專利名稱：可移動(dòng)的無(wú)繩電動(dòng)工具的雙模式非隔離式的有繩系統(tǒng)的制作方法
本申請(qǐng)要求1998年12月30日提出的美國(guó)臨時(shí)性申請(qǐng)60/114218號(hào)的提交日期。
本發(fā)明一般涉及電動(dòng)工具，更具體地說(shuō)，涉及可在由其自身所帶的電源驅(qū)動(dòng)的無(wú)繩模式下工作，或由一個(gè)通常的交流/直流發(fā)電機(jī)電源驅(qū)動(dòng)的有繩模式下工作的便攜式手持電動(dòng)工具。
在無(wú)繩模式下工作的電動(dòng)裝置一般包括一個(gè)殼體，該殼體具有一個(gè)容納和夾持一個(gè)可取下的電池組件的腔。該電池組件完全地封裝著一個(gè)或多個(gè)電池，并提供該電動(dòng)裝置工作所需要的直流電。歷史上，無(wú)繩的電動(dòng)裝置包括功率較小的裝置，例如，電動(dòng)剃須刀和手持式計(jì)算器。近來(lái)，電池技術(shù)的改進(jìn)開發(fā)出可以貯存較多能量，和可用于驅(qū)動(dòng)功率較大的裝置的電池。這些裝置包括例如，工作功率從50瓦至數(shù)百瓦的便攜式手持電動(dòng)工具和器械。一般，手持電動(dòng)工具是由一個(gè)包括多個(gè)串聯(lián)的電池的電池組件供電的。為了提供大功率裝置所需要的較大功率，要將大量的電池串聯(lián)起來(lái)，使得輸入電壓增高，電池組件的體積增大。
無(wú)繩的電動(dòng)裝置可以在沒(méi)有通常的交流電源，或交流電源使用不方便的地區(qū)工作。然而，該電池組件的有效的充電容量和是否具有可更換的電池組件，限制了無(wú)繩電動(dòng)裝置的使用。當(dāng)該電池組件放電時(shí)，必需重新充電；或是用充滿電的電池組件更換。
與電動(dòng)裝置比較，電池和電池充電器都較昂貴。在大功率應(yīng)用場(chǎng)合中的電池價(jià)格，大約為所使用的電動(dòng)裝置價(jià)格的30％。當(dāng)電池重新充電時(shí)，需要另外的電池來(lái)更換電能耗盡的電池進(jìn)行無(wú)繩模式的工作。電動(dòng)工具工作過(guò)程中，從電池獲取的大功率，該電池的放電深度，充電/放電循環(huán)的次數(shù)，和電池重新充電的速度，所有這些都可縮短電池的使用壽命?？焖俪潆娖鞯膬r(jià)格，可能比由該電池供電的電動(dòng)工具或器械的價(jià)格還高。電池充電器有二種基本形式，即涓流充電器和快速充電器。涓流充電器比快速充電器便宜得多，但涓流充電器給一個(gè)電池組件重新充電大約需要1/2天；而快速充電器大約只需1小時(shí)就可給一個(gè)電池組件重新充電。因此，必需在使用一個(gè)涓流充電器，同時(shí)備有大量的用于更換的電池組件；和使用一個(gè)價(jià)格昂貴的快速充電器，但只需非常少的、用于更換的電池組件之間作出權(quán)衡。
近來(lái)提出了使便攜式無(wú)繩電動(dòng)工具裝備一個(gè)任選的有繩的交流轉(zhuǎn)換器組件的方案，該交流轉(zhuǎn)換器組件可以與一個(gè)交流電源連接，并用于代替該電池組件。該有繩的交流轉(zhuǎn)換器組件，將從交流電源來(lái)的電力，轉(zhuǎn)換成該電動(dòng)裝置的電機(jī)可以使用的，可調(diào)節(jié)的直流低電壓。這種裝置可允許該電動(dòng)工具的操作者，根據(jù)需要，在無(wú)繩電池模式下或有繩的交流模式下，使用該工具。這樣，擁有這樣的裝置可使無(wú)繩電動(dòng)工具的操作者，在該電池組件放電時(shí)，還可完成工作；或在該電池組件正在充電中，而完全充好電的、備用的電池組件還沒(méi)有的時(shí)候，繼續(xù)使用該電動(dòng)工具。因此，通過(guò)使用上述的有繩交流轉(zhuǎn)換器組件，可將對(duì)多余的電池組件的需要減至最少。
然而，該有繩的交流轉(zhuǎn)換器組件的現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)受到許多因素的限制，例如該組件的實(shí)際外殼，所需要的輸出功率電平，該轉(zhuǎn)換器的電壓轉(zhuǎn)換比，保護(hù)操作者免遭電擊的安全要求和成本。該有繩交流轉(zhuǎn)換器組件的外殼，必需與該電池組件的外殼一致，以便二者可以互換。隨著電池組件所需要的體積增大，安放該有繩轉(zhuǎn)換器的容積也增大。該轉(zhuǎn)換器的輸出功率水平直接與容器外殼內(nèi)的容積有關(guān)。在商業(yè)上出售的電池組件的實(shí)際外殼內(nèi)，可以達(dá)到能夠驅(qū)動(dòng)電動(dòng)裝置例如，手持的電動(dòng)工具的輸出功率。該轉(zhuǎn)換器的電壓轉(zhuǎn)換比是經(jīng)過(guò)整流的輸入電壓，與該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓之比。該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓設(shè)定成粗略地與該電池的電壓相當(dāng)。該轉(zhuǎn)換器的電壓轉(zhuǎn)換比越大，則精確地調(diào)節(jié)該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓就越困難。一般，通過(guò)使該電動(dòng)裝置的操作者與交流電源隔離開，就可以滿足安全的規(guī)定。商業(yè)上出售的系統(tǒng)，通過(guò)使用一個(gè)高頻的電源變壓器，將該交流轉(zhuǎn)換器組件的輸出功率與電壓較高的交流輸入電源隔開，來(lái)滿足安全要求。電源變壓器是一種常規(guī)的裝置，它與該交流轉(zhuǎn)換器組件的其他電子裝置比較，價(jià)格昂貴而且笨重。對(duì)于一個(gè)給定的電動(dòng)裝置，最大限度地減小該有繩交流轉(zhuǎn)換器組件的成本的努力，主要集中在優(yōu)化該轉(zhuǎn)換器組件的輸出功率容量上。通過(guò)設(shè)計(jì)輸出功率最小，而能滿意地驅(qū)動(dòng)電動(dòng)裝置的上述交流轉(zhuǎn)換器組件，可以為該轉(zhuǎn)換器選擇一些成本低廉的電子元件。
