(57)【要約】      （修正有）【課題】公称電圧の異なる複数の電源における動作を可能にした電動工具を提供する。【解決手段】電動工具システムは、第１電動工具定格電圧を有する第１電動工具１０Ａ１と、第１電動工具定格電圧と異なる第２電動工具定格電圧を有する第２電動工具１０Ａ２、１０Ａ３、１０Ｂと、第１電動工具１０Ａ１及び第２電動工具１０Ａ２、１０Ａ３、１０Ｂに結合可能である第１電池パック２０Ａ４と、を含む。第１電池パック２０Ａ４は、第１電池パックが第１電動工具１０Ａ１の動作を可能にするように第１電動工具定格電圧に対応した第１電池パック定格電圧を有する第１構成と電池パックが第２電動工具１０Ａ２、１０Ａ３、１０Ｂの動作を可能にするように第２電動工具定格電圧に対応した変換可能電池パック定格電圧を有する第２構成との間においてスイッチング可能である。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動工具であって、
ハウジングと、
ブラシレスモーターであって、回転子、及び、当該モーターの少なくとも３つの位相に対応した少なくとも３つの固定子巻線を有する固定子を含み、前記回転子は、前記固定子巻線が対応した位相内において適切にエネルギー供給された際に、前記固定子によって運動可能であり、当該モーターは、動作電圧範囲内において動作するように構成されている、前記モーターと、
第１の公称電圧を有する第１の電源からの第１の電源入力及び第２の公称電圧を有する第２の電源からの第２の電源入力を選択的に受け取るように構成された電源インターフェイスであって、少なくとも前記第１の公称電圧は、前記モーターの前記動作電圧範囲内に含まれないものである、前記電源インターフェイスと、
モーター制御回路であって、
前記第１の電源入力又は前記第２の電源入力のうちの少なくとも１つからの電力を前記モーターに供給するように構成された複数の電力スイッチを有する電力スイッチ回路と、
前記複数の電力スイッチのスイッチング動作を制御して、前記第１の電源入力からの電力供給を前記モーターの前記動作電圧範囲に対応したレベルに最適化するように構成されたコントローラと
を有する、前記モーター制御回路と
を有し、
前記コントローラは、前記モーターの位相に対応した伝導帯（ＣＢ）内において、前記複数の電力スイッチのうちの対応する１つについて、前記モーターの各位相内で駆動信号を起動するように構成されているものであり、
前記コントローラは、前記第１の電源が前記電源インターフェイスに結合された際に、前記第１の公称電圧に基づいて前記伝導帯を設定するように構成されており、それにより、前記第１の電源入力からの電力供給が前記モーターの前記動作電圧範囲に対応したレベルに最適化されるものである、
電動工具。
【請求項２】
請求項１記載の電動工具において、前記第１の電源又は前記第２の電源のうちの少なくとも１つは、交流（ＡＣ）電力を供給する交流（ＡＣ）電源であり、前記モーター制御回路は、前記ＡＣ電力を整流された電圧信号に変換し、当該整流された電圧信号を前記電力スイッチ回路に供給するように構成された整流器回路を有するものである、電動工具。
【請求項３】
請求項１記載の電動工具において、前記整流器回路はダイオードブリッジと、前記電力スイッチ回路に入力されるＤＣバスライン上において前記ダイオードブリッジに対して並列状態に配置されたリンクコンデンサとを有するものである、電動工具。
【請求項４】
請求項１記載の電動工具において、前記第１の電源又は前記第２の電源のうちの少なくとも１は前記電源インターフェイスに結合された少なくとも１つの取外し可能な電池パックを有する直流（ＤＣ）電源である、電動工具。
【請求項５】
請求項１記載の電動工具において、
前記モーターの前記動作電圧範囲は前記第２の公称電圧を含み、前記第１の公称電圧は前記第２の公称電圧未満であり、
前記コントローラは、前記第１の電源が前記電源インターフェイスに結合された際に、前記モーターの前記動作電圧範囲に対応するように、前記第１の電源からの前記モーターへの有効な電力供給を増加させるように構成されているものである、電動工具。
【請求項６】
請求項５記載の電動工具において、前記モーターの前記動作電圧範囲は、約１００Ｖ〜１２０Ｖであり、前記第１の公称電圧は約６０ＶＤＣ〜１００ＶＤＣの範囲内である、電動工具。
【請求項７】
請求項１記載の電動工具において、
前記モーターの前記動作電圧範囲は前記第２の公称電圧を含み、前記第１の公称電圧は前記第２の公称電圧よりも高いものであり、
前記コントローラは、前記第１の電源が前記電源インターフェイスに結合された際に、前記モーターの動作電圧範囲に対応するように、前記第１の電源からの前記モーターへの有効な電力供給を低減させるように構成されているものである、電動工具。
【請求項８】
請求項７記載の電動工具において、前記モーターの前記動作電圧範囲は、約６０Ｖ〜１００Ｖであり、前記第１の公称電圧は約１００ＶＤＣ〜１２０ＶＤＣの範囲内である、電動工具。
【請求項９】
請求項１記載の電動工具において、前記モーターの前記動作電圧範囲は、前記第１の公称電圧及び前記第２の公称電圧のいずれの公称電圧も含まないものであり、
前記第１の公称電圧は前記モーターの前記動作電圧範囲未満であり、前記第２の公称電圧は前記モーターの前記動作電圧範囲よりも高いものであり、
前記コントローラは、前記第１の電源が前記電源インターフェイスに結合された際に、前記モーターの前記動作電圧範囲に対応するように、前記第１の電源からの前記モーターへの有効な電力供給を増加させるように構成され、前記第２の電源が前記電源インターフェイスに結合された際に、前記モーターの動作電圧範囲に対応するように、前記第２の電源からの前記モーターへの有効な電力供給を低減させるように構成されているものである、電動工具。
【請求項１０】
請求項９記載の電動工具において、前記モーターの前記動作電圧範囲は、約１５０Ｖ〜１７０Ｖであり、前記第２の公称電圧は約２２０ＶＡＣ〜２４０ＶＡＣの範囲内であり、前記第１の公称電圧は約９０ＶＤＣ〜１２０ＶＤＣの範囲内である、電動工具。
【請求項１１】
請求項１記載の電動工具において、前記モーターの前記動作電圧範囲は、前記第１の公称電圧及び前記第２の公称電圧のいずれの公称電圧も含まないものであり、
前記第１の公称電圧及び前記第２の公称電圧の双方は前記モーターの前記動作電圧範囲未満であり、
前記コントローラは、前記第１の電源又は前記第２の電源のいずれかが前記電源インターフェイスに結合された際に、前記モーターの前記動作電圧範囲に対応するように、前記第１の電源又は前記第２の電源のいずれかからの前記モーターへの有効な電力供給を増加させるように構成されているものである、電動工具。
【請求項１２】
請求項１１記載の電動工具において、前記モーターの前記動作電圧範囲は、約１５０Ｖ〜１７０Ｖであり、前記第１の公称電圧は約１００ＶＡＣ〜１２０ＶＡＣの範囲内であり、前記第２の公称電圧は約９０ＶＤＣ〜１２０ＶＤＣの範囲内である、電動工具。
【請求項１３】
請求項１記載の電動工具において、前記コントローラは、前記第１の公称電圧が前記モーターの前記動作電圧範囲未満である場合、前記伝導帯を約１３０度よりも大きい値又は約１３０度に設定するように構成されているものであり、それにより、前記第１の電源が前記電源インターフェイスに結合された際に、前記モーターの前記動作電圧範囲に対応するように、前記第１の電源からの前記モーターへの有効な電力供給が増加するものである、電動工具。
【請求項１４】
請求項１記載の電動工具において、
前記コントローラは、最大閾値までのパルス幅変調（ＰＷＭ）デューティサイクルで１つ又は複数の駆動信号によって前記電力スイッチ回路のスイッチング動作を制御するように構成されており、
前記コントローラは、前記第１の公称電圧が前記モーターの前記動作電圧範囲未満である場合、前記第１の公称電圧に応じて前記閾値を設定するものであり、それにより、前記第１の電源が前記電源インターフェイスに結合された際に、前記モーターの前記動作電圧範囲に対応するように、前記第１の電源からの前記モーターへの有効な電力供給が低減されるものである、
電動工具。
【請求項１５】
電動工具であって、
ハウジングと、
ブラシレスモーターであって、回転子、及び、当該モーターの少なくとも３つの位相に対応した少なくとも３つの固定子巻線を有する固定子を含み、前記回転子は、前記固定子巻線が対応した位相内において適切にエネルギー供給された際に、前記固定子によって運動可能であり、当該モーターは、動作電圧範囲内において動作するように構成されている、前記モーターと、
第１の公称電圧を有する交流（ＡＣ）電源からの交流（ＡＣ）電力及び第２の公称電圧を有する直流（ＤＣ）電源からの直流（ＤＣ）電力のうちの少なくとも１つを選択的に受け取るように構成された電源インターフェイスであって、
前記第１の公称電圧および／または前記第２の公称電圧のうちの少なくとも１つは、前記モーターの前記動作電圧範囲内に含まれないものであり、
前記電源インターフェイスは、前記ＡＣ電力を交流（ＡＣ）電力ラインに出力し、前記ＤＣ電力を直流（ＤＣ）電力ラインに出力するように構成されているものである、
前記電源インターフェイスと、
モーター制御回路であって、
前記ＡＣ電力ライン上の交流信号を整流された電圧信号に変換するように構成された整流器回路と、
前記ＤＣ電力ライン又は前記整流された電圧信号のうちの少なくとも１つからの電力を前記モーターに供給するように構成された複数の電力スイッチを有する電力スイッチ回路と、
前記複数の電力スイッチのスイッチング動作を制御して、前記第１の電源入力および前記第２の電源入力からの電力供給を前記モーターの前記動作電圧範囲に対応したレベルに最適化するように構成されたコントローラと
を有する、前記モーター制御回路と
を有し、
前記コントローラは、前記モーターの位相に対応した伝導帯（ＣＢ）内において、前記複数の電力スイッチのうちの対応する１つについて、前記モーターの各位相内で駆動信号を起動するように構成されているものであり、
前記コントローラは、前記ＤＣ電源が前記電源インターフェイスに結合された際に、前記第２の公称電圧に基づいて前記伝導帯を設定するように構成されており、それにより、ＤＣ電源入力からの電力供給が前記モーターの前記動作電圧範囲に対応したレベルに最適化されるものである、
電動工具。
【請求項１６】
請求項１５記載の電動工具において、前記コントローラは、動作モードをＡＣ動作モード又はＤＣ動作モードのうちの１つに設定し、当該動作モードに基づいて前記電力スイッチ回路の前記スイッチング動作を制御するように構成されているものである、電動工具。
【請求項１７】
請求項１６記載の電動工具において、
前記モーターの前記動作電圧範囲は約１００Ｖ〜１２０Ｖであり、前記第１の公称電圧は前記動作電圧範囲内に含まれるものであり、
前記第２の公称電圧は約６０ＶＤＣ〜１００ＶＤＣの範囲内であり、
前記コントローラは、前記モーターの前記動作電圧範囲に対応するように、前記ＤＣ動作モードにある前記モーターへの有効な電力供給を増加させるように構成されているものである、
電動工具。
【請求項１８】
請求項１６記載の電動工具において、
前記モーターの前記動作電圧範囲は約１５０Ｖ〜１７０Ｖであり、
前記第１の公称電圧は約２２０ＶＡＣ〜２４０ＶＡＣの範囲内であり、前記第２の公称電圧は約９０ＶＤＣ〜１２０ＶＤＣの範囲内であり、
前記コントローラは、前記モーターの前記動作電圧範囲に対応するように、前記ＤＣ動作モードにある前記モーターへの有効な電力供給を増加させ、前記ＡＣ動作モードにある前記モーターへの有効な電力供給を低減させるように構成されているものである、
電動工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願に対する相互参照
本出願は、米国特許法第１１９（ｅ）条に基づいて、「Ｐｏｗｅｒ  Ｔｏｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍ」という名称の２０１４年５月１８日付けで出願された米国仮特許出願第６１／９９４，９５３号、「Ｐｏｗｅｒ  Ｔｏｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍ」という名称の２０１４年５月１９日付けで出願された米国仮特許出願第６２／０００，１１２号、「Ｃｏｎｖｅｒｔｉｂｌｅ  Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｐａｃｋ」という名称の２０１４年９月５日付けで出願された米国仮特許出願第６２／０４６，５４６号、「Ｃｏｎｖｅｒｔｉｂｌｅ  Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｐａｃｋ」という名称の２０１５年２月２０日付けで出願された米国仮特許出願第６２／１１８，９１７号、「Ｃｏｎｖｅｒｔｉｂｌｅ  Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｐａｃｋ」という名称の２０１４年１２月１２日付で出願された米国仮特許出願第６２／０９１，１３４号、「Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｆｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｖｅｒｔｉｂｌｅ  Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｐａｃｋ」という名称の２０１５年２月１１日付けで出願された米国仮特許出願第６２／１１４，６４５号、「Ｃｙｃｌｅ−Ｂｙ−Ｃｙｃｌｅ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｌｉｍｉｔ  ｆｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｏｏｌｓ  Ｈａｖｉｎｇ  ａ  Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ  Ｍｏｔｏｒ」という名称の２０１４年５月１９日付けで出願された米国仮特許出願第６２／０００，３０７号、及び「Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｂａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｆｏｒ  Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ  Ｍｏｔｏｒｓ  ｉｎ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｏｏｌｓ」という名称の２０１４年１２月１８日付けで出願された米国仮特許出願第６２／０９３，５１３号に対する優先権を主張するものであり、これらの特許文献のそれぞれは、引用により、包含される。
【０００２】
本出願は、様々なＡＣ電源及びＤＣ電源を使用して動作可能な様々な電動工具及びその他の電気装置を含む電動工具システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
様々なタイプの電動工具が、一般に、建設、家屋の改修、屋外、及び日曜大工のプロジェクトにおいて使用されている。電動工具は、一般に、１つ又は複数のＡＣ電源（ＡＣ商用電源又は発電機など）を使用して動作しうるＡＣ電動工具（しばしば、コード付き電動工具とも呼称される）と、（取外し可能且つ充電可能な電池パックなどの）１つ又は複数のＤＣ電源を使用して動作しうるＤＣ電動工具（しばしば、コードレス電動工具とも呼称される）と、という２つのカテゴリに分類されている。
【０００４】
コード付き又はＡＣ電動工具は、一般に、コードレス電動工具の用途との比較において、より高い電力及び／又は長い稼働時間を必要としている重負荷の鋸引き、重負荷の穿孔及びハンマー打撃、並びに、重負荷の金属加工などの重負荷の用途において使用されている。但し、その名前が意味していように、コード付き工具は、ＡＣ電源に接続可能なコードの使用を必要としている。建設現場におけるものなどの多くの用途においては、ＡＣ電源への接続は、実際的ではなく、及び／又は、ＡＣ電力は、例えば、ガソリンによって動力供給される発電機などの別個のＡＣ電力発電機によって生成されなければならない。
【０００５】
コードレス又はＤＣ電動工具は、一般に、コード付き電動工具の用途との比較において、より低い電力及び／又は短い稼働時間を必要としている軽負荷の鋸引き、軽負荷の穿孔や固定などのより軽負荷の用途において使用されている。コードレス工具は、そのパワー及び／又は可動時間においてより制限されうることから、これらは、一般に、より重負荷の用途の多くにおいて、産業的に受け入れられていない。また、コードレス工具は、重量においても制限されており、その理由は、より高い電圧及び／又は容量の電池は、より大きな重量を有し、これにより、人間工学的な観点における欠点を生成する傾向を有するからである。
【０００６】
また、ＡＣ電動工具及びＤＣ電動工具は、多くの異なるタイプのモーター及びモーター制御回路を使用して動作しうる。例えば、コード付き又はＡＣ電動工具は、ＡＣブラシ付きモーター、（ＡＣ又はＤＣを使用して動作可能な）ユニバーサルブラシ付きモーター、又はブラシレスモーターを使用して動作しうる。コード付き工具内のモーターは、ＡＣ商用電源とほぼ同一の定格電圧（例えば、米国においては、１２０Ｖであり、欧州の大部分においては、２３０Ｖである）を有するＡＣ電圧源によって稼働するように最適化又は定格設定されたその構造を有しうる。ＡＣ又はコード付き工具内のモーターは、一般に、（例えば、実質的に一定の無負荷速度において動作する工具の場合に）オン−オフスイッチを含みうるＡＣ制御回路を使用して、又は、（例えば、可変無負荷速度において動作するモーター工具の場合に）トライアック制御回路などの可変速度制御回路を使用して、制御されている。トライアック制御回路の一例は、特許文献１において見出すことが可能であり、この文献は、引用により、包含される。
【０００７】
また、コードレス又はＤＣ電動工具も、多くの異なるタイプのモーター及び制御回路を使用して動作しうる。例えば、コードレス又はＤＣ電動工具は、ＤＣブラシ付きモーター、ユニバーサルブラシ付きモーター、又はブラシレスモーターを使用して動作しうる。コードレス電動工具の電池は、ＡＣ商用電源よりも低い定格電圧（例えば、１２Ｖ、２０Ｖ、４０Ｖなど）を有する傾向を有することから、コードレス又はＤＣ電動工具のモーターは、一般に、これらのより低い電圧のうちの１つ又は複数を有するＤＣ電源と共に使用されるように最適化又は定格設定されたその構造を有している。コードレス又はＤＣ電動工具用の制御回路は、（例えば、実質的に一定の無負荷速度において動作する工具の場合に）オン−オフスイッチを、又は（例えば、可変無負荷速度において動作する工具の場合に）可変速度制御回路を、含みうる。可変速度制御回路は、例えば、モーターに対する電力供給を制御するべく、アナログ電圧レギュレータ又はデジタルパルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ−Ｗｉｄｔｈ−Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御装置を有してもよい。ＰＷＭ制御回路の一例は、特許文献２において見出すことが可能であり、この文献は、引用により、包含される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第７，９２８，６７３号明細書
【特許文献２】米国特許第７，８２１，２１７号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一態様においては、電動工具システムは、低電動工具定格電圧を有する第１電動工具と、低電動工具定格電圧よりも高い中間電動工具定格電圧を有する第２電動工具と、中間電動工具定格電圧よりも高い高電動工具定格電圧を有する第３電動工具と、低電動工具定格電圧に対応した低電池パック定格電圧を有する第１電池パックと、変換可能電池パックと、を含む。変換可能電池パックは、変換可能電池パックが、第１電動工具定格電圧に対応した変換可能電池パック定格電圧を有する第１構成において、及び、変換可能電池パックが、第２電動工具定格電圧に対応した第２変換可能電池パック定格電圧を有する第２構成において、動作可能である。第１電池パックは、第１電動工具の動作を可能にするべく、第１電動工具に結合可能である。変換可能電池パックは、第１電動工具の動作を可能にするべく、第１構成において、第１電動工具に結合可能である。変換可能電池パックは、第２電動工具の動作を可能にするべく、第２構成において、第２電動工具に結合可能である。複数の変換可能電池パックは、第３電動工具の動作を可能にするべく、その第２構成において、第３電動工具に結合可能である。
【００１０】
この態様の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含みうる。第３電動工具は、代替的に、複数の変換可能電池パック又はＡＣ電源を使用した第３電動工具の動作を可能にするべく、ＡＣ商用電源の電圧定格に対応した定格電圧を有するＡＣ電源に結合可能であってもよい。ＡＣ商用電源電圧定格は、約１００ボルト〜１２０ボルト又は約２２０ボルト〜２４０ボルトであってもよい。高電動工具定格電圧は、ＡＣ商用電源の電圧定格に対応しうる。システムは、低電池パック定格電圧に、及び、変換可能電池パック定格電圧に、対応した低充電器定格電圧を有する電池パック充電器を更に含んでもよく、この場合に、電池パック充電器は、第１電池パックを充電するべく、第１電池パックに結合されるように、及び、第１構成にある際に、変換可能電池パックを充電するべく、変換可能電池パックに結合されるように、構成されている。
【００１１】
中間電動工具定格電圧は、低電動工具定格電圧の整数倍であってもよく、高電動工具定格電圧は、中間電動工具定格電圧の整数倍であってもよい。低電動工具定格電圧は、約１７ボルト〜２０ボルトであってもよく、中間電動工具定格電圧は、約５１ボルト〜６０ボルトであってもよく、高電動工具定格電圧は、約１０２ボルト〜１２０ボルトであってもよい。第１電動工具は、２０１４年５月１８日よりも前に販売されていたものであってもよく、第２電動工具及び第３電動工具は、２０１４年５月１８日よりも前に販売されていなかったものであってもよい。第１電動工具は、ＤＣのみの電動工具であってもよく、第２電動工具は、ＤＣのみの電動工具であってもよく、第３電動工具は、ＡＣ／ＤＣ電動工具であってもよい。
【００１２】
変換可能電池パックは、第１電動工具に結合された際に、第１構成に自動的に構成されてもよく、第２電動工具又は第３電動工具に結合された際に、第２構成に自動的に構成されてもよい。システムは、中間電池パック定格電圧を有する第３電池パックを含んでもよい。第３電池パックは、第２電動工具の動作を可能にするべく、第２電動工具に結合可能であってもよい。複数の第３電池パックは、第３電動工具の動作を可能にするべく、第３電動工具に結合可能であってもよい。第１電池パックは、第２電動工具又は第３電動工具の動作を可能にする能力を有していなくてもよい。
【００１３】
別の態様においては、電動工具システムは、第１電池パック定格電圧を有する第１電池パックと、変換可能電池パックが第１電池パック定格電圧を有する第１構成において、及び、変換可能電池パックが第１変換可能電池パック定格電圧よりも高い第２変換可能電池パック定格電圧を有する第２構成において、動作可能である変換可能電池パックと、を含む。第１電動工具は、第１モーターと、第１モーター制御回路と、第１電源インターフェイスと、を有する。第１電動工具は、第１電池パック定格電圧に対応した第１電動工具定格電圧と、第１変換可能電池パック定格電圧と、を有する。第１電動工具は、第１電源インターフェイスが第１電池パックに結合された際には、第１電池パックを使用して、又は、変換可能電池パックが第１構成となるように、第１電源インターフェイスが変換可能電池パックに結合された際には、変換可能電池パックを使用して、動作可能である。第２電動工具は、第２モーターと、第２モーター制御回路と、第２電源インターフェイスと、を有する。第２電動工具は、第２変換可能電池パック定格電圧に対応した第２電動工具定格電圧を有する。第２電動工具は、変換可能電池パックが第２構成となるように、第２電源インターフェイスが変換可能電池パックに結合された際に、変換可能電池パックを使用して動作可能である。第３電動工具は、第３モーターと、第３モーター制御回路と、第３電源インターフェイスと、を有する。第３電動工具は、第２変換可能電池パック定格電圧の整数倍である第３定格電圧を有する。第３電動工具は、複数の変換可能電池パックが、それぞれ、第２構成となるように、第３電動工具インターフェイスが複数の変換可能電池パックに結合された際に、複数の変換可能電池パックを使用して動作可能である。
【００１４】
この態様の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含みうる。第３電動工具の第３電源インターフェイスは、代替的に、複数の変換可能電池パック又はＡＣ電源を使用した第３電動工具の動作を可能にするべく、ＡＣ商用電源の電圧定格に対応した定格電圧を有するＡＣ電源に結合可能であってもよい。ＡＣ商用電源の電圧定格は、約１００ボルト〜１２０ボルト又は約２２０ボルト〜２４０ボルトであってもよい。高電動工具定格電圧は、ＡＣ商用電源の電圧定格に対応していてもよい。
【００１５】
システムは、第１電池パック定格電圧に、及び、第１変換可能電池パック定格電圧に、対応した第１充電器定格電圧を有する電池パック充電器を含んでもよい。電池パック充電器は、第１電池パックを充電するべく、第１電池パックに結合されるように、及び、第１構成にある際に、変換可能電池パックを充電するべく、変換可能電池パックに結合されるように、構成されてもよい。第２電動工具定格電圧は、第１電動工具定格電圧の整数倍であってもよい。第１電動工具定格電圧は、約１７ボルト〜２０ボルトであってもよく、第２電動工具定格電圧は、約５１ボルト〜６０ボルトであってもよく、第３電動工具定格電圧は、約１００ボルト〜１２０ボルトである。第１電動工具は、２０１４年５月１８日よりも前に販売されていたものであってもよく、第２電動工具及び第３電動工具は、２０１４年５月１８日よりも前に販売されていなかったものであってもよい。
【００１６】
第１電動工具は、ＤＣのみの電動工具であってもよい。第２電動工具は、ＤＣのみの電動工具であってもよい。第３電動工具は、ＡＣ／ＤＣ電動工具であってもよい。変換可能電池パックは、第１電動工具に結合された際に、第１構成に自動的に構成されてもよく、第２電動工具又は第３電動工具に結合された際に、第２構成に自動的に構成されてもよい。システムは、第２電動工具定格電圧に対応した第３電池パック定格電圧を有する第３電池パックを含んでもよい。第３電池パックは、第２電動工具の動作を可能にするべく、第２電動工具に結合可能であってもよく、複数の第３電池パックは、第３電動工具の動作を可能にするべく、第３電動工具に結合可能であってもよい。第１電池パックは、第２電動工具又は第３電動工具の動作を可能にする能力を有していなくてもよい。
【００１７】
別の態様においては、電動工具は、電源インターフェイスと、モーターと、モーター制御回路と、を含む。電源インターフェイスは、ＡＣ商用電源の定格電圧に対応した定格ＡＣ電圧を有するＡＣ電源からＡＣ電力を受け取るように、及び、こちらもＡＣ商用電源の定格電圧に対応した合計定格ＤＣ電圧を有する１つ又は複数の取外し可能の電池パックからＤＣ電力を受け取るように、構成されている。モーターは、定格ＡＣ電圧に、及び、定格ＤＣ電圧に、対応した定格電圧を有する。モーターは、ＡＣ電源からのＡＣ電力及びＤＣ電源からのＤＣ電力の両方を使用して動作可能である。モーター制御回路は、定格ＡＣ電圧の大きさを低減することなしに、定格ＤＣ電圧の大きさを低減することなしに、及び、ＤＣ電力をＡＣ電力に変換することなしに、ＡＣ電力及びＤＣ電力のうちの１つを使用したモーターの動作を制御するように構成されている。
【００１８】
この態様の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含みうる。定格ＡＣ電圧は、約１００ボルト〜１２０ボルトであってもよい。ＤＣ定格電圧は、約１０２ボルト〜約１２０ボルトであってもよい。モーターの定格電圧は、約１００ボルト〜１２０ボルトである。定格ＡＣ電圧は、１２０ＶＡＣのＲＭＳ電圧を包含してもよく、定格ＤＣ電圧は、１２０ボルトの公称電圧を包含してもよい。定格ＡＣ電圧は、約１０８ボルトの平均電圧を包含してもよく、定格ＤＣ電圧は、約１０８ボルトの公称電圧を包含してもよい。ＡＣ電源は、ＡＣ商用電源を含んでもよい。
【００１９】
１つ又は複数の取外し可能の電池パックは、少なくとも２つの取外し可能の電池パックを含んでもよい。少なくとも２つの電池パックは、互いに直列状態において接続されてもよい。各電池パックは、定格ＡＣ電圧のほぼ半分である定格ＤＣ電圧を有してもよい。モーターは、ユニバーサルモーターであってもよい。制御回路は、一定の無負荷速度においてユニバーサルモーターを動作させるように構成されてもよい。制御回路は、ユーザー入力に基づいて可変無負荷速度においてユニバーサルモーターを動作させるように構成されている。モーターは、ブラシレスモーターを含んでもよい。
【００２０】
別の態様においては、電動工具システムは、ＤＣ電源と、電動工具と、を含む。ＤＣ電源は、ＡＣ商用電源の定格電圧に対応した定格ＤＣ電圧を協働して有する１つ又は複数の電池パックを含む。電動工具は、電源インターフェイスと、モーターと、モーター制御回路と、を有する。電源インターフェイスは、ＡＣ商用電源の定格電圧を有するＡＣ電源からＡＣ電力を受け取るように、及び、ＤＣ電源からＤＣ電力を受け取るように、構成されている。モーターは、ＡＣ商用電源の定格電圧に、及び、定格ＤＣ電圧に、対応した定格電圧を有する。モーターは、ＡＣ商用電源からのＡＣ電力及びＤＣ電源からのＤＣ電力の両方を使用して動作可能である。モーター制御回路は、定格ＡＣ電圧の大きさを低減することなしに、定格ＤＣ電圧の大きさを低減することなしに、及び、ＤＣ電力をＡＣ電力に変換することなしに、ＡＣ電力及びＤＣ電力のうちの１つを使用したモーターの動作を制御するように構成されている。
【００２１】
この態様の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含みうる。定格ＡＣ電圧は、約１００ボルト〜１２０ボルトであってもよい。ＤＣ定格電圧は、約１０２ボルト〜約１２０ボルトであってもよい。モーターの定格電圧は、約１００ボルト〜１２０ボルトである。定格ＡＣ電圧は、１２０ＶＡＣのＲＭＳ電圧を包含してもよく、定格ＤＣ電圧は、１２０ボルトの公称電圧を包含してもよい。定格ＡＣ電圧は、約１０８ボルトの平均電圧を包含してもよく、定格ＤＣ電圧は、約１０８ボルトの公称電圧を包含してもよい。ＡＣ電源は、ＡＣ商用電源を含んでもよい。
【００２２】
１つ又は複数の取外し可能の電池パックは、少なくとも２つの取外し可能の電池パックを含んでもよい。少なくとも２つの電池パックは、互いに直列状態において接続されてもよい。各電池パックは、定格ＡＣ電圧の約半分である定格ＤＣ電圧を有してもよい。モーターは、ユニバーサルモーターであってもよい。制御回路は、一定の無負荷速度においてユニバーサルモーターを動作させるように構成されてもよい。制御回路は、ユーザー入力に基づいて可変無負荷速度においてユニバーサルモーターを動作させるように構成されている。モーターは、ブラシレスモーターを含んでもよい。
【００２３】
別の態様においては、電動工具は、電源インターフェイスと、モーターと、モーター制御回路と、を含む。電源インターフェイスは、定格ＡＣ電圧を有するＡＣ商用電源からＡＣ電力を受け取るように、及び、定格ＡＣ電圧とは異なる定格ＤＣ電圧を協働して有する１つ又は複数の電池パックを有するＤＣ電源からＤＣ電力を受け取るように、構成されている。モーターは、定格ＡＣ電圧及び定格ＤＣ電圧のうちの１つに対応した定格電圧を有する。モーターは、ＡＣ電源からのＡＣ電力及びＤＣ電源からのＤＣ電力の両方を使用して動作可能である。モーター制御回路は、ＡＣ電源及びＤＣ電源を使用して動作する際に、モーターが、実質的に同一の出力速度性能を有するように、ＡＣ電力及びＤＣ電力のうちの１つを使用したモーターの動作を可能にするべく構成されている。
【００２４】
この態様の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含みうる。定格ＤＣ電圧は、定格ＡＣ電圧未満であってもよい。定格ＡＣ電圧は、約１００ボルト〜１２０ボルトであってもよく、定格ＤＣ電圧は、１００ボルト未満であってもよい。定格ＤＣ電圧は、約５１ボルト〜６０ボルトであってもよい。定格ＡＣ電圧は、定格ＤＣ電圧未満であってもよい。１つ又は複数の電池パックは、直列状態において互いに接続された２つの電池パックを含んでもよく、この場合に、各電池パックは、定格ＡＣ電圧の約半分である定格電圧を有する。モーターは、ユニバーサルモーターであってもよい。制御回路は、一定の無負荷速度においてユニバーサルモーターを動作させてもよい。制御回路は、ユーザー入力に基づいて可変無負荷速度においてユニバーサルモーターを動作させてもよい。制御回路は、ＡＣ電源及びＤＣ電源を使用して動作する際に、モーターが、実質的に同一の出力性能を有するように、ＡＣ電源及びＤＣ電源の定格電圧に従ってパルス幅変調の範囲を最適化してもよい。モーターは、ブラシレスモーターであってもよい。制御回路は、ＡＣ電源及びＤＣ電源を使用して動作する際に、モーターが、実質的に同一の出力速度性能を有するように、サイクルごとの電流制限、伝導帯制御、及び進み角制御のうちの少なくとも１つを使用してもよい。
【００２５】
別の態様においては、電動工具は、定格ＡＣ電圧を有するＡＣ商用電源からＡＣ電力を受け取る手段と、定格ＡＣ電圧とは異なる定格ＤＣ電圧を協働して有する１つ又は複数の電池パックを有するＤＣ電源からＤＣ電力を受け取る手段と、を含む。また、電動工具は、定格ＡＣ電圧及び定格ＤＣ電圧のうちの高いほうに対応した定格電圧を有するモーターを有する。モーターは、ＡＣ電源からのＡＣ電力及びＤＣ電源からのＤＣ電力の両方を使用して動作可能である。また、電動工具は、ＡＣ電源及びＤＣ電源を使用して動作する際に、モーターが、実質的に同一の出力速度性能を有するように、ＡＣ電力及びＤＣ電力のうちの１つを使用してモーターを動作させる手段を有する。
【００２６】
この態様の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含みうる。定格ＤＣ電圧は、定格ＡＣ電圧未満であってもよい。定格ＡＣ電圧は、約１００ボルト〜１２０ボルトであってもよく、ＤＣ電圧は、１００ボルト未満であってもよい。定格ＤＣ電圧は、約５１ボルト〜６０ボルトであってもよい。定格ＡＣ電圧は、定格ＤＣ電圧未満であってもよい。１つ又は複数の電池パックは、直列状態において互いに接続された２つの電池パックを含んでもよく、この場合に、各電池パックは、定格ＡＣ電圧の約半分である定格電圧を有する。モーターは、ユニバーサルモーターであってもよい。モーターを動作させる手段は、一定の無負荷速度においてユニバーサルモーターを動作させてもよい。モーターを動作させる手段は、ユーザー入力に基づいて可変無負荷速度においてユニバーサルモーターを動作させてもよい。モーターを動作させる手段は、ＡＣ電源及びＤＣ電源を使用して動作する際に、モーターが、実質的に同一の出力速度性能を有するように、ＡＣ電源及びＤＣ電源の定格電圧に従って、パルス幅変調の範囲を最適化してもよい。モーターは、ブラシレスモーターであってもよい。モーターを動作させる手段は、ＡＣ電源及びＤＣ電源を使用して動作する際に、モーターが、実質的に同一の出力速度性能を有するように、サイクルごとの電流制限、伝導帯制御、及び進み角制御のうちの少なくとも１つを使用してもよい。
【００２７】
別の態様においては、電動工具システムは、第１電動工具定格電圧を有する第１電動工具と、第１電動工具定格電圧とは異なる第２電動工具定格電圧を有する第２電動工具と、第１電動工具に及び第２電動工具に結合可能な第１電池パックと、を含む。第１電池パックは、第１電池パックが第１電動工具の動作を可能にするように、第１電動工具定格電圧に対応した第１電池パック定格電圧を有する第１構成と、電池パックが第２電動工具の動作を可能にするように、第２電動工具定格電圧に対応した変換可能電池パック定格電圧を有する第２構成と、の間においてスイッチング可能である。
【００２８】
この態様の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含みうる。システムは、第１電池パック定格電圧を有し且つ第１電動工具の動作を可能にするべく第１電動工具に結合されるように構成された但し第２電動工具の動作を可能にはしない、第２の取外し可能の電池パックを含んでもよい。第２電動工具定格電圧は、第１電動工具定格電圧より大きくてもよい。第１電動工具定格電圧は、第２電動工具定格電圧の整数倍であってもよい。第１電動工具定格電圧は、約１７ボルト〜２０ボルトであってもよく、第２電動工具定格電圧は、約５１ボルト〜６０ボルトであってもよい。第１電動工具は、２０１４年５月１８日よりも前に販売されていたものであってもよく、第２電動工具は、２０１４年５月１８日よりも前に販売されていなかったものであってもよい。第１電動工具は、ＤＣのみの電動工具であってもよく、第２電動工具は、ＤＣのみの電動工具又はＡＣ／ＤＣ電動工具であってもよい。第２電動工具は、代替的に、変換可能電池パック又はＡＣ電源を使用した第２電動工具の動作を可能にするべく、ＡＣ商用電源の電圧定格に対応した定格電圧を有するＡＣ電源に結合可能であってもよい。
【００２９】
本発明の別の態様によれば、電動工具が提供され、電動工具は、ハウジングと、正の端子、負の端子、及び、正及び負の端子に結合されたブラシのペアに係合した整流子を有する電気ユニバーサルモーターであって、約９０Ｖ〜１３２Ｖの動作電圧レンジ内において動作するように構成されたモーターと、第１公称電圧を有するＡＣ電源からのＡＣ電力及び第２公称電圧を有するＤＣ電源からのＤＣ電力のうちの少なくとも１つを受け取るように構成された電源インターフェイスであって、ＤＣ電源が、電源インターフェイスに結合された少なくとも１つの取外し可能の電池パックを有し、電源インターフェイスが、ＡＣ電力ラインを介してＡＣ電力を出力し、且つ、ＤＣ電力ラインを介してＤＣ電力を出力するように、構成されており、第１及び第２公称電圧が、ほぼ、モーターの動作電圧レンジ内に含まれている、電源インターフェイスと、ブラシがＡＣ又はＤＣ電源のうちの１つに電気的に結合されるように、共通ノードを介してＡＣ電力ライン又はＤＣ電力ラインのうちの１つからモーターに電力を供給するように構成されたモーター制御回路と、を有する。
【００３０】
一実施形態においては、モーター制御回路は、ＡＣ及びＤＣ電力ラインの共通ノードとモーターとの間において配置されたオン／オフスイッチを有する。
【００３１】
一実施形態においては、モーター制御回路は、ＤＣ電力ライン上において配置された電力スイッチに結合された制御ユニットを有する。一実施形態においては、制御ユニットは、ＤＣ電源と関連する障害状態を監視し、且つ、電力スイッチをオフにしてモーターへのＤＣ電源からの電力の供給を中断するように、構成されている。
【００３２】
一実施形態においては、電動工具は、ＡＣ電力ライン及びＤＣ電力ラインを隔離するように構成された電源スイッチングユニットを更に有する。一実施形態においては、電源スイッチングユニットは、ＤＣ電力ライン上において配置され、且つ、ＡＣ電力ラインに結合されたコイルによって起動されるリレースイッチを有する。一実施形態においては、電源スイッチングユニットは、ＡＣ及びＤＣ電力ラインの共通ノードと電源インターフェイスとの間において配置された少なくとも１つの二極双投式スイッチを有する。一実施形態においては、電源スイッチングユニットは、ＡＣ及びＤＣ電力ラインの共通ノードに結合された出力端子を有する少なくとも１つの単極双投式スイッチを有する。
【００３３】
一実施形態においては、ＤＣ電源は、高定格電圧電池パックを有する。
【００３４】
一実施形態においては、ＤＣ電源は、少なくとも２つの中間定格電圧電池パックを備え、且つ、電源インターフェイスは、少なくとも２つの電池パックのうちの２つ以上を直列状態において接続するように構成されている。
【００３５】
本発明の別の態様によれば、上述の電動工具は、本明細書において記述されているように、可変速度工具である。
【００３６】
一実施形態においては、電動工具は、ＤＣ電力ラインとモーターとの間において配置されたＤＣスイッチ回路と、ＡＣ電力ラインとモーターとの間において配置されたＡＣスイッチと、モーターの速度を制御することによって一定トルクにおけるモーターの可変速度動作を可能にするべく、ＤＣスイッチ回路又はＡＣスイッチのスイッチング動作を制御するように構成された制御ユニットと、を更に有する。
【００３７】
一実施形態においては、ＤＣスイッチ回路は、チョッパ回路、ハーフブリッジ回路、又はフルブリッジ回路のうちの少なくとも１つとして構成された１つ又は複数の制御可能な半導体スイッチを備えており、制御ユニットは、望ましいモーターの速度に従って１つ又は複数の半導体スイッチのパルス幅変調（ＰＷＭ）デューティサイクルを制御するように構成されている。
【００３８】
一実施形態においては、ＡＣスイッチは、トライアック、サイリスタ、又はＳＣＲスイッチのうちの少なくとも１つを有する位相制御されたスイッチを備えており、制御ユニットは、望ましいモーターの速度に従ってＡＣスイッチの位相を制御するように構成されている。
【００３９】
一実施形態においては、制御ユニットは、ＡＣ動作モード又はＤＣ動作モードのうちの１つに動作モードを設定するべく、ＡＣ電力ライン又はＤＣ電力ラインのうちの１つのライン上の電流を検知し、且つ、動作モードに基づいて、ＤＣスイッチ回路又はＡＣスイッチのうちの一方又は他方のもののスイッチング動作を制御するように、構成されている。
【００４０】
一代替実施形態においては、電動工具は、ダイオードブリッジと、ダイオードブリッジ内に組み込まれた制御可能な半導体スイッチと、を有する電力スイッチングユニットであって、電源インターフェイスのＡＣ及びＤＣ電力ラインが、ダイオードブリッジの第１ノードに一緒に結合されており、且つ、モーターは、ダイオードブリッジの第２ノードに結合されている、電力スイッチングユニットと、モーターの速度を制御することによって一定トルクにおけるモーターの可変速度動作を可能にするべく、半導体スイッチのスイッチング動作を制御するように構成された制御ユニットと、を更に有する。
【００４１】
一実施形態においては、制御ユニットは、ＡＣ動作モード又はＤＣ動作モードのうちの１つに動作モードを設定するべく、ＡＣ電力ライン又はＤＣ電力ラインのうちの１つのライン上の電流を検知し、且つ、動作モードに従って半導体スイッチのスイッチング動作を制御するように、構成されている。
【００４２】
一実施形態においては、ＤＣ動作モードにおいて、制御ユニットは、望ましいモーターの速度に従ってパルス幅変調（ＰＷＭ）デューティサイクルを設定し、且つ、ＰＷＭデューティサイクルに従って半導体スイッチを周期的にオン及びオフにするように、構成されている。
【００４３】
一実施形態においては、ＡＣ動作モードにおいて、制御ユニットは、望ましいモーターの速度に従って伝導帯を設定し、且つ、各ＡＣラインのハーフサイクル内において、ほぼ伝導帯の開始点において半導体スイッチをオンにし、ほぼＡＣ電力ラインのゼロ交差において半導体スイッチをオフにするように、構成されている。
【００４４】
一実施形態においては、電動工具は、ＤＣ動作モードにおける半導体スイッチのオフサイクルにおいてモーター電流用の電流経路を許容するべく、モーターとの間において直列状態において配設された第２半導体スイッチ及びフリーホイールダイオードを更に有する。
【００４５】
一実施形態においては、半導体スイッチは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）及び絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のうちの１つを有する。
【００４６】
一実施形態においては、ダイオードブリッジは、モーターを通じてではなく、半導体スイッチを通じて、ＡＣ電力ラインを整流するように構成されている。
【００４７】
一実施形態においては、半導体スイッチングユニットは、ＡＣ及びＤＣ電力ラインの共通ノードの間において配置されている。
【００４８】
本発明の別の態様によれば、電動工具が提供され、電動工具は、ハウジングと、正の端子、負の端子、及び正及び負の端子に結合されたブラシのペアに係合した整流子を有するユニバーサルモーターであって、モーターが、動作電圧レンジ内において動作するように構成されている、ユニバーサルモーターと、第１公称電圧を有するＡＣ電源からのＡＣ電力又は第２公称電圧を有するＤＣ電源からのＤＣ電力のうちの少なくとも１つを受け取るように構成された電源インターフェイスであって、ＤＣ電源が、電源インターフェイスに結合された少なくとも１つの取外し可能の電池パックを有し、電源インターフェイスが、ＡＣ電力ラインを介してＡＣ電力を出力し、且つ、ＤＣ電力ライン介してＤＣパワーを出力するように構成されており、第２公称電圧が、ほぼ、モーターの動作電圧レンジ内において含まれているが、第１公称電圧が、モーターの動作電圧レンジより実施的に高い、電源インターフェイスと、ブラシがＡＣ又はＤＣ電源のうちの１つに電気的に結合されるように、ＡＣ電力ライン又はＤＣ電力ラインのうちの１つからの電力を共通ノードを介してモーターに供給するように構成されたモーター制御回路であって、モーターに対するＡＣ電力ラインからの電力の供給をモーターの動作電圧レンジの動作電圧に対応したレベルに低減するように構成されている、モーター制御回路と、を有する。
【００４９】
一実施形態においては、モーター制御回路は、ＡＣ電力ラインと直列状態において配設されたＡＣスイッチと、ＡＣスイッチを介してＡＣ電力ラインの位相を制御し、且つ、ＡＣライン上の平均電圧値をモーターの動作電圧レンジに対応したレベルに低減するべく、ＡＣスイッチの固定された伝導帯を設定するように、構成された制御ユニットと、を有する。
【００５０】
一実施形態においては、モーター制御回路は、ＡＣ及びＤＣ電力ラインの共通ノードとモーターとの間において配置されたオン／オフスイッチを有する。
【００５１】
一実施形態においては、モーター制御回路は、ＤＣ電力ライン上において配置された電力スイッチに結合された制御ユニットを有する。一実施形態においては、制御ユニットは、ＤＣ電源と関連した障害状態を監視し、且つ、電力スイッチをオフにしてモーターへのＤＣ電源からの電力の供給を中断するするように、構成されている。
【００５２】
一実施形態においては、電動工具は、ＡＣ電力ライン及びＤＣ電力ラインを隔離するように構成された電源スイッチングユニットを更に有する。一実施形態においては、電源スイッチングユニットは、ＤＣ電力ライン上において配置され、且つ、ＡＣ電力ラインに結合されたコイルによって起動されるリレースイッチを有する。一実施形態においては、電源スイッチングユニットは、ＡＣ及びＤＣ電力ラインの共通ノードと電源インターフェイスとの間に配置された少なくとも１つの二極双投式スイッチを有する。一実施形態においては、電源スイッチングユニットは、ＡＣ及びＤＣ電力ラインの共通ノードに結合された出力端子を有する少なくとも１つの単極双投式スイッチを有する。
【００５３】
一実施形態においては、ＤＣ電源は、高定格電圧電池パックを有する。
【００５４】
一実施形態においては、ＤＣ電源は、少なくとも２つの中間定格電圧電池パックを備えており、電源インターフェイスは、少なくとも２つの電池パックのうちの２つ以上を直列状態において接続するように構成されている。一実施形態においては、モーターの動作電圧レンジは、第２公称電圧を包含する約１００Ｖ〜１２０Ｖの範囲内にあり、第１公称電圧は、２２０ＶＡＣ〜２４０ＶＡＣの範囲内にある。一実施形態においては、制御ユニットは、ＡＣスイッチの固定された伝導帯を１００〜１４０度の範囲内の値に設定するように構成されている。
【００５５】
一実施形態においては、モーターの動作電圧レンジは、第２公称電圧を包含する約６０Ｖ〜９０Ｖの範囲内にあり、第１公称電圧は、１００ＶＡＣ〜１２０ＶＡＣの範囲内にある。一実施形態においては、制御ユニットは、ＡＣスイッチの固定された伝導帯を７０〜１１０度の範囲内の値に設定するように構成されている。
