用於電動工具的電源組件充電系統的製作方法
2023-05-22 12:16:31
專利名稱：用於電動工具的電源組件充電系統的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及電動工具，特別是涉及一種用於電動工具的電源組件充電系統。
使用可充電的和可移動的電源組件為手持的和無纜的電動工具供電已經被公知了。例如，在下列美國專利中已經公開了這方面的內容美國專利號5,718,985，名稱為「用於無纜裝置的電池組保持插銷」，在1998年2月17日授予Bunyea等人；5,620,808，名稱為「用於無纜裝置的電池組」，在1997年4月15日授予Wheeler等人；和5,391,972，名稱為「無纜工具電池外殼和充電系統」，在1995年2月21日授予Gardner等人；上述所有參考文件在此被結合起來引用。
雖然傳統的電源組件的電連接器和充電器已經證明能夠用於鎳鎘(「NiCd」)電池電源組件，但是近年來發展的鎳金屬氫化物(「NiMH」)電池電源組件需要不同的充電電路。因此，不建議在一個鎳鎘充電器中對鎳金屬氫化物電源組件進行充電。這種充電的不兼容性能夠導致損害電源組件。此外，鎳金屬氫化物電源組件需要一個附加的溫度端子以便在充電期間能夠監視電池的溫度。
其它傳統的電池-充電器結構也已經已知了，這種結構或者檢測不同的電池類型或者只能接受一種特殊構造的電池盒結構。在授予Arakawa等人的名稱為「具有確定凹槽和端子的電池組」的美國專利5,602,454；1993年4月6日授予Uchida的名稱為「快速充電控制裝置及其控制方法」的美國專利5,200,960；和1996年4月17日公開的名稱為「電池裝置和用於電池裝置的加載裝置」的歐洲專利申請EP 0 707 350A1中已經描述了這樣的裝置。然而，這些裝置被用於錄像攝像機或可攜式計算機。此外，這些常規的充電器和電源組件使用複雜和昂貴的電子電路來檢測電池類型並且沒有公開以一種簡單的，經濟的和機械的方式為多個電池類型提供單向充電器的兼容性。
根據本發明，一種電源組件充電系統的優選實施例包括一種單向兼容的充電器結構，該充電器結構用於多種類型的電源組件。在本發明的另一方面，在一個第一充電器中能夠對兩種類型的電源組件充電，但是在一個第二充電器中只有對這兩種類型的電源組件中的一種電源組件充電。根據本發明的又一個方面，對於一個手持和無纜的電動工具可以使用不同電池材料的可互換的電源組件。本發明的另一方面是提供一種機械的機構，該機構用於完全地防止電連接和防止由適合於對另一種電源組件結構充電的充電器對該電源組件充電。在本發明的另一方面，一種特殊的電連接器結構在不同類型的電源組件之間提供了機械的充電器的可交換性。同樣也提供了一種用於一個電動工具的單向兼容的電源組件充電系統的使用方法。
本發明的電源組件充電系統與傳統結構相比的優點是本發明使用了一種耐用的、低費用和可靠的機械的電連接器-充電器結構。對於本發明來說不需要移動的部件來實現單向的兼容性。另外，本發明有利地把多個特性結合成一單個電連接器結構。例如，一個溫度傳感器端子與機械的兼容性元件結合起來。本發明的結構實現了適合於使用鎳金屬氫化物和鎳鎘電源組件的故障安全的單向充電器的兼容性。本發明的其它優點和特徵通過下面結合附圖的描述和附加的權利要求將變得更明顯。
