JP2023503919A - ナノ結晶フェライトチョークを備える充電器 - Google Patents

Abstract

バッテリパック充電システムは、バッテリパックを受け取るように構成されたバッテリパックインタフェース、バッテリパックインタフェースに結合されてバッテリパックインタフェースに充電電流を供給する充電回路、及び充電回路に結合され、バッテリインタフェースへの充電電流の供給を制御するように構成されたコントローラを含む。バッテリパック充電システムは、充電回路に結合された電源回路、電源回路に結合され、ナノ結晶フェライトコモンモードチョークを含むフィルタ回路、及びフィルタ回路を交流電源に接続するように構成された交流プラグを更に含む。【選択図】図４

Description

関連出願
本出願は、２０１９年１１月２５日に出願された米国仮特許出願第６２／９３９，７４７号の利益を主張し、その全内容は参照により本明細書に組み込まれる。

本出願は、バッテリ充電器、より具体的には、フィルタ素子を含む動力工具バッテリ充電器に関する。

本発明の一実施形態は、バッテリパック充電システムを提供する。バッテリパック充電システムは、バッテリパックを受け取るように構成されたバッテリインタフェースと、バッテリインタフェースに結合され、バッテリインタフェースに充電電流を提供するように構成された充電回路とを含む。バッテリパック充電システムは、充電回路に結合され、バッテリインタフェースへの充電電流の供給を制御するように構成されたコントローラと、充電回路に結合された電源回路とを更に含む。バッテリパック充電システムは、電源回路に結合され、ナノ結晶フェライトコモンモードチョークを含むフィルタ回路、及びフィルタ回路を交流電源に接続するように構成された交流プラグを更に含む。

いくつかの実施形態では、フィルタ回路は、少なくとも１つの差動モードチョークを更に含む。いくつかの実施形態では、フィルタ回路は、フェライトビーズを更に含む。いくつかの実施形態では、システムは、第２のナノ結晶フェライトコモンモードチョークを更に含む。いくつかの実施形態では、第２のナノ結晶フェライトコモンモードチョークは、ナノ結晶フェライトコモンモードチョークと直列になっている。いくつかの実施形態では、ナノ結晶フェライトコモンモードチョークは充電器ハウジングの外側にあり、第２のナノ結晶フェライトコモンモードチョークは充電器ハウジングの内側にある。いくつかの実施形態では、ナノ結晶フェライトコモンモードチョーク及び第２のナノ結晶フェライトコモンモードチョークは、充電器ハウジング内にある。いくつかの実施形態では、ナノ結晶フェライトコモンモードチョークはトロイダル形状である。いくつかの実施形態では、システムは、充電回路、コントローラ、電源回路、及びナノ結晶フェライトコモンモードチョークを収容するハウジングを更に備える。

いくつかの実施形態では、システムは、充電回路、コントローラ、及び電源回路を収容する充電器ハウジングを更に備える。システムは、ナノ結晶フェライトコモンモードチョークを収容するフィルタブロックハウジングを更に備える。システムは、充電器ハウジングとフィルタブロックハウジングを接続する電源ケーブルを更に備える。いくつかの実施形態では、システムは、第１及び第２の差動モードチョークを含む差動モードチョーク対を更に備え、差動モードチョーク対は、フィルタ回路の一部である。いくつかの実施形態では、システムは、フィルタブロックハウジング内に回路基板を更に備え、差動モードチョーク対及びナノ結晶フェライトコモンモードチョークは、回路基板上に配置される。

本発明の別の実施形態は、バッテリパックを受け取るように構成されたバッテリパックインタフェースと、バッテリパックインタフェースに結合され、バッテリパックインタフェースに充電電流を提供するように構成された充電回路とを含む、バッテリパック充電システムを提供する。バッテリパック充電システムは、充電回路に結合され、バッテリパックインタフェースへの充電電流の供給を制御するように構成されたコントローラを更に備える。バッテリパック充電システムは、充電回路に結合された電源回路と、充電回路、コントローラ、及び電源回路を収容する充電器ハウジングとを更に備える。バッテリパック充電システムは、交流電源に接続するように構成された交流プラグと、充電器ハウジングの外部にあり、ナノ結晶フェライトフィルタ素子を含むフィルタ回路とを更に備え、フィルタ回路は、電源回路を交流プラグに接続して電源回路に交流電力を供給するように構成されている。

いくつかの実施形態では、システムは、充電器ハウジング内に第２のナノ結晶フェライトフィルタ素子を更に備える。いくつかの実施形態では、第２のナノ結晶フェライトフィルタ素子は、ナノ結晶フェライトフィルタ素子と直列になっている。いくつかの実施形態では、フィルタ回路は、第１及び第２の差動モードチョークを含む差動モードチョーク対、及びフェライトビーズを更に備える。いくつかの実施形態では、システムは、フィルタブロックハウジング内に回路基板を更に備え、差動モードチョーク対及びナノ結晶フェライトコモンモードチョークは、回路基板上に配置される。いくつかの実施形態では、システムは、フィルタブロックハウジングと充電器ハウジングとの間の第１の電源ケーブルに沿って配置されたフェライトビーズを更に備える。いくつかの実施形態では、ナノ結晶フェライトフィルタ素子は、トロイダル形状を有するナノ結晶フェライトコモンモードチョークである。いくつかの実施形態では、システムは、充電器ハウジング内に配置された第２のナノ結晶フェライトフィルタ素子を更に備える。

いくつかの実施形態では、システムは、フィルタ回路を収容するフィルタブロックハウジング、充電器ハウジングとフィルタブロックハウジングを接続する第１の電源ケーブル、及びフィルタブロックハウジングをＡＣプラグに接続する第２の電源ケーブルを更に備える。いくつかの実施形態では、ナノ結晶フェライトフィルタ素子は、ナノ結晶フェライトコモンモードチョークである。いくつかの実施形態では、フィルタ回路は、第１及び第２の差動モードチョークを含む差動モードチョーク対を更に備え、差動モードチョーク対は、フィルタ回路の一部である。