【００５６】
一実施形態においては、制御ユニットは、固定された伝導帯において一定速度において工具を動作させるように構成されている。
【００５７】
一実施形態においては、ＡＣスイッチは、トライアック、サイリスタ、又はＳＣＲスイッチのうちの１つを有する位相制御されたスイッチを含み、コントローラは、望ましいモーターの速度に従ってＡＣスイッチの位相を制御するように構成されている。
【００５８】
本発明の別の態様によれば、上述の電動工具は、本明細書において記述されているように、可変速度電動工具である。
【００５９】
一実施形態によれば、モーター制御回路は、ＤＣ電力ラインとモーターとの間において配置されたＤＣスイッチ回路を更に備え、この場合に、制御ユニットは、モーターの速度を制御することによって一定負荷におけるモーターの可変速度動作を可能にするべく、ＤＣスイッチ回路又はＡＣスイッチのスイッチング動作を制御するように構成されている。
【００６０】
一実施形態によれば、ＤＣスイッチ回路は、チョッパ回路、ハーフブリッジ回路、又はフルブリッジ回路のうちの少なくとも１つとして構成された１つ又は複数の制御可能な半導体スイッチを備えており、制御ユニットは、望ましいモーターの速度に従って１つ又は複数の半導体スイッチのパルス幅変調（ＰＷＭ）デューティサイクルを制御するように構成されている。
【００６１】
一実施形態によれば、制御ユニットは、望ましいモーターの速度に従って、ＡＣスイッチの導通角をゼロから最大で固定された伝導帯まで変化させるように、構成されている。
【００６２】
一実施形態によれば、制御ユニットは、動作モードをＡＣ動作モード又はＤＣ動作モードのうちの１つに設定するべく、ＡＣ電力ライン又はＤＣ電力ラインのうちの１つのライン上の電流を検知し、且つ、動作モードに基づいて、ＤＣスイッチ回路又はＡＣスイッチのうちの一方又は他方のもののスイッチング動作を制御するように、構成されている。
【００６３】
一実施形態によれば、モーター制御回路は、ダイオードブリッジ及びダイオードブリッジ内に組み込まれた制御可能な半導体スイッチを含む電力スイッチングユニットであって、電源インターフェイスのＡＣ及びＤＣ電力ラインが、ダイオードブリッジの第１ノードに一緒に結合され、且つ、モーターが、ダイオードブリッジの第２ノードに結合されている、電力スイッチングユニットと、モーターの速度を制御することによって一定負荷においてモーターの可変速度動作を可能にするべく、半導体スイッチのスイッチング動作を制御するように構成された制御ユニットであって、半導体スイッチを介してＡＣ電力ラインの位相を制御するように構成された制御ユニットと、を備えている。
【００６４】
一実施形態においては、制御ユニットは、動作モードをＡＣ動作モード又はＤＣ動作モードのうちの１つに設定するべく、ＡＣ電力ライン又はＤＣ電力ラインのうちの１つのライン上の電流を検知し、且つ、動作モードに従って、ＡＣ動作モード又はＤＣ動作モードのうちの１つにおいて半導体スイッチのスイッチング動作を制御するように、構成されている。
【００６５】
一実施形態においては、ＤＣ動作モードにおいて、制御ユニットは、望ましいモーターの速度に従ってパルス幅変調（ＰＷＭ）デューティサイクルを設定し、且つ、ＰＷＭデューティサイクルに従って半導体スイッチを周期的に作動及び停止するように、構成されている。
【００６６】
一実施形態においては、ＡＣ動作モードにおいて、制御ユニットは、モーターの動作電圧レンジに対応した最大伝導帯を設定するように構成されている。
【００６７】
一実施形態においては、制御ユニットは、望ましいモーターの速度に従って且つこれに比例するように伝導帯をゼロから最大で最大伝導帯までで設定するように、及び、各ＡＣラインハーフサイクル内において、ほぼ伝導帯の開始点において半導体スイッチをオンにし、ほぼＡＣ電力ラインのゼロ交差において半導体スイッチをオフにするように、構成されている。
【００６８】
一実施形態においては、モーターの動作電圧レンジは、ほぼ、第２公称電圧を包含する１００Ｖ〜１２０Ｖの範囲内にあり、第１公称電圧は、２２０ＶＡＣ〜２４０ＶＡＣの範囲内にある。一実施形態においては、制御ユニットは、最大伝導帯を１００〜１４０度の範囲内の値に設定するように構成されている。
【００６９】
一実施形態においては、モーターの動作電圧レンジは、ほぼ、第２公称電圧を包含する６０Ｖ〜１００Ｖの範囲内にあり、第１公称電圧は、１００ＶＡＣ〜１２０ＶＡＣの範囲内にある。一実施形態においては、制御ユニットは、ＡＣスイッチの最大伝導帯を７０〜１１０度の範囲内の値に設定するように構成されている。
【００７０】
一実施形態においては、ダイオードブリッジは、モーターを通じることなしに、半導体スイッチを通じて、ＡＣ電力ラインを整流するように構成されている。
【００７１】
一実施形態においては、モーター制御回路は、ＤＣ動作モードにおいて半導体スイッチのオフサイクルにおけるモーター電流用の電流経路を許容するべく、モーターと直列状態において配設された第２半導体スイッチ及びフリーホイールダイオードを更に有する。
【００７２】
一実施形態においては、半導体スイッチは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）のうちの１つを有する。
【００７３】
本発明の別の態様によれば、電動工具が提供され、電動工具は、ハウジングと、正の端子、負の端子、及び正及び負の端子に結合されたブラシのペアに係合した整流子を有する電気ユニバーサルモーターと、ＡＣ電源からのＡＣ電力又はＤＣ電源からのＤＣ電力のうちの少なくとも１つを受け取るように、及び、ＡＣ電力ラインを介してＡＣ電力を出力し、ＤＣ電力ラインを介してＤＣ電力を出力するように、構成された電源インターフェイスと、ダイオードブリッジ及びダイオードブリッジ内に組み込まれた制御可能な半導体スイッチを有する電力スイッチングユニットであって、電源インターフェイスのＡＣ及びＤＣ電力ラインが、ダイオードブリッジの第１ノードに一緒に結合されており、且つ、モーターが、ダイオードブリッジの第２ノードに結合されている、電力スイッチングユニットと、モーターの速度を制御することによって一定トルクにおけるモーターの可変速度動作を可能にするべく、半導体スイッチのスイッチング動作を制御するように構成された制御ユニットと、を有する。
【００７４】
一実施形態においては、制御ユニットは、動作モードをＡＣ動作モード又はＤＣ動作モードのうちの１つに設定するべく、ＡＣ電力ライン又はＤＣ電力ラインのうちの１つのライン上の電流を検知し、且つ、動作モードに従って半導体スイッチのスイッチング動作を制御するように、構成されている。
【００７５】
一実施形態においては、ＤＣ動作モードにおいて、制御ユニットは、望ましいモーターの速度に従ってパルス幅変調（ＰＷＭ）デューティサイクルを設定し、且つ、ＰＷＭデューティサイクルに従って周期的に半導体スイッチを作動及び停止するように、構成されている。
【００７６】
一実施形態においては、ＡＣ動作モードにおいて、制御ユニットは、モーターの望ましい速度に従って伝導帯を設定し、且つ、各ＡＣラインハーフサイクル内において、ほぼ伝導帯の開始点において半導体スイッチをオンにし、ほぼＡＣ電力ラインのゼロ交差において半導体スイッチをオフにするように、構成されている。
【００７７】
一実施形態においては、電動工具は、ＤＣ動作モードにおいて半導体スイッチのオフサイクルにおけるモーター電流用の電流経路を許容するべく、モーターと直列状態において配設された第２半導体スイッチ及びフリーホイールダイオードを更に有する。
【００７８】
一実施形態においては、半導体スイッチは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）のうちの１つを有する。
【００７９】
一実施形態においては、ダイオードブリッジは、モーターを通じることなしに、半導体スイッチを通じて、ＡＣ電力ラインを整流するように構成されている。
【００８０】
一実施形態においては、電力スイッチングユニットは、ＡＣ及びＤＣ電力ラインの共通ノードの間において配置されている。
【００８１】
本発明の別の態様によれば、電動工具が提供され、電動工具は、ハウジングと、正の端子、負の端子、及び正及び負の端子に結合されたブラシのペアに係合した整流子を有する電気直流（ＤＣ）モーターであって、ほぼ９０Ｖ〜１３２Ｖの範囲内の動作電圧レンジにおいて動作するように構成されたモーターと、第１公称電圧を有するＡＣ電源からのＡＣ電力又は第２公称電圧を有するＤＣ電源からのＤＣ電力のうちの少なくとも１つを受け取るように構成された電源インターフェイスであって、ＤＣ電源が、電源インターフェイスに結合された少なくとも１つの取外し可能の電池パックを有し、電源インターフェイスが、ＡＣ電力ラインを介してＡＣ電力を出力し、ＤＣ電力ラインを介してＤＣ電力を出力するように構成されており、第１及び第２公称電圧が、ほぼモーターの動作電圧レンジ内に含まれている、電源インターフェイスと、交流信号をＡＣ電力ライン上の整流された信号に整流するように構成された整流器回路を含むモーター制御回路であって、ブラシがＡＣ又はＤＣ電源のうちの１つに電気的に結合されるように、電力をＡＣライン又はＤＣラインのうちの１つから共通ノードを介してモーターに供給するように構成されているモーター制御回路と、を有する。
【００８２】
一実施形態においては、整流器回路は、全波ダイオードブリッジ整流器を含む。
【００８３】
一実施形態においては、モーター制御回路は、ＡＣ及びＤＣ電力ラインの共通ノードとモーターとの間において配置されたオン／オフスイッチを有する。
【００８４】
一実施形態においては、モーター制御回路は、ＤＣ電力ライン上において配置された電力スイッチに結合された制御ユニットを有する。一実施形態においては、制御ユニットは、ＤＣ電源と関連した障害状態を監視し、且つ、モーターに対するＤＣ電源からの電力の供給を中断するべく電力スイッチをオフにするように、構成されている。
【００８５】
一実施形態においては、電動工具は、ＡＣ電力ライン及びＤＣ電力ラインを隔離するように構成された電源スイッチングユニットを更に有する。一実施形態においては、電源スイッチングユニットは、ＤＣ電力ライン上において配置され、且つ、ＡＣ電力ラインに結合されたコイルによって起動されるリレースイッチを有する。一実施形態においては、電源スイッチングユニットは、ＡＣ及びＤＣ電力ラインの共通ノードと電源インターフェイスとの間において配置された少なくとも１つの二極双投式スイッチを有する。一実施形態においては、電源スイッチングユニットは、ＡＣ及びＤＣ電力ラインの共通ノードに結合された出力端子を有する少なくとも１つの単極双投式スイッチを備えている。
【００８６】
一実施形態においては、ＤＣ電源は、高定格電圧電池パックを有する。
【００８７】
一実施形態においては、ＤＣ電源は、少なくとも２つの中間定格電圧電池パックを備え、電源インターフェイスは、少なくとも２つの電池パックのうちの２つ以上を直列状態において接続するように構成されている。
【００８８】
本発明の別の態様によれば、上述の電動工具は、本明細書において記述されているように、可変速度工具である。
【００８９】
一実施形態においては、電動工具は、ＡＣ及びＤＣ電力ラインの共通ノードとモーターとの間において配置されたスイッチング回路と、モーターの速度を制御することによって一定トルクにおけるモーターの可変速度動作を可能にするべく、スイッチング回路のスイッチング動作を制御するように構成された制御ユニットと、を更に有する。
【００９０】
一実施形態においては、スイッチング回路は、チョッパ回路、ハーフブリッジ回路、又はフルブリッジ回路のうちの少なくとも１つとして構成された１つ又は複数の制御可能な半導体スイッチを備え、制御ユニットは、望ましいモーターの速度に従って１つ又は複数の半導体スイッチのパルス幅変調（ＰＷＭ）デューティサイクルを制御するように構成されている。
【００９１】
一実施形態においては、モーターは、永久磁石ＤＣモーターである。
【００９２】
本発明の別の態様によれば、電動工具が提供され、電動工具は、ハウジングと、正の端子、負の端子、及び正及び負の端子に結合されたブラシのペアに係合した整流子を有する電気直流（ＤＣ）モーターであって、動作電圧レンジ内において動作するように構成されたモーターと、第１公称電圧を有するＡＣ電源からのＡＣ電力又は第２公称電圧を有するＤＣ電源からのＤＣ電力のうちの少なくとも１つを受け取るように構成された電源インターフェイスであって、ＤＣ電源が、電源インターフェイスに結合された少なくとも１つの取外し可能の電池パックを有し、電源インターフェイスが、ＡＣ電力ラインを介してＡＣ電力を出力し、ＤＣ電力ラインを介してＤＣ電力を出力するように構成されており、第２公称電圧が、ほぼ、モーターの動作電圧レンジ内に含まれるが、第１公称電圧が、モーターの動作電圧レンジよりも実質的に高い、電源インターフェイスと、交流信号をＡＣ電力ライン上において整流された信号に整流するように構成された整流器回路を含むモーター制御回路であって、モーター制御回路が、ブラシがＡＣ又はＤＣ電源のうちの１つに電気的に結合されるように、電力をＡＣ電力ライン又はＤＣ電力ラインの１つから共通ノードを介してモーターに供給するように構成されており、モーターに対するＡＣ電力ラインからの電力の供給をモーターの動作電圧レンジに対応したレベルに低減するように構成されているモーター制御回路と、を有する。
【００９３】
一実施形態においては、整流器回路は、ＡＣ電力ライン上の平均電圧値を約半分に低減するように構成された半波ダイオードブリッジ回路を含む。
【００９４】
一実施形態においては、モーター制御回路は、ＡＣ及びＤＣ電力ラインの共通ノードの間において配置された電力スイッチと、電力スイッチのパルス幅変調（ＰＷＭ）を制御するように構成された制御ユニットと、を備え、制御ユニットは、ＡＣライン上の平均電圧値をモーターの動作電圧レンジに対応したレベルに低減するべく、電力スイッチのパルス幅変調（ＰＷＭ）デューティサイクルを１００％未満の固定された値に設定するように構成されている。一実施形態においては、電力スイッチは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）のうちの１つを有する。
【００９５】
一実施形態においては、モーター制御回路は、電源インターフェイスと整流器回路との間においてＡＣ電力ラインと直列状態において配設されたＡＣスイッチと、ＡＣスイッチを介してＡＣ電力ラインの位相を制御し、且つ、ＡＣ電力ライン上の平均電圧値をモーターの動作電圧レンジに対応したレベルに低減するべくＡＣスイッチの固定された伝導帯を設定するように構成された制御ユニットと、を有する。
【００９６】
一実施形態においては、ＡＣスイッチは、トライアック、サイリスタ、又はＳＣＲスイッチのうちの１つを有する位相制御されたスイッチを含み、コントローラは、望ましいモーターの速度に従ってＡＣスイッチの位相を制御するように構成されている。
【００９７】
一実施形態においては、モーター制御回路は、ＡＣ及びＤＣ電力ラインの共通ノードとモーターとの間において配置されたオン／オフスイッチを有する。
【００９８】
一実施形態においては、モーター制御回路は、ＤＣ電力ライン上において配置された電力スイッチに結合された制御ユニットを有する。一実施形態においては、制御ユニットは、ＤＣ電源と関連した障害状態を監視し、且つ、モーターに対するＤＣ電源からの電力の供給を中断するべく電力スイッチをオフにするように、構成されている。
【００９９】
一実施形態においては、電動工具は、ＡＣ電力ライン及びＤＣ電力ラインを隔離するように構成された電源スイッチングユニットを更に有する。一実施形態においては、電源スイッチングユニットは、ＤＣ電力ライン上において配置され、且つ、ＡＣ電力ラインに結合されたコイルによって起動されるリレースイッチを有する。一実施形態においては、電源スイッチングユニットは、ＡＣ及びＤＣ電力ラインの共通ノードと電源インターフェイスとの間において配置された少なくとも１つの二極双投式スイッチを有する。一実施形態においては、電源スイッチングユニットは、ＡＣ及びＤＣ電力ラインの共通ノードに結合された出力端子を有する少なくとも１つの単極双投式スイッチを有する。
【０１００】
一実施形態においては、ＤＣ電源は、高定格電圧電池パックを有する。
【０１０１】
一実施形態においては、ＤＣ電源は、少なくとも２つの中間定格電圧電池パックを備え、電源インターフェイスは、少なくとも２つの電池パックのうちの２つ以上を直列状態において接続するように構成されている。別の実施形態においては、モーターの動作電圧レンジは、ほぼ、第２公称電圧を包含する１００Ｖ〜１２０Ｖの範囲内にあり、第１公称電圧は、２２０ＶＡＣ〜２４０ＶＡＣの範囲内にある。一実施形態においては、制御ユニットは、ＡＣスイッチの固定された伝導帯を１００〜１４０度の範囲内の値に設定するように構成されている。
【０１０２】
一実施形態においては、モーターの動作電圧レンジは、ほぼ、第２公称電圧を包含する６０Ｖ〜９０Ｖの範囲内にあり、第１公称電圧は、１００ＶＡＣ〜１２０ＶＡＣの範囲内にある。一実施形態においては、制御ユニットは、ＡＣスイッチの固定された伝導帯を７０〜１１０度の範囲内の値に設定するように構成されている。
【０１０３】
一実施形態においては、制御ユニットは、固定された伝導帯において一定速度において工具を動作させるように構成されている。
【０１０４】
本発明の別の態様によれば、上述の電動工具は、本明細書において記述されているように、可変速度工具である。
【０１０５】
一実施形態においては、電動工具は、ＡＣ及びＤＣ電力ラインの共通ノードとモーターとの間において配置されたスイッチング回路と、モーターの速度を制御することによって一定トルクにおけるモーターの可変速度動作を可能にするべく、スイッチング回路のパルス幅変調（ＰＷＭ）スイッチング動作を制御するように構成された制御ユニットと、を更に有する。
【０１０６】
一実施形態においては、スイッチング回路は、チョッパ回路、ハーフブリッジ回路、又はフルブリッジ回路のうちの少なくとも１つとして構成された１つ又は複数の制御可能な半導体スイッチを備え、制御ユニットは、望ましいモーターの速度に従って１つ又は複数の半導体スイッチのパルス幅変調（ＰＷＭ）デューティサイクルを制御するように構成されている。
【０１０７】
一実施形態によれば、制御ユニットは、動作モードをＡＣ動作モード又はＤＣ動作モードのうちの１つに設定するべく、ＡＣ電力ライン又はＤＣ電力ラインのうちの１つのライン上の電流を検知するように構成されている。
【０１０８】
一実施形態においては、コントローラは、スイッチング回路を通じた電力の供給をＡＣ動作モードにおけるモーターの動作電圧レンジに対応したレベルに低減するように構成されている。
【０１０９】
一実施形態においては、制御ユニットは、ＤＣ動作モードにおいては、第１デューティサイクルレンジ内においてスイッチング回路のスイッチング動作を制御し、ＡＣ動作モードにおいては、第２デューティサイクルレンジ内においてスイッチング回路のスイッチング動作を制御するように、構成されており、この場合に、第２デューティサイクルレンジは、第１デューティサイクルレンジよりも小さい。
【０１１０】
一実施形態においては、制御ユニットは、ＤＣ動作モードにおいては、ゼロから１００％のデューティサイクルにおいてスイッチング回路のスイッチング動作を制御し、ＡＣ動作モードにおいては、ゼロから１００％未満の閾値まででスイッチング回路のスイッチング動作を制御するように、構成されている。
【０１１１】
本発明の別の態様によれば、電動工具が提供され、電動工具は、ハウジングと、回転子及びモーターの少なくとも３つの位相に対応した少なくとも３つの固定子巻線を有する固定子を含むブラシレス直流（ＢＬＤＣ）モーターであって、回転子が、固定子巻線が対応した位相内において適切にエネルギー供給された際に、固定子によって運動可能であり、各位相が、対応した固定子巻線にエネルギー供給する対応した電圧波形によって特徴付けられており、モータが、動作電圧レンジ内において動作するように構成されている、モーターと、第１公称電圧を有するＡＣ電源からのＡＣ電力又は第２公称電圧を有するＤＣ電源からのＤＣ電力のうちの少なくとも１つを受け取るように構成された電源インターフェイスであって、ＤＣ電源が、電源インターフェイスに結合された少なくとも１つの取外し可能の電池パックを有し、電源インターフェイスが、ＡＣ電力ラインを介してＡＣ電力を出力し、ＤＣ電力ラインを介してＤＣ電力を出力するように構成されている、電源インターフェイスと、ＡＣ電力ライン及びＤＣ電力ラインを受け取るように、及び、モーターの動作電圧レンジに対応したレベルにおいてモーターに電力を供給するように、構成されたモーター制御回路であって、ＡＣ電力ライン上の交流信号をＤＣバスライン上の整流された電圧信号に整流するように構成された整流器回路及びＤＣバスラインからモーターへの電力の供給を調節するように構成された電力スイッチ回路を有するモーター制御回路と、を有する。
【０１１２】
一実施形態においては、整流器回路は、ダイオードブリッジを有する。一実施形態においては、整流器回路は、ＤＣバスライン上においてダイオードブリッジに対して並列状態において配置されたリンクコンデンサを更に有する。一実施形態においては、ダイオードブリッジは、全波ブリッジを有する。一代替実施形態においては、ダイオードブリッジは、半波ブリッジを有する。
【０１１３】
一実施形態においては、ＤＣ電力ラインは、ＤＣバスライン上のノードに直接的に接続され、これにより、整流器回路をバイパスしている。一代替実施形態においては、ＤＣ電力ライン及びＡＣ電力ラインは、整流器回路の入力ノードに一緒に結合されている。
【０１１４】
一実施形態においては、電動工具は、ＡＣ電力ライン及びＤＣ電力ラインを隔離するように構成された電源スイッチングユニットを更に有する。一実施形態においては、スイッチングユニットは、ＤＣ電力ライン上において配置され、且つ、ＡＣ電力ラインに結合されたコイルによって起動されるリレースイッチを有する。一実施形態においては、電源スイッチングユニットは、ＡＣ及びＤＣ電力ラインに結合された入力端子と、整流器回路の入力ノードに結合された出力端子と、を有する少なくとも１つの単極双投式スイッチを有する。一実施形態においては、電源スイッチングユニットは、ＡＣ及びＤＣ電力ラインに結合された入力端子と、整流器回路の入力ノードに結合された第１出力端子と、ＤＣバスライン上のノードに直接的に結合され、これにより、整流器回路をバイパスした第２出力端子と、を有する少なくとも１つの二極双投式スイッチを有する。
【０１１５】
一実施形態においては、モーター制御回路は、電力スイッチ回路のスイッチング動作を制御するように構成されたコントローラを更に有する。一実施形態においては、コントローラは、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、コンピュータプロセッサ、信号プロセッサを含むプログラム可能な装置である。代替的に、コントローラは、電力スイッチユニットのスイッチング動作を制御するように構成及びカスタマイズされた集積回路である。一実施形態においては、制御ユニットは、電動工具又はＤＣ電源と関連した障害状態を監視し、且つ、モーターに対する電力の供給を中断するべく電力スイッチ回路を起動停止するように、更に構成されている。一実施形態においては、制御ユニットは、ＡＣ電力ライン又はＤＣ電力ラインのうちの１つのライン上において電流を検知して動作モードをＡＣ動作モード又はＤＣ動作モードのうちの１つに設定し、且つ、動作モードに基づいて電力スイッチ回路のスイッチング動作を制御するように、構成されている。一代替実施形態においては、制御ユニットは、ＡＣ又はＤＣ動作モードとは無関係に、電力スイッチ回路のスイッチング動作を制御するように構成されている。
【０１１６】
一実施形態においては、電力スイッチ回路は、モーターの位相に結びつけられた３相ブリッジ回路として構成されたハイサイド及びローサイド電力スイッチの３つのペアを含む複数の電力スイッチを有する。
【０１１７】
一実施形態においては、モーター制御回路は、コントローラ及び電力スイッチ回路に結合され、且つ、コントローラからの１つ又は複数の駆動信号に基づいて複数の電力スイッチのゲートを駆動するように構成されたゲートドライバ回路を更に有する。
【０１１８】
一実施形態においては、モーター制御回路は、ゲートドライバ回路又はコントローラのうちの少なくとも１つに電力供給するべく、電圧信号を出力するように構成された少なくとも１つの電圧レギュレータを含む電源レギュレータを更に有する。
【０１１９】
一実施形態においては、モーター制御回路は、オン／オフアクチュエータ又はトリガスイッチのうちの少なくとも１つに結合され、且つ、電源レギュレータ及びゲートドライバ回路からの電力の供給を中断するように構成されたオン／オフスイッチを更に有する。
【０１２０】
一実施形態においては、電動工具は、回転子の回転位置信号を制御ユニットに提供するべく、回転子の近傍において配設された複数の位置センサを更に有する。一実施形態においては、コントローラは、対応した位相において固定子巻線に適切にエネルギー供給するべく、位置信号に基づいて電力スイッチ回路のスイッチング動作を制御するように構成されている。
【０１２１】
一実施形態によれば、モーターの各位相において、コントローラは、モーターの位相に対応した伝導帯内において複数の電力スイッチのうちの対応した１つ用の駆動信号を起動するように構成されている。
【０１２２】
一実施形態においては、コントローラは、望ましいモーターの速度に従ってパルス幅変調（ＰＷＭ）デューティサイクルを設定し、且つ、ＰＷＭデューティサイクルに従って伝導帯内において複数の電力スイッチのうちの対応した１つを周期的にオンにして及びオフにして一定負荷におけるモーターの可変速度動作を可能にするべく駆動信号を制御するように、構成されている。
【０１２３】
本発明の一態様によれば、第１及び第２公称電圧は、いずれも、ほぼ、モーターの動作電圧レンジ内に含まれている。
【０１２４】
一実施形態においては、モーターの動作電圧レンジは、ほぼ、第２公称電圧を包含する９０Ｖ〜１３２Ｖの範囲内にあり、第１公称電圧は、ほぼ、１００ＶＡＣ〜１２０ＶＡＣの範囲内にある。一実施形態においては、ＤＣ電源は、高定格電圧電池パックを有する。一実施形態においては、ＤＣ電源は、少なくとも２つの中間定格電圧電池パックを備え、電源インターフェイスは、少なくとも２つの電池パックのうちの２つ以上を直列状態において接続するように構成されている。
【０１２５】
一実施形態においては、リンクコンデンサは、電動工具がＡＣ電源によって電力供給された際に、ＤＣバスライン上において、約１１０Ｖ以下の平均電圧を提供するように最適化された静電容量値を有しており、この場合に、第１公称電圧は、約１２０ＶＡＣである。一実施形態においては、リンクコンデンサは、約５０μＦ以下の静電容量値を有する。
【０１２６】
一実施形態においては、リンクコンデンサは、電動工具がＡＣ電源によって電力供給された際に、ＤＣバスライン上において、約１２０Ｖの平均電圧を提供するように最適化された静電容量値を有しており、この場合に、第１公称電圧は、約１２０ＶＡＣである。一実施形態においては、リンクコンデンサは、約２００〜６００μＦ以下の静電容量値を有する。一実施形態においては、ＤＣ電源は、約１２０ＶＤＣの公称電圧を有する。
【０１２７】
本発明の一態様によれば、第１及び第２公称電圧のうちの少なくとも１つは、ほぼ、モーターの動作電圧レンジに対応していない。
【０１２８】
一実施形態においては、モーター制御回路は、モーターの動作電圧レンジに対応したレベルにおいてＡＣ電力ライン又はＤＣ電力ラインのうちの少なくとも１つからモーターへの電力の供給を最適化するように構成されている。
【０１２９】
一実施形態においては、コントローラは、動作モードをＡＣ動作モード又はＤＣ動作モードのうちの１つに設定し、且つ、動作モードに基づいて電力スイッチ回路のスイッチング動作を制御するように、構成されている。一実施形態においては、コントローラは、動作モードを設定するべく、ＡＣ電力ライン又はＤＣ電力ラインのうちの１つのライン上の電流を検知するように構成されている。一実施形態においては、コントローラは、電源インターフェイスから、動作モードを示す信号を受信するように構成されている。
【０１３０】
一実施形態においては、モーターの動作電圧レンジは、第１公称電圧を包含しているが、第２公称電圧を包含していない。一実施形態においては、モーターの動作電圧レンジは、ほぼ、第１公称電圧を包含する１００Ｖ〜１２０Ｖの範囲内にあり、第２公称電圧は、約６０ＶＤＣ〜１００ＶＤＣの範囲内にある。一実施形態においては、コントローラは、モーターの動作電圧レンジに対応するように、ＤＣ動作モードにおいてモーターへの有効な電力供給を増加させるように構成されてもよい。
【０１３１】
一実施形態においては、モーターの動作電圧レンジは、第２公称電圧を包含しているが、第１公称電圧を包含していない。一実施形態においては、モーターの動作電圧レンジは、ほぼ、第２公称電圧を包含する６０Ｖ〜１００Ｖの範囲内にあり、第１公称電圧は、約１００ＶＡＣ〜１２０ＶＡＣの範囲内にある。一実施形態においては、コントローラは、モーターの動作電圧レンジに対応するように、ＡＣ動作モードにおいてモーターへの有効な電力供給を低減するように構成されてもよい。
【０１３２】
一実施形態においては、モーターの動作電圧レンジは、第１公称電圧も、第２公称電圧も、包含していない。一実施形態においては、モーター制御回路は、モーターの動作電圧レンジに対応したレベルにおいてＡＣ電力ライン及びＤＣ電力ラインの両方からのモーターへの電力の供給を最適化するように構成されている。
【０１３３】
一実施形態においては、モーターの動作電圧レンジは、ほぼ、１５０Ｖ〜１７０Ｖの範囲内にあり、第１公称電圧は、約１００ＶＡＣ〜１２０ＶＡＣの範囲内にあり、第２公称電圧は、約９０ＶＤＣ〜１２０ＶＤＣの範囲内にある。一実施形態においては、コントローラは、モーターの動作電圧レンジに対応するように、ＡＣ動作モード及びＤＣ動作モードの両方においてモーターへの有効な電力供給を増加させるように構成されてもよい。
【０１３４】
一実施形態においては、モーターの動作電圧レンジは、ほぼ、１５０Ｖ〜１７０Ｖの範囲内にあり、第１公称電圧は、ほぼ、２２０ＶＡＣ〜２４０ＶＡＣの範囲内にあり、第２公称電圧は、ほぼ、９０ＶＤＣ〜１２０ＶＤＣの範囲内にある。一実施形態においては、コントローラは、モーターの動作電圧に対応するように、ＤＣ動作モードにおいては、モーターへの有効な電力供給を増加させるが、ＡＣ動作モードにおいては、モーターへの有効な電力供給を低減するように、構成されてもよい。
【０１３５】
一実施形態においては、コントローラは、固定されたパルス幅変調（ＰＷＭ）デューティサイクルにおいて、１つ又は複数の駆動信号を介して電力スイッチ回路のスイッチング動作を制御するように構成されており、コントローラは、固定されたＰＷＭデューティサイクルを、ＡＣ電源によって電力供給される際には第１公称電圧に関して第１値に、ＤＣ電源によって電力供給される際には第２公称電圧に関して第１値とは異なる第２値に、設定する。
【０１３６】
一実施形態においては、コントローラは、モーターの動作電圧レンジに対応するように、ＡＣ動作モードにおけるモーターへの有効な電力供給を低減するべく、ＡＣ動作モードにおいて１００％未満の固定されたパルス幅変調（ＰＷＭ）デューティサイクルにおいて１つ又は複数の駆動信号を介して電力スイッチ回路のスイッチング動作を制御するように構成されている。
【０１３７】
一実施形態においては、コントローラは、最大で閾値であるパルス幅変調（ＰＷＭ）デューティサイクルにおいて１つ又は複数の駆動信号を介して電力スイッチ回路のスイッチング動作を制御するように構成されており、コントローラは、閾値を、ＡＣ電源によって電力供給される際には第１公称電圧に関して第１値に、ＤＣ電源によって電力供給される際には第２公称電圧に関して第１値とは異なる第２値に、設定する。
【０１３８】
一実施形態においては、コントローラは、モーターの動作電圧レンジに対応するように、ＡＣ動作モードにおけるモーターへの有効な電力供給を低減するべく、ＤＣ動作モードにおいては、第１デューティサイクルレンジ内において電力スイッチ回路のスイッチング動作を制御し、ＡＣ動作モードにおいては、第２デューティサイクルレンジ内において電力スイッチ回路のスイッチング動作を制御するように、構成されており、この場合に、第２ＰＷＭデューティサイクルレンジは、第１デューティサイクルレンジよりも小さい。
【０１３９】
一実施形態においては、コントローラは、モーターの動作電圧レンジに対応するように、ＡＣ動作モードにおけるモーターへの有効な電力供給を低減するべく、ＤＣ動作モードにおいては、ゼロから１００％のデューティサイクルにおいて電力スイッチ回路のスイッチング動作を制御し、ＡＣ動作モードにおいては、ゼロから１００％未満の閾値において電力スイッチ回路のスイッチング動作を制御するように、構成されている。
【０１４０】
一実施形態においては、コントローラは、ＤＣバスライン上の瞬間的な電流の計測値を受信するように、並びに、瞬間的な電流計測値を電流限度と比較することにより、及び、瞬間的な電流計測値が電流限度を超過していることに応答して現在の時間インターバルの残りの部分について複数の電力スイッチをオフにして電気モーターに流れる電流を中断することにより、電力スイッチ回路を通じた電流に対する電流制限を実施するように、構成されており、この場合に、各時間インターバルの持続時間は、電気モーターがコントローラによって制御される所与の周波数の関数として定められる。
【０１４１】
一実施形態においては、コントローラは、現在の時間インターバルの終了点においてセレクト電力スイッチをオンにし、これにより、モーターへの電流の流れを再開する。
【０１４２】
一実施形態において、各時間インターバルの持続時間は、約１０×「モーターがコントローラによって制御される所与の周波数の逆数」である。一実施形態においては、各時間インターバルの持続時間は、おおよそ１００マイクロ秒である。
【０１４３】
一実施形態においては、各時間インターバルの持続時間は、パルス幅変調（ＰＷＭ）サイクルの周期に対応している。
【０１４４】
一実施形態においては、コントローラは、ＤＣバスライン上の電流の計測値を受信するように、且つ、１つ又は複数の駆動信号のＰＷＭデューティサイクルを設定又は調節することにより電力スイッチ回路を通じた電流に対する電流制限を実施するように、構成されている。一実施形態においては、コントローラは、ＤＣバスラインを通じた電流を監視し、且つ、ＤＣバスラインを通じた電流が電流限度を超過した場合に、ＰＷＭデューティサイクルを調節するように、構成されている。
【０１４５】
一実施形態においては、コントローラは、ＡＣ又はＤＣ電源のうちの１つの電源の電圧定格に従って電流限度を設定するように構成されている。
【０１４６】
一実施形態においては、コントローラは、モーターの動作電圧レンジに対応するように、ＡＣ動作モードにおけるモーターへの有効な電力供給を低減するべく、電流限度を、ＡＣ動作モードにおいては第１閾値に、ＤＣ動作モードにおいては第２閾値に、設定するように構成されており、この場合に、第２閾値は、第１閾値よりも高い。
【０１４７】
一実施形態によれば、コントローラは、モーターの位相に対応した伝導帯（ＣＢ）内において、複数の電力スイッチのうちの対応する１つについて、モーターの各位相内において駆動信号を起動するように、構成されている。一実施形態によれば、ＣＢは、約１２０度に設定されている。
【０１４８】
一実施形態においては、コントローラは、ＣＢが、モーターの逆電磁界（ＥＭＦ：Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｆｉｅｌｄ）電流よりも先行するように、進み角（ＡＡ：Ａｄｖａｎｃｅ  Ａｎｇｌｅ）だけ、ＣＢをシフトさせるように構成されている。一実施形態によれば、ＡＡは、約３０度に設定されている。
【０１４９】
一実施形態においては、コントローラは、ＡＣ又はＤＣ電源のうちの１つ又は複数の電源の電圧定格に従って、ＣＢ又はＡＡのうちの少なくとも１つを設定するように構成されている。一実施形態においては、コントローラは、ＣＢ又はＡＡのうちの少なくとも１つを、ＡＣ電源によって電力供給される際には第１公称電圧に関して第１値に、ＤＣ電源によって電力供給される際には第２公称電圧に関して第１値とは異なる第２値に、設定するように構成されている。
【０１５０】
一実施形態においては、コントローラは、ＣＢを、ＡＣ動作モードにおいては第１ＣＢ値に、ＤＣ動作モードにおいては第１ＣＢ値よりも大きい第２ＣＢ値に、設定するように構成されている。一実施形態においては、第２ＣＢ値は、モーターの動作電圧レンジに対応するように、ＤＣ動作モードにおいてモーターへの有効な電力供給を増加させるべく決定されている。一実施形態においては、第１ＣＢ値は、約１２０度であり、第２ＣＢ値は、約１３０度よりも大きい。
【０１５１】
一実施形態においては、コントローラは、ＡＡを、ＡＣ動作モードにおいては第１ＡＡ値に、ＤＣ動作モードにおいては第１ＡＡ値よりも大きい第２ＡＡ値に、設定するように構成されている。一実施形態においては、第２ＡＡ値は、モーターの動作電圧レンジに対応するように、ＤＣ動作モードにおけるモーターへの有効な電力供給を増加させるべく決定されている。一実施形態においては、第１ＡＡ値は、約３０度であり、第２ＡＡ値は、約３５度よりも大きい。
【０１５２】
一実施形態においては、コントローラは、ＡＣ又はＤＣ電源の電圧定格に従って、ＣＢ及びＡＡを連携した状態に設定するように構成されている。
【０１５３】
一実施形態においては、コントローラは、ＣＢ又はＡＡのうちの少なくとも１つを、ほぼ無負荷においてモーターの最大速度に対応したベース値に設定するように、且つ、実質的に線形の速度−トルク曲線をもたらすべく、トルクの増大に関して、ベース値から閾値まで、ＣＢ又はＡＡのうちの少なくとも１つを徐々に増大させるように、構成されている。一実施形態においては、コントローラは、速度−トルク曲線上において実質的に一定の速度を維持するように構成されている。一実施形態においては、ベース値及び閾値は、速度−トルク曲線が実質的に線形である低トルクレンジに対応している。一実施形態においては、コントローラは、低トルクレンジよりも大きいトルクにおいて、ＣＢ又はＡＡのうちの少なくとも１つを維持するように構成されている。
【０１５４】
本発明の別の態様によれば、電動工具が提供され、電動工具は、ハウジングと、回転子及びモーターの少なくとも３つの位相に対応した少なくとも３つの固定子巻線を有する固定子を含むブラシレス直流（ＢＬＤＣ）モーターであって、回転子が、固定子巻線が対応した位相内において適切にエネルギー供給された際に固定子によって運動可能であり、各位相が、対応した固定子巻線にエネルギー供給する対応した電圧波形によって特徴付けられており、モーターが、動作電圧レンジ内において動作するように構成されている、ブラシレス直流モーターと、第１公称電圧を有する第１電源又は第１公称電圧とは異なる第２公称電圧を有する第２電源から電力を受け取るように、及び、モーターの動作電圧レンジに対応したレベルにおいてモーターに電力を供給するように、構成されたモーター制御回路と、を有する。一実施形態においては、第１及び第２電源は、それぞれ、ＡＣ電源又はＤＣ電源を有する。
【０１５５】
一実施形態においては、第１及び第２公称電圧のうちの少なくとも１つは、モーターの動作電圧レンジにほぼ対応していない、モーターの動作電圧レンジとは異なっている、または、モーターの動作電圧レンジの外にある。一実施形態においては、モーター制御回路は、モーターの動作電圧レンジに対応したレベルにおいて第１又は第２電源のうちの少なくとも１つからモーターへの電力の供給を最適化するように構成されている。
【０１５６】
一実施形態においては、モーターの動作電圧レンジは、第１公称電圧を包含しているが、第２公称電圧を包含していない。一実施形態においては、モーターの動作電圧レンジは、ほぼ、第１公称電圧を包含する１００Ｖ〜１２０Ｖの範囲内にあり、第２公称電圧は、ほぼ、６０Ｖ〜１００Ｖの範囲内にある。一実施形態においては、コントローラは、第２電源によって電力供給される際に、モーターの動作電圧レンジに対応するように、モーターへの有効な電力供給を増加させるべく構成されてもよい。
【０１５７】
一実施形態においては、モーターの動作電圧レンジは、第２公称電圧を包含しているが、第１公称電圧を包含していない。一実施形態においては、モーターの動作電圧レンジは、ほぼ、第２公称電圧を包含する６０Ｖ〜１００Ｖの範囲内にあり、第１公称電圧は、ほぼ、１００ＶＡＣ〜１２０ＶＡＣの範囲内にある。一実施形態においては、コントローラは、第１電源によって電力供給される際に、モーターの動作電圧レンジに対応するように、モーターへの有効な電力供給を低減するべく構成されてもよい。
【０１５８】
一実施形態においては、モーターの動作電圧レンジは、第１公称電圧も、第１公称電圧も、包含していない。一実施形態においては、モーター制御回路は、モーターの動作電圧レンジに対応したレベルにおいて第１及び第２電源の両方からモーターへの電力の供給を最適化するように構成されている。
【０１５９】
一実施形態においては、第１又は第２電源のうちの少なくとも１つは、ＡＣ電源を備え、モーター制御回路は、ダイオードブリッジを含む整流器回路を有する。一実施形態においては、整流器回路は、ＤＣバスライン上においてダイオードブリッジに対して並列状態において配置されたリンクコンデンサを更に有する。一実施形態においては、ダイオードブリッジは、全波ブリッジを有する。一代替実施形態においては、ダイオードブリッジは、半波ブリッジを有する。
【０１６０】
一実施形態においては、第１及び第２電源の両方は、異なる公称電圧レベルを有するＤＣ電源を有する。
【０１６１】
一実施形態においては、モーター制御回路は、電力スイッチ回路のスイッチング動作を制御するように構成されたコントローラを更に有する。一実施形態においては、コントローラは、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、コンピュータプロセッサ、信号プロセッサを含むプログラム可能な装置である。代替的に、コントローラは、電力スイッチユニットのスイッチング動作を制御するように構成及びカスタマイズされた集積回路である。
【０１６２】
一実施形態においては、電力スイッチ回路は、モーターの位相に結びつけられた３相ブリッジ回路として構成されたハイサイド及びローサイド電力スイッチの３つのペアを含む複数の電力スイッチを有する。一実施形態においては、モーター制御回路は、コントローラ及び電力スイッチ回路に結合され、且つ、コントローラからの１つ又は複数の駆動信号に基づいて複数の電力スイッチのゲートを駆動するように構成されたゲートドライバ回路を更に有する。一実施形態においては、モーター制御回路は、ゲートドライバ回路又はコントローラのうちの少なくとも１つに電力供給するべく、電圧信号を出力するように構成された少なくとも１つの電圧レギュレータを含む電源レギュレータを更に有する。一実施形態においては、モーター制御回路は、オン／オフアクチュエータ又はトリガスイッチのうちの少なくとも１つに結合され、且つ、電源レギュレータ及びゲートドライバ回路からの電力の供給を中断するように構成されたオン／オフスイッチを更に有する。
【０１６３】
一実施形態においては、電動工具は、回転子の回転位置信号を制御ユニットに提供するべく、回転子の近傍において配設された複数の位置センサを更に有する。一実施形態においては、コントローラは、対応した位相内において固定子巻線に適切にエネルギー供給するべく、位置信号に基づいて電力スイッチ回路のスイッチング動作を制御するように構成されている。
【０１６４】
一実施形態によれば、モーターの各位相内において、コントローラは、モーターの位相に対応した伝導帯内において複数の電力スイッチのうちの対応する１つについて駆動信号を起動するように構成されている。
【０１６５】
一実施形態においては、コントローラは、望ましいモーターの速度に従ってパルス幅変調（ＰＷＭ）デューティサイクルを設定するように、並びに、ＰＷＭデューティサイクルに従って伝導帯内において複数の電力スイッチのうちの対応する１つを周期的にオンにして及びオフにして一定負荷におけるモーターの可変速度動作を可能にするべく駆動信号を制御するように、構成されている。
【０１６６】
一実施形態においては、リンクコンデンサは、約５０μＦ以下の静電容量値を有する。
【０１６７】
一実施形態においては、コントローラは、固定されたパルス幅変調（ＰＷＭ）ディーティサイクルにおいて１つ又は複数の駆動信号を介して電力スイッチ回路のスイッチング動作を制御するように構成されており、コントローラは、固定されたＰＷＭデューティサイクルを、第１電源によって電力供給される際には第１公称電圧に関して第１値に、第２電源によって電力供給される際には第２公称電圧に関して第１値とは異なる第２値に、設定する。
【０１６８】
一実施形態においては、コントローラは、最大で閾値までのパルス幅変調（ＰＷＭ）デューティサイクルにおいて１つ又は複数の駆動信号を介して電力スイッチ回路のスイッチング動作を制御するように構成されており、コントローラは、閾値を、第１電源によって電力供給される際には第１公称電圧に関して第１値に、第２電源によって電力供給される際には第２公称電圧に関して第１値とは異なる第２値に、設定する。
【０１６９】
一実施形態においては、コントローラは、モーターの動作電圧レンジに対応するように、第１又は第２電源によって電力供給される際に、モーターへの有効な電力供給を最適化するべく、第１電源に結合された際には第１デューティサイクルレンジ内において電力スイッチ回路のスイッチング動作を制御し、第２電源に結合された際には第２デューティサイクルレンジ内において電力スイッチ回路のスイッチング動作を制御するように、構成されており、この場合に、第２ＰＷＭデューティサイクルレンジは、第１デューティサイクルレンジよりも小さい。
【０１７０】
一実施形態においては、コントローラは、ＤＣバスライン上における瞬間的な電流の計測値を受信するように、並びに、瞬間的な電流計測値を電流限度と比較することにより、及び、瞬間的な電流計測値が電流限度を超過していることに応答して現在の時間インターバルの残りの部分について複数の電力スイッチをオフにして電気モーターに流れる電流を中断することにより、電力スイッチ回路を通じた電流に対する電流制限を実施するように、構成されており、この場合に、各時間インターバルの持続時間は、電気モーターがコントローラによって制御される所与の周波数の関数として定められる。
【０１７１】
一実施形態においては、コントローラは、現在の時間インターバルの終了点においてセレクト電力スイッチをオンにし、これにより、モーターへの電流の流れを再開する。
【０１７２】
一実施形態においては、各時間インターバルの持続時間は、ほぼ、１０×「モーターがコントローラによって制御される所与の周波数の逆数」である。一実施形態においては、各時間インターバルの持続時間は、おおよそ１０マイクロ秒である。
【０１７３】
一実施形態においては、各時間インターバルの持続時間は、パルス幅変調（ＰＷＭ）サイクルの周期に対応している。
【０１７４】
一実施形態においては、コントローラは、ＤＣバスライン上の電流の計測値を受信するように、及び、１つ又は複数の駆動信号のＰＷＭデューティサイクルを設定又は調節することにより電力スイッチ回路を通じた電流に対する電流制限を実施するように、構成されている。一実施形態においては、コントローラは、ＤＣバスラインを通じた電流を監視し、且つ、ＤＣバスラインを通じた電流が電流限度を超過した場合に、ＰＷＭデューティサイクルを調節するように、構成されている。
【０１７５】
一実施形態においては、コントローラは、第１又は第２電源のうちの１つの電源の電圧定格に従って電流限度を設定するように構成されている。
【０１７６】
一実施形態においては、コントローラは、モーターの動作電圧レンジに対応するように、第１又は第２電源からモーターへの有効な電力供給を最適化するべく、電動工具が第１電源によって電力供給される際には電流限度を第１閾値に、電動工具が第２電源によって電力供給される際には第２閾値に、設定するように構成されており、この場合に、第２閾値は、第１閾値よりも高い。
【０１７７】
一実施形態によれば、コントローラは、モーターの位相に対応した伝導帯（ＣＢ）内において、複数の電力スイッチのうちの対応する１つについて、モーターの各位相内において駆動信号を起動するように、構成されている。一実施形態によれば、ＣＢは、約１２０度に設定されている。
