(57)【要約】燃料供給手段が取り付けられた小型内燃式発動機／発電機を含むポータブル自蔵式パワーパック。該発動機／発電機からの電気出力が整流され制御されてＤＣ出力が提供される。該ＤＣ出力が使用されてバッテリー及び／又はコンデンサが充電される。該パワーパックは、その使用時にユーザが身につけることが可能な重量及び大きさとなるよう設計される。ＤＣ出力及びバッテリー及び／又はコンデンサが接続されて個人用物品が給電される。かかる個人用物品には、セルラー電話、ポータブルラジオ、ラップトップ、スタンドアロンコンピュータ、ミュージック及びビデオプレーヤ及びレコーダ、個人用電子オーガナイザ、ゲーム、及びコードレス電動工具等が含まれるが、これらには限定されない。【選択図】図２
2004511196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
個人用物品に給電するためのポータブルパワーパックであって、
一体化されたオルタネータを有する内燃式発動機（以下発動機／発電機と称す）と、
該発動機／発電機に燃料を供給するよう構成され配置された燃料供給手段と、
該発動機／発電機から出力される電気出力と、
該電気出力を受容してＤＣ出力を提供する電子回路と、
電気エネルギーを貯蔵する手段と、
該電気エネルギーを貯蔵する手段に前記ＤＣ出力を接続する手段と、
該電気エネルギーを貯蔵する手段を負荷に接続する手段と
を含む、個人用物品に給電するためのポータブルパワーパック。
【請求項２】
個人用物品に給電するためのポータブルパワーパックであって、
一体化されたオルタネータを有する内燃式発動機（以下発動機／発電機と称す）と、
該発動機／発電機に燃料を供給するよう構成され配置された燃料供給手段と、
該発動機／発電機から出力される電気出力と、
該電気出力を受容してＤＣ出力を提供する電子回路と、
該ＤＣ出力を負荷に接続する手段と
を含む、個人用物品に給電するためのポータブルパワーパック。
【請求項３】
個人用物品に給電するためのポータブルパワーパックであって、
一体化されたオルタネータを有する内燃式発動機（以下発動機／発電機と称す）と、
該発動機／発電機に燃料を供給するよう構成され配置された燃料供給手段と、
該発動機／発電機から出力される電気出力と、
該電気出力を受容してＤＣ出力を提供する電子回路と、
電気エネルギーを貯蔵する手段と、
該電気エネルギーを貯蔵する手段に前記ＤＣ出力を接続する手段と
を含む、個人用物品に給電するためのポータブルパワーパック。
【請求項４】
前記発動機／発電機を含む第１のモジュールを前記電子回路及び電気エネルギーを貯蔵する前記手段を含む第２のモジュールに接続する第１の電気ケーブルと、前記第２のモジュールを給電対象の物品に接続する第２の電気ケーブルとを更に含む、請求項１に記載のパワーパック。
【請求項５】
前記発動機／発電機及び前記電子回路及び前記電気エネルギーを貯蔵する前記手段が１つのモジュールとしてパッケージ化され、該モジュールの重量が２ｋｇ未満である、請求項１に記載のパワーパック。
【請求項６】
ユーザが身につけるのに適した大きさ及び重量を有している、請求項１に記載のパワーパック。
【請求項７】
前記燃料供給手段が前記発動機／発電機とは別個のモジュールとして構成され、燃料供給システムを更に含む、請求項１に記載のパワーパック。
【請求項８】
電気エネルギーを貯蔵する前記手段が少なくとも１つのバッテリーを含む、請求項１に記載のパワーパック。
【請求項９】
電気エネルギーを貯蔵する前記手段が複数のコンデンサを含む、請求項１に記載のパワーパック。
【請求項１０】
電気エネルギーを貯蔵する前記手段が複数のバッテリー及びコンデンサを含む、請求項１に記載のパワーパック。
【請求項１１】
個人用電子物品及びコードレス電動工具に給電するためのポータブルパワーパックであって、
一体化されたオルタネータを有する内燃式発動機（以下発動機／発電機と称す）と、
該発動機／発電機に燃料を供給するよう構成され配置された燃料供給手段と、
該発動機／発電機から出力される電気出力と、
該電気出力を受容してＤＣ出力を提供する電子回路と、
