JP6980387B2 - ポータブル電源の改良 - Google Patents

Description

本出願が関係する本発明は、典型的にはバッテリーパックと呼ばれる形態のポータブル電源であり、それは、バッテリーパックが少なくとも部分的に充電されている場合に、電動工具を動作可能にできるように、電動工具などの動力製品に着脱可能に装着することができる。

工具を動作させるために電力を供給できるように電動工具に装着できるバッテリーパックの提供は、周知である。従来的に、ドリル、レシプロソーなどの工具用に、特定のモデルの２つのバージョンが提供される。即ち、主電源接続を備えた第１のバージョンと、接続されたバッテリーパックから電力が供給され、従って主電源が容易には接続可能でない場所で工具を使用できるようにする第２のバージョンと、が提供される。

従来のバッテリーパックは、典型的には、複数のセルを含み、それらのセルは、そこから電力を提供するために相互接続される。セルは、典型的には密封されたハウジング内に提供され、ハウジングは、バッテリーパックを設置し、かつ電動工具に電力を提供するために電動工具に電気的に接続できるようにする場所手段を提供され、同様にバッテリーパックにおけるバッテリーの再充電を可能にするために、バッテリーパックを充電装置に電気的に接続できるようにする場所手段を提供される。

バッテリーパックが使用可能であるために、バッテリーパックは、周期的に充電される必要があり、充電を行う必要のある頻度は、多くの要因の単体に又はそれらの組み合わせに依存する可能性があり、多くの要因は、電動工具の使用レベル及び負荷、バッテリーパックの容量、バッテリーパックのエイジ、及び／又はバッテリーパック内に提供されたセルの形態を含むことができる。バッテリーパックと共に動作され得る電動工具のタイプ、速度及び出力はまた、上記の要因によって制限される可能性がある。従って、バッテリーパックの使用は、電動工具の使用場所のより大きな柔軟性を可能にする点で疑う余地のない利点を有するが、電動工具のユーザは、動作するときの電動工具の全出力の不足及び／又はバッテリーパックを再充電する必要がある間の時間の不足によって苛々させられる可能性があることが分かる。

上記に加えて、電動工具で使用するために提供される従来のバッテリーパックは、特定の電圧、最も典型的には１８ボルトの電源を提供するように典型的には構成される。従来の１８ボルトバッテリーパックは、典型的には、５つの電力セル若しくはバッテリーが提供されるハウジングを備えた、又は１０の電力セル若しくはバッテリーが提供されるハウジングを備えた２つの形態で提供される。５セルバッテリーパックの利点は、それが１０セルパックよりコンパクで軽く、従ってそれが電動工具に接続された場合に、それほどの重量を電動工具に加えないということである。１０セルパックを用いる利点は、それが５セルパックより長い放電電力時間及びより高い電流引き込み容量を有することができるということである。

電動工具及び／又はバッテリーパックとの接続手段は、典型的には、特定の電動工具及び／又は充電器要件に適合するように選択することができ、かつバッテリーパックは、一メーカに共通の多くの工具で使用するために提供されるが、しかし別のメーカに共通の電動工具では使用できないというのが一般に事実である。しかしながら、各場合において、典型的には、接続部は、１８Ｖ及び０Ｖ接続端子を含み、そのそれぞれは、バッテリーパック又は電動工具の１つに提供されるメス型ソケット、及びバッテリーパック又は電動工具のもう一方に提供されるオス型プラグの形態で提供される。

