МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПОРТАТИВНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТЫ Российский патент 2012 года по МПК B25F3/00 

Область техники

Настоящее изобретение касается портативных электрических инструментов, содержащих, с одной стороны, рабочий инструмент, содержащий электропривод, и, с другой стороны, батарею, обеспечивающую необходимой энергией для функционирования этого рабочего инструмента.

Предшествующий уровень техники

Известные портативные электрические инструменты такого типа содержат, с одной стороны, специальный рабочий инструмент и привод, предназначенный для выполнения специальной работы (например: цепные пилы, циркулярные пилы, устройства для высотного сбора урожая небольших плодов, секаторы, проволочные газонокосилки, устройства для стрижки живых изгородей, кусторезы, отбойные молотки и т.д.), и, с другой стороны, батарею, подающую электрический ток с характеристиками напряжения и мощности, обеспечивающими нормальное функционирование рабочего инструмента.

Параметры функционирования батарей и вышеупомянутых различных рабочих инструментов являются специфическими для каждого применения, и невозможно обеспечить нормальное удовлетворительное функционирование этих портативных электрических инструментов, соединяя любую батарею с любым рабочим инструментом.

С другой стороны, с новыми поколениями батарей и рабочих инструментов необходимо:

- постоянно следить за работоспособностью батареи как в фазе ее зарядки, так и фазе ее разряда для обеспечения уверенного функционирования и большого срока службы таких батарей; действительно, батареи имеют ограничения в работе, в безопасности и в согласовании элементов в процессе зарядки, что требует постоянного слежения за работоспособностью, в то время как параметры разряда батареи должны быть адаптированы к используемому рабочему инструменту,

- также следить за рабочими инструментами для оптимизации их эффективности и срока службы. Действительно, рабочие инструменты также должны иметь параметры функционирования, которые учитывают ограничения функционирования и безопасность батареи, с которой они соединены.

В документе US-2006/0087285 описана система портативного электрического инструмента, содержащего батарею, рабочий инструмент и зарядное устройство. В указанном инструменте имеется хорошая связь между батареей и инструментом, но нет других применений, кроме функциональных (в частности, нет модификаций параметров функционирования рабочего инструмента). Нельзя представить, что рабочий инструмент может быть образован неспециализированным рабочим инструментом, выбранным из множества других инструментов.

В документе US005/0048359 описана система зарядного устройства батареи (рабочего инструмента), в котором предусмотрено соединение между батареей и другими элементами системы для согласования параметров этой системы или зарядного устройства. В случае соединения с рабочим инструментом именно батарея адаптирует свои параметры к функционированию рабочего инструмента.

Два вышеупомянутых устройства имеют следующие недостатки:

- невозможность дополнить набор инструментов неспециализированными инструментами, параметры функционирования которых не соответствуют специфическим параметрам функционирования используемой батареи;

- невозможность оснащения инструментов неспециализированными батареями, параметры функционирования которых не соответствуют специфическим параметрам функционирования используемого рабочего инструмента.

Более того, привод этих различных инструментов может потребовать использования нескольких батарей различного веса и габаритных размеров.

Кроме того, вышеизложенное имеет следующие недостатки:

- в случае отказа в работе пользователи не располагают централизованной информацией, позволяющей понять причины плохого функционирования их устройств;

- затрудняется и удорожается вмешательство обслуживающих служб и послепродажного обслуживания также вследствие отсутствия централизованной информации об использовании этих устройств.

Краткое изложение существа изобретения

Задачей изобретения является решение проблем, вытекающих из вышеупомянутых недостатков.

В соответствии с изобретением эта задача достигается путем создания портативного электрического инструмента, содержащего рабочий инструмент (1), приводимый в действие электрическим двигателем (2), причем этот рабочий инструмент выбран из множества различных инструментов (неспециализированных), обладающих собственными параметрами функционирования и собственным кодом или средством идентификации, и батарею, подающую энергию, необходимую для функционирования выбранного рабочего инструмента, при этом портативные электрические инструменты содержат коммуникационную систему, сконфигурированную для обеспечения возможности, с одной стороны, обмена информацией относительно типа, состояния и функционирования рабочего инструмента и батареи, соединенных между собой, и, с другой стороны, при необходимости, адаптации параметров функционирования рабочего инструмента в зависимости от характеристик батареи и/или параметров функционирования батареи в зависимости от параметров функционирования рабочего инструмента, при этом коммуникационная система содержит:

- с одной стороны, модуль контроля и управления рабочим инструментом, содержащий электронную карту, конфигурированную для передачи на батарею информации относительно типа, состояния и функционирования рабочего инструмента;

- с другой стороны, модуль контроля и управления батареей, содержащий электронную карту, конфигурированную для передачи на рабочий инструмент информации относительно типа, состояния и функционирования батареи.