【０１７８】
一実施形態においては、コントローラは、ＣＢが、モーターの逆電磁界（ＥＭＦ）電流よりも先行するように、ＣＢを進み角（ＡＡ）だけシフトさせるべく構成されている。一実施形態によれば、ＡＡは、約３０度に設定されている。
【０１７９】
一実施形態においては、コントローラは、第１又は第２電源のうちの１つ又は複数の電源の電圧定格に従ってＣＢ又はＡＡのうちの少なくとも１つを設定するように構成されている。
【０１８０】
一実施形態においては、コントローラは、ＣＢを、電動工具が第１電源によって電力供給される際には第１ＣＢ値に、電動工具が第２電源によって電力供給される際には第１ＣＢ値よりも大きい第２ＣＢ値に、設定するように構成されている。一実施形態においては、第２ＣＢ値は、モーターの動作電圧レンジに対応するべく、第１又は第２電源によって電力供給される際に、モーターへの有効な電力供給を増加又は低減するように、決定されている。一実施形態においては、第１ＣＢ値は、約１２０度であり、第２ＣＢ値は、約１３０度よりも大きい。
【０１８１】
一実施形態においては、コントローラは、ＡＡを、電動工具が第１電源によって電力供給される際には第１ＡＡ値に、電動工具が第２電源によって電力供給される際には第１ＡＡ値よりも大きい第２ＡＡ値に、設定するように構成されている。一実施形態においては、第２ＡＡ値は、モーターの動作電圧レンジに対応するべく、第１又は第２電源によって電力供給される際に、モーターへの有効な電力供給を増加又は低減するように、決定されている。一実施形態においては、第１ＡＡ値は、約３０度であり、第２ＡＡ値は、約３５度よりも大きい。
【０１８２】
一実施形態においては、コントローラは、第１又は第２電源の電圧定格に従って、ＣＢ及びＡＡを連携した状態に設定するように構成されている。
【０１８３】
一実施形態においては、コントローラは、ＣＢ又はＡＡのうちの少なくとも１つをほぼ無負荷状態におけるモーターの最大速度に対応したベース値に設定するように、及び、実質的に線形の速度−トルク曲線をもたらすべく、トルクの増大に関して、ベース値から閾値まで、ＣＢ又はＡＡのうちの少なくとも１つを徐々に増大させるように、構成されている。一実施形態においては、コントローラは、速度−トルク曲線上において実質的に一定の速度を維持するように構成されている。一実施形態においては、ベース値及び閾値は、速度−トルク曲線が実質的に線形である低トルクレンジに対応している。一実施形態においては、コントローラは、低トルクレンジよりも大きいトルクにおいてＣＢ又はＡＡのうちの少なくとも１つを維持するように構成されている。
【０１８４】
別の態様においては、電池パックは、低定格電圧／高容量構成と、中間定格電圧／低容量構成と、の間において、双方向に、変換可能である。
【０１８５】
別の態様においては、電動工具システムは、低定格電圧／高容量構成と、中間定格電圧／低容量構成と、の間において双方向に変換可能である電池パックと、電池パックと結合し、電池パックを低定格電圧／高容量構成から中間定格電圧／低容量構成に変換し、その中間定格電圧／低容量構成にある電池パックと共に動作する電動工具と、を含む。
【０１８６】
別の態様においては、電動工具システムは、低定格電圧／高容量構成と、中間定格電圧／低容量構成と、の間において双方向に変換可能である電池パックと、電池パックと結合し、電池パックを低定格電圧／高容量構成から中間定格電圧／低容量構成に変換し、その中間定格電圧／低容量構成にある電池パックと共に動作する第１電動工具と、電池パックと結合し、その低定格電圧／高容量構成にある電池パックと共に動作する第２電動工具と、を含む。
【０１８７】
別の態様においては、電動工具システムは、低定格電圧／高容量構成と、中間定格電圧／低容量構成と、の間において双方向に変換可能である第１電池パックと、常に低定格電圧／高容量構成にある第２電池パックと、第１電池パックと結合し、その低定格電圧／高容量構成にある第１電池パックと共に動作し、及び、第２電池パックと結合し、その低定格電圧／高容量構成にある第２電池パックと共に動作する電動工具と、を含む。
【０１８８】
別の態様においては、電動工具システムは、低定格電圧／高容量構成と、中間定格電圧／低容量構成と、の間において双方向に変換可能である第１電池パックと、常に低定格電圧／高容量構成にある第２電池パックと、第１電池パックと結合し、その低定格電圧／高容量構成にある第１電池パックと共に動作し、及び、第２電池パックと結合し、その低定格電圧／高容量構成にある第２電池パックと共に動作する第１電動工具と、第１電池パックと結合するが第２電池パックとは結合せず、その高定格電圧／低容量構成にある第１電池パックと共に動作する第２電動工具と、を含む。
【０１８９】
別の態様においては、電動工具システムは、低定格電圧／高容量構成と、中間定格電圧／低容量構成と、の間において双方向に変換可能である電池パックと、電池パックと結合し、電池パックを低定格電圧／高容量構成から中間定格電圧／低容量構成に変換し、その中間定格電圧／低容量構成にある電池パックと共に動作する第１中間定格電圧電動工具と、複数の電池パックと結合し、各電池パックを低定格電圧／高容量構成から中間定格電圧／低容量構成に変換し、それらの中間定格電圧／低容量構成にある電池パックと共に動作する第２高定格電圧電動工具と、を含む。
【０１９０】
別の態様においては、電動工具システムは、低定格電圧／高容量構成と、中間定格電圧／低容量構成と、の間において双方向に変換可能である電池パックと、複数の電池パックと結合し、各電池パックを低定格電圧／高容量構成から中間定格電圧／低容量構成に変換し、及び／又は、高定格電圧交流電源と結合し、それらの中間定格電圧／低容量構成にある電池パック及び／又は高定格電圧交流電源と共に、高定格電圧において動作する高定格電圧電動工具と、を含む。
【０１９１】
別の態様においては、第１電池パックは、低定格電圧／高容量構成と、中間定格電圧／低容量構成と、の間において双方向に変換可能であり、第２電池パックは、常に低定格電圧／高容量構成にあり、第１電池パック及び第２電池パックに電気的且つ機械的に接続可能である電池パック充電器は、第１電池パック及び第２電池パックの両方を充電することができる。
【０１９２】
別の態様においては、電池パックは、ハウジングと、ハウジング内に存在している電池と、を含む。電池は、複数の充電式セルと、複数の充電式セルに結合されたスイッチングネットワークと、を含んでもよい。スイッチングネットワークは、第１構成と、第２構成と、を有してもよい。スイッチングネットワークは、第１構成から第２構成に、及び、第２構成から第１構成にスイッチング可能であってもよい。複数の充電式セルは、スイッチングネットワークが第１構成にある際には第１構成に、スイッチングネットワークが第２構成にある際には第２構成に、あってもよい。第２構成は、第１構成とは異なっている。
【０１９３】
この実施形態の電池パックのスイッチングネットワークは、第３構成を有してもよく、この場合に、複数の充電式セルは、スイッチングネットワークが第３構成にある際には、第３構成にある。この実施形態の電池パックのスイッチングネットワークは、電池パックに対する外部入力により、第１構成と第２構成との間においてスイッチングされてもよい。この実施形態の電池パックの充電式セルの第１構成は、相対的に低電圧及び高容量の構成であってもよく、電池パックの充電式セルの第２構成は、相対的に高電圧及び低容量の構成であってもよい。この実施形態の電池パックは、第１構成が第１定格パック電圧を提供し第２構成が第２定格パック電圧を提供するセル構成を含んでもよく、この場合に、第１定格パック電圧は、第２定格パック電圧とは異なっている。この実施形態の電池パックの第３構成は、開路構成であってもよい。
【０１９４】
第１構成の電池パックの充電式セルは、第１及び第２構成の間における変換の際に第３構成に入ってもよい。この実施形態の電池パックは、複数の充電式セル及びスイッチングネットワークに結合された端子ブロックを有してもよく、この場合に、端子ブロックは、スイッチングネットワークを第１構成から第２構成にスイッチングするためのスイッチング要素を受け入れる。
【０１９５】
別の態様においては、電池パックは、ハウジングと、ハウジング内に存在している電池と、を有する。電池は、Ｏ個の充電式セルＱの組Ｐを含んでもよく、ここで、Ｏは、数≧２である。充電式セルＱの組Ｐは、セルＱのＮ個のサブセットＲを含んでもよく、ここで、Ｎは、数≧２である。セルＱの各サブセットＲは、Ｍ個のセルＱを含んでもよく、ここで、Ｍは、数≧１であり、ここで、Ｍ×Ｎ＝Ｏである。電池は、充電式セルに結合されたスイッチングネットワークを含んでもよく、この場合に、スイッチングネットワークは、第１構成及び第２構成を有してもよく、第１構成から第２構成に及び第２構成から第１構成に、スイッチング可能であってもよい。充電式セルＱのサブセットＲのすべては、スイッチングネットワークが第１構成にある際には、並列状態において接続されてもよく、スイッチングネットワークが第２構成にある際には、分離されてもよい。第１電力端子は、セルＱ１の正の端子に結合されてもよく、第２電力端子は、ＱＯの負の端子に結合されてもよく、この場合に、第１及び第２電力端子は、電池パックから外部に電力を提供する。負の変換端子が、各サブセットＲ１〜ＲＮ−１の負の端子に結合されてもよく、正の変換端子が、各サブセットＲ２〜ＲＮの正の端子に結合されてもよい。この実施形態の電池パックの負の変換端子及び正の変換端子は、電池ハウジングの外からアクセス可能である。
【０１９６】
別の態様においては、電池パックは、ハウジングと、ハウジング内に存在している電池と、を有する。この実施形態の電池は、ハウジング内に存在している電池を含んでもよい。この実施形態の電池は、Ｏ個の充電式セルＱの組Ｐを含んでもよく、ここで、Ｏは、数≧２である。充電式セルＱの組Ｐは、セルＱのＮ個のサブセットＲを含んでもよく、ここで、Ｎは、数≧２である。セルＱの各サブセットＲは、Ｍ個のセルＱを含んでもよく、ここで、Ｍは、数≧１であり、Ｍ×Ｎ＝Ｏである。この実施形態の電池パックは、充電式セルに結合されたスイッチングネットワークを含んでもよい。スイッチングネットワークは、第１構成及び第２構成を有してもよく、第１構成から第２構成に、及び、第２構成から第１構成に、スイッチング可能であってもよい。充電式セルＱのサブセットＲのすべては、スイッチングネットワークが第１構成にある際には、並列に接続されてもよく、スイッチングネットワークが第２構成にある際には、分離されてもよい。電池パックは、Ｑ１の正の端子に結合された第１電力端子と、ＱＯの負の端子に結合された第２電力端子と、を含んでもよく、この場合に、第１及び第２電力端子は、電池パックから外部に電力を提供している。電池パックは、セルの各サブセットの負の端子に結合された負の変換端子と、セルの各サブセットの正の端子に結合された正の変換端子と、を含んでもよい。
【０１９７】
別の態様においては、電動工具は、定格ＡＣ電圧を有するＡＣ入力からの第１電源と、定格ＤＣ電圧を有する複数の充電式電池セルからの第２電源と、第１電源及び第２電源に結合可能なモーターと、第１電源及び第２電源によって動作した際に実質的に同一の出力パワーを伴ってモーターを動作させるように構成された制御回路と、を有する。この実施形態の電動工具の定格ＤＣ電圧は、ほぼ、定格ＡＣ電圧に等しくてもよい。この実施形態の電動工具のモーターは、ブラシ付きモーターである。この実施形態の電動工具の制御回路は、モーターが第１電源によって動作しているのか又は第２電源によって動作しているのかとは無関係に、一定無負荷速度においてブラシ付きモーターを動作させてもよい。この実施形態の電動工具の制御回路は、ユーザー入力に基づいて可変無負荷速度においてブラシ付きモーターを動作させてもよい。この実施形態の電動工具の制御回路は、第１電源又は第２電源を使用して可変無負荷速度においてモーターを動作させるように構成されたＩＧＢＴ／ＭＯＳＦＥＴ回路を含んでもよい。この実施形態の電動工具のモーターは、ブラシレスモーターであってもよい。この実施形態の電動工具の制御回路は、小さなコンデンサと、サイクルごとの電流制限器と、を有してもよい。この実施形態の電動工具の定格ＤＣ電圧は、定格ＡＣ電圧未満であってもよい。この実施形態の電動工具の制御回路は、小さなコンデンサと、サイクルごとの電流制限器と、を有してもよい。この実施形態の電動工具の制御回路は、進み角制御装置及び伝導帯制御装置のうちの少なくとも１つを有してもよい。この実施形態の電動工具の制御回路は、第１電源及び第２電源が起動されているかどうかを検出してもよい。この実施形態の電動工具の制御回路は、第１電源が活動中である際には常に、第１電源を選択してもよい。この実施形態の電動工具の制御回路は、第１電源が停止中になった場合には、第２電源にスイッチングてもよい。この実施形態の電動工具の制御回路は、制御回路が、第１電源及び第２電源の両方を同時に使用してより大きな出力電力において電源を動作させるブーストモードを含んでもよい。この実施形態の電動工具の電源は、コードセットによって提供されてもよい。この実施形態の電動工具の第１電源及び第２電源は、モーターに電力を同時に提供してもよく、第１又は第２電源が個々に提供しうるものよりも実質的にに大きな電力を提供してもよい。
【０１９８】
別の態様においては、電動工具は、ＡＣ電源から電力を受け取る入力と、充電式ＤＣ電源から電力を受け取る入力と、ＡＣ電源によって充電式ＤＣ電源を充電する充電器と、ＡＣ電源及び充電式ＤＣ電源のうちの少なくとも１つによって電力供給されるように構成されたモーターと、を有する。この実施形態の電動工具のＡＣ電源は、商用電源ラインであってもよい。この実施形態の電動工具の充電式ＤＣ電源は、取外し可能の電池パックであってもよい。
【０１９９】
別の実施形態においては、電動工具は、ＡＣ電源からＡＣ電力を受け取る入力であって、ＡＣ電源が、定格ＡＣ電圧を有し、ＡＣ電源が、電動工具の外部に位置している、入力と、ＤＣ電源からＤＣ電力を受け取る入力であって、ＤＣ電源が、定格ＤＣ電圧を有し、ＤＣ電源が、複数の充電式電池セルであり、定格ＤＣ電圧が、定格ＡＣ電圧にほぼ等しい、入力と、ＡＣ電源及びＤＣ電源のうちの少なくとも１つによって電力供給されるように構成されたモーターと、を有する電動工具を有する。この実施形態の電動工具のＡＣ電源は、商用電源ラインであってもよい。この実施形態の電動工具の充電式ＤＣ電源は、電池パックであってもよい。この実施形態の電動工具のＡＣ電源及びＤＣ電源は、１２０ボルトの定格電圧を有してもよい。
【０２００】
別の態様においては、電動工具は、モーターと、ＡＣ入力ラインからの第１電源と、充電式電池からの第２電源であって、第１電源の電力とほぼ等価な電力を提供する第２電源と、を有する。この実施形態の電動工具の第１電源及び第２電源は、電力をモーターに同時に提供してもよい。この実施形態の電動工具の第１電源及び第２電源は、電力をモーターに交互に提供してもよい。
【０２０１】
別の態様においては、電動工具は、モーターと、ＡＣ入力ラインからの第１電源と、充電式電池からの第２電源であって、第１電源の電力とほぼ等価な電力を提供する第２電源と、を有する。この実施形態の電動工具の第１電源及び第２電源は、モーターに電力を同時に提供してもよい。この実施形態の電動工具の第１電源及び第２電源は、モーターに電力を交互に提供してもよい。
【０２０２】
別の態様においては、電池パックは、ハウジングと、複数のセルと、コンバータ要素と、を含んでもよく、コンバータ要素が、複数のセルが第１定格電圧を提供するように構成されている第１位置と、複数のセルが第１定格電圧とは異なる第２定格電圧を提供するように構成されている第２位置と、の間において移動可能である。
【０２０３】
この態様の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含みうる。上述の電池パックの場合に、コンバータ要素は、ハウジングと、複数の接点と、を有する。上述の電池パックの場合に、ハウジングは、内部空洞を形成し、複数のセルは、内部空洞内において収容されている。上述の電池パックの場合に、ハウジングは、内部空洞を形成し、コンバータ要素は、内部空洞内において収容され、ハウジングの外部からアクセス可能である。上述の電池パックは、複数のセル及びコンバータ要素を有する電池と、スイッチングネットワークと、を更に有する。上述の電池パックの場合に、ハウジングは、外部スロットと、スロットの第１端部における貫通孔と、を更に有し、貫通孔は、ハウジングの外部表面からハウジングの内部空洞まで延在している。上述の電池パックの場合に、コンバータ要素は、貫通孔を通じて延在する突起と、複数の接点と、を更に有する。上述の電池パックの場合に、コンバータ要素は、ジャンパスイッチを有する。電池パックは、複数のセルと、複数の導電性接触パッドと、隣接した電気的に接続されたセルの間のノードと、を有する電池を更に有し、複数の導電性接触パッドのそれぞれは、単一のノードに結合され、コンバータ要素は、複数の接点を含み、（ａ）コンバータ要素が第１位置にある際に、複数のコンバータ要素接点のそれぞれは、複数の導電性接触パッドの第１の組に電気的に接続され、複数の導電性接触パッドのそれぞれは、複数の導電性接触パッドの単一の第１の組内にあり、（ｂ）コンバータ要素が、第２位置にある際には、コンバータ要素接点のそれぞれは、複数の導電性接触パッドの第２の組に電気的に接続され、複数の導電性接触パッドの各第２の組は、複数の導電性接触パッドのすべてのその他の第２の組とは異なっており、複数の導電性接触パッドの各第１の組は、複数の導電性接触パッドの各第２の組とは異なっている。上述の電池パックは、複数のセルと、複数の導電性接触パッドと、隣接する電気的に接続されたセルの間のノードであって、複数の導電性接触パッドのそれぞれが、単一のノードに結合されている、ノードと、を有する電池を更に有し、この場合に、コンバータ要素が第１位置にある際に、複数のコンバータ要素接点のそれぞれが、複数の導電性接触パッドの対応した第１の組内の導電性接触パッドの間の分路であり、コンバータ要素が第２位置にある際には、複数のコンバータ要素接点のそれぞれは、複数の導電性接触パッドの対応した第２の組内の導電性接触パッドの間の分路である。
【０２０４】
別の態様においては、電池パックは、ハウジングと、複数のセルと、コンバータ要素であって、コンバータ要素が、複数のセルが第１セル構成において電気的に接続されている第１位置と複数のセルが第２セル構成において電気的に接続されている第２位置との間において移動可能であり、第１セル構成が、第２セル構成とは異なっている、コンバータ要素と、を含む。
【０２０５】
この態様の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含みうる。上述の電池パックにおいて、コンバータ要素は、ハウジングと、複数の接点と、を有する。上述の電池パックにおいて、ハウジングは、内部空洞を形成し、複数のセルは、内部空洞内において収容されている。上述の電池パックにおいて、ハウジングは、内部空洞を形成し、コンバータ要素は、内部空洞内において収容され、且つ、ハウジングの外部からアクセス可能である。上述の電池パックにおいて、複数のセル及びコンバータ要素を有する電池と、スイッチングネットワークと、を更に有する。上述の電池パックにおいて、ハウジングは、外部スロットと、スロットの第１端部における貫通孔と、を更に有し、貫通孔は、ハウジングの外部表面からハウジングの内部空洞まで延在している。上述の電池パックにおいて、コンバータ要素は、貫通孔を通じて延在する突起と、複数の接点と、を更に有する。上述の電池パックにおいて、コンバータ要素は、ジャンパスイッチを有する。上述の電池パックにおいて、複数のセルと、複数の導電性接触パッドと、隣接する電気的に接続されたセルの間のノードであって、複数の導電性接触パッドのそれぞれが、単一のノードの結合されている、ノードと、を有する電池を更に有し、この場合に、コンバータ要素は、複数の接点を含み、（ａ）コンバータ要素が第１位置にある際に、複数のコンバータ要素接点のそれぞれは、複数の導電性接触パッドの第１サブセットに電気的に接続されており、（ｂ）コンバータ要素が第２位置にある際には、複数のコンバータ要素接点のそれぞれが、複数の導電性接触パッドの第２サブセットに電気的に接続され、複数の導電性接触パッドの第２サブセットは、複数の導電性接触パッドの第１サブセットとは異なっている。電池パックは、複数のセルと、複数の導電性接触パッドと、隣接する電気的に接続されたセルの間のノードであって、複数の導電性接触パッドのそれぞれは、単一のノードに結合されている、ノードと、を有する電池を更に有し、この場合に、コンバータ要素が第１位置にある際に、複数のコンバータ要素接点のそれぞれが、複数の導電性接触パッドの第１サブセット内の導電性接触パッドの間の分路であり、コンバータ要素が第２位置にある際には、複数のコンバータ要素接点のそれぞれが、複数の導電性接触パッドの第２サブセット内の導電性接触パッドの間の分路である。
【０２０６】
別の態様においては、電池パックは、ハウジングと、セルの組であって、組が、少なくとも２つのセルを有する、組と、セルの組の２つのサブセットであって、セルの組の各セルが、単一のサブセット内にあり、セルの各サブセットが、直列状態において電気的に接続され、且つ、正のノード及び負のノードを有する、２つのサブセットと、第１サブセットの正の端部を第２サブセットの正の端部に接続する第１スイッチ、第１サブセットの負の端部を第２サブセットの負の端部に接続する第２スイッチ、及び第１サブセットの負の端部を第２サブセットの正の端部に接続する第３スイッチを有するスイッチングネットワークと、低定格電圧構成と中間定格電圧構成との間においてセルの組を変換するように、第１、第２、及び第３スイッチを開路及び閉路するべくスイッチングネットワークと共に動作するコンバータ要素と、を含む。
【０２０７】
別の態様においては、電池パックは、ハウジングと、セルの組であって、組が、少なくとも２つのセルを有する、組と、セルの組の２つのサブセットであって、セルの組の各セルが、単一のサブセット内にあり、セルの各サブセットは、直列状態において電気的に接続され、且つ、正のノード及び負のノードを有する、２つのサブセットと、第１サブセットの正の端部を第２サブセットの正の端部に接続する第１スイッチ、第１サブセットの負の端部を第２サブセットの負の端部に接続する第２スイッチ、及び第１サブセットの負の端部を第２サブセットの正の端部に接続する第３スイッチを有するスイッチングネットワークと、作動の際に、セルの組が第１セル構成において電気的に接続されている第１状態において、及び、セルの組が第２セル構成において電気的に接続されている第２状態において、第１、第２、及び第３スイッチを構成するべく、スイッチングネットワークと共に動作するコンバータ要素であって、第１セル構成が、第２セル構成とは異なっている、コンバータ要素と、を含む。
【０２０８】
この態様の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含んでもよい。上述の電池パックにおいて、コンバータ要素は、電池パックが電気装置と結合した際に作動する。上述の電池パックにおいて、コンバータ要素は、端子の組を有し、コンバータ要素は、電池パックが電気装置と結合した際に作動する。
【０２０９】
別の態様においては、電気装置及び電池パックの組合せは、電池パックであって、（１）電池パックインターフェイスを含むハウジング、（２）複数のセル、及び（３）コンバータ要素であって、複数のセルが第１定格電圧を提供するように構成されている第１位置と複数のセルが第１定格電圧とは異なる第２定格電圧を提供するように構成されている第２位置との間において移動可能であるコンバータ要素、を含む電池パックと、ハウジングを含む電気装置であって、ハウジングが、電気装置を電池パックに機械的に結合するための電池パックインターフェイスと結合するように構成された電気装置インターフェイスを含み、電気装置インターフェイスが、電気装置が電池パックに機械的に結合された際に、コンバータ要素を第１位置から第２位置に移動させるための変換機能を含む、電気装置と、を含む。
【０２１０】
この態様の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含んでもよい。組合せにおいて、コンバータ要素は、複数の電池端子を有し、変換機能は、複数の電気装置端子を有する。上述の組合せにおいて、コンバータ要素は、ハウジングと、複数の接点と、を有する。上述の組合せにおいて、ハウジングは、内部空洞を形成し、複数のセルは、内部空洞内において収容されている。上述の組合せにおいて、ハウジングは、内部空洞を形成しており、コンバータ要素は、内部空洞内において収容されている。上述の組合せにおいて、複数のセルを含む電池を更に有する。組合せにおいて、電気装置は、電動工具である。上述の組合せにおいて、電気装置は、充電器である。上述の組合せにおいて、電気装置は、電池保持トレイである。
【０２１１】
別の態様において、電池パックは、ハウジングと、複数のセルと、複数のセルに電気的に結合された端子の第１の組であって、出力電力を提供する端子の第１の組と、複数のセルの組に電気的に結合された端子の第２の組であって、第１構成と第２構成との間における複数のセルの変換を可能にするように構成されている端子の第２の組と、を含む。
【０２１２】
この態様の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含みうる。上述の電池パックにおいて、ハウジングは、空洞を形成し、複数のセル、端子の第１の組、及び端子の第２の組は、内部空洞内において収容されている。上述の電池パックにおいて、複数のセルを有する電池を更に有する。上述の電池パックにおいて、端子の第２の組は、スイッチの組を含む。上述の電池パックにおいて、端子の第２の組は、スイッチが複数のセルを第１構成から第２構成に変換することを可能にするスイッチング装置を受け入れるように構成されている。上述の電池パックにおいて、端子の第２の組は、スイッチング装置の受け入れの際に、複数のセルを第１構成から第２構成に変換するように構成されている。上述の電池パックにおいて、複数のセルは、端子の第２の組がスイッチング装置を受け入れる際に、第１構成から第２構成に変換される。上述の電池パックにおいて、端子の第２の組は、第３構成への複数のセルの変換を可能にするように構成されている。上述の電池パックにおいて、複数のセルは、第１及び第２構成からのスイッチングの間において、第３構成に入る。
【０２１３】
別の態様においては、電池パック及び電気装置の組合せは、（ａ）ハウジング、複数のセル、複数のセルに電気的に結合された電池端子の第１の組であって、出力電力を提供する端子の第１の組、及び複数のセルに電気的に結合された電池端子の第２の組であって、複数のセルが第１構成から第２構成に変換されることを許容するように構成されている端子の第２の組を有する電池パックと、（ｂ）電池端子の第１の組に電気的に結合するように構成された電気装置端子の第１の組、及び第１構成から第２構成への複数のセルの変換を可能にするべく、電池端子の第２の組に電気的に結合するように構成されたコンバータ要素を有する電気装置と、を有する。
【０２１４】
この態様の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含みうる。上述の電池パックにおいて、複数のセルを含む電池を更に有する。上述の電池パックにおいて、電気装置は、モーターを有する電動工具であり、電動工具端子の第１の組は、モーターに電気的に結合され、且つ、電池端子の第１の組に電気的に結合するように構成されており、工具端子の第１の組は、入力電力を提供する。上述の電池パックにおいて、電気装置は、充電器である。上述の電池パックにおいて、電気装置は、電池ホルダである。
【０２１５】
別の態様においては、電池パックは、ハウジングと、複数のセルと、結合端子の組と、を含み、結合端子は、複数のセルが第１定格電圧を提供するように構成されている第１位置と、複数のセルが第１定格電圧とは異なる第２の定格電圧を提供するように構成されている第２位置と、の間において移動可能である。
【０２１６】
別の態様においては、電池パックは、ハウジングと、複数のセルと、結合端子の組と、を含み、結合端子は、複数のセルが第１セル構成において電気的に接続されている第１端子構成と、複数のセルが第２セル構成において電気的に接続されている第２端子構成と、の間において移動可能であり、第１セル構成は、第２セル構成と異なっている。
【０２１７】
別の態様においては、変換可能電池パックは、ハウジングと、複数のセルと、電池端子の組と、変換サブシステムと、を有し、変換サブシステムは、コンバータ要素を有し、コンバータ要素は、複数のセルが電池端子の組において第１定格電圧を提供するように構成されている第１位置と、複数のセルが電池端子の組において第２定格電圧を提供するように構成されている第２位置と、の間において移動可能であり、第２定格電圧は、第１定格電圧と異なっている。
【０２１８】
この態様の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含みうる。この例示的な実施形態の電池パックにおいて、コンバータ要素は、ハウジングと、複数の接点と、を有し、ハウジングは、内部空洞を形成し、複数のセルは、内部空洞内において収容されている。この例示的な実施形態において、コンバータ要素は、内部空洞内において収容され、且つ、ハウジングの外部からアクセス可能である。この例示的な実施形態において、電池パックは、複数のセルを有する電池を更に有し、変換サブシステムは、コンバータ要素と、スイッチングネットワークと、を有する。この例示的な実施形態において、電池パックは、外部スロット及びスロットの第１端部における貫通孔を更に有し、貫通孔は、ハウジングの外部表面からハウジングの内部空洞まで延在している。この例示的な実施形態の電池パックにおいて、コンバータ要素は、貫通孔を通じて延在する突起と、複数の接点と、を更に有する。この例示的な実施形態の電池パックにおいて、変換サブシステムのスイッチングネットワークは、電池端子の第２の組を通じて電力電流を送るためのスイッチを含む。この例示的な実施形態において、電池パックの電池端子の組は、複数のセルに電気的に結合された電池端子の第１の組と、複数のセルに電気的に結合された電池端子の第２の組と、を更に有し、電池端子の第１の組は、電池パックが第１定格電圧構成及び第２定格電圧構成にある際に、電力を提供するように構成され、電池端子の第２の組は、電池パックが第２定格電圧構成にある際にのみ、電力を提供するように構成されている。
【０２１９】
別の態様においては、変換可能電池パックの例示的な一実施形態は、ハウジングと、複数のセルの系統と、変換サブシステムと、を有し、変換サブシステムは、コンバータ要素を有し、この場合に、コンバータ要素は、複数のセルの系統が第１セル構成において電気的に接続されている第１位置と、複数のセルの系統が第２セル構成において電気的に接続されている第２位置と、の間において移動可能であり、第１セル構成は、第２セル構成と異なっている。
【０２２０】
この態様の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含みうる。この例示的な実施形態の電池パックにおいて、コンバータ要素は、ハウジングと、複数の接点と、を有し、ハウジングは、内部空洞を形成し、複数のセルの系統は、内部空洞内において収容されている。この例示的な実施形態の電池パックにおいて、コンバータ要素は、内部空洞内において収容され、且つ、ハウジングの外部からアクセス可能である。この例示的な電池パックは、複数のセルの系統及びコンバータ要素を有する電池と、スイッチングネットワークと、を更に有する。この例示的な実施形態の電池パックにおいて、ハウジングは、外部スロット及びスロットの第１端部における貫通孔を更に有し、貫通孔は、ハウジングの外部表面からハウジングの内部空洞まで延在している。この例示的な実施形態の電池パックにおいて、コンバータ要素は、貫通孔を通じて延在する突起と、複数の接触パッドと、を更に有する。この例示的な実施形態の電池パックにおいて、コンバータ要素は、複数のスイッチング接点を有する。
【０２２１】
別の態様においては、変換可能電池パックの例示的な一実施形態は、ハウジングと、セルの組であって、セルの組が、２つのセルの系統を有し、セルの各系統が、少なくとも１つのセルを有し、セルの各系統のセルが、直列状態において電気的に接続され、セルの各系統が、正の端子及び負の端子を有する、セルの組と、セルの第１の系統の正の端子をセルの第２の系統の正の端子に接続する第１スイッチ、セルの第１の系統の負の端子をセルの第２の系統の負の端子に接続する第２スイッチ、及びセルの第１の系統の負の端子をセルの第２の系統の正の端子に接続する第３スイッチを有するスイッチングネットワークと、セルの組を低定格電圧構成と中間定格電圧構成との間において変換するように、第１、第２、及び第３スイッチを開路及び閉路するべくスイッチングネットワークと共に動作するコンバータ要素と、を有する。
【０２２２】
別の態様においては、変換可能電池パックの例示的な一実施形態は、ハウジングと、セルの組であって、セルの組が、セルの２つの系統を有し、セルの各系統は、少なくとも１つのセルを有し、セルの各系統のセルは、直列状態において電気的に接続され、セルの各系統は、正の端子及び負の端子を有する、セルの組と、セルの第１の系統の正の端子をセルの第２の系統の正の端子に接続する第１スイッチ、セルの第１の系統の負の端子をセルの第２の系統の負の端子に接続する第２スイッチ、及びセルの第１の系統の負の端子をセルの第２の系統の正の端子に接続する第３スイッチを有するスイッチングネットワークと、作動の際に、第１、第２、及び第３スイッチを、セルの組が第１セル構成において電気的に接続されている第１状態及びセルの組が第２セル構成において電気的に接続されている第２状態に構成するべく、スイッチングネットワークと共に動作するコンバータ要素と、を有し、第１セル構成は、第２セル構成と異なっている。
【０２２３】
この態様の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含みうる。この例示的な実施形態の電池パックにおいて、コンバータ要素は、電池パックが電気装置と結合した際に作動し、且つ、スイッチング接点の組を有する。
【０２２４】
別の態様においては、電気装置及び変換可能電池パックの組合せの例示的な一実施形態は、電池パックであって、（１）電池パックインターフェイスを含むハウジング、（２）複数のセル、及び（３）コンバータ要素であって、コンバータ要素が、複数のセルが第１定格電圧を提供するように構成され且つ第１容量を有する第１位置と、複数のセルが第２定格電圧を提供するように構成され且つ第２容量を有する第２位置と、の間において移動可能であり、第２定格電圧及び第２容量が、第１定格電圧及び第１容量と異なっている、コンバータ要素、を含む電池パックと、ハウジングを含む電気装置であって、ハウジングが、電気装置を電池パックに機械的に結合するための電池パックインターフェイスと結合するように構成された電気装置インターフェイスを含み、電気装置インターフェイスが、電気装置が電池パックに機械的に結合した際に、コンバータ要素を第１位置から第２位置に移動させるための変換機能を含む、電気装置と、を有する。
【０２２５】
この態様の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含みうる。この例示的な変換可能電池パックは、電力を電気装置の負荷に提供するための電池パック端子の第１の組と、電力を電気端子の負荷に提供するための電池パック端子の第２の組と、を更に有する。
【０２２６】
別の態様においては、変換可能電池パックの例示的な一実施形態は、ハウジングと、複数のセルと、複数のセルに電気的に結合された電池パック端子の第１の組であって、出力電力を提供する電池パック端子の第１の組と、複数のセルに電気的に結合された電池パック端子の第２の組であって、第１構成と第２構成との間における複数のセルの変換を可能にするように構成されている電池パック端子の第２の組と、を有する。
【０２２７】
この態様の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含みうる。この例示的な実施形態の電池パックにおいて、電池パック端子の第２の組は、スイッチの組に電気的に結合されている。この例示的な実施形態の電池パックにおいて、スイッチの組が第１状態にある際に、電池パック端子の第２の組は、複数のセルが第１構成から第２構成に変換されることを可能にするように構成されている。この例示的な実施形態の電池パックにおいて、スイッチング装置の受け入れの際に、スイッチの組は、第１状態において配置される。この例示的な実施形態の電池パックにおいて、スイッチの組が第１状態にある際に、電池パック端子の第２の組は、電池パックから、結合された電気装置に電力電流を転送するように構成されている。この例示的な実施形態の電池パックにおいて、複数のセルは、電池パックが変換要素を受け入れる際に、第１構成から第２構成に変換される。
【０２２８】
別の態様においては、電池パック及び電気装置の組合せの例示的な一実施形態は、（ａ）電池パックであって、ハウジング、複数のセル、複数のセルに電気的に結合された電池パック端子の第１の組、及び、複数のセルに電気的に結合された電池パック端子の第２の組を有し、複数のセルが、第１定格電圧及び第２定格電圧を提供するように構成可能であり、電池パック端子の第１の組が、電池パックが第１定格電圧構成及び第２定格電圧構成にある際に電力を提供するように構成され、電池パック端子の第２の組が、電池パックが第２定格電圧構成にある際にのみ、電力を提供するように構成されている、電池パックと、（ｂ）電気装置であって、電力を電気装置の負荷に提供するべく、電池パック端子の第１の組に電気的に結合するように構成された電気装置端子の第１の組及び電池パック端子の第２の組に電気的に結合するように構成された電気装置端子の第２の組を有する、電気装置と、を有する。例示的な組合せにおいて、電気装置は、電池パックを第１定格電圧から第２定格電圧に変換するための変換要素を含む。
【０２２９】
この態様の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含みうる。例示的な組合せにおいて、電気装置は、モーターを有する電動工具であり、電動工具端子の第１の組は、モーターに電気的に結合され、且つ、電池パック端子の第１の組に電気的に結合するように構成されており、工具端子の第１の組は、入力電力を提供する。
【０２３０】
別の態様においては、電池パック及び電気装置の組合せの例示的な一実施形態は、（ａ）電池パックであって、ハウジング、複数のセル、複数のセルに電気的に結合された電池パック端子の第１の組、及び、複数のセルに電気的に結合された電池パック端子の第２の組を有し、複数のセルが、第１定格電圧及び第２定格電圧を提供するように構成可能であり、電池パック端子の第１の組が、電池パックが第１定格電圧構成及び第２定格電圧構成にある際に電力を提供するように構成され、電池パック端子の第２の組が、電池パックが第２定格電圧構成にある際にのみ、電力を提供するように構成されている、電池パックと、（ｂ）充電器であって、充電器から複数のセルに電力を提供するべく、電池パック端子の第１の組に電気的に結合するように構成された充電器端子の第１の組及び電池パック端子の第２の組に電気的に結合するように構成された充電器端子の第２の組を有する、充電器と、を有する。例示的な組合せにおいては、充電器は、電池パックを第１定格電圧から第２定格電圧に変換するための変換要素を含む。
【０２３１】
利点は、以下のもののうちの１つ又は複数を含みうる。電動工具システムは、ローパワー、ミドルパワー、及び高電力コードレス電動工具及び高電力ＡＣ／ＤＣ電動工具を含む十分な互換性を有する電動工具システムを可能にしうる。変換可能電池パックは、既存の電動工具との間におけるシステムの下位互換性を可能にしうる。システムは、電池パック電力を使用した電動工具の高電力動作のために、ＡＣ商用電源の定格電圧に対応したＤＣ定格電圧を伴う電力供給工具を含みうる。これらの及びその他の利点及び特徴については、明細書、図面、及び特許請求の範囲から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【０２３２】
【図１Ａ】電動工具システムの概略図である。
【図１Ｂ】電動工具システムの特定の一実施形態の概略図である。
【図２Ａ】電池の電池セル構成の例示的な単純化された回路図である。
【図２Ｂ】電池の電池セル構成の例示的な単純化された回路図である。
【図２Ｃ】電池の電池セル構成の例示的な単純化された回路図である。
【図３Ａ】図１Ａの電動工具システムの１つ又は複数の低定格電圧ＤＣ電動工具の組、１つ又は複数のＤＣ電池パック電源の組、及び１つ又は複数の電池パック充電器の組の概略図である。
【図３Ｂ】図１Ａの電動工具システムの１つ又は複数の中間定格電圧ＤＣ電動工具の組、１つ又は複数のＤＣ電池パック電源の組、及び１つ又は複数の電池パック充電器の組の概略図である。
【図３Ｃ】図１Ａの電動工具システムの１つ又は複数の高定格電圧ＤＣ電動工具の組、１つ又は複数のＤＣ電池パック電源の組、及び１つ又は複数の電池パック充電器の組の概略図である。
【図４】図１Ａの電動工具システムの１つ又は複数の高定格電圧ＡＣ／ＤＣ電動工具の組、１つ又は複数のＤＣ電池パック電源の組、１つ又は複数のＡＣ電源の組、及び１つ又は複数の電池パック充電器の組の概略図である。
【図５Ａ】図１Ａの電動工具システムのＡＣ／ＤＣ電動工具の分類分けの概略図である。
【図５Ｂ】図１Ａの電動工具システムのＡＣ／ＤＣ電動工具の分類分けの概略図である。
【図６Ａ】一実施形態による、ユニバーサルモーターを有する一定速度ＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的なシステムブロック図を示す。
【図６Ｂ】一実施形態による、例示的な電源スイッチングユニットが更に設けられた、図６Ａの一定速度ＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的なシステムブロック図を示す。
【図６Ｃ】一実施形態による、代替の例示的な電源スイッチングユニットが更に設けられた、図６Ａの一定速度ＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的なシステムブロック図を示す。
【図６Ｄ】一実施形態による、更に別の例示的な電源スイッチングユニットが更に設けられた、図６Ａの一定速度ＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的なシステムブロック図を示す。
【図６Ｅ】一実施形態による、ユニバーサルモーターを有する一定速度ＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的なシステムブロック図を示しており、この場合に、ＡＣ電源から供給される電力は、ＤＣ電源から提供される公称電圧とは大幅に異なる公称電圧を有する。
【図７Ａ】一実施形態による、ユニバーサルモーターを有する可変速度ＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的なシステムブロック図を示す。
【図７Ｂ】一実施形態による、電源スイッチングユニットが更に設けられた、図７Ａの一定速度ＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的なシステムブロック図を示す。
【図７Ｃ】ＤＣスイッチ回路の様々な実施形態の例示的な回路図を示す。
【図７Ｄ】ＤＣスイッチ回路の様々な実施形態の例示的な回路図を示す。
【図７Ｅ】ＤＣスイッチ回路の様々な実施形態の例示的な回路図を示す。
【図７Ｆ】一代替実施形態による、統合されたＡＣ／ＤＣ電力スイッチング回路を有するユニバーサルモーターを有する可変速度ＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的なシステムブロック図を示す。
【図７Ｇ】統合されたＡＣ／ＤＣ電力スイッチング回路の様々な実施形態の例示的な回路図を示す。
【図７Ｈ】統合されたＡＣ／ＤＣ電力スイッチング回路の様々な実施形態の例示的な回路図を示す。
【図８Ａ】一実施形態による、ブラシ付き直流（ＤＣ）モーターを有する一定速度ＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的なシステムブロック図を示す。
【図８Ｂ】一実施形態による、例示的な電源スイッチングユニットが更に設けられた、図８Ａの一定速度ＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的なシステムブロック図を示す。
【図８Ｃ】一実施形態による、ブラシ付きＤＣモーターを有する一定速度ＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的なシステムブロック図を示しており、この場合に、ＡＣ電源から供給される電力は、ＤＣ電源から提供される公称電圧とは大幅に異なる公称電圧を有する。
【図８Ｄ】一代替実施形態による、ブラシ付きＤＣモーターを有する一定速度ＡＣ／ＤＣ電動工具の別の例示的なシステムブロック図を示しており、この場合に、ＡＣ電源から供給される電力は、ＤＣ電源から提供される公称電圧とは大幅に異なる公称電圧を有する。
【図９Ａ】一実施形態による、ブラシ付きＤＣモーターを有する可変速度ＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的なシステムブロック図を示す。
【図９Ｂ】一実施形態による、電源スイッチングユニットが更に設けられた、図９Ａの一定速度ＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的なシステムブロック図を示す。
【図１０Ａ】一実施形態による、電源スイッチングユニット及びモーター制御回路を有する３相ブラシレスＤＣモーターを有するＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的なシステムブロック図を示す。
【図１０Ｂ】一実施形態による、代替の電源スイッチングユニットを有する図１０ＡのＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的なシステムブロック図を示す。
【図１０Ｃ】一実施形態による、３相インバータブリッジを有する例示的な電力スイッチ回路を示す。
【図１１Ａ】一実施形態による、ブラシレスモードの可変速度動作のための様々なパルス幅変調（ＰＷＭ）デューティサイクルレベルにおけるモーターの位相の単一伝導帯内における電力スイッチ回路用の駆動信号の例示的な波形図を示す。
【図１１Ｂ】一実施形態による、例示的な２０アンペアのサイクルごとの電流制限を実施した例示的な電流−時間波形を示す。
【図１１Ｃ】サイクルごとの電流制限を実施するための例示的なフローチャートを示す。
【図１２Ａ】一実施形態による、全３６０度の導電サイクル内における、図１０Ｃの３相インバータブリッジ回路のパルス幅変調（ＰＷＭ）駆動シーケンスの例示的な波形図を示しており、この場合に、各位相は、１２０度の伝導帯（ＣＢ）において駆動されている。
【図１２Ｂ】一実施形態による、最高速度において動作する図１２Ａの駆動シーケンスの例示的な波形図を示す。
【図１２Ｃ】一実施形態による、Ｙ＝３０°の進み角（ＡＡ）を有する、図１２Ｂの駆動シーケンスに対応した例示的な波形図を示す。
【図１２Ｄ】一実施形態による、速度／トルクプロファイルに対する１２０°の固定されたＣＢにおけるＡＡの増大の効果を示す例示的な高電力工具の例示的な速度−トルク波形図を示す。
【図１２Ｅ】一実施形態による、電力／トルクプロファイルに対する１２０°の固定されたＣＢにおけるＡＡの増大の効果を示す同一の高電力工具の例示的な電力−トルク波形図を示す。
【図１２Ｆ】一実施形態による、効率／トルクプロファイルに対する１２０°の固定されたＣＢにおけるＡＡの増大の影響を示す同一の高電力工具の例示的な効率−トルク波形図を示す。
【図１３Ａ】一実施形態による、３相インバータブリッジ回路の駆動シーケンスの例示的な波形図を示しており、この場合には、各位相は、１５０°のＣＢにおいて駆動されている。
【図１３Ｂ】一実施形態による、３相インバータブリッジ回路の駆動シーケンスの例示的な波形図を示しており、この場合には、各位相は、Ｙ＝３０°のＡＡを伴って１５０°のＣＢにおいて駆動されている。
