embodiment. It is the figure which expanded and displayed the attachment state of the fuel cell and two fuel cartridge in 1st Embodiment, and the cross section of those coupling
  • SYMBOLS 1 ... Electric tool, 3 ... Storage part, 10 ... Electric motor, 20 ... Fuel cell, 21 ... Fuel inlet, 22 ... Fuel accumulation part, 24 ... 1st fuel supply port, 25 ... 2nd fuel supply port, 30 ... 1st DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 fuel cartridge, 32 ... 2nd fuel cartridge, 34 ... 1st fuel discharge port, 35 ... 2nd fuel discharge port, 36 ... 3rd fuel supply port, 40 ... selection part, 41 ... Hinge, 42 ... 1st board
  • 2nd permanent magnet 48 ... Handle, 50 ... Command part, 60 ... Voltmeter, 70 ...
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an electric power tool 1 to which the present invention is applied.
  • FIG. 2A shows a fuel cell 20 and two fuel cartridges (the first fuel cartridge 30 and the second fuel in the electric power tool 1).
  • FIG. 2B and FIG. 2C are enlarged views of the cross-section of the connecting portion (A portion in FIG. 2A).
  • the electric tool 1 includes an electric motor 10, a fuel cell 20, a command unit 50, a voltmeter 60, and a starting power supply 70.
  • the electric motor 10 is a DC motor, receives power supply from the fuel cell 20, and drives a tool attached to the drive shaft.
  • the fuel cell 20 directly supplies a liquid fuel such as methanol, dimethyl ether or hydrazine to a fuel cell (fuel cell stack) (not shown) inside the electric tool 1 without using a reformer, and generates DFC (Direct Fuel).
  • a liquid fuel such as methanol, dimethyl ether or hydrazine
  • DFC Direct Fuel
  • PEFC solid polymer fuel cell
  • SOFC solid oxide fuel cell
  • the fuel cell 20 is housed in the housing 2 of the electric tool 1, and the two fuel cartridges (the first fuel cartridge 30 and the second fuel cartridge 32) are coupled to the fuel cell 20.
  • the housing 2 is housed inside.
  • the fuel cell 20 has a first fuel supply port 24 and a second fuel supply port 25 for receiving fuel supply, and the two first fuel supply ports 24 and the second fuel supply port 25. Electric power is supplied to the electric motor 10 by a power generation reaction using the fuel supplied from.
  • the first fuel supply port 24 and the second fuel supply port 25 have a lock mechanism (not shown), and a first fuel discharge port 34 and a second fuel discharge port of a first fuel cartridge 30 and a second fuel cartridge 32 described later.
  • a lock mechanism not shown
  • the first fuel discharge port 34 and the second fuel discharge port 35 can be fixed.
  • the first fuel supply port 24 and the second fuel supply port 25 are provided in the first fuel discharge port 34 and the second fuel discharge port 35 of the first fuel cartridge 30 and the second fuel cartridge 32 together with the lock mechanism.
  • the check valve is pushed into the first fuel cartridge 30 and the second fuel cartridge 32 so as to be opened.
  • first fuel supply port 24 and the second fuel supply port 25 are provided with a check valve (not shown), and when the first fuel discharge port 34 and the second fuel discharge port 35 are removed, the check valve Operates so that fuel does not leak to the outside.
  • first fuel supply port 24 and the second fuel supply port 25 and the first fuel discharge port 34 and the second fuel discharge port 35 which will be described later constitute a so-called quick disconnect in the pipe.
  • a fuel pool portion 22 also serving as a passage is provided.
  • first fuel cartridge 30 and second fuel cartridge 32 are accommodated in the electric tool 1.
  • the first fuel cartridge 30 and the second fuel cartridge 32 are configured to be detachable from the first fuel supply port 24 and the second fuel supply port 25 of the fuel cell 20 and are containers for storing fuel to be supplied to the fuel cell 20. .
  • the first fuel cartridge 30 and the second fuel cartridge 32 are containers formed in a substantially rectangular parallelepiped so as to be housed in the housing part 3 of the electric tool 1 as shown in FIG. 2A. Moreover, the 1st fuel discharge port 34 and the 2nd fuel discharge port 35 which protruded in a part of container formed in the rectangular parallelepiped are provided, and the 1st fuel discharge port 34 and the 2nd fuel discharge port 35 are the 1st fuel. It is inserted into the supply port 24 and the second fuel supply port 25, and is fixed by a lock mechanism provided at the first fuel supply port 24 and the second fuel supply port 25.
  • check valves are provided in the first fuel discharge port 34 and the second fuel discharge port 35 of the first fuel cartridge 30 and the second fuel cartridge 32, and the first fuel supply port 24 and the second fuel discharge port 35 are provided. 2 When the fuel supply port 25 is removed, the fuel inside the container does not leak to the outside.
  • the check valve When the first fuel discharge port 34 and the second fuel discharge port 35 of the first fuel cartridge 30 and the second fuel cartridge 32 are inserted into the first fuel supply port 24 and the second fuel supply port 25, the check valve is In the open state, fuel is supplied from the first fuel discharge port 34 and the second fuel discharge port 35 to the first fuel supply port 24 and the second fuel supply port 25.
  • a selector 40 is provided in the fuel passage between the first fuel supply port 24 and the second fuel supply port 25 of the fuel cell 20 and the fuel inlet 21 of the fuel cell 20. Yes.
  • the selection unit 40 receives a command signal from the command unit 50 and selects which one of the two first fuel cartridges 30 and the second fuel cartridge 32 supplies fuel to the fuel cell 20.
  • the selection unit 40 includes a hinge 41 disposed in the center portion of the fuel inlet 21, two first plate members 42 and second plate members 43 attached to the hinge 41, and including.
  • first plate member 42 and the second plate member 43 One end of each of the first plate member 42 and the second plate member 43 is attached to the hinge 41 so as to form a right angle, and the first plate member 42 and the second plate member 43 are configured to rotate while maintaining a right angle as the hinge 41 rotates about the axis. .
  • the first plate member 42 and the second plate member 43 are substantially perpendicular to the fuel passage (fuel pool portion 22) formed between the first fuel supply port 24, the second fuel supply port 25, and the fuel inlet 21, respectively.
  • the fuel passage is closed.
  • the fuel passage is formed so that its cross section is substantially square.
  • first plate member 42 and the second plate member 43 attached to the hinge 41 rotate around the axis of the hinge 41, so that the fuel passage from the first fuel supply port 24 to the fuel inlet 21 is opened.
  • the fuel passage from the first fuel supply port 24 to the fuel inlet 21 is opened, and the fuel is supplied from the first fuel cartridge 30 to the fuel cell 20 as indicated by an arrow in FIG. 2A.
  • the first electromagnet 44 is embedded in the wall on the fuel cell 20 side in the vicinity of the fuel inlet 21 of the fuel passage from the first fuel supply port 24 to the fuel inlet 21, and the second fuel supply port 25 leads to the fuel inlet 21.
  • the hinges 41 of the first plate member 42 and the second plate member 43 are rotated.
  • a second electromagnet 45 is embedded at a position where the end opposite to the mounting portion contacts the wall surface.