В соответствии с другой характеристикой компоновки указанная батарея выбрана из множества неспециализированных различных батарей и обладает своими собственными параметрами функционирования и своим собственным кодом или средством идентификации.

Изобретение обладает несколькими важными преимуществами, оно, в частности, позволяет:

- идентифицировать рабочий инструмент, соединяемый с батареей,

- распознавать батарею, соединяемую с рабочим инструментом;

- управлять и адаптировать параметры функционирования рабочего инструмента и батареи для обеспечения эффективности, отдачи и оптимального срока службы;

- использовать с одной и той же батареей другой рабочий инструмент, выбранный из множества рабочих инструментов, имеющих различные параметры функционирования или, проще говоря, разрешить использование различных рабочих инструментов с одной и той же батареей; такая возможность позволяет значительно уменьшить стоимость оборудования по сравнению с существующей необходимостью приобретать портативные электрические рабочие инструменты, состоящие из одного рабочего инструмента и одной специализированной батареи;

- использовать для приведения в действие одного и того же рабочего инструмента, любую батарею, выбранную среди множества батарей, имеющих различные параметры функционирования, или, проще говоря, адаптировать использование различных батарей для приведения в действие одного рабочего инструмента; эта способность обеспечивает возможность значительного уменьшения стоимости оборудования по сравнению с существующей необходимостью приобретения портативных электрических рабочих инструментов, образованных одной батареей и одним специализированным рабочим инструментом;

- запоминать информацию от рабочего инструмента и/или батареи и осуществлять в дальнейшем в процессе сервисного или послепродажного обслуживания более точную или более эффективную диагностику;

- передавать в режиме реального времени информацию пользователям в случае отказов в функционировании, например, с помощью звукового извещателя и/или индикации.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения, не являющихся ограничительными, со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

фиг.1 изображает общий вид в разобранном состоянии примера осуществления портативного электрического инструмента, при этом инструмент, в соответствии с этим примером, содержит рабочий инструмент, который является портативной цепной пилой с батареей, подающей необходимую энергию для приведения в действие рабочего инструмента, и электрический шнур, обеспечивающий проводную связь между батареей и рабочим инструментом и наоборот;

фиг.2А-2Е детально изображают виды с частичными разрезами, иллюстрирующими различные примеры осуществления электрического шнура, обеспечивающего связь между батареей и рабочим инструментом портативного электрического инструмента и наоборот;

фиг.3А-3С изображают общие виды, показывающие в качестве примеров различные рабочие инструменты, с которыми может быть использовано изобретение.

Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

Подчеркивается, что в нижеследующем описании и в формуле изобретения выражение «портативные электрические инструменты» описывает переносные комплексы, содержащие электроприводной рабочий инструмент и батарею, подающую электрическую энергию, необходимую для функционирования этого рабочего инструмента. Ясно также, что выражение «различные не специализированные рабочие инструменты» описывает рабочие инструменты одного типа, но работающие с различными параметрами функционирования (например, цепная пила 1а различных мощностей), что рабочими инструментами различных типов являются, например, штанговая пила 1b (фиг.3А), устройство для высотного сбора урожая небольших плодов 1с (фиг.3В), триммер 1d (фиг.3с), ...; этот список не является ограничивающим. С другой стороны, выражение «неспециализированные различные батареи» касается батарей, имеющих различные параметры функционирования и не предназначенных для приведения в действие одного рабочего инструмента, имеющего параметры функционирования, которые свойственны только ему.

Портативные электроинструменты, к которым применяется изобретение, содержат, с одной стороны, рабочий инструмент 1, приводимый в действие электроприводом 2, и, с другой стороны, батарею 3, подающую необходимую энергию для функционирования этого рабочего инструмента, которая может быть соединена с последним с помощью электрического кабеля 4.

Предпочтительно и особенно для начала:

- рабочий инструмент может являться каким-либо рабочим инструментом, выбранным из множества различных неспециализированных рабочих инструментов 1а, 1b, 1c, 1d, ..., имеющих их собственные параметры функционирования и их собственный код или средство идентификации,

и/или

- батарея 3 может являться какой-либо батареей, выбранной из множества неспециализированных батарей, имеющих их собственные параметры функционирования и их собственный код или средство идентификации.

