JP2004297992A - 電源モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】電池とスーパーキャパシタとを使用して期待されるパルス値を出力できる電源モジュールを提供し、様々な作業を行うことができる電動工具を実現する。
【解決手段】直流電圧源と、前記直流電圧源に電気接続されたスイッチセットと、前記スイッチセットに電気接続されて、並列で充電を行い、前記スイッチセットを介して直列に切り替えて放電を行う複数個のキャパシタと、前記スイッチセットに電気接続されて、前記スイッチセットの状態を切り替えるスイッチと、前記直流電圧源に電気接続されて、前記複数個のキャパシタが前記スイッチセットを介して直列に切り替えて放電を行うときに、前記複数個のキャパシタに並列接続される昇圧回路とから構成される。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源モジュールに関し、特に、各種の交換備品を有する多機能工具を駆動することができる、直流電圧源およびスーパーキャパシタを具える電源モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の生活において、たくさんの機器が過電圧で短パルスの電源による駆動を必要としている。例えば、釘を木材に打ち込むとき、石材に穴を開けるとき、または、芝刈り機あるいは車両のエンジンを駆動するとき、いずれも高トルク動作を必要とし、その際にはピーク電圧によって初めてこれらのような動作を行うことができる。米国特許第５６９９７８０号明細書でビッソネッテ（Ｂｉｓｓｏｎｎｅｔｔｅ）が開示したように、延長された弾性袋および海水のような流体によって、迅速に位置エネルギーを運動エネルギーに変換して、パルスを発生させ、発生させたパルスによって銛を発射して、海中の魚を狙うことができる。また、直流電源または交流電源により発生させたパルスによって釘またはステープルを発射することができる。例えば、米国特許第６１７３８７７号明細書には電池駆動の電動釘打機が開示されており、米国特許第４５５８３９１号明細書および第５１０５３２９号明細書には電池駆動の電動ステープラが開示されており、米国特許第４９８６７１３号明細書、第５８１８１８６号明細書および第６０８６３０４号明細書には装丁装置が開示されている。一般的に、直流電源により駆動する工具は、電線を必要とせず、しかも空間による制限を受けない、つまりコンセントから離れた場所でも使用できるため、たいへん便利である。また、直流電源により駆動する工具は、電圧変動に耐える必要がなく、交流電源により駆動する工具は、反対に電圧変動に耐えるものでなければならない。さらに、直流モータの提供する衝撃は、直接駆動であり歯車駆動ではないので、直流電源により駆動する工具について言えば、モータが衝撃ピストンに印加するトルクがより確実なものとなる。
【０００３】
物体を発射できる以外にも、直流電源により発生するパルスエネルギーは衝撃力に変換でき、彫刻、掘削、切り欠き、曲げ、挟み、加圧、巻き取り、押し潰し、圧印、穿孔、圧迫、接合、衝撃などの動作を行うことができる、多くの特許ならびに商業製品がこれらのような動作を達成できるものであり、例えば、米国特許第４０１５６７１号、第４４６８８２６号、第４５７９０２９号、第４９９１４７２号、第６４２７５９６号、第６４６０６２７号などは、いずれも電池駆動の工具に関係している。動作的には、ピストンと弾性部材（例えば、ばね）との間の相互作用により必要な力を直接伝達することができる。また、別な応用においては、直流電源が提供するパルスにより大電流を直接伝送することで溶接を行うことができ、例えば、米国特許第４８０１７８０号明細書および第６２２５５９６号明細書に開示されている。商業電力を利用できるほか、電池を、溶接機、光源、災害復旧用の電源として利用することができる。
【０００４】
【発明が解決し要素とする課題】