前記ＤＣ出力からの電気エネルギーを受容して貯蔵する、前記ＤＣ出力に接続された再充電可能なバッテリー若しくはコンデンサ又はその両者と、
電気的な負荷と、
前記ＤＣ出力及び前記再充電可能なバッテリー又はコンデンサを前記電気的な負荷に接続する導電ケーブルと
を含む、個人用電子物品及びコードレス電動工具に給電するためのポータブルパワーパック。
【請求項１２】
前記一体化された発動機／発電機が１つのモジュールとして構成され、前記燃料供給手段が１つのモジュールとして構成され、前記電子回路及び前記バッテリー若しくはコンデンサ又はその両者が１つのモジュールとして構成され、前記一体化された発動機／発電機に燃料を移送する導管手段と、前記一体化された発動機／発電機を前記電子回路及び前記バッテリー若しくは前記コンデンサ又はその両者に接続する導電ケーブルとを更に含み、前記電子回路がＤＣ出力を提供し、第２の導電ケーブルが該ＤＣ出力を負荷に接続し、上記の各モジュールがユーザが身につけるよう構成されている、請求項１１に記載のパワーパック。
【請求項１３】
上記の全てのモジュールを組み合わた重量が２ｋｇ未満である、請求項１２に記載のパワーパック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、手持型工具及び電子機器に対する給電、更にはかかる工具及び個人用電子機器であってパワーパックと共に人が持ち運ぶものに対する給電を含む、コードレス又はポータブル電動工具及び個人用電子機器に対する給電に関する。
【０００２】
【従来の技術】
人が持ち運べるコードレス電動工具、電子機器、及びポータブル電子機器は、ますます普及しつつある。セルラー電話、ポータブルラジオ、ラップトップ、スタンドアロンコンピュータ、ミュージック及びビデオプレーヤ及びレコーダ、パーソナル電子オーガナイザ、ゲーム、及びコードレス電動工具（本書では個人用物品と規定する）が、街中で、家で、仕事場で、及び学校で、実質的にあらゆる環境で見受けられ、かかる物品は、実質的に全ての人民により使用されれている。しかし、かかるポータブル物品に対する給電は、現時点で利用可能なタイプのパワーパックにより不利益を被っている。基本的には現時点で利用可能な２つの異なるタイプのシステムが存在する。その１つは、かかる物品と共に（充電可能又は充電不可能な）パッケージ化されるバッテリーアセンブリであり、もう１つは、発電機と組み合わせられた別個の発動機である。かかる手法は何れも制限を有するものである。
【０００３】
第１に、工具用のバッテリーパックは、重く、その電力が限られており、またその持続時間が短い（通常の使用では１時間程度の使用後にバッテリーパックを取り外して再充電する必要が生じる）ものである。かかる物品のための容易に入手可能なバッテリーパックの一例が、３ａｍｐ−ＨＲバッテリーセルタイプを含むＰａｎａｓｏｎｉｃ製の１９．２Ｖの充電池である。該バッテリーパックは、工具を給電する１６個のセルと、バッテリー充電器上の１６個のセルとから構成される。１６個のセルは、約１ｋｇの重量を有し、約２００〜４００Ｗの範囲のピーク電力を有し、約５０Ｗ−ｈｏｕｒの利用可能な総エネルギーを有し、及び典型的には充電が必要になるまで約１時間にわたり使用されるものである。
【０００４】
ラップトップ並びにミュージック及びビデオプレーヤ内に収容されるバッテリーは、電力要件に応じて、ぎりぎりで許容可能なものであるが、該パーソナルオーガナイザ及びゲーム機内のバッテリーは商業的に実用的なものである。これは、後者の物品の場合には電力効率が良いからである。しかし、一層高性能の一層複雑なゲーム機及び一層複雑なオーガナイザが市場に現れるにつれて、充電可能なバッテリーを含むバッテリー技術の進化が、かかる新しい物品が必要とすると思われる長時間にわたる大電力に追従していけなくなることが予想される。
【０００５】
