專利名稱：擁有工具識別電路的無線電動工具的制作方法
技術領域：
本發明涉及無線電動工具，且更具體的是擁有工具識別電路的無線電動工具。
背景技術：
廣泛種類的電動工具被用于不同的應用中例如建筑應用、火災和營救應用等等。一些無線電動工具的例子包括但不受限于無線電鉆、無線圓鋸、無線往復鋸、無線砂磨機、無線螺絲起子和閃光燈。無線電動工具使用一個可充電電池包為其提供能量使其工作。可以容易地將該可充電電池包從無線電動工具移除并將其連接至一個外置電池充電器以達到充電的目的。
該電池包包括一個或多個電池。電池包也包括監測電路，該監測電路用來監測參數，例如電池電壓值、放電電流和充電電流。存在著很多不同的無線電動工具和電池包。一個電池包可以應用于多種無線電動工具中。然而沒有辦法向電池包通報有關于該無線電動工具的任何細節。因此，需要一個工具識別電路，用來向一個插入的電池包通報該無線工具的特定數據。
發明內容
本發明提供了一個無線電動工具。該無線電動工具包括工具識別電路，該識別電路提供一個工具識別信號至一個電池包。該工具識別信號表示該無線電動工具的特定數據。
本發明還提供了一種方法。該方法包括連接一個電池包至一個無線電動工具，并且當該電池包被適當地連接至該無線電動工具時，提供一個來自該無線電動工具的工具識別信號至該電池包。該工具識別信號表示該無線電動工具的特定數據。
本發明還提供了一個電池包。該電池包包括至少一個電池和監測和控制電路。當該電池包被合適地連接至該無線電動工具時，該監測和控制電路接收一個來自無線電動工具的工具識別信號。該工具識別信號表示該無線電動工具的特殊數據。
有了下文的
，本發明的實施例的特征和優點將更顯著，且相同數字表示相同部件，其中圖1所示為一個無線電動工具的透視圖；圖2所示為圖1無線電動工具的電源系統的電路圖；圖2A所示為圖2工具識別電路的一個實施例的電路圖；圖2B所示為圖2工具識別電路的另一個實施例的電路圖；圖2C所示為與圖2A和圖2B工具識別電路一起作用的監測和控制電路的一個實施例的電路圖；圖3所示為圖2相關電路圖，其中負載為一個驅動無線電動工具的元件的馬達；圖4所示為圖1無線電動工具的電源系統的另一個電路圖；圖5所示為圖2監測和控制電路的另一個實施例的電路圖；和圖6所示為一個實施例的相關操作的流程圖。
盡管下文的具體實施方式
將參考所示實施例進行，但許多選擇、修改和變動對于本領域技術人員是明顯存在的。因此，本發明旨在涵蓋廣泛范圍。
具體實施例方式
圖1所示為無線電動工具100的透視圖。無線電動工具100被表示為一個無線電鉆，并且在本文相關的實施例中也將如此表示。然而無線電動工具100可以是任何類型的無線電動工具，包括但不受限于無線圓鋸、無線往返鋸、無線砂磨機、無線螺絲起子和閃光燈。無線電動工具包括一個可充電電池包102，用來提供能量使工具100工作。可以容易地從無線電動工具100上移除可充電電池包102并將其連接至一個外置電池充電器以達到充電的目的。無線電動工具100還包括一個扳機104。對于電鉆，使用者壓和放扳機104以控制卡盤142的速度。對于其他工具例如閃光燈，使用者可以設置扳機的位置以控制閃光燈的亮度。
圖2所示為圖1無線電動工具的電源系統200的電路圖。電源系統200包括電池包102、負載240、扳機104和工具識別(ID)電路230。本文任何實施例所使用的“電路”包括例如單個固定電路、可編程電路、狀態機電路，和/或儲存由可編程電路執行的指令的固件，或這些電路的任意組合。
電池包102包括一個或多個電池203，用來為系統200提供能量。電池203在一個實施例中可為鋰離子電池。電池包102通過放電開關209向負載240提供能量。在一個實施例中，放電開關可為一個場效應晶體管(FET)。電池包102也包括監測和控制電路208。監測和控制電路208為每個電池測量一個或多個電池包電流、溫度和電池電壓值。