従来技術において、パルスにより駆動できる携帯式電動工具は、多くが電池を電源としており、その電池としては、例えば、鉛−硫酸（Ｐｂ−Ｈ_２ＳＯ_４）からなる重い電池、環境汚染が心配なニッケル−カドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）電池、メモリ効果を有するニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池などがある。十分なパルスを提供するために、サイズが大きくかつ多数の電池を使用する必要があるため、工具自体がかさばるものとなってしまう。さらに、必要なパルスを発生させるための電気回路も複雑なものとなって、工具の製造コストを押し上げるものとなっている。また、前述した電池は、充電可能な電池ではあるけれども、一定時間使用すれば蓄電容量が低下して、緊急時には間に合わなくなってしまう。このようなとき、使用者が何時間かけて電池を充電しても、数分間の仕事しかできない可能性がある。
【０００５】
そこで、本発明の第１の目的は、容量の小さい電池とスーパーキャパシタとを使用して期待されるパルス値を出力できる電源モジュールを提供することにある。また、本発明に係る電源モジュールは、アルカリ電池のような一次電池を使用することができる。さらに、本発明に係る電源モジュールを電動工具に適用すれば、軽く薄く短く小さくすることができ、携帯しやすくなるという利点がある。したがって、本発明に係る電源モジュールを利用し、交換備品を採用する設計にすれば、パルス駆動を利用して各種の異なる作業を行える多機能携帯工具を提供することができる。
【０００６】
エネルギー交換方式によって、パルス駆動による工具は、以下の３類に大別することができる。
１．第１類工具：パルスおよび構成部材を利用して、釘、ステープル、ピンなどの物体を発射し、接合作業を行うことができる。
２．第２類工具：パルスおよび構成部材を利用して衝撃力を提供し、削り取る、打撃する、衝撃を与える、圧印する、切り欠く、掘削する、穿孔する、接合する、挟み付けるなどの動作を行えるもの。
３．第３類工具：パルスを利用して衝撃波またはピーク値電流を直接伝達し、エンジンの起動、金属の溶接、各種機械の始動などを行えるもの。
【０００７】
本発明の第２の目的は、必要なパルスを発生させる方法を提供して、効率よく上述した作業を行えるようにすることであり、上述した作業が大きなエネルギーを必要とするにもかかわらず、スーパーキャパシタおよび電池を有して制御回路に並列接続された電源モジュールによって、必要とされる電源を実現することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、所望の目的を達成するために、本発明に係る電源モジュールは、直流電圧源と、前記直流電圧源に電気接続されたスイッチセットと、前記スイッチセットに電気接続されて、並列で充電を行い、前記スイッチセットを介して直列に切り替えて放電を行う複数個のキャパシタと、前記スイッチセットに電気接続されて、前記スイッチセットの状態を切り替えるスイッチと、前記直流電圧源に電気接続されて、前記複数個のキャパシタが前記スイッチセットを介して直列に切り替えて放電を行うときに、前記複数個のキャパシタに並列接続される昇圧回路とから構成される。
【０００９】
【作用】
スーパーキャパシタ（ウルトラキャパシタあるいは電気二重層キャパシタ）により大量の静電荷を蓄積することができ、小さい体積の単一キャパシタに数千ファラッドも蓄積することができる。スーパーキャパシタ内部に蓄積した静電荷は瞬時に放電することができるので、巨大な電流を提供して電動工具を駆動することができる。スーパーキャパシタは軽量小型なので、スーパーキャパシタにより駆動する工具は、携帯性に優れたものとなる。また、各種形態のスーパーキャパシタを製造するコストは低く、公知の昇圧変換器、電気誘導またはフライホイールにより電池の出力電圧を上昇させることと比較して、スーパーキャパシタにより電池の出力電圧を上昇させることの方が優れた選択と言える。スーパーキャパシタは、特別に大きな電源密度を具えているから、例え直流電源が一次電池のような小電力出力手段であったとしても、直流電源の出力電圧を上昇させることができる。本発明に係る電源モジュールにおいて、電池によりスーパーキャパシタを充電することができ、パルス幅調整器（ＰＷＭ）でスーパーキャパシタの電圧出力形態を調整することができる。電池の使用寿命を延長させるために、電池を小さい電力で放電させるので、電池により小電力というニーズを満たし、スーパーキャパシタにより電池からは得られない高電力というニーズを満たすことができる。このように電池の大電力出力を回避することで、電池の降圧を低減させ、電池の使用時間を延長することができる。