【図１３Ｃ】一実施形態による、速度／トルクプロファイルに対する連携した状態におけるＣＢ及びＡＡの増大の影響を示す例示的な高電力工具の例示的な速度−トルク波形図を示す。
【図１３Ｄ】一実施形態による、電力／トルクプロファイルに対する連携した状態におけるＣＢ及びＡＡの増大の影響を示す同一の高電力工具の例示的な電力−トルク波形図を示す。
【図１３Ｅ】一実施形態による、効率／トルクプロファイルに対する連携した状態におけるＣＢ及びＡＡの増大の影響を示す同一の高電力工具の例示的な効率−トルク波形図を示す。
【図１３Ｆ】一実施形態による、可変ＣＢ／ＡＡを使用した例示的な高電力工具の例示的な改善された速度−トルク波形図を示す。
【図１３Ｇ】一代替実施形態による、可変ＣＢ／ＡＡを使用した同一の高電力工具の別の改善された速度−トルク波形図を示す。
【図１４Ａ】一代替実施形態による、様々なＣＢ及びＡＡ値に基づいた例示的な電動工具における例示的な最大電力出力等高線図を示す。
【図１４Ｂ】一代替実施形態による、様々なＣＢ及びＡＡ値に基づいた同一の電動工具における例示的な効率等高線図を示す。
【図１４Ｃ】一代替実施形態による、様々なＣＢ及びＡＡ値に基づいた同一の電動工具における例示的な組み合わせられた効率及び最大電力出力等高線図を示す。
【図１４Ｄ】一代替実施形態による、様々な入力電圧レベルにおける最適な組み合わせられた効率及び最大電力出力等高線を示す例示的な等高線図を示す。
【図１５Ａ】一実施形態による、負荷印加状態においてモーター制御回路に供給される整流されたＡＣ波形の例示的な波形図を示す。
【図１５Ｂ】一実施形態による、整流されたＡＣ電力ライン（ここでは、ＤＣバスラインと呼称される）上における相対的に大きなコンデンサを使用した例示的な整流された電圧波形図及び対応する電流波形図を示す。
【図１５Ｃ】一実施形態による、ＤＣバスライン上における相対的に中間サイズのコンデンサを使用した例示的な整流された電圧波形図及び対応する電流波形図を示す。
【図１５Ｄ】一実施形態による、ＤＣバスライン上における相対的に小さなコンデンサを使用した例示的な整流された電圧波形図及び対応する電流波形図を示す。
【図１５Ｅ】一実施形態による、様々なＲＭＳ電流定格における電力出力／静電容量及び平均ＤＣバス電圧／静電容量波形を示す例示的な組み合わせられた図を示す。
【図１６】変換可能電池パックの例示的な一実施形態の斜視図である。
【図１７】図１６の変換可能電池パックに接続された低定格電圧工具の例示的な一実施形態の斜視図である。
【図１８】変換可能電池パックの例示的な一実施形態に接続された中間定格電圧工具の例示的な一実施形態の斜視図である。
【図１９ａ】例示的な低定格電圧電動工具の電池コンセントの部分切欠き斜視図である。
【図１９ｂ】例示的な中間定格電圧電動工具の電池コンセントの部分切欠き斜視図である。
【図２０Ａ】例示的な変換可能電池パックに接続された例示的な中間定格電圧電動工具の部分切欠き斜視図である。
【図２０Ｂ】（記載なし）
【図２０Ｃ】（記載なし）
【図２０Ｄ】（記載なし）
【図２１Ａ】低電圧／高容量セル構成及び中間電圧／低容量セル構成における第１変換可能電池の例示的な単純化された回路図である。
【図２１Ｂ】低電圧／高容量セル構成及び中間電圧／低容量セル構成における第２変換可能電池の例示的な単純化された回路図である。
【図２１Ｃ】低電圧／高容量セル構成及び中間電圧／低容量セル構成における第３変換可能電池の例示的な単純化された回路図である。
【図２１Ｄ】低電圧／高容量セル構成及び中間定格電圧／低容量セル構成における第４変換可能電池の例示的な単純化された回路図である。
【図２１Ｅ】低電圧／高容量セル構成及び中間定格電圧／高容量セル構成における変換可能電池の例示的な単純化された包括的な回路図である。
【図２２ａ】例示的な変換可能電池パック及び例示的なコンバータ要素の斜視図である。
【図２２ｂ】例示的な変換可能電池の斜視図である。
【図２２ｃ】図２２ｂの拡大図である。
【図２３ａ】第１構成における例示的な変換可能電池の第２端子ブロック及び例示的なコンバータ要素の斜視図である。
【図２３ｂ】第２構成における例示的な変換可能電池の第２端子ブロック及び例示的なコンバータ要素の斜視図である。
【図２３ｃ】第３構成における例示的な変換可能電池の第２端子ブロック及び例示的なコンバータ要素の斜視図である。
【図２４ａ】図２３ａに対応する例示的な変換可能電池パック及び例示的な中間定格電圧又は高定格電圧又は極高定格電圧電動工具の部分回路図／部分ブロック図である。
【図２４ｂ】図２３ｂに対応する例示的な変換可能電池パック及び例示的な中間定格電圧又は高定格電圧又は極高定格電圧電動工具の部分回路図／部分ブロック図である。
【図２４ｃ】図２３ｃに対応する例示的な変換可能電池パック及び例示的な中間定格電圧又は高定格電圧又は極高定格電圧電動工具の部分回路図／部分ブロック図である。
【図２５ａ】例示的な変換可能電池パック及び例示的なコンバータ要素の斜視図である。
【図２５ｂ】例示的な変換可能電池の斜視図である。
【図２５ｃ】図２５ｂの拡大図である。
【図２６ａ】第１構成における例示的な変換可能電池の第２端子ブロック及び例示的なコンバータ要素の斜視図である。
【図２６ｂ】第２構成における例示的な変換可能電池の第２端子ブロック及び例示的なコンバータ要素の斜視図である。
【図２６ｃ】第３構成における例示的な変換可能電池の第２端子ブロック及び例示的なコンバータ要素の斜視図である。
【図２７ａ】図２７ａに対応する例示的な変換可能電池パック及び例示的な中間定格電圧又は高定格電圧又は極高定格電圧電動工具の部分回路図／部分ブロック図である。
【図２７ｂ】図２６ｂに対応する例示的な変換可能電池パック及び例示的な中間定格電圧又は高定格電圧又は極高定格電圧電動工具の部分回路図／部分ブロック図である。
【図２７ｃ】図２６ｃに対応する例示的な変換可能電池パック及び例示的な中間定格電圧又は高定格電圧又は極高定格電圧電動工具の部分回路図／部分ブロック図である。
【図２８ａ】変換可能電池パック及び例示的な中間定格電圧又は高定格電圧又は極高定格電圧電動工具の代替の例示的な一実施形態の部分回路図／部分ブロック図を示す。
【図２８ｂ】変換可能電池パック及び例示的な中間定格電圧又は高定格電圧又は極高定格電圧電動工具の代替の例示的な一実施形態の部分回路図／部分ブロック図を示す。
【図２８ｃ】変換可能電池パック及び例示的な中間定格電圧又は高定格電圧又は極高定格電圧電動工具の代替の例示的な一実施形態の部分回路図／部分ブロック図を示す。
【図２９ａ】変換可能電池パック及び例示的な中間定格電圧又は高定格電圧又は極高定格電圧電動工具の代替の例示的な一実施形態の部分回路図／部分ブロック図を示す。
【図２９ｂ】変換可能電池パック及び例示的な中間定格電圧又は高定格電圧又は極高定格電圧電動工具の代替の例示的な一実施形態の部分回路図／部分ブロック図を示す。
【図２９ｃ】変換可能電池パック及び例示的な中間定格電圧又は高定格電圧又は極高定格電圧電動工具の代替の例示的な一実施形態の部分回路図／部分ブロック図を示す。
【図３０】変換可能電池パック及び例示的な中間定格電圧又は高定格電圧又は極高定格電圧電動工具の代替の例示的な一実施形態のブロック図を示す。
【図３１】変換可能電池パックの代替の例示的な一実施形態のブロック図を示す。
【図３２ａ】低電圧／高容量セル構成及び中間電圧／低容量セル構成における変換可能電池の例示的な単純化された回路図を示す。
【図３２ｂ】低電圧／高容量セル構成及び中間電圧／低容量セル構成における変換可能電池の例示的な単純化された回路図を示す。
【図３２ｃ】低電圧／高容量セル構成及び中間定格電圧／高容量セル構成における変換可能電池の例示的な単純化された包括的な回路図を示す。
【図３３】高電圧ＤＣ出力を生成するべくコンバータボックスを利用した電動工具システムの例示的な一代替実施形態を示す。
【図３４】変換可能電池パックの例示的な一実施形態の図である。
【図３５】図３４の例示的な実施形態の別の図である。
【図３６】図３６ａ及び図３６ｂは、第１セル構成及び第２セル構成における変換可能電池の例示的な一実施形態の回路図である。
【図３７】図３７ａ及び図３７ｂは、第１セル構成及び第２セル構成における変換可能電池の別の例示的な実施形態の回路図である。
【図３８】図３４の例示的な実施形態の詳細部分図である。
【図３９ａ】変換可能電池パックと結合しうる例示的な電気装置の一部分の図である。
【図３９ｂ】変換可能電池パックと結合しうる例示的な電気装置の一部分の図である。
【図３９ｃ】変換可能電池パックと結合しうる例示的な電気装置の一部分の図である。
【図４０】ハウジングの一部が除去された状態における変換可能電池パックの例示的な一実施形態の図である。
【図４１】図４１ａ及び図４１ｂは、変換可能電池パックの第１構成及び変換可能電池パックの第２構成を示す図４０の例示的な実施形態の図である。
【図４２】コンバータ要素が除去された状態における図４０の例示的な実施形態の図である。
【図４３】図４３ａ及び図４３ｂは、電池パックの第１構成及び電池パックの第２構成を示す図４２の例示的な実施形態の図である。
【図４４ａ】変換可能電池の例示的な一実施形態の側面図である。
【図４４ｂ】変換可能電池の例示的な一実施形態の側面図である。
【図４５ａ】コンバータ要素の例示的な実施形態の図である。
【図４５ｂ】コンバータ要素の例示的な実施形態の図である。
【図４５ｃ】コンバータ要素の例示的な実施形態の図である。
【図４５ｄ】コンバータ要素の例示的な実施形態の図である。
【図４６ａ】例示的な変換可能電池パックの変換プロセスの５つの例示的なステージにおける、端子ブロック、並びに例示的な変換可能電池パックの端子、接触パッドレイアウト、及び接点の例示的な一実施形態である。
【図４６ｂ】例示的な変換可能電池パックの変換プロセスの５つの例示的なステージにおける、端子ブロック、並びに例示的な変換可能電池パックの端子、接触パッドレイアウト、及び接点の例示的な一実施形態である。
【図４６ｃ】例示的な変換可能電池パックの変換プロセスの５つの例示的なステージにおける、端子ブロック、並びに例示的な変換可能電池パックの端子、接触パッドレイアウト、及び接点の例示的な一実施形態である。
【図４６ｄ】例示的な変換可能電池パックの変換プロセスの５つの例示的なステージにおける、端子ブロック、並びに例示的な変換可能電池パックの端子、接触パッドレイアウト、及び接点の例示的な一実施形態である。
【図４６ｅ】例示的な変換可能電池パックの変換プロセスの５つの例示的なステージにおける、端子ブロック、並びに例示的な変換可能電池パックの端子、接触パッドレイアウト、及び接点の例示的な一実施形態である。
【図４７】例示的な変換可能電池パックのスイッチングネットワーク用の例示的な接続テーブルの表である。
【図４８ａ】変換可能電池パックの代替の例示的な一実施形態の図である。
【図４８ｂ】変換可能電池パックの代替の例示的な一実施形態の図である。
【図４９ａ】変換可能電池パックと結合しうる電気装置の一部分の図である。
【図４９ｂ】変換可能電池パックと結合しうる電気装置の一部分の図である。
【図４９ｃ】変換可能電池パックと結合しうる電気装置の一部分の図である。
【図４９ｄ】変換可能電池パックと結合しうる電気装置の一部分の図である。
【図５０ａ】電池パックハウジングが除去された状態における変換可能電池パックの例示的な一実施形態の図である。
【図５０ｂ】電池パックハウジングが除去された状態における変換可能電池パックの例示的な一実施形態の図である。
【図５０ｃ】電池パックハウジングが除去された状態における変換可能電池パックの例示的な一実施形態の図である。
【図５１】変換可能電池パックの例示的な端子ブロック及び端子の図である。
【図５２ａ】図５１の例示的な端子ブロック及び端子の、端子ブロックの一部分及び端子のサブセットの図である。
【図５２ｂ】図５１の例示的な端子ブロック及び端子の、端子ブロックの一部分及び端子のサブセットの図である。
【図５３ａ】変換可能電池パックの端子ブロックと結合しうる電気装置の例示的な端子ブロック及び端子である。
【図５３ｂ】変換可能電池パックの端子ブロックと結合しうる電気装置の例示的な端子ブロック及び端子である。
【図５３ｃ】変換可能電池パックの端子ブロックと結合しうる電気装置の例示的な端子ブロック及び端子である。
【図５３ｄ】変換可能電池パックの端子ブロックと結合しうる電気装置の例示的な端子ブロック及び端子である。
【図５４ａ】図５３の例示的な端子の組である。
【図５４ｂ】図５３の例示的な端子の組である。
【図５４ｃ】図５３の例示的な端子の組である。
【図５５ａ】図５４の例示的な端子の代替図である。
【図５５ｂ】図５４の例示的な端子の代替図である。
【図５５ｃ】図５４の例示的な端子の代替図である。
【図５５ｄ】図５４の例示的な端子の代替図である。
【図５６ａ】第１係合位置における変換可能電池パックの例示的な電池端子及び電気装置の例示的な端子の図である。
【図５６ｂ】第１係合位置における変換可能電池パックの例示的な電池端子及び電気装置の例示的な端子の図である。
【図５７ａ】第２係合位置における図５６の例示的な電池端子及び例示的な電気装置端子の図である。
【図５７ｂ】第２係合位置における図５６の例示的な電池端子及び例示的な電気装置端子の図である。
【図５８ａ】第３係合位置における図５６の例示的な電池端子及び例示的な電気装置端子の図である。
【図５８ｂ】第３係合位置における図５６の例示的な電池端子及び例示的な電気装置端子の図である。
【図５９ａ】電池パックハウジングが除去された状態における変換可能電池パックの代替の例示的な一実施形態の図である。
【図５９ｂ】電池パックハウジングが除去された状態における変換可能電池パックの代替の例示的な一実施形態の図である。
【図５９ｃ】電池パックハウジングが除去された状態における変換可能電池パックの代替の例示的な一実施形態の図である。
【図６０】変換可能電池パックの例示的な端子ブロック及び端子の斜視図である。
【図６１ａ】図６０の例示的な端子ブロック及び端子の、端子ブロックの一部分及び端子のサブセットの図である。
【図６１ｂ】図６０の例示的な端子ブロック及び端子の、端子ブロックの一部分及び端子のサブセットの図である。
【図６２ａ】変換可能電池パックの端子ブロックと結合しうる電気装置の例示的な端子ブロック及び端子である。
【図６２ｂ】変換可能電池パックの端子ブロックと結合しうる電気装置の例示的な端子ブロック及び端子である。
【図６２ｃ】変換可能電池パックの端子ブロックと結合しうる電気装置の例示的な端子ブロック及び端子である。
【図６２ｄ】変換可能電池パックの端子ブロックと結合しうる電気装置の例示的な端子ブロック及び端子である。
【図６３ａ】図６２の例示的な端子の組である。
【図６３ｂ】図６２の例示的な端子の組である。
【図６３ｃ】図６２の例示的な端子の組である。
【図６４ａ】図６３の例示的な端子の代替図である。
【図６４ｂ】図６３の例示的な端子の代替図である。
【図６４ｃ】図６３の例示的な端子の代替図である。
【図６４ｄ】図６３の例示的な端子の代替図である。
【図６５】係合前の例示的な変換可能電池パックの電池端子の組及び例示的な電気装置の端子の組の図である。
【図６６】第１係合位置における図６５の例示的な電池端子の組及び例示的な電気装置端子の組の図である。
【図６７】第２係合位置における図６５の例示的な電池端子の組及び例示的な電気装置端子の組の図である。
【図６８】変換可能電池パックの例示的な一実施形態の図である。
【図６９ａ】図６８の例示的な電池パック及び例示的な中間定格電圧電動工具の工具足部の図である。
【図６９ｂ】図６８の例示的な電池パック及び例示的な中間定格電圧電動工具の工具足部の図である。
【図７０】結合位置における図６９の例示的な電池パック及び工具足部の図である。
【図７１ａ】図７０の例示的な電池パック及び工具足部の断面図である。
【図７１ｂ】図７０の例示的な電池パック及び工具足部の断面図である。
【図７２】図６８の例示的な変換可能電池パックの分解図である。
【図７３】図６８の例示的な変換可能電池パックの電池の例示的な一実施形態の図である。
【図７４】図７３の例示的な電池の分解図である。
【図７５ａ】図７３の例示的な電池のセルホルダ及び電池セルの側面図である。
【図７５ｂ】図７３の例示的な電池のセルホルダ及び電池セルの側面図である。
【図７６ａ】低定格電圧構成における本開示の例示的な電池の単純化された回路図である。
【図７６ｂ】中間定格電圧構成における本開示の例示的な電池の単純化された回路図である。
【図７７ａ】低定格電圧構成における図７３の例示的な電池の変換メカニズムの詳細図である。
【図７７ｂ】中間定格電圧構成における図７３の例示的な電池の変換メカニズムの詳細図である。
【図７８】図７３の例示的な電池の変換サブシステムの分解図である。
【図７９】図７９ａ、図７９ｂ、図７９ｃ、図７９ｄ、図７９ｅは、図７８のコンバータ要素及びコンバータ要素のスイッチング接点の図である。
【図８０ａ】図７８の変換サブシステムの支持基板の図である。
【図８０ｂ】図７８の変換サブシステムの支持基板の図である。
【図８０ｃ】図７８の変換サブシステムの支持基板の図である。
【図８０ｄ】図７８の変換サブシステムの支持基板の図である。
【図８１ａ】図７８の変換サブシステムの支持基板の製造ステップを示す。
【図８１ｂ】図７８の変換サブシステムの支持基板の製造ステップを示す。
【図８１ｃ】図７８の変換サブシステムの支持基板の製造ステップを示す。
【図８１ｄ】図７８の変換サブシステムの支持基板の製造ステップを示す。
【図８２】図７４の変換サブシステムの支持基板の平面図である。
【図８３】図７４の変換サブシステムの支持基板の代替平面図である。
【図８４ａ】図６８の例示的な電池パックの単純化された回路図及びブロック図である。
【図８４ｂ】図６８の例示的な電池パックの単純化された回路図及びブロック図である。
【図８４ｃ】図６８の例示的な電池パックの単純化された回路図及びブロック図である。
【図８５ａ】低定格電圧構成から中間定格電圧構成に変換するのに伴う図６８の例示的な電池パックの変換メカニズムの状態を示す。
【図８５ｂ】低定格電圧構成から中間定格電圧構成に変換するのに伴う図６８の例示的な電池パックの変換メカニズムの状態を示す。
【図８５ｃ】低定格電圧構成から中間定格電圧構成に変換するのに伴う図６８の例示的な電池パックの変換メカニズムの状態を示す。
【図８５ｄ】低定格電圧構成から中間定格電圧構成に変換するのに伴う図６８の例示的な電池パックの変換メカニズムの状態を示す。
【図８５ｅ】低定格電圧構成から中間定格電圧構成に変換するのに伴う図６８の例示的な電池パックの変換メカニズムの状態を示す。
【図８５ｆ】低定格電圧構成から中間定格電圧構成に変換するのに伴う図６８の例示的な電池パックの変換メカニズムの状態を示す。
【図８６ａ】図６９の例示的な中間定格電圧工具の例示的な端子ブロックの斜視図を示す。
【図８６ｂ】図６９の例示的な中間定格電圧工具の例示的な端子ブロックの斜視図を示す。
【図８７ａ】図９６の端子及び端子ブロックの正面図である。
【図８７ｂ】図９６の端子及び端子ブロックの正面図である。
【図８８ａ】図９６の端子及び端子ブロックの背面図である。
【図８８ｂ】図９６の端子及び端子ブロックの背面図である。
【図８９ａ】図９６の端子及び端子ブロックの平面図である。
【図８９ｂ】図９６の端子及び端子ブロックの平面図である。
【図９０ａ】代替の例示的な変換サブシステムを有する図７３の例示的な電池の単純化された回路図及びブロック図である。
【図９０ｂ】代替の例示的な変換サブシステムを有する図７３の例示的な電池の単純化された回路図及びブロック図である。
【図９１ａ】代替の例示的な変換サブシステムを有する図７３の例示的な電池の単純化された回路図及びブロック図である。
【図９１ｂ】代替の例示的な変換サブシステムを有する図７３の例示的な電池の単純化された回路図及びブロック図である。
【図９１ｃ】代替の例示的な変換サブシステムを有する図７３の例示的な電池の単純化された回路図及びブロック図である。
【図９２ａ】代替の例示的な変換サブシステムを有する図７３の例示的な電池の単純化された回路図及びブロック図である。
【図９２ｂ】代替の例示的な変換サブシステムを有する図７３の例示的な電池の単純化された回路図及びブロック図である。
【図９２ｃ】代替の例示的な変換サブシステムを有する図７３の例示的な電池の単純化された回路図及びブロック図である。
【図９３ａ】代替の例示的な変換サブシステムを有する図７３の例示的な電池の単純化された回路図及びブロック図である。
【図９３ｂ】代替の例示的な変換サブシステムを有する図７３の例示的な電池の単純化された回路図及びブロック図である。
【図９４ａ】代替の例示的な変換サブシステムを有する図７３の例示的な電池の単純化された回路図及びブロック図である。
【図９４ｂ】代替の例示的な変換サブシステムを有する図７３の例示的な電池の単純化された回路図及びブロック図である。
【図９５ａ】代替の例示的な変換サブシステムを有する図７３の例示的な電池の単純化された回路図及びブロック図である。
【図９５ｂ】代替の例示的な変換サブシステムを有する図７３の例示的な電池の単純化された回路図及びブロック図である。
【図９６ａ】代替の例示的な変換可能電池パックである。
【図９６ｂ】代替の例示的な変換可能電池パックである。
【図９７ａ】図９６の電池パックの例示的な変換サブシステムを示す。
【図９７ｂ】図９６の電池パックの例示的な変換サブシステムを示す。
【図９７ｃ】図９６の電池パックの例示的な変換サブシステムを示す。
【図９７ｄ】図９６の電池パックの例示的な変換サブシステムを示す。
【図９７ｅ】図９６の電池パックの例示的な変換サブシステムを示す。
【図９７ｆ】図９６の電池パックの例示的な変換サブシステムを示す。
【図９７ｇ】図９６の電池パックの例示的な変換サブシステムを示す。
【図９８ａ】図３０の変換サブシステムの例示的なコンバータ要素を示す。
【図９８ｂ】図３０の変換サブシステムの例示的なコンバータ要素を示す。
【図９９ａ】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図９９ｂ】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図９９ｃ】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図９９ｄ】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図１００ａ】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図１００ｂ】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図１００ｃ】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図１００ｄ】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図１０１ａ１】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図１０１ａ２】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図１０１ｂ１】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図１０１ｂ２】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図１０２ａ１】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図１０２ａ２】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図１０２ｂ１】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図１０２ｂ２】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図１０３】図１０３ａ、図１０３ｂ、及び図１０３ｃは、代替例示的な変換サブシステムを示す。
【図１０４ａ】低定格電圧構成における代替の例示的な変換システムを示す。
【図１０４ｂ】低定格電圧構成における代替の例示的な変換システムを示す。
【図１０５ａ】中間定格電圧構成における図１０４の代替の例示的な変換システムを示す。
【図１０５ｂ】中間定格電圧構成における図１０４の代替の例示的な変換システムを示す。
【図１０６ａ】変換可能電池パックを変換するためのシステムを示す。
【図１０６ｂ】変換可能電池パックを変換するためのシステムを示す。
【図１０６ｃ】変換可能電池パックを変換するためのシステムを示す。
【図１０６ｄ】変換可能電池パックを変換するためのシステムを示す。
【図１０６ｅ】変換可能電池パックを変換するためのシステムを示す。
【図１０６ｆ】変換可能電池パックを変換するためのシステムを示す。
【図１０６ｇ】変換可能電池パックを変換するためのシステムを示す。
【図１０７】従来の接点打ち抜き加工材を示す。
【図１０８】本開示の接点打ち抜き加工材を示す。
【図１０９】組み立てられた状態における図１０８の接点打ち抜き加工材を示す。
【図１１０】製品内における図１０９の接点打ち抜き加工材を示す。
【図１１１】ＡＣ／ＤＣ電源をＡＣ／ＤＣ電動工具に結合するためのＡＣ／ＤＣ電動工具インターフェイスの例示的な一実施形態を示す。
【図１１２】図１１１のＡＣ／ＤＣ電動工具インターフェイスの内部図を示す。
【図１１３】図１１１のＡＣ／ＤＣ電動工具インターフェイスの代替の内部図を示す。
【図１１４】ＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的な一実施形態に結合された図１１１のＡＣ／ＤＣ電動工具インターフェイスを示す。
【図１１５】ＡＣ／ＤＣ電動工具をＡＣ電源及び／又はＤＣ電池パック電源に結合するための電源インターフェイスの例示的な一実施形態を示す。
【図１１６】ＤＣ電池パック電源の例示的な一実施形態に結合された図１１５の電源インターフェイスを示す。
【図１１７】ＤＣ電池パック電源の２つの例示的な実施形態に結合された図１１５の電源インターフェイスを示す。
【図１１８】変換可能電池パックの変換可能電池の例示的な一実施形態の電子モジュールの部分回路図を示す。
【図１１９】図１１８の変換可能電池の電子モジュールの監視回路の例示的な一実施形態の部分回路図を示す。
【図１２０】図１１８の変換可能電池の電子モジュールの監視回路の一代替実施形態の部分回路図を示す。
【図１２１Ａ】変換可能電池パックの変換可能電池の代替の例示的な一実施形態の電子モジュールの部分回路図を示す。
【図１２１Ｂ】変換可能電池パックの変換可能電池の代替の例示的な一実施形態の電子モジュールの部分回路図を示す。
【図１２１Ｃ】変換可能電池パックの変換可能電池の代替の例示的な一実施形態の電子モジュールの部分回路図を示す。
【図１２２】図１２１の変換可能電池の電子モジュールの監視回路の例示的な一実施形態の部分回路図を示す。
【図１２３】図１２１の変換可能電池の電子モジュールの監視及び制御回路の例示的な一実施形態の部分回路図を示す。
【図１２４Ａ】例示的な変換可能電池パックの変換サブシステムの例示的な一実施形態を示す。
【図１２４Ｂ】例示的な変換可能電池パックの変換サブシステムの例示的な一実施形態を示す。
【図１２４Ｃ】例示的な変換可能電池パックの変換サブシステムの例示的な一実施形態を示す。
【図１２５】本発明のセルスイッチの例示的な一実施形態の部分回路図を示す。
【図１２６】本発明のセルスイッチの代替の例示的な一実施形態の部分回路図を示す。
【図１２７Ａ】本発明の変換可能電池パックの変換可能電池のスイッチングネットワークの例示的な一実施形態を示す。
【図１２７Ｂ】本発明の変換可能電池パックの変換可能電池のスイッチングネットワークの例示的な一実施形態を示す。
【図１２８】（記載なし）
【図１２９】（記載なし）
【図１３０】（記載なし）
【図１３１】（記載なし）
【図１３２】（記載なし）
【図１３３Ａ】（記載なし）
【図１３３Ｂ】（記載なし）
【図１３４Ａ】（記載なし）
【図１３４Ｂ】（記載なし）
【図１３５】（記載なし）
【図１３６】（記載なし）
【図１３７】（記載なし）
【図１３８】（記載なし）
【図１３９Ａ】（記載なし）
【図１３９Ｂ】（記載なし）
【図１４０Ａ】（記載なし）
【図１４０Ｂ】（記載なし）
【図１４１】（記載なし）
【図１４２Ａ】（記載なし）
【図１４２Ｂ】（記載なし）
【発明を実施するための形態】
【０２３３】
Ｉ．電動工具システム。
図１Ａを参照すれば、一実施形態においては、電動工具システム１は、電動工具１０の組（ＤＣ電動工具１０Ａ及びＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂを含む）と、電源２０の組（ＤＣ電池パック電源２０Ａ及びＡＣ電源２０Ｂを含む）と、電池パック充電器３０の組と、を含む。電動工具、電源、及び電池パック充電器のそれぞれは、定格電圧を有するものと表現されうる。本出願において使用されている定格電圧は、文脈に応じて、公表電圧（ａｄｖｅｒｔｉｓｅｄ  ｖｏｌｔａｇｅ）、動作電圧、公称電圧、又は最大電圧のうちの１つ又は複数を意味しうる。また、定格電圧は、単一の電圧、いくつかの個別の電圧、又は電圧の１つ若しくは複数の範囲を包含しうる。本出願において使用されている定格電圧は、これらの電圧のタイプのうちのいずれか又はこれらの電圧のタイプのうちのいずれかのものの範囲を意味しうる。
【０２３４】
公表電圧：電動工具、電池パック、及び充電器に関して、公表電圧は、一般に、ユーザーが、いずれの電動工具、電池パック、及び充電器が、互いに動作することになるのかについて通知されるように、製造者又は販売者により、これらの製品用のラベル、パッケージング、ユーザーマニュアル、指示書、広告、マーケティング、又はその他のサポート文書上において表示される電圧を意味している。公表電圧は、いずれの電動工具、電池パック、及び充電器が、互いに動作することになるのかをユーザーに対して通知する数値的な電圧値を含んでもよく、又は、別の単語、フレーズ、英数文字の組合せ、アイコン、若しくはロゴを含んでもよい。いくつかの実施形態においては、後述するように、電動工具、電池パック、又は充電器は、単一の公表電圧（例えば、２０Ｖ）、公表電圧の範囲（例えば、２０Ｖ〜６０Ｖ）、又は複数の別個の公表電圧（例えば、２０Ｖ／６０Ｖ）を有しうる。また、更に後述するように、電動工具は、ＤＣ電源及びＡＣ電源の両方と共に動作することになることを通知する表記（例えば、ＡＣ／ＤＣ又はＡＣ／６０Ｖ）を伴って広告又はラベル付与されてもよい。また、ＡＣ電源も、公表電圧を有するものと表現される場合があり、これは、所与の国において、一般的な用語法として、ＡＣ商用電源電圧であると一般に知られている電圧（例えば、米国における１２０ＶＡＣ及び欧州における２２０ＶＡＣ〜２４０ＶＡＣ）である。
【０２３５】
動作電圧：電動工具の場合には、動作電圧は、一般に、電動工具、そのモーター、及びその電子構成要素が動作するように設計されている１つ又は複数のＡＣ及び／又はＤＣ電源の電圧又は電圧の範囲を意味している。例えば、１２０ＶＡＣ／ＤＣ工具として広告されている電動工具は、９２Ｖ〜１３２Ｖの動作電圧レンジを有しうる。また、電動工具の動作電圧は、電動工具に結合される複数の電源の動作電圧の集合体を意味しうる（例えば、１２０Ｖ電動工具は、直列状態において接続された２つの６０Ｖ電池パックを使用して動作可能でありうる）。電池パック及び充電器の場合には、動作電圧は、電池パック又は充電器が動作するように設計されているＤＣ電圧又はＤＣ電圧の範囲を意味している。例えば、２０Ｖ電池パック又は充電器として広告された電池パック又は充電器は、１７Ｖ〜１９Ｖの動作電圧レンジを有しうる。ＡＣ電源の場合には、動作電圧は、ＡＣ波形の電圧値の二乗平均（ＲＭＳ：Ｒｏｏｔ−Ｍｅａｎ−Ｓｑｕａｒｅ）及び／又はＡＣ波形の各正のハーフサイクル内における平均電圧を意味しうる。例えば、１２０ＶＡＣ商用電源は、１２０ＶのＲＭＳ動作電圧及び１０８Ｖの平均正動作電圧を有するものと表現されうる。
【０２３６】
公称電圧：電池パックの場合には、公称電圧は、一般に、電池パックから出力される平均ＤＣ電圧を意味している。例えば、１７Ｖ〜１９Ｖの動作電圧を有する２０Ｖ電池パックとして広告された電池パックは、１８Ｖの公称電圧を有しうる。ＡＣ電源の場合には、動作電圧は、ＡＣ波形の電圧値の二乗平均（ＲＭＳ）及び／又はＡＣ波形の各正のハーフサイクル内における平均電圧を意味しうる。例えば、１２０ＶＡＣ商用電源は、１２０ＶのＲＭＳ公称電圧及び１０８Ｖの平均正公称電圧を有すると表現されうる。
【０２３７】
最大電圧：電池パックの場合には、最大電圧は、電池パックの完全に充電された電圧を意味しうる。例えば、２０Ｖ電池パックとして広告された電池パックは、２０Ｖの完全に充電された最大電圧を有しうる。充電器の場合には、最大電圧は、電池パックが充電器によって充電されうる最大電圧を意味しうる。例えば、２０Ｖ充電器は、２０Ｖの最大充電電圧を有しうる。
【０２３８】
また、電動工具、電池パック、及び充電器の特定の構成要素は、それ自体が、電圧定格を有すると表現されてもよく、そのそれぞれは、公表電圧、動作電圧、公称電圧、又は最大電圧のうちの１つ又は複数を意味しうることにも留意されたい。これらの構成要素の各ものの定格電圧は、単一の電圧、いくつかの別個の電圧、又は電圧の１つ又は複数の範囲を包含しうる。これらの電圧定格は、電動工具、電池パック、及び充電器の定格電圧と同一であってもよく、又は、異なっていてもよい。例えば、電動工具のモーターは、モーターが動作するように設計されたその独自の動作電圧又は電圧の範囲を有するものと表現されうる。モーターの定格電圧は、電動工具の動作電圧又は電圧レンジと同一であってもよく、又は、異なっていてもよい。例えば、６０Ｖ〜１２０Ｖの電圧定格を有する電動工具は、６０Ｖ〜１２０Ｖの動作電圧を有するモーター又は９０Ｖ〜１００Ｖの動作電圧を有するモーターを有しうる。
【０２３９】
また、電動工具、電源、及び充電器は、電圧以外の特徴の定格を有してもよい。例えば、電動工具は、出力電力（例えば、引用によって包含される米国特許第７，４９７，２７５号明細書において記述されている最大ワット出力（ＭＷＯ：Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｗａｔｔｓ  Ｏｕｔ））などのモーターの性能又は所与の負荷条件下におけるモーターの速度の定格を有しうる。別の例においては、電池パックは、定格容量を有する場合があり、これは、電池パック内において保存される合計エネルギーを意味している。電池パックの定格容量は、個々のセルの定格容量と、セルが電気的に接続される方式と、に依存しうる。
【０２４０】
また、本出願は、低、中間、高、及び極高などの相対的な用語を使用することにより、電圧（及び、その他の特徴）の定格に言及する。低定格、中間定格、高定格、及び極高定格という用語は、電動工具、電池パック、ＡＣ電源、充電器、及びそれらの構成要素の様々な定格の間における相対的な関係を示すべく使用される相対的な用語であり、いかなる特定の数値又は範囲に限定されることを意図したものではない。例えば、低定格電圧は、一般に、中間定格電圧よりも低く、中間定格電圧は、一般に、高定格電圧よりも低く、高定格電圧は、一般に、極高定格電圧よりも低いことを理解されたい。特定の一実施形態においては、異なる定格電圧は、相互の関係において整数倍又は約数であってもよい。例えば、中間定格電圧は、低定格電圧の整数倍であってもよく、高定格電圧は、中間定格電圧の整数倍であってもよい。例えば、低定格電圧は、２０Ｖであってもよく、中間定格電圧は、６０Ｖ（３×２０Ｖ）であってもよく、高定格電圧は、１２０Ｖ（２×６０Ｖ及び６×２０Ｖ）であってもよい。本出願においては、表記「ＸＹ」が、しばしば、低、中間、高、及び極高という用語の一般的な表記として使用される場合がある。
【０２４１】
いくつかの例においては、電動工具、電源、又は充電器は、複数の定格電圧を有するものと表現される場合がある。例えば、電動工具又は電池パックは、低／中間定格電圧又は中間／高定格電圧を有しうる。更に詳細に後述するように、この複数の定格は、複数の最大、公称、若しくは実際の電圧、若しくは複数の公表電圧を有する、又は、相互に異なる定格電圧を有する２つ以上の電動工具、電池パック、ＡＣ電源、若しくは充電器と共に動作するように構成された、電動工具、電源又は充電器を意味している。例えば、中間／高定格電圧電動工具は、中間及び高電圧を有するものとしてラベル付与されてもよく、且つ、中間定格電圧電池パック又は高定格電圧ＡＣ電源と共に動作するように構成されてもよい。複数の定格電圧は、定格電圧が、２つの異なる定格電圧に跨る範囲を有すること、又は、定格電圧が、２つの別個の異なる定格値を有すること、を意味しうることを理解されたい。
【０２４２】
また、本出願は、しばしば、電動工具、電源、充電器、又はこれらの構成要素のうちの第１のものを、電動工具、電源、充電器、又はこれらの構成要素のうちの第２のものの第２定格電圧に対応した、マッチングした、又は等価である、第１定格電圧を有するものとして、言及している。この比較は、一般に、第２定格電圧の１つ若しくは複数の値又は１つ若しくは複数の値範囲に実質的に等しい、オーバーラップしている、又は含まれている１つ若しくは複数の値又は１つ若しくは複数の値範囲を有する第１定格電圧を意味している、又は、電動工具、電源、充電器、若しくは構成要素のうちの第１のものが、電動工具、電源、充電器、又はこれらの構成要素のうちの第２のものと共に動作するように構成されていることを意味している。例えば、１２０Ｖ（公表）又は９０Ｖ〜１３２Ｖ（動作）の定格電圧を有するＡＣ／ＤＣ電動工具は、１２０Ｖ（公表及び最大）、１０８Ｖ（公称）、又は１０２Ｖ〜１２０Ｖ（動作）の合計定格電圧を有する電池パックのペアに対応してもよく、１００ＶＡＣ〜１２０ＶＡＣの範囲の定格電圧を有するいくつかのＡＣ電源に対応してもよい。
【０２４３】
逆に、本出願は、しばしば、電動工具、電源、充電器、又はこれらの構成要素のうちの第１のものを、電動工具、電源、充電器、又はこれらの構成要素のうちの第２のものの第２定格電圧に対応していない、異なっている、又は等価ではない第１定格電圧を有するものとして、言及している。これらの比較は、一般に、第２定格電圧の１つ若しくは複数の値又は１つ若しくは複数の値範囲と等しくない、オーバーラップしていない、又は含まれていない１つ若しくは複数の値又は１つ若しくは複数の値範囲を有する第１定格電圧を意味している、又は、電動工具、電源、充電器、又はこれらの構成要素のうちの第１のものが、電動工具、電源、充電器、又はこれらの構成要素のうちの第２のものと共に動作するように構成されていないことを意味している。例えば、１２０Ｖ（公表）又は９０Ｖ〜１３２Ｖ（動作）の定格電圧を有するＡＣ／ＤＣ電動工具は、６０Ｖ（公表及び最大）、５４Ｖ（公称）、又は５１Ｖ〜６０Ｖ（動作）の合計定格電圧を有する電池パックに対応していない場合がある、又は、２２０ＶＡ〜２４０ＶＡＣの範囲の定格電圧を有するＡＣ電源に対応していない場合がある。
【０２４４】
図１Ａを再度参照すれば、電動工具１０は、コードレスのみ又はＤＣ電動工具１０Ａの組と、コード付き／コードレス又はＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂの組と、を含む。ＤＣ電動工具１０Ａの組は、低定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ１の組（例えば、４Ｖ、８Ｖ、１２Ｖ、１８Ｖ、２０Ｖ、２４Ｖ、及び／又は３６Ｖなどのように、４０Ｖ未満）と、中間定格電圧ＤＣ電動工具１０２Ａ２の組（例えば、４０Ｖ、５４Ｖ、６０Ｖ、７２Ｖ、及び／又は８０Ｖなどのように、４０Ｖ〜８０Ｖ）と、高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３の組（例えば、１００Ｖ、１１０Ｖ、１２０Ｖ、２２０Ｖ、２３０Ｖ、及び／又は２４０Ｖなどのように、１００Ｖ〜２４０Ｖ）と、を含んでもよい。また、高定格電圧ＤＣ電動工具は、高定格電圧ＤＣ電動工具のサブセット（例えば、米国、カナダ、メキシコ、及び日本などの場合には、１００Ｖ、１１０Ｖ、又は１２０Ｖなどのように、例えば、１００Ｖ〜１２０Ｖ）と、極高定格電圧ＤＣ電動工具のサブセット（例えば、欧州、南米、アフリカ、及びアジアの大部分の国々の場合には、２２０Ｖ、２３０Ｖ、又は２４０Ｖなどのように、例えば、２２０Ｖ〜２４０Ｖ）と、を含むと表現されうる。利便を目的として、高定格及び極高定格電圧ＤＣ電動工具は、集合的に、高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３の組として呼称される。
【０２４５】
ＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂは、一般に、工具が動作する又は販売される国々のＡＣ商用電源の定格電圧に対応した定格電圧を有する（例えば、米国、カナダ、メキシコ、及び日本などの国々においては、１００Ｖ、１１０Ｖ、又は１２０Ｖなどのように、例えば、１００Ｖ〜１２０Ｖ、並びに、欧州、南米、アジア、及びアフリカの大部分の国々においては、２２０Ｖ、２３０Ｖ、及び／又は２４０Ｖなどのように、２２０Ｖ〜２４０Ｖ）。いくつかの例においては、これらの高定格電圧ＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂは、代替的に、ＡＣ定格を有するＡＣ／ＤＣ電動工具とも呼称され、この場合に、ＡＣ定格は、ＡＣ／ＤＣ電動工具の高電圧定格が、電動工具が動作する及び／又は販売される国のＡＣ商用電源の電圧定格に対応しているという事実を意味している。利便を目的として、高定格及び極高定格電圧ＡＣ／ＤＣ電動工具は、集合的に、高定格電圧ＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂの組と呼称される。
【０２４６】
Ａ．電源
電源２０の組は、ＤＣ電池パック電源２０Ａの組と、ＡＣ電源２０Ｂの組と、を含みうる。ＤＣ電池パック電源２０Ａの組は、以下のうちの１つ又は複数を含みうる：低定格電圧電池パック２０Ａ１の組（例えば、４Ｖ、８Ｖ、１２Ｖ、２０Ｖ、２４Ｖ、及び／又は３６Ｖなどのように、４０Ｖ未満）、中間定格電圧電池パック２０Ａ２の組（例えば、４０Ｖ、５４Ｖ、６０Ｖ、７２Ｖ、及び／又は８０Ｖなどのように、４０Ｖ〜８０Ｖ）、高定格電圧電池パック２０Ａ３の組（例えば、１００Ｖ、１１０Ｖ、１２０Ｖ、２２０Ｖ、２３０Ｖ、及び／又は２４０Ｖなどのように、１００Ｖ〜１２０Ｖ及び２２０Ｖ〜２４０Ｖ）、及び変換可能電圧レンジ電池パック２０Ａ４の組（更に詳細に後述する）。ＡＣ電源２０Ｂは、工具が動作可能である及び／又は販売される国々のＡＣ電源の電圧定格（例えば、米国、カナダ、メキシコ、及び日本などの国々においては、１００Ｖ、１１０Ｖ、又は１２０Ｖなどのように、１００Ｖ〜１２０Ｖ、欧州、南米、アジア、及びアフリカの大部分の国々においては、２２０Ｖ、２３０Ｖ、及び／又は２４０Ｖなどのように、２２０Ｖ〜２４０Ｖ）に対応した高電圧定格を有する電源を含みうる。ＡＣ電源は、ＡＣ商用電源を有してもよく、又は、ＡＣ発電機又は別の携帯型ＡＣ電源などの類似の定格電圧を有する代替電源を有してもよい。
【０２４７】
ＤＣ電池パック電源２０Ａのうちの１つ又は複数は、更に後述するように、低定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ１の組、中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２の組、及び高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３の組のうちの１つ又は複数に電力供給するように構成されている。ＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂは、ＤＣ電池パック電源２０Ａのうちの１つ又は複数により、又は、ＡＣ電源２０Ｂのうちの１つ又は複数により、電力供給されうる。図１１１〜図１１４は、ＡＣ／ＤＣ電動工具１０ＢにＡＣ電源２０ＢからＡＣ電力を提供するためのＡＣ／ＤＣ電動工具インターフェイス２２Ｂの例示的な一実施形態を示している。ＡＣ／ＤＣ電動工具インターフェイ２２Ｂは、ハウジング２３と、第１端部において、２つ又は３つの分岐プラグ（図示されていない）を含み、且つ、第２端部において、ハウジング２３に結合された、コード２５と、を含む。ハウジング２３は、ＤＣ電池パック電源２０ＡのＤＣ電動工具インターフェイス２２Ａと形状及びサイズにおいて実質的に等価であるＤＣ電動工具インターフェイスのペア２７を含む。また、ハウジング２３は、ＤＣ電動工具インターフェイスのペア２７の間において位置した３つの分岐コンセント２９（又は、代替的に、２つの分岐コンセント）を含む。ＡＣ電源２０Ｂの図示されているＡＣ／ＤＣ電動工具インターフェイス２２Ｂは、図１１４及び図１１５において図示及び後述されるＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的な電源インターフェイス１６内において受け入れられる。図１１３において示されているように、ＡＣ／ＤＣ電動工具インターフェイス２２Ｂは、例えば、ガス動力型発電機などの特定のＡＣ電源からの「汚れた」ＡＣ信号を受信するための回路３１を含んでもよい。電池パック充電器３０の組は、ＤＣ電池パック電源２０Ａのうちの１つ又は複数を充電するように構成された１つ又は複数の電池パック充電器３０を含む。以下は、電源２０、電池パック充電器３０、及び電動工具１０の更に詳細な説明である。
【０２４８】
１．ＤＣ電池パック電源
図１を参照すれば、上述のように、ＤＣ電池パック電源２０Ａは、低定格電圧電池パック２０Ａ１の組と、中間定格電圧電池パック２０Ａ２の組と、高定格電圧電池パック２０Ａ３の組と、変換可能電池パック２０Ａ４の組と、を含む。各電池パックは、ハウジングと、複数のセルと、電池パックを電動工具に又は充電器に結合するように構成された電動工具インターフェイスと、を含みうる。各セルは、通常は、ボルト（Ｖ）を単位として表現される定格電圧と、通常は、アンペア−時（Ａｈ）を単位として表現される（セル内に保存されるエネルギーを意味する）定格容量と、を有する。当業者には周知のように、電池パック内のセルが直列状態において互いに接続された際には、セルの電圧は、加法的となる。セルが並列状態において互いに接続された際には、セルの容量が加法的となる。電池パックは、セルのいくつかの系統を含んでもよい。各系統内において、セルは、互いに直列状態において接続されてもよく、各系統は、その他のセルに対して並列状態において接続されてもよい。セル及びセル系統の構成、電圧、容量が、電池パックの全体的な定格電圧及び定格容量を決定する。ＤＣ電池パック電源２０Ａの各組内においては、同一の電圧を有するが、例えば、１．５アンペア−時間（Ａｈ）、２Ａｈ、３Ａｈ、又は４Ａｈなどのように、複数の異なる定格容量を有する電池パックが存在してもよい。
【０２４９】
図２Ａ〜図２Ｃは、ＤＣ電池パック電源２０Ａの組の一部である電池２４の例示的な電池セル構成を示している。これらの例は、ＤＣ電池パック電源２０Ａの各組内の電池２４の可能なセル構成を限定することを意図したものではない。図２Ａは、直列状態において接続された５つの電池セル２６を有する電池２４を示している。この例においては、セル２６のそれぞれが、４Ｖの定格電圧及び１．５Ａｈの定格容量を有する場合に、この電池２４は、２０Ｖの定格電圧及び１．５Ａｈの定格容量を有することになろう。図２Ｂは、１０個のセルを有する電池２４を示している。電池２４は、セル２６の５つのサブセット２８を含み、各サブセット２８は、２つのセル２６を含んでいる。各サブセット２８のセル２６は、並列状態において接続されており、サブセット２８は、直列状態において接続されている。この例においては、セル２６のそれぞれが、４Ｖの定格電圧及び１．５Ａｈの定格容量を有している場合には、この電池２４は、２０Ｖの定格電圧及び３Ａｈの定格容量を有することになろう。図２Ｃは、１５個のセル１２０を有する電池２４を示している。電池２４は、セル２６の５つのサブセット２８を含み、各サブセット２８は、３つのセル２６を含んでいる。各サブセット２８のセル２６は、並列状態において接続され、サブセット２８は、直列状態において接続されている。この例においては、セル２６のそれぞれが、４Ｖの定格電圧及び１．５Ａｈの定格容量を有する場合には、この電池２４は、２０Ｖの定格電圧及び４．５Ａｈの定格容量を有することになろう。