本発明の別の実施形態は、バッテリパックを充電するための方法を提供する。方法は、バッテリパック充電器のバッテリパックインタフェースによってバッテリパックを受け取り、電源ケーブルを介して、バッテリパック充電器の電源で交流電力を受け取ることを含む。方法は、電源によって、交流電力を直流電力に変換することを更に含む。方法は、電子コントローラによって、バッテリパックを充電するためにバッテリパックインタフェースへの充電電流の供給を制御することを更に含む。方法は、電源ケーブル上の外来信号を受信し、ナノ結晶フェライトトロイダルチョークによって、電源ケーブル上の外来信号をフィルタリングすることを更に含む。

いくつかの実施形態では、ナノ結晶フェライトトロイダルチョークは、コモンモードチョークである。いくつかの実施形態では、方法は、少なくとも１つの差動モードチョークによって、電源ケーブル上の外来信号をフィルタリングすることを更に含む。いくつかの実施形態では、方法は、フィルタブロックハウジングによって、ナノ結晶フェライトトロイダルチョーク及び少なくとも１つの差動モードチョークをハウジングすることを更に含む。

いくつかの実施形態では、電源ケーブル上の外来信号をフィルタリングすることは、第１の周波数で信号をフィルタリングするように構成された第１のナノ結晶フェライトトロイダルチョークを介して電源ケーブル上の外来信号をフィルタリングすること、及び、第２の周波数で信号をフィルタリングするように構成された第２のナノ結晶トロイダルチョークを介して電源ケーブル上の外来信号をフィルタリングすることを更に含む。いくつかの実施形態では、バッテリパック充電器の電源でＡＣ電力を受け取ることは、ＡＣプラグでＡＣ電力を受け取ること、及びＡＣプラグからナノ結晶フェライトトロイダルチョーク及び少なくとも１つの差動モードチョークを介して電源にＡＣ電力を供給することを含む。

本発明のあらゆる実施形態が詳細に説明される前に、本発明は、その適用において、以下の説明に記載されるか又は以下の図面に示される構造の詳細及びコンポーネントの配置に限定されないことを理解されたい。本発明は、様々な方法で他の実施形態が可能であり、実施可能であり、又は実行可能である。

本明細書で用いられる「含む」及び「備える」及びそれらの変形の使用は、その前に記載されている項目及びそれらの同等物並びに追加の項目を包含することを意味する。本明細書で用いられる「からなる」及びその変形の使用は、その前に記載されている項目及びその同等物のみを包含することを意味する。

また、１つのコンポーネントによって実行されるとして本明細書に記載される機能は、分散された方法で複数のコンポーネントによって実行され得る。同様に、複数のコンポーネントによって実行される機能は、単一のコンポーネントによって統合及び実行され得る。同様に、特定の機能を実行すると説明されているコンポーネントは、本明細書に記載されていない追加の機能を実行することもできる。例えば、特定の方法で「構成」されたデバイス又は構造は、少なくともその方法で構成されるが、記載されていない方法で構成される場合もある。

更に、本明細書に記載のいくつかの実施形態は、非一時的コンピュータ可読媒体に記憶された命令を実行することによって、記載された機能を実行するように構成された１つ又は複数の電子プロセッサを含み得る。同様に、本明細書に記載の実施形態は、記載された機能を実行するために１つ又は複数の電子プロセッサによって実行可能な命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体として実装され得る。本出願において用いる場合、「非一時的コンピュータ可読媒体」は、全てのコンピュータ可読媒体を含むが、一時的な伝播信号から成るものではない。したがって、非一時的コンピュータ可読媒体は、例えば、ハードディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、光記憶デバイス、磁気記憶デバイス、ＲＯＭ（読み取り専用メモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、レジスタメモリ、プロセッサキャッシュ、又はそれらの任意の組み合わせを含むことができる。

説明したモジュール及び論理構造の多くは、マイクロプロセッサ又は同様のデバイスによって実行されるソフトウェアに実装することも、特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）などの様々なコンポーネントを使用してハードウェアに実装することもできる。「コントローラ」及び「モジュール」などの用語には、ハードウェア及び／又はソフトウェアの両方が含まれるか、又はそれらを指す場合がある。大文字の用語は一般的な慣行に準拠しており、説明をコーディング例、等式、及び／又は図面と関連付けるのに役立つ。ただし、大文字を使用しているという理由だけで、特定の意味が暗示されたり、推測されるべきであったりということはない。したがって、特許請求の範囲は、特定の実施例又は用語、或いは特定のハードウェア又はソフトウェアの実装、或いはソフトウェア又はハードウェアの組み合わせに限定されるべきではない。

本発明の他の態様は、発明を実施するための形態及び添付図面を考慮することによって明らかになるであろう。

バッテリパック充電システムの一実施形態を示す。 図１に示すバッテリパック充電システムのバッテリパック充電器の斜視図である。 上部ハウジング部分が取り外されている、図１に示されるバッテリパック充電システムのフィルタリングブロックの上面図である。 図３Ａに示されるフィルタリングブロックの側面図である。 上部ハウジング部分が取り外されている、図３Ａに示されるフィルタリングブロックの上面斜視図である。 図１に示されるバッテリパック充電システムのブロック図である。 図１に示されるフィルタリングブロックの回路図である。 図６Ａは、図１に示されるバッテリパック充電システムのフェライトビーズの側面図である。図６Ｂは、ファントムにオーバーモールドを備えた、図６Ａに示されるフェライトビーズの斜視図である。図６Ｃは、図６Ａに示されるフェライトビーズの側面断面図である。図６Ｄは、図６Ａに示されるフェライトビーズの正面断面図である。 図１に示されるバッテリパック充電システムのバッテリパック充電器の第２の実施形態を示す。 図７に示されるバッテリパック充電システムのブロック図である。 図１又は図７のバッテリパック充電システムによって実施され得る方法のフローチャートである。