  • first permanent magnet 46 and a second permanent magnet 47 are attached to the opposite ends of the first plate member 42 and the second plate member 43 to the hinge 41 attachment portion. Therefore, the first electromagnet 44 and the first permanent magnet 46 are in close contact with each other, and the second electromagnet 45 and the second permanent magnet 47 are in close contact with each other.
  • the polarity of the contact surface between the first electromagnet 44 and the first permanent magnet 46 is reversed when the first electromagnet 44 is turned on, and the polarity of the second electromagnet 45 and the second permanent magnet 47 is turned on when the second electromagnet 45 is on. The polarity is reversed.
  • the first plate member 42 and the second plate member 43 having the first permanent magnet 46 and the second permanent magnet 47 at the tip are attached and rotated at right angles.
  • the first plate member 42 and the second plate member 43 rotate around the axis of the hinge 41, and from the first fuel supply port 24 to the fuel inlet 21. 2 and the fuel passage (fuel pool portion 22) from the second fuel supply port 25 to the fuel inlet 21 can be opened and closed as shown in FIGS. 2B and 2C.
  • the first fuel cartridge 30 and the second fuel cartridge 32 that supply the fuel are selected by switching. Specifically, when the first electromagnet 44 is turned off and the second electromagnet 45 is turned on by an on / off signal of a first electromagnet 44 and a second electromagnet 45 from a command unit 50 described later, the second permanent magnet 47 is turned on. It is attracted to the second electromagnet 45.
  • the hinge 41 rotates counterclockwise around the axis, the first plate member 42 opens the first fuel supply port 24, and the second plate member 43 opens the second fuel supply port 25. Since it is in the closed state, fuel is supplied from the first fuel cartridge 30 to the fuel cell 20.
  • first plate member 42 closes the first fuel supply port 24 and the second plate member 43 opens the second fuel supply port 25, fuel is supplied from the second fuel cartridge 32 to the fuel cell 20.
  • the command unit 50 includes a CPU, ROM, RAM, and I / O (not shown), and is a so-called one-chip microcomputer in the present embodiment.
  • the command unit 50 operates by receiving power supply from the fuel cell 20 or the start-up power supply 70, and performs the following command processing by a program stored in the ROM.
  • the output voltage of the fuel cell 20 is acquired from the voltmeter 60.
  • the first electromagnet 44 and the second electromagnet 45 of the selection unit 40 are switched on / off. That is, when the first electromagnet 44 is turned on and the second electromagnet 45 is turned off before switching, the first electromagnet 44 is turned off and the second electromagnet 45 is turned on, and the first electromagnet 44 is turned off before switching and the second electromagnet 45 is turned on. Is turned on, the first electromagnet 44 is turned on and the second electromagnet 45 is turned off.
  • the voltmeter 60 is a voltmeter that detects the output voltage of the fuel cell 20.
  • the output voltage of the fuel cell 20 decreases when the amount of fuel supplied decreases below a predetermined amount. Therefore, by detecting the output voltage of the fuel cell 20, the first fuel cartridge 30 and the second fuel cartridge 32 are selected by the selection unit 40 and are currently supplied to the fuel cell 20. The amount of remaining fuel in the fuel cartridge 30 and the second fuel cartridge 32 can be detected.
  • the start-up power supply 70 is also used to supply power to the selection unit 40 and the command unit 50 and to initially operate the selection unit 40 and the command unit 50 while power is not supplied from the fuel cell 20 (initial state). .
  • the output from the starting power supply can be used as an auxiliary.
  • the secondary battery such as a lithium ion battery is used as the start-up power supply 70
  • the secondary battery if the secondary battery is configured to be charged from the fuel cell 20 after the fuel cell 20 enters the power generation state, the secondary battery This is convenient because it is not necessary to replace the battery over a long period of time.
  • the fuel tool 1 can be prevented from running out of fuel, and the continuous use time of the power tool 1 can be extended. Since the number of fuel cartridges is two, the shape of each fuel cartridge (the first fuel cartridge 30 and the second fuel cartridge 32) can be formed in accordance with the shape of the housing 2 of the electric power tool 1.
  • the degree of freedom in design with respect to the shapes of the first fuel cartridge 30 and the second fuel cartridge 32 is increased, so that the first fuel cartridge 30 and the second fuel cartridge 32 having high volume efficiency can be obtained. As a result, it can be set as the electric tool 1 which is small and can use fuel efficiently.
  • the supplied fuel is temporarily retained in a portion where the two first fuel cartridges 30 and the second fuel cartridge 32 are attached to the first fuel supply port 24 and the second fuel supply port 25 of the fuel cell 20. Since the fuel pool portion 22 (fuel passage) is provided, the fuel can be removed even if the first fuel cartridge 30 and the second fuel cartridge 32 are temporarily removed by replacing the first fuel cartridge 30 and the second fuel cartridge 32 or the like. The fuel stays in the pool portion 22.
  • the electric tool 1 can be kept operating.
  • the selection unit 40 includes two plate members (first plate member 42 and second plate member 43), two permanent magnets (first permanent magnet 46 and second permanent magnet 47), and two electromagnets (first electromagnet). 44 and the second electromagnet 45), the selection unit 40 can be configured easily and inexpensively.
  • the electric tool in 2nd Embodiment is the same except the structure of the electric tool 1 in 1st Embodiment, and the selection part 40, it demonstrates about a selection part and abbreviate
  • the selection unit 40 in the second embodiment includes a slide mechanism 80, a first plate member 42, a second plate member 43, a first electromagnet 44, and a second electromagnet 45 in the first embodiment.
  • Three electromagnets 86 and a fourth electromagnet 87 are used.
  • the slide mechanism 80 includes a flat plate portion 82, a first L-shaped member 84, and a second L-shaped member 85.
  • the flat plate portion 82 is a flat plate that slides on the wall surface on the side where the first fuel cartridge 30 and the second fuel cartridge 32 are attached in the fuel passage having a substantially square cross-sectional shape, and slides to the right as shown in FIG. 3A.
  • the second fuel supply port 25 is closed, the first fuel supply port 24 is opened, and sliding to the left as shown in FIG. 3B causes the first fuel supply port 24 to be closed.
  • the fuel supply port 25 is opened.
  • the first L-shaped member 84 is arranged such that the long side of the L-shape slides on the wall surface of the fuel passage between the first fuel supply port 24 and the fuel inlet 21 on the fuel cell 20 side, as shown in FIG. 3A.
  • the end of the long side of the L-shape is the position of the left end of the fuel inlet 21, and the position of the short side of the L-shape is the left end of the first fuel supply port 24. It is formed to become.
  • a third permanent magnet 88 is mounted on the bottom surface of the L-shaped short side.
  • the second L-shaped member 85 is symmetrical to the first L-shaped member 84, and a fourth permanent magnet 89 is mounted on the bottom surface of the L-shaped short side. Yes.
  • the flat plate portion 82, the first L-shaped member 84, and the second L-shaped member 85 are integrated, and all slide simultaneously in the same direction.
  • the third electromagnet 86 is attached to the left end wall surface in FIG. 3A of the fuel passage from the first fuel supply port 24 to the fuel inlet 21, and the fourth electromagnet 87 is the fuel passage from the second fuel supply port 25 to the fuel inlet 21.