圖1是表示本發明的優選實施例的電源組件充電系統的一個電源組件用於一個電鋸的透視圖；圖2是表示本發明的優選實施例的電源組件充電系統的一個電源組件用於一個電鑽的透視圖；圖3是表示優選實施例的電源組件充電系統的一個分解的側面立視圖；圖4是表示優選實施例的電源組件充電系統的一個支承單元的分解的側面立視圖；圖5是表示一種優選實施例的電源組件充電系統的電連接器的透視圖；圖6是表示優選實施例的電源組件充電系統的電連接器的側面立視圖；圖7是表示優選實施例的電源組件充電系統的電連接器的端部立視圖；圖8是表示優選實施例的電源組件充電系統的電源組件的局部剖視側面立視圖；圖9是表示優選實施例的電源組件充電系統的電源組件的透視圖；圖10是表示優選實施例的電源組件充電系統的一個充電器的透視圖；圖11是表示優選實施例的電源組件充電系統的局部剖視側面立視圖；圖12是表示優選實施例的電源組件充電系統的局部剖視側面立視圖13是表示優選實施例的電源組件充電系統的插座的局部剖視頂視圖；圖14是表示優選實施例的電源組件充電系統的電源組件用於圖2的電鑽的局部剖視側面立視圖；附圖15-18是表示在優選實施例的電源組件充電系統中使用的充電器的電路圖；圖19是表示另一種優選實施例的電源組件充電系統的局部剖視側面立視圖。
一種優選實施例的電源組件充電系統被用於一個手持的、可攜帶的和無纜的電動工具中。例如，在圖1中示出了該電源組件31的優選實施例被安裝到一個無纜的圓鋸33上。在圖2中示出了一個相同的電源組件31被安裝到一個無纜的電鑽35中。該優選的電源組件31包括鎳金屬氫化物電池37(參見圖3)，該鎳金屬氫化物電池37被放置在一個用於保護的聚合外殼39的裡面(也參見圖3)。該電池給在該電動工具中的一個電動機41提供18伏電壓、3.0安培小時的直流電。圖19示出了另一種替換的實施例，即鎳鎘電池電源組件43，該鎳鎘電池電源組件43能夠可交換地安裝到電動工具上，以快速安裝，快速取下的方式代替該優選的鎳金屬氫化物電源組件31。
參照附圖3、4、8和9，該優選的電源組件31還包括一個支承單元51、一個支承單元罩53、電池組37和外殼39。一個隔板61、熱敏電阻器63、16AWG電線65和電連接器67被固定到支承單元51上。熱敏電阻器63能夠從Fenwal Electronics、Keystone Thermometrics或AlphaThermistor中獲得。熱敏電阻器63與在該充電器中的一個微處理器結合起來用來在該電池的再充電期間監視電池37的溫度，以便防止電池過熱並且可能損害該電池。
附圖5-7和11最佳地舉例說明了電連接器或端部件67。電連接器67具有一個基座81，該基座81具有一個平坦的第一正面83和一個有臺階的相對面85。基座81具有一個大體半圓形的形狀。一個保護環87從基座81的一個前邊緣延伸並且與基座81外圍結合起來限定了一個突出的圓形形狀。一個通孔89被設置在基座81的前邊緣與環87的一個內表面之間。一個延長結構91從基座81直立出來並且具有一個彎曲的內表面(未示出)。基座81、環87和構件91由填充了百分之三十三玻璃的尼龍注模成一個完整的單一部件。一個正電流端包括一個從基座81外表延伸的引線端101和一個環繞著一個通常不導電板105的U型導體103。引線端101與電線65連接，也與電池37連接。一個負電流或接地端包括一個在通孔89之內向外伸出的分叉的引線端107，和一個導體109。導體109具有一個大體為U型的形狀，該導體109纏繞在另外一個不導電板111的外面上。引線端107的凹處部分被焊接處到支承單元51的一個底部單元上。一個第三導電端包括一個從基座81向外伸出的引線端121和一個導體123，該導體123以一種U型方式纏繞在一個位於中心的並且不導電的板125上。引線端121與熱敏電阻器63的一個導線端電連接。該熱敏電阻器的另外一個導線端被焊接到一個導電板127上，該導電板127被焊接到支承單元51上。這些端部都被注模成為基座81的一部分，以致於導電部分被整個地隱藏在基座中並且被附著在其中。引線端101和121有角度地被彎曲並且被隱藏在構件91凹槽內部。這些引線端都是由黃銅製造的。
