可解脱地连接电力组件于电动器具 本发明一般地涉及便携式电动工具，而具体地涉及用于可解脱地连接电力控制模块于电动器具的接口，以及涉及连接这种接口的方法。
电动工具得到广泛应用，而在不断改进电池技术的情况下，无电源线工具正在变得更轻、更为有效和更为通用。任一给定的使用者可能具有几种这样的工具，用于完成在家居、花园和工作地点周围的不同功能。一直企图设计这种工具为模块式的，以便避免不必要地重复一位使用者的所有电动工具所共有的硬件。
设计共有与专有模块之间的接口对于这样一种模块系统的安全和可靠性来说是至关重要的。当传送电能或信号越过这样一种接口时，应当留心确保可靠的电气接触。此外，各模块应当以一种可避免无意中分离的方式锁定在一起。
各种模块式无电源线系统，其中一共有模块包含一储备电池而各任务专用模块包含各电气马达，需要电能被传送越过模块接口。在许多应用场合中重要的是，这些工具的马达在共用模块或电池组件与任何给定的任务规定的模块或工具机架的组装和拆分期间不会无意中被供以电力。
本发明的特色在于一种经过改进的接口，用于可解脱地连接一电动器具，以及一电力控制模块，具有一电力控制扳机和适于提供电能给器具的一马达。
按照本发明的一个方面，此接口(具有一在器具与电力控制模块之间的接口平面)包括一凸缘，从模块和器具二者之一上伸出并配置得随着模块和器具在一解除连接位置上被朝向接口平面移动而插进模块和器具二者之另一上的一孔口。模块和器具二者之另一具有一相应地槽孔，随着模块和器具沿着接口平面彼此滑越到一连接位置上而接纳此凸缘。接口还包括一锁闩，从模块和器具二者之一上伸出以啮合模块和器具二者之另一上的一凹穴，以便可解脱地把模块和器具卡持在它们的连接位置上。一第一电气触头，装接于模块和器具二者之一并配置得在模块和器具在它们的连接位置上的情况下触合装接于模块和器具二者之另一的一第二电气触头，以便从模块传送电力给器具。
在一些实施例中，还包括一启动器，从电力控制模块伸出并可由扳机操作，此启动器配置得可接合器具的一电气开关装置以控制从电力控制模块到器具的电流流动。
启动器在某些情况下是一杠杆，从电力控制模块上伸出并适于在一沿着接口平面的方向上移动，以便在扳机被启动时压下电气开关装置。
在一些情况下，模块和器具之一也包括一锁闩释放装置，外露出来用于用手操作并适于释放锁闩而使得模块和器具能够被移动到它们的解脱连接位置。最好是，锁闩释放装置设计并配置得在锁闩释放装置被操作的同时实际上阻止启动器的操作。还最好是，启动器设计并配置得在扳机被启动的同时实际上阻止锁闩释放装置的操作。
锁闩释放装置可以包括一对可压下的按钮，可以由一弹性构件连接比如设置在模块和器具二者之一的对置两侧上。
在一些优先结构中，接口设计并配置得允许把模块和器具移动到它们的连接位置而不操作锁闩释放装置。
在一些情况下，启动器设计得在锁闩释放装置处在非锁闩位置的同时扳机被拉动时可接合锁闩释放装置并卡持它在一非锁闩位置上。比如，启动器可以具有一切口，可由从锁闩释放装置对置两耳圈伸出的带钩突起予以啮合。
在一当前优选的实施例中，锁闩和锁闩释放装置是器具的部件。
在某些实施例中，模块和器具二者之一具有两个凸缘，伸展在大体上平行于接口平面并垂直于槽孔的两个对置方向上。模块和器具二者之另一具有两个对置配置的所述槽孔，用于在模块和器具处在它们的连接位置上的情况下接纳各凸缘。
具有两个凸缘的模块和器具二者之一在一些结构中还具有一辅助凸缘，与此两个凸缘间隔开来并平行于它们。模块和器具二者的另一还具有尺寸不同于另外两个槽孔的一第三槽孔，用于当模块和器具被移动到它们的连接位置时接纳此辅助凸缘。
最好是，接口设计并配置得允许模块和器具以唯一一种取向被插进孔口。