  • 3A is attached to the right end wall surface.
  • the polarity of the contact surface between the third electromagnet 86 and the third permanent magnet 88 is reversed when the third electromagnet 86 is turned on, and the polarity of the fourth electromagnet 87 and the fourth permanent magnet 89 is the fourth electromagnet 87.
  • the polarity is reversed when is turned on.
  • the third electromagnet 86 is turned off and the fourth electromagnet 87 is turned on by an on / off signal of the third electromagnet 86 and the fourth electromagnet 87 from the command unit 50.
  • the fourth permanent magnet 89 is attracted to the fourth electromagnet 87.
  • the slide mechanism 80 slides to the right, and the flat plate portion 82 opens the first fuel supply port 24 and closes the second fuel supply port 25, so that the first fuel cartridge 30 Is supplied to the fuel cell 20.
  • the third electromagnet 86 is turned on and the fourth electromagnet 87 is turned off, the third permanent magnet 88 is attracted to the third electromagnet 86, and the slide mechanism 80 slides to the left as shown in FIG. Since the part 82 closes the first fuel supply port 24 and opens the second fuel supply port 25, the fuel is supplied from the second fuel cartridge 32 to the fuel cell 20.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a cross-section of a joint portion between the fuel cell 20 and two fuel cartridges (first fuel cartridge 30 and second fuel cartridge 32) in the third embodiment.
  • the electric tool in 3rd Embodiment is the same except the electric tool 1 and voltmeter 60 in 1st Embodiment, it attaches
  • the amount of remaining fuel in the first fuel cartridge 30 is detected by the value of the output voltage of the fuel cell 20, but in the third embodiment, the amount of remaining fuel is detected by the flow sensor 90. Yes.
  • the command unit 50 acquires the output (fuel flow rate) of the flow rate sensor 90 instead of the output voltage of the fuel cell 20, and the accumulated value of the detected fuel flow rate becomes the same as the capacity of the first fuel cartridge 30.
  • a command signal for switching the fuel cartridge from the first fuel cartridge 30 to the second fuel cartridge 32 is output to the selection unit 40, and the second fuel cartridge 32 is selected.
  • the power tool in the fourth embodiment is the same except for the configuration of the power tool 1 and the selection unit 40 in the first embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the selection unit 40 has the same structure as that of the first fuel supply port 24 and the fuel passage portion from the second fuel supply port 25 to the fuel inlet 21 according to the first embodiment.
  • the first permanent magnet 46 and the second permanent magnet 47 of the first plate member 42 and the second plate member 43 and the first electromagnet 44 and the second electromagnet 45 embedded in the wall surface are deleted from the selection unit 40 in FIG. It extends to the outside of the passage, and a handle 48 is mounted with the extended portion as the central axis.
  • the command unit 50 and the start-up power supply 70 are deleted.
  • the user of the electric power tool 1 manually rotates the handle 48 around the hinge 41, thereby causing the first fuel cartridge 30 and the second fuel cartridge 30 to move.
  • the fuel cartridge 32 can be switched and selected.
  • the handle 48 is rotated as shown in FIG.
  • the handle 48 it is possible to supply the fuel from the second fuel cartridge 32 and to replenish the fuel by removing the first fuel cartridge 30 in which the remaining fuel is reduced.
  • FIG. 6 is an enlarged view of a cross section of a joint portion between the fuel cell 20 and two fuel cartridges in the fifth embodiment.
  • the electric power tool in the fifth embodiment is the same except that the selection unit 40 is deleted from the electric power tool in the fourth embodiment and the first fuel cartridge 30 and the second fuel cartridge 32 are connected in series.
  • the same reference numerals are given to the products, and the description thereof is omitted.
  • the first fuel discharge port 34 of the first fuel cartridge 30 is inserted into the fuel inlet 21 of the fuel cell 20.
  • a third fuel supply port 36 having the same structure as that of the first fuel supply port 24 is provided at the rear end of the first fuel cartridge 30 (the end opposite to the first fuel discharge port 34 of the first fuel cartridge 30). Is provided.
  • the first fuel cartridge 30 and the second fuel cartridge 32 are connected in series so that the second fuel discharge port 35 of the second fuel cartridge 32 is inserted into the third fuel supply port 36.
  • the second fuel cartridge 32 is removed from the first fuel cartridge 30 when the second fuel cartridge 32 becomes empty.
  • the electric tool can be operated.
  • the fuel can be replenished to the first fuel cartridge 30. Can be used.
  • the amount of remaining fuel is detected using the flow sensor 90, but the amount of remaining fuel may be detected using a hydrogen sensor or a pressure sensor. That is, instead of the flow rate sensor 90, a hydrogen sensor or a pressure sensor that detects the amount of hydrogen that is a component used in the power generation reaction in the fuel is attached.
  • a command signal for switching to a fuel cartridge different from the currently used fuel cartridge is output when the detected amount of hydrogen falls below a predetermined value.
  • a command signal for switching to a fuel cartridge different from the currently used fuel cartridge is output when the detected pressure value falls below a predetermined value. is there.
  • the single flow rate sensor 90 is used.
  • the flow rate sensor 90 is mounted in the vicinity of the fuel supply ports 24 and 25 of the two fuel cartridges 30 and 32, and the two fuel cartridges are installed.
  • the fuel flow rates 30 and 32 may be detected separately.
  • two hydrogen sensors or pressure sensors may be used.
  • the electric tool 1 in the above embodiment is configured to supply power mainly from the fuel cell 20 to the electric motor 10. It is not necessarily limited to only the electric motor 10.
  • the secondary battery when a secondary battery such as a lithium ion battery is used as the start-up power supply 70, the secondary battery may be supplied.
  • a warning device when a warning device is provided to give a warning such as causing an LED to emit light or generating a buzzer sound when the remaining amount of fuel in the fuel cell is low, these warning devices You may make it supply electric power to.
  • electric power may be supplied from the secondary battery to the electric motor 10 and the secondary battery may be charged by the fuel cell 20.