セルに加えて、バッテリーパック及び／又は電動工具は、セルの制御された充電及びセルから電動工具への電力の放電を可能にする電源制御手段を含んでもよい。

しかしながら、従来のバッテリーパックに関する問題は、従来のバッテリーパックが、１８Ｖなどの一定電圧を供給するために現在設計されているということである。何故なら、慣例では、バッテリーパック及び電動工具のメーカは、既に市場にあり、既に１８Ｖのパワーパックを用いて動作する自らの工具のユーザを支援する義務を有するからである。従って、これは、異なる電圧を提供できるバッテリーパックを開発する点での無気力をもたらす。何故なら、そのとき、それらのバッテリーパックは、既存の電動工具では使用できないであろうからである。これは、たとえ、安全で最も効率的に動作するために、バッテリーパックを装着できる異なる工具が、異なる電力ワット値を要求しても事実である。これは、次のことを意味する。即ち、例えば、著しく異なる動作電力要件を有するチェーンソー及びトーチなど、異なる電力又は「電流引き込み」要件を用いるさまざまな工具に電力を供給するバッテリーパックの動作を制御する場合に、安全な方法で電動工具の動作を可能にするのに十分な方法で供給される電力を制御するために、かなりの設計及び制御ハードウェア並びにソフトウエアコンポーネントが、提供される必要があることを意味する。それはまた、次のことを意味する。即ち、チェーンソー用のモータなど、自らへの比較的高い電源を要求する電動工具用に、生成される電流は、要求される電流ワット数を達成するために、比較的高くなければならず、３００Ｗが、現在、電動工具モータの動作の制御を維持しながら提供できる典型的な上限であることを意味する。例えば、電圧が１８ボルトに定格を定められるので、電力を高めるために電流を増加させることが可能なだけである。しかしながら、３００Ｗから４５０Ｗに電力を増加させることは、５０％の電流の増加を必要とし、電流引き込みの増加は、コンポーネントコストの増加に直接関係する。加えて、これは、一定電圧出力を提供される従来のバッテリーパックに対して著しい追加費用をもたらす。更に、バッテリーパックの制御手段が、うまく機能しない場合に、バッテリーパックが接続される電動工具に損傷が引き起こされるリスクが存在する。モータの効率的な動作を超過された場合に、電動工具のモータの動作を制御する能力に関する懸念がまた存在し得る。加えて、より高い電流引き込みは、バッテリーの寿命を著しく縮小する。

より高い一定電圧を供給するバッテリーパックを提供する試みは、より高い電圧を提供するために、バッテリーパックに収容される必要のある比較的多数のセル故に、今まで大きくかさばったパックの形態であり、従ってそれは、電動工具に著しい重量を追加する。又は別の選択肢は、２つのより低い一定電圧のバッテリーパックを組み合わせて用いることだったが、それは、追加の重量問題をもたらし、また２つのバッテリーを同時に充電する必要性と同様に、電動工具のボディに２つのパックを収容する点での問題を生じさせる。

米国特許出願公開第２０１３０００２１７５号明細書は、バッテリーパックシステムを開示するが、そのバッテリーパックシステムでは、より広範囲のバッテリーパックを同じ工具で安全に使用できるようにするために、異なるタイプのバッテリーパック、装着手段及び制御手段が提供される。その開示はまた、特定の電動工具で使用するのが安全ではないであろうバッテリーパックが用いられるのを防ぐ。

本発明の目的は、電動工具と共に使用でき、１つを超える電圧供給を提供するために使用できるバッテリーパワーパックを提供することである。更なる目的は、柔軟性の向上を有するバッテリーパックであって、そこから供給できる電圧を選択可能にし、それによって、そのときにバッテリーパックが取り付けられる特定の電動工具の動作に一層よく適するようにできるバッテリーパワーパックを提供することである。

本発明の第１の態様において、電動工具及びバッテリーパックが接続された場合に、電動工具及びバッテリーパック組立ては電動工具の動作用の電力を提供できるようにする電動工具及びバッテリーパック組立てであって、バッテリーパックは、複数の電力セルを含み、接続手段は、バッテリーパックから電動工具に、少なくとも第１の電圧又は第２の電圧において電力の提供を選択するための形態である、電動工具及びバッテリーパック組立てが提供される。

一実施形態において、選択的に提供できる少なくとも２つの電圧は、第１の電圧「ｎ」Ｖ及び第２の電圧「２ｎ」Ｖである。一実施形態において、ｎは、１６〜２２Ｖの範囲の値を有する。