在一些优选接口中，第一和第二电气触头沿着接口平面伸展，以致各触头当模块和器具被推向它们的连接位置时彼此滑越。
按照本发明的一第二方面，接口包括一宽鸽尾部分，从器具伸出并配置得可通过电力模块上的孔口在模块和器具处在一解除连接位置上被插向接口平面的一孔口。电力模块具有一第一槽孔，随着模块和器具随后沿着接口平面彼此滑越到一连接位置上而接纳器具的宽鸽尾部分。接口还包括一启动器，从电力控制模块上伸出并可由扳机操作。此启动器配置得可接合器具的一电气开关装置以控制从电力控制模块到器具的电流流动。其次，接口包括一锁闩，从器具上伸出以啮合电力模块上的一凹穴，以便可解脱地把模块和器具卡持在它们的连接位置上。此锁闩可由一外露出来用于用手操作在器具上的一锁闩释放装置予以操作。接口还包括一电气触头，装接于电力模块并配置得在模块和器具在它们的连接位置上的情况下触合器具的一电气触头，以便从模块传送电力给器具。
在一些情况下，电力模块还具有一第二槽孔，沿着接口平面与第一槽孔间隔开来并适于随着模块和器具沿着接口平面滑向它们的连接位置接纳一从器具上伸出的窄鸽尾部分。最好是，宽鸽尾部分的宽度当横跨接口平面测量时在大约75与85毫米之间，而窄鸽尾部分的宽度当横跨接口平面测量时在大约55与65毫米之间。
按照本发明的一第三方面，接口包括每一电力控制模件和器具上的各凸缘、一锁闩勾爪、每一电力控制模块和器具上的各电气触头、一启动器和一锁闩释放器。各凸缘配置得随着电力模块沿着接口平面被滑动到器具上的一连接位置而叠置起来。锁闩勾爪从器具上伸出以啮合电力控制模块上的一凹穴，以便可解脱地把模块卡持在它的连接位置上。各触头配置得当模块处在连接位置上时用于电气触合，以便从模块传送电能给器具，以及启动器从电力控制模块上伸出，以便当电力控制模块的一扳机被启动时促动器具的一电气开关。锁闩释放装置外露出来用于用手操作以便在电力控制模块装配和卸除期间缩回锁闩勾爪并实际上阻止电气开关由致动器促动。
按照本发明的一第四方面，一电力控制模块，用于提供电力给一手提式电动器具，包括一外壳，具有一装配端面，设计得用于可解脱地装接于电动器具的一相应的端面，装配端面具有一孔口，在端面上用于随着外壳和器具各自端面在一解除连接位置上被相向移动而接纳器具端面垢一个凸缘，以及一槽孔，沿着装配端面邻接于孔口并从口伸出，用于随着外壳和器具各自端面彼此滑越到一连接位置而接纳器具端面的凸缘。电力控制模块的一电气触头从外壳伸出并外露出来以便随着外壳和器具被推向它们的连接位置而触合器具的一匹配触头。此触头适于把电能从电力控制模块传送给器具。一扳机可活动地装接于外壳并外露出来由一操作者操纵以控制器具。
在一些实施例中，电力控制模块还包括一电池，装放在外壳(比如，它可以具有一可抓握的把柄)之内和电气连接于电气触头。
在一些情况下，电力控制模块在装接于器具之后适于从一外部电源接受电能。电力控制模块可以包括比如一电源线，用于把模块插进一AC电气插座。
在一些情况下，电力控制模块具有一外部触头，用于连接于一外部DC电源。
电子控制模块的多种实施例在本发明的接口方面具有一或多项上述特点。
按照本发明的一第五方面，一手提式电动器具设计得以一种可解脱的装接方式收纳上述的电力控制模块。手提式电动器具，适于由一可卸掉的电力模块供电，包括配置得作有用功的一电气马达并具有一电力模块装配端面，带有两组向外伸展的凸缘和一电气触头，后者用于从电力模块接受电能以便驱动马达。两组凸缘在平行于各槽孔的方向上是间隔开来的，用于在一第一组装动作中接纳电力模块的一组匹配的凸缘。两组悬伸在相关各槽孔上面的凸缘适于在大体上垂直于第一组装动作的一第二组装动作期间接纳电力模块的各匹配凸缘，以便把电力模块卡持在器具上。