已經(jīng)面對(duì)著電池組件和電池充電器成本問(wèn)題的無(wú)繩電動(dòng)工具的設(shè)計(jì)者，還必需為其電動(dòng)工具的昂貴的有繩交流轉(zhuǎn)換器組件投資。作為一種可供選擇的辦法，當(dāng)附近有交流電源時(shí)，許多人購(gòu)買有繩的電動(dòng)工具代替該無(wú)繩工具使用。最大限度地減小有繩的轉(zhuǎn)換器組件的成本的努力，還受到使用隔離式變壓器來(lái)滿足政府對(duì)安全的要求時(shí)的成本的限制。通過(guò)降低有繩轉(zhuǎn)換器組件的輸出功率，來(lái)進(jìn)一步降低成本會(huì)使電動(dòng)裝置的功率不足。雖然，現(xiàn)有技術(shù)可以為手持電動(dòng)工具提供有繩的轉(zhuǎn)換器組件，但卻不能提供方便使用的低成本的該轉(zhuǎn)換器組件。
本發(fā)明通過(guò)用一種獨(dú)特的方式來(lái)滿足政府對(duì)安全的要求，從而達(dá)到降低成本。本發(fā)明的電動(dòng)工具不使用變壓器隔離，而使用一個(gè)雙重絕緣的殼體。從該有繩轉(zhuǎn)換器組件中取消該電源變壓器，可大大降低該轉(zhuǎn)換器組件的成本和重量。一個(gè)低成本的交流轉(zhuǎn)換器組件，可使無(wú)繩電動(dòng)工具的操作者，在有交流電源時(shí)，也可以低成本地使用該有繩的轉(zhuǎn)換器組件。運(yùn)就免除了購(gòu)買單獨(dú)的有繩的電動(dòng)裝置的費(fèi)用，并可減少必需購(gòu)買的電池組件的數(shù)目。
不帶電源變壓器的有繩的電力轉(zhuǎn)換器，比帶有電源變壓器的轉(zhuǎn)換器便宜得多。另外，取消電源變壓器，使該交流轉(zhuǎn)換器的重量減小，因此可改善操作者操作的舒適性。
為了更全面地理解本發(fā)明及本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)，可參見(jiàn)以下的說(shuō)明和附圖。


圖1為部分地表示一個(gè)電池組件與電動(dòng)裝置的連接方式的三維視圖；圖2為部分地表示一個(gè)交流/直流功率轉(zhuǎn)換器組件與該電動(dòng)裝置的連接方式的三維視圖；圖3A為該電池組件的三維分解視圖；圖3B為該功率轉(zhuǎn)換器組件的三維分解視圖；圖4為表示一個(gè)連接的端子塊體的該電池組件的末端視圖；圖5為與該電池組件的端子塊體配合的該電動(dòng)工具的端子塊體的三維視圖；圖6為該電池組件端子塊體和該電動(dòng)工具端子塊體之間的界面的二維視圖；圖7為上述交流/直流功率轉(zhuǎn)換器組件和該電動(dòng)工具的端子塊體之間的界面的二維視圖；圖8為安裝好的和包含在圖2所示的交流/直流功率轉(zhuǎn)換器組件內(nèi)的一個(gè)功率轉(zhuǎn)換器的方塊圖；圖9為圖8所示的功率轉(zhuǎn)換器的功率級(jí)的示意圖；圖10為圖8所示的功率轉(zhuǎn)換器的控制線路的示意圖；圖11為表示上述功率轉(zhuǎn)換器的電壓和電流波形的信號(hào)圖；圖12為一個(gè)非雙重絕緣的直流電動(dòng)工具的電機(jī)的電樞的橫截面圖；圖13為使用雙重絕緣的第一種方法的直流電動(dòng)工具電機(jī)的電樞的橫截面圖；圖14為使用雙重絕緣的第二種方法的直流電動(dòng)工具的電機(jī)電樞的橫截面圖；圖15為使用雙重絕緣的第三種方法的直流電動(dòng)工具的電機(jī)電樞的橫截面圖；圖16為通過(guò)一個(gè)使用雙重絕緣的直流電動(dòng)工具電機(jī)電樞的一疊鐵芯片的中心的橫截面圖；圖17為使用雙重絕緣的一個(gè)直流電動(dòng)工具的殼體的橫截面圖。
參見(jiàn)圖1和圖2，圖中表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)雙模式的便攜式電動(dòng)工具12。雖然，本發(fā)明所示和所說(shuō)明的是一個(gè)往復(fù)式鋸12，但應(yīng)當(dāng)理解，該具體的工具只是示例性的，它可以是一個(gè)圓鋸，一個(gè)鉆，或任何其他根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)制造的類似的便攜式電動(dòng)工具。
該電動(dòng)工具12包括一個(gè)直流電機(jī)(沒(méi)有示出)。該直流電機(jī)，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，是由電壓較低例如24伏的一個(gè)直流電源供電的，但也可以使用其他的低電壓例如12伏或18伏的直流電源。在圖1所示的第一個(gè)工作模式中，該電動(dòng)工具12由一個(gè)可取下的電池電源組件14供電。另外，如圖2所示，該電動(dòng)工具12可以由一個(gè)電壓較高例如，普通為115伏的交流電源，通過(guò)一個(gè)交流/直流功率轉(zhuǎn)換器組件16供電。該交流/直流功率轉(zhuǎn)換器組件16插入該電動(dòng)工具中，代替上述的電池電源組件14。另外，該電動(dòng)工具12還可以由一個(gè)電壓較高的直流發(fā)電機(jī)(沒(méi)有示出)、通過(guò)該交流/直流功率轉(zhuǎn)換器組件16供電。在本說(shuō)明書和所附權(quán)利要求書中所用的術(shù)語(yǔ)“較高的電壓”指電壓為40伏或更大，而術(shù)語(yǔ)“較低的電壓”指電壓小于40伏。
參見(jiàn)圖3A和圖4，一般，圖示的本發(fā)明的可重新充電的電池電源組件14包括一個(gè)殼體18、一個(gè)電池20(在所示的實(shí)施例中為24伏的鎳-鎘電池)和一個(gè)電池組件端子塊體22。為了使該電池電源組件14容易與電動(dòng)工具12可拆開地連接，該殼體18的上部25上，作有二條導(dǎo)軌24。該導(dǎo)軌24可滑動(dòng)地放入在該電動(dòng)工具12的殼體中作出的配合槽13(圖1)中。為了使上述電池電源組件14更加容易與該電動(dòng)工具12可拆卸地連接，在該殼體18的上部25上，還作有一個(gè)凹部26。該凹部26可以容納一個(gè)該電動(dòng)工具12的殼體的帶的卡爪(沒(méi)有示出)。該卡爪的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作都是通常眾所周知的，并由彈簧壓在向下位置，以便當(dāng)插入上述可重新充電的電池電源組件14時(shí)，與該凹部26接合。因此，就本發(fā)明而言，在用通常的方法克服該卡爪的彈簧偏置力之前，可防止取出該電池電源組件14。
再參見(jiàn)圖3A和圖4，該電池組件端子塊體22包括一個(gè)由剛性塑料或其他適當(dāng)材料制成的主體部分28，和許多葉片式的端子30。在所示的示例性實(shí)施例中，該電池組件端子塊體22包括四個(gè)葉片式端子30。該葉片式端子30中的二個(gè)端子，包括上述電池20的正極端子和負(fù)極端子。第三個(gè)端子30可用于監(jiān)視電池20的溫度，而第四個(gè)端子可用于辨識(shí)該電池的形式(例如，24伏的鎳-鎘電池)。從圖4可以清楚地看出，在一排葉片式端子30的每一側(cè)，在上述電池組件殼體18的上部25上的二個(gè)導(dǎo)軌24上，作有二個(gè)孔32。下面來(lái)說(shuō)明這二個(gè)孔的作用。