一実施形態において、選択的に提供できる２つの電圧は、１８Ｖ及び３６Ｖである。

一実施形態において、バッテリーパックへの又はバッテリーパックからの電力セルの追加又は除去は、供給される電圧の変更を可能にするためには必要とされない。

好ましくは、供給される電圧は、電動工具とバッテリーパックとの間の相互作用を介して選択される。

一実施形態において、相互作用は、特定の電気端子の接続手段の構成が、バッテリーパックからの第１又は第２の電圧の供給をもたらすような、バッテリーパックと電動工具との間の機械的相互作用である。

別の実施形態において、相互作用は、接続手段相互作用と同様に又はその代わりに、電気的相互作用である。この実施形態において、用いられる電気的相互作用は、ひとたびバッテリーパックが電動工具に接続されると、特定の電動工具を動作させるために必要とされる電圧供給を決定するものとなり得る。

典型的には、接続手段は、バッテリーパックが接続されるときに電動工具への間違った電圧の供給を防ぐための安全手段を含む。

一実施形態において、バッテリーパック内に提供されるセルは、どちらの電圧が提供されるかにかかわらず、バッテリーパックにおける同じ場所に留まり、ハウジングの内部又は電力セルへのアクセスは、電圧を変更するためには必要とされない。典型的には、電力セルと、電力が電動工具に供給される起点となるバッテリーパックの接続手段端子との間の接続の構成は、その時の接続手段の接続の形態に応じ、それによって、電動工具に提供される特定の電圧を選択するように選択される。

一実施形態において、第１の接続の構成は、バッテリーパックの電力セルを直列接続で提供し、第２の接続の構成は、バッテリーパックの電力セルを並列接続で提供する。典型的には、電力セルが、第１の直列構成で提供される場合に、電力は、２つの電圧のうちのより高い電圧でバッテリーパックから電動工具に供給される。

一実施形態において、バッテリーパックは、充電装置に接続可能であり、バッテリーパックにおけるセルの構成は、所定の充電構成になるように選択される。典型的には、バッテリーパックは、バッテリーパックから供給できる少なくとも２つの電圧のうちのより高い電圧で充電される。

一実施形態において、電動工具は、バッテリーパックの接続手段の電気端子に接続される電動工具に提供される複数の接続手段の電気端子を含み、バッテリーパックは、電動工具より多数の電気端子を含み、バッテリーパックから電動工具に供給される電圧は、電動工具がバッテリーパックに接続される場合の、バッテリーパック端子に対する電動工具の電気端子の場所によって決定される。

典型的には、２つの電動工具の電気端子は、２つの電動工具の電気端子が、バッテリーパックに提供される複数の電気端子の２つに接続されることだけが可能であるように、提供されて設置され、従って、正しい電圧が電動工具に提供されることを可能にする。

典型的には、係合手段は、バッテリーパック及び電動組立ての使用中に、一体の組立てを形成するために、バッテリーパック及び電動組立てを一緒に係合可能にするように提供される。典型的には、解放手段は、係合手段の解放及びバッテリーパックが、電動工具から分離されるように提供される。

本発明の更なる態様において、電動工具に接続された場合に、電動工具の動作用の電力を提供するための、電動工具との接続用のバッテリーパックであって、バッテリーパックは、複数の電力セルを含み、電力セルは、第１の電圧出力を提供するために第１の接続の構成で接続可能であり、第２の電圧出力を提供するために第２の接続の構成で接続可能であるバッテリーパックが提供される。

本発明の更なる態様において、動作用にバッテリーパックから電力が提供される電動工具が提供され、電動工具は、バッテリーパックから電動工具に電力を渡せるようにするためのバッテリーパックとの電気的接続を可能にする接続手段を含み、接続手段の場所は、電動工具に接続された場合に、バッテリーパックから電力が供給され得る電圧の範囲から特定の電圧が選択される。

少なくとも２つの可能な電圧の１つの選択的な提供を可能にする接続手段の提供は、また、バッテリーパックの重量又は場所要件に悪影響を及ぼさずに、より大きな電力の柔軟性がバッテリーパックから提供されることを可能にする。

典型的には、バッテリーパックは、２つの異なる電圧レベルで電力を提供することができ、供給される特定の電圧レベルは、接続手段条件に、次にはバッテリーパックの電力セルとバッテリーパックの接続端子との間の接続の構成に依存する。