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Abstract

電動工具は、電力供給を受け、取り付けられた工具を駆動する電動モータと、燃料供給を受けるための燃料供給口を複数有し、複数の燃料供給口から供給された燃料を用いた発電反応により発電した電力を供給する燃料電池と、燃料電池の複数の燃料供給口に着脱可能に構成され、燃料電池に供給する燃料を収納する複数の燃料カートリッジとを備える。

Description

電動工具 関連出願の相互参照
　本国際出願は、２０１０年３月２３日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１０-０６６６７４号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１０-０６６６７４号の全内容を本国際出願に援用する。
　本発明は、電動工具、特に電源として燃料電池を備えた電動工具に関する。
　従来、電動モータの電源として燃料電池と二次電池とを併用して使用する電動工具がある。この電動工具は、電動モータに燃料電池と二次電池とを電気的に接続し、通常動作時は、最大出力密度が小さい燃料電池から電動モータに電力を供給し、電動モータがロックした等の過負荷状態になった場合に、最大出力密度が大きな二次電池に切り換える構成となっている。
　このような構成により、過負荷時の大電流は燃料電池を切り離して二次電池から電力が供給されるため、燃料電池は過負荷時の大電流ではなく、通常動作時に必要な電流を供給できるだけの小型のものでよい。また、二次電池に関しては、過負荷時の大電流を所定時間だけ供給できるものを用いればよいため、二次電池も小型化することができる。つまり、燃料電池と二次電池を双方とも小型化することができるという利点がある（例えば特許文献１参照）。
特開２００８－１３２５５１号公報
　ところが、上記電動工具では、燃料電池と二次電池を切り換えることによって、電動モータの負荷状態に応じたモータへの電力供給を行うようにはなっているが、燃料電池に供給する燃料が収納されている燃料カートリッジを１つしか備えていない。したがって、その燃料カートリッジが空になると電動工具が使用できなくなってしまう。
　燃料カートリッジが空になると燃料切れの状態となり、その都度電動工具を停止させ、燃料カートリッジを交換する必要がある。
　さらに、持ち運びできるような小型の電動工具内に燃料カートリッジを収納する場合、収納スペースの制限があったり、収納スペースの形状が複雑になったりすることが多い。その場合、１つの燃料カートリッジを収納スペースに着脱可能に収納しようとすると、燃料カートリッジの形状を収納スペースの空間形状と同一にすることができなくなり、収納スペースに無駄な部分が生じ、その結果、燃料収納容器として体積効率が悪くなってしまう。すると、燃料カートリッジの収納スペースに対し収納できる燃料の量が少なくなるので、収納スペースに対して燃料を効率よく使用することができない場合があるという問題もある。
　また、燃料の残量が少ししかない場合、持ち運び先で使用中に燃料が切れてしまうおそれがあるという問題がある。使用前に交換すると使い切れず、予備を持っていくのは手間であるという問題もある。
　本発明では、燃料電池から電力を供給して作動する電動工具において燃料電池の燃料切れを抑制するとともに小型で燃料を効率よく使用することができることが望ましい。

　本願の一局面の発明は、電動モータ、燃料電池及び複数の燃料カートリッジを備えた電動工具である。
　電動モータは、電力供給を受け、取り付けられた工具を駆動し、燃料電池は、燃料供給を受けるための燃料供給口を複数有し、複数の燃料供給口から供給された燃料を用いた発電反応により発電した電力を供給する。
　また、燃料カートリッジは、燃料電池の複数の燃料供給口に着脱可能に構成され、燃料電池に供給する燃料を収納する容器であり、複数備えられている。
　このような電動工具では、燃料電池の燃料供給口から着脱可能な複数の燃料カートリッジが備えられており、複数の燃料カートリッジから燃料電池に燃料が供給される。
　したがって、電動工具の使用中などに、複数の燃料カートリッジのうち燃料がほとんど空になった燃料カートリッジを取り外し、燃料が残っている燃料カートリッジを残しておき、取り外した燃料カートリッジに燃料を充填し、燃料を充填した燃料カートリッジを取り付ければ、電動工具の燃料切れを抑制することができる。
　また、燃料カートリッジを複数としたため、１つ１つの燃料カートリッジの形状を、例えば、電動工具内部の燃料カートリッジ収納部の形状に合わせて形成すれば、小型で燃料を効率よく使用することができる電動工具を提供することができる。
　さらに、本発明において、内部の機器に電力を供給する二次電池を備え、燃料電池は、発電反応により発電した電力を、少なくとも電動モータ又は二次電池のいずれか一方に供給するようにするとよい。
　このようにすると、例えば、燃料電池から電動モータの電力を供給することや、二次電池から電動モータに電力を供給し、燃料電池からは、二次電池を充電することができる。また、電動モータや燃料電池以外の他の構成品、例えば、内部の電子回路などに電力を供給することもできる。
　また、本発明において、燃料電池は、複数の燃料カートリッジを装着するための燃料供給口と燃料供給口から供給された燃料を燃料電池内部に取り入れるための燃料入口との間に、複数の燃料カートリッジから供給される燃料を一時的に滞留させておく燃料たまり部を備えるようにするとよい。
　このようにすると、交換等により一時的に複数の燃料カートリッジを取り外しても、燃料たまり部に燃料が滞留するので、取り外した期間が短時間であれば燃料電池から電動モータに対する電力供給が途絶えることがないの
で、電動工具を作動させたままにしておくことができる。
　ここで、「燃料電池内部」とは、燃料電池の容器のうち、燃料電池セル又は燃料電池セルを積層した燃料電池スタックを収納し、燃料と酸素とによる発電反応が生起している部分を意味している。
　さらに、本発明において、複数の燃料カートリッジのうちどの燃料カートリッジから燃料電池に燃料を供給するかを選択する選択手段を備えるようにすると、燃料電池に燃料を供給する燃料カートリッジを選択することができる。
　したがって、選択しておいた燃料カートリッジの残燃料が少なくなったときに、燃料が残っている他の燃料カートリッジを選択することにより、その燃料カートリッジから燃料を供給しつつ、残燃料が少なくなった燃料カートリッジを取り外して、燃料を補給することができるので、燃料切れを抑制できるとともに、電動工具の連続使用可能時間を延ばすことができる。
　また、燃料カートリッジの選択は、選択手段を直接手動で操作することにより行ってもよいが、本発明において、選択手段に、複数の燃料カートリッジのうちどのカートリッジを選択するかを指令する指令信号を出力する指令手段を備え、選択手段は、指令手段からの指令信号を受け、複数の燃料カートリッジのうちのいずれかを選択するよう構成するとよい。
　このようにすると、指令手段からの指令信号により燃料カートリッジの選択が行われる。したがって、例えば、複数の燃料カートリッジのうち現在選択されている１つの燃料カートリッジの残燃料の量が規定値よりも少なくなったことを検出した場合に他の燃料カートリッジを選択する指令信号を指令手段から出力したり、指令手段からの信号をスイッチ操作により出力したりすれば、容易に燃料カートリッジを選択することができ、使いやすい電動工具とすることができる。
　本発明において、選択手段は、電磁力を用いたアクチュエータによって、燃料電池の複数の燃料供給口のうちどの燃料供給口から燃料供給を受けるかを切り換えることにより、燃料カートリッジの選択を行うようにするとよい。
　このように、選択手段として、電磁力を用いたアクチュエータ、例えば、電磁石や永久磁石を用いれば容易に選択手段を構成することができる。
　また、本発明において、複数の燃料カートリッジのうち、少なくとも選択手段で選択された燃料カートリッジの残燃料の量を検出する燃料残量検出手段を備え、指令手段は、燃料残量検出手段により検出された残燃料の量が所定量以下になった場合に選択手段に対し、現在燃料を供給している燃料カートリッジ以外の燃料カートリッジを選択する旨の指令信号を出力するようにするとよい。
　このようにすると、選択手段で選択された燃料カートリッジ、つまり、燃料電池に現在燃料を供給している燃料カートリッジの残燃料が所定量以下になった場合には、現在選択されている以外の燃料カートリッジが選択されて、そこから燃料が燃料電池に供給される。
