CN1168157C - 用于电动工具的电源组件充电系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一个电源组件充电系统及其使用方法，包括一种由多种类型电源组件使用的单向兼容的充电器结构，在本发明的另一方面，在一个第一充电器中能够对两种类型的电源组件充电，但是在一个第二充电器中只有对这两种类型的电源组件中的一种电源组件充电。

Description

用于电动工具的电源 组件充电系统及其使用方法

技术领域

本发明一般涉及电动工具，特别是涉及一种用于电动工具的电源组件充电系统。

背景技术

使用可充电的和可移动的电源组件为手持的和无缆的电动工具供电已经被公知了。例如，在下列美国专利中已经公开了这方面的内容：美国专利号：5,718,985，名称为“用于无缆装置的电池组保持插销”，在1998年2月17日授予Bunyea等人；5,620,808，名称为“用于无缆装置的电池组”，在1997年4月15日授予Wheeler等人；和5,391,972，名称为“无缆工具电池外壳和充电系统”，在1995年2月21日授予Gardner等人；上述所有参考文件在此被结合起来引用。

虽然传统的电源组件的电连接器和充电器已经证明能够用于镍镉(“NiCd”)电池电源组件，但是近年来发展的镍金属氢化物(“NiMH”)电池电源组件需要不同的充电电路。因此，不建议在一个镍镉充电器中对镍金属氢化物电源组件进行充电。这种充电的不兼容性能够导致损害电源组件。此外，镍金属氢化物电源组件需要一个附加的温度端子以便在充电期间能够监视电池的温度。

其它传统的电池—充电器结构也已经已知了，这种结构或者检测不同的电池类型或者只能接受一种特殊构造的电池盒结构。在授予Arakawa等人的名称为“具有确定凹槽和端子的电池组”的美国专利5,602,454；1993年4月6日授予Uchida的名称为“快速充电控制装置及其控制方法”的美国专利5,200,960；和1996年4月17日公开的名称为“电池装置和用于电池装置的加载装置”的欧洲专利申请EP 0 707 350A1中已经描述了这样的装置。然而，这些装置被用于录像摄像机或便携式计算机。此外，这些常规的充电器和电源组件使用复杂和昂贵的电子电路来检测电池类型并且没有公开以一种简单的，经济的和机械的方式为多个电池类型提供单向充电器的兼容性。

发明内容

根据本发明，一种电源组件充电系统的优选实施例包括一种单向兼容的充电器结构，该充电器结构用于多种类型的电源组件。在本发明的另一方面，在一个第一充电器中能够对两种类型的电源组件充电，但是在一个第二充电器中只有对这两种类型的电源组件中的一种电源组件充电。根据本发明的又一个方面，对于一个手持和无缆的电动工具可以使用不同电池材料的可互换的电源组件。本发明的另一方面是提供一种机械的机构，该机构用于完全地防止电连接和防止由适合于对另一种电源组件结构充电的充电器对该电源组件充电。在本发明的另一方面，一种特殊的电连接器结构在不同类型的电源组件之间提供了机械的充电器的可交换性。同样也提供了一种用于一个电动工具的单向兼容的电源组件充电系统的使用方法。

本发明的电源组件充电系统与传统结构相比的优点是：本发明使用了一种耐用的、低费用和可靠的机械的电连接器—充电器结构。对于本发明来说不需要移动的部件来实现单向的兼容性。另外，本发明有利地把多个特性结合成一单个电连接器结构。例如，一个温度传感器端子与机械的兼容性元件结合起来。本发明的结构实现了适合于使用镍金属氢化物和镍镉电源组件的故障安全的单向充电器的兼容性。本发明的其它优点和特征通过下面结合附图的描述将变得更明显。