第２に、工具用の燃料式発電機は、重量が重く、音がうるさく、あまり携帯できるものではなく、このため多くの用途で実用的なものでない。工事現場でよく見かける大きな発電機は、地上に載置され、コード（数十フィートもの長さを有する場合が多い）により工具に接続される。かかる発電機は、２つの別個の構成要素、すなわち、発動機（機械的な動力を提供するもの）と、該発動機にシャフトにより結合されたオルタネータ（機械エネルギーを電気エネルギーに変換するもの）とから構成される。しかし、アパート等の雑役夫や自家所有者が、家周りの偶発的な修理のためにかかるシステムを購入することはないであろう。これらの従来の発電機は大きいものである。これは、平均電力は高くない（５０Ｗ未満）が、ピーク電力は工具が実際に動作しているときの何倍も大きくなるからである。別の従来の解決策では、工具（例えばチェーンソー又は芝刈り機）に発動機が直接取り付けられる。しかし、この場合にも、その構成は、より小さな工具にとっては実用的ではなく、パーソナル電子物品にとっては間違いなく実用的でない。
【０００６】
考え得る第３の手法は、エンジン発電機が「ハイブリッド」式の乗物内の複数のバッテリーを充電するという自動車技術から導出されたものである。しかし、かかる構成要素（エンジン発電機及び複数のバッテリー）は、工具又は電子物品よりその何百倍も大きいものであり、これをスケールダウンするのは困難である。この組み合わせは実際には見受けられない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記制限を克服し、コードレス電動工具及び個人用電子装置のための実用的なパワーパックを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の上述その他の目的及びその利点は、以下に記述する本発明の実施形態により達成される。
【０００９】
パワーパックは、燃料供給手段と、燃料を燃焼させて電気出力を提供する一体化された発動機／オルタネータとを用いて構成される。その電気出力が整流され調整されて、負荷及びエネルギー格納アセンブリの両者に電力を供給する直流（ＤＣ）電気出力が提供される。該エネルギー格納アセンブリは、好適な実施形態では、再充電可能なバッテリー及び／又はコンデンサである。該バッテリー及び／又はコンデンサは、負荷のピーク電力要件を供給し、一体型発動機／発電機は、負荷及びエネルギー格納アセンブリに平均電力を提供する。これを可能にする重要なポイントは、完全に一体化された発動機及びオルタネータからなる極めて小さくて軽量の発電機、並びに該一体化された発動機／オルタネータとエネルギー格納アセンブリとの組み合わせが既存の燃料式パワーパックと比較して一層多くの利点を有する実用的な燃料式パワーパックを生み出すという思想である。
【００１０】
本発明の一実施形態では、燃料供給手段及び一体型発動機／オルタネータは、燃料ラインにより結合された１つ又は２つのモジュールとして形成することが可能である。次いで、該一体型発動機／発電機モジュールは、電気ケーブルを介して、バッテリー／コンデンサパック及び電子回路を含む第２のモジュールに結合される。給電対象となる物品は、上記とは別の電気ケーブルを介して前記第２のモジュールに結合される。例えば、一体型発動機／オルタネータを床上に載置し、電子回路及びバッテリーを給電対象となるコンピュータ又はゲームモジュールの脇で机上に載置することが可能である。別の実施形態では、燃料／一体型発動機／発電機及び電子回路／バッテリー／コンデンサをユーザの身につける一方、給電対象となる物品を該ユーザの頭部に装着したオーディオ／ビデオ装置とすることが可能である。該オーディオ装置は、セルラー電話又はプレーヤ又は何らかのゲーム装置とすることが可能である。
【００１１】
本発明並びにその更なる他の目的を一層良好に理解するために、図面及び発明の詳細な説明について言及する。その範囲は、特許請求の範囲において規定されることになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
好適な実施形態における本発明は、小型で軽量の一体型発動機と発電機とを組み合わせたものであり、エネルギー又は必要とされる平均電力を電動工具に適した長時間（８時間）にわたり生成することが可能なものである。かかる発電機は、必要とされる高いピーク電力を提供することができないものであるが、これをバッテリーセルパックと組み合わせると、その組み合わせは電動工具に適したものとなる。市販のバッテリーセル（Ｐａｎａｓｏｎｉｃ Ｐ−１２０ＣＰＪ）は、（パワーパックに関する要件を全て満たす）小型の一体型発動機／発電機と組み合わせたパワーパックを形成する十分な特性を有している。
