[实用新型]无绳户外电动工具系统

说明书

优先权声明

本申请是2007年2月5日提交的Daniele C.Brotto的共同待审和共同转让美国专利申请No.11/702,208的部分延续并依据35U.S.C.§120要求其本国优先权，该申请No.11/702,208是2005年11月4日提交的Daniele C.Brotto的美国专利申请No.11/266,242的部分延续，所述申请各自全部内容通过引用包含在此处。

技术领域

本实用新型的示例性实施例一般涉及提供人机工程学有效的无绳户外电动工具，有效之处在于具有希望的功率对重量比率同时保持或提高其功率输出。

背景技术

无绳电动工具诸如钻机、往复锯、圆锯、冲击钻机等的使用者通常牺牲有绳工具的动力特征来换取无绳环境的优势，即灵活性和便携性。虽然有绳电动工具通常为使用者提供更大的功率，但是无绳电动工具为使用者带来了易用性。

无绳电动工具包括自维持电力源(连接的蓄电池组)，并具有较之有绳工具降低的功率输出，原因在于因阻抗和电压而限制了蓄电池组中的电池单元能量密度。因此有绳工具较之无绳电动工具系统而言，以较小的重量提供较大的功率。因此，一个问题在于，无绳电动工具一般无法接近有绳电动工具的性能。另一个问题在于，对于给定功率输出而言，无绳电动工具的重量可能更重和/或显著高于其对应的有绳工具。

从人机工程学的角度来说，评估无绳工具的工具系统性能的方式是判断给定无绳电动工具的功率对重量比率，以及例如与与其对应的有绳工具的功率对重量比率比较。功率对重量比率可以定义为给定电动工具马达最大功率输出除以工具总系统重量(系统重量＝无绳电动工具的工具和蓄电池组重量、有绳工具的工具重量)。以下提供对MWO的一般含义。

最大瓦特输出(MWO)

最大瓦特输出(MWO)通常描述电动工具系统的最大功率输出量。例如，MWO可以认为是工具系统马达的最大功率输出。许多因素可能影响MWO值，主要因素是源电压(所述源在无绳电动工具系统中为蓄电池，而在有绳工具系统中为外部AC电力)、源阻抗、马达阻抗、流过系统的电流、传动损失和马达效率。次要因素可能影响电动工具系统的MWO(诸如触点阻抗、开关阻抗等)。在某些情况下，对于主要因素来说，这些次要因素可以认为没有明显影响。

图1是一般无绳电动工具系统的框图，用来说明蓄电池源和马达输出之间的功率损失。系统100可以包括蓄电池组110，蓄电池组110可以包括一个或多个电池单元(cell)。对于有绳工具来说，蓄电池(battery)110不适用，由外部AC电源诸如通用15A、120VAC源取代。Rb130表示构成蓄电池110的电池单元的内阻(包括连接电池的片条和焊接件)，Rm140表示马达120的内阻。马达120在重载下消耗更大的电流。开关150可以是机械开关或电气开关(诸如场效应管(FET)、SCR或其他晶体管设备)，将蓄电池110连接到马达120。

在图1中，“Vev“表示蓄电池110的电动势(EV)电压或理论无负载电压。“Vbat”表示蓄电池110实际可测量电压，“Vmotor”表示马达120上的实际可测量电压。“Vemf”表示提供给马达120用来转换成功率的理论电压。

马达功率输出受到机械低效性的不良影响，这些机械低效性归因于诸如摩擦、传动损失、风阻(冷却风扇、边界层摩擦等)的因素。为了说明的目的，这些损失认为非常小，小到不存在。

开关150闭合时，电路完整，允许电流流动。表达式(1)至(3)中的以下电压表示为对地电压：

Vbat＝Vev-(电流*Rb)     (1)

Vmotor＝Vbat            (2)

Vemf＝Vmotor-(电流*Rm)  (3)

假设机械损失可忽略，马达功率输出(WO，瓦特输出)由表达式(4)描述：

WO＝电流*Vemf    (4)

在马达轻载时，电流较低且瓦特输出(WO)较小。在马达载荷较高时，电流较大且WO较大。在马达载荷最高所时，WO从最大值减小，且主要能量损失在Rm和Rm上。Rb和Rm上的功率损失可以如下通过表达式(5)和(6)计算：

Rb上的功率损失＝电流²*Rb值(I²Rb)  (5)

Rm上的功率损失＝电流²*Rm值(I²Rm)  (6)

表1提供了由内阻为150毫欧姆和内阻为60毫欧姆的18伏特蓄电池构成的DC马达系统的功率损失示例。