Предпочтительно, батарея 3, снабжающая необходимой энергией для функционирования неспециализированные инструменты 1a, 1b, 1c, 1d, ..., является перезаряжаемой литий-ионной или литий-полимерной батареей, например батареей типа, описанного в документе WO-2005/053 915. В общем, можно говорить о батарее на основе лития (Li), соединенного с другими металлами или трехкомпонентными соединениями, такими, например, как литий-железо (Li-Fe-Po₄), литий-магний, литий-кобальт, литий-тройной сплав (Li, Mn-Ni, Co-O²) и так далее.

В соответствии с другой характеристикой компоновки коммуникационная система содержит:

- с одной стороны, модуль контроля и управления рабочим инструментом 1, содержащий электронную карту 5, конфигурированную для передачи батарее 3 информации относительно типа, состояния и функционирования рабочего инструмента, и,

- с другой стороны, модуль контроля и управления батареей 3, содержащий электронную карту 6, конфигурированную для передачи на рабочий инструмент информации относительно типа, состояния и функционирования батареи.

В соответствии с другой характеристикой компоновки портативные электрические инструменты в соответствии с изобретением содержат коммуникационную систему, позволяющую, с одной стороны, осуществить обмен информацией относительно типа, состояния и функционирования рабочего инструмента 1 и батареи 3, соединенных между собой, и, с другой стороны, адаптировать, при необходимости, параметры функционирования рабочего инструмента в зависимости от характеристик батареи и/или параметры функционирования батареи в зависимости от параметров функционирования рабочего инструмента.

В соответствии с другой характеристикой компоновки:

- рабочий инструмент 1 содержит код или средство, позволяющее осуществить его идентификацию батареей;

- батарея 3 снабжена средством или системой распознавания этого кода и/или этого средства идентификации, и это средство распознавания активируется или идентифицирует, как только оно электрически соединяется с рабочим инструментом 1;

- батарея 3 содержит код или средство, позволяющее осуществить ее идентификацию рабочим инструментом;

- инструмент 1 снабжен средством или системой распознавания батареи, причем это средство распознавания активируется или идентифицирует, как только рабочий инструмент электрически соединяется с последней.

Благодаря этим системам распознавания и коммуникации согласно изобретению:

- каждый рабочий инструмент может адресовать батарее информацию, которая может быть считана и проанализирована последней, например, в форме последовательности изменений тока и/или напряжения, предпочтительно в бинарном виде, образуя свой идентификационный код, распознаваемый батареей, и/или информации о параметрах функционирования, которые ему присущи;

- каждая батарея может адресовать рабочему инструменту информацию, которая может быть считана и проанализирована последним, например в форме последовательности изменений тока и/или напряжения, предпочтительно в бинарном виде, образуя свой идентификационный код, распознаваемый рабочим инструментом, и/или информации о параметрах функционирования, которые ей присущи.

С другой стороны, эта коммуникационная система позволяет управлять и уточнять параметры функционирования рабочего инструмента и батареи (например, безопасность, порог токовой защиты, температура...) для обеспечения эффективности, отдачи и оптимального срока службы.

В соответствии с другой характеристикой компоновки электронная карта управления рабочего инструмента и/или электронная карта управления батареи конфигурирована(ы) для запоминания информации, переданной рабочим инструментом и/или батареей в процессе использования устройств и для воспроизведения в дальнейшем этой информации службами обслуживания и ремонта.

В соответствии с другой заслуживающей внимания характеристикой компоновки электронная карта управления рабочим инструментом и/или электронная карта управления батареей конфигурируются для передачи информации в режиме реального времени системе сигнализации, которой снабжены устройства, в случае неисправности при функционировании компонентов последних, причем эта сигнальная система может быть образована звуковым извещателем, мигалкой, индикатором...

Предпочтительно, электронная карта управления инструментом и электронная карта управления батареей конфигурированы так, чтобы обмен информацией между рабочим инструментом и батареей управлялся модулем контроля и электронного управления рабочего инструмента. В этом случае рабочий инструмент, который является основным в коммуникации и который запрашивает информацию у батареи:

- о пуске рабочего инструмента, и

- в процессе функционирования портативного электрического инструмента через равномерные интервалы времени батарея постоянно принимает, анализирует и обрабатывает в любой момент информацию, передаваемую рабочим инструментом.