【００１３】
本発明の発電機／バッテリー・パワーパックの仕様を上記のＰａｎａｓｏｎｉｃ製のパワーパックと比較して表１に示す。本発明の好適実施形態を「小型内燃機関／発電機」すなわちＭＩＣＥと称することとする。
【００１４】
【表１】
・ ＮＩＭＨ １９．２Ｖ パック（ＰＡＮＡＳＯＮＩＣデータ）
−３ＡＭＰ−ＨＲ・３２セルタイプ（１６セルが工具上、１６セルが充電器上）＋充電器
−重量 ≒ １６×６０ｇ ≒ １ｋｇ
−ピーク電力 ≒ １０〜２０ＡＭＰ−ＨＲ×１７Ｖ ≒ ２００〜４００Ｗ
−エネルギー ≒ ３ＡＭＰ−ＨＲ×１７Ｖ ≒ ５０Ｗ−ＨＲ
−耐用時間 ≒ １ＨＲ （平均電力５０Ｗ）
・ ＭＩＣＥ＋ＮｉＣｄセル（ＰＡＮＡＳＯＮＩＣ）
−１ＡＭＰ−ＨＲ・１０セルタイプ（１２Ｖシステム）、充電器なし
−重量 ≒ １０×３９ｇ ＋ １００ｇ ＭＩＣＥ ＋ ３００ｇ 燃料 ≒ ０．８ｋｇ
−ピーク電力 ≒ ３０〜５０Ａ × １０Ｖ ≒ ３００〜５００Ｗ
−エネルギー ≒ ４００Ｗ−ＨＲ
−耐用時間 ≒ ８ＨＲ
上記比較において、ピーク電力、エネルギー、ひいては耐用時間は、本発明の一実施形態であるＭＩＣＥの方が遙かに優れていることに留意されたい。
【００１５】
図１Ａは、ピストン４がその行程の最上部に位置する状態で２サイクルエンジンのシリンダヘッド２を示したものである。グロープラグ６は点火源を提供する。該ピストンが行程の最上部に向かって移動する際に、燃料蒸気／空気・混合気８が吸気ポート１２を介して下部チャンバ１０内に吸い込まれる。図１Ｂは、点火直後にピストンが往復動し、該ピストンに取り付けられたロッド１８を介して動力を伝達することを示している。燃焼生成物１４は、排気ポート１６を介して排気され、ピストンが、吸気ポート１２を閉鎖して、下部チャンバ内の燃料２０を移送ポート２２内に強制的に送りこむ。図１Ｃは、移送ポート２２内の燃料が上部シリンダチャンバ２６に進入することを示している。
【００１６】
図１Ｄを参照すると、燃料は、排気ポート及び移送ポートが閉鎖されて上部チャンバから切り離された状態で、該上部チャンバ内で点火に備えて圧縮されている。
【００１７】
図２は、本発明の完成した形の一実施形態を示す断面図である。上部セクション２は、図１Ａないし図１Ｄで概説したシリンダヘッドを示している。互いに対向する排気ポート１６、吸気ポート１２、及び移送ポート２２が存在する点に留意されたい。移送ポート２２はピストン／ロッドの後方に示されており、それに対向する移送ポート２２はシリンダ壁のうち断面で示す部分上に位置している。シリンダヘッド２は、分割リングクランプ３２によりハウジング３０に固定される。ピストン４から軸方向に延びるロッド１８はスリーブ３４により案内され、該スリーブ３４は、シリンダヘッド／ハウジング及びバネアセンブリに対して係合し固定される。該スリーブはアルミニウムからなり、好適にはＶｅｓｐｅｌ（Ｒ）ポリイミド（ＤｕＰｏｎｔ社商標）又はその他の当業界で周知の同様の軸受材料から形成された挿入部を有する。
【００１８】
この実施形態における１ピースバネ３６は、機械加工により形成されたバネであり、その一体的な端部継手３８は、スリーブ及びロッドを包囲する。該バネは、少なくとも二重螺旋バネであり、図示のようにハウジングに取り付けられ、該ハウジング及びシリンダヘッドが分割リングクランプ３２により合体することになる。
【００１９】
一好適実施形態では、オルタネータコイル４０は、１つ又は２つ以上のスタンドオフ１９を介してバネ３６の末端に取り付けられ、固定磁石４２のエアギャップ内へと軸方向に延びる。代替的に、一層長いコイルをバネに直接取り付けることが可能である。その動作は、ピストンが往復動する際に、それに従ってコイルが移動してエアギャップ内の磁束線を通過し、これにより、その機械的な運動から電気的なエネルギーが生成される、というものである。
【００２０】