　つまり、燃料電池に燃料を供給している燃料カートリッジの残燃料が所定量以下になった場合には、自動的に他の燃料カートリッジに切り換えられるので、燃料切れを抑制できるとともに、電動工具の連続使用時間を延ばすことができる。
　また、本発明において、燃料残量検出手段として、燃料電池の出力電圧を検出することにより、燃料電池に現在燃料を供給している燃料電池カートリッジの残燃料の量を検出すると、簡易な構成で残燃料の量を検出できる。
　つまり、燃料電池に供給される燃料が所定量以下に減少すると、燃料電池に対する燃料供給量が減少するので、燃料電池の出力電圧が減少する。したがって、燃料電池の出力電圧を検出すれば、現在前記燃料電池に燃料を供給している燃料電池カートリッジの残燃料の量を検出することができるのである。
　また、本発明において、燃料の残量は、燃料電池の燃料供給口から燃料電池の燃料入口までに形成される燃料通路に設けた水素センサ、圧力センサ又は流量センサのいずれかであってもよい。
　このようにすると、水素センサでは、燃料の成分である水素を、圧力センサでは、燃料の供給圧力を、流量センサでは、燃料の量をそれぞれ直接検出することになる。つまり、燃料のうち発電反応に用いられる成分である水素、燃料の供給圧力、燃料の流量など残燃料の量に関する物理量を、燃料通路において直接検出することになるので、残燃料の量をより正確に検出することができる。
第１実施形態における電動工具の概略の構成を示すブロック図である。 第１実施形態における燃料電池と２つの燃料カートリッジの取りつけ状態及びそれらの結合部分の断面を拡大表示した図である。 第２実施形態における燃料電池と２つの燃料カートリッジの結合部分の断面を拡大表示した図である。 第３実施形態における燃料電池と２つの燃料カートリッジの結合部分の断面を拡大表示した図である。 第４実施形態における燃料電池２０と２つの燃料カートリッジの結合部分の断面を拡大表示した図である。 第５実施形態における燃料電池２０と２つの燃料カートリッジの結合部分の断面を拡大表示した図である。
　１…電動工具、３…収納部、１０…電動モータ、２０…燃料電池、２１…燃料入口、２２…燃料たまり部、２４…第１燃料供給口、２５…第２燃料供給口、３０…第１燃料カートリッジ、３２…第２燃料カートリッジ、３４…第１燃料吐出口、３５…第２燃料吐出口、３６…第３燃料供給口、４０…選択部、４１…ヒンジ、４２…第１板材、４３…第２板材、４４…第１電磁石、４５…第２電磁石、４６…第１永久磁石、４７…第２永久磁石、４８…ハンドル、５０…指令部、６０…電圧計、７０…起動用電源、８０…スライド機構、８２…平板部、８４…第１Ｌ字部材、８５…第２Ｌ字部材、８６…第３電磁石、８７…第４電磁石、８８…第３永久磁石、８９…第４永久磁石。
　以下、本発明が適用された実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
［第１実施形態］
　図１は、本発明が適用された電動工具１の概略の構成を示すブロック図であり、図２Ａは、電動工具１における燃料電池２０と２つの燃料カートリッジ（第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２）の取りつけ状態を示し、図２Ｂ及び図２Ｃは、それらの結合部分（図２Ａ中Ａ部）の断面を拡大表示した図である。
　電動工具１は、図１に示すように、電動モータ１０、燃料電池２０、指令部５０、電圧計６０及び起動用電源７０を備えている。
　電動モータ１０は、ＤＣモータであり、燃料電池２０から電力供給を受け、駆動軸に取り付けられた工具を駆動する。
　燃料電池２０は、改質器を介さずに、電動工具１内部の図示しない燃料電池セル（燃料電池スタック）に直接メタノール、ジメチルエーテル或いはヒドラジンなどの液体燃料を供給して発電を行うＤＦＣ（Ｄｉｒｅｃｔ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌの略）であるが、図示しない改質器を用いるＰＥＦＣ（固体高分子形燃料電池）、ＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）など他の種類の燃料電池であってもよい。
　燃料電池２０は、図２Ａに示すように、電動工具１のハウジング２内に収納され、２つの燃料カートリッジ（第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２）が燃料電池２０に結合された状態で、ハウジング２内部に収納されている。
　燃料電池２０は、図２Ｂに示すように、燃料供給を受けるための第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５を有し、２つの第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５から供給された燃料を用いた発電反応により電動モータ１０に電力を供給する。
　第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５は、図示しないロック機構を有しており、後述する第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２の第１燃料吐出口３４及び第２燃料吐出口３５が差し込まれたときに、第１燃料吐出口３４及び第２燃料吐出口３５を固定することができるようになっている。
　また、第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５には、ロック機構とともに第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２の第１燃料吐出口３４及び第２燃料吐出口３５に設けられている逆止弁を第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２の内部に押し込んで、開状態にする機構を備えている。
　さらに、第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５には、図示しない逆止弁が設けられており、第１燃料吐出口３４及び第２燃料吐出口３５が取り外されると、逆止弁が作動して、燃料が外部に漏れない構造になっている。
　つまり、第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５と後述する第１燃料吐出口３４及び第２燃料吐出口３５とで、いわゆる配管におけるクイックディスコネクトを構成しているのである。
　また、第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５と燃料入口２１との間に、第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２から供給される燃料を一時的に滞留させておく、燃料通路を兼ねた燃料たまり部２２が設けられている。
　電動工具１の内部には、図２Ａに示すように、２つの燃料カートリッジ（第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２）が収納されている。
　第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２は、燃料電池２０の第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５に着脱可能に構成され、燃料電池２０に供給する燃料を収納する容器である。
　第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２は、図２Ａに示すように、電動工具１の収納部３に収納できるように略直方体に形成された容器である。また、直方体に形成された容器の一部に突出した第１燃料吐出口３４及び第２燃料吐出口３５が設けられており、第１燃料吐出口３４及び第２燃料吐出口３５が第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５に差し込まれ、第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５に設けられたロック機構により固定される。