現(xiàn)參見(jiàn)圖5，圖中表示電動(dòng)工具12的端子塊體34。該電動(dòng)工具的端子塊體34的主體，也由剛性塑料制成，并作一排四個(gè)U形導(dǎo)軌36。當(dāng)上述電池組件插入該電動(dòng)工具12中時(shí)，該U形導(dǎo)軌36給上述電池電源組件14的四個(gè)相應(yīng)的葉片式端子30導(dǎo)向。在該導(dǎo)軌36內(nèi)放置著凹形接頭38，這些凹形接頭可與上述電池電源組件14的葉片式端子30接合和實(shí)行電氣接觸。雖然，對(duì)于四個(gè)電池組件的葉片式端子30中的每一個(gè)端子，圖示的工具端子塊體34，可以容納四個(gè)凹形的接頭，但在上述工具端子塊體34中，只有二個(gè)凹形接頭38可與該電池電源組件14的正極葉片式端子30和負(fù)極葉片式端子30接合；而只有當(dāng)重新給該電池電源組件14充電時(shí)，才使用其余的二個(gè)電池組件的葉片式端子30。
在上述導(dǎo)軌排36的每一側(cè)，通過(guò)上述端子塊體上的孔42中突出出來(lái)的正極凸形端子40和負(fù)極凸形端子40，與上述工具端子塊體34中的正極凹形端子38，和其負(fù)極凹形端子38連接。如下面所討論的那樣，該正極凸形端子40和負(fù)極凸形端子40，用于使該工具12與上述的交流/直流轉(zhuǎn)換器組件16電氣上連接。
再參見(jiàn)圖6，圖中表示上述電池端子塊體22和工具端子塊體34之間的界面。當(dāng)該電池電源組件14的導(dǎo)軌24滑入該電動(dòng)工具殼體中的槽13中時(shí)，該電池組件端子塊體22與該工具端子塊體34對(duì)準(zhǔn)，如圖所示。為了使二個(gè)端子塊體22和34更容易對(duì)準(zhǔn)，該工具端子塊體34的主體部分上包括二個(gè)在橫向隔開一定距離的軌道44。該軌道44可放置在位于導(dǎo)軌24下面的上述電池組件殼體18的槽46內(nèi)。進(jìn)一步將該電池電源組件14插入電動(dòng)工具12中，可使該電池電源組件14的正極和負(fù)極葉片式端子30，通過(guò)作在U-形導(dǎo)軌36上的開口，與該工具端子塊體34上的凹形接頭38接合。另外，該工具端子塊體34上的凸形正極和負(fù)極端子40，同時(shí)插入作在該電池組件殼體18的上部25上的導(dǎo)軌24中的開口32中，但并不與該電池電源組件14的任何一個(gè)端子電氣接觸。同樣，該電池端子塊體22上的剩余二個(gè)葉片式端子30，伸入該工具端子塊體34上的空導(dǎo)軌36中。
再參見(jiàn)圖2和圖3B，根據(jù)本發(fā)明的交流/直流轉(zhuǎn)換器組件16可將115伏的交流室內(nèi)電流轉(zhuǎn)換為24伏的直流電流。在優(yōu)選實(shí)施例中的該轉(zhuǎn)換器組件16的殼體48的外形，與上述電池電源組件14的殼體18基本上相同。該殼體48包括第一和第二個(gè)蛤殼式的半邊殼體，這二個(gè)半邊殼體在沿著縱向延伸的分開線上連接在一起。該殼體48的上部50，包括二個(gè)與在上述電池電源組件14上作的，用于與工具殼體上的槽13接合的導(dǎo)軌相同的導(dǎo)軌52。為了防止該轉(zhuǎn)換器組件16無(wú)意中脫出，上述殼體48的上部50上也作有一個(gè)凹部(沒(méi)有示出)，該凹部包括一個(gè)卡爪(沒(méi)有示出)。該殼體48還有一個(gè)凹部51，風(fēng)扇45放在該凹部中，用于為該轉(zhuǎn)換器組件16提供冷卻氣流。風(fēng)扇45上連接著一個(gè)風(fēng)扇蓋47，用于防止外來(lái)物體妨礙該風(fēng)扇45的工作。在該殼體48內(nèi)還有幾塊散熱片43，用于使熱量散開，冷卻所選擇的功率轉(zhuǎn)換器零件。
圖7中表示了上述轉(zhuǎn)換器組件16和工具端子塊體22之間的界面。該轉(zhuǎn)換器組件16包括二個(gè)凹形端子54，可容納該工具端子塊體22上的二個(gè)凸形端子40。與上述的電池電源組件14安裝在該電動(dòng)工具12上的方法相似，當(dāng)將上述轉(zhuǎn)換器組件16安裝在工具12上時(shí)，為了保證該轉(zhuǎn)換器組件16的二個(gè)凹形接頭54，與工具12上的凸形接頭40對(duì)準(zhǔn)，該轉(zhuǎn)換器組件殼體48的上部50上的導(dǎo)軌52，可與上述工具端子塊體34上的，在橫向隔開一定距離的導(dǎo)軌44接合。
由于本發(fā)明中的交流/直流轉(zhuǎn)換器組件16是不隔離的，為了滿足安全的要求，上述二個(gè)凹形端子54凹陷在該轉(zhuǎn)換器組件16的殼體48的上部50內(nèi)。在優(yōu)選實(shí)施例中，該凹形端子54凹陷在該轉(zhuǎn)換器組件16的殼體48的上部50內(nèi)至少8mm。該轉(zhuǎn)換器組件16將115伏的交流電轉(zhuǎn)換為24伏的直流電，并通過(guò)上述二個(gè)凹形端子54，送至電動(dòng)工具12中。當(dāng)該轉(zhuǎn)換器組件16安裝在工具12上工作時(shí)，上述工具端子塊體34上的凹形端子38，電氣上是不工作的。
上述交流/直流功率轉(zhuǎn)換器組件16的優(yōu)選實(shí)施例是固定頻率、不隔離和反極性分路(buck-derive)布局式的；然而，本發(fā)明的原理可以擴(kuò)展至變頻的轉(zhuǎn)換器，和布局不是反極性分路式的，例如，Cük和回掃式轉(zhuǎn)換器。該功率轉(zhuǎn)換器組件16設(shè)計(jì)成可將不可調(diào)節(jié)的交流電壓，轉(zhuǎn)換為可調(diào)節(jié)的，可供電動(dòng)工具12使用的直流電壓。例如，該轉(zhuǎn)換器組件16可將120伏，60Hz的交流輸入，轉(zhuǎn)換為該電動(dòng)工具12所需要的42伏以下(例如24伏直流)的任何一種直流低電壓。