附图说明

图1是表示本发明的优选实施例的电源组件充电系统的一个电源组件用于一个电锯的透视图；

图2是表示本发明的优选实施例的电源组件充电系统的一个电源组件用于一个电钻的透视图；

图3是表示优选实施例的电源组件充电系统的一个分解的侧面立视图；

图4是表示优选实施例的电源组件充电系统的一个支承单元的分解的侧面立视图；

图5是表示一种优选实施例的电源组件充电系统的电连接器的透视图；

图6是表示优选实施例的电源组件充电系统的电连接器的侧面立视图；

图7是表示优选实施例的电源组件充电系统的电连接器的端部立视图；

图8是表示优选实施例的电源组件充电系统的电源组件的局部剖视侧面立视图；

图9是表示优选实施例的电源组件充电系统的电源组件的透视图；

图10是表示优选实施例的电源组件充电系统的一个充电器的透视图；

图11是表示优选实施例的电源组件充电系统的局部剖视侧面立视图；

图12是表示优选实施例的电源组件充电系统的局部剖视侧面立视图；

图13是表示优选实施例的电源组件充电系统的插座的局部剖视顶视图；

图14是表示优选实施例的电源组件充电系统的电源组件用于图2的电钻的局部剖视侧面立视图；

附图15-18是表示在优选实施例的电源组件充电系统中使用的充电器的电路图；

图19是表示另一种优选实施例的电源组件充电系统的局部剖视侧面立视图。

具体实施方式

一种优选实施例的电源组件充电系统被用于一个手持的、可携带的和无缆的电动工具中。例如，在图1中示出了该电源组件31的优选实施例被安装到一个无缆的圆锯33上。在图2中示出了一个相同的电源组件31被安装到一个无缆的电钻35中。该优选的电源组件31包括镍金属氢化物电池37(参见图3)，该镍金属氢化物电池37被放置在一个用于保护的聚合外壳39的里面(也参见图3)。该电池给在该电动工具中的一个电动机41提供18伏电压、3.0安培小时的直流电。图19示出了另一种替换的实施例，即镍镉电池电源组件43，该镍镉电池电源组件43能够可交换地安装到电动工具上，以快速安装，快速取下的方式代替该优选的镍金属氢化物电源组件31。

参照附图3、4、8和9，该优选的电源组件31还包括：一个支承单元51、一个支承单元罩53、电池组37和外壳39。一个隔板61、热敏电阻器63、16AWG电线65和电连接器67被固定到支承单元51上。热敏电阻器63能够从Fenwal Electronics、Keystone Thermometrics或Alpha Thermistor中获得。热敏电阻器63与在该充电器中的一个微处理器结合起来用来在该电池的再充电期间监视电池37的温度，以便防止电池过热并且可能损害该电池。

附图5-7和11最佳地举例说明了电连接器或端部件67。电连接器67具有一个基座81，该基座81具有一个平坦的第一正面83和一个有台阶的相对面85。基座81具有一个大体半圆形的形状。一个保护环87从基座81的一个前边缘延伸并且与基座81外围结合起来限定了一个突出的圆形形状。一个通孔89被设置在基座81的前边缘与环87的一个内表面之间。一个延长结构91从基座81直立出来并且具有一个弯曲的内表面(未示出)。基座81、环87和构件91由填充了百分之三十三玻璃的尼龙注模成一个完整的单一部件。一个正电流端包括一个从基座81外表延伸的引线端101和一个环绕着一个通常不导电板105的U型导体103。引线端101与电线65连接，也与电池37连接。一个负电流或接地端包括一个在通孔89之内向外伸出的分叉的引线端107，和一个导体109。导体109具有一个大体为U型的形状，该导体109缠绕在另外一个不导电板111的外面上。引线端107的凹处部分被焊接处到支承单元51的一个底部单元上。一个第三导电端包括一个从基座81向外伸出的引线端121和一个导体123，该导体123以一种U型方式缠绕在一个位于中心的并且不导电的板125上。引线端121与热敏电阻器63的一个导线端电连接。该热敏电阻器的另外一个导线端被焊接到一个导电板127上，该导电板127被焊接到支承单元51上。这些端部都被注模成为基座81的一部分，以致于导电部分被整个地隐藏在基座中并且被附着在其中。引线端101和121有角度地被弯曲并且被隐藏在构件91凹槽内部。这些引线端都是由黄铜制造的。