【００１０】
理論上、スーパーキャパシタを十分に充電した後、スーパーキャパシタの提供する電圧値は、電池の提供する電圧値に等しくなる。したがって、多くの電池を直列配置すれば、期待する充電電圧を得ることができる。しかしながら、電池数量を増やせば、工具の電源モジュールもまたかさばるものとなってしまう。したがって本発明においては、多数個の別個スーパーキャパシタまたはスーパーキャパシタモジュールを並列に接続して、スーパーキャパシタの充電を行う。パルスを提供する時には、すべてのスーパーキャパシタを一時的に直列状態に切り替えて、スーパーキャパシタの放電を行う。このようにスーパーキャパシタを並列充電すれば、電池の寸法および数量を減らすことができる。スーパーキャパシタを直列に切り替えて放電するときには、並列状態で提供できる電圧の２倍の電圧を携帯式工具に提供することができる。トリガおよび電磁リレーが動作するときにだけ、スーパーキャパシタが一時的に並列状態から直列状態に切り替えられるので、電子制御回路において簡単で経済的な構成とすることができるだけでなく、電池電力を増幅する時のエネルギー損失も発生しない。
【００１１】
本発明において、電子パルスを３種類の実施方式に応用し、交換可能部品（備品）を取り付けた工具本体と電源モジュールとは一体的に配置することができるとともに、交換可能部品（備品）を工具本体に容易に取り付けることができる。また、工具本体と交換可能部品（備品）とを同じ工具箱に収納できるため、必要な交換可能部品（備品）を取り付けて、必要な作業を行うことができる。
【００１２】
現在の日常生活において、電子および非電子の携帯装置がますます普遍的かつ重要なものとなっており、これらの携帯装置は、軽く薄く短く小さくという要求を満たすだけでなく、多機能である必要もある。例えば、現在の携帯電話の重量はすでに１００ｇを切っているのにもかかわらず、機能的には音声の伝達以外にも、デジタルスチルカメラおよびビデオカメラの機能も備えて、インターネット等を介して動画のやり取りすらできる。このように携帯装置の寸法がますます小さくなっているのに、ますます多くの機能を備えるものとなっているので、携帯装置に電源を提供する電池の重量が、携帯装置および付属部品の総重量より重くなってしまっている。上述した携帯装置の動向に適合させるために、電池の電力密度ならびに給電エネルギーを絶えず向上させていかなければならないが、電池の研究開発は常に現状を満足させることができないので、エネルギーを節約する多くの技術を研究開発することによって、電池の弱点を補強する必要がある。例えば、低電力プロセッサ、自動センサおよび待ち受けモードシステムなどがそうである。製造ならびに組み立ての観点から、スーパーキャパシタは、電池エネルギーを制御して電子部品を動作させる最良のものであって、スーパーキャパシタが充電状態にある時には、エネルギーレジスタまたはエネルギー等化器として働き、スーパーキャパシタが放電状態にあるときには、電力増幅器として働くことができる。したがって、本発明は、変換器、切り替え器、機能発生器または発振ＲＣＬ回路の利用を必要とせず、スーパーキャパシタを利用して電池の電力出力を増幅することにより、各種の工具を駆動することができるものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る好適な実施形態を図面に基づいて説明する。図１Ａにおいて、本発明の好適な第１実施例である電動釘打機１００を説明する。電動釘打機１００は、電源モジュールから提供されるパルス駆動によって、各種の釘またはピンを発射して固定する作業を行うことができ、その電源モジュールは、電池とスーパーキャパシタとを含む。トリガ１１３を引くと、釘またはピンのような物体が電動釘打機１００の発射口１１０から発射されるが、このとき、取り外し可能容器１１１内に置かれた電源モジュール（図示せず）が放電動作を行う。