JP6982528B2 - 電池パック及び電池充電器、及び電動工具のための電池パックキット - Google Patents

Description

本発明は、携帯型の電動工具に関し、より詳しくは、電動工具とともに用いられる電池パック、及びそれと共働して作動する電池充電器に関する。

携帯型の電動工具は、建設、ガーデニング、家事など、すべての産業分野でふだん使用される。充電式の電池パックを構成することにより、携帯型の電動工具は、電線に伴う制約に縛られることなくユーザーの操作を容易にすることができる。この操作のために、十分な出力電力と理想的な電池の寿命を提供することができる。

しかし、電動工具用の現行の電池パックは、電池パックの形状の要素に合致した専用の電池充電器と、電池パックを充電するために供給される望ましい電流・電圧とを用いて初めて、充電できるように構成されている。通常は、この電池充電器は、電池パックと同じ製造元によって製造される。これに加えて、外部電子機器、例えばスマートフォン又はタブレットコンピューターに、電池パックが電力を供給することが望ましい。なぜならば、電動工具のユーザーは、少なくとも１個の電子機器を有し、これはいつでも充電される必要があるからである。

上述の背景にかんがみて、本発明の目的は、代替の電池パックを提供し、これにより上述の技術的問題を克服する、あるいは少なくともこれを軽減することである。

上記の目的は、独立請求項の特徴の組み合わせによって達成される。従属請求項は、本発明の他の有利な実施形態を開示する。

本発明の他の目的は、以下の説明から当業者に明らかになるものである。従って、上記の目的の記載は網羅的であることを意図してはいない。本発明の多くの目的の単なる例示となっているだけである。

従って一つの態様によれば、本発明は、本体と、本体内に設けられた複数の電池ユニットとを備えている電池パックを提供するものである。電池パックは、さらに、本体にＵＳＢタイプＣインターフェースを備えている。

好ましくは、ＵＳＢタイプＣインターフェースは、複数の電池ユニットに電気的に接続され、複数の電池ユニットは、ＵＳＢタイプＣインターフェースを介して外部の電力を受けて充電されることに適合している。

一つの変形の実施形態では、ＵＳＢタイプＣインターフェースは、ＵＳＢ給電仕様に対して互換性がある。

好ましくは、ＵＳＢタイプＣインターフェースは、５ないし２０Ｖの電圧の範囲内で電力を供給することに適合している。

他の変形の実施形態では、ＵＳＢタイプＣインターフェースは、電力を伝送するためにプロプライエタリープロトコルを用い、５ないし２０Ｖの範囲以外の電圧で電力がＵＳＢタイプＣインターフェースを介して伝送されることを、プロプライエタリープロトコルは可能にする。

好ましくは、ＵＳＢタイプＣインターフェースは、４．２ないし６０Ｖの電圧の範囲内で電力を供給することに適合している。

特定の実施形態では、ＵＳＢタイプＣインターフェースは外部装置と通信するように構成され、電池パックの作動パラメーター、及び／又は状態を伝送する。

他の特定の実施形態では、電池パックは、電動工具に使用されるように構成され、さらに、電動工具に電気的に接続される電池端子を備えている。

本発明の別の態様によれば、本発明は電動工具の電池パックを受けるソケット部を備え、さらに、ＵＳＢタイプＣインターフェースを備えている電池充電器を提供するものである。

一つの変形の実施形態では、ＵＳＢタイプＣインターフェースは、ＵＳＢ給電仕様に対して互換性がある。

好ましくは、ＵＳＢタイプＣインターフェースは、５ないし２０Ｖの電圧の範囲内で電力を供給することに適合している。

他の変形の実施形態では、ＵＳＢタイプＣインターフェースは、電力を伝送するためにプロプライエタリープロトコルを用い、５ないし２０Ｖの範囲以外の電圧で電力がＵＳＢタイプＣインターフェースを介して伝送されることを、プロプライエタリープロトコルは可能にする。

好ましくは、ＵＳＢタイプＣインターフェースは、４．２ないし６０Ｖの電圧の範囲内で電力を供給することに適合している。

本発明の別の態様によれば、本発明は、電動工具のための電池パックキットであって、上述した電池パックと、上述した電池充電器とを備えている電池パックキットを提供するものである。