此外，不导电板105、111和125全部被注模成基座81的一部分。这些不导电板都以彼此平行的方式凸出出来。导体103、109和125都偏移到它们各自的不导电板一侧上，以致于至少每个不导电板的一部分外部侧面131被暴露。在中心板125的情况下，大多数的不导电板的侧面和顶部被暴露。另外，中心板125横向比相邻的不导电板105和111更宽并且稍微更长。参照附图3和10-13，这些优选实施例的充电器151可用于把通过一个插头和导线153接收的交流电转换成直流电，以便对电源组件31的镍金属氢化物电池37再充电。充电器151的一个外壳包括一个上塑料盖153和一个下塑料盖155，在上塑料盖153和下塑料盖155之中限定了一个内腔。在盖153和155的内腔里面安装一个刚性的印刷电路板157。在上盖153的顶部表面的内部设置一个凹孔159，该凹孔允许支承单元的罩53和电连接器67穿过。支承单元罩53与充电器151的孔159键锁住，以便保证完全地成直线装配成对。一个具有三个插槽163的搁板161以水平方式位于孔159的底部。电连接器67的导体103、109和123穿过插槽163伸出出来，在钳式插座171、173和175之内被接收并且与插座171、173和175电连接，这些钳式插座被安装到印刷电路板157上。插座173从由插座171和175限定的一个垂直面横向偏移。在美国使用时电路板157的工作电压是120伏，但是它根据标准的欧洲或亚洲电压要求能够被改变。插座171、173和175最好是由镀镍的磷青铜合金制造的。

在附图15-18中示出了该电路板的电路。标号201表示用于接收交流电的墙插头。一个电容器203和电感器205与一个微处理器207连接。一个谐振器209和EEPROM 211也与微处理器207连接。一个发光二极管213借助于一个晶体管215与微处理器207连接以便显示该电池组的充电。高压或正电压插座用标号175表示，负电压或中性插座用标号171表示，热敏电阻器插座用标号173表示。此外，也使用了其它的电阻器211、二极管223、齐纳二极管225。

在图19中示出了本发明的电源组件充电系统的一种替换实施例。电源组件43使用镍镉可充电电池277，该电池277被放置在一个与优选的电源组件的外壳相同的外壳279中，该电源组件43可交换地配合到相同的电动工具上。由这个电源组件43使用的一个电连接器281和一个第二充电器283基本上在美国专利5,391,972中公开了。这种连接器281具有一对坚硬的金属正负电端子285和287。一个中心板289由通常的不导电塑料材料注模成连接器281的部分基座。因此，中心板289简单地起隔板的作用，同时有助于电连接器281和电源组件43对准镍镉充电器283的插座并且保证电连接器281和电源组件43在镍镉充电器283的插座中。此外，在镍镉电源组件34的再充电期间它不需要监视温度，因此热敏电阻器是不必要的。

相对于充电器151和283，希望不同种类的电源组件31和43(参见附图11和19)具有单向的相互可交换性。换言之，镍镉电源组件43必须允许与较老式的充电器283以及本发明的充电器151连接并且在该较老式的充电器283以及本发明的充电器151中被再充电。然而，本发明的镍金属氢化物电源组件31只能允许由本发明的充电器151再充电，本发明的充电器151监视电源组件的温度并且如果有必要，根据检测的温度来改变该电路的充电特性。然而，电源组件31决不允许在较老式的镍镉充电器283中被充电。通过利用包括增加外部正负端子的横向宽度的机械特性和通过利用与镍镉电源组件完全导电的并且横向较小的端子285和287相比超出它们的导体横向伸出的不导电板105和111能够实现这种单向的兼容性。因此，该镍金属氢化物电源组件较宽的不导电板105和111将紧靠着在老式充电器283的搁板中入口插槽291的较小侧面，从而这是一个不允许电源组件31完整的插入或充电的简单而可靠的机械方式。除了镍镉电源组件的中心隔板之外，入口插槽291的侧边只能大到足以接收端子285和287。