図１は、バッテリパック充電システム１００を示している。バッテリパック充電システム１００は、バッテリパック充電器１０１、フィルタリング回路１０２、第１の電源ケーブル部分１０８ａ及び第２の電源ケーブル部分１０８ｂを含む交流（ＡＣ）電源ケーブル１０８、及びＡＣプラグ１１０を含む。電力線及び中性線を有する２線式コードとして示されているが（図４を参照）、いくつかの実施形態では、ＡＣ電源ケーブル１０８は、電力線、中性線及び接地を有する３線式コードである。バッテリパック充電器１０１は、上部ハウジング部分１１８ａ及び下部ハウジング部分１１８ｂを含むバッテリパック充電器ハウジング１１８を有する。バッテリパック充電器１０１は、フィルタリング回路１０２及びＡＣプラグ１１０を介してＡＣ電源（例えば、グリッド接続された壁コンセント又はＡＣ発生器）からＡＣ電力を受け取り、バッテリパック１１２を充電するように構成されている。バッテリ充電器１０１は、動力工具バッテリパック１１２を（例えば、バッテリパック１１２の対応するレールにスライドして係合するレール１１３を介して）受け取り、保持するように構成された物理バッテリパックインタフェース１１６、及び、バッテリパック１１２の対応する電気接点１１５と係合するように構成された電気バッテリパックインタフェース１１４（例えば、端子）を含む。いくつかの実施形態では、バッテリ充電器１０１は、複数のバッテリパックを受け取り、充電する（例えば、２つのバッテリパックを同時に受け取り、充電する）ように構成されるように、追加のインタフェース１１４及び１１６を含む。

バッテリパック１１２は、様々な電動動力工具（例えば、カットオフソー、マイターソー、テーブルソー、コアドリル、オーガー、ブレーカ、解体ハンマー、コンパクタ、バイブレータ、コンプレッサ、ドレンクリーナ、溶接機、ケーブルタガー、ポンプなど）、屋外工具（例えば、チェーンソー、ストリングトリマ、ヘッジトリマ、ブロワー、芝刈り機など）、その他の電動装置（例えば、車両、ユーティリティカート、資材処理カートなど）、及びその他の非電動電気装置（例えば、電源、ライト、ＡＣ／ＤＣアダプタ、発電機など）などの、１つ又は複数の動力工具と係合して電力供給するように構成されている。いくつかの実施形態では、バッテリパック１１２は、高出力バッテリパックである（例えば、少なくとも８０ボルト［Ｖ］の公称電圧を有する）。いくつかの実施形態では、バッテリパック１１２は、より低い又はより高い公称電圧（例えば、１２ボルト、１８ボルト、２８ボルト、１０～１４ボルトの間、１６～２４ボルトの間など）を有する。

フィルタリング回路１０２は、ＡＣ電源ケーブル１０８によってバッテリ充電器１０１とＡＣプラグ１１０との間に結合されたフェライトビーズ１０４及びフィルタリングブロック１０６を更に含む。図示のように、第２の電源ケーブル部分１０８ｂは、フィルタリングブロック１０６をバッテリパック充電器１０１に結合し、第１の電源ケーブル部分１０８ａは、フィルタリングブロック１０６をＡＣプラグ１１０に結合する。加えて、フェライトビーズ１０４は、第２の電源ケーブル部分１０８ｂに沿って配置される。いくつかの実施形態では、フェライトビーズ１０４は、フィルタリングブロック１０６とＡＣプラグ１１０との間に第１の電源ケーブル部分１０８ａに沿って配置される。フィルタリングブロック１０６は、ブロックハウジング１２０とも呼ばれるフィルタブロックハウジング１２０を含み、これは上部ブロックハウジング部分１２０ａ及び下部ブロックハウジング部分１２０ｂを含む（図３Ａ～Ｂを参照）。

図２は、上部ハウジング部分１１８ａが取り外されたバッテリパック充電器１０１の斜視図を示している。バッテリパック充電器１０１は、バッテリパック充電器ハウジング１１８内にプリント回路基板（「ＰＣＢ」）２００を含む。ＰＣＢ２００は、その上に取り付けられた様々な充電器回路素子を含み、これらの回路素子間の接続を提供する。例えば、ＰＣＢ２００は、その上に取り付けられた他の回路素子のなかでもとりわけ、コントローラ、ＡＣ／ＤＣ電力コンバータ、電力スイッチング素子を含み、これらは、図４に関して更に詳細に説明される。バッテリパック充電器ハウジング１１８内には、回路素子を冷却するための冷却空気流を提供するファン２０５及びヒートシンク２１０も提供される。他の構造では、ＰＣＢ２００は、例えば、追加のマイクロプロセッサ、トランジスタ、ダイオード、電流制限コンポーネント、コンデンサなどのような追加の電気回路及び／又はコンポーネントを含み得る。いくつかの実施形態では、ＰＣＢ２００は、内部チョーク２１５を含むことができ、これは、図示のように、トロイダルチョークであり得、ナノ結晶コアを含み得る。いくつかの実施形態では、内部チョーク２１５のコアは、異なる材料から構築され、いくつかの実施形態では、内部チョーク２１５は、異なる形状を有する（例えば、円形ではなく長方形の断面を有する）。