本発明は数多くの利点がある。ＵＳＢタイプＣインターフェースで構成されたＵＳＢ給電（ＰＤ）仕様を用いることにより、ＵＳＢタイプＣインターフェースを備えた電池パックは、充電のために電池パックの外部充電器に接続可能である。外部充電器の要件は、電池パックとして同一のＵＳＢタイプＣインターフェースを含んでいることのみとなる。ＵＳＢタイプＣインターフェースをサポートする電源供給装置は、数多く市場に存在するので、電池の機械的構造を考慮しなくても、電動工具の電池パックを充電するのに任意のこのような電源供給装置を使用することが簡便である。これは、たとえ電源の外部側が、電動工具の電池パックの形状に互換性のあるソケット部又は現行の充電端子を持たず、非互換性のソケット部・端子を有し、又は、ＵＳＢタイプＣインターフェース以外の規定のソケット部・端子のない電源であるとしても、電源は電池パックを充電するのにやはり使用可能であることを意味する。なぜなら両者ともＵＳＢタイプＣインターフェースを有するからである。たとえ電源がノートブックコンピューター又はタブレットコンピューターの電力アダプターとして初めに構成されたとしても、ＵＳＢタイプＣインターフェースに必要とされる所要の充電電圧・電流をサポートする限りは、本発明では電動工具の電池パックを充電することに使用可能である。

本発明の別の利点は、本発明の電動工具の電池パック又は電池充電器に基づいて、電動工具の電池パックのためのＵＳＢ−ＰＤ仕様、及び／又は、充電のプロプライエタリープロトコルを任意にサポートすることができ、これらは、ＵＳＢタイプＣのハードウェアインターフェースに基づいているということである。５Ｖ（即ち、周知のＵＳＢ１．１又は２．０ポートでサポートされる電圧），９Ｖ，１２Ｖ，１２Ｖ，２０Ｖなどの電圧がＵＳＢ−ＰＤ仕様に基づいて構成され、５〜２０Ｖを越える範囲の電圧、例えば、電動工具の分野では汎用の３６Ｖ，４８Ｖ，５４Ｖなどの電圧は、プロプライエタリープロトコルで構成される必要がある。なぜならば、現行のＵＳＢ−ＰＤ仕様はこのような大きな電圧の給電をサポートしないからである。しかし、本発明の利点は、同一の物理的構造を有するＵＳＢタイプＣインターフェースが、異なる比率（値）の電圧で電池パック上に構成可能であり、同一のＵＳＢタイプＣインターフェースを有するケーブルが、これら全ての電池パック及び対応する電源供給装置に同時に使用可能であるということである。電動工具の電池充電器など電源供給装置、また電動工具の電池パックは、そのＵＳＢタイプＣインターフェース同士が接続されたときに充電の動作に要する電圧に適合することができる。

本発明の性能及び利点の一層の理解は、本明細書の残りの部分及び添付の図面を参照することにより可能になる。図面中の同じ構成要素には同一の参照番号を付している。場合によっては、多くの類似の各部のうち一つを表すために、参照番号とハイフンの後に補助記号が置かれる。参照番号を参照するが、特定の補助記号を指定していない場合は、これらすべての類似の各部を意味する。

本発明の実施形態に係る電動工具用の電池パックの斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る電動工具用の電池パックのための電池充電器の斜視図である。 図２の電池充電器にＵＳＢタイプＣケーブルで接続された、図１の電池パックの概略図である。 本発明の別の実施形態によるプロプライエタリープロトコルをサポートするＵＳＢタイプＣ充電器の外観図である。図面では、本明細書に記載された実施形態の全てを通して類似の参照番号は類似の部分を指す。

本明細書と請求項とで使用する「結合」と「接続」の用語は、それを打ち消す記載がない限りは、電気的な結合又は接続が、直接又は間接に、１個以上の電気的デバイスによって行われることを意味する。

図１を参照して説明する。図示したように、本発明の第１実施形態は、電動工具、例えば電気ドリルなどのための電池パックに用いられる。電池パックは、本体２２を備え、これは複数の電池ユニット（図示せず）を収容している。電池ユニットは直列又は並列に接続され、電池パック２０全体として必要な出力電圧と電流とを供給する。対応する電動工具又は電池充電器（図示せず）に電池パック２０を取り外し可能に装着するために、電池パック２０では物理インターフェース２４が本体２２の片側に設けられていてよい。本件で用いる物理インターフェースの用語は、対応する電動工具又は電池充電器に電池パック２０をしっかりと装着することを可能にする何らかの幾何学的特徴を有すること、また、対応する電動工具又は電池充電器に電池パック２０を電気的に接続する電池端子（図示せず）が物理インターフェース２４に存在することを意味するものである。上記の幾何学的特徴や、電池端子の個別の構造、即ち電池端子のタイプ、大きさ、配置などには関係なく、これらは全て、特定の規格に基づいている。電池パック２０は、２０Ｖ未満、又は２０Ｖに近い直流電圧で充電可能である。例えば、電池パック２０は２１Ｖで充電できる。