　また、第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２の第１燃料吐出口３４及び第２燃料吐出口３５内部には、図示しない逆止弁が備えられており、第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５から取り外された状態では、容器内部の燃料が外部に漏れない構造になっている。
　また、第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２の第１燃料吐出口３４及び第２燃料吐出口３５を第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５に差し込んだときには、逆止弁が開状態になり、第１燃料吐出口３４及び第２燃料吐出口３５から第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５に燃料が供給されるようになっている。
　また、図２Ａに示すように、燃料電池２０の第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５と燃料電池２０の燃料入口２１との間の燃料通路には、選択部４０が設けられている。
　選択部４０は、指令部５０からの指令信号を受け、２つの第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２のうちどちらの燃料カートリッジから燃料電池２０に燃料を供給するかを選択する。
　具体的には、図２Ａに示すように、選択部４０は、燃料入口２１の中央部分に配置されたヒンジ４１と、ヒンジ４１に取り付けられた２枚の第１板材４２及び第２板材４３とを含む。
　第１板材４２及び第２板材４３は、直角を成すように、その一端がヒンジ４１に取り付けられており、ヒンジ４１の軸周りの回転に伴って直角を保ったまま回転する構成となっている。
　また、第１板材４２及び第２板材４３は、それぞれ第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５と燃料入口２１の間に形成される燃料通路（燃料たまり部２２）に対し略垂直の位置になったときに、燃料通路を閉じる大きさを有している。なお、燃料通路は、その断面が略正方形になるように、形成されている。
　このようにヒンジ４１に取り付けられた第１板材４２及び第２板材４３がヒンジ４１の軸周りに回転することによって、第１燃料供給口２４から燃料入口２１への燃料通路が開状態になったときには、第１燃料供給口２４から燃料入口２１への燃料通路が開状態となり、図２Ａ中に矢印で示すように、第１燃料カートリッジ３０から燃料が燃料電池２０へ供給される状態となる。
　同時に、第２燃料供給口２５から燃料入口２１への燃料通路が閉状態になるので、第２燃料供給口２５から燃料入口２１への燃料通路が閉状態となり、第２燃料カートリッジ３２からは燃料が燃料電池２０へ供給されない状態となる。
　第１板材４２及び第２板材４３を回転させるためには、電磁力を用いる。すなわち、第１燃料供給口２４から燃料入口２１への燃料通路の燃料入口２１近傍の燃料電池２０側の壁面内に第１電磁石４４が埋め込まれ、第２燃料供給口２５から燃料入口２１への燃料通路の燃料入口２１近傍の燃料電池２０側の壁面内で、第１板材４２及び第２板材４３がヒンジ４１の軸周りに回転したときに、第１板材４２及び第２板材４３のヒンジ４１取付部と反対端側が壁面に接触する位置に第２電磁石４５が埋め込まれている。
　さらに、第１板材４２及び第２板材４３のヒンジ４１取付部と反対端に第１永久磁石４６及び第２永久磁石４７が取り付けられている。したがって、第１電磁石４４と第１永久磁石４６が密着し、第２電磁石４５と第２永久磁石４７とが密着するようになっている。
　第１電磁石４４と第１永久磁石４６の密着面の極性は第１電磁石４４がオンしたときに極性が逆極性となり、第２電磁石４５と第２永久磁石４７の極性は第２電磁石４５がオンしたときに極性が逆極性となるようになっている。
　このように、ヒンジ４１の軸周りに、先端に第１永久磁石４６及び第２永久磁石４７を有する第１板材４２及び第２板材４３が直角に取り付けられて回転するようになっている。
　したがって、第１電磁石４４と第２電磁石４５とをオン／オフすることにより、第１板材４２及び第２板材４３がヒンジ４１の軸周りに回転し、第１燃料供給口２４から燃料入口２１までの燃料通路と第２燃料供給口２５から燃料入口２１までの燃料通路（燃料たまり部２２）を図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、相互に開閉することができる。
　つまり、燃料を供給する第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２を切り換えることにより選択するようになっている。
　具体的には、後述する指令部５０からの第１電磁石４４及び第２電磁石４５のオン／オフ信号により、第１電磁石４４がオフ、第２電磁石４５がオンになると、第２永久磁石４７が第２電磁石４５に引き寄せられる。
　そして、ヒンジ４１が図２Ｂに示すように、軸周りに反時計回りに回転し、第１板材４２が第１燃料供給口２４を開状態とし、第２板材４３が第２燃料供給口２５を閉状態とするので、第１燃料カートリッジ３０から燃料電池２０へ燃料が供給される。
　逆に、第１電磁石４２がオン、第２電磁石４３がオフになると、第１永久磁石４２が第１電磁石４２に引き寄せられ、ヒンジ４１が図２Ｃに示すように、軸周りに時計回りに回転する。
　そして、第１板材４２が第１燃料供給口２４を閉状態とし、第２板材４３が第２燃料供給口２５を開状態とするので、第２燃料カートリッジ３２から燃料電池２０へ燃料が供給される。
　指令部５０は、図示しない、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＩ／Ｏを備えており、本実施形態においては、いわゆる１チップマイコンである。また、指令部５０は、燃料電池２０又は起動用電源７０から電力供給を受けて作動し、ＲＯＭに格納されたプログラムにより以下の指令処理を実施する。
　（ｉ）電圧計６０から燃料電池２０の出力電圧を取得する。
　（ｉｉ）取得した出力電圧が所定の値以下か否かを判定する。
　（ｉｉｉ）出力電圧が所定の値以下の場合、選択部４０の第１電磁石４４及び第２電磁石４５のオン／オフを切り換える。つまり、切り換え前に第１電磁石４４がオン、第２電磁石４５がオフの場合、第１電磁石４４をオフ、第２電磁石４５をオンにし、切り換え前に第１電磁石４４がオフ、第２電磁石４５がオンの場合、第１電磁石４４をオン、第２電磁石４５をオフにする。
　電圧計６０は、燃料電池２０の出力電圧を検出する電圧計である。燃料電池２０の出力電圧は、燃料の供給量が所定量以下に減少すると低下する。したがって、燃料電池２０の出力電圧を検出することにより、２つの第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２のうち、選択部４０で選択され、燃料電池２０に現在燃料を供給している第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２の残燃料の量を検出することができるのである。
　起動用電源７０は、燃料電池２０から電力が供給されない間（初期状態）に、選択部４０及び指令部５０に電力を供給し、選択部４０及び指令部５０を初期作動させるためにも用いられる。また、燃料電池の温度が低い時など、燃料電池から充分な出力を得られない時には起動用電源から出力を補助としても使える。
　なお、起動用電源７０としてリチウムイオン電池などの二次電池を用いた場合には、燃料電池２０が発電状態になった後に、燃料電池２０から二次電池を充電するように構成すると、二次電池を長期間にわたり交換する必要がなくなるので、都合がよい。
　（電動工具１の特徴）

　以上に説明した電動工具１では、電動工具１の使用中などに、燃料が供給されている第１燃料カートリッジ３０の燃料がほとんど空になった場合には、燃料供給元が第２燃料カートリッジ３２に切り換えられる。
　したがって、その際に、燃料が残っている第２燃料カートリッジ３２を残しておき、第１燃料カートリッジ３０を取り外し、取り外した第１燃料カートリッジ３０に燃料を充填した後に再度取り付ければ、第２燃料カートリッジ３２が空になった場合には、燃料供給先が燃料を充填した第１燃料カートリッジ３０に切り換えられる。
　したがって、電動工具１の燃料切れを抑制することができるとともに、電動工具１の連続使用可能時間を延ばすことができる。