虽然在此已经公开了电源组件充电系统的各种实施例，但是应该理解：在本发明的精神之内可以使用其它的变型。例如，在充电器和电源组件之间插座和伸出的端子可以被颠倒。此外，除了在此公开的外侧板之外，中心的端子/不导电板能够被加大尺寸。同样，对于兼容性来说，在这些端子的外部隔开的一个不导电突出部分能够起到机械键的作用。本发明也能够被用于其它的电动工具，例如：螺丝刀、灌木修剪机、真空吸尘器和厨房搅拌器。虽然在此已经公开了各种的材料、形状和尺寸，但是其它的资料、形状和尺寸可以容易地代替。本发明的保护范围包括这些已经公开的实施例和属于本发明的精神之内的任何其它实施例。

Claims (38)

1.一种电源组件充电系统，包括：

一个手持的装置；

一个第一可充电电源组件，该电源组件可连接到手持装置上并且用于给该手持装置提供电压，该第一可充电电源组件具有可用于充电的第一电源组件电连接器；

一个第二可充电电源组件，该电源组件可连接到手持装置上并且用于给该手持装置提供电压，该第二可充电电源组件具有可用于充电的第二电源组件电连接器，这两个电源组件可交换地安装到该手持装置上；和

一个可操作地给第一电源组件充电的充电器，该充电器被机械地防止完全地与第二电源组件连接，其中第二电源组件实质上被防止由该充电器充电。

2.根据权利要求1的充电系统，还包括：

第一电源组件的一个第一部件，该第一部件可操作地与充电器相连接；和

第二电源组件的一个第二部件；

第一部件具有与相对定位的第二部件不同的结构，以至于防止该第二部件可操作地与充电器相连接。

3.根据权利要求2的充电系统，其中所述不同的结构是尺寸不同，第二部件太大以至于不允许第二电源组件与该充电器连接。

4.根据权利要求3的充电系统，其中第二部件的宽度大于第一部件的宽度。

5.根据权利要求2的充电系统，其中所述不同的结构包括：第一部件的一个部分是导电的，而整个的第二部件实质上是不导电。

6.根据权利要求1的充电系统，还包括一个防止第二电源组件完全插入到充电器中的突出部件。

7.根据权利要求6的充电系统，其中该充电器的一个通孔的尺寸小于该突出部件的尺寸，防止该突出部件插入到该突出部件的所述通孔中。

8.根据权利要求7的充电系统，还包括至少一对从第二电源组件伸出的实质上直的并且平行的电端子，其中突出部件是该电端子中的一个端子。

9.根据权利要求1的充电系统，还包括一个温度监视装置，其中该第二电源组件电连接器包括一个正电流端子、一个负电流端子和一个与温度监视装置连接的第三端子，这些端子从第二电源组件向外面伸出。

10.根据权利要求9的充电系统，其中该第一电源组件电连接器包括一个正电流端子、一个负电流端子和一个从正负电流端子之间伸出的实质上不导电的板。

11.根据权利要求1的充电系统，其中该装置包括一个无缆的电动工具。

12.根据权利要求11的充电系统，其中该第二电源组件包括镍金属氢化物电池以及第一电源组件包括与第二电源组件的电池材料不同的电池。

13.根据权利要求1的充电系统，还包括一个第二充电器，该第二充电器可交换可操作地给两个电源组件提供电流。

14.一种电动工具充电系统，包括：

一个第一电源组件，具有可用于充电的第一电源组件电连接器；

一个第二电源组件，具有可用于充电的第二电源组件电连接器；

一个第一装置，该第一装置可操作地给这两个电源组件提供电流；

一个第二装置，该第二装置可操作地给第一电源组件提供电流，但是不给第二电源组件提供电流。

15.根据权利要求14的充电系统，还包括：

一个第一电源组件的第一部件，该第一部件可操作的与第一装置相连接；和

一个位于第二电源组件上的第二部件，该第二部件是在与第一部件相对于第一电源组件的位置相对应的位置上，第一部件具有与第二部件不同的结构，以至于防止该第二部件与第二装置相连接。