該コイルからの導線４４は、アセンブリ中の他の導電材料から絶縁されており、ガイドチューブ４６を介して該アセンブリの底部から外に出る。該底部において、該導線４４は弱いバネ４８に対して電気的及び機械的に結合される。該コイルからの他方の導線は金属バネひいてはアセンブリのハウジングその他の導電部分に対して電気的に結合される。前記弱いバネは端子５０にも接続される。該端子５０は、ハウジング等に対して機械的に固定されるが電気的には該ハウジング等から絶縁されている。該端子に対して負荷が接続され、該負荷の電気的な戻り（ｒｅｔｕｒｎ）が、ハウジング、又はバネと電気的に接触した状態にある他の何らかの共通の接続端子（図示せず）に対して接続される。もちろん、可動コイルから導線を引き出す他の構成（当業界で周知のスライド式接続（ｓｌｉｄｉｎｇ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）を含む）を実施することも可能である。代替的に、コイルの導線の一方又は両方を螺旋の一方又は両方に結合させることが可能である。導線は、可撓性接着剤を使用してその長さ全体に沿って結合することが可能である。導線の直径は、螺旋の断面よりも遙かに小さいため、かかる導線及び接着剤は、高度の従動性を有し、このためバネの動作に対して最小限の影響しか与えないものとなる。この構成は、ガイドチューブ及び弱いバネの必要性をなくすと共に導線の疲労を低減させるという点で、有利なものである。
【００２１】
図３は、対向する吸気ポート１２及び排気ポート１６及び対向する移送ポート２２を示す、シリンダ２を側方から見た断面図である。好適な材料は、ステンレス鋼である。
【００２２】
図４は、ピストン及び軸方向に延びるロッドを示す側面図であり、その何れも好適にはステンレス鋼から形成される。ネジ部５０を有するロッド端部は、該ロッドのバネへのボルト留めを可能にするものであるが、この結合を行うための他の周知の方法が存在する。
【００２３】
図５は、スリーブ軸受３４を示す側面図であり、該スリーブ軸受３４は、挿入体６４，６６を受容するよう構成されたスリーブ挿入ボアを上部６０及び底部６２に有する。好適には、該スリーブ軸受３４はアルミニウムからなり、該挿入体６４，６６はＶｅｓｐｅｌ（Ｒ）からなる。
【００２４】
図６は、機械加工により形成された二重螺旋バネを示す側面図である。一好適実施形態では、該バネの主要部分の直径７０は約１．１ｃｍであり、ショルダ部は約１．２ｃｍである。該バネの全長（上部及び下部のショルダ部７６を含む）は、約１．８ｃｍである。該二重螺旋バネには、互いに対向する螺旋８０，８２が示されている。各螺旋の間隔は、一好適実施形態では、約０．６ｃｍである。端部片７８には、テーパー付けされた開口部８４が形成されており、該開口部８４によりロッドのネジ付きの端部が受容される。一好適実施形態では、該バネは、１ピースのチタン合金を機械加工することにより形成されるが、該バネは、他の方法により１ピースとして形成することが可能である。
【００２５】
１ピースとして又は１ピースでの形成は、ワイヤを曲げる場合と比較して寸法及び形状を精密に調整することができるという利点を有する。更に、コイル部分の断面形状は、横方向への運動に有利に抗して位置合わせ状態を良好に維持するものとなる正方形その他の形状とすることが可能である。更に、バネの寸法は、該バネを規定する機械的なパラメータを十分に調整することができるように調整することが可能である。かかるパラメータとして、バネ指数、こわさ、共振周波数、質量、Ｑ（消失するエネルギーと貯蔵されるエネルギーとの比）等が挙げられるが、これらには限定されない。
【００２６】
ロッドが剛性を有するものであってピストンに堅く結合される場合には、１） 該ロッドが該ピストンに固定され、該ロッド上でのあらゆる横方向の運動は、シリンダ内におけるピストンの位置合わせ不良（摩擦及び過度の摩耗を生じさせるもの）を生じさせるものとなり、２） コイルと磁石との間隔が極めて小さく、横方向の運動がそれらに接触を生じさせ摩擦及び損傷を生じさせるものとなる、という点で、上記の位置合わせは極めて重要な要素となる。代替的には、ロッドは、幾分か可撓性を有するよう設計することが可能であり、又は可撓性を有し及び／又は容易に変位可能な連結手段を使用してピストンに結合させることが可能である。
【００２７】