図３Ａ、３Ｂ及び３Ｃは、上部ブロックハウジング部分１２０ａが取り外されたフィルタリングブロック１０６を示している。フィルタリングブロック１０６は、バッテリパック充電システム１００からの外来ＡＣ信号（例えば、ノイズ）をフィルタリングするように構成されたフィルタリング素子を含む。フィルタブロックハウジング１２０は、差動モードチョーク対３０２、ナノ結晶フェライトチョーク３０４、及び、フィルタＰＣＢ３０６とも呼ばれる第２のＰＣＢ３０６を収容する。差動モードチョーク対３０２は、第１の差動モードチョーク３０２ａ及び第２の差動モードチョーク３０２ｂを含む。第１の差動モードチョーク３０２ａ、第２の差動モードチョーク３０２ｂ、及びナノ結晶フェライトチョーク３０４のそれぞれは、第２のＰＣＢ３０６に取り付けられる。第２のＰＣＢ３０６の導電性トレースは、差動モードチョーク対３０２、ナノ結晶フェライトチョーク３０４、及び端子３１０ａ～ｄを、図４に更に詳細に示されているそれらの間の特定の接続によって結合する。

差動モードチョーク３０２ａ及び３０２ｂは、同様のサイズ、形状、及び互いに構築されている。差動モードチョーク３０２ａ及び３０２ｂのそれぞれは、トロイダル磁気コア３１４に巻かれた絶縁ワイヤのそれぞれのコイル３１２を含む。差動モードチョーク３０２ａ及び３０２ｂの１つは、電源ケーブル１０８の電源線に結合され、他の差動モードチョーク３０２ａ及び３０２ｂは、電源ケーブル１０８の中性線に結合されている。磁気コア３１４、したがって、差動モードチョーク３０２ａ及び３０２ｂの全体的な形状は、図示のようにトロイダルである。差動モードチョーク３０２ａ及び３０２ｂは、トロイダル磁気コア３１４の中心を通り、差動モードチョーク３０２ａ及び３０２ｂが取り付けられている第２のＰＣＢ３０６の表面に平行な軸３１６に対して互いに隣接して同軸に配置されている。差動モードチョーク３０２ａと３０２ｂの間の軸３１６に沿ったギャップは、個別に取られた差動モードチョーク３０２ａ及び差動モードチョーク３０２ｂの幅よりも小さい。差動モードチョーク３０２ａ及び３０２ｂは、一般に、（等しいが反対の）差動電流をブロックしながら、コモンモード電流を通過させる。いくつかの実施形態では、差動モードチョーク３０２ａ及び３０２ｂの磁気コア３１４はまた、ナノ結晶フェライト材料から構成され得る。

ナノ結晶フェライトチョーク３０４は、トロイダル磁気コアの周りに巻かれた２本の絶縁ワイヤを有するコモンモードチョークであり、第１の巻線は電源ケーブル１０８の電源線に接続され、第２の巻線は電源ケーブル１０８の中性線に接続されている。第１の巻線（電源線）及び第２の巻線（中性線）は、両方の線に存在する電流が同じ方向に流れるように巻かれている。第１及び第２の巻線、及びナノ結晶フェライトチョーク３０４自体は、クランプ３０８によってチョーク支持プレート３１８に固定されている。クランプ３０８は、ナノ結晶フェライトチョーク３０４の配線を包み込み、配線の移動を制限する。チョーク支持プレート３１８は、第２のＰＣＢ３０６に取り付けられている。ナノ結晶フェライトチョーク３０４において、配線によって生成された磁場は、ライン上の外来信号（例えば、ノイズ）によって生成された電流の増加に抵抗する。ナノ結晶フェライトチョーク３０４は、一般に、コモンモード電流を遮断しながら、差動電流（等しいが反対）を通過させる。

ナノ結晶フェライトチョーク３０４は、ナノ結晶フェライト材料で構成されている。例えば、磁気コアは、ＦｅＣｕＮｂＳｉＢなどのナノ結晶軟磁性合金材料で構成されている。フェライトの結晶子の粒径は１００ｎｍ未満であり得る。この材料は、サイズが小さく、減衰が大きいため、高い透磁率と飽和磁化を提供する。更に、ナノ結晶フェライト材料は、より広い動作温度とフラットな温度特性を提供する。例えば、ナノ結晶フェライトチョーク３０４は、温度に関係なく、実質的に一定の透磁率、減衰、及び磁気誘導を有し得る。ナノ結晶フェライト材料を含むチョークは、非ナノ結晶フェライトの対応物と比較した場合、サイズと重量が大幅に小さいものであり得る。更に、銅損が少ないため必要な巻数が少なく、透磁率と飽和度が高いため、動作マージンが改善され、より効果的なパフォーマンスが得られる。

第２のＰＣＢ３０６上の差動モードチョーク３０２ａ～ｂ及びナノ結晶チョーク３０４の特定の配置は、それらの特定の寸法とともに、フィルタリングブロック１０６をコンパクトにすることを可能にする。差動モードチョーク３０２ａ及び３０２ｂは、チョーク３０２ａ及び３０２ｂの中心を通って延びる軸３１６が第２のＰＣＢ３０６に平行になるように第２のＰＣＢ３０６に垂直に結合される。ナノ結晶フェライトチョーク３０４は、チョーク３０４の中心を通って延びる軸３２０が第２のＰＣＢ３０６に垂直になるように、第２のＰＣＢ３０６に水平に結合される。差動モードチョーク３０２ａ及び３０２ｂ並びにナノ結晶フェライトチョーク３０４はトロイダル形状で示されているが、それらはそのように限定されない。差動モードチョーク３０２ａ及び３０２ｂ並びにナノ結晶フェライトチョーク３０４はまた、他の形状、例えば、平らな長方形で形成され得る。