【０２５０】
ａ．低定格電圧電池パック
図１Ａ及び図３Ａを参照すれば、低定格電圧電池パック２０Ａ１のそれぞれは、対応する低定格電圧電動工具１０Ａ１上の電池パックインターフェイス１６Ａに結合するように、且つ、対応する低定格電圧電池パック充電器３０上の電池パックインターフェイス１６Ａに結合するように、構成されたＤＣ電動工具インターフェイ２２Ａを含む。ＤＣ電動工具インターフェイス２２Ａは、ＤＣ電力入出力＋端子と、ＤＣ電力入出力−端子と、通信（ＣＯＭＭ）端子と、を含んでもよい。低定格電圧電池パック２０Ａ１の組は、第１定格電圧及び第１定格容量を有する１つ又は複数の電池パックを含んでもよい。第１定格電圧は、相対的に表現すれば、ＤＣ電池パック電源２０Ａ内のその他の電池パックと比較された場合に、低定格電圧である。例えば、低定格電圧電池パック２０Ａ１は、１７Ｖ〜２０Ｖの定格電圧（２０Ｖの公表電圧、１７Ｖ〜１９Ｖの動作電圧、１８ボルトの公称電圧、２０Ｖの最大電圧を包含しうる）を有する電池パックを含んでもよい。但し、低定格電圧電池パック２０Ａ１の組は、２０Ｖの定格電圧に限定されるものではない。低定格電圧電池パック２０Ａ１の組は、４Ｖ、８Ｖ、１２Ｖ、１８Ｖ、２４Ｖ、又は３６Ｖなどのその他の相対的に低い定格電圧を有してもよい。低定格電圧電池パック２０Ａ１の組内においては、同一の定格電圧を有するが、異なる定格容量を有する電池パックが存在してもよい。例えば、低定格電圧電池パック２０Ａ１の組は、２０Ｖ／１．５Ａｈ電池パック、２０Ｖ／２Ａｈ電池パック、２０Ｖ／３Ａｈ電池パック、及び／又は２０Ｖ／４Ａｈ電池パックを含んでもよい。低定格電圧電池パック２０Ａ１の組の低定格電圧に言及する際には、それは、低定格電圧電池パック２０Ａ１の組の定格電圧が、中間定格電圧電池パック２０Ａ２の組及び高定格電圧電池パック２０Ａ３の組の定格電圧よりも低いことを意味している。
【０２５１】
低定格電圧電池パック１２０Ａの組内の電池パックの例は、メリーランド州タウソンのＤＥＷＡＬＴ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｔｏｏｌ  Ｃｏ．が販売する電池パックの組であるＤＥＷＡＬＴ  ２０Ｖ  ＭＡＸを含みうる。電池パック１１０の第１の組内に含まれうる電池パックのその他の例については、米国特許第８，６５３，７８７号、並びに米国特許出願第１３／０７９，１５８号、第１３／４７５，００２号、及び第１３／０８０，８８７号明細書に記述されており、これらの文献は、引用により包含される。
【０２５２】
低定格電圧電池パック２０Ａ１の組の定格電圧は、一般に、低定格電圧電池パック２０Ａ１の組が、低定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ１に電力を提供しうると共に、低定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ１と共に動作しうるように、低定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ１の組の定格電圧に対応している。また、更に詳細に後述するように、低定格電圧電池パック２０Ａ１の組は、中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２、高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３、又は高定格電圧ＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂのうちの１つ又は複数に対して、例えば、低定格電圧電池パック２０Ａ１の電圧が加法的となり且つ電池パックが結合された電動工具の定格電圧に対応するように、低定格電圧電池パック２０Ａ１のうちの複数をこれらの工具に対して直列状態において結合することにより、電力を提供可能であってもよい。低定格電圧電池パック２０Ａ１は、追加的に、又は代替的に、中間及び高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２、１０Ａ３、及び／又はＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂのいずれかのための望ましい電圧レベルを出力するように、中間定格電圧電池パック２０Ａ２、高定格電圧電池パック２０Ａ３、又は変換可能電池パック２０Ａ４のうちの１つ又は複数と直列状態において結合されてもよい。
【０２５３】
ｂ．中間定格電圧電池パック
図１Ａ及び図３Ｂを参照すれば、中間定格電圧電池パック２０Ａ２のそれぞれは、対応する中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２上の電池パックインターフェイス１６Ａに結合されるように、及び、対応する中間定格電圧電池パック充電器３０上の電池パックインターフェイス１６Ａに結合されるように、構成されたＤＣ電動工具インターフェイス２２Ａを含む。ＤＣ電動工具インターフェイス２２Ａは、ＤＣ電力入出力−端子と、ＤＣ電力入出力−端子と、通信（ＣＯＭＭ）端子と、を含みうる。中間定格電圧電池パック２０Ａ２の組は、第２定格電圧及び第２定格容量を有する１つ又は複数の電池パックを含みうる。第２定格電圧は、相対的に表現すれば、ＤＣ電池パック電源２０Ａの組内のその他の電池パックと比較された場合に、中間定格電圧である。例えば、中間定格電圧電池パック２０Ａ２の組は、５１Ｖ〜６０Ｖの定格電圧（６０Ｖの公表電圧、５１Ｖ〜５７Ｖの動作電圧、５４Ｖの公称電圧、及び６０Ｖの最大電圧を包含しうる）を有する電池パックを含みうる。但し、中間定格電圧電池パック２０Ａ２の組は、６０Ｖの定格電圧に限定されるものではない。中間定格電圧電池パック２０Ａ２の組は、４０Ｖ、５４Ｖ、７２Ｖ、又は８０Ｖなどのその他の相対的に中間の定格電圧を有してもよい。中間定格電圧電池パック２０Ａ２の組内においては、同一の定格電圧を有するが、異なる定格容量を有する電池パックが存在してもよい。例えば、中間定格電圧電池パック２０Ａ２の組は、６０Ｖ／１．５Ａｈ電池パック、６０Ｖ／２Ａｈ電池パック、６０Ｖ／３Ａｈ電池パック、及び／又は６０Ｖ／４Ａｈ電池パックを含んでもよい。中間定格電圧電池パック２０Ａ２の組の中間定格電圧に言及する際には、それは、中間定格電圧電池パック２０Ａ２の組の定格電圧が、低定格電圧電池パック２０Ａ１の組の定格電圧よりも高いが、高定格電圧電池パック２０Ａ３の組の定格電圧よりも低いことを意味している。
【０２５４】
中間定格電圧電池パック２０Ａ２の組の定格電圧は、一般に、中間定格電圧電池パック２０Ａ２の組が、電力を中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２に供給しうると共に、中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２と共に動作しうるように、中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２の定格電圧に対応している。また、更に詳細に後述するように、中間定格電圧電池パック２０Ａ２の組は、高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３又はＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂに対して、例えば、中間定格電圧電池パック２０Ａ２の電圧が加法的となり且つ電池パックが結合された電動工具の定格電圧に対応するように、中間定格電圧電池パック２０Ａ２のうちの複数をこれらの工具に対して互いに直列状態において結合することにより、電力を供給可能であってもよい。中間定格電圧電池パック２０Ａ２は、追加的に、又は代替的に、高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ又はＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂのいずれかのための望ましい電圧レベルを出力するように、低定格電圧電池パック２０Ａ１、高定格電圧電池パック２０Ａ３、又は変換可能電池パック２０Ａ４のいずれかと直列状態において結合されてもよい。
【０２５５】
ｃ．高定格電圧電池パック
図１Ａ及び図３Ｃを参照すれば、高定格電圧電池パック２０Ａ３のそれぞれは、対応する高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３上の電池パックインターフェイス１６Ａに結合するように、且つ、対応する中間定格電圧電池充電器３０上の電池パックインターフェイ１６Ａに結合するように、構成されたＤＣ電動工具インターフェイス２２Ａ含む。ＤＣ電動工具インターフェイス２２Ａは、ＤＣ電力入出力＋端子、ＤＣ電力入出力−端子、及び通信（ＣＯＭＭ）端子を含みうる。高定格電圧電池パック２０Ａ３の組は、第３定格電圧及び第３定格容量を有する１つ又は複数の電池パックを含みうる。第３定格電圧は、相対的に表現すれば、ＤＣ電池パック電源２２０Ａの組内のその他の電池パックと比較された場合に、高定格電圧である。例えば、高定格電圧電池パック２０Ａ３の組は、１０２Ｖ〜１２０Ｖの定格電圧（１２０Ｖの公表電圧、１０２Ｖ〜１１４Ｖの動作電圧、１０８Ｖの公称電圧、及び１２０Ｖの最大電圧を包含しうる）を有する電池パックを含みうる。但し、高定格電圧電池パック２０Ａ３の組は、１２０Ｖの定格電圧に限定されるものではない。高定格電圧電池パック２０Ａ３の組は、９０Ｖ、１００Ｖ、１１０Ｖ、又は１２０Ｖなどのその他の相対的に高い定格電圧を有してもよい。高定格電圧電池パック２０Ａ３の組の高定格電圧は、代替的に、ＡＣ定格電圧と呼称される場合もあり、その理由は、高定格電圧は、電動工具が動作可能である及び／又は販売される国のＡＣ商用電源の定格電圧対応しうるからである。高定格電圧電池パック２０Ａ３の組内においては、同一の定格電圧を有するが、異なる定格容量を有する電池パックが存在してもよい。例えば、高定格電圧電池パック２０Ａ３の組は、１２０Ｖ／１．５Ａｈ電池パック、１２０Ｖ／２Ａｈ電池パック、１２０Ｖ／３Ａｈ電池パック、及び／又は１２０Ｖ／４Ａｈ電池パックを含んでもよい。高定格電圧電池パック２０Ａ３の組の高定格電圧に言及する際には、それは、高定格電圧電池パック２０Ａ３の組の定格電圧が、低定格電圧電池パック２０Ａ１の組の定格電圧及び中間定格電圧電池パック２０Ａ２の組の定格電圧よりも高いことを意味している。
【０２５６】
高定格電圧電池パック２０Ａ３の組の定格電圧は、一般に、高定格電圧電池パック２０Ａ３の組が、電力を高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３及びＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂに供給しうると共に、高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３及びＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂと共に動作しうるように、高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３及びＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂの定格電圧に対応している。また、更に詳細に後述するように、高定格電圧電池パック２０Ａ３の組は、極高定格電圧ＡＣ／ＤＣ電動工具１２８に対して、例えば、高定格電圧電池パック２０Ａ３の電圧が加法的となるように、高定格電圧電池パック２０Ａ３のうちの複数を直列状態において工具に結合することにより、電力を供給可能であってもよい。高定格電圧電池パック２０Ａ３は、追加的に、又は代替的に、ＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂのいずれかのための望ましい電圧レベルを出力するべく、低定格電圧電池パック２０Ａ１、中間定格電圧電池パック２０Ａ２、又は変換可能電池パック２０Ａ４のいずれかと直列状態において結合されてもよい。
【０２５７】
ｄ．変換可能電池パック
図１Ａを参照すれば、且つ、更に詳細に後述するように、変換可能電池パック２０Ａ４の組は、変換可能電池パックであり、そのそれぞれは、（１）第１定格電圧及び第１定格容量と、（２）第１定格電圧及び第１定格容量とは異なる第２定格電圧及び第２定格容量と、の間において変換されうる。例えば、電池パック２０Ａ４内に存在しているセルの構成は、変換可能電池パック２０Ａ４を第１電池パック構成に置く第１セル構成と、変換可能電池パック２０Ａ４を第２電池パック構成に置く第２セル構成と、の間において変更されてもよい。一実施形態においては、第１電池パック構成において、変換可能電池パック２０Ａ４は、低定格電圧及び高定格容量を有し、第２電池パック構成においては、電池パックは、中間定格電圧及び低定格容量を有する。換言すれば、変換可能電池パック２０Ａ４の組の電池パックは、例えば、より低い定格電圧及び高い定格電圧などの少なくとも２つの異なる定格電圧と、例えば、より高い定格容量及び低い定格容量などの少なくとも２つの異なる容量と、を有する能力を有する。
【０２５８】
上述のように、低、中間、及び高定格は、相対的な用語であり、且つ、変換可能電池パック２０Ａ４の組の電池パックを特定の定格に限定することを意図したものではない。代替的に、変換可能電池パック２０Ａ４の組の変換可能電池パックは、低定格電圧電動工具１０Ａ１と共に、及び、中間定格電圧電動工具２０Ａ２と共に、動作可能であってもよく、この場合に、中間定格電圧は、低定格電圧よりも大きい。特定の一実施形態においては、変換可能電池パック２０Ａ４は、低定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ１の低定格電圧に対応した低定格電圧（例えば、２０Ｖの公表電圧、１７Ｖ〜１９Ｖの動作電圧、１８Ｖの公称電圧、及び２０Ｖの最大電圧を包含しうる１７Ｖ〜２０Ｖ）、及び、中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２の中間定格電圧に対応した中間定格電圧（例えば、６０Ｖの公表電圧、５１Ｖ〜５７Ｖの動作電圧、５４Ｖの公称電圧、及び６０Ｖの最大電圧を包含しうる６０Ｖ）の間において変換可能である。更には、更に後述するように、変換可能電池パック２０Ａ４は、例えば、その電圧が、高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３又はＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂの定格電圧に対応するべく加法的となるように、変換可能電池パック２０Ａ４が、その中間定格電圧において動作し、且つ、互いに直列状態において接続された状態において、電力を高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３及び高電圧ＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂに提供可能であってもよい。
【０２５９】
その他の実施形態においては、変換可能電池パックは、第１定格電圧構成にある際に、第１定格電圧を有する電動工具の第１の既存の組との間における下位互換性を有してもよく、第２定格電圧を有する電動工具の第２の新しい組との間において上位互換性を有してもよい。例えば、変換可能電池パックは、第１定格電圧構成にある際には、電動工具の第１の組に結合可能であってもよく、この場合に、電動工具の第１の組は、２０１４年５月１８日よりも前に販売されていた既存の電動工具であり、第２定格電圧構成にある際には、電動工具の第２の組に結合可能であってもよく、この場合に、電動工具の第２の組は、２０１４年５月１８日よりも前に販売されていたものではない。例えば、可能な一実施形態においては、低／中間定格変換可能電池パックは、２０Ｖ定格電圧構成においては、２０１４年５月１８日よりも前に販売されていたメリーランド州タウソンのＤｅＷＡＬＴ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｔｏｏｌ  Ｃｏ．によって販売されるＤｅＷＡＬＴ（登録商標）２０Ｖ  ＭＡＸコードレス電動工具のうちの１つ又は複数に結合可能であってもよく、６０Ｖ定格電圧構成においては、２０１４年５月１８日よりも前に販売されてはいなかった１つ又は複数の６０Ｖ定格電動工具に結合可能であってもよい。従って、変換可能電池パックは、既存の及び新しい電動工具の組の両方を有する電動工具システム内における互換性を促進している。
【０２６０】
図１Ａ及び図３Ａ〜図３Ｃを参照すれば、変換可能電池パック２０Ａ４は、それぞれ、複数のセルと、対応する低、中間、又は高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ１、１０Ａ２、又は１０Ａ３上の電池パックインターフェイス１６Ａに結合されるように構成されたＤＣ電動工具インターフェイス２２Ａと、を含む。また、ＤＣ電動工具インターフェイス２２Ａは、対応する電池パック充電器３０上の電池パックインターフェイス１６Ａと結合されるように構成されている。更に詳細に後述するように、変換可能電池パック２０Ａ４は、１つ又は複数の定格電圧電池パック充電器３０に結合されてもよく、この場合に、変換可能電池パック２０Ａ４は、その電池パック充電器３０に結合された際に、その電池パック充電器３０に対応した電圧定格構成に置かれる。例えば、ＤＣ電動工具インターフェイス２２Ａは、ＤＣ電力入出力＋端子、ＤＣ電力入出力−端子、及び通信（ＣＯＭＭ）端子を含んでもよい。変換可能電池パック及びそのインターフェイスのいくつかの可能な実施形態については、更に詳細に後述する。
【０２６１】
Ｂ．電池パック充電器
図１Ａ及び図３Ａ〜図３Ｃを参照すれば、電池パック充電器３０の組は、低定格電圧電池パック２０Ａ１、中間定格電圧電池パック２０Ａ２、高定格電圧電池パック２０Ａ３、及び変換可能電池パック２０Ａ４のうちの１つ又は複数のものの電池パックに機械的且つ電気的に結合可能な１つ又は複数の電池パック充電器を含む。電池パック充電器３０の組は、電池パック２０Ａ１、２０Ａ２、２０Ａ３、２０Ａ４のうちの任意のものを充電することができる。電池パック充電器３０は、異なる定格電圧を有しうる。例えば、電池パック充電器３０は、システム内の電池パックの組の定格電圧にマッチングするように、低定格電圧、中間定格電圧、及び／又は高定格電圧などの１つ又は複数の定格電圧を有してもよい。また、電池パック充電器３０は、電池パック充電器３０が、異なる定格電圧を有する電池パックを充電できるように、複数の定格電圧又は定格電圧の範囲（例えば、低−中間定格電圧）を有してもよい。また、電池パック充電器３０は、電池パック上のＤＣ電動工具インターフェイス２２Ａに結合するように構成された電池パックインターフェイス１６Ａを有してもよい。電池パックインターフェイス１６Ａは、ＤＣ電力入出力＋端子、ＤＣ電力入出力−端子、及び通信（ＣＯＭＭ）端子を含んでもよい。特定の実施形態においては、電池パックインターフェイス１６Ａは、更に詳細に後述するように、電池パックを充電するべく、変換可能電池パックのうちの１つを望ましい定格電圧構成に置くように構成されたコンバータを含んでもよい。
【０２６２】
Ｃ．電動工具
１．低定格電圧ＤＣ電動工具
図１Ａ及び図３Ａを参照すれば、低定格電圧電動工具１０Ａ１の組は、低定格電圧を有するＤＣ電池パック電源２０Ａ（取外し可能且つ充電式の電池パックなど）のうちの１つ又は複数から供給されるＤＣ電力を利用する１つ又は複数の異なるタイプのコードレス又はＤＣのみ電動工具を含む。低定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ１の定格電圧は、一般に、低定格電圧電池パック２０Ａ１の定格電圧に対応してもよく、又は、低定格電圧構成に置かれた際の変換可能電池パック２０Ａ４の定格電圧に対応してもよい。例えば、２０Ｖの定格電圧を有する低定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ１は、１つ又は複数の２０Ｖ電池パック２０Ａ１を使用することにより、又は、２０Ｖ構成における２０Ｖ／６０Ｖ変換可能電池パック２０Ａ４により、電力供給されうる。２０Ｖの電動工具定格電圧は、それ自体が、１７〜２０Ｖというより幅広の定格電圧の短縮表現であってもよく、これは、低定格電圧電池パックの定格電圧レンジを包含する、例えば、１７Ｖ〜２０Ｖの動作電圧レンジを包含しうる。
【０２６３】
低定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ１は、それぞれ、ＤＣのみの電源によって電力供給可能なモーター１２Ａを含む。モーター１２Ａは、限定を伴うことなしに、永久磁石ブラシレスＤＣモーター（ＢＬＤＣ）、永久磁石ブラシ付きモーター、ユニバーサルモーターなどを含む任意のブラシ付き又はブラシレスＤＣ電気モーターであってもよい。また、低定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ１は、ＤＣライン入力ＤＣ＋／−を介してＤＣ電力を電池パックインターフェイス１６Ａから受け取り、且つ、ＤＣ電源からモーター１２Ａへの電力供給を制御するように、構成されたモーター制御回路１４Ａを含んでもよい。例示的な一実施形態においては、モーター制御回路１４Ａは、電源とモーター１２Ａとの間に配設された１つ又は複数の電力スイッチ（図示されていない）を有するパワーユニット１８Ａを含んでもよい。電力スイッチは、電気機械的なオン／オフスイッチ、パワー半導体装置（例えば、ダイオード、ＦＥＴ、ＢＪＴ、ＩＧＢＴなど）、又はこれらの組合せであってもよい。例示的な一実施形態においては、モーター制御回路１４Ａは、制御ユニット１１を更に含んでもよい。制御ユニット１１は、パワーユニット１８Ａ内の電力スイッチのスイッチング動作を制御するように構成されてもよい。例示的な一実施形態においては、制御ユニット１１は、電力スイッチのゲートを制御するように構成されたマイクロコントローラ又は類似のプログラム可能なモジュールを含んでもよい。追加的に、又は代替的に、制御ユニット１１は、ＤＣ電池パック電源２０Ａの動作を監視及び管理するように構成されてもよい。追加的に、又は代替的に、制御ユニット１１は、温度制御、速度超過制御、制動制御などのような様々な工具の動作及び状態を監視及び管理するように構成されてもよい。
【０２６４】
例示的な一実施形態においては、更に詳細に後述するように、低定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ１は、一定速度工具であってもよい（例えば、携帯型のライト、鋸、研磨機など）。このような電動工具においては、パワーユニット１８Ａは、工具のユーザーによる係合が可能である電気機械的なオン／オフスイッチを単に含んでもよい。代替的に、パワーユニット１８Ａは、工具のモーター１２Ａを作動又は停止するべく、固定された無負荷速度において制御ユニット１１によって制御される１つ又は複数の半導体装置を含んでもよい。
【０２６５】
別の実施形態においては、更に詳細に後述するように、低定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ１は、可変速度工具であってもよい（例えば、携帯型のドリル、インパクトドライバ、往復鋸など）。このような電動工具においては、パワーユニット１８Ａの電力スイッチは、様々な構成において構成された１つ又は複数の半導体装置（例えば、ＦＥＴ及びダイオード、Ｈブリッジなど）を含んでもよく、制御ユニット１１は、モーター１２Ａの速度を制御するべく、電力スイッチのパルス幅変調を制御してもよい。
【０２６６】
低定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ１は、とりわけ、ドリル、丸鋸、ねじ回し、往復鋸、振動工具、インパクトドライバ、及びフラッシュライトなどの携帯型コードレス工具を含みうる。低定格電圧電動工具は、２０１４年５月１８日よりも前に販売されていた既存のコードレス電動工具を含みうる。このような低定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ１の例は、メリーランド州タウソンのＤｅＷＡＬＴ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｔｏｏｌ  Ｃｏ．が販売するコードレス電動工具の組ＤｅＷＡＬＴ（登録商標）  ２０Ｖ  ＭＡＸのうちの１つ又は複数を含みうる。低定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ１は、代替的に、２０１４年５月１８日よりも前に販売されてはいなかったコードレス電動工具を含みうる。その他の例においては、米国特許第８，３８１，８３０号、第８，３１７，３５０号、第８，２６７，１９２号、第Ｄ６４６，９４７号、及び第Ｄ６４４，４９４号明細書は、低定格電圧コードレス電動工具１０Ａ１を有するか又はこれに類似している工具を開示しており、これらの文献は、引用により、包含される。
【０２６７】
２．中間定格電圧ＤＣ電動工具
図１Ａ及び図３Ｂを参照すれば、中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２の組は、（取外し可能且つ充電式の電池パックなどの）中間定格電圧を単独で又は協同して有するＤＣ電池パック電源２０Ａのうちの１つ又は複数から供給されるＤＣ電力を利用する１つ又は複数の異なるタイプのコードレス又はＤＣのみ電動工具を含みうる。中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２の定格電圧は、一般に、中間定格電圧電池パック２０Ａ２の定格電圧に対応するか、又は、中間定格電圧構成に置かれた際の変換可能電池パック２０Ａ４の定格電圧に対応することになる。例えば、中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２は、６０Ｖの定格電圧を有してもよく、及び、６０Ｖ中間定格電圧電池パック２０Ａ２により、又は、６０Ｖ構成における２０Ｖ／６０Ｖ変換可能電池パック２０Ａ４により、電力供給されてもよい。６０Ｖの電動工具定格電圧は、１７〜２０Ｖというより幅広の定格電圧の短縮表現であってもよく、これは、中間定格電圧電池パックの定格電圧を包含する、例えば、５１Ｖ〜６０Ｖの動作レンジを包含しうる。例示的な一実施形態においては、中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２は、２つ以上の低定格電圧電池パック２０Ａ１を受け入れるように構成された複数の電池インターフェイスを含んでもよい。例示的な一実施形態においては、中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２は、これに加えて、中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２の定格電圧に対応した望ましい中間定格電圧を生成するべく、ＤＣ電池パック電源２０Ａを直列状態において結合するための回路を含んでもよい。
【０２６８】
上述の低定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ１と同様に、中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２は、それぞれ、ＤＣ電池パック電源２０Ａによって電力供給されうるモーター１２Ａを含む。モーター１２Ａは、限定を伴うことなしに、永久磁石ブラシレスＤＣモーター（ＢＬＤＣ）、永久磁石ブラシ付きモーター、ユニバーサルモーターなどを含む任意のブラシ付き又はブラシレスＤＣ電気モーターであってもよい。また、中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２は、ＤＣライン入力ＤＣ＋／−を介して電池パックインターフェイス１６ＡからＤＣ電力を受け取り、且つ、ＤＣ電源からモーター１２Ａへの電力供給を制御するように構成されたモーター制御回路１４Ａを含む。例示的な一実施形態においては、モーター制御回路１４Ａは、電源とモーター１２Ａとの間において配設された１つ又は複数の電力スイッチ（図示されていない）を有するパワーユニット１８Ａを含んでもよい。電力スイッチは、電気機械的なオン／オフスイッチ、パワー半導体装置（例えば、ダイオード、ＦＥＴ、ＢＪＴ、ＩＧＢＴなど）、又はこれらの組合せであってもよい。例示的な一実施形態においては、モーター制御回路１４Ａは、制御ユニット１１を更に含んでもよい。制御ユニット１１は、パワーユニット１８Ａ内の電力スイッチのスイッチング動作を制御するように構成されてもよい。低定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ１用の上述のモーター制御回路１４Ａと同様に、モーター制御回路１４Ａは、固定された又は可変速度においてモーター１２Ａを制御しうる。例示的な一実施形態においては、制御ユニット１１は、電力スイッチのゲートを制御するように構成されたマイクロコントローラ又は類似のプログラム可能なモジュールを含んでもよい。追加的に、又は代替的に、制御ユニット１１は、ＤＣ電池パック電源２０Ａの動作を監視及び管理するように構成されてもよい。追加的に、又は代替的に、制御ユニット１１は、温度制御、速度超過制御、制動制御などのような様々な工具の動作及び状態を監視及び管理するように構成されてもよい。
【０２６９】
中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２は、ドリル、丸鋸、ねじ回し、往復鋸、振動工具、インパクトドライバ、及びフラッシュライトなどの相対的に高い電力出力要件を有する低定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ１と類似したタイプの工具を含みうる。また、中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２は、追加的に、又は代替的に、チェーンソー、ストリングトリマ、植木用バリカン、芝刈り機、釘打ち機、及び／又はロータリーハンマなどの低定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ１よりも大きな電力又は容量を必要とするその他のタイプの工具を有しうる。
【０２７０】
更に別の及び／又は更なる実施形態においては、更に詳細に後述するように、中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２のモーター制御回路１４Ａは、互いに異なる、且つ、中間定格電圧未満の、定格電圧を有する複数のＤＣ電池パック電源２０Ａを使用したモーター１２Ａへの電力供給を可能にしている。換言すれば、中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２は、複数の定格電圧において（例えば、低定格電圧において又は中間定格電圧において）動作するように構成されてもよい。このような中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２は、工具に電力供給可能な複数のＤＣ電源の電圧定格のそれぞれに対応した複数の電圧定格を有するものと表現されうる。例えば、図３Ｂの中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２は、低定格電圧電池パック２０Ａ１のうちの１つ（例えば、２０Ｖ電池パック）により、中間定格電圧電池パック２０Ａ２のうちの１つ（例えば、６０Ｖ電池パック）により、又は、低定格電圧構成若しくは中間定格電圧構成における変換可能電池パック２０Ａ４により、選択的に電力供給される能力を有する低／中間定格電圧（例えば、２０Ｖ／６０Ｖ定格電圧、４０Ｖ／６０Ｖ定格電圧）を有してもよい。一代替実施形態においては、中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２は、中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２内のモーター１２Ａの中間定格電圧とは異なる更に別の低又は中間定格電圧において動作するべく直列状態において接続された低定格電圧電池パック２０Ａ１のペア（例えば、３６Ｖの組み合わせられた低定格電圧を生成するべく直列状態において接続された２つの低定格電圧の１８Ｖ電池パック２０Ａ１）を使用することにより、動作しうる。
【０２７１】
大幅に異なる電圧レベルにおける電動工具モーター１２Ａの動作は、電動工具の性能の、特に、モーターの回転速度の、大きな差をもたらすことになり、これは、顕著である場合があり、且つ、いくつかのケースにおいては、ユーザーにとって不満足である場合がある。従って、本明細書において記述されている本発明の一実施形態においては、モーター制御回路１４Ａは、電源の定格電圧に基づいて、即ち、中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２が、低定格電圧ＤＣ電源（例えば、低定格電圧電池パック２０Ａ１）又は中間定格電圧電源（例えば、中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２内のモーター２１２Ａが最適化又は定格設定されている中間定格電圧電池パック２０Ａ２）のいずれと結合されているのかに基づいて、モーター１２Ａの性能を最適化するように構成されている。これを実行することにより、工具の出力性能の差は、最小化されるか、又は、少なくとも、エンドユーザーにとって満足できるレベルに低減される。
【０２７２】
この実施形態においては、モーター制御回路１４Ａは、電源からの有効モーター性能を中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２の動作電圧レンジ（又は、電圧定格）に対応したレベルに増加又は低減するように構成されている。具体的には、モーター制御回路１４Ａは、中間定格電圧電池パック２０Ａ２と共に使用される際には、エンドユーザーにとって満足できる方式により、低定格電圧電池パック２０Ａ１と共に使用される際の工具１０Ａの出力レベルにマッチングするように（又は、これに妥当に近接するように）、工具１０Ａの電力出力を低減しうる。代替的に、又は追加的に、モーター制御回路１４Ａは、低定格電圧電池パック２０Ａ１と共に使用される際に、エンドユーザーにとって満足できる方式により、中間定格電圧電池パック２０Ａ２と共に使用される際の中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２の出力レベルにマッチングするように（又は、これに妥当に近接するように）、中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２の電力出力を増加させてもよい。一実施形態においては、低／中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２は、例えば、電池ＩＤを介して電源の定格電圧を識別し、且つ、それに応じてモーター性能を最適化するように、構成されてもよい。有効モーター性能を最適化（即ち、増加又は低減）するためのこれらの方法については、本開示において詳細に後述する。
【０２７３】
３．高定格電圧ＤＣ電動工具
図１Ａ及び図３Ｃを参照すれば、高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３の組は、（例えば、約１０００〜１５００ワットなどの）高定格電圧及び高出力電力において動作するように構成されたモーターを有するコードレス（ＤＣのみ）高定格（又は、ＡＣ定格）電圧電動工具を含みうる。低及び中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ１、１０Ａ２と同様に、高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３も、高電力出力用途のための様々なコードレス工具（即ち、電動工具、屋外工具など）を含みうる。高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３は、例えば、ドリル、丸鋸、ねじ回し、往復鋸、振動工具、インパクトドライバ、フラッシュライト、ストリングトリマ、植木用バリカン、芝刈り機、釘打ち機、及び／又はロータリーハンマなどの低定格電圧及び中間定格電圧ＤＣ電動工具と類似したタイプの工具を含みうる。高定格電圧ＤＣ電動工具は、追加的に、又は代替的に、マイターソー、チェーンソー、ハンマドリル、研磨機、及びコンプレッサなどのより高い電力又は容量を必要とするその他のタイプの工具を含みうる。
【０２７４】
低及び中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ１、１０Ａ２と同様に、高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３は、それぞれ、電動工具１０Ａの定格電圧に対応した高定格電圧を協同して有する１つ又は複数のＤＣ電池パック電源２０Ａからの動作を可能にするように構成された、モーター１２Ａ、モーター制御回路１４Ａ、及び電池パックインターフェイス１６Ａを含む。図３Ａを参照して上述したモーター１２Ａと同様に、モーター１２Ａは、限定を伴うことなしに、永久磁石ブラシレスＤＣモーター（ＢＬＤＣ）、永久磁石ＤＣブラシ付きモーター（ＰＭＤＣ）、ユニバーサルモーターなどを含む任意のブラシ付き又はブラシレスＤＣ電気モーターであってもよい。同様に、モーター制御回路１４Ａは、電源とモーター１２Ａとの間において配設された１つ又は複数の電力スイッチ（図示されていない）を有するパワーユニット１８Ａを含んでもよい。電力スイッチは、電気機械的なオン／オフスイッチ、パワー半導体装置（例えば、ダイオード、ＦＥＴ、ＢＪＴ、ＩＧＢＴなど）、又はこれらの組合せであってもよい。一実施形態においては、モーター制御回路１４Ａは、制御ユニット１１を更に含んでもよい。制御ユニット１１は、パワーユニット１８Ａ内の電力スイッチのスイッチング動作を制御するように構成されてもよい。モーター制御回路１４Ａは、固定された又は可変速度においてモーター１２Ａを制御してもよい。一実施形態においては、制御ユニット１１は、電力スイッチのゲートを制御するように構成されたマイクロコントローラ又は類似のプログラム可能なモジュールを含んでもよい。追加的に、又は代替的に、制御ユニット１１は、ＤＣ電池パック電源２０Ａの動作を監視及び管理するように構成されてもよい。追加的に、又は代替的に、制御ユニット１１は、様々な工具の動作及び状態を監視及び管理するように構成されてもよい。
【０２７５】
図３Ｃを参照すれば、高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３は、電池パックインターフェイス（又は、電池コンセント）１６Ａ内において受け入れられた単一のＤＣ電池パック電源２０Ａによって電力供給されてもよい。一実施形態においては、ＤＣ電池パック電源２０Ａは、高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３の定格電圧に対応した高定格電圧（例えば、１２０Ｖ）を有する高定格電圧電池パック２０Ａ３であってもよい。
【０２７６】
図３Ｃを参照すれば、一代替実施形態においては、高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３の電池パックインターフェイス１６Ａは、所与の時点において２つ以上のＤＣ電池パック電源２０Ａを受け入れる２つ以上の電池コンセント１６Ａ１、１６Ａ２を含んでもよい。一実施形態においては、高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３は、電池コンセント２１６Ａ１、２１６Ａ２内において一緒に受け入れられるＤＣ電池パック電源２０Ａのペアによって電力供給されてもよい。また、この実施形態においては、電池パックインターフェイス１６Ａは、直列状態において２つのＤＣ電池パック電源２０Ａを接続するように構成されたスイッチングユニット（図示されていない）を含んでもよい。スイッチングユニットは、例えば、電池パックインターフェイス１６Ａ内又はモーター制御回路１４Ａ内において提供された回路を含んでもよい。代替的に、ＤＣ電池パック電源２０Ａは、高定格電圧を同様に出力するべく、スイッチングユニット１２０−１０を介して直列状態において接続された中間定格電圧電池パック２０Ａ２（例えば、１２０Ｖの組み合わせられた定格電圧のために直列状態において接続された２つの６０Ｖ電池パック）であってもよい。更に別の実施形態においては、１２０Ｖの定格電圧を提供するべく、単一の高定格電圧電池パック２０Ａ３が電池コンセントのうちの１つに結合されてもよい。例えば、高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２は、６０Ｖの定格電圧を有してもよく、及び、２つの６０Ｖ中間定格電圧電池パック２０Ａ２により、又は、その６０Ｖ構成における２つの２０Ｖ／６０Ｖ変換可能電池パック２０Ａ４により、電力供給されてもよい。１２０Ｖの電動工具定格電圧は、それ自体が、１０２Ｖ〜１２０Ｖというより幅広の定格電圧レンジの短縮表現であってもよく、これは、２つの中間定格電圧電池パックの動作レンジを包含する、例えば、１０２Ｖ〜１２０Ｖの動作レンジを包含しうる。
【０２７７】
一実施形態においては、１つ又は複数のコードレス電動工具電池コンセント１６Ａ内において受け入れられた電池パックの合計定格電圧は、コードレスＤＣ電動工具１０Ａ自体の定格電圧に対応してもよい。但し、その他の実施形態においては、高定格電圧コードレスＤＣ電動工具１０Ａ３は、これに加えて、高定格コードレスＤＣ電動工具１０Ａ３内のモーター１２Ａ及びモーター制御回路１４Ａの定格電圧未満の定格電圧を協同して有する１つ又は複数のＤＣ電池パック電源２０Ａを使用して動作可能であってもよい。この後者のケースにおいては、コードレスＤＣ電動工具１０Ａは、高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３が受け入れることになるＤＣ電池パック電源２０Ａの定格電圧に対応した複数の定格電圧を有するものと表現されうる。例えば、高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３は、複数の低定格電圧電池パック２０Ａ１（例えば、２０Ｖ電池パック）、１つ又は複数の中間定格電圧電池パック２０Ａ２（例えば、６０Ｖ電池パック）、１つの高定格電圧電池パック２０Ａ３、又は１つ又は複数の変換可能電池パック２０Ａ４によって選択的に電力供給される能力を有する高定格電圧電池パック２０Ａ３又は中間定格電圧電池パック２０Ａ２を使用して動作可能である場合には、中間／高定格電圧ＤＣ電動工具であってもよい（例えば、６０Ｖ／１２０Ｖ、６０〜１２０Ｖ電動工具、８０Ｖ／１２０Ｖ、又は８０〜１２０Ｖ電動工具）。ユーザーは、高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３と共に使用するために、ＤＣ電池パック電源２０Ａのいずれかを混合及びマッチングさせてもよい。
【０２７８】
高定格電圧電動工具１０Ａ３内のモーター（これは、記述されているように、高電力及び高電圧定格において機能するように最適化されうる）が、モーターの電圧定格未満である合計電圧定格を有するＤＣ電源と共に許容可能に機能するように、モーター制御回路１４Ａは、低定格電圧ＤＣ電池パック２０Ａ１の定格電圧に基づいてモーター性能を最適化するように構成されてもよい。簡潔に上述したように、且つ、本開示において詳細に後述するように、これは、電源からの有効モーター性能を高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３の動作電圧レンジ（又は、電圧定格）に対応したレベルに最適化（即ち、増加又は低減）することにより、実行されうる。
【０２７９】
一代替又は追加実施形態（図示されていない）においては、ＡＣ電源を電池パックインターフェイス１６に結合し、且つ、高定格電圧ＤＣ電源を電池パックインターフェイス１６Ａを介して高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３に供給するべくＡＣ電源からのＡＣ電力を同等な定格電圧のＤＣ信号に変換するＡＣ／ＤＣアダプタが提供されてもよい。
【０２８０】
４．高（ＡＣ）定格電圧ＡＣ／ＤＣ電動工具
図１Ａ及び図４を参照すれば、コード付き／コードレス（ＡＣ／ＤＣ）電動工具１０Ｂは、それぞれ、モーター制御回路１４Ｂに結合されたＤＣライン入力ＤＣ＋／−（１６Ａ）、ＡＣライン入力ＡＣＨ、ＡＣＬ（１６Ｂ）、及び通信ライン（ＣＯＭＭ）を有するＡＣ／ＤＣ電源インターフェイス１６を有する。ＡＣ／ＤＣ電源インターフェイス１６は、ＤＣ電池パック電源２０Ａ及びＡＣ電源２０Ｂのうちの１つ又は複数のものの工具インターフェイスに結合されるように構成されている。ＤＣ電池パック電源２０Ａは、ＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂ内のＡＣ／ＤＣ電源インターフェイス１６内のＤＣ＋／−ライン入力及び通信ライン（ＣＯＭＭ）に結合可能なＤＣ電力入出力＋端子、ＤＣ電力入出力−端子、及び通信（ＣＯＭＭ）端子を有しうる。また、ＤＣ電池パック電源２０ＡのＤＣ電力入出力＋端子、ＤＣ電力入出力−端子、及び通信（ＣＯＭＭ）端子は、上述のように、ＤＣ電池パック電源２０Ａを電池パック充電器３０の電池パックインターフェイス１６Ａに結合可能であってもよい。ＡＣ電源２０Ｂは、ＡＣ電力Ｈ及びＡＣ電力Ｌ端子又はラインにより、並びに、通信（ＣＯＭＭ）端子又はラインにより、ＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂ内の電源インターフェイス１６ＢのＡＣＨ、ＡＣＬ、及び／又は通信（ＣＯＭＭ）端子に結合されてもよい。各ＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂにおいて、モーター制御回路１４Ｂ及びモーター１２Ｂは、電動工具及び電源の所与の定格電圧について、モーターの性能を最適化するように設計されている。
【０２８１】
更に後述するように、モーター１２Ｂは、永久磁石ブラシレスＤＣモーター（ＢＬＤＣ）、永久磁石ＤＣブラシ付きモーター（ＰＭＤＣ）、又はユニバーサルモーターなどのブラシ付きモーター又はブラシレスモーターであってもよい。モーター制御回路１４Ｂは、更に詳細に後述するように、一定速度動作又は可変速度動作を可能にしてもよく、且つ、モーター及び速度制御のタイプに応じて、異なる電力スイッチング及び制御回路を含んでもよい。
【０２８２】
例示的な一実施形態においては、ＡＣ／ＤＣ電源インターフェイス１６は、単一の電池パックインターフェイス（例えば、電池パックコンセント）１６Ａと、ＡＣ電力インターフェイス１６Ｂ（例えば、工具ハウジング内において受け入れられたＡＣ電力ケーブル）と、を含むように構成されてもよい。この実施形態におけるモーター制御回路１４Ｂは、ＡＣ電源２０ＢとＤＣ電池パック電源２０Ａとの間において、選択的にスイッチングするように構成されてもよい。この実施形態においては、ＤＣ電池パック電源２０Ａは、ＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂの定格電圧及び／又はＡＣ電源２０Ｂの定格電圧に対応した高定格電圧（例えば、１２０Ｖ）を有する高定格電圧電池パック２０Ａ３であってもよい。モーター制御ユニット１４Ｂは、例えば、ＡＣ電源２０Ｂからの電流を検知した際、標準設定でＡＣ電源２０ＢからのＡＣ電力を供給するように、及び、さもなければ、ＤＣ電池パック電源２０Ａからの電力を供給するように、構成されてもよい。
【０２８３】