永久磁石アセンブリ４２は、バネの下方で、分割リングクランプ３２によりハウジングの底部に固定される。該アセンブリを図７Ａに示す。該アセンブリは、３つの主要部分、すなわち、断面で示す外側磁極から構成される。凹部９２は、該外側磁極をハウジングに取り付けるためのものである。別の好適な実施形態では、磁極９０は、互いに１つに結合される２ピースとして形成することが可能である。好適には、磁性材料は、ＨＩＰＥＲＣＯ（Ｒ）５０Ａであり、磁石９６のための材料は、サマリウム・コバルト又は代替的にはネオジム・鉄・ホウ素である。
【００２８】
図７Ａにおける磁石９６の平面図を図７Ｂに示す。図７Ｂにおいて、磁石９６は、複数の区画部９７により区画化されており、これにより、磁界の方向を（図７Ａのエアギャップ９８を介して）中央に向けることが可能となる。純粋に半径方向の磁界を有する１ピース磁石が望ましいが、本実施形態の規模でかかる磁石を作成するのは困難であり、ほぼ半径方向の磁界を得るには、区画化された磁石が妥当な手法である。
【００２９】
ここで図７Ａを再び参照する。コイル長１１０は、エアギャップ９８の高さと等しく設計される。これは、コイルの重量とエネルギー生成との間の妥当なトレードオフを提供すると共に該コイル内での電気消散を低減させるものであることが分かった。コイルが磁石のエアギャップと等しい長さを有する場合には、該コイルを該磁石に対して位置決めする手段が提供される。一好適実施形態では、図１及び図７Ａのスタンドオフ１９が、コイルをエアギャップの相互作用に適応させるよう必要に応じてバネ３６の底部から該コイルを位置決めすることを可能にする。該スタンドオフは、ボルト留め、接着、又はその他の既知の方法により、バネの底部に取り付けることが可能である。
【００３０】
図８に示す別の実施形態では、可動コイルの代わりに短絡リング１２０誘導子が配設され、磁石９６の下に静止誘導コイル１２２が配置される。この可動短絡リングコイルは外部導線を有さないため、可動コイルから出力導線を引き出す必要がなくなる。電力は、磁石のエアギャップ内を移動して誘導作用により静止コイルにエネルギーを送る短絡コイルの（変圧器に類似した）作用を介して、静止コイルへと移送される。静止コイルからの導線１２４は移動せず、負荷へ接続するための端子へと引き出される。
【００３１】
このコイル磁石アセンブリには、該アセンブリ内の熱を低減させるよう排気孔１２６が設けられている。可動短絡リングにも排気孔１２８が設けられている。
【００３２】
図９は、代替的な実施形態を示すものであり、この場合には、スタンドオフ１９を有するバネの可動端に永久磁石１５０が固定されている。誘導コイル１２２は、ハウジング内に固定され、エンジンの稼働中に磁石が移動することになるエアギャップ１５４を画定する。
【００３３】
エンジン−発電機システムは、一好適実施形態では、約８００Ｈｚで動作し、ボア・ストローク比は約１であり、潤滑油は使用しないものとなる。潤滑油の代わりにＴｉＮ等の固体膜潤滑材を使用することになる。
【００３４】
実際に動作するエンジン発電機には、燃料の貯蔵及び制御が必要となる。本発明の一好適実施形態は、約１時間の運転時間を提供する。好適な燃料は、気体を提供するだけの十分な蒸気圧を有するプロパン及びジメチルエーテル又はそれらに類似した液体である。かかる気体は、空気と容易に混合し、広範な環境条件にわたって機能するものである一方、複雑な制御を必要とすることなく燃料供給を提供し、及び液体状態での貯蔵を可能にするものである。
【００３５】
実際的な燃料貯蔵供給システムを図１０に示す。該システムは、流量制御弁、圧力センサ、プレナム、及び燃料貯蔵チャンバを含む。この流量制御弁、圧力センサ、及びプレナムの組み合わせは、広範な燃料供給率にわたる圧力調整器として機能する。プレナム１３０は、エンジンの動作中に本質的に一定の圧力に保持され、エンジンの吸気ポートに一定の蒸気流１３２を供給する。動作は次の通りである。圧力変換器１３８は、低圧を検知した際に、ソレノイド１４０に電力パルスを送り、該ソレノイド１４０がスライドハンマー１４２を戻りバネ１４４に抗して駆動し、その結果、バルブステム１４６が、プレナム内への開口部１５０から離れる方向に移動し、燃料がプレナム内に流入する。このソレノイドへの電力パルスが終了すると、戻りバネ、緩衝バネ、及び燃料圧が共に、バルブステムを後方へ駆動して、開口部を閉鎖させる。その結果として、一回分の燃料がプレナム内に充填されることになる。該システムの設計は、エンジンに対する信頼性の高い燃料供給を行うためにプレナム内に実質的に一定の燃料圧を提供するものとなる。他の燃料供給手段（特に模型飛行機のエンジンに使用されるもの）が当業界で知られている。