　また、燃料カートリッジを２つとしたため、１つ１つ燃料カートリッジ（第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２）の形状を、電動工具１のハウジング２形状に合わせて形成することができる。
　したがって、第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２の形状に対する設計の自由度が高まるので、体積効率のよい第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２とすることができる。ひいては、小型で燃料を効率よく使用することができる電動工具１とすることができる。
　また、２つの第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２を燃料電池２０の第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５に装着する部分に、供給される燃料を一時的に滞留させておく燃料たまり部２２（燃料通路）を備えているので、第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２の交換等により一時的に第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２を取り外しても、燃料たまり部２２に燃料が滞留する。
　したがって、燃料カートリッジを取り外した期間が短時間であれば燃料電池２０から電動モータ１０に対する電力供給が途絶えることがないので、電動工具１を作動させたままにしておくことができる。
　また、選択部４０は、２枚の板材（第１板材４２及び第２板材４３）と、２つの永久磁石（第１永久磁石４６及び第２永久磁石４７）と、２つの電磁石（第１電磁石４４及び第２電磁石４５）のみで構成されるので、容易かつ安価に選択部４０を構成することができる。
　また、選択部４０で選択された第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２の残燃料の量を電圧計６０で検出しているので、容易に残燃料の量を検出できる。
［第２実施形態］
　次に、図３Ａ，３Ｂに基づき、第１実施形態の選択部４０の構成を変更した第２実施形態について説明する。図３Ａ，３Ｂは、第２実施形態における燃料電池２０と２つの燃料カートリッジ（第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２）の結合部分の断面を拡大表示した図である。
　なお、第２実施形態における電動工具は、第１実施形態における電動工具１と選択部４０の構造を除いて同じであるので、選択部について説明を行い、他の構成品については、説明を省略する。
　第２実施形態における選択部４０は、図３Ａに示すように、第１実施形態における第１板材４２及び第２板材４３と第１電磁石４４及び第２電磁石４５の代わりに、スライド機構８０、第３電磁石８６及び第４電磁石８７が用いられている。
　スライド機構８０は、平板部８２、第１Ｌ字部材８４及び第２Ｌ字部材８５より構成される。
　平板部８２は、断面形状が略正方形の燃料通路内の第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２が取り付けられる側の壁面をスライドする平板であり、図３Ａに示すように、右にスライドすることにより、第２燃料供給口２５を閉状態、第１燃料供給口２４を開状態にし、図３Ｂに示すように、左にスライドすることにより、第１燃料供給口２４を閉状態、第２燃料供給口２５を開状態にする。
　第１Ｌ字部材８４は、第１燃料供給口２４から燃料入口２１までの間の燃料通路の燃料電池２０側の壁面にＬ字の長辺がスライドするように配置され、図３Ａに示すように、最も右にスライドしたときに、Ｌ字の長辺の端部が燃料入口２１の左端部の位置になり、かつ、Ｌ字の短辺の位置が第１燃料供給口２４の左端部に位置になるように形成されている。さらに、Ｌ字の短辺の底面には第３永久磁石８８が装着されている。
　また、第２Ｌ字部材８５は、図３Ａに示すように、第１Ｌ字部材８４と左右対称の構成となっており、Ｌ字の短辺の底面には、第４永久磁石８９が装着されている。
　平板部８２、第１Ｌ字部材８４及び第２Ｌ字部材８５は、一体化されており、すべてが同時に同じ方向にスライドするようになっている。
　第３電磁石８６は、第１燃料供給口２４から燃料入口２１までの燃料通路の図３Ａ中左端壁面に装着され、第４電磁石８７は、第２燃料供給口２５から燃料入口２１までの燃料通路の図３Ａ中右端壁面に装着されている。
　第３電磁石８６と第３永久磁石８８の密着面の極性は、第３電磁石８６がオンしたときに極性が逆極性となり、第４電磁石８７と第４永久磁石８９の極性は、第４電磁石８７がオンしたときに極性が逆極性となるようになっている。
　このように構成されている第２実施形態における選択部４０では、指令部５０からの第３電磁石８６及び第４電磁石８７のオン／オフ信号により、第３電磁石８６がオフ、第４電磁石８７がオンになると、第４永久磁石８９が第４電磁石８７に引き寄せられる。
　そして、スライド機構８０が図３Ａに示すように、右にスライドし、平板部８２が第１燃料供給口２４を開状態、第２燃料供給口２５を閉状態とするので、第１燃料カートリッジ３０から燃料電池２０へ燃料が供給される。
　逆に、第３電磁石８６がオン、第４電磁石８７がオフになると、第３永久磁石８８が第３電磁石８６に引き寄せられ、スライド機構８０が図３Ｂに示すように、左にスライドし、平板部８２が第１燃料供給口２４を閉状態、第２燃料供給口２５を開状態とするので、第２燃料カートリッジ３２から燃料電池２０へ燃料が供給される。
　以上のような、第２実施形態における選択部４０を用いても第１実施形態と同様な効果が得られる。
［第３実施形態］
　次に、図４に基づき、残燃料の量の検出方法を変更した第３実施形態について説明する。図４は、第３実施形態における燃料電池２０と２つの燃料カートリッジ（第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２）の結合部分の断面を拡大表示した図である。
　なお、第３実施形態における電動工具は、第１実施形態における電動工具１と電圧計６０を除いて同じであるので、同じ構成品については同じ符号を付し、その説明を省略する。
　第１実施形態では、第１燃料カートリッジ３０の残燃料の量を燃料電池２０の出力電圧の値により検出していたが、第３実施形態では、流量センサ９０により残燃料の量を検出している。
　つまり、図４に示すように、燃料電池２０の第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５から燃料入口２１までに形成される燃料通路（燃料たまり部２２）の燃料入口２１近傍に、流量センサ９０を装着する。
　そして、指令部５０においては、燃料電池２０の出力電圧の代わりに、流量センサ９０の出力（燃料流量）を取得し、検出した燃料流量の累積値が第１燃料カートリッジ３０の容量と同じになった場合に、選択部４０に、燃料カートリッジを第１燃料カートリッジ３０から第２燃料カートリッジ３２に切り換える旨の指令信号を出力し、第２燃料カートリッジ３２を選択する。
　このようにすると、燃料の流量という残燃料の量に関する物理量を直接検出することになるので、残燃料の量をより正確に検出することができる。
［第４実施形態］
　次に、図５Ａ，５Ｂに基づき、選択部４０を指令部５０からの指令で作動するのではなく手動により作動するようにした第４実施形態について説明する。図５Ａ，５Ｂは、第４実施形態における燃料電池２０と２つの燃料カートリッジの結合部分の断面を拡大表示した図である。
　第４実施形態における電動工具は、第１実施形態における電動工具１と選択部４０の構成を除いて同じであるので、同じ構成品については同じ符号を付し、その説明を省略する。
　第４実施形態における選択部４０は、図５Ａ，５Ｂに示すように、第１燃料供給口２４及び第２燃料供給口２５から燃料入口２１までの燃料通路の部分の構成は、第１実施形態における選択部４０から、第１板材４２及び第２板材４３の第１永久磁石４６及び第２永久磁石４７と壁面に埋め込まれた第１電磁石４４及び第２電磁石４５を削除し、ヒンジ４１を燃料通路の外部まで延長し、その延長部分を中心軸としてハンドル４８を装着したものとなっている。また、指令部５０及び起動用電源７０は削除されている。