監測電路208比較所測值和相關閾值，并且如果所測值中的一個大于或等于相關閾值監測電路208就識別一個過載狀態。例如，過載狀態可以是一個大于或等于一個表示最大放電電流的閾值的放電電流。在另一個例子中，過載狀態可以是一個提供至電池203的大于或等于一個表示最大充電電流的閾值的充電電流值。在另一個例子中，過載狀態可以是一個電池的大于或等于一個電壓閾值的電壓值。在另一個實施例中，過載狀態可以是一個元件的大于或等于一個溫度閾值的溫度。當檢測到過載狀態時監測電路208就會提供一個輸出控制信號用來保護電源系統200的元件。該輸出控制信號被提供至電池包102的一個或多個開關，或被當作一個控制輸入通過路徑127提供至外置于電池包102的其他電路。在一個實施例中，該輸出控制信號被提供至放電開關209用來斷開開關209，其中過載狀態為一個來自電池203的大于或等于一個最大放電電流閾值的放電電流。
監測和控制電路208還響應扳機104的位置提供一個控制信號至放電開關209。該控制信號在一個實施例中可為一個脈沖寬度調制(PWM)信號218，并且放電開關209響應PWM信號218的占空比控制該放電電流。PWM信號218在一個固定頻率工作，例如5到10千赫茲(KHz)。隨著PWM信號的占空比增加，放電開關209的閉合時間也增加，因此提供至負載240的放電電流值就增加。類似地，隨著PWM信號的占空比減小，放電開關209的閉合時間就減少，因此提供至負載240的放電電流值就減小。
工具識別電路230提供一個工具識別信號至監測和控制電路208。該工具識別信號表示無線電動工具的特定數據，例如特殊無線電動工具的功率參數。例如，該工具識別信號可表示該特殊無線電動工具的一個最大放電電流。例如，工具識別信號還可表示該無線電動工具的熱負載點。在一個實施例中，監測和控制電路208提供一個刺激信號至工具識別電路230，并且響應該刺激信號工具識別信號被提供。
工具識別電路230也幫助確認電池包102是否被適當地連接至無線電動工具，并確認該電池包是否支持該特殊無線電動工具的類型。例如，如果電池包102沒有被適當地連接至該便攜式電動工具，工具識別電路230就不會提供一個工具識別信號。作為響應，電池包102就拒絕提供放電電流，除非它接收到一個適當工具識別信號，因而提高了系統的安全性。
通用的電池包可以連接至不同的無線電動工具，但只能支持某些選擇的工具。電池包誤連接至錯誤的無線電動工具將引起工具性能的退化或產生安全問題。更優越的是，工具識別電路230提供了一個表示該特殊無線電動工具的類別的工具識別信號。如果電池包102不支持該工具，那么電池包將拒絕放電電流并提供一個表示該事件的指示，這樣進一步提高了系統的安全性。
圖2A所示為圖2工具識別電路230的一個實施例230a。工具識別電路230a包括一個簡單的固定電阻250，該電阻有一個固定的電阻值。該固定電阻值表示該特殊無線電動工具的特性。例如，特性可為該特殊無線電動工具的一個熱過載點。該固定電阻250接收一個來自監測和控制電路208的刺激信號，例如一個電流信號。然后工具識別電路230響應該刺激信號并有效地把該工具識別信號提供回監測和控制電路208。固定電阻250的電阻值，和一個已知的刺激信號，提供一個可預知的響應，該響應可被測量并和一個特殊工具特性相互關聯。
圖2B所示為圖2工具識別電路的另一個實施例230b。該工具識別電路包括便宜的無源元件，例如并聯的電容252和電阻254。
圖2C所示為與圖2A和圖2B的工具識別電路230a/230b一同作用的監測和功率控制電路208a的一個實施例。監測和控制電路包括一個電流源270、開關SW1、模擬-數字轉換器(ADC)272、處理器285和存儲器287。電流源270提供一個相對小的恒流，例如1毫安，達到一些最大電壓Vmax。ADC 272讀取電流源270的電壓輸出，并提供輸出至處理器285。當電池包102a沒有連接至該無線電動工具時開關SW1是閉合的。開關SW1由處理器285直接或間接控制。由于電流源270無負載，電流源270的電壓輸出將增加至它的最大電壓值Vmax。
當電池包102a連接至該無線電動工具時，電流源270提供一個刺激信號，例如一個電流信號至工具識別電路230a/230b。接著由于電阻280的阻性負載將被連接至電流源270，工具識別電路根據固定電阻280的電阻值有效地提供一個工具識別信號至監測和控制電路208a。電阻280可為圖2A實施例中的單獨的電阻250或圖2B實施例中的電阻254。電阻280的值控制電流源270的從由ADC272轉換并提供至處理器285的Vmax開始的電壓降。接著處理器285，例如通過從存儲器287存取數據，使電流源的被測電壓值或電流源的從Vmax開始的電壓降與一個特殊無線電動工具特性相關聯。一個電動工具特性可表示一個過載電流限制。如果電阻的被測值太小，例如小于100歐姆，這可被視為Vsense端口222與Vpack端口290的短路，那么工具被禁止工作。