ＵＳＢタイプＣインターフェース２６は、電池パック２０のＵＳＢタイプＣインターフェースとして作動するものであり、さらに、本体２２の前面に設けられていることが分かる。インターフェース２６は、ＵＳＢタイプＣ規格を有する外部雄型ジョイントに接続するのに適合した、凹部の中のプラグである。ＵＳＢタイプＣは、２４本のピンを有するＵＳＢコネクターシステムであり、逆差しが完全に許容されるものであってよく、これによりデータと電力とを伝送する。ＵＳＢタイプＣインターフェース２６は、ＵＳＢ−ＰＤコントローラー（図示せず）を介して電池パック２０内のバッテリーユニットに接続される。ここで重要なことは、通常のＵＳＢ規格、例えばＵＳＢ１．１や、ＵＳＢ２．０で規定される値以上の電圧・電流を伝送するＵＳＢタイプＣインターフェースで構成されるＵＳＢ給電（ＰＤ）仕様を、電池パック２０上のＵＳＢタイプＣインターフェース２６がサポートすることである。例えば、バージョン２．０のＵＳＢ−ＰＤ仕様は５Ｖ，９Ｖ，１５Ｖ，２０Ｖの四つの標準電圧レベルを規定し、０．５〜１００Ｗの範囲内の任意の最大電源出力電力をサポートする。ＵＳＢタイプＣインターフェース仕様とＵＳＢ−ＰＤ仕様とは、関連する分野で周知のものであり、ここでは特に詳述しない。

上記の規格化されたＵＳＢ−ＰＤ仕様に加えて、さらに電池パック２０は、プロプライエタリープロトコル（ｐｒｏｐｒｉｅｔａｒｙ ｐｒｏｔｏｃｏｌ）及び対応するコントローラー（図示せず）をサポートする。コントローラーは、ＵＳＢ−ＰＤ仕様とプロプライエタリープロトコルとの両方に互換性があれば、ＵＳＢ−ＰＤコントローラー又は単独のコントローラーから独立した構成要素であってよい。プロプライエタリープロトコルはＵＳＢ−ＰＤ仕様から独立し、電池パック２０及びその専用の外部充電器（図示せず）によってサポートされる。このプロプライエタリープロトコルを介して、電池パック２０は、ＵＳＢ−ＰＤ２．０で規定された電圧の範囲、即ち、５〜２０Ｖ以外のレベルの電圧をＵＳＢタイプＣインターフェース２６から受け取ることができる。具体的には、４．５〜６０Ｖの範囲内の直流電圧が外部装置から電池パック２０に送られ、また電池パック２０から外部装置に送られることを、プロプライエタリープロトコルはサポートする。特に、プロプライエタリープロトコルは３６Ｖ，４８Ｖ，５４Ｖでの電圧供給をサポートする。

上記のプロプライエタリープロトコルは、標準のＵＳＢタイプＣインターフェース及びピン定義を使用しているが、他の商業的に利用できるＵＳＢタイプＣで必ずしもサポートされていない。しかし、電池パック２０はＵＳＢ−ＰＤ仕様及びプロプライエタリープロトコルをサポートしているから、電池パック２０が外部の電源供給装置に接続されたときに、これらの二者は、同時に両者でサポートされた最も適切である給電規格を使うことを承諾することがありうる。例えば、もし電池パック２０及び外部の電源供給装置が上記のプロプライエタリープロトコルをサポートする場合は、これら二つの間では、最も効率の高い充電を実行するためにプロプライエタリープロトコルを介して電力を伝送する。もし外部の電源供給装置が上記のプロプライエタリープロトコルをサポートせず、規格化されたＵＳＢ−ＰＤ仕様のみをサポートする場合は、電池パック２０及び外部の電源供給装置は、ＵＳＢ−ＰＤ仕様に合致した電圧で電池パックを充電することができる。承諾のプロセスは自動的であり、ユーザーの操作を必要としない。