在一些情况下，一组凸缘比另一组凸缘在一垂直于各槽孔的方向上测量时伸延一较大的宽度。在一当前优先的实施例中，较宽一组凸缘伸延一大约82毫米的宽度。
此器具还在一些情况下包括一锁闩，向外伸进各悬伸式槽孔之并适于啮合电力模块的一凹穴以便可解脱地把模块和器具卡持在一连接位置上。
按照本发明的一第六方面，提供一种经过改进的手提式电动工具。此工具包括一器具和一可卸除的电力模块。此器具具有一电气马达，配置得可作有用功，以及一外壳，带有一装配端面，具有一伸出的凸缘和一用于接受电能的电气触头。可卸除的电力模块具有一外壳，带有一装配端面，设计得用于可解脱地装接于器具外壳的装配端面。电力模块外壳的装配端面具有一孔口，用于随着各装配端面在一解除连接的位置上被彼此相向移动而接纳器具的凸缘。电力模块的装配端面还具有一槽孔，沿着电力模块装配端面邻接于孔口并从孔口伸出，用于随着各装配端面彼此滑越到一连接位置而接纳器具装配端面的凸缘。电力模块还包括一电气触头和一扳机。电气触头从电力模块外壳伸出并外露出来以随着电力模块被推向其连接位置而触合器具的触头，此电气触头适于把电能从电力控制模块传送给器具。扳机可活动地装接于电力模块外壳并外露出来以便由一操作操纵而控制器具。
在一些实施例中，可卸除的电力模块是一电池组件，包含至少一部电气储备电池。此电池可适于通过从电力模块外壳伸出的电气触头重新充电并可适于当电池组件装配在器具上时在电池组件之内重新充电。
在一些优选实施例中，电动工具是一室外家居园艺工具，诸如一剪草机、吹风机、中耕机、修枝手锯、林篱修剪机或类似工具。电力模块也可以是一木工工具，诸如一圆锯或砂轮磨光机，或者其他有用的装置，诸如一灯具或一真空吸尘器。
按照本发明的一第七方面，提供了一种可解脱地装配一可卸除的电力控制模块在一电动器具上的方法。此方法包括的各步骤是
(1)使任何上述器具和电力模块的各自装配端面在一解除连接位置上以面对面的关系靠拢在一起，同时把器具外壳的凸缘插进电力控制模块外壳装配端面的孔口；以及
(2)在保持锁闩释放装置处在一已启动的状态之中的同时，使电力模块和器具各自的装配端面在一预定的方向上彼此滑越到一连接位置上，电力模块装配端面的凸缘被接纳在器具外壳装端端面的槽孔之内，而电力模块的电气触头触合器具外壳的触头。
本发明可提供一种在一部电动工具系统的电力提供与电力消耗这两个模块之间的安全、可靠的接口。在组装和拆分期间不适当的电力传送可以避免，而为露出各触头和分开接口所需的两次动作的过程可以协助防止意外松脱以及为接合而需要适当少量的整体移动。通过在电力组件的一把柄内设置一扳机，可以形成一种适宜的重量分布。通过在电力消耗模块内设置电力开关，则开关可以有效地匹配于相关马达的电力需求并选择得可提供一种适合于给定工具的控制模式。其次，可以避免由于意外地施加电压于电力消耗模块的各外露触头而无意中为马达供能。此外，在接口处的电气触点的数目可以只保持为两个，通过它们，电池可以直接被充电而不需要启动电力模块上的任何开关。
其他各项优点和实施例将从以下说明、附图和权利要求中明显可见。
图1是一电动剪草机的一透视图；
图2A-2C陆续表明电池组件的装配到图1的剪草机上；
图3A-3D表明适于由图2的电力组件驱动的其他各种电动工具；
图4是电力组件的一透视图，表明其装配端面；
图5是一横截面视图，沿着图4的直线5-5所取；
图6是剪草机机架的电池组件装配端面的一透视图；
图7A和7B分别表明允许和禁止操作扳机开关的锁闩释放器；
图8是一单件式锁闩释放器的一透视图；
图9表明电池组件正在被装配于一重新充电台；
图10是带有电源线的电力模块(corded electrical power module)的侧视图。