ナノ結晶フェライトチョーク３０４は、一般に、それぞれの個々の差動モードチョーク３０２ａ及び３０２ｂよりも大きい。例えば、ナノ結晶フェライトチョーク３０４の半径（中心点から外周まで）は、それぞれの個々の差動モードチョーク３０２ａ及び３０２ｂの半径よりも大きい。加えて、軸３１６に沿った差動モードチョーク対３０２の結合幅は、それらの間のギャップを含めて、ナノ結晶フェライトチョーク３０４の直径よりも小さい。軸３２０に沿って測定されるナノ結晶フェライトチョーク３０４の厚さは、軸３２０に平行な方向で測定されるそれぞれの個々の差動モードチョーク３０２ａ及び３０２ｂの高さ（すなわち、第２のＰＣＢ３０６の上の差動モードチョーク３０２ａ及び３０２ｂの高さ）よりも小さい。ナノ結晶フェライトチョーク３０４はまた、巻線構造が異なってもよい。例えば、ナノ結晶フェライトチョーク３０４は、バイファイラー配線構成で構成され得、一方、差動モードチョーク３０２ａ及び３０２ｂは、断面配線で構成され得る。ナノ結晶フェライトチョーク３０４はまた、差動モードチョーク３０２ａ及び３０２ｂとは異なるタイプの配線で構成され得る。例えば、ナノ結晶フェライトチョーク３０４は、磁石ワイヤで構成されるワイヤラッピングを有することができ、一方、差動モードチョーク３０２ａ及び３０２ｂは、三重絶縁ワイヤで構成されるワイヤラッピングを有することができる。ナノ結晶フェライトチョーク３０４並びに差動モードチョーク３０２ａ及び３０２ｂは、これらの構成に限定されず、これらの特性の別の組み合わせを有し得る。

前述のように、フィルタリングブロック１０６は更に、４つの端子３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、及び３１０ｄを含む。端子３１０ａ及び３１０ｂは、図３Ｃ及び図４に示されるように、第１の電源ケーブル部分１０８ａの電力線４０２ａ及び中性線４０２ｂを介してフィルタリングブロック１０６をＡＣプラグ１１０に結合する。端子３１０ｃ及び３１０ｄは、図３Ｃ及び図４に示されるように、電力線４０３ａ及び第２の電源ケーブル部分１０８ｂの中性線４０３ｂを介して、フィルタリングブロック１０６をフェライトビーズ１０４に結合する。

図４は、バッテリパック充電システム１００のブロック図である。ＡＣプラグ１１０は、電源線４０２ａ及び中性線４０２ｂを含む第１の電源ケーブル部分１０８ａによってフィルタリング回路１０２に結合されている。電源線４０２ａは端子３１０ａに結合され、中性線４０２ｂは端子３１０ｂに結合されている。第１の電源ケーブル部分１０８ａを介して、ＡＣプラグ１１０は、ナノ結晶フェライトチョーク３０４、差動モードチョーク３０２ａ及び３０２ｂ、並びにフェライトビーズ１０４を含むフィルタリング回路１０２にＡＣ電力を供給する。フィルタリング回路１０２のフィルタ素子は、外来信号及び不要な周波数の信号をブロックする。フィルタリング回路１０２内で、ナノ結晶フェライトチョーク３０４並びに差動モードチョーク３０２ａ及び３０２ｂは、二次フィルタリング回路４０４を形成する。二次フィルタリング回路４０４は、図３Ａ～Ｂに関して上記で説明したように、フィルタブロックハウジング１２０内に収容される。代替の実施形態では、二次フィルタリング回路４０４は、以下でより詳細に説明される、バッテリ充電器ハウジング１１８内に配置され得る。二次フィルタリング回路４０４はまた、図５の回路図に示されている。

図３Ａ～Ｂに関して前述したように、二次フィルタリング回路４０４内で、電源線４０２ａは、第１の差動モードチョーク３０２ａに結合され、中性線４０２ｂは、第２の差動モードチョーク３０２ｂに結合される。図３Ａ～Ｂに関して説明したように、ナノ結晶フェライトチョーク３０４は、２本の巻線を含む。第１の差動モードチョーク３０２ａの出力は、ナノ結晶フェライトチョーク３０４の第１の巻線に結合され、第２の差動モードチョーク３０２ｂの出力は、ナノ結晶フェライトチョーク３０４の第２の巻線に結合される。次に、第１及び第２の巻線ワイヤは、それぞれ、端子３１０ｃ及び３１０ｄに結合される。これらの接続は、図５の回路図にも示されている。

フィルタリング回路１０２は、第２の電源ケーブル部分１０８ｂによってバッテリ充電器１０１に接続されている。より具体的には、第２の電源ケーブル部分１０８ｂは、一方の端で端子３１０ｃ及び３１０ｄに、そして、反対側の端でバッテリ充電器１０１のＡＣ／ＤＣコンバータ４０６にそれぞれ結合する、電源線４０３ａ及び中性線４０３ｂを含む。加えて、前述のように、フェライトビーズ１０４は、第２の電源ケーブル部分１０８ｂに沿って配置されている。電源回路とも呼ばれるＡＣ／ＤＣコンバータ４０６は、フェライトビーズ１０４を介して供給されるフィルタリングされたＡＣ電力を、バッテリパックインタフェース１１４に接続されたバッテリパック（例えば、バッテリパック１１２）を充電するために使用されるＤＣ電力に変換する。ＡＣ／ＤＣコンバータ４０６は、例えば、整流器又はスイッチモード電源である。ＡＣ／ＤＣコンバータ４０６はまた、図を簡略化するために回路接続が示されていないが、電子コントローラ４１２に電力を供給する。