此外，不導電板105、111和125全部被注模成基座81的一部分。這些不導電板都以彼此平行的方式凸出出來。導體103、109和125都偏移到它們各自的不導電板一側上，以致於至少每個不導電板的一部分外部側面1 3 1被暴露。在中心板125的情況下，大多數的不導電板的側面和頂部被暴露。另外，中心板125橫向比相鄰的不導電板105和111更寬並且稍微更長。參照附圖3和10-13，這些優選實施例的充電器151可用於把通過一個插頭和導線153接收的交流電轉換成直流電，以便對電源組件31的鎳金屬氫化物電池37再充電。充電器151的一個外殼包括一個上塑料蓋153和一個下塑料蓋155，在上塑料蓋153和下塑料蓋155之中限定了一個內腔。在蓋153和155的內腔裡面安裝一個剛性的印刷電路板157。在上蓋153的頂部表面的內部設置一個凹孔159，該凹孔允許支承單元的罩53和電連接器67穿過。支承單元罩53與充電器151的孔159鍵鎖住，以便保證完全地成直線裝配成對。一個具有三個插槽163的擱板161以水平方式位於孔159的底部。電連接器67的導體103、109和123穿過插槽163伸出出來，在鉗式插座171、173和175之內被接收並且與插座171、173和175電連接，這些鉗式插座被安裝到印刷電路板157上。插座173從由插座171和175限定的一個垂直面橫向偏移。在美國使用時電路板157的工作電壓是120伏，但是它根據標準的歐洲或亞洲電壓要求能夠被改變。插座171、173和175最好是由鍍鎳的磷青銅合金製造的。
在附圖15-18中示出了該電路板的電路。標號201表示用於接收交流電的牆插頭。一個電容器203和電感器205與一個微處理器207連接。一個諧振器209和EEPROM 211也與微處理器207連接。一個發光二極體213藉助於一個電晶體215與微處理器207連接以便顯示該電池組的充電。高壓或正電壓插座用標號175表示，負電壓或中性插座用標號171表示，熱敏電阻器插座用標號173表示。此外，也使用了其它的電阻器211、二極體223、齊納二極體225。
在圖19中示出了本發明的電源組件充電系統的一種替換實施例。電源組件43使用鎳鎘可充電電池277，該電池277被放置在一個與優選的電源組件的外殼相同的外殼279中，該電源組件43可交換地配合到相同的電動工具上。由這個電源組件43使用的一個電連接器281和一個第二充電器283基本上在美國專利5,391,972中公開了。這種連接器281具有一對堅硬的金屬正負電端子285和287。一個中心板289由通常的不導電塑料材料注模成連接器281的部分基座。因此，中心板289簡單地起隔板的作用，同時有助於電連接器281和電源組件43對準鎳鎘充電器283的插座並且保證電連接器281和電源組件43在鎳鎘充電器283的插座中。此外，在鎳鎘電源組件34的再充電期間它不需要監視溫度，因此熱敏電阻器是不必要的。
相對於充電器151和283，希望不同種類的電源組件31和43(參見附圖11和19)具有單向的相互可交換性。換言之，鎳鎘電源組件43必須允許與較老式的充電器283以及本發明的充電器151連接並且在該較老式的充電器283以及本發明的充電器151中被再充電。然而，本發明的鎳金屬氫化物電源組件31隻能允許由本發明的充電器151再充電，本發明的充電器151監視電源組件的溫度並且如果有必要，根據檢測的溫度來改變該電路的充電特性。然而，電源組件31決不允許在較老式的鎳鎘充電器283中被充電。通過利用包括增加外部正負端子的橫向寬度的機械特性和通過利用與鎳鎘電源組件完全導電的並且橫向較小的端子285和287相比超出它們的導體橫向伸出的不導電板105和111能夠實現這種單向的兼容性。因此，該鎳金屬氫化物電源組件較寬的不導電板105和111將緊靠著在老式充電器283的擱板中入口插槽291的較小側面，從而這是一個不允許電源組件31完整的插入或充電的簡單而可靠的機械方式。除了鎳鎘電源組件的中心隔板之外，入口插槽291的側邊只能大到足以接收端子285和287。