如圖8的方框圖所示，該功率轉(zhuǎn)換器組件16包括一個(gè)與二極管電橋102串聯(lián)的保險(xiǎn)絲101。一個(gè)電源插頭和電線(參見(jiàn)圖2)，通過(guò)該保險(xiǎn)絲101，與該二極管電路102的另一輸入端連接。該二極管電橋102的輸出，加在高壓側(cè)電線104，和與參考地線106連接的起動(dòng)功率限制器103之間。二極管電橋102的經(jīng)過(guò)整流的輸出電壓，由輸入電容器108濾波。所得到的經(jīng)過(guò)濾波的電壓額定為165伏直流。輸入電容器108與作為一個(gè)電壓控制的開關(guān)使用的并聯(lián)的功率MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)110a和110b的漏極連接。當(dāng)MOSFET 110a和110b在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，漏極和源極之間的阻抗小。當(dāng)在斷開狀態(tài)時(shí)，漏極和源極之間的阻抗非常大，可以有效地防止電流流動(dòng)。MOSFET 110a和110b的源極與輸出電感112和單向?qū)щ姷妮敵龆O管114(free-wheeling output diode)的陰極的連接處連接。該輸出電感112的另一端與輸出電容器116連接。檢測(cè)電流的電阻118連接在該輸出電容116和單向?qū)щ姷亩O管114的陽(yáng)極之間。輸出二極管114的陽(yáng)極也與參考地線106連接。輸出電容116兩端之間的電壓，加在功率轉(zhuǎn)換器組件16的輸出端，在輸出端VOUTHI 120和VOUTLO 122二端之間，而該輸出端VOUTHI 120和VOUTLO 122與上述二個(gè)凹形端子54連接。風(fēng)扇123與該輸出電容116并聯(lián)。二極管電橋102，MOSFET 110和單向?qū)щ姷妮敵龆O管114全部安裝在散熱和成為消耗的電能的熱通道的散熱片上。
圖8和圖10表示功率轉(zhuǎn)換器組件16的控制和保護(hù)電路。該電路包括電壓可調(diào)的電源124，PWM(脈沖寬度調(diào)制控制)控制126，電壓反饋128，電流限制130和溫度檢測(cè)134多個(gè)部分。該電壓可調(diào)的電源124與輸入電容108的二端連接，將一個(gè)低功率的、可調(diào)節(jié)的低電壓輸出送至該功率轉(zhuǎn)換器組件16的內(nèi)部電路。該可調(diào)的低電壓輸出，以及該功率轉(zhuǎn)換器組件的內(nèi)部電路的其余部分稱為參考地線106。VOUTHI 120與連接PWM控制部分126的電壓反饋128連接。檢測(cè)電流用的電阻118與和濕度檢測(cè)部分134連接的電流限制部分130連接。電流限制部分130的輸出，與PWM控制部分126連接。組成上述電壓可調(diào)的電源124，PWM控制部分126，電壓反饋部分128，電流限制部分130和溫度檢測(cè)部分134的元件布局是技術(shù)上眾所周知的。
圖9和圖10表示形成功率轉(zhuǎn)換器組件16的功率轉(zhuǎn)換功能的電路。該電路包括高電壓激勵(lì)器132和功率級(jí)元件。PWM控制部分126的輸出與該高電壓激勵(lì)器132連接，后者使PWM控制部分126的輸出電平偏移，以驅(qū)動(dòng)MOSFET 110a和110b的柵極。組成高電壓激勵(lì)器132的元件布局是技術(shù)上已熟知的。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，帶有相應(yīng)元件的一個(gè)SGS-ThomsonL6381高壓激勵(lì)器127即構(gòu)成該高電壓激勵(lì)器132。然而，用于使PWM輸出電壓偏移的其他電路也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)(例如，分立元件電路和Motorola高壓激勵(lì)器芯片)。
參見(jiàn)圖8，在開始使功率轉(zhuǎn)換器組件16通電時(shí)，將電源插頭和電線與一個(gè)交流電源連接。交流電壓由二極管電橋102整流，并加在輸入電容108的二端。從該交流電源流出的電流，在通過(guò)保險(xiǎn)絲101，起動(dòng)功率限制器103，和二極管電橋102時(shí)，急劇增大，并開始使輸入電容108充電。該起動(dòng)功率限制器103的工作，將急劇增大的電流幅值限制在安全水平上。開始時(shí)，該起動(dòng)功率限制器103的阻抗很大，但迅速改變成低阻抗。在本實(shí)施例中，該起動(dòng)功率限制器103由電阻150與三端雙向可控硅開關(guān)元件152并聯(lián)組成，并由通過(guò)輸出電感112的電流觸發(fā)。然而，也可以采用其他已知的電路，例如一個(gè)串聯(lián)熱敏電阻；和與由溫度、時(shí)間、或電流大小觸發(fā)的一個(gè)可控制的半導(dǎo)體并聯(lián)的一個(gè)高阻值串聯(lián)電阻。當(dāng)輸入電容108二端的電壓升高至其額定值165伏直流電壓時(shí)，該電壓可調(diào)的電源124被激活，開始將電壓送至包括PWM控制部分126在內(nèi)的該功率轉(zhuǎn)換器組件16的內(nèi)部電路。在輸入電容108開始充電過(guò)程中，上述三端雙向可控硅開關(guān)152保持?jǐn)嚅_，迫使返回電流流過(guò)電阻150，因此可以限制起動(dòng)電流的峰值。該三端雙向可控硅開關(guān)152保持?jǐn)嚅_，直至PWM控制部分126的輸出，將MOSFET 110a和110b激勵(lì)至導(dǎo)通狀態(tài)為止。這時(shí)，通過(guò)輸出電感112的電流，與通過(guò)電感112的一個(gè)檢測(cè)線圈的電流耦合，將該三端雙向可控硅開關(guān)觸發(fā)至導(dǎo)通狀態(tài)。
在本實(shí)施例中的該P(yáng)WM控制部分126，為帶有相應(yīng)元件的TexasInstruments公司生產(chǎn)的TL 494，如圖10所示。還有許多其他的控制芯片可以使用，例如，UC 1845和SG 1625。在上述電壓可調(diào)的電源124的可調(diào)輸出超過(guò)6.4伏以前，PWM控制部分126沒(méi)有輸出，這時(shí)是軟起動(dòng)狀態(tài)。在軟起動(dòng)開始以前，PWM控制部分126的振蕩器開始工作。本實(shí)施例在固定頻率40KHz下開關(guān)，但是，更高或更低的開關(guān)頻率也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在功率轉(zhuǎn)換器組件16穩(wěn)態(tài)工作過(guò)程中，該P(yáng)WM控制部分126的輸出為脈沖寬度變化的低電壓方波信號(hào)，調(diào)整該脈沖寬度，可保持在輸出端VOUTHI 120和VOUTLO 122上的輸出電壓可以調(diào)節(jié)。在軟起動(dòng)過(guò)程中，PWM控制部分126的輸出的脈沖寬度開始為零，然后逐漸增加至一個(gè)穩(wěn)態(tài)值，結(jié)果可將輸出電壓調(diào)節(jié)至所希望的電壓。