　第４実施形態における選択部４０では、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、電動工具１の使用者が、ハンドル４８をヒンジ４１周りに手動で回転させることにより、第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２を切り換えて選択することができるようになっている。
　例えば、図５Ａに示すように選択しておいた第１燃料カートリッジ３０の残燃料が少なくなったときに、図５Ｂに示すように、ハンドル４８を回転させて、燃料が残っている第２燃料カートリッジ３２を選択することにより、第２燃料カートリッジ３２から燃料を供給しつつ、残燃料が少なくなった第１燃料カートリッジ３０を取り外して、燃料を補給することができる。
　このように、選択部４０を手動で作動させるように構成することで、燃料切れを抑制できるとともに、電動工具１の連続使用可能時間を延ばすことができる。
　また、第４実施形態では、指令部５０が不要であり、また、選択部４０を初期作動させるための起動用電源７０も不要であるため、非常に簡易な構造とすることができる。
［第５実施形態］
　次に、図６に基づいて、第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２を直列に接続した第５実施形態について説明する。図６は、第５実施形態における燃料電池２０と２つの燃料カートリッジの結合部分の断面を拡大表示した図である。
　第５実施形態における電動工具は、第４実施形態における電動工具から選択部４０を削除し、第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２を直列に接続した以外は、同じであるので、同じ構成品については同じ符号を付し、その説明を省略する。
　第５実施形態では、図６に示すように、燃料電池２０の燃料入口２１に対して、第１燃料カートリッジ３０の第１燃料吐出口３４を差し込む形態となっている。
　そして、第１燃料カートリッジ３０の後端部（第１燃料カートリッジ３０の第１燃料吐出口３４の反対側端部）には、第１燃料供給口２４と同じ構造の第３燃料供給口３６が設けられている。この第３燃料供給口３６に第２燃料カートリッジ３２の第２燃料吐出口３５が差し込まれる形で、第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２が直列に接続される。
　このように、第１燃料カートリッジ３０及び第２燃料カートリッジ３２が直列に接続されると、第２燃料カートリッジ３２が空になった場合に、第２燃料カートリッジ３２を第１燃料カートリッジ３０から取り外しても、燃料電池２０には、第１燃料カートリッジ３０から燃料が供給され続けるので、電動工具を作動させることができる。
　また、第２燃料カートリッジ３２を取り外した後、燃料を補給して、再度第１燃料カートリッジ３０に装着すれば、燃料を第１燃料カートリッジ３０に補給することができるので、電動工具１を連続して使用することができる。
　［その他の実施形態］
　（１）第３実施形態では、残燃料の量を、流量センサ９０を用いて検出したが、水素センサや圧力センサを用いて残燃料の量を検出するようにしてもよい。つまり、流量センサ９０の代わりに、燃料のうち発電反応に用いられる成分である水素の量を検出する水素センサ或いは圧力センサを装着する。
　水素センサを用いた場合には、検出した水素の量が所定の値以下になった場合に、現在使用されている燃料カートリッジとは別の燃料カートリッジに切り換える旨の指令信号を出力する。
　また、圧力センサを用いた場合には、検出した圧力の値が所定の値以下になった場合に、現在使用されている燃料カートリッジとは別の燃料カートリッジに切り換える旨の指令信号を出力するのである。
　（２）また、第３実施形態では、１つの流量センサ９０を用いたが、２つの燃料カートリッジ３０，３２の燃料供給口２４，２５の近傍に流量センサ９０を装着して、２つの燃料カートリッジ３０，３２の燃料流量を別々に検出するようにしてもよい。同様に、水素センサや圧力センサを２つ用いてもよい。
　（３）上記実施形態では、２つの燃料カートリッジを用いていたが、燃料カートリッジの数は２つに限定されるものではなく、３つ以上の燃料カートリッジを用いてもよい。
　（４）上記実施形態における電動工具１では、いずれも燃料電池２０から、主に電動モータ１０に対し電力を供給するように構成されているが、燃料電池２０からは電力を供給する対象は、必ずしも電動モータ１０のみに限られない。
　例えば、前述のように起動用電源７０としてリチウムイオン電池などの二次電池を用いる場合など、二次電池に供給してもよい。また、燃料電池の燃料の残量が少なくなったときにＬＥＤを発光させたり、ブザー音などを発生させたりするなどの警告を行うための警告装置を備えるようにする場合にはこれらの警告装置に電力を供給するようにしてもよい。
　また、二次電池から電動モータ１０に電力を供給し、燃料電池２０で二次電池を充電するようにしてもよい。

Claims (9)

  1. 　電動工具であって、
    電力供給を受け、電動工具に取り付けられた工具を駆動する電動モータと、
    　燃料供給を受けるための燃料供給口を複数有し、前記複数の燃料供給口から供給された燃料を用いた発電反応により発電した電力を供給する燃料電池と、
    　前記燃料電池の前記複数の燃料供給口に着脱可能に構成され、前記燃料電池に供給する燃料を収納する複数の燃料カートリッジと、
    　を備えたことを特徴とする電動工具。
  2. 　請求項１に記載の電動工具において、
    　内部の機器に電力を供給する二次電池を備え、
    　前記燃料電池は、
    　前記発電反応により発電した電力を、少なくとも前記電動モータ又は二次電池のいずれか一方に供給することを特徴とする電動工具。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載の電動工具において、
    　前記燃料電池は、
    　前記複数の燃料カートリッジを装着するための燃料供給口と前記燃料供給口から供給された燃料を前記燃料電池内部に取り入れるための燃料入口との間に、前記複数の燃料カートリッジから供給される燃料を一時的に滞留させておく燃料たまり部を備えることを特徴とする電動工具。
  4. 　請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の電動工具において、
    　前記複数の燃料カートリッジのうちどの燃料カートリッジから前記燃料電池に燃料を供給するかを選択する選択手段を備えていることを特徴とする電動工具。
  5. 　請求項４に記載の電動工具において、
    　前記選択手段に、前記複数の燃料カートリッジのうちどのカートリッジを選択するかを指令する指令信号を出力する指令手段を備え、
    　前記選択手段は、前記指令手段からの指令信号を受け、前記複数の燃料カートリッジのうちいずれかを選択するよう構成されていることを特徴とする電動工具。
  6. 　請求項５に記載の電動工具において、
    　前記選択手段は、電磁力を用いたアクチュエータによって、前記燃料電池の複数の燃料供給口のうちどの燃料供給口から燃料供給を受けるかを切り換えることにより、前記燃料カートリッジの選択を行うことを特徴とする電動工具。
  7. 　請求項５又は請求項６に記載の電動工具において、
    　前記複数の燃料カートリッジのうち、少なくとも前記選択手段で選択された燃料カートリッジの残燃料の量を検出する燃料残量検出手段を備え、
    　前記指令手段は、
    　前記燃料残量検出手段により検出された残燃料の量が所定量以下になった場合に前記選択手段に対し、現在燃料を供給している燃料カートリッジ以外の燃料カートリッジを選択する旨の指令信号を出力することを特徴とする電動工具。
  8. 　請求項７に記載の電動工具において、
    　前記燃料残量検出手段は、
    　前記燃料電池の出力電圧を検出することにより、現在前記燃料電池に燃料を供給している燃料電池カートリッジの残燃料の量を検出することを特徴とする電動工具。
  9. 　請求項７に記載の電動工具において、
    　前記燃料残量検出手段は、
    前記燃料電池の燃料供給口から燃料電池の燃料入口までに形成される燃料通路に設けた水素センサ、圧力センサ又は流量センサのいずれかであることを特徴とする電動工具。
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