参看图1，电动索式(power string)剪草机10由一装机机架12和一可卸掉的电池组件14构成。机架12包括一头部16，具有一配置得驱动一部分遮蔽的旋转索式轮体18的内部电气马达(未画出)，此轮体带有一用于切割杂草和青草的延伸索件19。头部16由一管筒22连接于一上部机架外壳20，许多导线通过管筒把电能从电池组件14传送给头部16的马达。使用时，剪草机用双手握持，带有一前面镫形提手24和一在电池组件上的后面把柄26。一在把柄26上的可用食指操作的扳机28控制从电池组件到剪草机马达的电能流动，而一扳机锁具30自动地把扳机锁定在其“断开”位置上直至被扳动为止，以防止无意中的扳机动作。
参看图2A-2C，电池组件14以两个顺序动作就可以容易地装接于剪草机的上部机架外壳20。首先，一如图2A之中所示，电池组件14和上部机架外壳20的各装配端面以一垂直于各端面的动作(由箭头“A”表明)靠向一起，使电池组件外壳的对正指示器32对正于上部机架外壳的“未锁定”指示器34。在此首次动作的末尾，电池组件14和上部机架外壳20定位得一如图2B之中所示。接下来，电池组件和上部机架外壳的各装配端面沿着由图2B中各箭头“B”指明的它们的接口平面35彼此滑动，直至对正指示器32对正于上部机架外壳20的一“锁定”指示器36为止，而装配锁闩(以下就图6-8予以说明)卡合就位而牢牢地把电池组件卡持就位在上部机架外壳上。各指示器32、34和36作为电池组件和上部机架的各塑料外壳的一些另件而成一体地模制而成，并具有带特色的适当图标。
为了从上部机架外壳20上卸掉电池组件14，图2A-2C的顺序反转过来。首先，使用者压下位于上部机架外壳两侧上的一对锁闩释放按钮38(在这些视图中只画出一个)。压下两个锁闩释放按钮可释放一电池组件装配锁闩(未画出)并使使用者能够彼此滑动两个装配端面而达到示于图2B之中的位置，在那里，它们可以沿垂直方向分离开来，一如图2A之中所示。在电池组件装配一如图2C之中所示的情况下，扳机机构和装配锁闩的内部结构，一如下面较为详细地所述，不允许在扳机28被拉动时压下两个锁闩释放按钮38，而且不允许在两个锁闩释放按钮被压下时拉动扳机。因而，扳机与锁闩协同工作以防止剪草机马达在电池组件装配和卸脱期间的接触起弧和偶然通电，以及在耗电装置正在运作时电池组件14从机架12(图1)上意外脱闩。
不用电线的电池组件14可以用以为广为多样的电动工具和设备提供电能。比如，图3A至3D按顺序表明索式剪草机机架12、叶片鼓风机40、长工作半径树篱修剪机42，以及修枝锯器44。每一工具配有适于装放电池组件的一类似的电池组件装配端面。其他一些手提式不用电线的电动工具，诸如手持真空吸尘器、喷漆器、中耕机、转动刷、大功率手电筒以及类似工具，也都是预料之中的。因而，一或两部电池组件可以用以接续地操作一整套工具和器具。
电池组件装配结构现在将予以较为完整的说明。一如图4之中所示，电池组件14具有由注射模制ABS塑料制成的左和右各半的外壳48和50，沿着直线52接合并由一系列通过各插孔54进出的带螺纹的固紧件固定在一起。两半外壳48和50一起构成一个大体上平坦的装配端面(电池组件的近端，一如图4之中所示)，用于把电池组件固定于任何一件上述的工具。在装配端面处，而半外壳构成两组对置的、面向里面的凸缘56a和56b以及58a和58b，它们限定了各切口，用于装放匹配工具装配端面的面向外面的各凸缘。相邻于凸缘56a和56b，两半外壳的延伸段间隔开来而形成一宽大孔口59，宽度“Wa”是大约84mm，而凸缘56a和56b的内缘只隔开大约72mm。在凸缘56a和56b下面的各槽孔60装放匹配工具的各协同工作的凸缘，它们在示于图2A之中的动作中首先被插过孔口59。在电池组件解脱期间，孔口59下沿处的各悬伸斜面61当两个装配端面滑离得超出示于图2B之中的对正位置时会卡住匹配工具的各凸缘。为了脱开各斜面61，工具外壳必须朝向其锁定位置稍微向回移动以使各工具凸缘对正孔口59并完全使电池组件脱离工具。