【００３６】
エンジンの始動は、オルタネータの負荷導線に電流を加えて該オルタネータをリニア電気モータとして使用することにより行うことができる。電力は、始動前にグロープラグに供給され、エンジンが動作温度に達した後に除去される。
【００３７】
図１１Ａは、本発明の機械アセンブリを示している。１グループをなす９個のニッケル−カドミウムバッテリー１５０と、プリント回路基板１５２と、発動機／発電機１５４と、燃料貯蔵アセンブリ１５６とが存在する。図１１Ｂの平面図は、プリント回路基板及び燃料貯蔵タンクに隣接して１０個目のバッテリーを配設することが可能であることを示している。この好適実施形態の幅は、バッテリアセンブリ１５０が約７．６ｃｍ（約３ｉｎｃｈ）の正方形であり、その高さは約７．６ｃｍ（約３ｉｎｃｈ）である。別の実施形態では、１０個目のバッテリーは使用されず、燃料貯蔵手段は発動機／発電機に隣接し、及びこの場合には高さが約６．４ｃｍ（約２．５ｉｎｃｈ）に縮小される。
【００３８】
図１２Ａは、小型発動機／発電機を充電可能なバッテリーパックに接続するための回路を示している。該発電機のＡＣ出力は、オルタネータ内に設計された巻数比に応じて、約８００サイクル／ｓｅｃで進行し５０Ｖ未満のピーク電圧を発生する、交流波形２００である。該ピーク電圧の大きさは、標準的な市販の構成要素を使用することを可能にすると共にバッテリーパックの動作上の仕様を満たすように、制御される。ダイオードＤ１は全波整流を提供し、Ｃ１はフィルタフィルタコンデンサを表し、制御回路２０２は、バッテリーパックの充電のための適当な電圧及び電流を提供すると共に、ダイオードＤ２及びツェナーダイオードＺ１により過充電電圧からの保護を提供する。制御回路２０２及びバッテリーは、小さな工具及び個人用電子物品の負荷に適切なＤＣ電流及び電圧を提供するよう構成される。かかる回路は、当業界で周知のものであり、多数の変形例（例えばＰａｎａｓｏｎｉｃから入手可能なバッテリー充電設計ガイドにおけるもの）を実施することが可能である。
【００３９】
当業界で周知のように、バッテリーの充電時並びに放電時に生じるピーク電圧及び電流は、バッテリー仕様の範囲内のものでなければならず、さもないと、（幾つかの問題のうちでもとりわけ）バッテリー寿命が短くなる。上述のように、工具又は電子物品の動作中に、かかる物品は、発動機／発電機によって供給することができないピーク電流を日常的に引き込むものとなる。かかる電流は、バッテリーから供給される。負荷物品が切断された場合、又は何らかの非活動時に、発動機／発電機がバッテリーを充電する。図１２Ａのバッテリー２０６が図１２Ｂのコンデンサに置換された実施形態では、該コンデンサが、上記のバッテリーの場合と同様にピーク電流を負荷に提供する。負荷要件（特にピーク電力を必要とする時間の長さ）をコンデンサ２１０により満たすことができる場合、該コンデンサ２１０は、バッテリーパックよりも小さて軽いものとすることができる。コンデンサ２１０は、通常はバッテリーよりも長い寿命を提供し、また、バッテリーよりも環境及びユーザに優しいものとなる。かかるコンデンサは、例えば、Ｍａｘｗｅｌｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから「Ｐｏｗｅｒ Ｃａｃｈｅ Ｕｌｔｒａｃａｐａｃｉｔｏｒｓ」という商品名で入手することが可能である。
【００４０】