重要なことに、電動工具の動作及びバッテリーパックの充電の両方のための電流要件は、典型的にはバッテリーパックが直列のセル接続の構成で充電されるので、低減される。電力が、電流×電圧に等しいので、提供される電力は、少なくとも維持することができるが、しかしそうするためのコストは、より低い電流が要求されると共に、より低くなる。

本明細書で定義されるような本発明は、例えば、ベンチ電動工具に接続された本発明によるバッテリーパックによって供給される電力によるベンチ電動工具の動作など、本発明によるバッテリーパックへの装着によって動作させることができる電動工具の範囲を増大させることができるようにする。

本明細書で説明される形態でバッテリーパック及び電動工具を提供することにより、結果として、バッテリーパックが接続されるときに電動工具に最も適した少なくとも２つの電圧の１つは、バッテリーパックによって電動工具に提供することができる。従って、これは、次のことを意味する。即ち、バッテリーパックの動作を制御するために必要とされる制御手段は、特定の電動工具の電力又は引き込みの要求が、適正な電圧供給の提供によって、より効率的かつ安全に提供され、従って提供される電流の制御に関する要求が縮小されるので、著しく縮小されることを意味する。これは、同様に、次のことを意味する。即ち、制御手段の一部としてバッテリーパックに提供されるように従来的には要求されるハードウェアは、低減するか又は実際に除去することができ、それでもバッテリーパックを安全にかつ低減されたバッテリーパックの製造コストで動作させ得ることを意味する。従って、バッテリーパックからの電力出力はより高く、損失は低下され熱発生は低下される。

ここで、添付の図面を参照して、本発明の特定の実施形態を説明する。

本発明によるバッテリーパックが電力を提供するために用いられ得るさまざまな電動工具を示す。 本発明のバッテリーパックが提供され得る形態のバッテリーパックを示す。 本発明の一実施形態に従って使用するためのバッテリーパックセルのレイアウトを示す。 本発明に従って、図３のバッテリーパックにおける電力セルの第１と第２の接続の構成を示す。 本発明の実施形態に従って、バッテリーパックから分離している、異なる構成における電動工具の接続手段を示す。 接続された図５の部分を示す。

最初に図１を参照すると、本発明によるポータブルバッテリーパックが利用できる電動工具のタイプの例として、さまざまな電動工具１が示されている。所与の例は、ドリル２、チェーンソー４、トーチ６である。各場合に、電動工具は、動作するための電力が提供される作動部８を有する。チェーンソー及びドリルの場合に、作動部８は、作動部８の運動を引き起こすハウジング１０内のモータによって電力が提供され、トーチライトにおいて、バルブ１２は、トーチライトの表面１４から光を放射できるようにするために提供される。各場合に、ボディは、典型的にはピン１６の形態をした電気的接続手段を提供され、電気的接続手段は、破線で示されているように、ハウジングと共に機械的に設置できるバッテリーパック１８に提供される整合スロットに収容されるように配置される。ハウジングとバッテリーパックの正しい機械的な場所で典型的には自動的に電気的接続がなされると、電力は、電動工具を使用できるようにするために、バッテリーパックから電動工具に供給される。バッテリーパック及び電動工具は、電動工具の使用中に、かつ電力が電動工具に供給されている場合に、バッテリーパックが電動工具と係合され、かつその一体部分を形成できるようにする係合手段を提供される。最も典型的にはバッテリーパックを電動工具とは別個に充電できるようにするために、工具からのバッテリーパックの離脱を可能にする解放手段が提供される。

図２は、一実施形態によるバッテリーパック１８の例をより詳細に示し、バッテリーパック１８は、ハウジング２０を含み、ハウジング２０内には、一連のバッテリー又はセルが、固定され相互接続された位置に設置される。バッテリーパック１８の使用中に、電力セルへのアクセスは要求されず、セルの周期的な充電は、最も典型的には、電動工具の整合接続手段との接続を可能にする、バッテリーパック接続手段の電気端子スロット２２及び機械的接続手段２４を用いて、バッテリー充電器との接続を介して達成することができる。係合手段は、バッテリーパック１８を電動工具に設置してロックできるようにするために提供される。