使用者は、ハンドル１１２を握って電動釘打機１００を支持ならびに移動させることができ、工具本体１１４は、多数の機械手段、例えばモータ、歯車およびばね（いずれも図示せず）を含む。電源モジュール（図示せず）の提供するパルスを利用して、ばねを極小位置にまで駆動あるいは圧縮し、ばねが初期長さに復帰するとき、電動釘打機１００は、瞬間的に釘またはピンに撃力与えて釘またはピンをカートリッジ（図示せず）から打ち出し、電動釘打機１００の発射口１１０から発射して固定作業を行う。また、工具本体１１４前側の調整ねじ１１５および備品１１６を利用すれば、固定作業以外の機能を有するものとなる。図１Ｂにおいて、調整ねじ１１５を緩めて備品１１６位置を変更し、再び調整ねじ１１５を締め付けると、発射口１１０の真向かいに曲げ台１２２が来て、電動装丁機１０２となる。トリガ１１３を引くと、Ｕ字型のステープル（図示せず）が電動装丁機１０２から発射され、発射口１１０と曲げ台１２２との間に重ねられた用紙（図示せず）を貫き、用紙を貫いたステープルの針先が曲げ台１２２で曲げられて積み重ねられた用紙の最後を留めて、装丁作業を行うことができる。なお、図１Ｂにおいて、スロット１２４は、積み重ねられた用紙の厚さにより、発射口１１０と曲げ台１２２との間の距離を調整するためのものである。以上のように、電動釘打機１００および電動装丁機１０２は、同じ工具本体１１４ならびに取り外し可能容器１１１内に置かれた電源モジュール（図示せず）を共用できるだけでなく、釘、ピンおよびステープルも共通の経路を通過するものである。備品１１６により電動釘打機１００と電動装丁機１０２とを切り替える使用方式により、本発明は、１つの工具に２つの機能を備えさせることができる。
【００１４】
図２において、この発明の好適な実施例に係る電源モジュール２００の回路構成図を示す。電源モジュール２００を利用してパルスを供給し、工具を駆動することにより、物体を発射、撃力の提供ならびにピーク電流の伝送などの動作を行うことができる。ブロック２４０内部の電気回路により、前述した電動釘打機１００または電動装丁機１０２を瞬間的に駆動することができ、ブロック２６０内部の電気回路によって大きな電流を提供して大きな負荷を駆動することができ、ブロック２４０およびブロック２６０は、スーパーキャパシタ２０７、２０８およびリレーＳ１−Ｓ４を共用することができる。スーパーキャパシタ２０７、２０８を、ウルトラキャパシタまたは電気二重層キャパシタとすることもでき、スーパーキャパシタで大量の静電荷を蓄積することができ、小体積の単一キャパシタ内部に数千ファラッドも蓄積可能である。ブロック２４０およびブロック２６０中の電気回路には、電力調整器２３０を含んでおり、電源の電力出力を作業負荷に適合するように制御することができる。スイッチ２０２がａ１、ａ１’の状態に切り替わったとき、ブロック２４０内の回路を駆動するとともに、直流電圧源２０１が接点Ｓ１ａ、Ｓ１を介してスーパーキャパシタ２０７を充電し、接点Ｓ３ａ、Ｓ３を介してスーパーキャパシタ２０８を充電することができる。ダイオード２０３によりスーパーキャパシタ２０７、２０８の出力する電流が直流電圧源２０１へ逆流することを防止できる。接点Ｓ１、Ｓ１ａ、Ｓ３、Ｓ３ａは、４つの接点ポートを有する電磁リレーの１２接点中の４つであり、接点Ｓ１〜Ｓ４は共用接点であって、各接続ポートは、単極双投スイッチ（ＳＰＤＴ）であり、１２個の接点のうち４組（Ｓ１−Ｓ１ａ，Ｓ２−Ｓ２ａ，Ｓ３−Ｓ３ａ，Ｓ４−Ｓ４ａ）は常時閉鎖状態であり、他の４組（Ｓ１−Ｓ１ｂ，Ｓ２−Ｓ２ｂ，Ｓ３−Ｓ３ｂ，Ｓ４−Ｓ４ｂ）は常時開放状態である。スーパーキャパシタ２０７、２０８を充電するとき、スーパーキャパシタ２０７、２０８を並列接続とすることができ、直流電圧源２０１の提供する動作電圧がスーパーキャパシタ２０７、２０８の提供できる動作電圧より少し高いものとなり、工具をパルス駆動するモータ２０９が必要とする駆動電圧よりはるかに低いものとすることができるので、直流電圧源２０１の寸法および数量を減らすことができる。工具のトリガ２０５を引いたとき、リレーが常時閉鎖状態から常時開放状態に切り替わるから、スーパーキャパシタ２０７、２０８が直列接続となってモータ２０９へ放電するが、モータ２０９が受けるパルスはスーパーキャパシタ２０７、２０８いずれか１つの放電電圧の２倍となる。