ＤＣ電力は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４０６から充電回路４０８に供給される。充電回路４０８は、バッテリパックインタフェース１１４に結合され、バッテリパックインタフェース１１４に充電電流を提供するように構成されている。充電電流は、電子コントローラ４１２によって制御される。例えば、充電回路４０８は、電子コントローラ４１２によって選択的に制御されて、バッテリパックインタフェース１１４に充電電流を提供し、（例えば、バッテリパック１１２が完全に充電されているとき、又はバッテリパックがバッテリ充電器１０１上に存在しないとき）充電電流がバッテリパックインタフェース１１４に流れるのを抑止する、１つ又は複数の電力スイッチング素子（ＢＪＴ、ＭＯＳＦＥＴなど）を含み得る。充電回路４０８はまた、バッテリパック１１２に関するバッテリ状態情報を電子コントローラ４１２に提供するように構成され、それに基づいて電子コントローラ４１２は充電回路４０８の制御を行う。例えば、電子コントローラ４１２は、充電回路４０８を制御して、バッテリパック１１２が完全に充電されている（例えば、電子コントローラ４１２に記憶された閾値を超える電圧レベルを有する）、又は故障状態に到達している（例えば、過熱信号がバッテリパック１１２又はバッテリパックインタフェース１１４から受信されている）、と電子コントローラ４１２が判断するまで、充電電流をバッテリパックインタフェース１１４（及び、したがって、バッテリパック１１２）に供給するように構成されている。いくつかの実施形態では、充電回路４０８は、バッテリ状態情報を電子コントローラ４１２に提供するセンサ（例えば、電流センサ、電圧センサ、温度センサなど）を含む。いくつかの実施形態では、充電回路４０８の１つ又は複数のセンサに加えて、又はその代わりに、バッテリパック１１２は、そのようなセンサと、バッテリパックインタフェース１１４を介してバッテリ状態情報を感知して電子コントローラ４１２に通信するバッテリパック電子コントローラとを含む。

電子コントローラ４１２は、センサから、又は通信から、バッテリパック１１２のバッテリパック充電状態及び他のバッテリ状態情報を判断する。更に、電子コントローラ４１２は、バッテリ充電器１０１の状態情報（例えば、充電中、充電中ではない、故障）を判断する。インジケータ４１４は、例えば、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）ディスプレイであり得る。インジケータ４１４は、ユーザに視覚的なフィードバックを提供するために、バッテリ充電器ハウジング１１８に配置されている。例えば、電子コントローラ４１２は、インジケータ４１４を駆動して、バッテリパック１１２、バッテリ充電器１０１、又はそれらの組み合わせの判断された状態を示すように構成されている。

いくつかの実施形態では、電子コントローラ４１２は、命令を記憶するメモリと、メモリに結合され、命令を検索及び実行して本明細書に記載の電子コントローラ４１２の機能を実装するように構成された電子プロセッサとを含む。

いくつかの実施形態では、バッテリパック充電器１０１は、第２の電源ケーブル部分１０８ｂを受け入れるように構成された内部チョーク２１５を含み得る。内部チョーク２１５は、チョーク２１５の入力側の電源線４０３ａ及び中性線４０３ｂ、並びにチョーク２１５の出力側のＡＣ／ＤＣコンバータ４０６に結合されている。内部チョーク２１５は、フェライトコア、ナノ結晶コア、又は別の構造の共通モードトロイダルチョークであり得る。内部チョーク２１５は、ナノ結晶フェライトチョーク３０４とは異なる周波数で（例えば、異なるコアサイズ、コア材料、巻線数、又は巻線タイプに基づいて）ノイズをフィルタリングするように構成され得る。いくつかの実施形態では、内部チョーク２１５は存在せず、フェライトビーズ１０４からの電源線４０３ａ及び中性線４０３ｂは、介在する内部チョーク２１５なしでＡＣ／ＤＣコンバータ４０６に結合される。

図５は、フィルタリングブロック１０６及び図４の二次フィルタリング回路４０４の回路図を示している。この図には、前述の端子３１０ａ～ｄ、差動モードチョーク３０２ａ及び３０２ｂ、並びにナノ結晶フェライトチョーク３０４が含まれている。また、図３Ａ～Ｂ及び４に関して前述したナノ結晶フェライトチョーク３０４の第１の巻線（巻線５００）及び第２の巻線（巻線５０２）も示されている。

図６Ａ～６Ｄは、フェライトビーズ１０４の様々な図を示す。フェライトビーズ１０４は、ＡＣ電源ケーブル１０８が経験する高周波電流を放散することによって高周波ノイズを抑制する。フェライトビーズ１０４は、入力端１０４ａ及び出力端１０４ｂを備えた中空円筒形である。フェライトビーズ１０４は、ＡＣ電源ケーブル１０８がフェライトビーズ１０４の内部通路を通って入力端１０４ａから出力端１０４ｂまで延びるように、ＡＣ電源ケーブル１０８の周りに配置される。第２の電源ケーブル部分１０８ｂは、フェライトビーズ１０４をストレインリリーフセグメント５０２ａ及び５０２ｂに結合する。ストレインリリーフセグメント５０２ａは、固定され、バッテリパック充電器１０１に接続され得る。ストレインリリーフセグメント５０２ｂは、固定され、フィルタリングブロック１０６に接続され得る。いくつかの実施形態では、ストレインリリーフセグメント５０２ｂはまた、固定され、ＡＣプラグ１１０に接続され得る。一実施形態では、フェライトビーズ１０４は、ナノ結晶フェライト材料から構成される。

図６Ｂは、フェライトビーズ１０４の等角図を示す。ＡＣ電源ケーブル１０８は、フェライトビーズ１０４の入力端１０４ａに入り、フェライトビーズ１０４の出力端１０４ｂを出て、外縁を包み込み、入力端１０４ａに再度入って、フェライトビーズ１０４の表面の周りに１つの完全なループを形成する。この配置は、フェライトビーズ１０４の上面図を提供する図６Ｃ、及びフェライトビーズ１０４の側面図を提供する図６Ｄにおいて更に示されている。ＡＣ電源ケーブル１０８及びフェライトビーズ１０４は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などのポリマーオーバーモールド６０２に入っている。加えて、オーバーモールド６０２は、ビーズストレインリリーフ６０６ａ及び６０６ｂを含む。

図７～８は、バッテリパック充電器システム７００を含む代替の実施形態を示している。図７～８のバッテリパック充電システム７００は、いくつかの点でバッテリパック充電システム１００に類似しており、したがって、同様のコンポーネントは、同様の参照番号で示され、バッテリパック充電器システム７００とバッテリパック充電システム１００との間の違いのみが説明されている。実施形態では、ナノ結晶フェライトチョーク３０４及び差動モードチョーク対３０２は、バッテリパック充電器ハウジング１１８内に配置及び収容される。例えば、図７に示されるように、ナノ結晶フェライトチョーク３０４及び差動モードチョーク対３０２はＰＣＢ２００に取り付けられている。