凸缘58a和58b只隔开大约50mm，并由各悬伸槽孔62隔开，后者可装放匹配工具的相应一组面向外面的凸缘。两组对置凸缘之间隔离宽度的不同有助于键接电池组件台座而不允许装配在除了所指望的取向以外的任何取向上。在各槽孔62的内端处，一模制的壁板64，与装配端面上端66的曲度一起，为示于图2B的移动提供了一牢靠的止动装置。
如图所示，所有的装配凸缘都模制成双壁结构，以符合刚度和强度要求。凸缘56a和56b的内壁被去除而构成封盖起来的凹槽68，用于装放以下将要说明的装配锁闩的勾爪。在装好电池组件的情况下，工具的装配锁闩的各勾爪勾合各凹槽68的垂直边缘70而把电池组件锁定就位。
从凸缘58a与58b之间的装配端面伸出一对磷青铜电气触头72，电气连接于电池组件内一可重新充电的蓄电池(未画出)。各触头固定于一接线板74，后者固定于电池组件外壳并形成一中心肋板76，延伸在各触头之间以有助于避免短路。
从装配端面还伸出一开关启动器78，在装好电池组件的情况下，配置得当由于压下电池组件扳机28(图1)而被平行于装配端面移动时用以操作工具的一电力开关。
在电池组件底面上的一充电口80可接受一直流(DC)电力插销，用于在不用时为电池重新充电，而模制到外壳底面上的各封底凹槽81用于把电池组件定位在一任由选择的充电鞍座上或用于把电池组件挂靠在一铅直表面上。
参看图5，开关启动器78和扳机78都是一单独的整体模制的乙缩醛聚合物杠杆80的组成部分，此杠杆在一枢轴82处可转动地固定于电池组件外壳。因而，扳机联动装置“伸过”接口平面进入工具而操作一位于工具内的开关。这使得开关本身能够被适当地定出尺寸以符合工具马达的电力需求，后者可以因工具不同而变动。当扳机28在箭头“C”的方向上(如实线轮廓所示)被拉动时，启动器78在箭头“D”的方向上被向下移动，而一整体模制的从扳机28向后伸展的指状件83则相对于外壳的一个突起发生挠曲。当扳机被释放时，挠曲的指状件83的弹簧力反弹启动器向上并使扳机返回到虚线轮廓所示的释放后的位置。一突起84从扳机28的上部表面伸出以与扳机锁具30相互作用，它由在锁具30处在如图所示一前面、扳机释放位置上的情况下相对于一固定的外壳突起发生挠曲的锁具30上的一模制悬臂指状件85予以反弹向后。在锁具“脱开”(如图所示)的情况下，扳机很容易压下，当扳机随后被释放时，悬臂指状件85的弹簧力使锁具30移动向后(在箭头“E”的方向上)，锁具的底面在此触及突起84而防止拉动扳机，直至锁具30再次通过保持锁具在前面同时拉动扳机而予以释放。
在电池组件外壳里面封装一蓄电池86，具有充分的电容量以在长时期内操作任何相关的工具。在一项目前优选的实施例中，电池86属于密封铅酸(SLA)类型，但可以采用镍-镉(NiCAD)、镍金属氢化物(NiMH)或任何其他可重新充电的类型。优选地，电池86具有至少大约5安培-小时(amp-hours)的工作电容量。在此实施例中，电池86在一大约12伏的名义DC电压下工作，而用于驱动索式剪草机的正常工作电流是大约8至12直流安培。
参看图6，剪草机机架的上部工具外壳20的装配端面具有宽和窄两个鸽尾部分89和90，与电池组件外壳装配端面的各凸缘相匹配。宽鸽尾部分88具有向外伸出的凸缘92a和92b，它们伸延一大约82mm的宽度“Wb”并限定一条槽道94用于装放电池组件的开关启动器。槽道底面上的一开关(未画出)可开通和关断一通过工具马达(也未画出)的电路。凸缘92a和92b悬伸在沿着宽鸽尾部分两侧的槽孔96的上面，在每一槽孔中伸进一可移动的锁闩勾爪98。窄鸽尾部分90具有向外伸出的凸缘100a和100b，它们伸延一大约48mm的总宽度并悬伸在沿着窄鸽尾部分两侧的槽孔102的上面。