図２を参照して説明すると、本発明の他の実施形態では、電動工具の電池パックを充電する電池充電器を提供する。電池充電器４０は本体４２を有し、これは必要な電力供給部（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）、例えば変圧器、電圧変換器、電池モニター用モジュールなどを収容している。電動工具（図示せず）の電池パックを取り外し可能に装着するために、物理インターフェース４４が本体４２の片側に設けられている。物理インターフェース４４は、電池パックを電池充電器４０にしっかりと装着することを可能にする何らかの幾何学的特徴、例えばソケット部を有し、また、電池充電器４０を電池パックに電気的に接続する金属端子（図示せず）が物理インターフェース４４に存在する。これに加えて、電力線４８に電池充電器４０は接続可能であり、商用電源から交流電圧を電池充電器４０の供給を受けることができる。図１で述べたＵＳＢタイプＣポートと同様なＵＳＢタイプＣポート４６が、本体４２上に設けられている。さらに、電池充電器４０はＵＳＢ−ＰＤコントローラー（図示せず）を備え、ＵＳＢ−ＰＤコントローラーは、電池充電器４０内の他の電力供給部に接続されている。同時に、電池充電器４０はさらにプロプライエタリープロトコルを伴う制御部を有し、この制御部は、電池充電器４０内の他の電力供給部に接続されている。コントローラーは、ＵＳＢ−ＰＤ仕様とプロプライエタリープロトコルとの両方に互換性があれば、ＵＳＢ−ＰＤコントローラー又は単独のコントローラーから独立した構成要素であってよい。ここで述べるプロプライエタリープロトコルは、電池パック２０に関して既に述べたプロプライエタリープロトコルと同じである。

上述の装置の使用法をここで説明する。充電のための図２に示したＵＳＢタイプＣポート４６（インターフェース）を伴う電池充電器４０に、図１に示したＵＳＢタイプＣインターフェース２６を備えた電池パック２０がどのように接続されるかを、図３に示す。ＵＳＢタイプＣケーブル６０が、電池パック２０と電池充電器４０との間に接続されている。専用の物理インターフェースを用いて電池充電器４０が電池パック２０を受け入れて充電することができる構造であるかどうかには関係なく、電池充電器４０はＵＳＢタイプＣインターフェースを用いて電池パック２０を充電することができる。上述したように、電力を伝送するために、プロプライエタリープロトコル及び／又はＵＳＢ−ＰＤ仕様によってサポートされる最良の形態を、電池充電器４０と電池パック２０とは自動的に使用する。

電池パック２０に設けられたＵＳＢタイプＣインターフェースはさらに、他の機能を構成するのに使用可能である。例えば、電池パック２０の内部制御回路（図示せず）は、電池パック２０に関係する有用な情報（例えば作動パラメーター又は状態など）を、ＵＳＢタイプＣインターフェースを介して電池パック２０に接続された外部装置、例えば、電池充電器、電動工具、又はバッテリー診断機器などに伝送することができる。他方、電池パック２０に設けられたＵＳＢタイプＣインターフェースは、電池パック２０に蓄積された電力を出力することができ、外部装置（図示せず）、例えば、スマートフォン、ウォークマン（登録商標）、ＭＰ３プレーヤー、又はタブレットコンピューターを充電する。このように電池パック２０は、移動式の充電ステーションとして用いられる。特に、外部装置が、いくつかの異なるプロトコルのうち任意の一つ、例えば上述のＵＳＢ−ＰＤ仕様、標準ＵＳＢ１．１、標準ＵＳＢ２．０、又はプロプライエタリープロトコル（ｐｒｏｐｒｉｅｔａｒｙ ｐｒｏｔｏｃｏｌ）をサポートしている場合は、電池パック２０は外部装置に電力を供給するために対応するプロトコルを使用してよい。

図４を参照して、本発明に係る他の電池充電器を説明する。これが図２の電池充電器と異なるのは、図４に示す電池充電器８０が電動工具の電池パックを受け入れて接続する物理的構造を持たず、また対応する金属の端子を持っていないことである。これと対照的に、電池充電器８０の本体８２上に設けられた唯一の外部出力インターフェースは、ＵＳＢタイプＣインターフェース８６となっている。電池充電器８０は、図で分かるように、現行のノートブックコンピューターの電力アダプターと同じ形状である。本体８２は、本体８２内に収容されて回転可能なプラグ（８８）を有し、これは商用電源のコンセントに差し込むために用いられる。電池充電器８０の内部構造及び作動原理は、図２の充電器と同じであるので、説明は省く。

このように、本発明の例示的な実施形態は、上述のように十分に説明してきた。その記載は特定の実施形態に関するものであるが、本発明が特定の詳細の変更を通じて実施できることは当業者に明らかである。従って本発明は、本明細書に記載の実施形態に限定されるとは解釈しないものとする。本発明は、図面と上記の実施形態とに詳細に図示・説明してきたが、本発明は例示的なものであって限定的なものではないと解釈されることとする。本発明は、例示的な実施形態のみを図示して説明するものであり、本発明の範囲を限定するものではないことは理解されることである。本明細書に記載された任意の特徴が、任意の実施形態とともに使用できることは、理解されることである。例示的な実施形態は、他の実施形態で当該技術分野に含まれないものや、本明細書に記載されないものを排除するものではない。従って本発明は、上記の例示的な実施形態の一つ以上の組み合わせを含む実施形態をさらに提供する。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書に記載された本発明の改変及び変形を行うことができる。