図３は、本発明に従って、バッテリーパック内の一連のバッテリー又は電力セル２６のレイアウトを示し、セルの２つの「バンク」又は「グループ」２８、３０が提供されることが分かる。各グループにおけるセル２６は、直列に相互接続され、かつ図４ａ及び図４ｂに関連してより詳細に説明される接続端子につながる１８Ｖを提供できる接続部を提供される。典型的には、セルのそれぞれは、同じ電圧である。

本発明に従って、セルグループ２８、３０と、電動工具１とのインターフェイス３２における接続端子との間の接続の構成は、少なくとも２つの構成で提供することができる。第１の構成３４は、図４ａに示され、そこではセルグループ２８、３０は、接続手段の電気端子への接続において直列に提供され、図４ｂでは、セルグループ２８、３０は、接続手段の電気端子において並列構成３６で提供される。第１の構成において、セルは、電動工具に３６ボルトを提供し、第２の構成において、バッテリーパックは、バッテリーパックに提供された同じセルから電動工具に１８Ｖを送出する。従って、これは、異なる電圧の電力を電動工具に提供するために同じバッテリーパックを用いることができるのと同様の範囲にバッテリーパックすることが可能であり、かつまた、電流容量を過度に増加させる必要なしに、より高い電力を要求する工具により高い電力を提供できることを意味する。

典型的には、特定の構成と、従ってパワーパックから送出される電圧の選択は、機械的接続の結果としてあり、その場合に、電動工具は、バッテリーパックが電動工具に接続されているか又は接続される場合に、バッテリーパックに提供されている構成３４又は３６に対する接続手段の動作を制御するために接続手段を提供される。

図５ａ及び図５ｂ、と図６ａ及び図６ｂは、この形態の実施形態を示し、そこにおいて、図５ａ及び図５ｂは、バッテリーパック１８と分離された電動工具１を示し、図６ａ及び図６ｂは、電動工具１に電力を提供できるように、接続されたバッテリーパック１８及び電動工具１を示す。この実施形態において、電源電圧の選択は、１８ボルト電源用の第１の接続の構成における電力セルへの接続を可能にする第１の端子ペア及び３６ボルト電源用の第２の接続の構成における電力セルへの接続を可能にする第２の電気端子ペア（即ち、図４ａ又は図４ｂの電力セル構成の１つへの選択的接続）を備えた多数の接続手段のメス型電気端子４０をバッテリーパックに提供することによって行われる。

電動工具は、２つのオス型電気端子のプラグ接続手段４２を提供される。図５ａ及び図６ａにおいて、プラグ接続手段は、バッテリーパックからの１８ボルト電源への接続を可能にする、内部に配置されたメス型電気端子ペア４０に収容されるように設置され離間される。図５ｂ及び図６ｂにおいて、プラグ接続手段４２は、図５ａ及び図６ａにおける距離より大きな距離で離間され、従って、３６ボルト電源構成における電力セルに接続される、バッテリーパック１８の外側に配置されたメス型接続手段４０に収容され、かつそれらと接続される。適切な場所におけるオス型プラグ接続手段の提供は、これが、その電動工具のモータ用の要求される電圧と一致することを意味することも理解されよう。それはまた、電動工具が、間違った、恐らく有害な電圧電源を収容するバッテリーパックに接続されることが不可能であることを意味する。

接続手段プラグの他の間隔が、図５ａ及び図５ｂ、と図６ａ及び図６ｂで示された間隔以外に提供され得ることも理解されたい。

追加又は代替として、電圧選択は、ユーザによって動作させることができる、かつ電動工具に提供されてもよい電動工具のスイッチ３８などの作動手段を介して行うことができる。典型的には、作動手段は、電動工具に電源を提供できる前に操作されなければならない。別の実施形態において、作動手段は、動作用に電動工具に提供されることになる電圧を示すための、電動工具からの信号の送信及び検出に基づいてスイッチを制御するように操作されてもよい。主として、電動工具の寿命が、バッテリーパックの寿命より典型的には長く、従ってバッテリーパックに提供される比較的高価な制御手段になり得るものと一緒に、バッテリーパックの寿命の終わりにバッテリーパックを廃棄することは魅力的でないので、達成できるだけの多くの、バッテリーパックの動作用の制御手段が、電動工具に提供されることが好ましい。