図１１４〜図１１７を参照すれば、別の例示的な実施形態においては、ＡＣ／ＤＣ電源インターフェイス１６は、ＡＣ電源インターフェイス１６Ｂに加えて、２つの電池コンセント１６Ａ１、１６Ａ２などの電池インターフェイス１６Ａのペアを含むように構成されてもよい。この構成は、ＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂが、直列状態において接続された際に商用電源のＡＣ定格電圧に対応した高定格電圧を協同して有する複数のＤＣ電池パック電源２０Ａによって電力供給されることを許容する。この実施形態においては、ＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂは、電池コンセント１６Ａ１、１６Ａ２内において受け入れられたＤＣ電池パック電源２０Ａのペアによって電力供給されてもよい。一実施形態においては、スイッチングユニットが、提供されてもよく、且つ、２つのＤＣ電池パック電源２０Ａを直列状態において接続するように構成されてもよい。このようなスイッチングユニットは、例えば、電池コンセント１６Ａ１、１６Ａ２を接続するＡＣ／ＤＣ電源インターフェイス１６内に設けられた単純なワイヤ接続を含んでもよい。代替的に、このようなスイッチングユニットは、モーター制御回路１４Ｂのペアとして提供されてもよい。
【０２８４】
この実施形態においては、ＤＣ電池パック電源２０Ａは、高定格電圧を同様に出力するべく、スイッチングユニットを介して直列状態において接続された中間定格電圧電池パック２０Ａ２のうちの２つ（例えば、１２０Ｖの組み合わせられた定格電圧のために直列状態において接続された２つの６０Ｖ電池パック）であってもよい。図１１６を参照すれば、更に別の例示的な実施形態においては、１２０Ｖの定格電圧を提供するべく、単一の高定格電圧電圧パック２０Ａ３が電池コンセント１６Ａ２のうちの一方に結合されてもよく、他方の電池コンセント１６Ａ１は、未使用状態において残されてもよい。この実施形態においては、モーター制御回路１４Ｂは、モーター１２Ｂに電力を提供するべく、ＡＣ電源２０Ｂ又は組み合わせられたＤＣ電池パック電源２０Ａのうちの１つを選択するように構成されてもよい。
【０２８５】
これらの実施形態においては、１つ又は複数のＡＣ／ＤＣ電動工具電池パックコンセント１６Ａ内において受け入れられたＤＣ電池パック電源２０Ａの合計定格電圧は、ＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂの定格電圧レベルに対応してもよく、これは、一般に、ＡＣ商用電源２０Ｂの定格電圧に対応している。上述のように、高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３又はＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂ用に使用される電源２０は、高定格電圧商用ＡＣ電源２０Ｂである。例えば、ＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ａ２は、１２０Ｖの定格電圧を有してもよく、且つ、１２０ＶＡＣのＡＣ商用電源により、又は、その６０Ｖ構成における且つ直列接続された２つの２０Ｖ／６０Ｖ変換可能電池パック２０Ａ４により、電力供給可能であってもよい。１２０Ｖの電動工具定格電圧は、電動工具の動作レンジ及び２つの中間定格電圧電池パックの動作レンジを包含する、例えば、１００Ｖ〜１２０Ｖなどのより幅広の定格電圧の短縮表現でありうる。一実施形態においては、１２０Ｖの電動工具定格電圧は、２つの中間定格電圧電池パックの動作レンジ全体（例えば、１０２ＶＤＣ〜１２０ＶＤＣ）を包含する９０Ｖ〜１３２Ｖという更に幅広の動作レンジ及びＡＣ商用電源の電圧の変動を考慮するための±１０％の誤差係数を伴う北米及び日本において利用可能なＡＣ電源（例えば、１００ＶＡＣ、１１０ＶＡＣ、１２０ＶＡＣ）のすべての短縮表現でありうる。
【０２８６】
その他の実施形態においては、ＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂは、これに加えて、ＡＣ商用電源のＡＣ定格電圧未満であり、且つ、モーター１２Ａ及びモーター制御回路１４Ａの電圧定格未満である、定格電圧を協同して有するＤＣ電池パック電源２０Ａのうちの１つ又は複数を使用して動作可能であってもよい。この実施形態においては、ＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂは、ＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂが受け入れることになるＤＣ電池パック電源２０Ａ及びＡＣ電源２０Ｂの定格電圧に対応した複数の定格電圧を有するものと表現されうる。例えば、ＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂは、中間定格電圧電池パック２０Ａ２又は高定格電圧ＡＣ電源２０Ｂ（例えば、６０Ｖ／１２０Ｖ又は６０〜１２０Ｖ又は６０ＶＤＣ／１２０ＶＤＣ）を使用して動作可能な場合には、中間／高定格電動工具である。この実施形態によれば、ユーザーには、ＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂと共に使用するべく、ＤＣ電池パック電源２０Ａのいずれかを混合及びマッチングするための能力が付与されうる。例えば、ＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂは、４０Ｖ〜８０Ｖの定格電圧を出力するべくスイッチングユニット介して直列状態において接続された２つの低定格電圧パック２０Ａ１（たとえば、２０Ｖ、３０Ｖ、又は４０Ｖパック）と共に使用可能であってもよい。別の例においては、ＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂは、８０Ｖ〜１００Ｖの合計定格電圧について、低定格電圧電池パック２０Ａ１及び中間定格電圧電池パック２０Ａ２と共に使用されてもよい。
【０２８７】
ＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂ内のモーター１２Ｂ（上述のように、高出力電力及び高電圧定格において動作するように最適化されている）が、（例えば、上述のように、４０Ｖ〜１００Ｖの範囲内の）工具の高電圧定格未満の合計電圧定格を有するＤＣ電池パック電源と共に許容可能に機能するために、モーター制御回路１４Ｂは、モーター性能をＤＣ電池パック電源２０Ａの定格電圧に基づいて最適化するように構成されてもよい。簡潔に上述したように、且つ、本開示において詳細に後述するように、これは、電源からの有効モーター性能を高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３の動作電圧レンジ（又は、電圧定格）に対応したレベルに最適化（即ち、増加又は低減）することにより、実行されうる。
【０２８８】
ＩＩ．ＡＣ／ＤＣ電動工具及びモーター制御
図１Ａ及び図５Ａを参照すれば、高定格電圧ＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂは、モーターのタイプに基づいて、即ち、ブラシ付きモーターを有する高定格電圧ＡＣ／ＤＣ電動工具１２２及びブラシレスモーターを有する高定格電圧ＡＣ／ＤＣ電動工具１２８に基づいて、分類されうる。また、図５Ｂを参照すれば、ブラシ付きモーターを有するＡＣ定格電圧ＡＣ／ＤＣ電動工具１２２は、速度制御及びモータータイプに基づいて、ユニバーサルモーターを有する一定速度ＡＣ／ＤＣ電動工具１２３、ユニバーサルモーターを有する可変速度ＡＣ／ＤＣ電動工具１２４、ＤＣブラシ付きモーターを有する一定速度ＡＣ／ＤＣ電動工具１２５、及びユニバーサルモーターを有する可変速度ＡＣ／ＤＣ電動工具１２６という４つのサブセットに更に分類されうる。高定格電圧ＡＣ／ＤＣ電動工具のこれらの様々な組及びサブセットについては、更に詳細に後述する。
【０２８９】
次の図５Ａ〜図１５Ｅでは、電動工具１２３、１２４、１２５、１２６、及び１２８は、それぞれ、図４に示されている電動工具１０Ｂに対応しうる。同様に、次の図５Ａ〜図１５Ｅでは、モーター１２３−２、１２４−２、１２５−２、１２６−２、及び２０２は、それぞれ、図４のモーター１２Ｂに対応してもよく、モーター制御回路１２３−４、１２４−４、１２５−４、１２６−４、及び２０４は、それぞれ、図４のモーター制御回路１４Ｂに対応してもよく、パワーユニット１２３−６、１２４−６、１２５−６、１２６−６、及び２０６は、それぞれ、図４のパワーユニット１８Ｂに対応してもよく、制御ユニット１２３−８、１２４−８、１２５−８、１２６−８、及び２０８は、それぞれ、図４の制御ユニット１１Ｂに対応してもよく、電源インターフェイス１２３−５、１２４−５、１２５−５、１２６−５、及び１２８−５は、それぞれ、図４の電源インターフェイス１６Ｂに対応してもよい。
【０２９０】
Ａ．ユニバーサルモーターを有する一定速度ＡＣ／ＤＣ電動工具
次に図６Ａ〜図６Ｄを参照すれば、ブラシ付きモーターを有するＡＣ／ＤＣ電動工具１２２の第１サブセットは、ユニバーサルモーターを有する一定速度ＡＣ／ＤＣ電動工具１２３を含む（以下においては、一定速度ユニバーサルモーター工具１２３と呼称される）。これらは、無負荷（又は、一定負荷）において一定速度において動作するコード付き／コードレス（ＡＣ／ＤＣ）電動工具を含み、且つ、高定格電圧（例えば、１００Ｖ〜１２０Ｖ、又は更に幅広に９０Ｖ〜１３２Ｖ）及び高電力（例えば、１５００〜２５００ワット）において動作するように構成されたブラシ付きユニバーサルモーター１２３−２を含む。ユニバーサルモーターは、固定子界磁コイルと、直列状態において界磁コイルに接続された整流子と、を有する直列巻回モーターである。この方式におけるユニバーサルモーターは、ＤＣ電源のみならず、ＡＣ電源と共に動作することができる。一実施形態においては、一定速度ユニバーサルモーター工具１２３は、コンクリートハンマ、マイターソー、テーブルソー、真空掃除機、送風機、及び芝刈り機などのような高電力用途のための高電力工具を含みうる。
【０２９１】
一実施形態においては、一定速度ユニバーサルモーター工具１２３は、無負荷状態において一定速度においてユニバーサルモーター１２３−２を動作させるモーター制御回路１２３−４を含む。電動工具１２３は、上述のＤＣ電源及び／又はＡＣ電源のうちの１つ又は複数から電力を受け取るように構成された電源インターフェイス１２３−５を更に含む。電源インターフェイス１２３−５は、（ＤＣ電源から電力を供給するための）ＤＣ電力ラインＤＣ＋及びＤＣ−により、及び、（ＡＣ電源から電力を供給するための）ＡＣ電力ラインＡＣＨ及びＡＣＬにより、モーター制御回路１２３−４に電気的に結合されている。
【０２９２】
一実施形態においては、モーター制御回路１２３−４は、パワーユニット１２３−６を含んでもよい。一実施形態においては、パワーユニット１２３−６は、電気機械的なオン／オフスイッチ１２３−１２を含む。一実施形態においては、工具１２３は、ユーザーがモーター１２３−２を作動又は停止することを可能にするオン／オフスイッチ１２３−１２に結合されたオン／オフトリガ又はアクチュエータ（図示されていない）を含む。オン／オフスイッチ１２３−１２は、電源インターフェイス１２３−５からモーター１２３−２への電力の供給を電気的に接続又は分離するべく、電源と直列状態において提供されている。
【０２９３】
図６Ａを参照すれば、一定速度ユニバーサルモーター工具１２３が、一実施形態に従って示されており、この場合に、ＡＣＨ及びＤＣ＋電力ラインは、共通正ノード１２３−１１ａにおいて一緒に結合され、ＡＣＬ及びＤＣ−電力ラインは、共通負ノード１２３−１１ｂにおいて一緒に結合されている。この実施形態においては、オン／オフスイッチ１２３−１２が、正共通ノード１２３−１１ａとモーター１２３−２との間において配置されている。ＡＣ又はＤＣ電源のうちの１つのみが任意の所与の時点において利用されることを保証するべく、一実施形態においては、機械的なロックアウト装置が利用されてもよい。例示的な一実施形態においては、機械的なロックアウト装置は、任意の所与の時点におけるＡＣ又はＤＣ電源のうちの１つに対するアクセスを物理的にブロックしうる。
【０２９４】
これに加えて、図６Ａにおいて示されているように、一定速度ユニバーサルモーター工具１２３には、制御ユニット１２３−８が更に提供されてもよい。一実施形態においては、制御ユニット１２３−８は、パワーユニット１２３−６内において電源インターフェイス１２３−５のＤＣ＋電力ラインとオン／オフスイッチ１２３−１２との間において配置された電力スイッチ１２３−１３に結合されてもよい。一実施形態においては、制御ユニット１２３−８は、電動工具１２３及び／又は電池の状態を監視するべく、提供されてもよい。一実施形態においては、制御ユニット１２３−８は、工具内のサーミスタなどの工具１２３の要素に結合されてもよい。また、一実施形態においては、制御ユニット１２３−８は、電源インターフェイス１２３−５から提供された通信信号ラインＣＯＭＭを介して１つ又は複数の電池パックに結合されてもよい。ＣＯＭＭ信号ラインは、１つ又は複数の電池パックの動作又は状態に関係した制御又は情報信号を制御ユニット１２３−８に提供しうる。一実施形態においては、制御ユニット１２３−８は、工具の障害状態（例えば、工具の温度超過、工具の電流超過など）又は電池の障害状態（例えば、電池の温度超過、電池の電流超過、電池の電圧超過、電池の電圧不足など）が検出された場合に、電力スイッチ１２３−１３を使用して電源インターフェイス１２３−５からのＤＣ＋電力ラインからの電力を中断するように構成されてもよい。一実施形態においては、電力スイッチ１２３−１３は、制御ユニット１２３−８によって制御されるＦＥＴ又はその他の制御可能なスイッチを含んでもよい。
【０２９５】
図６Ｂ〜図６Ｄは、一代替実施形態による一定速度ユニバーサルモーター工具１２３を示しており、この場合に、ＤＣ電力ラインＤＣ＋／ＤＣ−及びＡＣ電力ラインＡＣＨ／ＡＣＬは、（電源インターフェイス１２３−５がＡＣ及びＤＣ電源の両方に結合されている場合にも）電力がＡＣ電源及びＤＣ電源の両方から同時に供給されえないことを保証するべく、電源スイッチングユニット１２３−１５を介して隔離されている。
【０２９６】
一実施形態においては、図６Ｂに示されているように、電源スイッチングユニット１２３−１５は、コイルがＡＣ電力ラインＡＣＨ及びＡＣＬに結合された状態において、ＤＣ電力ラインＤＣ＋とオン／オフスイッチ１２３−１２との間において配置された通常は閉路された単極単投式リレーを含んでもよい。電源スイッチングユニット１２３−１５の出力及びＡＣＨ電力ラインは、電力スイッチ１２３−１３に一緒に結合されている。ＡＣ電力が供給されていない際には、リレーは、無効であり、ＤＣ電力ラインＤＣ＋は、電力スイッチ１２３−１３に結合されている。ＡＣ電力が供給される際には、コイルがエネルギー供給され、リレーが有効となり、従って、ＤＣ電力ラインＤＣ＋は、電力スイッチ１２３−１３から分離される。
【０２９７】
一代替又は追加実施形態においては、図６Ｃに示されているように、電源スイッチングユニット１２３−１５は、電源インターフェイス１２３−５のＤＣ＋及びＡＣＨ電力ラインに結合された入力端子と、電力スイッチ１２３−１３に一緒に結合された出力端子と、を有する二極双投式スイッチ１２３−１６を含んでもよい。一実施形態においては、電源インターフェイス１２３−５の負のＤＣ−及びＡＣＬ電力ラインに結合された入力端子と、モーター１２３−２の負の端子に一緒に結合された出力端子と、を有する第２の二極双投式スイッチ１２３−１７が提供されている。一実施形態においては、スイッチ１２３−１６及び１２３−１７は、図６Ｂと同様に、リレーコイルを介して制御されてもよい。代替的に、スイッチ１２３−１６及び１２３−１７は、機械的なスイッチングメカニズム（例えば、電池パックが電池コンセントに挿入された際に、スイッチを閉路する電池コンセント上において提供された可動接点）を介して制御されてもよい。
【０２９８】
別の実施形態においては、図６Ｄに示されているように、電源スイッチングユニット１２３−１５は、電源インターフェイス１２３−５のＤＣ＋及びＡＣＨ電力ラインに結合された入力端子と、電力スイッチ１２３−１３に結合された出力端子と、を有する単極双投式スイッチ１２３−１８を含んでもよい。一実施形態においては、電源インターフェイス１２３−５の負のＤＣ−及びＡＣＬ電力ラインに結合された入力端子と、モーター１２３−２の負の端子に結合された出力端子と、を有する第２の単極双投式スイッチ１２３−１９が提供されている。一実施形態においては、スイッチ１２３−１８及び１２３−１９は、図６Ｂと同様に、リレーコイルを介して制御されてもよい。代替的に、スイッチ１２３−１８及び１２３−１９は、機械的なスイッチングメカニズム（例えば、電池パックが電池コンセントに挿入された際にスイッチを閉路する電池コンセント上に提供された可動接点）を介して制御されてもよい。
【０２９９】
図６Ａ〜図６Ｄの工具１２３には、工具又は電池の障害状態の場合に、電力の供給を中断するべく、制御ユニット１２３−８及び電力スイッチ１２３−１３が提供されているが、工具１２３は、制御ユニット１２３−８及び電力スイッチ１２３−１３を伴うことなしに、提供されうることを理解しなければならない。例えば、１つ又は複数の電池パックには、その障害状態を監視し、且つ、その動作を管理するべく、その独自のコントローラが提供されてもよい。
【０３００】
１．同等な電圧定格を有する電源を有する一定速度ユニバーサルモーター工具
上述の図６Ａ〜図６Ｄにおいては、電動工具１２３は、例えば、１００Ｖ〜１２０Ｖの高定格電圧レンジ（北米及び日本における１００ＶＡＣ〜１２０ＶＡＣのＡＣ電力電圧レンジに対応している）において、又は、更に幅広には、９０Ｖ〜１３２Ｖ（１００〜１２０ＶのＡＣ電力電圧レンジの±１０％である）において、及び、高電力（例えば、１５００〜２５００ワット）において、動作するように設計されている。具体的には、電動工具１２３のモーター１２３−２及びパワーユニット１２３−６の構成要素は、１００〜１２０Ｖの、又は、更に幅広には、９０Ｖ〜１３２Ｖの、高定格電圧を取り扱うように設計及び最適化されている。これは、電圧互換性を有する電動装置を選択し、且つ、高定格電圧レンジを取り扱うように適切なサイズ及び巻線構成を有するモーターを設計することにより、実行されうる。また、モーター１２３−２は、工具１２３の動作電圧又は動作電圧レンジと等価でありうる、これに含まれうる、又は、これに対応しうる動作電圧又は動作電圧レンジを有する。
【０３０１】
一実施形態においては、電源インターフェイス１２３−５は、ＡＣ電源から１００〜１２０Ｖの範囲内の公称電圧（例えば、米国における５０〜６０Ｈｚの１２０ＶＡＣ又は日本における１００ＶＡＣ）を有するＡＣ電力ラインを提供するように、又は、ＤＣ電源から１００〜１２０Ｖの範囲内の公称電圧（例えば、１０８ＶＤＣ）を有するＤＣ電力ラインを提供するように、構成されている。換言すれば、電源インターフェイス１２３−５を通じて提供されるＤＣ公称電圧及びＡＣ公称電圧は、いずれも、モーター１２３−２の動作電圧レンジ（即ち、高定格電圧１００Ｖ〜１２０Ｖ、又は、更に幅広には、約９０Ｖ〜１３２Ｖ）に対応している（例えば、マッチングしているか、オーバーラップしているか、又は含まれている）。１２０ＶＡＣの公称電圧は、ＡＣ正弦波形の正のハーフサイクルにおいて計測された際の約１０８Ｖの平均電圧に対応しており、これは、１０８ＶＡＣの電力と等価な速度性能を提供することに留意されたい。
【０３０２】
２．異なる電圧定格を有する電源を有する一定速度ユニバーサルモーター工具
図６Ｅは、本発明の別の実施形態による電動工具１２３を示しており、この場合に、ＡＣ電源によって提供される電力の供給は、ＤＣ電源から提供される公称電圧とは大幅に異なる公称電圧を有する。例えば、電源インターフェイス１２３−５のＡＣ電力ラインは、１００〜１２０Ｖの範囲内の公称電圧を提供してもよく、ＤＣ電力ラインは、６０Ｖ〜１００Ｖの範囲内の公称電圧（例えば、７２ＶＤＣ又は９０ＶＤＣ）を提供してもよい。別の例においては、ＡＣ電力ラインは、２２０〜２４０Ｖの範囲内の公称電圧（例えば、多くの欧州の国々における２３０Ｖ、又は、多くのアフリカの国々における２２０Ｖ）を提供してもよく、ＤＣ電力ラインは、１００〜１２０Ｖの範囲内の公称電圧（例えば、１０８ＶＤＣ）を提供してもよい。
【０３０３】
大幅に異なる電圧レベルにおける電動工具モーター１２３−２の動作は、電動工具の性能の、特に、モーターの回転速度の、大きな差をもたらす場合があり、これは、顕著である場合があり、いくつかのケースにおいては、ユーザーにとって満足できない場合がある。また、モーター１２３−２の動作電圧レベル外の電圧レベルの供給は、モーター及び関連するスイッチング構成要素を損傷する場合がある。従って、本明細書において記述されている本発明の一実施形態においては、モーター制御回路１２３−４は、モーター１２３−２が、ＡＣ又はＤＣ電力ライン上において提供される公称電圧とは無関係に、エンドユーザーにとって満足できる方式により、実質的に均一な速度及び電力性能をもたらすように、ＡＣ又はＤＣ電力ラインの公称電圧に応じて、モーター１２３−２への電力の供給（及び、従って、モーター性能）を最適化するように構成されている。
【０３０４】
この実施形態においては、モーター１２３−２は、ＤＣ電力ラインの公称電圧を包含する電圧レンジにおいて動作するように設計及び構成されてもよい。例示的な一実施形態においては、電動工具１２３は、例えば、電源インターフェイス１２３−５のＤＣ電力ラインの公称電圧（例えば、７２ＶＤＣ又は９０ＶＤＣ）を包含するが、ＡＣ電力ラインの公称電圧（例えば、２２０Ｖ〜２４０Ｖ）未満である、６０Ｖ〜９０Ｖ（又は、更に幅広には、この±１０％である５４Ｖ〜９９Ｖ）の電圧レンジにおいて動作するように設計されてもよい。別の例示的な実施形態においては、モーター１２３−２は、電源インターフェイス１２３−５のＤＣ電力ラインの公称電圧（例えば、１０８ＶＤＣ）を包含するが、ＡＣ電力ラインの２２０〜２４０Ｖの公称電圧レンジ未満である、１００Ｖ〜１２０Ｖ（又は、更に幅広には、この±１０％である９０Ｖ〜１３２Ｖ）の電圧レンジにおいて動作するように設計されてもよい。
【０３０５】
一実施形態においては、工具１２３が、より高いＡＣ電力ラインの公称電圧によって動作するために、工具１２３には、位相制御されたＡＣスイッチ１２３−１６が更に提供されている。一実施形態においては、ＡＣスイッチ１２３−１６は、制御ユニット１２３−８によって制御されるトライアック又はＳＲＣスイッチを含んでもよい。一実施形態においては、制御ユニット１２３−８は、工具１２３の動作電圧に対応したＡＣスイッチ１２３−１６の固定された伝導帯（又は、点弧角（ｆｉｒｉｎｇ  ａｎｇｌｅ））を設定するように構成されてもよい。
【０３０６】
例えば、６０Ｖ〜１００Ｖの動作電圧レンジを有するモーター１２３−２を有するが、１００Ｖ〜１２０Ｖの公称電圧を有するＡＣ電力を受け取る工具１２３の場合には、ＡＣスイッチ１２３−１６の伝導帯は、例えば、約１２０度などのように、１００〜１４０度の範囲内の値に設定されてもよい。この例においては、ＡＣスイッチ１２３−１６の点弧角は、６０度に設定されてもよい。点弧角を約６０度に設定することにより、モーターに供給されるＡＣ電圧は、ほぼ、７０〜９０Ｖの範囲内となり、これは、工具１２３の動作電圧に対応している。このようにして、制御ユニット１２３−８は、モーター１２３−２に対する電力の供給を最適化する。
【０３０７】
別の例においては、１００〜１２０Ｖの動作電圧レンジを有するモーター１２３−２を有するが、２２０〜２４０Ｖの公称電圧を有するＡＣ電力を受け取る工具１２３の場合には、ＡＣスイッチ１２３−１６の伝導帯は、例えば、約９０度などのように、７０〜１１０度の範囲内の値に設定されてもよい。この例においては、ＡＣスイッチ１２３−１６の点弧角は、９０度に設定されてもよい。点弧角を９０度に設定することにより、モーターに供給されるＡＣ電圧は、ほぼ、１００〜１２０Ｖの範囲内となり、これは、工具１２３の動作電圧に対応している。
【０３０８】
このようにして、モーター制御回路１２３−４は、モーター１２３−２が、ＡＣ又はＤＣ電力ライン上において提供される公称電圧とは無関係に、エンドユーザーが満足できる方式によって実質的に均一な速度及び電力性能をもたらすように、ＡＣ又はＤＣ電力ラインの公称電圧に応じて、モーター１２３−２に対する電力の供給を最適化する。
【０３０９】
Ｂ．ユニバーサルモーターを有する可変速度ＡＣ／ＤＣ電動工具
次に図７Ａ〜図７Ｈを参照すれば、ブラシ付きモーター１２２を有するＡＣ／ＤＣ電動工具の第２のサブセットは、ユニバーサルモーターを有する可変速度ＡＣ／ＤＣ電動工具１２４を含む（ここでは、可変速度ユニバーサルモーター工具１２４とも呼称される）。これらは、無負荷状態において可変速度で動作するコード付き／コードレス（ＡＣ／ＤＣ）電動工具を含み、且つ、高定格電圧（例えば、１００Ｖ〜１２０Ｖ、更に幅広には、９０Ｖ〜１３２Ｖ）において、及び、高電力（例えば、１５００〜２５００ワット）において、動作するように構成されたブラシ付きユニバーサルモーター１２４−２を含む。上述のように、ユニバーサルモーターは、固定子界磁コイルと、界磁コイルと直列状態において接続された整流子と、を有する直列巻回モーターである。この方式におけるユニバーサルモーターは、ＤＣ電源のみならず、ＡＣ電源とも共に動作することができる。一実施形態においては、可変速度ユニバーサルモーター工具１２４は、コンクリートドリル、ハンマ、研磨機、鋸などのような可変速度制御を有する高電力工具を含みうる。
【０３１０】
一実施形態においては、可変速度ユニバーサルモーター工具１２４には、例えば、トリガスイッチ、接触検知スイッチ、静電容量性スイッチ、ジャイロスコープ、又はユーザーによって係合されうるその他の可変速度入力メカニズム（図示されていない）などの可変速度アクチュエータ（図示されていない）が提供されている。一実施形態においては、可変速度アクチュエータは、モーター１２４−２の望ましい速度を示す可変速度信号（例えば、可変電圧信号、可変電流信号など）を生成するためのポテンショメータ又はその他の回路に結合されているか、又はこれを含んでいる。一実施形態においては、可変速度ユニバーサルモーター工具１２４には、これに加えて、ユーザーによるモーター１２４−２の起動を可能にするオン／オフトリガ又はアクチュエータ（図示されていない）が提供されてもよい。代替的に、オン／オフトリガ機能は、ユーザーによる可変速度トリガの初期作動が、モーター１２４−２を起動するように機能するように、可変速度アクチュエータに内蔵されてもよい（即ち、別個のオン／オフアクチュエータはない）。
【０３１１】
一実施形態においては、可変速度ユニバーサルモーター工具１２４は、無負荷又は一定負荷状態において可変速度においてユニバーサルモーター１２４−２を動作させるモーター制御回路１２４−４を含む。電動工具１２４は、上述のＤＣ電源及び／又はＡＣ電源のうちの１つ又は複数から電力を受け取るように構成された電源インターフェイス１２４−５を更に含む。電源インターフェイス１２４−５は、（ＤＣ電源から電力を供給するための）ＤＣ電力ラインＤＣ＋及びＤＣ−により、及び、（ＡＣ電源から電力を供給するための）ＡＣ電力ラインＡＣＨ及びＡＣＬにより、モーター制御回路１２４−４に電気的に結合されている。
【０３１２】
一実施形態においては、モーター制御回路１２４−４は、パワーユニット１２４−６を含んでもよい。一実施形態においては、パワーユニット１２４−６は、ＤＣ電力ラインＤＣ＋／ＤＣ−とモーター１２４−２との間において配置されたＤＣスイッチ回路１２４−１４と、ＡＣ電力ラインＡＣＨ／ＡＣＬとモーター１２４−２との間において配置されたＡＣスイッチ１２４−１６と、を含んでもよい。一実施形態においては、ＤＣスイッチ回路１２４−１４は、ＤＣ電力ラインＤＣ＋／ＤＣ−からの電力をモーター１２４−２にスイッチング可能な方式で提供するように構成された１つ又は複数のパワー半導体装置（例えば、ダイオード、ＦＥＴ、ＢＪＴ、ＩＧＢＴなど）の組合せを含んでもよい。一実施形態においては、ＡＣスイッチ１２４−１６は、ＡＣ電力ラインＡＣＨ／ＡＣＬからの電力をモーター１２４−２にスイッチング可能な方式で提供するように構成された位相制御されたＡＣスイッチ（例えば、トライアック、ＳＣＲ、サイリスタなど）を含んでもよい。
【０３１３】
一実施形態においては、モーター制御回路１２４−４は、制御ユニット１２４−８を更に含んでもよい。制御ユニット１２４−８は、ＤＣスイッチ回路１２４−１４及びＡＣスイッチ１２４−１６のスイッチング動作を制御するように構成されてもよい。一実施形態においては、制御ユニット１２４−８は、電力スイッチのゲートを制御するように構成されたマイクロコントローラ又は類似のプログラム可能なモジュールを含んでもよい。一実施形態においては、電力がＤＣ電力ラインＤＣ＋／ＤＣ−を通じて１つ又は複数の電池パックから供給されている際に可変速度アクチュエータからの速度信号に基づいてモーター１２４−２の速度を制御するべく、制御ユニット１２４−８は、ＤＣスイッチ回路１２４−１４内の１つ又は複数の半導体スイッチのＰＷＭデューティサイクルを制御するように構成されている。同様に、制御ユニット１２４−８は、電力がＡＣ電力ラインＡＣＨ／ＡＣＬを通じてＡＣ電源から供給されている際に可変速度アクチュエータからの速度信号に基づいてモーター１２４−２の速度を制御するべく、ＡＣスイッチ１２４−１６の点弧角（又は、導通角）を制御するように構成されている。
【０３１４】
また、一実施形態においては、制御ユニット１２４−８は、電源インターフェイス１２４−５から提供される通信信号ラインＣＯＭＭを介して１つ又は複数の電池パックに結合されてもよい。ＣＯＭＭ信号ラインは、１つ又は複数の電池パックの動作又は状態に関係した制御又は情報信号を制御ユニット１２４−８に提供してもよい。一実施形態においては、制御ユニット１２４−８は、電池の障害（例えば、電池の温度超過、電池の電流超過、電池の電圧超過、電池の電圧不足など）が検出された際に、ＤＣスイッチ回路１２４−１４を使用して電源インターフェイス１２４−５のＤＣ出力ラインからの電力を中断するように構成されてもよい。制御ユニット１２４−８は、工具の障害状態（例えば、工具の温度超過、工具の電流超過など）が検出された場合に、ＤＣスイッチ回路１２４−１４及び／又はＡＣスイッチ１２４−１６を使用して電源インターフェイス１２４−５のＡＣ又はＤＣ出力ラインからの電力を中断するように更に構成されてもよい。
【０３１５】
一実施形態においては、パワーユニット１２４−６には、上述のオン／オフトリガ又はアクチュエータに結合された電気機械的なオン／オフスイッチ１２４−１２が更に提供されてもよい。オン／オフスイッチは、電源インターフェイス１２４−５からモーター１２４−２への電力の供給を単純に接続又は分離する。代替的に、制御ユニット１２４−８は、オン／オフトリガ又はアクチュエータのユーザーによる作動（又は、オン／オフトリガ機能が可変速度アクチュエータに内蔵されている場合には、可変速度アクチュエータの初期作動）を検出する時点まで、ＤＣスイッチ回路１２４−１４及びＡＣスイッチ１２４−１６を無効化するように構成されてもよい。次いで、制御ユニット１２４−８は、ＤＣスイッチ回路１２４−１４又はＡＣスイッチ１２４−１６を介してモーター１２４−２の動作を起動してもよい。このようにして、パワーユニット１２４−６は、電気機械的なオン／オフスイッチ１２４−１２を伴うことなしに、動作可能でありうる。
【０３１６】
図７Ａを参照すれば、可変速度ユニバーサルモーター工具１２４が、一実施形態に従って示されており、この場合に、ＡＣＨ及びＤＣ＋電力ラインは、共通正ノード１２４−１１ａにおいて１つに結合され、ＡＣＬ及びＤＣ−電力ラインは、共通負ノード１２４−１１ｂにおいて１つに結合されている。この実施形態においては、オン／オフスイッチ１２４−１２は、正共通ノード１２４−１１ａとモーター１２４−２との間において配置されている。ＡＣ又はＤＣ電源のうちの１つのみが任意の所与の時点において利用されることを保証するべく、一実施形態においては、制御ユニット１２４−８は、任意の所与の時点においてＤＣスイッチ回路１２４−１４及びＡＣスイッチ１２４−１６のうちの１つのみを起動するように構成されてもよい。
【０３１７】
更なる一実施形態においては、冗長性対策として、且つ、電気漏洩を最小化するべく、機械的なロックアウト装置が利用されてもよい。例示的な一実施形態においては、機械的なロックアウト装置は、任意の所与の時点においてＡＣ又はＤＣ電源に対するアクセスを物理的にブロックしうる。
【０３１８】
図７Ｂは、一代替実施形態による可変速度ユニバーサルモーター工具１２４を示しており、この場合には、ＤＣ電力ラインＤＣ＋／ＤＣ−及びＡＣ電力ラインＡＣＨ／ＡＣＬは、（電源インターフェイス１２４−５がＡＣ及びＤＣ電源の両方に結合されている場合にも）電力がＡＣ電源及びＤＣ電源の両方から同時に供給されえないことを保証するべく、電源スイッチングユニット１２４−１５を介して隔離されている。スイッチングユニット１２４−１５は、図６Ｂ〜図６Ｄを参照して図示及び記述したように、リレー、単極双投式スイッチ、二極双投式スイッチ、又はこれらの組合せを含むように構成されてもよい。図７Ｂの電源スイッチングユニット１２４−１５は、一方側の電源インターフェイス１２４−５と、他方側のＤＣスイッチ回路１２４−１４及びＡＣスイッチ１２４−１６と、の間において示されているが、電源スイッチングユニット１２４−１５は、代替的に、電源スイッチングユニット１２４−１５内において利用されるスイッチング構成に応じて、一方側のＤＣスイッチ回路１２４−１４及びＡＣスイッチ１２４−１６と、他方側のモーター１２４−２と、の間において提供されてもよいことを理解されたい。
【０３１９】
上述のように、ＤＣスイッチ回路１２４−１４は、１つ又は複数の半導体装置の組合せを含んでもよい。図７Ｃ〜図７Ｅは、ＤＣスイッチ回路１２４−１４の様々な構成及び実施形態を示している。図７Ｃにおいて示されている一実施形態においては、ＦＥＴ及びダイオードの組合せが、チョッパ回路として知られているものにおいて使用されており、制御ユニット１２４−８が、モーター１２４−２のＰＷＭデューティサイクルを制御するべく、（図示されていないゲートドライバを介して）ＦＥＴのゲートを駆動する。図７Ｄに示されている別の実施形態においては、２つのＦＥＴの組合せが、直列状態（即ち、ハーフブリッジ）において使用されている。制御ユニット１２４−８は、このケースにおいては、１つ又は両方のＦＥＴのゲートを駆動しうる（即ち、単一スイッチＰＷＭ制御又は同期整流を伴うＰＷＭ制御）。図７Ｅに示されている更に別の実施形態においては、４つのＦＥＴの組合せが、Ｈブリッジ（フルブリッジ）として使用されている。制御ユニット１２４−８は、このケースにおいては、ゼロから最大速度までのモーターの望ましい速度に関連付けられた０％〜１００％のＰＷＭデューティサイクルに（即ち、同期整流を伴うことなしに又は伴って）２つ又は４つのＦＥＴのゲートを駆動してもよい。これらの図に示されているＦＥＴの代わりに、ＢＪＴやＩＧＢＴなどのような任意のタイプの制御可能な半導体装置が使用されうることに留意されたい。これらの回路及び関連するＰＷＭ制御メカニズムの詳細説明については、「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｓｗｉｔｃｈ  Ｍｏｄｕｌｅ  ｆｏｒ  ａ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｏｏｌ」という名称の米国特許第８，４４６，１２０号明細書を参照されたい。この特許文献の内容は、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。
【０３２０】
再度図７Ａ及び図７Ｂを参照すれば、ＡＣスイッチ１２４−１６は、ＡＣ電力ラインＡＣＨ及び／又はＡＣ電力ラインＡＣＬ上において直列状態において構成された、トライアック、ＳＣＲ、サイリスタなどのような位相制御されたＡＣ電力スイッチを含んでもよい。一実施形態においては、制御ユニット１２４−８は、ＡＣ電流又は電圧波形のゼロ交差に関して周期的なインターバルにおいてモーター電流をスイッチオン及びオフすることにより、モーターの速度を制御している。制御ユニット１２４−８は、ゼロから最大速度までのモーターの望ましい速度に関係付けられた各ＡＣハーフサイクル内において０〜１８０度の導通角においてＡＣスイッチ１２４−１６を点弧してもよい。例えば、望ましいモーター速度が、最大速度の５０％である場合には、制御ユニット１２４−８は、９０度においてＡＣスイッチ１２４−１６を点弧してもよく、これは、ハーフサイクルの中間点である。好ましくは、このような周期的なインターバルは、オリジナルのＡＣ波形との同期状態において発生するように生成される。導通角は、ＡＣスイッチ１２４−１６が、点弧され、即ち、オンにされ、これにより、電気エネルギーがモーター１２４−２に供給されるＡＣ波形内の地点を決定する。ＡＣスイッチ１２４−１６は、選択された期間の終了点において、即ち、ＡＣ波形のゼロ交差において、オフになる。従って、導通角は、ＡＣスイッチ１２４−１６の点弧の時点からゼロ交差まで計測される。電動工具内のトライアック又はその他の位相制御されたＡＣスイッチの位相制御の詳細な説明については、「Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｍｏｄｕｌｅ」という名称の米国特許第８，６５７，０３１号明細書、「Ｇｅｎｅｒｉｃ  Ｍｏｔｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ」という名称の米国特許第７，８３４，５６６号明細書、及び「Ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ  Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｍｏｔｏｒ  Ｓｐｅｅｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ」という名称の米国特許第５，９８６，４１７号明細書を参照されたい。これらの特許文献のそれぞれは、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。
【０３２１】
上述のように、制御ユニット１２４−８は、ＤＣスイッチ回路１２４−１４及びＡＣスイッチ１２４−１６の両方のスイッチング動作を制御する。工具１２４がＡＣ電源に結合された際には、制御ユニット１２４−８は、ＡＣスイッチ１２４−１６を制御するべく、ＡＣ電力ラインＡＣＨ／ＡＣＬを通じた電流を検知してもよく、及び、その動作モードを設定してもよい。一実施形態においては、工具１２４が、ＤＣ電源に結合された際には、制御ユニット１２４−８は、ＤＣスイッチ回路１２４−１４を制御するべく、ＡＣ電力ラインＡＣＨ／ＡＣＬ上におけるゼロ交差の欠如を検知してもよく、及び、その動作モードを変更してもよい。制御ユニット１２４−８は、例えば、ＣＯＭＭ信号ラインからの信号の検知やＤＣ電力ラインＤＣ＋／ＤＣ−上における電圧の検知などのような様々な方法により、その動作モードを設定してもよいことに留意されたい。
【０３２２】
１．統合された電力スイッチ／ダイオードブリッジ
次に図７Ｆ〜図７Ｈを参照すれば、可変速度ユニバーサルモーター工具１２４が、一代替実施形態に従って示されており、この場合には、電源インターフェイス１２４−５のＡＣ及びＤＣ電力ラインは、統合されたＡＣ／ＤＣ電力スイッチング回路１２４−１８に結合されている。
【０３２３】
図７Ｇ及び図７Ｈに示されているように、統合されたＡＣ／ＤＣ電力スイッチング回路１２４−１８は、ダイオードＤ１〜Ｄ４から構成されたダイオードブリッジ内に組み込まれた半導体スイッチＱ１を含む。半導体スイッチＱ１は、図７Ｈに示されているように、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であってもよく、又は、図７Ｇに示されているように、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であってもよい。半導体スイッチＱ１は、一端において、Ｄ１とＤ３との間において、他端においては、Ｄ２とＤ４との間において、配置されている。ライン入力ＤＣ＋及びＡＣＨは、Ｄ１とＤ４との間のダイオードブリッジのノードに一緒に結合されている。正のモーター端子Ｍ＋は、Ｄ２とＤ３との間のダイオードブリッジのノードに結合されている。
【０３２４】
工具１２４がＤＣ電源に結合された際に、一実施形態においては、制御ユニット１２４−８は、上述のように、その動作モードをＤＣモードに設定する。このモードにおいては、制御ユニット１２４−８は、モーター速度を制御するべく、半導体スイッチＱ１をＰＷＭ技法を介して、即ち、スイッチＱ１をオンにして及びオフにしてパルス電圧を提供することにより、制御する。ＰＷＭデューティサイクル、又は、ＰＷＭ信号内のオン及びオフ周期の比率は、モーターの望ましい速度に従って選択される。
【０３２５】
工具１２４がＡＣ電源に結合された際に、一実施形態においては、制御ユニット１２４−８は、上述のように、その動作モードをＡＣに設定する。このモードにおいては、制御ユニット１２４−８は、トライアックなどの位相制御されたスイッチのスイッチング動作に似た方式により、半導体スイッチＱ１を制御する。具体的には、スイッチＱ１は、制御ユニット１２４−８により、トラアックが正常に点弧されることになるＡＣハーフサイクルの時点に対応するように、オンにされる。制御ユニット１２４−８は、ＡＣハーフサイクルの末尾を示すゼロ交差に到達する時点まで、スイッチＱ１をオン状態において継続的に維持する。その時点において、制御ユニット１２４−８は、電流ゼロ交差の時点に対応するように、スイッチＱ１をオフにする。このようして、制御ユニット１２４−８は、望ましいモーターの速度に従って各ＡＣハーフサイクルの導通角を制御するべく、各ハーフサイクル内においてスイッチＱ１を作動させることにより、モーターの速度を制御する。
【０３２６】
電力がＤＣ電力ラインＤＣ＋／ＤＣ−を介して供給される際には、電流は、Ｄ１−Ｑ１−Ｄ２を通じてモーター１２４−２内に流れる。上述のように、制御ユニット１２４−８は、スイッチＱ１のＰＷＭデューティサイクルを制御することにより、モーターの速度を制御する。電力がＡＣ電力ラインＡＣＨ／ＡＣＬを介して供給される際には、電流は、すべての正のハーフサイクルにおいては、Ｄ１−Ｑ１−Ｄ２を通じて、及び、すべての負のハーフサイクルにおいては、Ｄ３−Ｑ１−Ｄ４を通じて、流れる。従って、ダイオードブリッジＤ１−Ｄ４は、スイッチＱ１を通過するＡＣ電力を整流するように機能するが、モーター端子Ｍ＋／Ｍ−を通過するＡＣ電力を整流することはない。上述のように、制御ユニット１２４−８は、スイッチＱ１を介して、各ハーフサイクルの伝導帯を制御することにより、モーターの速度を制御している。
【０３２７】
一実施形態においては、制御ユニット１２４−８は、ＡＣ及びＤＣ動作モードの両方において、スイッチＱ１に対するＰＷＭ制御を実行しうることに留意されたい。具体的には、各ハーフサイクル内においてＡＣラインの伝導帯を制御する代わりに、制御ユニット１２４−８は、モーターの速度を制御するべく、上述のＰＷＭ技法を使用することにより、ＰＷＭデューティサイクルを選択してもよい。
【０３２８】
モーター１２４−２のサイズ及び特性に応じて、モーター１２４−２は、ＡＣライン電流に関してわずかに遅延した誘導電流を有する場合がある。ＡＣ動作モードにおいては、この電流は、各ＡＣハーフサイクルの末尾において、即ち、すべての電圧ゼロ交差の後に、ゼロに至るまで減衰することが許容されている。但し、ＤＣ動作モードにおいては、モーター１２４−２の誘導電流用の電流経路を提供することが望ましい。従って、一実施形態によれば、Ｑ１がオフにされた際に、モーター１２４−２を通じて流れる誘導電流用の経路を提供するべく、フリーホイールスイッチＱ２及びフリーホイールダイオードＤ５が、モーター１２４−２に対して並列状態において更に提供されている。一実施形態においては、ＡＣ動作モードにおいては、制御ユニット１２４−８は、Ｑ２を常にオフ状態において維持するように構成されている。但し、ＤＣ動作モードにおいては、制御ユニット１２４−８は、フリーホイールスイッチＱ２をオン状態において維持するように構成されている。
【０３２９】
更なる実施形態においては、制御ユニット１２４−８は、スイッチＱ１が停止させられる際にＱ２を作動させるように構成されており、及び、スイッチＱ２が停止させられる際にＱ１を作動させるように構成されている。換言すれば、Ｑ１がパルス幅変調されている際には、スイッチＱ１のオン及びオフ期間は、スイッチＱ２のオフ及びオン期間と同期的に一致することになる。これは、Ｑ２／Ｄ５のフリーホイール電流経路が、いずれのＱ１オンサイクルにおいても、モーター１２４−８を短絡させないことを保証している。
【０３３０】
このような構成によれば、モーター１２４−２の速度は、電動工具１２４が、ＡＣ電源に接続されているのか、又は、ＤＣ電源に接続されているのか、とは無関係に、制御することができる。
【０３３１】
２．同等な電圧定格を有する電源を有する可変速度ユニバーサルモーター工具
上述の図７Ａ、図７Ｂ、及び図７Ｆにおいて、電動工具１２４は、例えば、１００Ｖ〜１２０Ｖ（１００Ｖ〜１２０ＶＡＣのＡＣ電力電圧レンジに対応している）の、又は、更に幅広には、９０Ｖ〜１３２Ｖ（１００〜１２０ＶＡＣのＡＣ電力電圧レンジの±１０％に対応している）の、高定格電圧レンジにおいて、及び、高電力（例えば、１５００〜２５００ワット）において、動作するように設計されている。また、モーター１２４−２は、工具１２４の動作電圧又は動作電圧レンジと等価でありうる、これに含まれうる、又は、これ対応しうる動作電圧又は動作電圧レンジを有する。
【０３３２】
一実施形態においては、電源インターフェイス１２４−５は、ＤＣ電源から提供される公称電圧とは大幅に異なる公称電圧を有するＡＣ電圧を提供するように構成されている。例えば、電源インターフェイス１２４−５のＡＣ電力ラインは、１００〜１２０Ｖの範囲内の公称電圧を提供してもよく、ＤＣ電力ラインは、６０Ｖ〜１００Ｖの範囲内の公称電圧（例えば、７２ＶＤＣ又は９０ＶＤＣ）を提供してもよい。別の例においては、ＡＣ電力ラインは、２２０〜２４０Ｖの範囲内の公称電圧（例えば、多くの欧州諸国における２３０Ｖ又は多くのアフリカ諸国における２２０Ｖ）を提供してもよく、ＤＣ電力ラインは、１００〜１２０Ｖの範囲内の公称電圧（例えば、１０８ＶＤＣ）を提供してもよい。
【０３３３】
３．異なる電圧定格を有する電源を有する可変速度ユニバーサルモーター工具
本発明の一代替実施形態によれば、ＡＣ電源によって提供される電圧は、ＤＣ電源から提供される公称電圧とは大幅に異なる公称電圧を有する。例えば、電源インターフェイス１２４−５のＡＣ電力ラインは、１００〜１２０Ｖの範囲内の公称電圧を提供してもよく、ＤＣ電力ラインは、６０Ｖ〜１００Ｖの範囲内の公称電圧（例えば、７２ＶＤＣ又は９０ＶＤＣ）を提供してもよい。別の例においては、ＡＣ電力ラインは、２２０〜２４０Ｖの範囲内の公称電圧（例えば、多くの欧州諸国における２３０Ｖ又は多くのアフリカ諸国における２２０Ｖ）を提供してもよく、ＤＣ電力ラインは、１００〜１２０Ｖの範囲内の公称電圧（例えば、１０８ＶＤＣ）を提供してもよい。
【０３３４】
大幅に異なる電圧レベルにおける電動工具モーター１２４−２の動作は、電動工具の性能の、特に、モーターの回転速度の、大きな差をもたらす場合があり、これは、顕著である場合があり、いくつかのケースにおいては、ユーザーにとって満足できない場合がある。また、モーター１２４−２の動作電圧レンジ外の電圧レベルの供給も、モーター及び関連するスイッチング構成要素を損傷する場合がある。従って、本明細書において記述されている本発明の一実施形態においては、モーター制御回路１２４−４は、モーター１２４−２が、ＡＣ又はＤＣ電力ライン上において提供される公称電圧とは無関係に、エンドユーザーにとって満足できる方式で実質的に均一な速度及び電力性能をもたらすように、ＡＣ又はＤＣ電力ラインの公称電圧に応じて、モーター１２４−２への電力の供給（及び、したがって、モーター性能）を最適化するように構成されている。
【０３３５】
この実施形態においては、モーター１２４−２は、ＤＣ電力ラインの公称電圧を包含する電圧レンジにおいて動作するように設計及び構成されてもよい。例示的な一実施形態においては、モーター１２４−２は、電源インターフェイス１２４−５のＤＣ電力ラインの公称電圧（例えば、７２ＶＤＣ又は９０ＶＤＣ）を包含するが、ＡＣ電力ラインの公称電圧（例えば、２２０Ｖ〜２４０Ｖ）未満である、例えば、６０Ｖ〜９０Ｖ（又は、更に幅広には、この±１０％である５４Ｖ〜９９Ｖ）の電圧レンジにおいて動作するように設計されてもよい。別の例示的な実施形態においては、モーター１２４−２は、電源インターフェイス１２４−５のＤＣ電力ラインの公称電圧（例えば、１０８ＶＤＣ）を包含するが、ＡＣ電力ラインの２２０〜２４０Ｖの公称電圧レンジ未満である、１００Ｖ〜１２０Ｖ（又は、更に幅広には、この±１０％である９０Ｖ〜１３２Ｖ）の電圧レンジにおいて動作するように設計されてもよい。