図８は、バッテリパック充電システム７００の代替実施形態のブロック図を示す。前述のように、バッテリパック充電システム７００において、二次フィルタリング回路４０４は、バッテリパック充電器ハウジング１１８内にある。言い換えれば、この実施形態は二次フィルタリング回路４０４をバッテリパック充電器ハウジング１１８に一体化し、それ自身のハウジングを有する別個のコンポーネントとしてフィルタリングブロック１０６を取り外す。加えて、図４に示される実施形態に関して同様に記されるように、いくつかの実施形態では、内部チョーク２１５は、バッテリパック充電器システム７００に含まれていない。

図９は、いくつかの実施形態では、バッテリパック充電システム１００及びバッテリパック充電システム７００によって実行される方法９００のブロック図を示す。ブロック９０２において、バッテリパック充電システム１００は、バッテリパックインタフェース１１４を介してバッテリパック１１２を受け取る。例えば、物理バッテリパックインタフェース１１６のレールは、バッテリパック１１２の対応するレール１１３と係合する。加えて、電気バッテリパックインタフェース１１４の端子は、バッテリパック１１２の対応する電気接点１１５に結合して電気接続を作り出す。

ブロック９０４において、バッテリパック充電システム１００は、ＡＣプラグ１１０を介してＡＣ電力を受け取る。ＡＣ電力は、ＡＣプラグ１１０が結合されている住宅用電気ソケット、携帯型発電機などによって供給され得る。

ブロック９０６で、バッテリパック充電システム１００は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４０６を介して受け取ったＡＣ電力をＤＣ電力に変換する。例えば、いくつかの実施形態では、ＡＣ／ＤＣコンバータ４０６は、ＡＣ電力を受け取ってＤＣ電力に整流する整流器を含む。更に、いくつかの実施形態では、ＡＣ／ＤＣコンバータ４０６は、入力側でＡＣ電力を受け取り、制御信号（例えば、電子コントローラ４１２から）を介してオン及びオフに切り替えられて出力側のＤＣ電力を生成する電力スイッチング素子を含むスイッチモード電源を含む。

ブロック９０８において、バッテリパック充電システム１００は、電子コントローラ４１２を介して、電気バッテリパックインタフェース１１４への充電電流の供給を制御する。充電電流の供給は、上記のように、電子コントローラ４１２のメモリ内に記憶された以前の設定に、及び電子コントローラ４１２によって取得された感知されたバッテリパック情報に基づくことができる。

ブロック９１０で、バッテリパック充電システム１００は、ＡＣ電源ケーブル１０８上で外来信号を受信する。外来信号は、例えば、内部回路コンポーネントからの（例えば、電力スイッチング素子の制御からの）又は電流がＡＣ電源ケーブル１０８に戻るときに存在する外部ソース（例えば、他の近くの電子デバイス、又は同じＡＣ電源に結合された他の動力工具又は器具）からの、電磁干渉又はノイズであり得る。ブロック９１２で、バッテリパック充電システム１００は、ナノ結晶フェライトチョーク３０４を介した電源ライン（ＡＣ電源ケーブル１０８など）上の外来信号をフィルタリングする。例えば、ナノ結晶フェライトチョーク３０４の配線は、コモンモード構成を形成する。配線を流れる電流は、配線を流れる電流の変化に対抗する磁場を生成するため、外来信号をフィルタリングする。外来信号はまた、ナノ結晶フェライトチョーク３０４と組み合わせて、差動モードチョーク３０２ａ及び３０２ｂによってフィルタリングされ得る。別の構造では、フェライトビーズ１０４も外来信号をフィルタリングする。

したがって、本明細書で提供される実施形態は、とりわけ、外来信号をフィルタリングするためのシステム及び方法を説明する。様々な特徴及び利点が以下の特許請求の範囲に記載されている。

Claims (28)