軟起動(dòng)模式的持續(xù)時(shí)間由PWM控制部分126中的元件特性值的選擇控制，這在技術(shù)上是眾所周知的。軟起動(dòng)的目的，是要在輸出電容116被充電至其額定穩(wěn)態(tài)值的時(shí)間過(guò)程中，限制該功率轉(zhuǎn)換器16的元件上，由電流和電壓引起的應(yīng)力。當(dāng)輸出電容116二端的電壓接近其穩(wěn)態(tài)值時(shí)，上述電壓反饋部分128的輸出，上升至其穩(wěn)態(tài)值，使PWM控制部分126的脈沖寬度達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，從而將輸出電容116二端的電壓調(diào)節(jié)至希望的值。本實(shí)施例中的反饋網(wǎng)絡(luò)為滯后-超前-滯后-超前形式，其設(shè)計(jì)要求是眾所周知的，用以保持該功率轉(zhuǎn)換器組件16的穩(wěn)定工作。在穩(wěn)定工作過(guò)程中，由高電壓激勵(lì)器132作電平偏移的PWM控制部分126的輸出，在開關(guān)頻率下，重復(fù)地將MOSFET 110a和110b激勵(lì)至導(dǎo)通狀態(tài)和斷開狀態(tài)。
除了圖8之外，再參見(jiàn)圖11的VS，iL和Vout的波形可看出，當(dāng)MOSFET110a和110b在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，輸入電容108的電壓VS加在MOSFET 110a和110b的源極上，并加在輸出電感112的輸入端上，使上述單向?qū)щ姷亩O管114受到反向偏壓作用。在導(dǎo)通狀態(tài)過(guò)程中，輸出電感112二端的電壓等于輸入電器108二端的電壓，減去輸出電容116二端的電壓Vout。電感112二端的正電壓，使得通過(guò)電感112的電流iL，以線性速度增加。電流在VOUTHI120和輸出電容116之間分離開來(lái)，直流分量流至VOUTHI 120，而交流分量基本上通過(guò)輸出電容116。從負(fù)載121返回的電流，從VOUTLO 122流過(guò)檢測(cè)電流用的電阻118和輸入電容108，從而完成了電流通道。
當(dāng)MOSFET 110a和110b切換至斷開狀態(tài)時(shí)，它們對(duì)從輸入電容108送出的電壓形成高阻抗，使該電壓與電路的其余部分去耦。在這期間，單向?qū)щ姷亩O管114被激活。當(dāng)前流過(guò)MOSFET 110a和110b的、從輸出電感112出來(lái)的電流iL，現(xiàn)在通過(guò)單向?qū)щ姷妮敵龆O管114。當(dāng)輸出二極管114導(dǎo)通時(shí)，在輸出電感112的輸入端上的電壓VS，大約為低于參考地線106電壓的一個(gè)二極管的電壓降。輸出電感112二端的電壓，等于-1伏減去輸出電容116二端的電壓。電感112二端的負(fù)電壓，使通過(guò)該電感112的電流，以線性速率減小。電流再在VOUTHI 120和輸出電容116之間分離開來(lái)，直流分量流過(guò)VOUTHI 120，而交流分量基本上流過(guò)輸出電容116。從負(fù)載121返回的電流，從VOUTLO 122流過(guò)檢測(cè)電流用的電阻118和單向?qū)щ姷妮敵龆O管114，從而完成了電流通道。在剩余的循環(huán)時(shí)間內(nèi)，該MOSFET 110a和110b保持在斷開狀態(tài)。
再參見(jiàn)圖8和圖11中的Vg和Vpwm波形可看出，為了驅(qū)動(dòng)功率MOSFET110a和110b至導(dǎo)通狀態(tài)或斷開狀態(tài)，PWM控制部分126的輸出，由高電壓激勵(lì)器132進(jìn)行電平偏移。在從斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)變至導(dǎo)通狀態(tài)的過(guò)程中，PWM控制部分126的輸出電壓Vpwm很低，造成上述激勵(lì)器132的輸出增大，這樣，就給PNP晶體管178的基極和發(fā)射極的結(jié)處加偏壓，使該晶體管斷開。同時(shí)，NPN晶體管174導(dǎo)通。電流通過(guò)NPN晶體管174和電阻176a，176b，流入MOSFET 110a和110b的柵極中，使柵極和源極之間的內(nèi)部電容充電，在從MOSFET 110a和110b的源極返回的電流，流至濾波電容器168之前，將MOSFET 110a和110b的柵極電壓V。升高至接地電壓以上。MOSFET 110a和110b的柵極和源極二端的增大的電壓，使MOSFET 110a和110b開始導(dǎo)通，使MOSFET 110a和110b的源極電壓，從相對(duì)于參考地線106的-1伏，增加至接近輸入電容108二端的電壓的一個(gè)值。另外，還可使MOSFET 110a和110b的柵極電壓Vg，增加至輸入電容108二端的電壓，加上MOSFET柵極和源極電壓的值。當(dāng)MOSFET 110a和110b的源極電壓增加時(shí)，去耦二極管166被加上反向偏壓，使該二極管166與高電壓激勵(lì)器132的其余部分去耦。濾波電容168仍以MOSFET 110a和110b的源極為基準(zhǔn)，因此，在導(dǎo)通狀態(tài)剩余的時(shí)間過(guò)程中，提供保持MOSFET 110a和110b的柵極和源極之間的電壓所需要的能量。
為了開始起動(dòng)斷開狀態(tài)，PWM控制部分126的輸出電壓Vpwm，從低轉(zhuǎn)換至高。高電壓激勵(lì)器172使造成NPN晶體管174斷開，而PNP晶體管178導(dǎo)通的信號(hào)倒轉(zhuǎn)，并使信號(hào)電平偏移。貯存在MOSFET 110a和110b的柵極和源極之間的內(nèi)部電容中的能量，通過(guò)電阻176和PNP晶體管178放出。當(dāng)MOSFET 110a和110b的柵極和源極之間的電壓減小至小于大約4伏時(shí)，MOSFET 110a和110b斷開。單向?qū)щ姷亩O管114被激活，使MOSFET 110a和110b源極上的電壓減少至-1伏。然后，電流通過(guò)去耦二極管166，流入濾波電容168中，重新使電容器168充電。并聯(lián)的穩(wěn)壓二極管170將濾波電容168二端的電壓箝制至一個(gè)安全值，不使MOSFET 110a和110b的柵極和源極結(jié)處受應(yīng)力過(guò)大。電路保持在斷開狀態(tài)，直至PWM控制部分126的輸出再次變小為止。