上述の例示的な実施形態では、特定の電池充電器が、電動工具の電池パックに使用できるように構成される。しかし、その電源が目標とする電圧・電流を供給する限りは、ＵＳＢタイプＣインターフェースを備えた電動工具の電池パックを充電するために、他のタイプの電源も使用可能であることは、この技術の当業者には、理解されることである。例えば、ノートブックコンピューター、タブレットコンピューター、スマートフォン、又はその他の消費者電子機器のために構成された電力アダプターも、電動工具の電池パックを充電するために使用できる。

図１，２に示したＵＳＢタイプＣインターフェースは、電池パック又は電池充電器内の位置で雌型インターフェースの形になっている。しかし、ＵＳＢタイプＣインターフェースは、他のタイプのインターフェース、例えば雄型コネクターであってもよいし、固定状態で接続され、一端が電池パック又は電池充電器に接続され、他端がプラグを備えているケーブルであってもよいことは、この技術の当業者には、理解されることである。

電池パック、又は電池充電器でのＵＳＢタイプＣインターフェースの位置は、ユーザーが手軽に接続できる範囲で、本体上の任意の位置に、容易に設定可能である。

電池充電器／電池パックでのＵＳＢタイプＣインターフェースの個数は、追加のアプリケーションをサポートするように、１個であっても１個より多くてもよい。例えば、複数のＵＳＢタイプＣインターフェースの場合には、電池パックは２台以上のスマートフォンを同時に充電することができる。

Claims (11)

1. 電動工具のための電池パックであって、
   本体と、前記本体の内側の複数の電池ユニットと、前記本体上のＵＳＢタイプＣインターフェースとを含み、
   前記ＵＳＢタイプＣインターフェースは、前記複数の電池ユニットが、前記ＵＳＢタイプＣインターフェースを通じて外部の電力を受け取ることによって充電されることに適するように、前記複数の電池ユニットに電気的に接続され、
   前記ＵＳＢタイプＣインターフェースは、ＵＳＢ給電仕様に対して互換性があるか、あるいは、電力を伝送するためにプロプライエタリープロトコルを使用する、
   電池パック。
2. 前記ＵＳＢタイプＣインターフェースは、５ないし２０Ｖの電圧の範囲内で電力を供給するように構成される、請求項１に記載の電池パック。
3. 前記プロプライエタリープロトコルは、５ないし２０Ｖの範囲以外の電圧を有する電力が、前記ＵＳＢタイプＣインターフェースによって伝送されることを可能にする、請求項１に記載の電池パック。
4. 前記ＵＳＢタイプＣインターフェースは、４．２ないし６０Ｖの電圧の範囲内の電力を供給するように構成される、請求項２に記載の電池パック。
5. 前記ＵＳＢタイプＣインターフェースは、当該電池パックの作動パラメーター、及び／又は状態を伝送するよう、外部装置と通信するように構成される、請求項１記載の電池パック。
6. 前記電動工具に電気的に接続される電池端子を含む、請求項１に記載の電池パック。
7. 電動工具の電池パックを受けるソケット部を含む、
   電池充電器であって、
   当該電池充電器は、さらに、ＵＳＢタイプＣインターフェースを含み、
   前記ＵＳＢタイプＣインターフェースは、ＵＳＢ給電仕様に対して互換性があるか、あるいは、電力を伝送するためにプロプライエタリープロトコルを使用する、
   電池充電器。
8. 前記ＵＳＢタイプＣインターフェースは、５ないし２０Ｖの電圧の範囲内の電力を供給するように構成される、請求項７に記載の電池充電器。
9. 前記プロプライエタリープロトコルは、５ないし２０Ｖの範囲以外の電圧を有する電力が、前記ＵＳＢタイプＣインターフェースによって伝送されることを可能にする、請求項７に記載の電池充電器。
10. 前記ＵＳＢタイプＣインターフェースは、４．２ないし６０Ｖの電圧の範囲内の電力を供給するように構成される、請求項８に記載の電池充電器。
11. 電動工具のための電池パックキットであって、
    請求項１に記載の電池パックと、
    請求項７に記載の電池充電器とを含む、
    電池パックキット。

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