放電後は、スーパーキャパシタ２０７、２０８が再び並列状態に戻り、スーパーキャパシタ２０７、２０８の充電を行う。もしも工具が異なる電力ニーズに適合しなければならないのであれば、電力選択器２１０により必要なニーズを満たすことができる。電力選択器２１０は、例えば３つの電力レベルＡ、Ｂ、Ｃを有し、それぞれ小、中、大の電力出力を選択できるが、電力選択器２１０の電力レベルは、抵抗２２２、２２３、２２４の抵抗値で決まる。抵抗値が低ければ低いほど出力される電力レベルがより高いものとなる。スイッチ２０２がａ１からａ１’に切り替わるとき、直流電圧源２０１が接点ａ１を介して電力選択器２１０に供給する。直流電圧源２１０の提供した電圧が抵抗２２２、２２３、２２４の１つを経て分圧された後、非反転入力の差動増幅器２１４へ入力される。入力された分圧と差動増幅器２１４内部の参考電圧とを比較した後、差動電圧を出力端に発生させるが、差動電圧は、抵抗２１３、２１２の抵抗値比率により増幅を行う。差動増幅器２１４の出力端電圧は、すなわちパルス幅調整器（ＰＷＭ）２１５の入力電圧であり、選択した電力レベルＡ、Ｂ、Ｃに基づいて、パルス幅調整器２１５の入力端電圧が低、中、高３レベルのいずれかになって、パルス幅調整器２１５の生成するパルス幅がそれぞれ小、中、大のいずれかになる。Ｎ型チャネル電界効果トランジスタ（ＮチャネルＦＥＴ）２１７は、パルス幅調整器２１５の出力する小、中、大いずれかのパルス幅に基づいて、それぞれＮ型チャネル電界効果トランジスタ２１７の起動時間を制御する。Ｎ型チャネル電界効果トランジスタ２１７の起動時間によりモータ２０９が受ける低、中、高３レベルのパルスを決定することができる。上述した電力調整器２３０によって、例えば紙のような材質が過大な力により損傷することから保護することができる。
【００１５】
スイッチ２０２がａ２からａ２’に切り替わったとき、電源モジュール２００がブロック２６０を使用するように切り替わる。ブロック２６０への切り替え動作時に、スーパーキャパシタ２０７、２０８の充電および放電は、上述したのと同様にブロック２４０内の回路で行われる。ブロック２６０への切り替え動作時には、スイッチ２０４によりリレーＳ１〜Ｓ４を駆動するものであって、トリガ２０５によってではない。また、昇圧回路２１９もまた直流電圧源２０１に電気接続され、リレーＳ１〜Ｓ３を介してスーパーキャパシタ２０７、２０８を直列接続に切り替えるとき、昇圧回路２１９が直列接続のスーパーキャパシタ２０７、２０８と並列に電気接続される。昇圧回路２１９は、直流電圧源２０１から提供される電圧を上昇させることができ、昇圧後の電圧は、コネクタ２２１に電気接続された負荷を駆動することができる。昇圧回路２１９により直流電圧源２１０の電力を増幅することで、スーパーキャパシタ２０７、２０８の予備電源とすることができ、スーパーキャパシタ２０７、２０８放電時の急速な降圧を補償することができる。スーパーキャパシタ２０７、２０８の電力出力と比較すると、予備電源の電力出力はわずかなものであるけれども、大負荷を駆動するとき、例えばバッテリに電気がなくなった自動車を起動するとき、予備電源の提供する電力が役に立つものとなる。直流電圧源２０１は、例えば、一次電池、二次電池、燃料電池、金属空気電池、太陽電池、風力電池、整流後の交流電気などであり、いずれもスーパーキャパシタ２０７、２０８の充電に適している。また、リレーＳ１〜Ｓ４の種類は、電磁リレー以外にも、固体リレー（ＳＳＲ）またはソレノイドなどで、いずれもスーパーキャパシタ２０７、２０８の状態を切り替えることができる。本発明に係る電源モジュール２００により上述した応用ニーズを満たすことができる。電源モジュール２００内において、直流電圧源２０１とスーパーキャパシタ２０７、２０８とが放電時には均衡状態になるので、電源モジュール２００は、その寸法内に特定の電力密度、例えば１ｋＷ／ｋｇ以上を提供することができる。本発明の別な利点は、直流電圧源２０１が低電圧で放電を維持することができるので、直流電圧源２１０の降圧を減少することができ、直流電圧源２０１の使用時間を延長することができるとともに、スーパーキャパシタ２０７、２０８により直流電圧源２０１では達成できない大電力出力を提供することができる。