【０３３６】
一実施形態においては、モーター１２４−２が、より高いＡＣ電力ラインの公称電圧によって動作するように、制御ユニット１２４−８は、工具１２４の動作電圧に対応した位相制御されたＡＣスイッチ１２４−１６用の固定された最大伝導帯を設定するように構成されてもよい。具体的には、制御ユニット１２４−８は、（例えば、１００％のトリガの変位において）工具の最大速度に対応した固定された点弧角を設定し、これにより、最大無負荷速度において、各ＡＣハーフサイクル内において１８０度未満の伝導帯をもたらすように、構成されてもよい。これは、ＡＣ電源からモーター１２４−２に提供される合計電圧を事実上低減することにより、制御ユニット１２４−８が、モーターへの電力の供給を最適化することを可能にする。
【０３３７】
例えば、６０〜１００Ｖの動作電圧レンジを有するが、１００〜１２０Ｖの公称電圧を有するＡＣ電力を受け取るモーター１２４−２の場合には、ＡＣスイッチ１２４−１６の伝導帯は、約１２０度の最大値に設定されてもよい。換言すれば、ＡＣスイッチ１２４−１６の点弧角は、望ましい最大速度における６０度（１２０度の導通角に対応している）から無速度における１８０度（０度の導通角に対応している）に変化させられてもよい。最大点弧角を約６０度に設定することにより、望ましい最大速度においてモーターに供給されるＡＣ電圧は、ほぼ、７０〜９０Ｖの範囲内となり、これは、工具１２４の動作電圧に対応している。
【０３３８】
このようにして、モーター制御回路１２４−４は、モーター１２４−２が、ＡＣ又はＤＣ電力ライン上において提供される公称電圧とは無関係に、エンドユーザーにとって満足できる方式により、実質的に均一な速度及び電力性能をもたらすように、ＡＣ又はＤＣ電力ラインの公称電圧に応じて、モーター１２４ー２への電力の供給を最適化する。
【０３３９】
Ｃ．ブラシ付きＰＭＤＣモーターを有する一定速度ＡＣ／ＤＣ電動工具
次に図８Ａ及び図８Ｂを参照すれば、ブラシ付きモーター１２２を有するＡＣ／ＤＣ電動工具の第３サブセットは、ユニバーサルモーターよりも優れた効率を有する傾向を有する永久磁石ＤＣ（ＰＭＤＣ）ブラシ付きモーターを有する一定速度ＡＣ／ＤＣ電動工具１２５を含む（本明細書においては、一定速度ＰＭＤＣ工具１２５と呼称される）。これらは、無負荷（又は一定負荷）状態において一定速度において動作するコード付き／コードレス（ＡＣ／ＤＣ）電動工具を含み、且つ、高定格電圧（例えば、１００Ｖ〜１２０Ｖ）及び高電力（例えば、１５００〜２５００ワット）において動作するように構成されたＰＭＤＣブラシ付きモーター１２５−２を含む。ＰＭＤＣブラシ付きモーターは、一般に、整流子に結合された巻回された回転子と、その内部において固定された永久磁石を有する固定子と、を含む。ＰＭＤＣモーターは、その名称が示しているように、ＤＣ電力のみによって動作する。この理由は、固定子上の永久磁石が、極性を変化させず、且つ、ＡＣ電力が、正のハーフサイクルから負のハーフサイクルへと変化するのに伴って、ブラシ内における極性の変化が、モーターを停止状態とするからである。この理由から、一実施形態においては、図８Ａ及び図８Ｂに示されているように、ＡＣ電源からの電力は、ＡＣ電力の負のハーフサイクルを変換又は除去するべく、整流器回路１２５−２０を通過させられている。一実施形態においては、整流器回路１２５−２０は、ＡＣ電力の負のハーフサイクルを正のハーフサイクルに変換することにより、ＡＣ電圧波形を整流するように構成された全波整流器であってもよい。代替的に、一実施形態においては、整流器回路１２５−２０は、ＡＣ電力のハーフサイクルを除去するべく、半波整流器回路であってもよい。一実施形態においては、整流器回路１２５−２０には、リンクコンデンサ又はスムージングコンデンサ（図示されていない）が更に提供されてもよい。一実施形態においては、一定速度ＰＭＤＣモーター工具１２５は、コンクリートハンマ、マイターソー、テーブルソー、真空掃除機、送風機、及び芝刈り機などのような高電力用途用の高電力工具を含みうる。
【０３４０】
一定速度ＰＭＤＣモーター工具１２５の多くの側面は、図６Ａ〜図６Ｅを参照して上述した一定速度ユニバーサルモーター工具１２３のものに類似している。一実施形態においては、一定速度ＰＭＤＣモーター工具１２５は、無負荷状態において一定速度でＰＭＤＣモーター１２５−２を動作させるモーター制御回路１２５−４を含む。電動工具１２５は、上述のＤＣ電源及び／又はＡＣ電源のうちの１つ又は複数から電力を受け取るように構成された電源インターフェイス１２５−５を更に含む。電源インターフェイス１２５−５は、（ＤＣ電源からの電力を供給するための）ＤＣ電力ラインＤＣ＋及びＤＣ−により、且つ、（ＡＣ電源からの電力を供給するための）ＡＣ電力ラインＡＣＨ及びＡＣＬにより、モーター制御回路１２５−４に電気的に結合されている。
【０３４１】
一実施形態においては、モーター制御回路１２５−４は、パワーユニット１２５−６を含む。パワーユニット１２５−６は、モーター１２５−２と直列状態において提供され、且つ、オン／オフトリガ又はアクチュエータ（図示されていない）に結合された電気機械的なオン／オフスイッチ１２５−１２を含んでもよい。追加的に、及び／又は代替的に、パワーユニット１２５は、ＤＣ電力ラインＤＣ＋／ＤＣ−及び制御ユニット１２５−８に結合された電力スイッチ１２５−１３を含んでもよい。一実施形態においては、制御ユニット１２５−８が、電動工具１２５及び／又は電池の状態を監視するべく、提供されてもよい。一実施形態においては、制御ユニット１２５−８は、工具内部のサーミスタなどの工具１２５の要素に結合されてもよい。また、一実施形態においては、制御ユニット１２５−８は、電源インターフェイス１２５−５から提供される通信信号ラインＣＯＭＭを介して１つ又は複数の電池パックに結合されてもよい。ＣＯＭＭ信号ラインは、１つ又は複数の電池パックの動作又は状態に関係した制御又は情報信号を制御ユニット１２５−８に提供してもよい。一実施形態においては、制御ユニット１２５−８は、工具の障害状態（例えば、工具の温度超過、工具の電流超過など）又は電池の障害状態（例えば、電池の温度超過、電池の電流超過、電池の電圧超過、電池の電圧不足など）が検出された場合に、電力スイッチ１２５−１３を使用して電源インターフェイス１２５−５のＤＣ＋出力ラインからの電力を中断するように構成されてもよい。一実施形態においては、電力スイッチ１２５−１３は、制御ユニット１２５−８によって制御されるＦＥＴ又はその他の制御可能なスイッチを含んでもよい。一代替実施形態における電力スイッチ１２５−１３は、制御ユニット１２５−８が、工具の障害状態において、ＡＣ電源又はＤＣ電源からの電力の中断を許容するべく、一方側のＡＣ電力ラインＡＣＨ／ＡＣＬ及びＤＣ電力ラインＤＣ＋／ＤＣ−の両方と、他方側のモーター１２５−２と、の間において提供されてもよいことに留意されたい。また、別の実施形態においては、一定速度ＰＭＣＭモーター工具１２５は、オン／オフスイッチ１２５−１２を伴うことなしに提供されてもよく、制御ユニット１２５−８は、オン／オフトリガ又はアクチュエータがユーザーによって作動させられた際に、電力スイッチ１２５−１３の起動を開始するように構成されてもよい。換言すれば、電力スイッチ１２５−１３は、オン／オフ及び障害状態制御のために使用されてもよい。電力スイッチ１２５−１３は、この実施形態においては、モーター１２５−２の可変速度制御（例えば、ＰＷＭ制御）を制御するために使用されていないことに留意されたい。
【０３４２】
図８Ａを参照すれば、一定速度ＰＭＤＣモーター工具１２５が、一実施形態に従って示されており、この場合に、ＤＣ＋電力ライン及び（整流されたＡＣＨ電力ラインを搬送する）整流器回路１２５−２０のＶ＋出力は、共通正ノード１２５−１１ａにおいて１つに結合されており、ＤＣ−電力ライン及び（ＡＣＬ電力ラインに対応する）整流器回路１２５−２０からのＧｎｄ出力は、共通負ノード１２５−１１ｂにおいて１つに結合されている。この実施形態においては、オン／オフスイッチ１２５−１２は、正の共通ノード１２５−１１ａとモーター１２５−２との間において配置されている。ＡＣ又はＤＣ電源のうちの１つのみが任意の所与の時点において利用されることを保証するべく、一実施形態においては、機械的なロックアウト装置が利用されてもよい。例示的な一実施形態においては、機械的なロックアウト装置は、任意の所与の時点においてＡＣ又はＤＣ電源のうちの１つに対するアクセスを物理的にブロックしうる。
【０３４３】
図８Ｂにおいては、一定速度ＰＭＤＣモーター工具１２５が、一代替実施形態に従って示されており、この場合に、ＤＣ電力ラインＤＣ＋／ＤＣ−及びＡＣ電力ラインＡＣＨ／ＡＣＬは、（電源インターフェイス１２５−５がＡＣ及びＤＣ電源の両方に結合されている場合にも）電力がＡＣ電源及びＤＣ電源の両方から同時に供給されえないことを保証するべく、電源スイッチングユニット１２５−１５を介して隔離されている。電源スイッチングユニット１２５−１５は、図６Ｂ〜図６Ｄの電源スイッチングユニット１２３−１５の構成のいずれかと同様に構成されてもよい。電源スイッチングユニット１２５−１５は、一代替実施形態においては、ＡＣ電力ラインＡＣＨ／ＡＣＬと整流器回路１２５−２０との間において配置されうることに留意されたい。更に別の実施形態においては、電源スイッチングユニット１２５−１５は、電力スイッチ１２５−１３とオン／オフスイッチ１２５−１２との間において配置されてもよい。
【０３４４】
図８Ａ及び図８Ｂの工具１２５には、工具又は電池の障害状態の場合に電力の供給を中断するべく、制御ユニット１２５−８及び電力スイッチ１２５−１３が提供されているが、工具１２５は、制御ユニット１２５−８及び電力スイッチ１２５−１３を伴うことなしに提供されうることを理解されたい。例えば、１つ又は複数の電池には、その障害状態を監視し、且つ、その動作を管理するべく、その独自のコントローラが提供されてもよい。
【０３４５】
１．同等な電圧定格を有する電源を有する一定速度ＰＭＤＣ工具
上述の図８Ａ及び図８Ｂにおいては、電動工具１２５は、例えば、（１００Ｖ〜１２０ＶＡＣのＡＣ電力電圧レンジに対応した）１００Ｖ〜１２０Ｖ、更に幅広には、（１００〜１２０ＶＡＣのＡＣ電力電圧レンジの±１０％に対応した）９０Ｖ〜１３２Ｖなどの高定格電圧レンジにおいて、及び、高電力（例えば、１５００〜２５００ワット）において、動作するように設計されている。また、モーター１２５−２は、工具１２５の動作電圧又は動作電圧レンジに等価でありうる、これに含まれうる、又は、これに対応しうる動作電圧又は動作電圧レンジを有する。
【０３４６】
一実施形態においては、電源インターフェイス１２５−５は、ＡＣ電源からの１００〜１２０Ｖの範囲内の公称電圧（例えば、米国においては５０〜６０Ｈｚにおける１２０ＶＡＣ、又は、日本においては１００ＶＡＣ）を有するＡＣ電力ラインを提供するように、又は、ＤＣ電源からの１００〜１２０Ｖの範囲内の公称電圧（例えば、１０８ＶＤＣ）を有するＤＣ電力ラインを提供するように、構成されている。換言すれば、電源インターフェイス１２５−５を通じて提供されるＤＣ公称電圧及びＡＣ公称電圧は、いずれも、電動工具１２５の動作電圧レンジ（即ち、高定格電圧１００Ｖ〜１２０Ｖ、又は、更に幅広には、約９０Ｖ〜１３２Ｖ）に対応している（例えば、マッチングしているか、これとオーバーラップしているか、又はこれに含まれている）。１２０ＶＡＣの公称電圧は、ＡＣ正弦波形の正のハーフサイクルにおいて計測された際の約１０８Ｖの平均電圧に対応しており、これは、１０８ＶＤＣ電力と等価な速度性能を提供することに留意されたい。
【０３４７】
２．異なる電圧レンジを有する電源を有する一定速度ＰＭＤＣ工具
本発明の別の実施形態によれば、ＡＣ電源によって提供される電圧は、ＤＣ電源から提供される公称電圧とは大幅に異なる公称電圧を有する。例えば、電源インターフェイス１２５−５のＡＣ電力ラインは、１００〜１２０Ｖの範囲内の公称電圧を提供してもよく、ＤＣ電力ラインは、６０Ｖ〜１００Ｖの範囲内の公称電圧（例えば、７２ＶＤＣ又は９０ＶＤＣ）を提供してもよい。別の例においては、ＡＣ電力ラインは、２２０〜２４０Ｖの範囲内の公称電圧を提供してもよく、ＤＣ電力ラインは、１００〜１２０Ｖの範囲内の公称電圧（例えば、１０８ＶＤＣ）を提供してもよい。
【０３４８】
大幅に異なる電圧レベルにおける電動工具モーター１２５−２の動作は、電動工具の性能の、特に、モーターの回転速度の、大きな差をもたらす場合があり、これは、顕著である場合があり、いくつかのケースにおいては、ユーザーにとって満足できない場合がある。また、モーター１２５−２の動作電圧レンジ外の電圧レベルの供給も、モーター及び関連するスイッチング構成要素を損傷する場合がある。従って、本明細書において記述されている本発明の一実施形態においては、モーター制御回路１２５−４は、モーター１２５−２が、ＡＣ又はＤＣ電力ライン上において提供される公称電圧とは無関係に、エンドユーザーにとって満足できる方式により、実質的に均一な速度及び電力性能をもたらすように、ＡＣ又はＤＣ電力ラインの公称電圧に応じて、モーター１２５−２に対する電力の供給（及び、従って、モーター性能）を最適化するように構成されている。
【０３４９】
この実施形態においては、電動工具モーター１２５−２は、ＤＣ電力ラインの公称電圧を包含する電圧レンジにおいて動作するように設計及び構成されてもよい。例示的な一実施形態においては、モーター１２５−２は、電源インターフェイス１２５−５のＤＣ電力ラインの公称電圧（例えば、７２ＶＤＣ又は９０ＶＤＣ）を包含するが、ＡＣ電力ラインの公称電圧（例えば、２２０Ｖ〜２４０Ｖ）未満である、例えば、６０Ｖ〜９０Ｖ（又は、更に幅広には、この±１０％である５４Ｖ〜９９Ｖ）の電圧レンジにおいて動作するように設計されてもよい。別の例示的な実施形態においては、モーター１２５−２は、電源インターフェイス１２５−５のＤＣ電力ラインの公称電圧（例えば、１０８ＶＤＣ）を包含するが、ＡＣ電力ラインの２２０〜２４０Ｖの公称電圧未満である１００Ｖ〜１２０Ｖ（又は、更に幅広には、この±１０％である９０Ｖ〜１３２Ｖ）の電圧レンジにおいて動作するように設計されてもよい。
【０３５０】
一実施形態においては、モーター１２５−２がＡＣ電力ラインのより高い公称電圧によって動作するべく、モーター制御回路１２５−４は、本明細書において記述されている様々な実施形態に従ってモーター１２５−２への電力の供給を最適化するように設計されてもよい。
【０３５１】
一実施形態においては、整流器回路１２５−２０は、半波ダイオードブリッジ整流器として提供されてもよい。当業者が認識するように、半波整流された波形は、入力ＡＣ波形の平均公称電圧の約半分を有することになる。従って、ＡＣ電力ラインの公称電圧が２２０〜２４０Ｖの範囲内であり、且つ、モーター１２５−２が、１００Ｖ〜１２０Ｖの電圧レンジにおいて動作するように設計されているシナリオにおいては、整流器回路１２５−２０は、電動工具１２５の動作電圧レンジ内である１１０Ｖ〜１２０Ｖの平均公称ＡＣ電圧をモーター１２５−２に提供するべく、半波整流器として構成されてもよい。
【０３５２】
別の実施形態においては、図８Ｃに示されているように、整流器回路１２５−２０のＶ＋出力は、電力スイッチ１２５−１３への入力として提供されてもよく、制御ユニット１２５−８は、工具１２５の動作電圧に対応した固定されたデューティサイクルにおいてＶ＋信号をパルス幅変調（ＰＷＭ）するように構成されてもよい。例えば、６０〜１００Ｖの動作電圧レンジを有するが、１００〜１２０Ｖの公称電圧を有するＡＣ電力を受け取る工具１２５の場合には、制御ユニット１２５−８が、電源インターフェイス１２５−５のＡＣ電力ライン上においてＡＣ電流を検知した際に、制御ユニット１２５−８は、６０％〜８０％の範囲内の固定されたデューティサイクル（例えば、７０％）において電力スイッチ１２５−１３のＰＷＭスイッチング動作を制御する。この結果、ＡＣ電源によって動作する際に、工具１２５の動作電圧に対応した約７０〜９０Ｖの電圧レベルが、モーター１２５−２に供給されることになる。
【０３５３】
更に別の実施形態においては、図８Ｄに示されているように、工具１２５には、位相制御されたＡＣスイッチ１２５−１６が更に提供されてもよい。一実施形態においては、ＡＣスイッチ１２５−１６は、整流器回路１２５−２０のＶ＋出力と直列状態において配置されている。一実施形態においては、ＡＣスイッチ１２５−１６は、制御ユニット１２５−８によって制御されたトライアック又はＳＲＣスイッチを含んでもよい。一実施形態においては、制御ユニット１２５−８は、工具１２５の動作電圧に対応したＡＣスイッチ１２５−１６の固定された伝導帯（又は、点弧角）を設定するように構成されてもよい。例えば、６０Ｖ〜１００Ｖの動作電圧レンジを有するが、１００〜１２０Ｖの公称電圧を有するＡＣ電力を受け取るモーター１２５−２の場合には、ＡＣスイッチ１２５−１６の伝導帯は、約１２０度に固定的に設定されてもよい。換言すれば、ＡＣスイッチ１２５−１６の点弧角は、６０度に設定されてもよい。点弧角を約６０度に設定することにより、モーター１２５−２に供給されるＡＣ電圧は、ほぼ、モーター１２５−２の動作電圧に対応した７０〜９０Ｖの範囲内となる。別の例においては、１００〜１２０Ｖの動作電圧レンジを有するが、２２０〜２４０Ｖの公称電圧を有するＡＣ電力を受け取るモーター１２５−２の場合には、ＡＣスイッチ１２５−１６の伝導帯は、約９０度に固定的に設定されてもよい。換言すれば、ＡＣスイッチ１２５−１６の点弧角は、９０度に設定されてもよい。点弧角を９０度に設定することにより、モーター１２５−２に供給されるＡＣ電圧は、ほぼ、モーター１２５−２の動作電圧に対応した１００〜１２０Ｖの範囲内となる。このようにして、制御ユニット１２５−８は、モーター１２５−２に対する電力の供給を最適化する。
【０３５４】
このようにして、モーター制御回路１２５−４は、モーター１２５−２が、ＡＣ又はＤＣ電力ライン上において提供される公称電圧とは無関係に、エンドユーザーにとって満足できる方式により、実質的に均一な速度及び電力性能をもたらすように、ＡＣ又はＤＣ電力ラインの公称電圧に応じて、モーター１２５−２への電力の供給を最適化する。
【０３５５】
Ｄ．ブラシ付きＤＣモーターを有する可変速度ＡＣ／ＤＣ電動工具
次に図９Ａ〜図９Ｂを参照すれば、ブラシ付きモーター１２２を有するＡＣ／ＤＣ電動工具の第４のサブセットは、ＰＭＤＣモーターを有する可変速度ＡＣ／ＤＣ電動工具１２６を含む（本明細書においては、可変速度ＰＭＤＣモーター工具１２６とも呼称される）。これらは、無負荷状態において可変速度において動作するコード付き／又はコードレス（ＡＣ／ＤＣ）電動工具を含み、且つ、高定格電圧（例えば、１００〜１２０Ｖ）及び高電力（例えば、１５００〜２５００ワット）において動作するように構成されたブラシ付き永久磁石ＤＣ（ＰＭＤＣ）モーター１２６−２を含む。上述のように、ＰＭＤＣブラシ付きモーターは、一般に、整流子に結合された巻回された回転子と、その内部において固定された永久磁石を有する固定子と、を含む。ＰＭＤＣモーターは、その名称が示すように、ＤＣ電力のみによって動作する。その理由は、固定子上の永久磁石が、極性を変化させず、且つ、ＡＣ電力が正のハーフサイクルから負のハーフサイクルに変化するのに伴って、ブラシ内の極性変化が、モーターを停止状態とするからである。この理由から、一実施形態においては、図９Ａ及び図９Ｂに示されているように、ＡＣ電源からの電力は、ＡＣ電力の負のハーフサイクルを変換又は除去するべく、整流器回路１２６−２０を通過させられている。一実施形態においては、整流器回路１２６−２０は、ＡＣ電力の負のハーフサイクルを正のハーフサイクルに変換するべく、全波整流器であってもよい。代替的に、一実施形態においては、整流器回路１２６−２０は、ＡＣ電力のハーフサイクルを除去するべく、半波整流器回路であってもよい。一実施形態においては、可変速度ＰＭＤＣモーター工具１２６は、コンクリートドリル、ハンマ、研磨機、鋸などのような可変速度制御を有する高電力工具を含みうる。
【０３５６】
可変速度ＰＭＤＣモーター工具１２６の多くの側面は、図７Ａ〜図７Ｅを参照して上述した可変速度ユニバーサルモーター工具１２４のものに類似している。一実施形態においては、可変速度ＰＭＤＣモーター工具１２６には、ユーザーによって係合可能である可変速度アクチュエータ（図示されてはおらず、例えば、トリガスイッチ、接触検知スイッチ、静電容量性スイッチ、ジャイロスコープ、又はその他の可変速度入力メカニズムである）が提供されている。一実施形態においては、可変速度アクチュエータは、モーター１２６−２の望ましい速度を示す可変速度信号（例えば、可変電圧信号、可変電流信号など）を生成するためのポテンショメータ又はその他の回路に結合されているか、又はこれを含んでいる。一実施形態においては、可変速度ＰＭＤＣモーター工具１２６には、ユーザーによるモーター１２６−２の起動を可能にするオン／オフトリガ又はアクチュエータ（図示されていない）が更に提供されてもよい。代替的に、オン／オフトリガ機能は、ユーザーによる可変速度トリガの初期作動が、モーター１２６−２を起動するべく機能するように、可変速度アクチュエータに内蔵されてもよい（即ち、別個のオン／オフアクチュエータはない）。
【０３５７】
一実施形態においては、可変速度ＰＭＤＣモーター工具１２６は、無負荷又は一定負荷状態において可変速度においてＰＭＤＣモーター１２６−２を動作させるモーター制御回路１２６−４を含む。電動工具１２６は、上述のＤＣ電源及び／又はＡＣ源源のうちの１つ又は複数から電力を受け取るように構成された電源インターフェイス１２６−５を更に含む。電源インターフェイス１２６−５は、（ＤＣ電源から電力を供給するための）ＤＣ電力ラインＤＣ＋及びＤＣ−により、及び、（ＡＣ電源から電力を供給するための）ＡＣ電力ラインＡＣＨ及びＡＣＬにより、モーター制御回路１２６−４に電気的に結合されている。ＡＣ電力ラインＡＣＨ及びＡＣＬは、整流器回路１２６−２０に入力されている。
【０３５８】
ＡＣラインは、整流器回路１２６−２０を通過させられていることから、もはや、負の成分を含んでおらず、従って、一実施形態においては、可変速度制御用の位相制御されたスイッチと共に動作しない。従って、一実施形態においては、図７Ａ及び図７Ｂに示されている別個のＤＣ及びＡＣスイッチ回路の代わりに、モーター制御回路１２６−４には、ＰＷＭスイッチング回路１２６−１４が提供されている。ＰＷＭスイッチング回路は、例えば、図７Ｃ〜図７Ｅに示されているように、チョッパ回路、ハーフブリッジ、又はＨブリッジとして構成された１つ又は複数のパワー半導体装置（例えば、ダイオード、ＦＥＴ、ＢＪＴ、ＩＧＢＴなど）の組合せを含んでもよい。
【０３５９】
一実施形態においては、モーター制御回路１２６−４は、制御ユニット１２６−８を更に含む。制御ユニット１２６−８は、ＰＷＭスイッチング回路１２６−１４のスイッチング動作を制御するように構成されてもよい。一実施形態においては、制御ユニット１２６−８は、電力スイッチのゲートを制御するように構成されたマイクロコントローラ又は類似のプログラム可能なモジュールを含んでもよい。一実施形態においては、制御ユニット１２６−８は、モーター１２６−２の速度を制御するべく、ＰＷＭスイッチング回路１２６−１４内の１つ又は複数の半導体スイッチのＰＷＭデューティサイクルを制御するように構成されている。これに加えて、制御ユニット１２６−８は、電源インターフェイス１２６−５に結合された電動工具又は電池パックの動作を監視及び管理し、且つ、工具又は電池の障害状態（電池の温度超過、工具の温度超過、電池の電流超過、工具の電流超過、電池の電圧超過、電池の電圧不足など）の場合に、モーター１２６−２への電力を中断するように、構成されてもよい。一実施形態においては、制御ユニット１２６−８は、電源インターフェイス１２６−５から提供された通信信号ラインＣＯＭＭを介して１つ又は複数の電池パックに結合されてもよい。ＣＯＭＭ信号ラインは、１つ又は複数の電池パックの動作又は状態に関係した制御又は情報信号を制御ユニット１２６−６に提供してもよい。一実施形態においては、制御ユニット１２６−６は、ＣＯＭＭラインが電池の障害又は故障状態を示す場合に、電源インターフェイス１２６−５のＤＣ出力ラインからの電力を中断するように構成されてもよい。
【０３６０】
図７Ａ〜図７Ｅを参照して上述した可変速度ユニバーサルモーター工具１２４と同様に、可変速度ＰＭＤＣモーター工具１２６には、上述のオン／オフトリガ又はアクチュエータに結合された電気機械的なオン／オフスイッチ１２６−１２が更に提供されてもよい。オン／オフスイッチ１２６−１２は、電源からのモーター１２６−２への電力の供給を単純に接続又は分離する。代替的に、工具１２６は、オン／オフスイッチ１２６−１２を伴うことなしに、提供されてもよい。この場合には、制御ユニット１２６−８は、オン／オフトリガ又はアクチュエータのユーザーによる作動（又は、オン／オフトリガ機能が可変速度アクチュエータに内蔵されている場合には、可変速度アクチュエータの初期作動）を検出する時点まで、ＰＷＭスイッチング回路１２６−１４を無効化するように構成されてもよい。次いで、制御回路１２６−８は、ＰＷＭスイッチング回路１２６−１４内のスイッチのうちの１つ又は複数を起動することにより、モーター１２６−２の動作を起動してもよい。
【０３６１】
図９Ａを参照すれば、工具１２６が、一実施形態に従って示されており、この場合に、ＡＣＨ及びＤＣ＋電力ラインは、共通正ノード１２６−１１ａにおいて１つに結合され、ＡＣＬ及びＤＣ−電力ラインは、共通負ノード１２６−１１ｂにおいて１つに結合されている。この実施形態においては、オン／オフスイッチ１２６−１２及びＰＷＭスイッチング回路１２６−１４は、正の共通ノード１２６−１１ａとモーター１２６−２との間において配置されている。ＡＣ又はＤＣ電源のうちの１つのみが任意の所与の時点において利用されることを保証するべく、且つ、漏洩を最小化するべく、一実施形態においては、機械的なロックアウト装置（その実施形態については、更に詳細に後述する）が利用されてもよい。例示的な一実施形態においては、機械的なロックアウト装置は、任意の所与の時点においてＡＣ又はＤＣ電源に対するアクセスを物理的にブロックしうる。
【０３６２】
図９Ｂにおいては、可変速度ＰＭＤＣモーター工具１２６が、一代替実施形態に従って示されており、この場合に、ＤＣ電力ラインＤＣ＋／ＤＣ−及びＡＣ電力ラインＡＣＨ／ＡＣＬは、（電源インターフェイスがＡＣ及びＤＣ電源の両方に結合されている場合にも）電力がＡＣ電源及び１つ又は複数の電池パックの両方から同時に供給されえないことを保証するべく、電源スイッチングユニット１２６−１５を介して相互に隔離されている。電源スイッチングユニット１２６−１５は、図６Ｂ〜図６Ｄの電源スイッチングユニット１２３−１５の構成のいずれかと同様に、即ち、リレー、単極双投式スイッチ、二極双投式スイッチ、又はこれらの組合せとして、構成されてもよい。図９Ｂの電源スイッチングユニット１２６−１５は、整流器回路１２６−２０とＰＷＭスイッチング回路１２６−１４との間において示されているが、電源スイッチングユニット１２６−１５は、代替的に、電源インターフェイス１２６−５のＡＣ及びＤＣライン出力上において直接的に提供されてもよいことを理解されたい。
【０３６３】
１．同等な電圧定格を有する電源を有する可変速度ブラシ付きＤＣ工具
上述の図９Ａ及び図９Ｂにおいては、電動工具１２６は、例えば、１００Ｖ〜１２０Ｖ（１００Ｖ〜１２０ＶＡＣのＡＣ電力電圧レンジに対応している）、更に幅広には、９０Ｖ〜１３２Ｖ（１００〜１２０ＶＡＣのＡＣ電力電圧レンジの±１０％に対応している）の高定格電圧レンジにおいて、及び、高電力（例えば、１５００〜２５００ワット）において、動作するように設計されている。具体的には、電動工具１２６のモーター１２６−２及びパワーユニット１２６−６の構成要素は、１００〜１２０Ｖの、好ましくは、９０Ｖ〜１３２Ｖの、高定格電圧を取り扱うように設計及び最適化されている。また、モーター１２６−２は、工具１２６の動作電圧又は動作電圧レンジと等価でありうる、これに含まれうる、又はこれに対応しうる動作電圧又は動作電圧レンジを有する。
【０３６４】
一実施形態においては、電源インターフェイス１２６−５は、ＡＣ電源からの１００〜１２０Ｖの範囲内の公称電圧（例えば、米国においては、５０〜６０Ｈｚにおける１２０ＶＡＣ、又は、日本においては、１００ＶＡＣ）を有するＡＣ電力ラインを提供するように、又は、ＤＣ電源からの１００〜１２０Ｖの範囲内の公称電圧（例えば、１０８ＶＤＣ）を有するＤＣ電力ラインを提供するように、構成されている。換言すれば、電源インターフェイス１２６−５を通じて提供されるＤＣ公称電圧及びＡＣ公称電圧は、いずれも、電動工具１２５の動作電圧レンジ（即ち、高定格電圧１００Ｖ〜１２０Ｖ、又は、更に幅広には、約９０Ｖ〜１３２Ｖ）に対応している（例えば、マッチングしているか、これとオーバーラップしているか、又はこれに含まれている）。１２０ＶＡＣの公称電圧は、ＡＣ正弦波形の正のハーフサイクルにおいて計測された際の約１０８Ｖの平均電圧に対応しており、これは、１０８ＶＤＣと等価な速度性能を提供することに留意されたい。
【０３６５】
２．異なる電圧定格を有する電源を有する可変速度ブラシ付きＤＣ工具
本発明の別の実施形態によれば、ＡＣ電源によって提供される電圧は、ＤＣ電源から提供される公称電圧とは大幅に異なる公称電圧を有する。例えば、電源インターフェイス１２６−５のＡＣ電力ラインは、１００〜１２０Ｖの範囲内の公称電圧を提供してもよく、ＤＣ電力ラインは、６０Ｖ〜１００Ｖの範囲内の公称電圧（例えば、７２ＶＤＣ又は９０ＶＤＣ）を提供してもよい。別の例においては、ＡＣ電力ラインは、２２０〜２４０Ｖの範囲内の公称電圧を提供してもよく、ＤＣ電力ラインは、１００〜１２０Ｖの範囲内の公称電圧（例えば、１０８ＶＤＣ）を提供してもよい。
【０３６６】
大幅に異なる電圧レベルにおける電動工具モーター１２６−２の動作は、電動工具の性能の、特に、モーターの回転速度の、大きな差をもたらす場合があり、これは、顕著である場合があり、いくつかのケースにおいては、ユーザーにとって満足できない場合がある。また、モーター１２６−２の動作電圧レンジ外の電圧レベルの供給も、モーター及び関連するスイッチング構成要素を損傷する場合がある。従って、本明細書において記述されている本発明の一実施形態においては、モーター制御回路１２６−４は、モーター１２６−２が、ＡＣ又はＤＣ電力ライン上において提供される公称電圧とは無関係に、エンドユーザーにとって満足できる方式により、実質的に均一な速度及び電力性能をもたらすように、ＡＣ又はＤＣ電力ラインの公称電圧に応じて、モーター１２６−２への電力の供給（及び、従って、モーター性能）を最適化するように構成されている。
【０３６７】
この実施形態においては、モーター１２６−２は、ＤＣ電力ラインの公称電圧を包含する電圧レンジにおいて動作するように設計及び構成されてもよい。例示的な一実施形態においては、モーター１２６−２は、電源インターフェイス１２６−５のＤＣ電力ラインの公称電圧（例えば、７２ＶＤＣ又は９０ＶＤＣ）を包含するが、ＡＣ電力ラインの公称電圧（例えば、２２０Ｖ〜２４０Ｖ）未満である、例えば、６０Ｖ〜９０Ｖ（又は、更に幅広には、この±１０％である５４Ｖ〜９９Ｖ）の電圧レンジにおいて動作するように設計されてもよい。別の例示的な実施形態においては、モーター１２６−２は、電源インターフェイス１２６−５のＤＣ電力ラインの公称電圧（例えば、１０８ＶＤＣ）を包含するが、ＡＣ電力ラインの２２０〜２４０Ｖの公称電圧レンジ未満である、１００Ｖ〜１２０Ｖ（又は、更に幅広には、この±１０％である９０Ｖ〜１３２Ｖ）の電圧レンジにおいて動作するように設計されてもよい。
【０３６８】
モーター１２６−２がＡＣ電力ラインのより高い公称電圧によって動作するように、モーター制御回路１２６−４は、本明細書において記述されている様々な実施形態に従ってモーター１２６−２への電力の供給を最適化するように設計されてもよい。
【０３６９】
一実施形態においては、整流器回路１２６−２０は、半波ダイオードブリッジ整流器として提供されてもよい。当業者が認識するように、半波整流された波形は、入力ＡＣ波形の平均公称電圧の約半分を有することになる。従って、ＡＣ電力ラインの公称電圧が２２０〜２４０Ｖの範囲内であり、且つ、モーター１２６−２が、１００Ｖ〜１２０Ｖの電圧レンジにおいて動作するように設計されているシナリオにおいては、半波整流器として構成された整流器回路１２６−２０は、モーター１２６−２の動作電圧レンジ内である１１０〜１２０Ｖの平均公称ＡＣ電圧をモーター１２６−２に提供することになる。
【０３７０】
別の実施形態においては、制御ユニット１２６−８は、提供される入力電圧に基づいて、異なる方式によってＰＷＭスイッチング回路１２６−１４を制御するように構成されてもよい。具体的には、制御ユニット１２６−８は、ＤＣモードにおいては（即ち、電力がＤＣ＋／ＤＣ−ラインを介して供給されている際には）、０から１００％までの正常なデューティサイクルにおいてＰＷＭスイッチング回路１２６−１４スイッチに対してＰＷＭを実行するように、且つ、ＡＣモードにおいては（即ち、電力がＡＣＨ／ＡＣＬラインを介して供給されれている際には）、モーター１２６−２の動作電圧に対応した０から最大閾値までのデューティサイクルレンジにおいてスイッチに対してＰＷＭを実行するように、構成されてもよい。
【０３７１】
例えば、６０〜１００Ｖの動作電圧レンジを有するが、１００〜１２０Ｖの公称電圧を有するＡＣ電力を受け取るモーター１２６−２の場合には、制御ユニット１２６−８が、電源インターフェイス１２６−５のＡＣ電力ライン上においてＡＣ電流を検知する際に、制御ユニット１２６−８は、０から、最大で、例えば、７０％などの、最大閾値までの範囲内のデューティサイクルにおいてＰＷＭスイッチング回路１２６−１４のＰＷＭスイッチング動作を制御する。この実施形態においては、可変速度において稼働する際に、デューティサイクルは、最大閾値デューティサイクルに従って調節されることになる。従って、例えば、半分の速度において稼働する際には、ＰＷＭスイッチング回路１２６−１４は、３５％のデューティサイクルにおいて稼働させられてもよい。この結果、ＡＣ電源によって動作する際に、モーター１２６−２の動作電圧に対応した約７０〜９０Ｖの電圧レベルが、モーター１２６−２に供給されることになる。
【０３７２】
このようにして、モーター制御回路１２６−４は、モーター１２６−２が、ＡＣ又はＤＣ電力ライン上において提供される公称電圧とは無関係に、エンドユーザーにとって満足できる方式により、実質的に均一な速度及び電力性能をもたらすように、ＡＣ又はＤＣ電力ラインの公称電圧に応じて、モーター１２６−２への電力の供給を最適化する。
【０３７３】
Ｅ．ブラシレスモーターを有するＡＣ／ＤＣ電動工具
次に、図１０Ａ〜図１０Ｃを参照し、ブラシレスモーターを有するＡＣ／ＤＣ電動工具１２８の組（本明細書においては、ブラシレス工具１２８と呼称される）について説明する。一実施形態においては、これらは、電子的に整流され（即ち、ブラシを介して整流されていない）、且つ、高定格電圧（例えば、１００〜１２０Ｖ、好ましくは、９０Ｖ〜１３２Ｖ）及び高電力（例えば、１５００〜２５００ワット）において動作するように構成された、ブラシレスＤＣ（ＢＬＤＣ）モーター２０２を有する一定速度又は可変速度ＡＣ／ＤＣ電動工具を含む。本明細書において記述されているブラシレスモーターは、永久磁石を有する回転子と、後述するように、電子的に整流される巻回された固定子と、を含む３相永久磁石同期モーターであってもよい。固定子巻線は、本明細書においては、モーター２０２の３つの位相に対応したＵ、Ｖ、及びＷ巻線として表記されている。回転子は、モーター２０２（即ち、固定子巻線）の位相が、適切にエネルギー供給された際に、固定子に関して回転運動可能である。但し、スイッチングされたリラクタンスモーター及び誘導モーターなどのその他のタイプのブラシレスモーターも、本開示の範囲に含まれることを理解されたい。また、ＢＬＤＣモーター２０２は、３つ未満又は超の位相を含んでもよいことを理解されたい。ＢＬＤＣモーターの構造及び制御の詳細については、いずれもＢｌａｃｋ  &  Ｄｅｃｋｅｒ  Ｉｎｃ．に譲渡され、且つ、そのそれぞれが、引用により、そのすべてが本明細書に包含されている米国特許第６，５３８，４０３号明細書、米国特許第６，９７５，０５０号明細書、米国特許出願公開第２０１３／０２７０９３４号明細書を参照されたい。
【０３７４】
一実施形態においては、ブラシレス工具１２８は、コンクリートドリル、ハンマ、研磨機、及び往復鋸などのような可変速度用途用の高電力工具を含みうる。また、ブラシレス工具１２８は、コンクリートハンマ、マイターソー、テーブルソー、真空掃除機、送風機、及び芝刈り機などのような一定速度用途用の高電力工具を含みうる。
【０３７５】
一実施形態においては、ブラシレス工具１２８は、ＢＬＤＣモーター２０２の望ましい速度を示す可変アナログ信号（例えば、可変電圧信号、可変電流信号など）を提供するように構成された可変速度アクチュエータ（図示されていないが、例えば、トリガスイッチ、接触検知スイッチ、静電容量性スイッチ、ジャイロスコープ、又はユーザーによって係合可能であるその他の可変速度入力メカニズムである）からの入力に基づいて、無負荷（又は、一定負荷）状態において一定速度において、又は、無負荷（又は、一定負荷）状態において可変速度において、動作させることができる。一実施形態においては、ブラシレス工具１２８には、これに加えて、ユーザーによるモーター２０２の起動を可能にするオン／オフトリガ又はアクチュエータ（図示されていない）が提供されてもよい。代替的に、オン／オフトリガ機能は、ユーザーによる可変速度トリガの初期作動が、モーター２０２を起動させるべく機能するように、可変速度アクチュエータに内蔵されてもよい（即ち、別個のオン／オフアクチュエータはない）。
【０３７６】
一実施形態においては、ブラシレス工具１２８は、上述のＤＣ電源及び／又はＡＣ電源のうちの１つ又は複数から電力を受け取り可能な電源インターフェイス１２８−５を含む。電源インターフェイス１２８−５は、（ＤＣ電源から電力を供給するための）ＤＣ電力ラインＤＣ＋及びＤＣ−により、並びに、（ＡＣ電源から電力を供給するための）ＡＣ電力ラインＡＣＨ及びＡＣＬにより、モーター制御回路２０４に電気的に結合されている。
【０３７７】
一実施形態においては、ブラシレス工具１２８は、電源インターフェイス１２８−５からのＢＬＤＣモーター２０２への電力の供給を制御するように配設されたモーター制御回路２０４を更に含む。一実施形態においては、モーター制御回路２０４は、後述するパワーユニット２０６及び制御ユニット２０８を含む。
【０３７８】
名称が示しているように、ＢＬＤＣモーターは、ＤＣ電力によって動作するように設計されている。従って、一実施形態においては、図１０Ａ及び図１０Ｂに示されているように、一実施形態においては、パワーユニット２０６には、整流器回路２２０が提供されている。一実施形態においては、ＡＣ電力ラインＡＣＨ及びＡＣＬからの電力は、ＡＣ電力の負のハーフサイクルを変換又は除去するべく、整流器回路２２０を通過させられている。一実施形態においては、整流器回路２２０は、ＡＣ電力の負のハーフサイクルを正のハーフサイクルに変換するべく、全波ブリッジダイオード整流器２２２を含んでもよい。代替的に、一実施形態においては、整流器回路２２０は、ＡＣ電力のハーフサイクルを除去するべく、半波整流器を含んでもよい。一実施形態においては、整流器回路２２０は、リンクコンデンサ２２４を更に含んでもよい。本開示において後述するように、一実施形態においては、リンクコンデンサ２２４は、相対的に小さな値を有しており、且つ、後述するように、全波整流されたＡＣ電圧をスムージングしていない。一実施形態においては、コンデンサ２２４は、バス電圧から高周波ノイズを除去するバイパスコンデンサである。
【０３７９】
パワーユニット２０６は、一実施形態においては、ＢＬＤＣモーター２０２を駆動するべく、電源インターフェイス１２８−５とモーター巻線との間において結合された電力スイッチ回路２２６を更に含んでもよい。一実施形態においては、電力スイッチ回路２２６は、６つの制御可能な半導体パワー装置（例えば、ＦＥＴ、ＢＪＴ、ＩＧＢＴなど）を含む３相ブリッジドライバ回路であってもよい。
【０３８０】
図１０Ｃは、一実施形態よる３相インバータブリッジ回路を有する例示的な電力スイッチ回路２２６を示している。本明細書において示されているように、３相インバータブリッジ回路は、２つのハイサイドＦＥＴと、３つのローサイドＦＥＴと、を含む。後述するように、ハイサイドＦＥＴのゲートは、駆動信号ＵＨ、ＶＨ、及びＷＨを介して駆動され、ローサイドＦＥＴのゲートは、駆動信号ＵＬ、ＶＬ、及びＷＬを介して駆動される。一実施形態においては、ハイサイドＦＥＴのドレインは、ＢＬＤＣモーター２０２を駆動するための電力信号ＰＵ、ＰＶ、及びＰＷを出力するべく、ローサイドＦＥＴのソースに結合されている。
【０３８１】
再度図１０Ａ及び図１０Ｂを参照すれば、制御ユニット２０８は、コントローラ２３０と、ゲートドライバ２３２と、電源レギュレータ２３４と、電力スイッチ２３６と、を含む。一実施形態においては、コントローラ２３０は、電力スイッチング回路２２６内における電力装置のスイッチング動作を制御するように構成されたプログラム可能な装置である。一実施形態においては、コントローラ２３０は、モーター２０２の回転子の近傍において提供された位置センサ２３８の組から回転子の回転位置信号を受け取る。一実施形態においては、位置センサ２３８は、ホールセンサであってもよい。但し、その他のタイプの位置センサが代替的に利用されうることに留意されたい。また、コントローラ２３０は、（センサレスブラシレスモーター制御として当技術分野において知られているものにおいては）なんらの位置センサをも伴うことなしに、モーター２０２の回転子に関係した回転位置情報を算出又は検出するように構成されうることにも留意されたい。また、コントローラ２３０は、上述の可変速度アクチュエータ（図示されていない）から可変速度信号を受け取る。位置センサ２３８からの回転子の回転位置信号及び可変速度アクチュエータからの可変速度信号に基づいて、コントローラ２３０は、ゲートドライバ２３２を通じて、駆動信号ＵＨ、ＶＨ、ＷＨ、ＵＬ、ＶＬ、及びＷＬを出力し、ゲートドライバ２３２は、電力スイッチ回路２２６のＰＷＭスイッチング動作を制御するべく、電力スイッチ回路２２６内の半導体スイッチのゲートの駆動に必要とされる電圧レベルを提供する。
【０３８２】
一実施形態においては、電源レギュレータ２３４は、電源インターフェイス１２８−５からの電源をコントローラ２３０及び／又はゲートドライバ２３２を動作させるための同等な電圧レベルに低減するべく、１つ又は複数の電圧レギュレータを含んでもよい。一実施形態においては、電源レギュレータ２３４は、電源インターフェイス１２８−５の電力電圧を、例えば、ゲートドライバに電力供給するための１５Ｖに、及び、例えば、コントローラ２３０に電力供給するための３．２Ｖに、低減するべく、降圧コンバータ及び／又は線形レギュレータを含んでもよい。
【０３８３】
一実施形態においては、電力スイッチ２３６は、電源レギュレータ２３４とゲートドライバ２３２との間において提供されてもよい。電力スイッチ２３６は、上述のように、ユーザーがモーター２０２を動作させることを開始することを許容するためにオン／オフトリガ又は可変速度アクチュエータに結合されたオン／オフスイッチであってもよい。この実施形態における電力スイッチ２３６は、ゲートドライバ２３２への電力をカットすることにより、モーター２０２への電力の供給を無効にする。但し、電力スイッチ２３６は、例えば、パワーユニット２０６内において整流器回路２２０と電力スイッチ回路２２６との間などのように、異なる場所に提供されてもよいことに留意されたい。一実施形態においては、電動工具１２８は、オン／オフスイッチ２３６を伴うことなしに、提供されてもよく、コントローラ２３０は、オン／オフトリガ（又は、可変速度アクチュエータ）がユーザーによって作動させられた際に、電力スイッチ回路２２６内の電力装置を起動するように構成されてもよいことに更に留意されたい。
【０３８４】
本発明の一実施形態においては、電源スイッチングユニット２１５は、漏洩を最小化し、且つ、ＤＣ電力ラインＤＣ＋／ＤＣ−をＡＣ電力ラインＡＣＨ／ＡＣＬから隔離するべく、電源インターフェイス１２８−５とモーター制御回路２０４との間において提供されてもよい。モーター２０２をＡＣ又はＤＣ電源のうちの１つのみに選択的に結合するべく、電源スイッチングユニット２１５が利用されてもよい。スイッチングユニット２１５は、リレー、単極双投式スイッチ、二極双投式スイッチ、又はこれらの組合せを含むように構成されてもよい。
【０３８５】
図１０Ａの実施形態においては、電源スイッチングユニット２１５は、ＤＣ電力ラインＤＣ＋／ＤＣ−及びＡＣ電力ラインＡＣＨ／ＡＣＬに結合された２つの二極単投式スイッチ２１２、２１４を含む。スイッチ２１２は、それぞれ、ＤＣ及びＡＣラインのＤＣ＋及びＡＣＨ端子に結合された２つの入力端子を含む。同様に、スイッチ２１４も、それぞれ、ＤＣ及びＡＣラインのＤＣ−及びＡＣＬ端子に結合された２つの入力端子を含む。各スイッチ２１２、２１４は、整流器２２２に結合された単一の出力端子を含む。
【０３８６】
図１０Ｂに示されている一代替実施形態においては、電源スイッチングユニット２１５は、ＤＣ電力ラインＤＣ＋／ＤＣ−及びＡＣ電力ラインＡＣＨ／ＡＣＬに結合された２つの二極双投式スイッチ２１６、２１８を含む。スイッチ２１６、２１８は、１つではなく、２つの出力端子を含んでおり、これらは、ＤＣ電力ラインＤＣ＋／ＤＣ−が、整流器２２２をバイパスし、且つ、電力スイッチ回路２２６の＋／−端子に直接的に結合されることを許容している。
【０３８７】
１．同等な電圧定格を有する電源を有するブラシレス工具
一実施形態においては、上述の電動工具１２８は、例えば、１００Ｖ〜１２０Ｖ（１００Ｖ〜１２０ＶＡＣのＡＣ電力電圧レンジに対応している）、更に幅広には、９０Ｖ〜１３２Ｖ（１００〜１２０ＶＡＣのＡＣ電力電圧レンジの±１０％に対応している）の高定格電圧レンジにおいて、及び、高電力（例えば、１５００〜２５００ワット）において、動作するように設計されてもよい。具体的には、ＢＬＤＣモーター２０２のみならず、パワーユニット２０６及び制御ユニット２０８の構成要素も、１００〜１２０Ｖの、好ましくは、９０Ｖ〜１３２Ｖの、高定格電圧を取り扱うように設計及び最適化されている。また、モーター２０２は、工具１２８の動作電圧又は動作電圧レンジと等価でありうる、これに含まれうる、又は、これに対応しうる動作電圧又は動作電圧レンジを有する。
【０３８８】
一実施形態においては、電源インターフェイス１２８−５は、ＡＣ電源からの１００Ｖ〜１２０Ｖ（例えば、米国においては、５０〜６０Ｈｚにおける１２０ＶＡＣ、又は、日本においては、１００ＶＡＣ）の範囲内の公称電圧を有するＡＣ電力ラインを提供するように、又は、ＤＣ電源からの１００〜１２０Ｖの範囲内の公称電圧（例えば、１０８ＶＤＣ）を有するＤＣ電力ラインを提供するように、構成されている。換言すれば、電源インターフェイス１２８−５を通じて提供されるＤＣ公称電圧及びＡＣ公称電圧は、いずれも、互いに、且つ、電動工具１２８の動作電圧レンジ（即ち、高定格電圧１００Ｖ〜１２０Ｖ、又は、更に幅広には、約９０Ｖ〜１３２Ｖ）に、対応している（例えば、マッチングしているか、オーバーラップしているか、又はこれに含まれている）。１２０ＶＡＣの公称電圧は、ＡＣ正弦波形の正のハーフサイクルにおいて計測された際の約１０８Ｖの平均電圧に対応しており、これは、１０８ＶＤＣ電力と等価な速度性能を提供することに留意されたい。一実施形態においては、詳細に後述するように、リンクコンデンサ２２４は、１２１０ＶＡＣ電源からＤＣバス上において約１１０Ｖ未満を提供する最適な値を有するように、選択される。一実施形態においては、リンクコンデンサ２２４は、一実施形態におては、５０μＦ以下であってもよく、一実施形態においては、２０μＦ以下であってよく、又は、一実施形態においては、１０μＦ以下であってもよい。
【０３８９】
２．異なる電圧定格を有する電源を有するブラシレス工具