除了控制脈沖寬度，保持輸出電壓恒定以外，PWM控制部分126還可根據(jù)從電流限制部分130發(fā)出的輸出，來(lái)改變脈沖寬度，以保護(hù)該功率轉(zhuǎn)換器組件16，不會(huì)受到過(guò)大的輸出電流負(fù)載的作用。輸出電流通過(guò)上述檢測(cè)電流用的電阻118，形成一個(gè)與該輸出電流成比例的電壓。電阻118二端的電壓，與從PWM控制部分得出的一個(gè)參考電壓比較。當(dāng)該輸出電流比預(yù)先確定的最大電流大時(shí)，則上述電流限制部分130的輸出使得PWM控制部分126將輸出的脈沖寬減小。工作循環(huán)時(shí)間減小，造成VOUTHI 120和VOUTLO122輸出端的電壓減小，直至所得到的輸出電流，小于預(yù)先確定的最大值為止。
溫度檢測(cè)部分134保護(hù)該功率轉(zhuǎn)換器組件16，不使MOSFET 110和輸出二極管114受到過(guò)高溫度的應(yīng)力作用。在本優(yōu)選實(shí)施例中，使用一個(gè)熱敏電阻作為溫度檢測(cè)部分134。用以監(jiān)視散熱片43的溫度。如果由于過(guò)載，碎屑堵塞空氣入口，或其他故障原因造成溫度升高，則溫度檢測(cè)部分134修正上述電流限制部分的參考電壓，使PWM控制部分126產(chǎn)生較短的脈沖寬度。脈沖寬度較短可降低輸出電壓和輸出電流，這相當(dāng)于降低總的輸出功率。輸出功率降低可減小功率轉(zhuǎn)換器組件16的元件所消耗的功率，從而降低元件溫度。
再回到圖1，雖然本發(fā)明的電動(dòng)工具12設(shè)計(jì)是由較低電壓的直流電源(例如，小于50伏的直流電源)供電的；但是，作為優(yōu)選實(shí)施例的該電動(dòng)工具的殼體201，與該工具的電氣系統(tǒng)仍是雙重絕緣的。技術(shù)經(jīng)驗(yàn)豐富的人們都知道，為了安全的原因，設(shè)計(jì)用高電壓電源工作的電動(dòng)工具，例如，通常的利用交流電或電線供電的電動(dòng)工具，一般作成與該工具的殼體與該工具的電氣系統(tǒng)是雙重絕緣的。這樣，當(dāng)該工具電氣系統(tǒng)短路時(shí)，可保護(hù)操作者，不致受到電擊。無(wú)繩或直流的電動(dòng)工具是用低電壓電源供電的，因此，不需要這些安全措施。因此，通常的直流電動(dòng)工具的殼體與該工具的電氣系統(tǒng)不絕緣。
當(dāng)然，也有許多直流供電的便攜式裝置是由高電壓的室內(nèi)交流電供電的。然而，為了使這另一種方案可行，交流/直流供電的裝置廣泛采用變壓器，來(lái)降低交流高電壓，并使該裝置與高電壓的交流電源隔離開來(lái)。
雖然，對(duì)于功率較小的裝置，例如，便攜式立體聲收音機(jī)這種方法是可以接受的，但許多便攜式的電動(dòng)工具的功率，要求必需使用很大的降壓變壓器。這種變壓器不但體積龐大，而且非常笨重。因此，商業(yè)上很少出售這種可由交流的室內(nèi)電流供電的直流電動(dòng)工具。
本發(fā)明通過(guò)提供一種重量較輕的，非隔離式的交流變直流轉(zhuǎn)換器，和按照與通常的交流電動(dòng)工具的雙重絕緣安全要求相一致的方法，制造該直流電動(dòng)工具來(lái)解決上述這個(gè)問(wèn)題。換句話說(shuō)，通過(guò)取消在交流/直流功率轉(zhuǎn)換器組件16中的隔離的變壓器，供給該電動(dòng)工具電機(jī)的直流輸出電壓是從115伏的交流輸入電壓產(chǎn)生的。因此，需要使工具殼體與該電動(dòng)工具的電氣系統(tǒng)雙重絕緣。
另外，如以上針對(duì)圖5～圖7所述的那樣，根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)工具的端子塊體34帶有獨(dú)立的凸形接頭40。該凸形接頭40與該交流/直流轉(zhuǎn)換器組件16中的特殊形狀的凹進(jìn)去的凹形接頭54電氣上接觸，并從該凹形接頭獲取電能。這樣，盡管本發(fā)明的交流/直流轉(zhuǎn)換器組件16為非隔離式結(jié)構(gòu)，但它可滿足由較高電壓電源供電的電動(dòng)工具的所有的安全操作要求。
圖12～圖17表示在電機(jī)和電動(dòng)工具殼體內(nèi)，采用雙重絕緣的效果。雙重絕緣技術(shù)在技術(shù)上是眾所周知的。一般，雙重絕緣的電動(dòng)工具的結(jié)構(gòu)，是在操作者和工具的電氣系統(tǒng)之間有二個(gè)單獨(dú)的電氣絕緣層，或具有一個(gè)雙倍厚度的絕緣層。在圖12中，具體地表示了一個(gè)非雙重絕緣的直流電機(jī)電樞200的橫截面圖。該電樞200由一根軸202組成，該軸上裝有一個(gè)鐵芯。該鐵芯由許多鐵芯片206組成，沿著該鐵芯片的外圓周作有許多缺口，用以?shī)A持該電樞的繞組204。在該電樞200的一端，在上述軸上裝有一個(gè)齒輪或卡頭(沒(méi)有示出)，用于形成一個(gè)將回轉(zhuǎn)能量傳遞至電動(dòng)工具12的工作端208(參見(jiàn)圖1)的裝置。例如，一個(gè)齒輪機(jī)構(gòu)可將回轉(zhuǎn)能量轉(zhuǎn)換為用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)往復(fù)式鋸的前后運(yùn)動(dòng)的能量。從該電樞軸202，至齒輪機(jī)構(gòu)或卡頭，并最后通至該電動(dòng)工具工作端的通路是導(dǎo)電的。因此，在該電樞軸202上的電能，可傳導(dǎo)至暴露在電動(dòng)工具12的操作者面前的該工具的工作端上。位置208，210，212表示，如果不使用絕緣時(shí)，可以通過(guò)與帶電組件的接觸而帶電的轉(zhuǎn)子的幾個(gè)區(qū)域。在位置208上，通過(guò)與帶電的電樞鐵芯片206的接觸，電樞軸202可以帶電。在位置210上，通過(guò)與上述電樞繞組204的末端幾圈接觸，該電樞軸202可能帶電。在位置212上，通過(guò)與該電樞繞組204的末端幾圈接觸，該電樞鐵芯片206可以帶電。
圖13表示在一個(gè)電動(dòng)工具的電機(jī)電樞220上，采用雙重絕緣的第一種方法。該電樞220由其上裝有一個(gè)鐵芯的一根軸222構(gòu)成。該鐵芯由許多鐵芯片226組成，沿著該鐵芯片的外圓周作出許多缺口，用以?shī)A持電樞繞組224。在該電樞鐵芯片206的一端，在上述軸上裝有一個(gè)卡頭228，用于形成一個(gè)將一個(gè)裝置，例如，一個(gè)鉆頭固定在該電動(dòng)工具12的工作端208(參見(jiàn)圖1)上的裝置。一個(gè)模制的塑料絕緣體230形成了該電樞繞組224和該鐵芯片226之間，以及該軸222和繞組224之間的基本絕緣。一個(gè)壓配合的塑料管絕緣體232包裹著該軸222，形成補(bǔ)充的絕緣，可以防止如果上述基本絕緣破壞時(shí)，該軸帶電。