【００１６】
図３において、本発明の好適な第２実施例に係るパルス駆動工具および備品を示す。パルス駆動工具は、図２に示した電源モジュール２００が提供するパルスを使用して撃力を提供し、各種の作業を行うことができる。工具本体３０６は、ハンドル３０５と、トリガ３０７と、電源モジュール２００を収納できる取り外し可能容器３０８とを具え、交換可能部品である備品を工具本体３０６に取り付けて各種の作業を行うことができる。ヘラ型備品３０４を工具本体３０６の駆動手段に取り付けると、図３Ａに示したように、電動スクレーバを構成することができ、表面残留物を除去する作業を行うことができる。もしも図３Ｂに示したハンマ型備品を利用してヘラ型備品３０４に換えるならば、電動ハンマドリルとなって、石またはコンクリートを打撃する作業を行うことができる。もしも図３Ｃに示したＬＥＤと刻印した圧印型備品を工具本体３０６に取り付けるならば、電動圧印器となって、木材、プラスチックまたは金属表面に圧印する作業を行うことができる。もしも図３Ｄに示した錐先型備品を工具本体３０６に取り付けるならば、電動穿孔器となって、図２に示した電源モジュール２００により穿孔作業を行うことができる。上述したように、交換備品に撃力を提供することができ、交換備品を工具本体３０６に固定するだけで、取り外し可能容器３０８内の電源モジュール２００によって交換備品を駆動して、必要な作業を行うことができる。
【００１７】
図４は、本発明の好適な第３実施例を示す。携帯式電源供給器およびその備品は、図２に示した電源モジュール２００によりピーク電流を提供することができる。図４Ａに示した携帯型電源供給器は、ハウジング４０８を具え、ハウジング４０８内部には、電源モジュール２００を収納する以外にも、ハウジング４０８内の一端にフラッシュランプ４０６を収納して警報に用いるとともに、その他端には非常用ランプ４０７を収納して照明に用いる。警報および照明機能の他に、携帯式電源供給器は、その他の機能を備えている。ハンドル４０９が、ハウジング４０８上方にあって携帯機電源供給器を容易に携帯できるものとしている。また、ハウジング４０８表面に３つのスイッチ４０１、４０２、４０３が設けられ、スイッチ４０１は、電源モジュール２００の開閉に用いることができ、スイッチ４０２は、図２のブロック２６０を起動または停止するために用いることができ、図２のブロック２６０が起動しているとき、携帯式電源供給器がピーク電流を提供して、大負荷を要する作業を行うことができる。ハウジング４０８表面には、２つのコンセント４０４、４０５が設けられ、コンセント４０４は、電源モジュール２００が提供するピーク電流の電源コンセントであり、コンセント４０５は、外部電源に電気接続して電源モジュール２００を充電する直流電圧源２０１のような作業を行うことができる。図４Ｂに示した自動車バッテリ接続線４１１は、２本の接続線４１２、４１３を有し、接続線４１２、４１３の一端には接続ヘッド４１６を設けて、コンセント４０４に差し込んでピーク電流の供給を受けることができ、２つの鰐口クリップ４１４、４１５が接続線４１２、４１３の他端に設けられて、それぞれバッテリの正極端と負極端とに接続することができる。自動車のキーを回転させてエンジンが起動する場合、図２中のスイッチ２０４をオンにすると、電源モジュール２００が十分な電圧および電流を提供して、電気花火の点火を持続させることができる。図４Ｃに示した溶接機備品は、ハンドル４２３を手で握るとき、トリガ４２２を起動させるので、コンセント４２４を介して図４Ａ中の携帯式電源供給器が出力するピーク電流をハウジング４２１内部の時間電流制御回路に供給する。トリガ４２２が断続的に起動されるとき、ピーク電流が電極棒４２０の先端へ出力され、電極棒４２０の先端が溶融して溶接作業を可能とする。図４Ｄに示した溶接ガン４３０は、電線４３２およびプラグ４３４を介して図４Ａ中の携帯式電源供給器が出力するピーク電流の供給を受けて溶接棒を溶融させるので、溶接作業が可能となる。図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄに示した交換可能部品としての備品を取り付けることにより、図４Ａ中の携帯式電源供給器は、それぞれ携帯式充電器、携帯式エンジン始動器または携帯式溶接器となることができる。しかしながら、携帯式電源供給器の用途はこれらのものだけに限られるものではなく、適切な備品を携帯式電源供給器の電源コンセントに接続すると、携帯式電源供給器は、また別な用途を得ることができる。また、直流電圧源およびスーパーキャパシタのエネルギー貯蔵値を制御することによって、携帯式電源供給器の出力電力ならびに使用時間を調整することができる。