由于圖2B的實施例擁有并聯的電容252和電阻254(或圖2C的280)，處理器285在解碼取自電阻280的第一個工具特性信息之后使開關SW1斷開。這將導致電容252通過電阻280放電。處理器285接著通過例如從存儲器287存取數據，使被測放電時間和一個第二無線電動工具特性例如無線電動工具的一個熱過載點相關聯。如果電容252的充電時間被監測并與一個工具特性相關聯，也可通過連接至無線電動工具的電池包102實現這一目的。
工具識別電路230的其他實施例包括其他方法，例如在工具識別電路230中使用一個微控制器，該微控制器可以與監測和控制電路208通信。在其他實施例中也可以使用一個數字串行總線用于工具識別電路230和監測和控制電路208之間的通信。
圖3所示為圖2電源系統200相關的電源系統300的電路圖。圖3中與圖2相似的元件以相同的參數標注，所以為了清晰在此省略任何重復的描述。圖3的負載240a可為一個馬達340，用來通過一個相連的齒輪系(未示出)驅動元件142。例如，元件142可為圖1電鉆的用來控制電鉆鉆頭的卡盤。更優越的是可以去除一個無線電動工具中在馬達340輸入側的傳統速度控制開關。在它的位置上，放電開關209控制放電電流從而控制由馬達340驅動的元件142的速度。
速度選擇電路316接收一個來自扳機104表示扳機104位置即表示無線電動工具的元件142的期望速度的信號。然后速度選擇電路316提供一個表示期望速度的輸入信號至電池包102的監測和控制電路208。接著監測和控制電路208提供一個控制信號至放電開關209，通過控制提供至馬達340的放電電流來控制元件142的速度。
在無線電動工具工作時，使用者摁壓扳機104至一個期望的量來控制元件142的速度。速度選擇電路316響應扳機104的位置提供一個輸入信號至監測和控制電路208。監測和控制電路208包括一個PWM發生器，該發生器響應速度選擇電路316的輸入信號更改PWM信號218的占空比。PWM信號218在一個固定頻率工作，例如5至10千赫。當PWM信號的占空比增加時，放電開關209的閉合時間也增加，因此無線電動工具的元件142的速度就增加。類似地，當PWM信號的占空比減少時，放電開關209的閉合時間減少，這樣電動工具的元件142的速度就減少。在一個例子中，PWM信號的占空比可以有一個從大約10％(慢速)至75％(快速)的變化。
圖4所示為圖1無線電動工具的電源系統的另一個電路圖。放電開關209可為場效應晶體管Q1。場效應晶體管Q1可為一個金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)，例如一個p溝道MOSFET(PMOS)或一個n溝道MOSFET(NMOS)。電池包102b也包括多個電池203-1、203-2、...、203-(n-1)和203-n。電池包102b為多個負載提供能量，包括表示為一個馬達繞組的負載240b。二極管410與場效應晶體管Q1并聯以允許充電電流流入電池203-1、203-2、...、203-(n-1)和203-n，并且防止來自電池的放電電流。電池包102a包括可選擇狀態指示器406，用來提供來自監測和控制電路208的不同被測狀態的指示信號。
速度選擇電路316a包括一個可變電阻454，該電阻與另一個電阻452串聯。可變電阻454可為一個電位計。可變電阻454的電阻值響應扳機104的位置而被設置。因此可變電阻454的電阻值就表示元件142(見圖3)的期望速度。電阻452的電阻值表示一個最大放電電流速度。考慮到低成本無線電動工具，例如閃光燈，速度選擇電路316a允許便宜的放電限制和/或可變的電源控制。監測和控制電路208使用第三電池包端口422接收來自速度選擇電路316a關于期望速度的信息。然后監測和控制電路208會在一個特定的占空比提供一個PWM信號218以取得所期望的速度。