雖然在此已經公開了電源組件充電系統的各種實施例，但是應該理解在本發明的精神之內可以使用其它的變型。例如，在充電器和電源組件之間插座和伸出的端子可以被顛倒。此外，除了在此公開的外側板之外，中心的端子/不導電板能夠被加大尺寸。同樣，對於兼容性來說，在這些端子的外部隔開的一個不導電突出部分能夠起到機械鍵的作用。本發明也能夠被用於其它的電動工具，例如螺絲刀、灌木修剪機、真空吸塵器和廚房攪拌器。雖然在此已經公開了各種的材料、形狀和尺寸，但是其它的資料、形狀和尺寸可以容易地代替。下列權利要求的保護範圍包括這些已經公開的實施例和屬於本發明的精神之內的任何其它實施例。
權利要求
1.一種電源組件充電系統，包括一個手持的裝置；一個第一可充電電源組件，該電源組件可連接到手持裝置上並且用於給該手持裝置提供電壓；一個第二可充電電源組件，該電源組件可連接到手持裝置上並且用於給該手持裝置提供電壓，這兩個電源組件可交換地安裝到該手持裝置上；和一個可操作地給第一電源組件充電的充電器，該充電器被機械地防止完全地與第二電源組件連接，其中第二電源組件實質上被防止由該充電器充電。
2.根據權利要求1的充電系統，還包括第一電源組件的一個第一部件，該第一部件可操作地與充電器相連接；和第二電源組件的一個第二部件；第一部件具有與相對定位的第二部件不同的結構。
3.根據權利要求2的充電系統，其中所述不同的結構是尺寸不同，第二部件太大以至於不允許第二電源組件與該充電器連接。
4.根據權利要求3的充電系統，其中第二部件的寬度大於第一部件的寬度。
5.根據權利要求2的充電系統，其中所述不同的結構包括第一部件的一個部分部件是導電的，而整個的第二部件實質上是不導電。
6.根據權利要求1的充電系統，還包括一個防止第二電源組件完全插入到充電器中的突出部件。
7.根據權利要求6的充電系統，其中該突出部件的尺寸不適合插入到比該突出部件的尺寸更小的充電器的一個通孔中。
8.根據權利要求7的充電系統，還包括至少一對從第二電源組件伸出的實質上直的並且平行的電端子，其中突出部件是該電端子中的一個端子。
9.根據權利要求1的充電系統，還包括一個溫度監視裝置；和一個安裝在第二電源組件上的電連接器，該電連接器包括一個正電流端子、一個負電流端子和一個與溫度監視裝置連接的第三端子，這些端子從第二電源組件向外面伸出。
10.根據權利要求9的充電系統，還包括一個安裝到第一電源組件上的電連接器，該電連接器包括一個正電流端子、一個負電流端子和一個從正負電流端子之間伸出的實質上不導電的板。
11.根據權利要求1的充電系統，其中該裝置包括一個無纜的電動工具。
12.根據權利要求11的充電系統，其中該第二電源組件包括鎳金屬氫化物電池以及第一電源組件包括與第二電源組件的電池材料不同的電池。
13.根據權利要求1的充電系統，還包括一個第二充電器，該第二充電器可交換可操作地給兩個電源組件提供電流。
14.一種電動工具充電系統，包括一個第一電源組件；一個第二電源組件；一個第一裝置，該第一裝置可操作地給這兩個電源組件提供電流；一個第二裝置，該第二裝置可操作地給第一電源組件提供電流，但是不給第二電源組件提供電流。
15.根據權利要求14的充電系統，還包括一個第一電源組件的第一部件，該第一部件可操作的與第一裝置相連接；和一個位於第二電源組件上的第二部件，該第二部件是在與第一部件相對於第一電源組件的位置相對應的位置上，第一部件具有與第二部件不同的結構。
16.根據權利要求15的充電系統，其中所述不同的結構是尺寸不同。
17.根據權利要求16的充電系統，其中第二部件的寬度大於第一部件的寬度。
18.根據權利要求15的充電系統，其中所述不同的結構包括一個部件是導電的，而另外一個部件的至少一個部分實質上是不導電的。
19.根據權利要求14的充電系統，還包括一個防止第二電源組件完全插入到第二裝置中的突出部件。