В соответствии с другой характеристикой компоновки интерфейс между рабочим инструментом и батареей осуществлен проводной связью.

В соответствии с другим вариантом осуществления обмен информацией между батареей и рабочим инструментом и наоборот осуществлен беспроводной связью.

Проводная связь, позволяющая осуществить обмен информацией между батареей и рабочим инструментом, может быть выполнена различным образом, например:

- коммуникация с помощью силовых проводников 4а', 4а" от рабочего инструмента к батарее или от батареи к рабочему инструменту (фиг.2А) посредством одной из следующих технологий:

- токами несущей частоты;

- модуляцией напряжения питания;

- анализом токов потребления рабочим инструментом и/или изменения напряжения батареи;

- связи в цифровом режиме с помощью единственного специализированного проводника 4b с опорным напряжением в 0 В и уровнем 0,5 B, позволяющей осуществить двухстороннее соединение между рабочим инструментом и батареей (фиг.2В);

- связи в синхронном режиме или дифференциальном режиме посредством двух специализированных проводников 4с', 4с" с опорным напряжением 0 В, один из которых для связи рабочий инструмент - батарея и один для связи батарея - рабочий инструмент (фиг.2С);

- связи в цифровом режиме посредством двух специализированных проводников 4d', 4d" с опорным напряжением 0 B, один из которых для связи рабочий инструмент - батарея и один для связи батарея - рабочий инструмент (фиг.2D),

- связи в дифференциальном режиме посредством четырех специализированных проводников с опорным напряжением в 0 В, два (4е') из которых для связи рабочий инструмент - батарея и два (4е") для связи батарея - рабочий инструмент (фиг.2Е).

Различные режимы беспроводной связи между батареей и рабочим инструментом могут быть использованы для реализации информационного обмена между двумя компонентами устройства, например:

- оптическая связь (инфракрасные лучи...);

- радиочастотная связь;

- связь с помощью систем IRDA, или WIFI, или BLUETOOTH, или ZIGBEE...

Эти различные режимы связи имеют специально разработанные собственные протоколы и программное обеспечение.

Изобретение относится к портативным электрическим инструментам. Инструмент содержит рабочий инструмент (1), приводимый в действие электрическим двигателем (2), и батарею (3), подающую электроэнергию, необходимую для работы этого рабочего инструмента, коммуникационную систему. Коммуникационная система обеспечивает возможность, с одной стороны, обмена информацией относительно типа, состояния и функционирования рабочего инструмента и батареи, соединенных между собой, и, с другой стороны, при необходимости, адаптации параметров функционирования рабочего инструмента к характеристикам батареи и/или параметров функционирования батареи в зависимости от параметров функционирования рабочего инструмента. Использование изобретения позволяет соединять любую батарею с любым рабочим инструментом. 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Портативный электрический инструмент, содержащий рабочий инструмент (1), приводимый в действие электродвигателем (2), при этом рабочий инструмент выбран из множества различных неспециализированных рабочих инструментов (1a, 1b, 1c, 1d …), обладающих своими собственными параметрами функционирования и своим собственным кодом или средством идентификации, и батарею (3), снабжающую необходимой энергией для функционирования рабочего инструмента, коммуникационную систему, конфигурированную для обеспечения возможности обмена информацией относительно типа, состояния и функционирования рабочего инструмента и батареи, соединенных между собой, и адаптации, при необходимости, параметров функционирования рабочего инструмента к характеристикам батареи и/или параметров функционирования батареи в зависимости от параметров функционирования рабочего инструмента, при этом коммуникационная система содержит модуль контроля и управления рабочим инструментом, содержащий электронную карту (5), конфигурированную для передачи на батарею информации, касающейся типа, состояния и функционирования рабочего инструмента, модуль контроля и управления батареей, содержащий электронную карту (6), конфигурированную для передачи на рабочий инструмент информации, касающейся типа, состояния и функционирования батареи.

2. Портативный электрический инструмент по п.1, отличающийся тем, что батарея (3) является батареей, выбранной из множества различных неспециализированных батарей, имеющих собственные параметры функционирования и собственный код или средство идентификации.