圖5所示為監測和控制電路208的另一個實施例208b。監測和控制電路208b包括開關網絡502、模擬-數字轉換器(ADC)504、處理器506、驅動器508、存儲器534、保護電路524和PWM發生器510。處理器506命令開關網絡502選擇一個特定電池203-1、203-2、...、203-(n-1)和203-n來監測。然后每個電池各自的模擬電池電壓值通過開關網絡502被取樣。被取樣的模擬信號然后被ADC 504轉換為相關的數字信號并被提供至處理器506。因此處理器506接收來自ADC 504的代表各個電池203-1、203-2、...、203-(n-1)和203-n的電壓值的數字信號，并將這些信號與不同的電壓閾值做比較。
例如，當電池包102充電時，監測和控制電路208a監測電池電壓值以判斷是否有電池電壓值超過一個過壓閾值。如果有電池電壓超過閾值，那么處理器506將采取一些預防舉措。例如，通過提供一個信號至驅動器508斷開一個特定的開關從而使充電停止。例如，在電池包102放電時，監測和控制電路208a監測電壓值以判斷是否有電池電壓值小于一個欠壓閾值。如果有電池電壓小于欠壓閾值，處理器506將會采取一些預防舉措。例如，通過提供一個信號至驅動器508斷開一個特定的開關從而使放電停止。
處理器506也命令開關網絡502閉合一個開關(例如圖2C的開關SW1)以使ADC 504監測電流源270(見圖2C)的電壓。然后電流源270提供一個刺激信號，例如一個電流信號至工具識別電路，且接著該工具識別電路有效地提供一個工具識別信號至監測和控制電路208b，該信號可以通過例如從存儲器534存取數據使不同被測值與不同的工具特性相關聯而被測并且與一個特殊工具的特性相關聯。
處理器506也接收來自保護電路524的其他信號。保護電路524通常監測流入(充電模式)或流出(放電模式)電池包102的電流以發現不同的電流過載狀態，例如過流或短路狀態，并且向處理器506警報這些情況使其采取預防措施。例如，一個電流檢測元件例如檢測電阻404(圖4)可在流入或流出電池包的電流值變化時向保護電路524提供一個表示該電流值的信號。保護電路524比較該電流值和不同的閾值，然后向處理器506提供一個信號通知處理器一個過流狀態或一個短路狀態，這樣處理器506就可以采取預防措施了。
PWM發生器510接收一個來自速度選擇電路316、316a的信號，并向放電開關例如場效應晶體管Q1(見圖4)提供一個輸出PWM信號。處理器506允許PWM信號控制放電開關的狀態直到一個過載狀態發生為止。當過載狀態發生時，例如額外的放電電流，處理器506使PWM發生器510失效，并命令驅動器508斷開放電開關。這樣監測和控制電路208a可以更優越地使PWM發生器510在適當的時候控制放電開關209，并且當過載狀態被監測到時監測和控制電路208a也可以使PWM發生器510失效并斷開放電開關。
圖6所示為一個實施例的工作流程圖600。操作602包括連接一個電池包至一個無線電動工具。操作604包括一旦該電池包被適當地連接至該無線電動工具就提供一個來自無線電動工具的工具識別信號至該電池包，該工具識別信號表示該無線電動工具的特定數據。
更優越的是工具識別電路使電池包可以接收一個特殊工具的數據，否則將沒有辦法得知這些數據。此類數據包括代表該特殊無線電動工具的最大放電電流，或該特殊工具的一個熱過載點以指出一個連接的數據。另外，工具識別電路可以提供一個有用的次要指示電池包已經被正確地插入適當的無線電動工具中。在沒有適當的工具識別信號時，電池包將拒絕放電從而改進了系統的安全性。
本文所使用的術語與措辭是揭示內容的術語，但沒有局限性，并且在采用這些術語和措辭時不排除其他與本文所展示和描述的特征(或部分特征)相似的等價物，應該明白在權利要求范圍內本發明可能有多種修改。本發明還可能存在其他的修改、變動和選擇。因此，權利要求旨在覆蓋所有這些等價物。
權利要求
1.一種無線電動工具，包括工具識別電路，所述工具識別電路提供一個工具識別信號至一個電池包，所述工具識別信號表示所述無線電動工具的特定數據。
2.根據權利要求1所述的無線電動工具，其特征在于，所述數據包括所述無線電動工具的一個最大放電電流。
3.根據權利要求1所述的無線電動工具，其特征在于，所述數據包括所述無線電動工具的一個熱過載點。