【００１８】
次に、電源モジュールの別な実施例を説明する。図２に示した電源モジュール２００を、リチウム電池とスーパーキャパシタとから構成することができ、例えば８個の型番１８６５０のリチウム電池（半径１８ｍｍ、長さ６５ｍｍ）は、２Ｓ４Ｐ構造、つまり先ず電池を２個ずつ直列にしてから、これら４組の電池を並列にしてあり、各リチウム電池が例えば３．７Ｖを提供でき、かつ２０００ｍＡｈの容量および比較可能な内部抵抗を有するとすれば、直流電圧源２０１は、７．４Ｖの電圧を提供でき、かつ８０００ｍＡｈの容量を有するものとなる。また、電源モジュール２００は、６個のスーパーキャパシタを具えることができ、これらの６個のスーパーキャパシタを２組に分け、１組が３個のスーパーキャパシタを直列接続し、各スーパーキャパシタは２．５Ｖ×２００Ｆの容量を有し、その直径は５０ｍｍ、長さは７５ｍｍである。充電時には、２組のスーパーキャパシタは並列接続され、放電時には一時的に直列接続に切り替えられる。この電源モジュールおよび図４Ｂに示した交換可能備品を利用すれば、１８０Ａまたは２００Ａのピーク電流を提供することができ、それぞれ２０００ｃｃまたは３０００ｃｃのエンジン排気量の自動車を起動することができ、ピーク電流の維持時間は１００ｍｓないし５００ｍｓの範囲となる。従来の自動車バッテリは１２Ｖであるから、この実施例の電源モジュールは、少なくとも２．１６ｋＷから２．８８ｋＷの電力を提供しなければならないが、このように大きな電力は８０００ｍＡｈのリチウム電池パックだけでは達成することができない。２４０Ａの電力出力は、８００００ｍＡｈのリチウム電池パックの３０Ｃの放電率に等しく、もしもリチウム電池だけで放電するとしたら、悲惨な結果となる。さらに、このような電源モジュールおよびハウジングの総重量は１．５ｋｇであり、ハウジングは５２８０ｍｌの体積（１５０ｍｍ×１６０ｍｍ×２２０ｍｍ）を有する。
【００１９】
以上のごとく、本発明を好適な実施例により開示したが、もとより本発明を限定するものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、本発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされ得るものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと等価な領域とを基準として定めなければならない。
【００２０】
【発明の効果】
上記構成により、本発明に係る電源モジュールは、容量の小さい電池とスーパーキャパシタとを使用して期待されるパルス値を出力できるので、本発明に係る電源モジュールを電動工具に応用すれば、軽く薄く短く小さくできて携帯しやすくなるという利点があり、本発明に係る電源モジュールを利用し、交換備品を採用する設計にすれば、パルス駆動を利用して、各種の異なる作業を行える多機能携帯工具を開発することができる。したがって、産業上の利用価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａは、本発明に係る電動釘打機を示す側面図であり、Ｂは、本発明に係る電動装丁機を示す側面図である。
【図２】本発明に係る電源モジュールの回路構成を示す回路図である。
【図３】Ａは、本発明の電動工具を示す説明図であり、ＢないしＤは、交換可能な備品を示す説明図である。
【図４】Ａは、本発明の携帯式電源供給器を示す説明図であり、ＢないしＤは、交換可能な備品を示す説明図である。
【符号の説明】
１００ 電動釘打機
１０２ 電動装丁機
１１０ 発射口
１１１ 取り外し可能容器
１１２ ハンドル
１１３ トリガ
１１４ 工具本体
１１５ 調整ねじ
１１６ 備品