1. バッテリパックを受け取るように構成されたバッテリパックインタフェースと、
   前記バッテリパックインタフェースに結合され、前記バッテリパックインタフェースに充電電流を提供するように構成された充電回路と、
   前記充電回路に結合され、前記バッテリパックインタフェースへの充電電流の供給を制御するように構成されたコントローラと、
   前記充電回路に結合された電源回路と、
   前記電源回路に結合され、ナノ結晶フェライトコモンモードチョークを含むフィルタ回路と、
   前記フィルタ回路を交流電源に接続するように構成された交流プラグと、
   を備える、バッテリパック充電システム。
2. 前記フィルタ回路が少なくとも１つの差動モードチョークを含む、請求項１に記載のバッテリパック充電システム。
3. 前記フィルタ回路がフェライトビーズを含む、請求項１に記載のバッテリパック充電システム。
4. 前記ナノ結晶フェライトコモンモードチョークと直列になっている第２のナノ結晶フェライトコモンモードチョークを更に備える、請求項１に記載のバッテリパック充電システム。
5. 前記ナノ結晶フェライトコモンモードチョークが充電器ハウジングの外側にあり、前記第２のナノ結晶フェライトコモンモードチョークが前記充電器ハウジングの内側にある、請求項４に記載のバッテリパック充電システム。
6. 前記ナノ結晶フェライトコモンモードチョーク及び前記第２のナノ結晶フェライトコモンモードチョークが充電器ハウジングの内側にある、請求項４に記載のバッテリパック充電システム。
7. 前記ナノ結晶フェライトコモンモードチョークがトロイダル形状である、請求項１に記載のバッテリパック充電システム。
8. 前記充電回路と、前記コントローラと、前記電源回路と、前記ナノ結晶フェライトコモンモードチョークと、を収容するハウジングを更に備える、請求項１に記載のバッテリパック充電システム。
9. 前記充電回路と、前記コントローラと、前記電源回路と、を収容する充電器ハウジングと、
   前記ナノ結晶フェライトコモンモードチョークを収容するフィルタブロックハウジングと、
   前記充電器ハウジングと前記フィルタブロックハウジングとを接続する電源ケーブルと、
   を更に備える、請求項１に記載のバッテリパック充電システム。
10. 第１の差動モードチョークと第２の差動モードチョークとを含む差動モードチョーク対であって、前記差動モードチョーク対は前記フィルタ回路の一部である、差動モードチョーク対、を更に備える、請求項９に記載のバッテリパック充電システム。
11. 前記フィルタブロックハウジング内の回路基板であって、前記差動モードチョーク対及び前記ナノ結晶フェライトコモンモードチョークが前記回路基板上に配置されている回路基板、を更に備える、請求項１０に記載のバッテリパック充電システム。
12. バッテリパックを受け取るように構成されたバッテリパックインタフェースと、
    前記バッテリパックインタフェースに結合され、前記バッテリパックインタフェースに充電電流を提供するように構成された充電回路と、
    前記充電回路に結合され、前記バッテリパックインタフェースへの充電電流の供給を制御するように構成されたコントローラと、
    前記充電回路に結合された電源回路と、
    前記充電回路と、前記コントローラと、前記電源回路と、を収容する充電器ハウジングと、
    交流電源に接続するように構成された交流プラグと、
    充電器ハウジングの外部にあってナノ結晶フェライトフィルタ素子を含むフィルタ回路であって、前記電源回路を前記交流プラグに接続して前記電源回路に交流電力を供給するように構成されたフィルタ回路と、
    を含む、バッテリパック充電システム。
13. 前記充電器ハウジング内に第２のナノ結晶フェライトフィルタ素子を更に備える、請求項１２に記載のバッテリパック充電システム。
14. 前記第２のナノ結晶フェライトフィルタ素子が前記ナノ結晶フェライトフィルタ素子と直列になっている、請求項１３に記載のバッテリパック充電システム。
15. 第１のモード差動モードチョークと第２の差動モードチョークとを含む差動モードチョーク対と、
    フェライトビーズと、
    を更に備える、請求項１２に記載のバッテリパック充電システム。
16. フィルタブロックハウジング内の回路基板であって、前記差動モードチョーク対及び前記ナノ結晶フェライトコモンモードチョークが前記回路基板上に配置されている回路基板、を更に備える、請求項１５に記載のバッテリパック充電システム。
17. フィルタブロックハウジングと前記充電器ハウジングとの間の第１の電源ケーブルに沿って配置されたフェライトビーズを更に備える、請求項１２に記載のバッテリパック充電システム。
18. 前記ナノ結晶フェライトフィルタ素子がトロイダル形状を有する、請求項１２に記載のバッテリパック充電システム。
19. 前記充電器ハウジング内に配置された第２のナノ結晶フェライトフィルタ素子を更に備える、請求項１２に記載のバッテリパック充電システム。
20. 前記フィルタ回路を収容するフィルタブロックハウジングと、
    前記充電器ハウジングと前記フィルタブロックハウジングとを接続する第１の電源ケーブルと、
    前記フィルタブロックハウジングを前記交流プラグに接続する第２の電源ケーブルと、
    を更に含む、請求項１２に記載のバッテリパック充電システム。
21. 前記ナノ結晶フェライトフィルタ素子がナノ結晶フェライトコモンモードチョークである、請求項１２に記載のバッテリパック充電システム。
22. 第１の差動モードチョークと第２の差動モードチョークとを含む差動モードチョーク対であって、前記差動モードチョーク対は前記フィルタ回路の一部である、差動モードチョーク対、を更に含む、請求項１２に記載のバッテリパック充電システム。
23. バッテリパックを充電するための方法であって、
    バッテリパック充電器のバッテリパックインタフェースによって、バッテリパックを受け取ることと、
    電源ケーブルを介して、前記バッテリパック充電器の電源で交流電力を受け取ることと、
    前記電源によって、前記交流電力を直流電力に変換することと、
    電子コントローラによって、前記バッテリパックを充電するために前記バッテリパックインタフェースへの充電電流の供給を制御することと、
    前記電源ケーブル上の外来信号を受信することと、
    ナノ結晶フェライトトロイダルチョークによって、前記電源ケーブル上の前記外来信号をフィルタリングすることと、
    を含む、方法。
24. 前記ナノ結晶フェライトトロイダルチョークがコモンモードチョークである、請求項２３に記載の方法。
25. 少なくとも１つの差動モードチョークによって、前記電源ケーブル上の前記外来信号をフィルタリングすること、
    を更に含む、請求項２３に記載の方法。
26. 充電器ハウジングとは別のフィルタブロックハウジング内に、前記ナノ結晶フェライトトロイダルチョーク及び少なくとも１つの差動モードチョークを収容すること、
    を更に含む、請求項２５に記載の方法。
27. 前記電源ケーブル上の前記外来信号をフィルタリングすることが、
    第１の周波数で信号をフィルタリングするように構成された第１のナノ結晶フェライトトロイダルチョークを介して、前記電源ケーブル上の前記外来信号をフィルタリングすることと、
    第２の周波数で信号をフィルタリングするように構成された第２のナノ結晶トロイダルチョークを介して、前記電源ケーブル上の前記外来信号をフィルタリングすることと、
    を含む、請求項２３に記載の方法。
28. 前記バッテリ充電器の前記電源で交流電力を受け取ることが、
    交流プラグで前記交流電力を受け取ることと、
    ナノ結晶フェライトトロイダルチョーク及び少なくとも１つの差動モードチョークを介して、前記交流プラグから前記電源に前記交流電力を供給することと、
    を含む、請求項２３に記載の方法。
    
    

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