圖14表示在一個(gè)電動(dòng)工具的電機(jī)電樞220上，采用雙重絕緣的第二種方法。一個(gè)紙質(zhì)絕緣體240形成了該電樞繞組224和該鐵芯片226之間的基本絕緣。雙倍厚度，2mm，的第二個(gè)絕緣體242包裹著軸222，形成代替上述補(bǔ)充絕緣的加強(qiáng)絕緣，可防止該軸因?yàn)殍F芯片226或電樞繞組224電氣上短路，而帶電。
圖15表示在一個(gè)電動(dòng)工具的電機(jī)電樞220上，采用雙重絕緣的第三種方法。由紙或模制塑料制成的一個(gè)絕緣體250，形成該電樞的繞組224和鐵芯片226之間的基本絕緣。一個(gè)雙倍厚度的現(xiàn)場(chǎng)模制熱成形的塑料絕緣體252，包套著軸222，在原來(lái)位置形成一個(gè)代替上述補(bǔ)充絕緣的加強(qiáng)絕緣，可防止該軸因?yàn)殍F芯片226或電樞繞組224的電氣上短路，而帶電。
圖16表示通過(guò)一個(gè)電動(dòng)工具的電機(jī)電樞220的一疊鐵芯片的中心的橫截面。一個(gè)嵌入槽中的襯里式絕緣體260形成該電樞繞組224和鐵芯片226之間的基本絕緣。該嵌入槽中的襯里式絕緣體可由任何適當(dāng)?shù)碾姎饨^緣材料例如紙、涂層紙、聚酯、和硫化纖維制成。上述補(bǔ)充絕緣由一個(gè)用玻璃增強(qiáng)的聚酯絕緣體套筒262形成，該套筒包裹著軸222。如果該由嵌入槽中的襯里260形成的基本絕緣破壞，則該絕緣體套筒可防止該軸帶電。
圖17表示一個(gè)電動(dòng)工具的雙重絕緣的殼體270。如技術(shù)上眾所周知的那樣，所用的雙重絕緣方法的目的是，要防止該殼體270內(nèi)部的電能，使該殼體270的外表面帶電。圖示的殼體270利用在該電動(dòng)工具殼體外表面上的一個(gè)假想的金屬箔覆蓋層272，未模擬與操作者的相互作用。圖中還表示了一個(gè)圓環(huán)形端子274，和包括一個(gè)導(dǎo)電金屬絲278和金屬絲絕緣280的一根絕緣電線276。在該圓環(huán)形端子274和導(dǎo)電金屬絲278上都有電能。該圓環(huán)形端子274的雙重絕緣是由雙倍厚度，2mm，的殼體材料提供的，該殼體材料起加強(qiáng)絕緣體的作用。上述金屬絲絕緣280是該導(dǎo)電金屬絲278的基本絕緣。補(bǔ)充絕緣由上述殼體270形成，該殼體可防止擊穿上述金屬絲絕緣的電能，使該殼體270的外表面帶電。
上述功率轉(zhuǎn)換器組件16開始將低頻的交流輸入轉(zhuǎn)換為高電平的直流電壓，然后再轉(zhuǎn)換為高頻的電壓電平，該高頻電壓電平再被濾波為電動(dòng)工具12的低電壓電源電平。該電動(dòng)工具采用電機(jī)的雙重絕緣，而不是功率轉(zhuǎn)換器16的變壓器隔離，因而可大大降低該功率轉(zhuǎn)換器組件16的成本和重量。
另外，該轉(zhuǎn)換器組件16的元件數(shù)目較少，而轉(zhuǎn)換過(guò)程的效率較高。這進(jìn)一步強(qiáng)化了該轉(zhuǎn)換器組件16的重量輕和結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)。該轉(zhuǎn)換器組件16的尺寸可允許將該轉(zhuǎn)換器用在以前因尺寸太小，難以支承和包含可提供至少是50瓦或更高的功率范圍的轉(zhuǎn)換裝置的電動(dòng)工具，例如，往復(fù)式鋸12中。
另外，雖然該轉(zhuǎn)換器組件16的優(yōu)選實(shí)施例可將低頻的高電壓電平，轉(zhuǎn)換為低的直流電壓電平，但通過(guò)直接將高的直流電平加在連接該轉(zhuǎn)換器組件16的輸入端的相應(yīng)電線和插頭上，也可以用于將高的直流電壓電平轉(zhuǎn)換為低的直流電壓電平。這樣，該電動(dòng)工具12可由高的直流電壓電源供電，而不是由電池26的低的直流電壓供電工作，并從而可保持該電池的充電壽命。
該轉(zhuǎn)換器組件16可以設(shè)計(jì)成用不是120伏的60Hz的外部交流電源供電工作。在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的條件下，該轉(zhuǎn)換器組件16也可設(shè)計(jì)成能提供3.6～48伏范圍的直流電壓電平輸出。在一個(gè)特殊的例子中，當(dāng)采用相應(yīng)的電線插頭和電線時(shí)，可以調(diào)整該轉(zhuǎn)換器，在VOUTHI 120和VOUTLO 120輸出端之間，由外部的220伏，50Hz的交流電源，獲得24伏的直流輸出。這樣，該轉(zhuǎn)換器組件16可以為由24伏的直流電壓電源驅(qū)動(dòng)工作的電動(dòng)裝置，提供廉價(jià)的雙模式工作能力。
往復(fù)式鋸12只是許多電動(dòng)的，無(wú)繩模式裝置中的一個(gè)例子，這種裝置由于本發(fā)明的、高效和價(jià)格低廉的雙模式工作能力而變得更加萬(wàn)能了。由于本發(fā)明的概念性能得到提高的無(wú)繩電動(dòng)裝置的其他例子包括，但不限于鉆，螺絲改錐，改錐-鉆，錘鉆，曲線鋸，圓鋸，柵欄修整器，剪草機(jī)，以及電池驅(qū)動(dòng)的家用電器產(chǎn)品等。
從以上所述可以知道，本發(fā)明提供了一種完全能達(dá)到本發(fā)明的主要目的的、價(jià)格低廉的、電動(dòng)裝置的雙模式有繩/無(wú)繩系統(tǒng)。同樣可以理解和預(yù)期的是，在不偏離本發(fā)明的精神的條件下，可以對(duì)所示的實(shí)施例作各種改進(jìn)和/或改變。因此，上述的說(shuō)明和附圖只是對(duì)優(yōu)選實(shí)施的說(shuō)明，而不是限制性的。本發(fā)明的精神和范圍將由所附的權(quán)利要求書和它的法律上等價(jià)的文件決定。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)工具的有繩/無(wú)繩系統(tǒng)，它包括一個(gè)在預(yù)先選擇的電壓范圍內(nèi)工作的直流低電壓的電動(dòng)工具；所述電動(dòng)工具具有一個(gè)外部、一個(gè)內(nèi)部和一個(gè)預(yù)先形成的界面，用于在機(jī)械上和電氣上與一個(gè)電源組件匹配；另外還具有一個(gè)雙重絕緣的殼體，以防止電荷從該電動(dòng)工具的內(nèi)部傳導(dǎo)至其外部；和一個(gè)有繩的非隔離式的電源組件，該組件在機(jī)械上和電氣上與一個(gè)較高電壓的電源連接，并與上述直流低電壓的電動(dòng)工具匹配；所述有繩的非隔離式的電源組件，可將從該電源來(lái)的所述較高的電壓，轉(zhuǎn)換為在預(yù)先選擇的電壓范圍內(nèi)的，適合給該直流低電壓電動(dòng)工具供電的直流電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的有繩/無(wú)繩系統(tǒng)，它還包括一個(gè)無(wú)繩的電池電源組件，該組件在機(jī)械上和電氣上與上述直流低電壓的電動(dòng)工具匹配，并包含一個(gè)直流電壓在預(yù)先選擇的電壓范圍內(nèi)，適合于給該直流低電壓電動(dòng)工具供電的電池組件；所述電池電源組件將從該電池組件發(fā)出的電力，送至該直流電動(dòng)工具；其中，該電動(dòng)工具可以接受從該有繩的非隔離式的電源組件，或該電池電源組件送出的電力。