4.根據權利要求3所述的無線電動工具，其特征在于，所述工具識別電路包括一個擁有固定電阻值的電阻，且其中所述無線電動工具包括一個電池包，當所述電池包被連接至所述無線電動工具時所述電池包提供一個刺激信號至所述電阻，且其中所述工具識別信號包括一個對所述刺激信號的響應。
5.根據權利要求1所述的無線電動工具，其特征在于，所述工具識別電路包括一個并聯的電阻和電容，所述電阻提供表示一個第一工具特性的所述工具識別信號，且所述電容提供表示一個第二工具特性的所述工具識別信號。
6.一種方法，包括連接一個電池包至一個無線電動工具；和一旦所述電池包被適當地連接至所述無線電動工具就提供一個來自所述無線電動工具的工具識別信號至所述電池包，所述工具識別信號表示所述無線電動工具的特定數據。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述數據包括所述無線電動工具的一個最大放電電流。
8.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述數據包括所述無線電動工具的一個熱過載點。
9.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，如果所述電池包沒有被適當地連接至所述無線電動工具，所述工具識別信號不被提供至所述電池包，并且如果所述電池包沒有接收到所述工具識別信號，所述電池包拒絕一個放電電流流入所述無線電動工具。
10.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述電池包包括監測和控制電路，所述監測和控制電路比較至少一個被監測狀態和一個閾值，其中所述閾值由所述工具識別信號提供。
11.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，所述閾值是所述無線電動工具的一個特定的放電電流閾值。
12.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，如果所述工具識別信號表示一個特殊無線電動工具的類型不被所述電池包支持，所述電池包拒絕一個流至所述無線電動工具的放電電流。
13.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述電池包提供一個刺激信號至所述工具識別電路，且其中所述工具識別信號包括一個對所述刺激信號的響應。
14.一種電池包，包括至少一個電池；和監測和控制電路，一旦一個電池包被適當地連接至一個無線電動工具時，所述監測和控制電路接收一個來自所述無線電動工具的工具識別信號，所述工具識別信號表示所述無線電動工具的特定數據。
15.根據權利要求14所述的電池包，其特征在于，所述數據包括一個所述無線電動工具的功率參數的閾值，其中所述監測和控制電路比較至少一個被測狀態和所述閾值。
16.根據權利要求15所述的電池包，其特征在于，所述閾值是所述無線電動工具的一個特定的放電電流閾值，且所述監測和控制電路比較一個被監測的放電電流和所述放電電流閾值，并且如果所述被監測的放電電流大于或等于所述放電電流閾值時提供一個輸出信號。
17.根據權利要求14所述的電池包，其特征在于，如果所述工具識別信號表示一個特殊無線電動工具的類型不被所述電池包支持，所述電池包拒絕一個流至所述無線電動工具的放電電流。
18.根據權利要求14所述的電池包，其特征在于，所述監測和控制電路還提供一個刺激信號至所述無線電動工具，且其中所述工具識別信號包括一個對所述刺激信號的響應。
全文摘要
本發明提供了一個無線電動工具，該無線電動工具包括工具識別電路，該工具識別電路用來提供一個工具識別信號至一個電池包。該工具識別信號表示該無線電動工具的特定數據。本發明還提供了一種方法，該方法包括連接一個電池包至一個無線電動工具，并且一旦該電池包被適當地連接至該無線電動工具時就提供一個來自該無線電動工具的工具識別信號至該電池包，該工具識別信號表示該無線電動工具的特定數據。
文檔編號H02J7/02GK1934762SQ200580006699
公開日2007年3月21日 申請日期2005年4月20日 優先權日2004年5月4日
發明者布魯斯·丹寧 申請人:美國凹凸微系有限公司