20.根據權利要求19的充電系統，其中第二部件的尺寸不適合插入到第二裝置的一個通孔中，該第二裝置與第一電源組件相匹配。
21.根據權利要求20的充電系統，還包括至少三個從第二電源組件伸出的實質上直的電端子，其中突出部件是這些端子中的至少一個端子。
22.根據權利要求14的充電系統，還包括一個溫度監視裝置；和一個安裝到第二電源組件上的電連接器，該電連接器包括一個正電流端子、一個負電流端子和一個與溫度監視裝置連接的第三端子，這些端子從第二電源組件向外面伸出。
23.根據權利要求22的充電系統，還包括一個安裝到第一電源組件上的電連接器，該電連接器包括一個正電流端子、一個負電流端子和一個從正負電流端子之間伸出的實質上不導電的板。
24.根據權利要求14的充電系統，其中所述第一裝置包括一個具有一個凹孔的外殼，用於可操作並且可交換地接收電源組件的一個突出的部分；一個位於該外殼中的電路板；一組連接到該電路板上的電插座，用於與可接合的電源組件連接；和一個連接到該電路板上的交流電插頭。
25.根據權利要求14的充電系統，還包括一個可交換地與電源組件接合的手持電動工具，一個位於該電動工具中的電動機。
26.一個電源組件電連接器，包括一個具有一個至少局部為圓形周邊形狀的基座；至少三個從該基座的一個正面伸出的平行板，該基座和平行板由一種聚合材料被整體注模成型；一個位於一個第一板的外部上的第一導體；一個位於一個第二板的外部上的第二導體；一個位於一個第三板的外部上的第三導體；第二板具有與第一和第三板結構不同的結構。
27.根據權利要求26的電連接器，其中第二板面向第一板的一部分實質上是不導電的。
28.根據權利要求27的電連接器，其中第二板的多數外面部分不是導體，而第一板的一部分實質上是不導電的。
29.根據權利要求26的電連接器，其中第二板具有比第一和第三板更大的橫向尺寸。
30.根據權利要求26的電連接器，還包括比第一和第三板的長度更長的第二板的長度。
31.根據權利要求26的電連接器，其中每一個導體以一種U型方式纏繞在各自的板上。
32.根據權利要求26的電連接器，還包括從與導體電連接的基座伸出的導電引線端，該引線端和導體被注模成與該基座形成一個整體部件。
33.根據權利要求26的電連接器，還包括一個連接到第二導體上的溫度傳感器。
34.一種用於一個電動工具的單向兼容的電池再充電的使用方法，該系統具有一個第一電源組件、一個與第一電源組件的材料不同的第二電源組件和一個充電器，該方法包括(a)把第一電源組件與該電動工具連接；(b)在第一電源組件與電動工具分離之後，把第二電源組件與該電動工具連接；(c)通過充電器對第一電源組件充電；和(d)機械地防止由該充電器對第二電源組件充電。
35.根據權利要求34的方法，還包括在一個第二充電器中可交換地對兩個電源組件進行再充電。
36.根據權利要求35的方法，還包括在再充電期間由第二電源組件傳送給第二充電器一個信號，該信號指示第二電源組件的溫度。
37.根據權利要求34的方法，還包括使第二電源組件的電連接器的一部分抵著充電器的一部分，以便阻止第二電源組件與該充電器的完全連接。
38.根據權利要求34的方法，還包括通過該充電器對第一電源組件充電，該第一電源組件是一個鎳鎘電源組件，但是阻止由該充電器對第二電源組件充電，第二電源組件是一個鎳金屬氫化物電源組件。
全文摘要
一個電源組件充電系統,包括一種由多種類型電源組件使用的單向兼容的充電器結構,在本發明的另一方面,在一個第一充電器中能夠對兩種類型的電源組件充電,但是在一個第二充電器中只有對這兩種類型的電源組件中的一種電源組件充電。
文檔編號H02J7/00GK1264926SQ0010419
公開日2000年8月30日 申請日期2000年2月16日 優先權日1999年2月17日
發明者保羅·S·懷特, 克里斯多福·R·沃爾特, 麥可·P·孔茲, 愛德華·A·哈裡森 申請人:布萊克和戴克公司