3.如權(quán)利要求1所述的有繩/無(wú)繩系統(tǒng)，其中，該電動(dòng)工具包括一個(gè)電機(jī)。
4.如權(quán)利要求2所述的有繩/無(wú)繩系統(tǒng)，其中，該電動(dòng)工具的預(yù)先形成的界面還包括一個(gè)實(shí)際的外殼結(jié)構(gòu)，用于容納所述有繩的非隔離式電源組件，和所述無(wú)繩的電池電源組件中的任何一個(gè)組件。
5.如權(quán)利要求4所述的有繩/無(wú)繩系統(tǒng)，其中，該電動(dòng)工具的預(yù)先形成的界面還包括一個(gè)電氣接頭，該接頭可在電氣上，與連接在所述有繩的非隔離式電源組件，和所述無(wú)繩的電池電源組件中的任一個(gè)組件上的一個(gè)電氣接頭連接。
6.如權(quán)利要求5所述的有繩/無(wú)繩系統(tǒng)，其中，該有繩的非隔離式電源組件的電氣接頭為一個(gè)端子塊體；而該電池電源組件的電氣接頭也是一個(gè)端子塊體。
7.如權(quán)利要求4所述的有繩/無(wú)繩系統(tǒng)，其中，該電動(dòng)工具的預(yù)先形成的界面還包括一個(gè)卡爪，用于可松開地固定所述有繩的非隔離式的電源組件，和所述無(wú)繩的電池電源組件中的任何一個(gè)組件。
8.如權(quán)利要求1所述的有繩/無(wú)繩系統(tǒng)，其中，該有繩的非隔離式電源組件包括一個(gè)將從電壓較高的電源送出的電力，轉(zhuǎn)換為在預(yù)先選擇的電壓范圍內(nèi)的直流電壓的電路，其中，該直流電壓是從該較高電壓的電源發(fā)出的電力產(chǎn)生的。
9.如權(quán)利要求8所述的有繩/無(wú)繩系統(tǒng)，其中，該較高電壓的電源提供大約為120伏，60Hz的電力。
10.一種電動(dòng)工具的有繩/無(wú)繩系統(tǒng)，它包括一個(gè)在預(yù)先選擇的電壓范圍內(nèi)工作的直流低電壓的電動(dòng)工具，所述電動(dòng)工具具有一個(gè)外部，一個(gè)內(nèi)部，和一個(gè)用于防止電荷從該電動(dòng)工具的內(nèi)部傳導(dǎo)至其外部的雙重絕緣的殼體，另外還具有一個(gè)在機(jī)械上和電氣上與一個(gè)電源組件匹配的預(yù)先形成的界面；所述電動(dòng)工具的預(yù)先形成的界面包括一個(gè)實(shí)際的外殼結(jié)構(gòu)，用于容納該電源組件；一個(gè)端子塊體，它電氣上與連接在該電源組件上的一個(gè)端子塊體連接；知一個(gè)卡爪，用于可松開地固定該電源組件；一個(gè)有繩的非隔離式電源組件，它機(jī)械上和電氣上與一個(gè)較高電壓的電源連接，并與該直流低電壓的電動(dòng)工具匹配；所述有繩的非隔離式的電源組件包括一個(gè)將從較高電壓的電源發(fā)出的電力，轉(zhuǎn)換為在該預(yù)先選擇的電壓范圍內(nèi)，適合于給該直流低電壓的電動(dòng)工具供電的直流電壓的電路，其中，該直流電壓是從該較高電壓的電源發(fā)出的電力產(chǎn)生的；一個(gè)無(wú)繩的電池電源組件，該組件機(jī)械上和電氣上與該直流低電壓的電動(dòng)工具匹配，并包含一個(gè)直流電壓在預(yù)先選擇的電壓范圍內(nèi)，適合于給該直流低電壓的電動(dòng)工具供電的電池組件；所述電池電源組件將從該電池組件發(fā)出的電力，送至該直流電動(dòng)工具；和其中，該電動(dòng)工具可接受從該有繩的非隔離式的電源組件，或該電池電源組件送出的電力。
11.一種將電力送至在一個(gè)預(yù)先選擇的電壓范圍內(nèi)工作的直流電動(dòng)工具上的方法，所述電動(dòng)工具具有暴露的表面，該方法包括下列步驟使該直流電動(dòng)工具的暴露表面絕緣，以防止該表面帶電；使一個(gè)有繩的非隔離式電源組件與該電動(dòng)工具，和一個(gè)較高電壓的電源連接；將從該較高電壓的電源發(fā)出的電力，轉(zhuǎn)換為直流電壓，該轉(zhuǎn)換器不是與該較高電壓的電源隔離的變壓器；其中，所述直流電壓在該預(yù)先選擇的電壓范圍內(nèi)，適合于給該直流電動(dòng)工具供電；和用該直流電壓給該直流電動(dòng)工具供電。
12.一種直流低壓電動(dòng)工具，它在預(yù)先選擇的電壓范圍內(nèi)工作，包括一個(gè)用于操作所述工具的電氣系統(tǒng)；一個(gè)預(yù)定電氣界面，用于和電源組件機(jī)械匹配和電匹配，從而激勵(lì)電氣系統(tǒng)；以及雙重絕緣工具外殼，它容納所述電氣系統(tǒng)，以防止自電動(dòng)工具的內(nèi)部向外部的電荷傳導(dǎo)。
13.如權(quán)利要求12所述的工具，包括一個(gè)無(wú)繩式電源組件，用于有選擇地和所述電氣界面連接，從而激勵(lì)所述電氣系統(tǒng)，以及一個(gè)有繩式非隔離式變換電源，用于有選擇地和所述電界面連接，從而激勵(lì)所述電氣系統(tǒng)。
全文摘要
一種用于廉價(jià)地驅(qū)動(dòng)雙重絕緣的電動(dòng)裝置工作的雙模式系統(tǒng)。包括一個(gè)在無(wú)繩模式下,給該裝置供應(yīng)所需功率和電流的電池組件;和一個(gè)放置在一個(gè)外殼中,尺寸與該電池組件相同,并且可與該電池組件互換的、供給該裝置所需的功率和電流的有繩的、非隔離式的電壓轉(zhuǎn)換器。該電壓轉(zhuǎn)換器帶有一個(gè)非隔離式的,高效率的電源,可使該轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)上述裝置所必需的功率和電流。上述被驅(qū)動(dòng)的裝置的雙重絕緣不需要隔離變壓器式的電壓轉(zhuǎn)換器。
文檔編號(hào)B25F5/02GK1260263SQ99127410
公開日2000年7月19日 申請(qǐng)日期1999年12月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月30日
發(fā)明者戴維·A·卡里爾 申請(qǐng)人:布萊克和戴克公司