16.根据权利要求15的充电系统，其中所述不同的结构是尺寸不同。

17.根据权利要求16的充电系统，其中第二部件的宽度大于第一部件的宽度。

18.根据权利要求15的充电系统，其中所述不同的结构包括：所述部件中的一个是导电的，而另外一个部件的至少一部分实质上是不导电的。

19.根据权利要求14的充电系统，还包括一个防止第二电源组件完全插入到第二装置中的突出部件。

20.根据权利要求19的充电系统，其中第二部件的尺寸使得防止第二部件插入到第二装置的一个通孔中，该第二装置与第一电源组件相匹配。

21.根据权利要求20的充电系统，还包括至少三个从第二电源组件伸出的实质上直的电端子，其中突出部件是这些端子中的至少一个端子。

22.根据权利要求14的充电系统，还包括：

一个温度监视装置，其中所述第二电源组件电连接器包括一个正电流端子、一个负电流端子和一个与温度监视装置连接的第三端子，这些端子从第二电源组件向外面伸出。

23.根据权利要求22的充电系统，其中该第一电源组件电连接器包括一个正电流端子、一个负电流端子和一个从正负电流端子之间伸出的实质上不导电的板。

24.根据权利要求14的充电系统，其中所述第一装置包括：

一个具有一个凹孔的外壳，用于可操作并且可交换地接收电源组件的一个突出的部分；

一个位于该外壳中的电路板；

一组连接到该电路板上的电插座，用于与可接合的电源组件连接；和

一个连接到该电路板上的交流电插头。

25.根据权利要求14的充电系统，还包括一个可交换地与电源组件接合的手持电动工具，一个位于该电动工具中的电动机。

26.一个电源组件电连接器，包括：

一个具有至少局部为圆形周边形状的基座；

至少三个从该基座的正面伸出的平行板，该基座和平行板由一种聚合材料被整体注模成型；

一个位于第一板的外部上的第一导体；

一个位于第二板的外部上的第二导体；

一个位于第三板的外部上的第三导体；

第二板具有与第一和第三板结构不同的结构。

27.根据权利要求26的电连接器，其中第二板面向第一板的一部分实质上是不导电的。

28.根据权利要求27的电连接器，其中第二板的多数外面部分不是导体，而第一板的一部分实质上是不导电的。

29.根据权利要求26的电连接器，其中第二板具有比第一和第三板更大的横向尺寸。

30.根据权利要求26的电连接器，还包括比第一和第三板的长度更长的第二板。

31.根据权利要求26的电连接器，其中每一个导体以一种U型方式缠绕在各自的板上。

32.根据权利要求26的电连接器，还包括从与导体电连接的基座伸出的导电引线端，该引线端和导体被注模成与该基座形成一个整体部件。

33.根据权利要求26的电连接器，还包括一个连接到第二导体上的温度传感器。

34.一种用于一个电动工具的单向兼容的电池再充电的使用方法，该系统具有一个第一电源组件、一个与第一电源组件的材料不同的第二电源组件和一个充电器，该方法包括：

(a)把第一电源组件与该电动工具连接，该第一电源组件具有可用于充电的第一电源组件电连接器；

(b)在第一电源组件与电动工具分离之后，把第二电源组件与该电动工具连接，该第二电源组件具有可用于充电的第二电源组件电连接器；

(c)通过充电器对第一电源组件充电；和

(d)机械地防止由该充电器对第二电源组件充电。

35.根据权利要求34的方法，还包括在一个第二充电器中可交换地对两个电源组件进行再充电。

36.根据权利要求35的方法，还包括在再充电期间由第二电源组件传送给第二充电器一个信号，该信号指示第二电源组件的温度。

37.根据权利要求34的方法，还包括使第二电源组件的电连接器的一部分抵着充电器的一部分，以便阻止第二电源组件与该充电器的完全连接。

38.根据权利要求34的方法，还包括通过该充电器对第一电源组件充电，该第一电源组件是一个镍镉电源组件，但是阻止由该充电器对第二电源组件充电，第二电源组件是一个镍金属氢化物电源组件。

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