在窄鸽尾部分90内装设一对电气触头104，通过工具电力开关(未画出)与工具马达(也未画出)形成电气连通。各触头104，结构上类似于电池组件的各触头72(图4)，装配于带有一中心肋板76的一接线板74。各触头104(以及图4的触头72)的外表面相对于电池组件与工具两外壳之间的接口平面都是倾斜的。在触接期间，各触头配置得彼此滑越，从而有助于从它们的接触表面上拭去多余的氧化和其他非导电物质。倾斜式设计还有助于确保电气接触在各触头外部处只沿着一个很窄的带条形成(所谓“线接触”)。
剪草机外壳装配端面的宽和窄鸽尾部分还在凸缘92a、92b、100a和100b的内和外两端面配有各带锥度的肋106。各肋106有助于尽量减小电池组件和机架两外壳之间的公差游动量，而且也通过确保滑动接触只是沿着各肋的狭窄顶部而减小了滑动摩擦。因而，鸽尾接合以最小的连接／解除连接努力提供了一种紧密的牢靠的配装。
图7A和7B表明工具锁闩释放器与电池组件开关启动器的相互作用。在电池组件装配和拆除期间(图7B)，锁闩释放器的两个耳圈108收拢在启动器78与电力开关110之间(即进入图6的槽道94)以防止启动器压下开关顶部处的柱塞112。在组装电池组件于工具期间，各勾爪98上的前部斜面111有助于在电池组件滑向其接合位置时自动地缩回各耳圈108，不需使用者必须压下各锁闩释放按钮。当电池组件处在其装配好的位置上时(如图2C之中)，在各锁闩释放耳圈108外端处的锁闩勾爪98卡入电池组件外壳的各锁闩凹槽68(图7A)，各耳圈108充分地分离开来以允许启动器78通过。在扳机被拉动以及启动器78触合开关110的情况下，启动器挡住各耳圈108的向内移动并防止使用者释放锁闩。如果扳机被无意拉动而锁闩处在示于图7B之中的位置，则各带勾的突起113接合启动器78的一相应切口115以防止各锁闩耳圈分离并露出开关110，直至扳机被释放为止。在此索式剪草机实施例之中的开关110是一非锁闩的推压接通和释放断开式开关。在某些其他工具场合下，比如采用一些变阻开关以控制变速马达。通过把开关设置在可互换的工具机架上而不是电池组件上，对于不同的工具可以随需要采用多种开关类型。
一如图8之中所示，锁闩释放器114是一整体模制的塑料构件，带有两对平行的梁式挠性构件117，从一后部横向构件116伸出而用作挠性弹簧以朝向一不受力的位置推压锁闩释放器的各耳圈108和各按钮38向外分开。平行的梁式配置有助于在锁闩释放和接合期间形成各耳圈108和各按钮38的一种近乎直线的运动。各构件117的挠性比如可以通过对比图7A(构件是直的)和7B(构件是挠曲的)而看出。
图9表明一重新充电式托座118，带有一类似于以上关于图6所述的装配端面的装配端面120，但不带锁闩。不用时，电池组件14托持在充电器之内、触靠端面120，以重新充电其内部电池。托架118包括适当的变压和整流电路系统以提供一所需DC电压，用于直接通过电池组件的各触头72(图4)充电。交流(AC)电力是通过一标准的接地引线122从一墙壁电源插座(未画出)取得的。各状态灯光124表明电池组件充电和装放状态。托座118可以或是置放在一桌子上或是挂在一铅直墙面上。
参看图10，一带电源线的供电组件126适于向示于图3A-3D的各工具供电，但具有电源线128用于接受AC电压，而不是DC蓄电池。其外壳内置必需的电力转换电路系统(来示)，用于把110伏的AC电力转换为所需电压的DC电力。
其他各项实施例均在以下各项权利要求的范畴之内。