3. Портативный электрический инструмент по п.1 или 2, отличающийся тем, что выбранный неспециализированный рабочий инструмент (1a, 1b, 1c, 1d) имеет код и/или средство, позволяющие осуществить его идентификацию батареей, батарея (3) снабжена средством распознавания этого кода и/или этого средства идентификации, при этом средство распознавания активируется или идентифицирует, как только оно электрически соединяется с выбранным рабочим инструментом, и/или батарея содержит код и/или средство, позволяющие осуществить ее идентификацию выбранным рабочим инструментом, при этом выбранный неспециализированный рабочий инструмент (1а, 1b, 1c, 1d) снабжен средством распознавания батареи, которое активируется или идентифицирует, как только оно электрически соединяется с батареей.

4. Портативный электрический инструмент по п.1, отличающийся тем, что батарея (3) является литиевой батареей, например литий-ионной, или литий-полимерной батареей, или литий-железной, или литий-марганцевой, или литий-кобальтовой, или литиевой, соединенной с тройным сплавом.

5. Портативный электрический инструмент по п.1, отличающийся тем, что электронная карта (5) модуля контроля и управления выбранным неспециализированным рабочим инструментом (1a, 1b, 1c, 1d) и электронная карта (6) модуля контроля и управления батареей (3) конфигурированы для запоминания информации, поступающей от выбранного рабочего инструмента и/или батареи в процессе использования инструментов и последующего восстановления этой информации для ее использования обслуживающими и ремонтными службами.

6. Портативный электрический инструмент по п.1, отличающийся тем, что электронные карты конфигурированы для того, чтобы информационный обмен между выбранным неспециализированным рабочим инструментом (1a, 1b, 1c, 1d) и батареей управлялся системой управления выбранного рабочего инструмента.

7. Портативный электрический инструмент по п.1, отличающийся тем, что интерфейс между выбранным неспециализированным рабочим инструментом (1a, 1b, 1c, 1d) и батареей (3) выполнен проводной связью (4).

8. Портативный электрический инструмент по п.1, отличающийся тем, что информационный обмен между выбранным неспециализированным рабочим инструментом (1a, 1b, 1c, 1d) и батареей (3) осуществлен беспроводной связью.

9. Портативный электрический инструмент по п.7, отличающийся тем, что проводная связь, допускающая информационный обмен между батареей и выбранным неспециализированным рабочим инструментом (1а, 1b, 1c, 1d), осуществлена посредством силовых проводов (4а', 4а") от рабочего инструмента к батарее или от батареи к рабочему инструменту посредством одного из: токов несущей частоты; модуляции напряжения питания; анализа токов потребления рабочим инструментом и/или изменения напряжения батареи.

10. Портативный электрический инструмент по п.7, отличающийся тем, что проводная связь, предназначенная для информационного обмена между выбранным неспециализированным рабочим инструментом (1а, 1b, 1c, 1d) и батареей (3), осуществлена посредством специальных проводников в режиме, выбранном из группы, состоящей из цифрового режима с помощью одного проводника (4b) с опорным напряжением в 0 В и уровнем 0,5 В для осуществления двунаправленной связи между рабочим инструментом и батареей или синхронного режима, или в дифференциальном режиме посредством двух проводников (4с', 4с") с опорным напряжением в 0 В, один из которых предназначен для связи рабочий инструмент - батарея и один - для связи батарея-рабочий инструмент, или цифрового режима посредством двух проводников (4d', 4d") с опорным напряжением в 0 В, один для связи рабочий инструмент - батарея и один для связи батарея - рабочий инструмент, или дифференциального режима посредством четырех проводников с опорным напряжением в 0 В, два (4е') из которых для связи рабочий инструмент - батарея и два из которых (4е") для связи батарея - рабочий инструмент.

11. Портативный электрический инструмент по п.8, отличающийся тем, что информационный обмен между батареей (3) и выбранным неспециализированным рабочим инструментом (1a, 1b, 1c, 1d) осуществляется с помощью системы оптической связи, например инфракрасными лучами.

12. Портативный электрический инструмент по п.8, отличающийся тем, что информационный обмен между батареей (3) и выбранным специализированным рабочим инструментом (1a, 1b, 1c, 1d) осуществляется с помощью системы радиочастотной связи.

13. Портативный электрический инструмент по п.8, отличающийся тем, что информационный обмен между батареей (3) и выбранным специализированным рабочим инструментом (1a, 1b, 1c, 1d) осуществляется с помощью системы из группы, состоящей из системы IRDA, или системы WIFI, или системы BLUETOOTH, или системы ZIGBEE.