１２２ 曲げ台
１２４ スロット
２００ 電源モジュール
２０１ 直流電圧源
２０２、２０４ スイッチ
２０３ ダイオード
２０５ トリガ
２０７、２０８ スーパーキャパシタ
２０９ モータ
２１０ 電力選択器
２１１、２２２ 抵抗
２１４ 差動増幅器
２１５ パルス幅調整器
２１７ 電界効果トランジスタ
２１９ 昇圧回路
２２１ コネクタ
２３０ 電力調整器
２４０ ブロック
３０４ ヘラ型備品
３０５ ハンドル
３０６ 工具本体
３０７ トリガ
３０８ 取り外し可能容器
４０１ スイッチ
４０４ コンセント
４０６ フラッシュランプ
４０７ 非常用ランプ
４０８ ハウジング
４０９ ハンドル
４１１ バッテリ接続線
４１２ 接続線
４１４、４１５ クリップ
４１６ 接続ヘッド
４２０ 電極棒
４２２ トリガ
４２４ コンセント
４３０ 溶接ガン
４３２ 電線

Claims (4)

1. 直流電圧源と、
   前記直流電圧源に電気接続されたスイッチセットと、
   前記スイッチセットに電気接続されて、並列で充電を行い、前記スイッチセットを介して直列に切り替えて放電を行う複数個のキャパシタと、
   前記スイッチセットに電気接続されて、前記スイッチセットの状態を切り替えるスイッチと、
   前記直流電圧源に電気接続されて、前記複数個のキャパシタが前記スイッチセットを介して直列に切り替えて放電を行うときに、前記複数個のキャパシタに並列接続される昇圧回路とを具えることを特徴とする電源モジュール。
2. 直流電圧源と、
   前記直流電圧源に電気接続されたスイッチセットと、
   前記スイッチセットに電気接続されて、並列で充電を行い、前記スイッチセットを介して直列に切り替えて放電を行う複数個のキャパシタと、
   前記スイッチセットに電気接続されて、前記スイッチセットの状態を切り替えるスイッチとを具えることを特徴とする電源モジュール。
3. 請求項１または２に記載の電源モジュールにおいて、前記直流電圧源に電気接続されて、該電源モジュールの出力電圧を制御する電力調整器をさらに具え、前記電力調整器が、
   前記直流電圧源に１つを電気接続する複数個の抵抗器と、
   前記複数個の抵抗器に電気接続されて、これらのうちの１つを選択して前記直列電圧源に電気接続し、この出力を制御するパルス幅調整器と、
   ゲートが前記パルス幅調整器に電気接続され、前記パルス幅調整器の出力によって、自身の動作時間と前記電源モジュールを制御するための出力電力とを決定するトランジスタとを具えることを特徴とする電源モジュール。
4. 直流電圧源と、
   前記直流電圧源に電気接続された第１スイッチセットと、
   前記直流電圧源に電気接続された第２スイッチセットと、
   前記第１スイッチセットに電気接続されて、並列で充電を行い、前記第１スイッチセットを介して直列に切り替えて放電を行う複数個のキャパシタと、
   前記第１スイッチセットと前記第２スイッチセットとの間に電気接続された第１スイッチと、
   前記第１スイッチセットと前記第２スイッチセットとの間に電気接続された第２スイッチと、
   前記第２スイッチセットに電気接続された昇圧回路とを具え、
   前記第２スイッチセットを切り替えることにより第１状態と第２状態とのうち１つを選択することができ、
   前記第１状態に切り替えると、前記昇圧回路と直流電圧源との間が電気接続し、前記複数個のキャパシタが前記第１スイッチセットを介して直列に切り替えられて放電したときに、前記昇圧回路が前記複数個のキャパシタに並列となり、前記第１スイッチセットが前記第２スイッチセットおよび直流電圧源の電気接続を介して前記第１スイッチセットの状態を切り替え、前記第２スイッチセットと直流電圧源との間の電気接続をオフにし、
   前記第２状態に切り替えると、前記昇圧回路と直流電圧源との間の電気接続がオフになり、前記第２スイッチセットが前記第２スイッチセットと直流電圧源との間の電気接続を介して前記第１スイッチセットの状態を切り替え、前記第１スイッチセットと直流電圧源との間の電気接続をオフにする、ことを特徴とする電源モジュール。

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