図１３は、本発明の一実施形態を示すものであり、この場合には、機能的な構成要素が複数のモジュールで構成されている。この場合には、燃料供給源、及び発動機／発電機３００は１つのモジュールになっており、該モジュールが、ケーブル３０２により電子的な整流及び充電回路３０４に接続される。該回路３０４もまた、バッテリー／コンデンサパックと共にパッケージ化される。一好適実施形態では、該バッテリー／コンデンサパックは、バッテリー単体、コンデンサ単体、又はそれらの組み合わせとすることが可能である。バッテリーは、通常は重いものであるが、所与の体積中に一層多くのエネルギーを貯蔵するものであり、逆に、コンデンサは、バッテリーよりも軽く、より長い寿命を有し、より好適な体積及び／又はピーク電流及び電圧能力を有し、忌避され得る化学物質の含有率が一層低いものとすることが可能である。本出願は、バッテリー若しくはコンデンサ又はそれらの組み合わせの使用について解説したものである。かかるバッテリー及びコンデンサのトレードオフ及び動作特性については当業界で周知のところである。図１３のモジュール式の構成は、例えば、発動機／発電機を床上又は机上に配置し、及び給電対象となるラップトップに隣接して電子回路／バッテリーを机上に配置することを可能にするものである。更に別の好適な実施形態では、エネルギーを貯蔵するバッテリー及びコンデンサ（回路中には依然として何らかの小さなコンデンサが存在することになる）をなくすことが可能である。かかる実施形態では、個人用物品に必要とされる電力は発動機／発電機により直接供給される。別の実施形態では、バッテリーは、物品が取り外されている間に発動機／発電機からのエネルギーを貯蔵することが可能となる。
【００４１】
図１４は、燃料及びバッテリー及びコンデンサを有する発動機／発電機が１つもモジュールとして構成される一実施形態を示しており、該モジュールは、ユーザのベルトに装着され、電話ヘッドセット３１０は、ユーザの頭部に装着される。この場合にはユーザの手は完全に自由であり、他の作業を行うことができる。
【００４２】
本発明の全般的な思想及びその範囲から逸脱することなく本発明に様々な修正及び変更を加えることが可能であることが当業者には理解されよう。したがって、本発明の一層広範な側面は、本書に記載した特定の細部又は例示的な装置及び／又は方法に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】
従来の基礎的な２サイクル内燃機関のシリンダヘッド／ピストンを示す図である。
【図１Ｂ】
従来の基礎的な２サイクル内燃機関のシリンダヘッド／ピストンを示す図である。
【図１Ｃ】
従来の基礎的な２サイクル内燃機関のシリンダヘッド／ピストンを示す図である。
【図１Ｄ】
従来の基礎的な２サイクル内燃機関のシリンダヘッド／ピストンを示す図である。
【図２】
本発明と共に使用するのに適した一体型発動機／発電機の好適な一実施形態を示す部分断面図である。
【図３】
シリンダの断面図である。
【図４】
ピストン及びロッドを示す図である。
【図５】
スリーブ及び挿入部を示す側面図である。
【図６】
螺旋バネを示す側面図である。
【図７Ａ】
永久磁石及びコイルを示す断面図である。
【図７Ｂ】
磁石挿入部を示す平面図である。
【図８】
本発明の代替的な実施形態を示す図である。
【図９】
短絡コイルを使用した一実施形態を示す図である。
【図１０】
燃料供給システムを示す図である。
【図１１Ａ】
本発明の一体型発動機／発電機バッテリーパックの機械的構成を示す図である。
【図１１Ｂ】
本発明の一体型発動機／発電機バッテリーパックの機械的構成を示す図である。
【図１２】
発電機の整流及び充電回路の概要を示す図である。
【図１３】
別個のモジュールに構成された本発明の一実施形態を概略的に示すブロック図である。
【図１４】
使用時及びユーザが身に付けた場合における本発明の一実施形態の実際の動作を示す図である。
【符号の説明】
２　　 シリンダヘッド
４　　 ピストン
１２　　吸気ポート
１６　　排気ポート
１８　　ロッド
１９　　スタンドオフ
２２　　移送ポート
３０　　ハウジング
３２　　分割リングクランプ
３４　　スリーブ
３６　　１ピースバネ
３８　　端部継手
４０　　オルタネータコイル
４２　　磁石
４４　　導線
４６　　ガイドチューブ
４８　　弱いバネ
５０　　端子
【図２】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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