Claims (9)

1. 電動工具及びバッテリーパックの組立て品であって、第１の電圧において電気的接続手段の第１のグループを動作するように構成されたモータを有する第１の電動工具と、前記第１の電圧より高い第２の電圧において電気的接続手段の第２のグループを動作するように構成されたモータを有する第２の電動工具と、バッテリーパックを備え、前記第１の電動工具又は前記第２の電動工具それぞれ１つに機械的にかつ電気的に接続されると、前記電動工具及び前記バッテリーパックの組立て品は前記電動工具の動作用の電力を提供することができ、前記バッテリーパックは複数の電力セルを含み、各グループにおける前記電力セルは直列に相互接続され、前記電動工具それぞれの前記電気的接続手段は、同じバッテリーパックからの少なくとも前記第１の電圧又は前記第２の電圧において電力の提供を選択する形態で提供され、前記第１の電動工具が機械的にかつ電気的に前記バッテリーパックに接続された場合には、電気的接続手段の前記第１のグループの構成は、その電気的接続手段の前記第１のグループの構成を有するために並列接続する電力セルの前記グループで自動的に供給される前記第１の電圧をもたらし、前記第２の電動工具が機械的にかつ電気的に前記バッテリーパックに接続された場合には、電気的接続手段の前記第１のグループの構成とは異なる電気的接続手段の前記第２のグループの構成は、その電気的接続手段の前記第２のグループの構成を有するために直列接続する電力セルの前記グループで自動的に供給される前記第２の電圧をもたらし、前記バッテリーパックには、接続して前記第１の電圧を提供できるようにする第１のメス型ソケットペアと、接続して前記第２の電圧を提供できるようにする第２のメス型ソケットペアとを含む接続手段が提供され、前記第１の電動工具は電気的接続手段の前記第１のグループのオス型プラグ部材を備え、前記第１のグループのオス型プラグ部材は、前記第１のメス型ソケットペアと共に設置され前記第１の電圧を提供するように配置され、前記第２の電動工具は、電気的接続手段の前記第２のグループのオス型プラグ部材を備え、前記第２のグループのオス型プラグ部材は、前記第２のメス型ソケットペアと共に設置され前記第２の電圧を提供するように配置される、電動工具及びバッテリーパックの組立て品。
2. 前記第１の電圧は、１６〜２２Ｖの範囲の値を有する、請求項１に記載の組立て品。
3. 選択的に提供できる前記２つの電圧は、１８Ｖ及び３６Ｖである、請求項１に記載の組立て品。
4. 各前記電動工具に設けられた電気的な接続手段である前記プラグ部材の場所、従って供給できる前記電圧は、前記電動工具の最適で安全な動作を可能にするために、前記２つの可能な電圧レベルの１つを前記電動工具に提供するように、特定の電動工具用に選択される、請求項１に記載の組立て品。
5. 前記接続手段は、前記バッテリーパックが接続されるときに前記電動工具への間違った電圧の供給を防ぐ、請求項１に記載の組立て品。
6. 前記バッテリーパックは、前記電力セルを充電するために充電装置に接続可能であり、充電のための前記セルの前記接続の構成は、予め定義される、請求項１に記載の組立て品。
7. 前記バッテリーパックは、前記バッテリーパックから供給できる前記少なくとも２つの電圧のより高い電圧を提供する前記接続の構成で提供される前記電力セルで充電される、請求項６に記載の組立て品。
8. 前記電動工具それぞれの前記電気的接続手段は、前記バッテリーパックに提供される電気端子に接続されることだけが可能であるように設置され、正しい電圧だけが前記電動工具に提供されることを可能にする、請求項１に記載の組立て品。
9. 解放手段は、前記機械的接続手段が解放され、前記バッテリーパックが前記電動工具から分離されるように提供される、請求項１に記載の組立て品。
   
   

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