本発明の一代替実施形態によれば、ＡＣ電源によって提供される電圧は、ＤＣ電源から提供される公称電圧とは大幅に異なる公称電圧を有する。例えば、電源インターフェイス１２８−５のＡＣ電力ラインは、１００〜１２０Ｖの範囲内の公称電圧を提供してもよく、ＤＣ電力ラインは、６０Ｖ〜１００Ｖの範囲内の公称電圧（例えば、７２ＶＤＣ又は９０ＶＤＣ）を提供してもよい。別の例においては、ＡＣ電力ラインは、２２０〜２４０Ｖの範囲内の公称電圧を提供してもよく、ＤＣ電力ラインは、１００〜１２０Ｖの範囲内の公称電圧（例えば、１０８ＶＤＣ）を提供してもよい。
【０３９０】
大幅に異なる電圧レベルにおけるＢＬＤＣモーター２０２の動作は、電動工具の性能の、特に、モーターの回転速度の、大きな差をもたらす場合があり、これは、顕著である場合があり、いくつかの実施形態においては、ユーザーにとって満足できない場合がある。また、モーター２０２の動作電圧レンジ外の電圧レベルの供給も、モーター及び関連するスイッチング構成要素を損傷する場合がある。従って、本明細書において記述されている本発明の一実施形態においては、モーター制御回路２０４は、モーター２０２が、ＡＣ又はＤＣ電力ライン上において提供される公称電圧とは無関係に、エンドユーザーにとって満足できる方式により、実質的に均一な速度及び電力性能をもたらすように、ＡＣ又はＤＣ電力ラインの公称電圧に応じて、モーター２０２への電力の供給（及び、したがって、モーター性能）を最適化するように構成されている。
【０３９１】
従って、一実施形態においては、モーター２０２は、ＡＣ電源ライン及びＤＣ電源ラインの公称又は定格電圧の両方に対応した１つ又は複数の動作電圧レンジにおいて動作するように設計及び構成されてもよいが、モーター２０２は、ＡＣ及びＤＣ電源の定格（又は、公称）電圧のうちの１つに対応しうる（例えば、マッチングしうる、オーバーラップしうる、又は包含しうる）、又はどれにも対応していない、より制限された動作電圧レンジにおいて動作するように設計又は構成されてもよい。
【０３９２】
例えば、一実施形態においては、モーター２０２は、ＤＣ電力ラインの公称電圧に対応した電圧レンジにおいて動作するように設計及び構成されてもよい。例示的な一実施形態においては、モーター２０２は、ＤＣ電源の公称電圧（例えば、７２ＶＤＣ又は９０ＶＤＣ）に対応しているが、ＡＣ電源の公称電圧（１００Ｖ〜１２０Ｖ）未満である、例えば、６０Ｖ〜１００Ｖの電圧レンジにおいて動作するように設計されてもよい。別の例示的な実施形態においては、モーター２０２は、ＤＣ電源の公称電圧（例えば、１０８ＶＤＣ）に対応しているが、ＡＣ電源の２２０〜２４０Ｖの公称電圧レンジ未満である、例えば、１００Ｖ〜１２０Ｖの、又は、更に幅広には、９０〜１３２Ｖの、電圧レンジにおいて動作するように設計されてもよい。この実施形態においては、制御ユニット２０８は、詳細に後述するように、モーター２０２の動作電圧レンジに対応するように、電源インターフェイス１２８−５のＡＣ電力ラインと関連した有効モーター性能を低減するべく、構成されてもよい。
【０３９３】
別の実施形態においては、モーター２０２は、ＡＣ電源の公称電圧に対応した電圧レンジにおいて動作するように設計及び構成されてもよい。例えば、モーター２０２は、ＡＣ電源の公称電圧（例えば、１００ＶＡＣ〜１２０ＶＡＣ）に対応しているが、ＤＣ電源の公称電圧（例えば、７２ＶＤＣ又は９０ＶＤＣ）よりも高い、例えば、１２０Ｖ〜１２０Ｖの電圧レンジにおいて動作するように設計されてもよい。この実施形態においては、制御ユニット２０８は、詳細に後述するように、ＤＣ電力ラインと関連した有効モーター性能を、モーター２０２の動作電圧レンジに対応したレベルに増加させるように構成されてもよい。
【０３９４】
更に別の実施形態においては、モーター２０２は、ＡＣ又はＤＣ公称電圧に対応していない電圧レンジにおいて動作するように設計されてもよい。例えば、モーター２０２は、電源インターフェイス１２８−５のＤＣ電力ラインの公称電圧（例えば、１０８ＶＤＣ）よりも高くありうるが、ＡＣ電力ラインの公称電圧レンジ（例えば、２２０〜２４０Ｖ）未満でありうる、１５０Ｖ〜１７０Ｖの、又は、更に幅広には、１３５Ｖ〜１８７Ｖ（１５０〜１７０ＶＡＣの電圧レンジの±１０％である）の、電圧レンジにおいて動作するように設計されてもよい。この実施形態においては、制御ユニット２０８は、詳細に後述するように、ＡＣ電力ラインと関連した有効モーター性能を低減し、且つ、ＤＣ電力ラインと関連する有効モーター性能を増加させるように、構成されてもよい。
【０３９５】
更に別の実施形態においては、モーター２０２は、使用されている１つ又は複数の電池パックのタイプ及び定格に応じて、ＤＣ公称電圧に対応しうる又は対応しえない電圧レンジにおいて動作するように設計されてもよい。例えば、モーター２０２は、例えば、９０Ｖ〜１３２Ｖの電圧レンジにおいて動作するように設計されてもよい。この電圧レンジは、上述の電池パックのなんらかの組合せ（例えば、１０８ＶＤＣの組み合わせられた公称電圧のための２つの中間定格電圧パック）の組み合わせられた公称電圧に対応しうるが、１つ又は複数のその他の電池パックの公称電圧（例えば、７２ＶＤＣの組み合わせられた公称電圧のための一緒に使用される中間定格電圧パック及び低定格電圧パック）より高くてもよい。この実施形態においては、制御ユニット２０８は、１つ又は複数の電池パックから受け取った電圧を検知し、且つ、相応して、モーター２０２への電力の供給を最適化するように、構成されてもよい。代替的に、制御ユニット２０８は、１つ又は複数の結合された電池パック又は電池供給インターフェイス１２８−５から、使用されている１つ又は複数の電池パックのタイプ又は定格電圧を示す信号を受け取ってもよい。この実施形態においては、制御ユニット２０８は、詳細に後述するように、使用されている１つ又は複数の電池パックの公称電圧又は電圧定格に応じて、ＤＣ電力ラインと関連する有効モーター性能を低減又は増加するように構成されてもよい。具体的には、一実施形態においては、詳細に後述するように、制御ユニット２０８は、ＤＣ電源が、モーター２０２の動作電圧レンジよりも高い公称電圧を有する際には、ＤＣ電力ラインと関連した有効モーター性能を低減し、ＤＣ電源が、モーター２０２の動作電圧レンジよりも低い公称電圧を有する際には、ＤＣ電力ラインと関連した有効モーター性能を増加させるように、構成されてもよい。
【０３９６】
以下、一実施形態において、ＡＣ及び／又はＤＣ電源の公称電圧レベルに対する、及び、モーター２０２の動作電圧レンジに対応した、モーター２０２の有効性能を最適化（即ち、増加又は低減）するべく使用される技法の詳細な説明において、「より低定格電圧の電源」及び「より高定格電圧の電源」が参照される。
【０３９７】
まず、以下の実施形態は、異なる公称（又は、定格）電圧レベルを有する電力供給を受け取るように動作可能であるＡＣ／ＤＣ電動工具を参照して記述されているが、本明細書において開示されている原理は、コードレスのみ電動工具及び／又はコード付きのみ電動工具にも、同様に適用されうることに留意されたい。例えば、（高電力及び高電圧定格において動作するように最適化されうる）上述の高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３が、モーターの電圧定格未満の合計電圧定格を有するＤＣ電源と共に許容可能に動作するべく、モーター制御回路１４Ａは、低定格電圧ＤＣ電池パック２０Ａ１の定格電圧に基づいてモーター性能（即ち、モーターの速度及び／又は電力出力性能）を最適化するように構成されてもよい。簡潔に上述したように、且つ、本開示において詳細に後述するように、これは、電源からの有効モーター性能を高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３の動作電圧レンジ（又は、電圧定格）に対応したレベルに最適化する（即ち、増加又は低減する）ことにより、実行されうる。
【０３９８】
３．電源に基づいた物理的モーター特性の最適化
上述の実施形態においては、工具の望ましい動作電圧レンジに従って所与の動作電圧レンジにおいて動作するように設計されたモーター２０２を参照している。一実施形態によれば、モーター２０２の物理的設計は、望ましい動作電圧レンジのために、最適化されてもよい。一実施形態においては、モーターの最適化は、典型的には、スタック長、固定子巻線（即ち、界磁巻線）の太さ、及び固定子巻線の長さを増大又は減少させることを伴っている。固定子巻線の巻回の数が比例的に減少するのに伴って、より高い速度が提供されるが、この結果、モーターのトルクが損なわれる。トルクを補うべく、モーターのスタック長を比例的に増大させてもよい。また、固定子巻線の巻回数が減少するのに伴って、比例的により太い固定子ワイヤを提供するべく、より大きな空間が固定子スロット内において残される。換言すれば、固定子巻線の太さは、界磁巻線の巻回数が減少するのに伴って、増大させてもよく、界磁巻線の巻回数が増大するのに伴って、減少させてもよい。固定子巻線の太さが増大するのに伴って、モーターの抵抗値も、減少する。モーター電力（即ち、最大コールド電力出力）は、抵抗値及びモーター電圧（即ち、モーターの逆ＥＭＦ）の関数である。従って、スタック長の厚さ及び巻線の太さが増大し、且つ、巻回数が減少するの伴って、所与の入力電圧におけるモーター電力が増大する。
【０３９９】
一実施形態においては、これらのモーター特性の変化は、望ましい工具性能にマッチングするように、より低い定格電源を有する電動工具１２８の性能を改善するべく、利用されてもよい。換言すれば、この方式により、電動工具１２８の動作電圧レンジに対応するように、モーター２０２の電圧定格レンジが増大させられる。ＤＣ電源がＡＣ電源よりも低い公称電圧を有する例示的な一実施形態においては、これらのモーターの設計特性の変更は、例えば、８５０Ｗから約１７００Ｗへなどのように、６０ＶＤＣ電源によって動作する電動工具の最大コールド電力出力を倍増させるべく、使用されてもよい。一実施形態においては、モーター制御ユニット２０８は、次いで、望ましい工具性能にマッチングするように、ＡＣ電力との電動工具１２８の最適な性能を低減するべく構成されてもよい。これは、以下の次節において記述されている技法のいずれかを介して実行されうる。
【０４００】
４．電源に基づいてモーター性能を最適化するためのＰＷＭ制御技法
図１１Ａは、モーターの対応した位相（即ち、Ｕ、Ｖ、又はＨ）の単一の伝導帯内においてコントローラ２３０によって出力される駆動信号（即ち、ハイサイドスイッチと関連したＵＨ、ＶＨ、又はＷＨ駆動信号のいずれか）の例示的な波形図を示している。図示の例においては、駆動信号は、例示を目的として、１００％のデューティサイクル、８０％のデューティサイクル、５０％のデューティサイクル、２０％のデューティサイクル、及び０％のデューティサイクルにおいて変調されている。このようにして、コントローラ２３０は、一定負荷状態におけるモーター２０２の可変速度動作を可能にするべく、（上述のように）可変速度アクチュエータから受け取った可変速度信号に基づいて、モーター２０２の速度を制御する。
【０４０１】
より高定格電圧の電源によって電力供給された際にモーター２０２の有効性能を最適化（即ち、低減）するべく、本発明の一実施形態においては、より高定格電圧の電源の有効公称電圧（及び、従って、モーターへの電力の供給）が、ＰＷＭ制御技法を介して低減されてもよい。一実施形態においては、制御ユニット２０８は、図７Ａ、図７Ｂ、図９Ａ、及び図９Ｂを参照して上述したように、高定格電圧電源から電力を受け取る際には、電力スイッチ回路２２６のスイッチング動作をより小さなＰＷＭデューティサイクルにおいて制御するように構成されてもよい。
【０４０２】
例えば、モーター２０２が、６０Ｖ〜９０Ｖの電圧レンジにおいて動作するように設計されているが、１００〜１２０Ｖの範囲内の公称電圧を有する電源からＡＣ電力を受け取る一実施形態においては、制御ユニット２０８は、ＡＣ電力ラインによってモーター２０２を動作させる際に、ＰＷＭスイッチ回路２２６の構成要素の最大ＰＷＭデューティサイクルを６０％〜８０％の範囲内の値（例えば、７０％）において設定するように構成されてもよい。モーター２０２が、１００Ｖ〜１２０Ｖの、又は、更に幅広には、９０Ｖ〜１３０Ｖの、電圧レンジにおいて動作するように設計されているが、２２０Ｖ〜２４０Ｖの範囲内の公称電圧を有する電源からのＡＣ電力を受け取る別の例においては、制御ユニット２０８は、ＡＣ電力ラインによってモーター２０２を動作させる際には、ＰＷＭスイッチ回路２２６の構成要素の最大ＰＷＭデューティサイクルを４０％〜６０％の範囲内の値（例えば、５０％）において設定するように構成されてもよい。従って、制御ユニット２０８は、比例的に、０％から、最大で、最大ＰＷＭデューティサイクルまで、変調されたＡＣ電力供給（以下においては、ＤＣバス電圧と呼称され、これは、コンデンサ２２４に跨って計測された電圧である）に対するＰＷＭ制御を実行する。
【０４０３】
例示的な一実施形態においては、最大デューティサイクルが５０％に設定された場合には、制御ユニット２０８は、ＤＣバスライン上における駆動信号ＵＨ、ＶＨ、又はＷＨを、無速度においては、０％のデューティサイクルにおいてオンにし、半分の速度においては、２５％のデューティサイクルにおいてオンにし、及び、最大速度においては、最大で５０％のデューティサイクルにおいてオンにする。
【０４０４】
追加的に、又は代替的に、ＡＣ電源によって電力スイッチ回路２２６に提供される有効公称電圧を低下させるべく、電動工具１２３〜１２６を参照して上述したその他の方法のうちの任意のもの（例えば、半波ダイオード整流器ブリッジの使用）が利用されうることに留意されたい。
【０４０５】
更には、上述のモーター性能の最適化のためのＰＷＭ制御技法は、電源電圧定格とは無関係に、モーター２０２からそれなりに同等な速度及び電力性能を得るべく、本開示において後述されているその他の技法との組合せにおいて、使用されうることにも留意されたい。
【０４０６】
更には、いくつかの電動工具の用途においては、本明細書において記述されているＰＷＭ制御方式は、両方の電源に適用可能でありうることにも留意されたい。具体的には、１５００ワットの最大電力出力を有する小さなアングルグラインダなどの電動工具用途の場合には、１２０ＶＡＣ電源（この場合には、最大ＰＷＭデューティサイクルは、例えば、５０％に設定されてもよい）又は７２ＶＤＣ電源（この場合には、最大ＰＷＭデューティサイクルは、例えば、７５％に設定されてもよい）によって電力供給された際に、モーター２０２の有効性能を最適化する（即ち、低下させる）ことが望ましいであろう。
【０４０７】
５．電源に基づいたモーター性能の最適化のための電流制限
本発明の一実施形態によれば、より高電圧の電源によって電力供給された際にモーター２０２の有効性能を最適化する（即ち、低下させる）べく、モーター制御ユニット２０８は、本明細書において記述されている電流制限技法を使用するように構成されてもよい。
【０４０８】
一実施形態においては、より高定格電圧の電源を動作させる際に、モーター２０２の動作電圧レンジと関連した性能にマッチングするように又はその内部に含まれるように、制御ユニット２０８は、モーター２０２の最大ワット出力を制限するべく、サイクルごとの電流限度を課してもよい。所与のサイクル内の瞬間的なバス電流が、規定された電流限度を超過した際に、ＰＷＭスイッチ回路２２６内のスイッチに対する駆動信号が、サイクルの残りの部分から、オフにされる。駆動信号は、次のサイクルの開始点において回復される。各サイクルごとに、瞬間的な電流は、類似の方式によって継続的に評価される。図１１Ｂには、この原理が示されており、この場合に、実線は、限度を伴わない瞬間電流を示しており、破線は、２０アンペアの限度を伴う瞬間電流を示している。サイクルごとの電流制限は、更に後述するように、電動工具が、異なるタイプの電源に跨って、且つ、変化する動作条件において、類似の性能を実現することを可能にする。
【０４０９】
サイクルごとの電流制限は、ＤＣバスライン上に配置され且つコントローラ２３０に結合された電流センサ（図示されていない）を介して実現実施することができる。具体的には、電流センサは、ＤＣバスを通じて電流を検知し、且つ、検知された電流を示す信号をコントローラ２３０に提供するように、構成されている。例示的な一実施形態においては、電流センサは、整流器２２２とＰＷＭスイッチ回路２２６との間において直列状態において配設されたシャント抵抗器を使用して実現実施されている。シャント抵抗器は、これに限定されるものではなく、ＤＣバスの低電圧側において位置してもよい。このようにして、コントローラ２３０は、ＤＣバスを通過する瞬間電流を検出することができる。
【０４１０】
コントローラ２３０は、電流制限を実施するべく、整流器から周期的な時間インターバルにおいて（即ち、サイクルごとに）動作するスイッチング構成へと通過する瞬間電流の計測値を受け取るように、構成されている。図１１Ｃを参照すれば、コントローラ２３０は、２９０において、電流を周期的に（例えば、５マイクロ秒ごとに）計測し、且つ、２９１において、瞬間電流計測値を電流限度と比較することにより、電流制限を実施している。瞬間電流計測値が電流限度を超過した場合には、２９２において、コントローラ２３０は、現在の時間インターバルの残りの部分について、電力スイッチ回路２２６のスイッチを起動停止し、これにより、電気モーターへ流れる電流を中断する。瞬間電流計測値が電流限度以下である場合には、コントローラ２３０は、２９３において示されているように、現在の時間インターバルの残りの部分について、電流限度との瞬間電流計測値の周期的な比較を継続する。一実施形態においては、このような比較は、各時間インターバル（即ち、サイクル）において、多数回にわたって起こる。現在の時間インターバルの終了点に到達した際に、コントローラ２３０は、２９４において、電力スイッチ回路２２６のスイッチを再起動し、これにより、モーターへの電流の流れを次のサイクルについて再開する。一実施形態においては、各時間インターバルの持続時間は、電気モーターがコントローラ２３０によって制御されている所与の周波数の関数として固定されている。例えば、各時間インターバルの持続時間は、電気モーターがコントローラによって制御されている周波数の逆数の約１０倍に設定される。モーターが１０キロヘルツの周波数において制御されている場合には、時間インターバルは、１００マイクロ秒において設定される。その他の実施形態においては、各時間インターバルの持続時間は、電気モーターがコントローラによって制御されている周波数とは関連していない固定された値を有しうる。
【０４１１】
この例示的な実施形態においては、各時間インターバルは、ＰＷＭ信号の周期に等しい。無負荷（又は、一定負荷）状態における一定速度工具においては、ＰＷＭ駆動信号のデューティサイクルは、例えば、６０％において設定される。一実施形態においては、負荷印加状態において、コントローラ２３０は、デューティサイクルを増大させることにより、一定速度を維持するように動作する。ＤＣバスラインを通じた電流が電流限度を上回るように増大した場合には、コントローラ２３０は、上述のように、電流の流れを中断させることになり、これは、ＰＷＭ信号のデューティサイクルを事実上低減する。無負荷状態における可変速度工具の場合には、ＰＷＭ駆動信号のデューティサイクルは、速度ダイアル又はトリガスイッチなどのユーザーによって制御された入力に従って、例えば、１５％〜６０％の範囲を有する。コントローラ２３０は、上述の同一の方式により、負荷状態において、又は電流制限状態において、ＰＷＭ信号のデューティサイクルを増大又は減少させることができる。一実施形態においては、速度制御及び電流制限は、速度制御用の３つの上部のハイサイド電力スイッチと、電流制限用の３つのローサイド電力スイッチと、を使用することにより、互いに独立的に実施されうる。２つの機能は、上部及び下部スイッチの間において交換されてもよく、又は、スイッチの１つの組として１つに組み合わせられてもよいことが想定される。
【０４１２】
上述の例においては、時間インターバルは、固定されたままである。この期間（時間インターバル）が固定されたままである際には、このスイッチングによって生成される電子ノイズは、明確に定義された基本周波数のみならず、その高調波を有することになる。特定の周波数において、ノイズのピーク値が望ましくない場合がある。この期間を経時的に変調することにより、ノイズは、周波数スペクトルに跨ってより均一に分散され、これにより、任意の１つの周波数におけるノイズの振幅が減少する。いくつかの実施形態においては、任意のノイズをより幅広の周波数レンジにわたって分散させることを支援するべく、時間インターバルの方向が経時的に変調（即ち、変更）されうることが想定される。
【０４１３】
別の実施形態においては、コントローラ２３０は、ゲートドライバ回路２３２から電力スイッチ回路２２６に出力されるＰＷＭ駆動信号のデューティサイクルを設定又は調節することにより、サイクルごとの電流制限を実施している。一実施形態においては、ＰＷＭ駆動信号のデューティサイクルは、瞬間電流サイクルに応じて（即ち、次のサイクルの開始点において）、この方式によって調節されてもよい。固定速度工具においては、コントローラ２３０は、まず、駆動信号のデューティサイクルを固定値（例えば、７５％のデューティサイクル）に設定することになる。駆動信号のデューティサイクルは、ＤＣバスを通じた電流がサイクルごとの電流限度未満に留まっている限り、固定されたままとなる。コントローラ２３０は、ＤＣバスを通じた電流を独立的に監視し、且つ、ＤＣバスを通じた電流が、サイクルごとの電流限度を超過した場合に、モーター駆動信号のデューティサイクルを調節することになる。例えば、コントローラ２３０は、２０アンペアの電流限度を実施するべく、デューティサイクルを２７％に低下させてもよい。一実施形態においては、デューティサイクル値は、ルックアップテーブルにより、特定の電流限度に関連付けられてもよいが、デューティサイクル値を導出するためのその他の方法も、本開示によって想定されている。可変速度工具の場合には、コントローラ２３０は、可変速度アクチュエータからの可変速度信号に従って、従来の方式により、モーター駆動信号のデューティサイクルを制御する。サイクルごとの電流制限は、コントローラ２３０によって独立的に実施される。即ち、コントローラは、上述のように、ＤＣバスを通じた電流を独立的に監視し、且つ、ＤＣバスを通じた電流がサイクルごとの電流限度を超過した場合にのみ、駆動信号のデューティサイクルを調節することになる。
【０４１４】
一実施形態においては、サイクルごとの電流限度は、電源のタイプ及び／又は公称電圧に依存している。一実施形態においては、ＡＣ又はＤＣ電源の公称電圧に応じて、コントローラ２３０は、電動工具の動作の際に、実施するべき電流限度を選択している。一実施形態においては、電流限度は、コントローラ２３０により、ルックアップテーブルから取得されている。例示的なルックアップテーブルは、以下のとおりである。
電源タイプ    公称電圧    電流限度
ＡＣ          １２０Ｖ    ４０Ａ
ＡＣ          ２３０Ｖ    ２０Ａ
ＤＣ          １２０Ｖ    ３５Ａ
ＤＣ          １０８Ｖ    ４０Ａ
ＤＣ          ６０Ｖ      ７０Ａ
ＤＣ          ５４Ｖ      ８０Ａ
【０４１５】
即ち、この例示的な実施形態においては、１００Ｖ〜１２０Ｖの動作電圧レンジを有するモーター２０２において、コントローラ２３０は、工具が１２０ＶＡＣ電源に結合された際には、４０アンペアの電流制限を実施することになるが、工具が２３０ＶＡＣ電源に結合された際には、２０アンペアの電流制限を実施することになる。この結果、工具の有効出力電力は、実質的に同一である。電動工具が、１５０Ｖ〜１７０Ｖの動作電圧レンジを有する一代替実施形態においては、コントローラ２３０は、２３０ＶＡＣ電源によって電力供給される際には、モーター２０２の有効性能を低減するべく、３０Ａの電流制限を実施しうる。
【０４１６】
更には、コントローラ２３０は、工具が１０８ＶＤＣ電源に結合された際には、４０アンペアの電流制限を実施するように構成されるが、工具が１２０ＶＤＣ電源に結合された際には（例えば、発電機又は溶接機からのＤＣ電力が工具に供給されている際には）、わずかに低い電流制限（例えば、３５アンペア）を実施することになる。同様に、コントローラ２３０は、工具が５４ＶＤＣ電源に結合された際には、８０アンペアの電流制限を実施するように構成されるが、工具が６０ＶＤＣ電源に結合された際には、わずかに低い電流制限（例えば、７０アンペア）を実施することになる。これらの電流限度は、ＡＣ又はＤＣ電源からの出力電力レベルのすべてが、１００Ｖ〜１２０Ｖの動作電圧レンジを有するモーター２０２と互換性を有するという結果をもたらす。
【０４１７】
サイクルごとの電流制限及びその用途の更なる詳細については、「Ｃｙｃｌｅ−  Ｂｙ−Ｃｙｃｌｅ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｌｉｍｉｔ  Ｆｏｒ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｏｏｌｓ  Ｈａｖｉｎｇ  Ａ  Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ  Ｍｏｔｏｒ」という名称の２０１４年５月１９日付けで出願された米国仮特許出願第６２/０００，３０７号明細書、及び、これと同時に代理人ドケット番号第０２７５−００１６７７号の下において出願された同一の名称を有する関係する米国特許出願明細書において記述されており、これらの文献のそれぞれは、引用により、そのすべてが本明細書において包含される。
【０４１８】
上述のモーター性能の最適化のためのサイクルごとの電流制限技法は、電源電圧定格とは無関係に、モーター２０２からそれなりに同等な速度及び電力性能を得るべく、本開示において記述されている任意のその他のモーター性能最適化技法との組合せにおいて使用されうることに留意されたい。
【０４１９】
６．電源に基づいてモーター性能を調節するための伝導帯及び／又は進み角制御
本発明の一実施形態によれば、より高定格電圧の電源によって電力供給される際に、モーター２０２の有効性能を最適化（即ち、増加又は向上）するべく、制御ユニット２０８は、本明細書において記述されている伝導帯及び／又は進み角を伴う技法（本明細書においては、「ＣＢ／ＡＡ技法」と呼称される）を使用するように構成されてもよい。
【０４２０】
図１２Ａは、最大３６０度の導電サイクル内における３相インバータブリッジ回路図１０Ｃのパルス幅変調（ＰＷＭ）駆動シーケンスの例示的な波形図を示している。この図に示されているように、最大３６０°サイクル内において、ハイサイド及びローサイド電力スイッチと関連した駆動信号のそれぞれは、１２０°の伝導帯（「ＣＢ」）において起動される。このようにして、ＢＬＤＣ２０２モーターの各関連した位相は、望ましいモーター２０２の回転速度の関数として制御ユニット２０８によって制御されたパルス幅変調された電圧波形により、１２０°のＣＢ内においてエネルギー供給される。各位相ごとに、ＵＨは、１２０°のＣＢ内において制御ユニット２０８によってパルス幅変調される。ハイサイドスイッチのＣＢにおいては、対応するＵＬは、ローに維持されている。ＵＬ信号は、次いで、ＵＬ信号と関連するＣＢの後に、ハーフサイクル（１８０°）内において、フル１２０°ＣＢにわたって起動される。制御ユニット２０８は、ハイサイドスイッチのＰＷＭ制御を介して、モーターに提供される電圧の量を、従って、モーターの速度を、制御する。
【０４２１】
図１２Ａの波形図は、１２０°のＣＢにおける１つの例示的なＰＷＭ技法を示しているが、その他のＰＷＭ方法も利用されうることに留意されたい。そのような一例が、同期整流を伴うＰＷＭ制御であり、この場合には、各位相のハイサイド及びローサイドスイッチ駆動信号（例えば、ＵＨ及びＵＬ）が、同一の１２０°ＣＢ内において、同期整流を伴ってＰＷＭ制御される。
【０４２２】
図１２Ｂは、最大速度（即ち、一定負荷条件下における最大速度）において動作する上述の３相インバータブリッジの駆動シーケンスの例示的な波形図を示している。この図においては、３つのハイサイドスイッチは、その個々の１２０°のＣＢにおいて、１００％のＰＷＭデューティサイクルにおいて導通し、これにより、最大速度において動作するための最大電力をモーターに提供する。
【０４２３】
ＢＬＤＣモーターにおいては、電力スイッチの整流及びモーター自体のインダクタンスにおける不完全性に起因し、電流は、モーターの逆ＥＭＦから、わずかに遅延することになる。これは、モータートルク出力の非効率性をもたらす。従って、実際には、モーターの位相は、モーターに供給される電流が、もはや、モーターの逆ＥＭＦから遅延しないように、数度の進み角（「ＡＡ」）だけ、シフトされる。ＡＡは、対応した位相の回転ＥＭＦよりも先行する印加位相電圧のシフト角Ｙを意味している。
【０４２４】
これに加えて、一実施形態においては、モーター２０２は、内部永久磁石（ＩＰＭ：Ｉｎｔｅｒｉｏｒ−Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）モーター又はその他の突出磁石モーターであってもよい。突出磁石モーターは、表面実装永久磁石モーターよりも効率的でありうる。具体的には、磁石トルクに加えて、突出磁石モーターは、モーター電流の関数として（具体的には、モーター電流の二乗の関数として）変化し、従って、磁石トルクよりも遅延したリラクタンストルクを含む。このリラクタンストルクを利用するべく、一実施形態においては、ＡＡシフト角Ｙが、リラクタンストルクの遅延を包含するように、増大させられている。追加されたリラクタンストルクは、突出磁石モーターが、角度Ｙにおける更なるシフトを伴うことなしに生成されるものを１５パーセント以上上回る１アンペア当たりのトルクを生成することを可能にする。
【０４２５】
一実施形態においては、ＡＡは、ハードウェアにおいて実施されてもよく、この場合に、位置センサは、モーターの位相に関して所定の角度において物理的にシフトされる。代替的に、又は追加的に、ＡＡは、ソフトウェアにおいて埋め込まれてよく、この場合に、コントローラ２３０は、本明細書において記述されるように、角度Ｙだけ、モーターの各位相の伝導帯を進めるように構成される。
【０４２６】
図１２Ｃは、一実施形態による図１２Ｂの駆動シーケンスの波形図を示しており、Ｙ＝３０°のＡＡを伴って示されている。一実施形態においては、３０度のＡＡは、ＢＬＤＣ用途において、モーターの逆ＥＭＰに対する電流の遅延を補うべく、且つ、突出磁石モーターのリラクタンストルクを利用するべく、十分なものである（且つ、当業者により、通常、使用されている）。
【０４２７】
一実施形態によれば、ＡＡをＹ＝３０℃超の値に増大させることは、増大したモーター速度性能をもたらすことができる。図１２Ｄは、例示的な電動工具１２８の速度／トルク波形図を示しており、この場合には、１２０°の固定されたＣＢにおけるＡＡの増大は、速度／トルクプロファイルにおける上向きの、即ち、２５２（Ｙ＝３０°）から、２５３（Ｙ＝４０°）への、そして、２５４（Ｙ＝５０°）への、シフトをもたらす。このシフトは、低トルクレンジ（例えば、０〜１Ｎ．ｍ．）において特に大きく、この場合には、モーター速度が、約２０％だけ、２５２から２５３へと、更には２５３から２５４へと、増大しうる（特に、例えば、０．２Ｎ．ｍ．の非常に小さなトルクレンジにおいては、速度は、２倍を超えうる）。中間トルクレンジ（例えば、１〜２Ｎ．ｍ．）においては、モーター速度の増大は、顕著ではあるものの、大きくはない。高トルクレンジ（例えば、２Ｎ．ｍ．以上）においては、モーター速度の増大は、最小限である。
【０４２８】
同様に、ＡＡのＹ＝３０°超の値への増大は、増大した電力出力をもたらすことができる。図１２Ｅは、例示的な工具１２８の電力出力／トルク波形図を示しており、この場合には、１２０°の固定されたＣＢにおけるＡＡの増大は、電力出力／トルクプロファイルにおける上向きの、即ち、２５５（ＡＡ＝３０°）から、２５６（ＡＡ＝４０°）への、そして、２５７（ＡＡ＝５０°）への、シフトをもたらす。このシフトは、例えば、約１Ｎ．ｍ．において、最大で２０％などのように、低及び中間トルクレンジにおいては、それなりに大きいが、高トルクレンジにおいては、電力出力に対する大きな影響を有していない。
【０４２９】
これらの図には示されていないが、本開示の範囲内において、且つ、上述の図と一貫性を有する状態において、ＡＡがＹ＝３０°未満の値（例えば、Ｙ＝１０°又は２０°）に設定された場合には、電力出力及び速度性能が同様に低減されうることを理解されたい。
【０４３０】
本発明の一実施形態によれば、工具１２８が、モーター２０２の動作電圧よりも高い又は低い公称（又は、定格）電圧を有する電源によって電力供給される際には、モーター２０２の有効性能を最適化するべく、モーター２０２の位相のＡＡは、電源の電圧定格又は公称電圧に従って設定されてもよい。具体的には、ＡＡは、それなりに等価な又は同等な速度及び電力性能が、電源電圧定格とは無関係に、モーター２０２から得られるように、より低定格電圧の電源によって電力供給される際には、モーター２０２の性能を増加させるべく、より高い値に設定されてもよく、より高定格電圧の電源によって電力供給される際には、モーター２０２の性能を低減するべく、より小さな値に設定されてもよい。例えば、一実施形態においては、制御ユニット２０８は、電源が、モーター２０２の動作電圧レンジ（例えば、７０〜９０Ｖ）に含まれるか又はこれにマッチングした公称電圧を有する際には、Ｙ＝３０°のＡＡを設定するように、但し、電動工具１２８が、より低定格電圧の電源（例えば、５４ＶＤＣ）に結合された際には、ＡＡをより高い値（例えば、Ｙ＝５０°）に設定するように、及び／又は、電動工具１２８が、より高定格電圧の電源（例えば、１２０ＶＡＣ）に結合された際には、ＡＡをより小さな値（例えば、Ｙ＝２０°）に設定するように、構成されてもよい。一実施形態においては、制御ユニット２０８には、ＡＡと電源電圧定格との間の機能的な関係を定義するルックアプテーブル又は式が提供されてもよい。
【０４３１】
ＡＡのＹ３０°超の値への増大は、モーター速度及び電力性能を増加させるべく使用されてもよいが、固定されたＣＢにおけるＡＡのみの増大は、効率の低下をもたらしうる。当業者には理解されるように、効率は、（電力出力／電力入力）の関数として計測される。図１２Ｆは、工具１２８の例示的な効率／トルク波形図を示しており、この場合には、１２０°の固定されたＣＢにおけるＡＡの増大は、効率／トルクプロファイルにおける下向きの、即ち、２５８（Ｙ＝３０°）から、２５９（Ｙ＝４０°）への、そして、２６５（Ｙ＝５０°）への、シフトをもたらす。このシフトは、低トルクレンジにおいて特に大きく、この場合に、効率は、例えば、約０．５Ｎ．ｍ．においては、約２０％だけ、より小さなトルクにおいては、より大きく、減少しうる。換言すれば、（固定されたＣＢにおける）ＡＡのみのＹ＝３０°超の値への増大は、低及び中間トルクレンジにおいて速度及び電力出力を増大させることができるが、これは、工具の効率の大きな犠牲のもとに実現される。
【０４３２】
本出願の発明者らは、ＢＬＤＣモーターの各位相ごとのＣＢの増大は、本明細書において記述されているように、特に、ＡＡと連携した状態において実行された際に、モーター２０８の合計電力出力及び速度を増大させることを見出した。
【０４３３】
図１３Ａを参照すれば、本発明の一実施形態による１２０°超のＣＢ値を伴う上述の電力スイッチ回路２２６の３相インバータブリッジの駆動シーケンスの波形図が示されている。一実施形態においては、ブラシレスモーターの各位相のＣＢは、この例示的な例において示されているように、当業者によって従来から使用されているＣＢ値である１２０°から、例えば、１５０°に、増大させられてもよい。ＣＢは、１５０°のＣＢを得るべく、各末尾において、図１２Ａに示されている１２０°のＣＢとの比較において、１５°だけ、拡張されてもよい。ＣＢの１２０°超の値への増大は、３相インバータブリッジ内のスイッチの３つが、（例えば、例示的な例においては、４５°〜７５°において、及び、１０５°〜１３５°において）同時にオン状態となることを許容し、且つ、電圧が、より長い導電期間においてモーターの各位相に供給されることを許容する。これは、事実上、ＤＣバスラインからモーター２０２に供給される合計電圧値を増大させ、この結果、後述するように、モーター速度及び電力出力性能が増大する。
【０４３４】
図１３Ｂは、ブラシレスモーターの各位相のＡＡが、同様に、ＣＢとの連携した状態において、且つ、ＣＢに対応するように、変化させられている、本発明の一実施形態を示している。この例示的な例においては、ＣＢが１５０°において位置している場合に、ＡＡは、Ｙ＝４５°の角度に設定されている。一実施形態においては、様々なＣＢ及びＡＡの関連付けは、ＣＢ及び関連したＡＡの間の機能的な関係を定義するルックアップテーブル又は式として、コントローラ２３０内において実施されてもよい。
【０４３５】
様々なＣＢ及び関連するＡＡ値を示す例示的なテーブルは、以下のとおりである。
ＣＢ      ＡＡ（Ｙ）
１２０°  ３０°
１３０°  ３５°
１４０°  ４０°
１５０°  ４５°
１６０°  ５０°
１７０°  ５５°
【０４３６】
これらの例示的な実施形態は、１２０°／３０°、１４０°／４０°、１６０°／５０°のＣＢ／ＡＡレベルを参照して実施されているが、これらの値は、例示を目的としたものに過ぎず、代替的に、任意のＣＢ／ＡＡ値（例えば、１６２°／５０．６°など）が使用されうることに留意されたい。また、このテーブル内において、且つ、本開示の全体を通じて、提供されているＡＡとＣＢとの間の関連付けは、例示を目的としたもの過ぎず、決して限定を目的としたものではない。具体的には、上述のテーブル内のＣＢとＡＡとの間の関係は、線形であるが、関係は、代替的に、非線形であってもよい。また、各ＣＢごとに本明細書において付与されているＡＡ値は、決して固定されたものではなく、所定の範囲から選択することができる。例えば、一実施形態においては、１５０°のＣＢは、３５°〜５５°の範囲内の、好ましくは、４０°〜５０°の範囲内の、好ましくは、４３°〜４７°の範囲内の、任意のＡＡと組み合わせられてもよく、１６０°のＣＢは、４０°〜６０°の範囲内の、好ましくは、４５°〜５５°の範囲内の、好ましくは、４８°〜５２°の範囲内のものなどのように、任意のＡＡと組み合わせられてもよい。更には、ＣＢ及びＡＡの最適な組合せは、いくつかの電動工具用途においては、上述のテーブルにおいて提供されている例示的な値から、大幅に変化しうる。
【０４３７】
次に図１３Ｃ及び図１３Ｄを参照すれば、一実施形態によれば、上述の連携した状態におけるＣＢ及びＡＡ（以下においては、「ＣＢ／ＡＡ」と呼称される）の１２０°／３０°のＣＢ／ＡＡよりも大きいレベルへの増大は、図１２Ｄ及び図１２Ｅの波形図との比較において、より幅広のトルクレンジにわたってより良好な速度及び電力出力性能をもたらすことができる。
【０４３８】
一実施形態によれば、工具１２８について図１３Ｃの例示的な速度／トルク波形図に示されているように、ＣＢ／ＡＡの増大は、速度／トルクプロファイルにおける大幅な上向きの、即ち、２６２（ＣＢ／ＡＡ＝１２０°／３０°）から、２６３（ＣＢ／ＡＡ＝１４０°／４０°）への、そして、２６４（ＣＢ／ＡＡ＝１６０°／５０°）への、シフトをもたらしている。この増大は、低トルクレンジにおいて最大であるが（この場合には、速度性能は、少なくとも約６０％だけ改善しうる）、中間トルクレンジにおいても依然として大きい（この場合には、速度性能は、約２０％〜６０％だけ改善しうる）。一実施形態においては、速度／トルクプロファイル２６２、２６３、２６４は、非常に低い速度／非常に高いトルクレンジにおいて（例えば、７０００ｒｐｍ〜１００００ｒｐｍにおいて）、収束を開始しており、その時点の後には、ＣＢ／ＡＡの増大が、もはや、より良好な速度性能をもたらさないことに留意されたい。
【０４３９】
同様に、一実施形態によれば、工具１２８における図１３Ｄの例示的な電力出力／トルク波形図に示されているように、ＣＢ／ＡＡを増大させることは、電力出力／トルクプロファイルにおける大きな上向きの、即ち、２６５（ＣＢ／ＡＡ＝１２０°／３０°）から、２６６（ＣＢ／ＡＡ＝１４０°／４０°）への、そして、２６７（ＣＢ／ＡＡ＝１６０°／５０°）への、シフトをもたらしている。一実施形態においては、この増大は、低トルクレンジにおいては、２６６（ＣＢ／ＡＡ＝１４０°／４０°）から２６７（ＣＢ／ＡＡ＝１６０°／５０°）において、及び、中間及び高トルクレンジにおいては、２６５（ＣＢ／ＡＡ＝１２０°／３０°）から２６６（ＣＢ／ＡＡ＝１４０°／４０°）において、最大である。この図においては、１２０°／３０°から１６０°／５０°へのＣＢ／ＡＡの増大は、いくつかのトルク条件の場合に、最大で５０％の増大をもたらしうるが、モーター最大電力出力（最大速度において非常に大きな負荷状態において計測されたもの）は、１０〜３０％だけ、増大しうることに留意されたい。
【０４４０】
これらの図には示されていないが、本開示の範囲内において、且つ、上述の図と一貫性を有する状態において、ＣＢ／ＡＡが、１２０°／３０°よりも小さなレベル（例えば、８０°／１０°又は１００°／２０°）に設定された場合にも、電力出力及び速度性能が、同様に低減されうることを理解されたい。
【０４４１】
本発明の一実施形態によれば、工具１２８が、電動工具１２８の動作電圧よりも高い又は低い公称（又は、定格）電圧を有する電源によって電力供給される際には、モーター２０２の有効性能を最適化するべく、モーター２０２の位相のＣＢ／ＡＡは、電源の電圧定格又は公称電圧に従って設定されてもよい。具体的には、ＣＢ／ＡＡは、それなりに同等な速度及び電力性能が、電源電圧定格とは無関係に、モーター２０２から得られるように、より低定格電圧の電源によって電力供給される際には、モーター２０２の性能を増加させるように、より高い値に設定されてもよく、より高定格電圧の電源によって電力供給される際には、モーター２０２の性能を低減するように、より小さな値に設定されてもよい。
【０４４２】
一実施形態においては、制御ユニット２０８は、電源が、モーター２０２の動作電圧レンジに対応した公称電圧を有する際には、ＣＢ／ＡＡを１２０°／３０°に設定するように、但し、より低定格電圧の電源に結合された際には、ＣＢ／ＡＡをより高いレベルに設定するように、構成されてもよい。同様に、制御ユニット２０８は、より高定格電圧の電源に結合された際には、ＣＢ／ＡＡをより低いレベルに設定する。例えば、７０Ｖ〜９０Ｖの動作電圧レンジを有するモーター２０２の場合には、制御ユニット２０８は、７２ＶＤＣ又は９０ＶＤＣ電源の場合には、ＣＢ／ＡＡを１２０°／３０°に設定し、但し、例えば、５４ＶＤＣ電源の場合には、１４０°／４０°に設定し、１２０ＶＡＣ電源の場合には、１００°／２０℃に設定するように、構成されてもよい。別の例においては、９０Ｖ〜１３２Ｖの動作電圧レンジを有するモーター２０２の場合には、制御ユニット２０８は、１２０ＶＡＣ電源の場合には、ＣＢ／ＡＡを１２０°／３０°に設定し、但し、５４ＶＤＣ電源及び７２ＶＤＣ電源の場合には、それぞれ、例えば、１６０°／５０°及び１４０°／４０度などの比例的により高い値に設定するように、構成されてもよい。更に別の例においては、１３５Ｖ〜１８７Ｖの動作電圧レンジを有するモーター２０２の場合には、制御ユニット２０８は、ＣＢ／ＡＡを、例えば、１０８ＶＤＣ電源又は１２０ＶＡＣ電源の場合には、１４０°／４０°に設定し、２２０ＶＡＣ電源の場合には、１００°／２０°に設定するように、構成されてもよい。一実施形態においては、制御ユニット２０８には、ＣＢ／ＡＡと電源電圧定格との間の機能的な関係を定義するルックアップテーブル又は式が提供されてもよい。
【０４４３】
一実施形態においては、本明細書において記述されているＣＢ／ＡＡ制御技法は、本開示において開示されているその他のモーター最適化技法のいずれかとの組合せにおいて使用されてもよい。例えば、それなりに同等な速度及び電力性能が、電源電圧定格とは無関係に、モーター２０２から得られるように、ＣＢ／ＡＡ制御技法は、より低定格電圧の電源によって電力供給される際には、モーター２０２の性能を増加させるべく使用されてもよく、上述のＰＷＭ制御技法、又は上述のサイクルごとの電流制限技法、又は、両方の組合せは、より高定格電圧の電源によって電力供給される際には、モーター２０２の性能を低下させるべく使用されてもよい。但し、一実施形態においては、より高定格電圧の電源の場合には、特に、一定速度電動工具用途の場合には、モーターの性能を低下させるべく、ＰＷＭ制御技法よりも、上述のＣＢ／ＡＡ技法を利用するほうが有利であろう。その理由は、電力スイッチのＰＷＭスイッチングは、熱を生成し、且つ、電圧高調波要因を増大させるからである。記述されているＣＢ／ＡＡ技法の使用は、これらの熱及び電圧高調波に対する影響を軽減する。
【０４４４】
上述の説明は、電源定格電圧に基づいたＡＡと連携した状態におけるＣＢの調節を対象としているが、電源定格電圧に応じたＣＢのみの（即ち、固定されたＡＡレベルにおける）調節も、本開示の範囲に含まれることに留意されたい。具体的には、一定のＣＢにおけるＡＡレベルの変化は、（図１２Ｄ〜図１２Ｆを参照して上述したように）特定のトルクレンジにおける電力及び速度性能に対する影響を有していることと同様に、一定のＡＡにおける１２０°超又は未満におけるＣＢレベルの変化も、モーターに供給される合計電圧を増減することが可能であり、従って、モーター速度及び電力出力を向上又は減少させることが可能であるが、特定のトルクレンジにおいては、工具効率が犠牲にされうる。従って、工具１２８が、モーター２０２の動作電圧よりも高い又は低い公称（又は、定格）電圧を有する電源によって電力供給される本発明の一実施形態においては、有効モーター性能は、電源の電圧定格又は公称電圧に従ってモーター２０２の位相のＣＢを（一定のＡＡにおいて）調節することにより、最適化されうる。具体的には、ＣＢは、それなりに等価な速度及び電力性能が得られるように、より低定格電圧の電源によって電力供給される際には、モーター２０２の性能を増加させるべく、１２０度よりも大きな値に設定されてもよく、より高定格電圧の電源によって電力供給される際には、モーター２０２の性能を低減するべく、より小さな値に設定されてもよい。
【０４４５】
また、これらの実施形態（のみならず、後述する実施形態）のいずれかにおいて言及されている１２０°／３０°、１４０°／４０°、１６０°／５０°のＣＢ／ＡＡレベルは、例示を目的としたものに過ぎず、且つ、本開示の教示に従って増大した電力及び／又は速度性能をもたらす任意のその他のＣＢ／ＡＡレベル又は組合せも、本開示の範囲に含まれることを再度付言しておく。
【０４４６】
また、これらの図のいずれかに図示されると共に上述（のみならず、後述する図及び実施形態）した速度、トルク、並びに電力パラメータ及びレンジの全ては、その特性が、例示を目的としたものであり、且つ、本開示の範囲を限定するものではないことに留意されたい。いくつかの電動工具は、これらの図に示されている類似の性能特性を示しうるが、その他の工具は、実質的に異なる動作レンジを有しうる。
【０４４７】
７．改善されたトルク−速度プロファイル
次に図１３Ｅを参照すれば、工具１２８の例示的な効率性／トルク図が、一実施形態に従って、２６８（ＣＢ／ＡＡ＝１２０°／３０°）、２６９（ＣＢ／ＡＡ＝１４０°／４０°）、及び２７０（ＣＢ／ＡＡ＝１６０°／５０°）における様々なＣＢ／ＡＡ値を伴って、示されている。この図において観察できるように、１２０°／３０°のＣＢ／ＡＡは、ほぼ低〜中間レンジ（例えば、例示的な例においては、０〜約１．５Ｎ．ｍ．）において、最良の効率をもたらし、１４０°／４０°のＣＢ／ＡＡは、ほぼ中間〜高トルクレンジ（例示的な例においては、約１．５Ｎ．ｍ．〜約２．５Ｎ．ｍ．）において、最良の効率をもたらし、１６０°／５０°のＣＢ／ＡＡは、ほぼ高トルクレンジ（例示的な例においては、約２．５Ｎ．ｍ．超）において、最良の効率をもたらしている。従って、１２０°／３０°レベルを上回るＣＢ／ＡＡの増大は、すべてのトルクレンジにおいて速度及び電力性能を大幅に改善するが、これは、いくつかの動作条件において、特に、より小さなトルクレンジにおいては、効率の損失を伴って実現されうる。
【０４４８】
これに加えて、電動工具用途は、一般に、最高定格速度を有しており、これは、無負荷状態における電動工具モーターの最大速度を意味している。可変速度工具においては、最大速度は、典型的には、トリガが最大限に引かれた状態においてモーターが生成するように設計された望ましい速度に対応している。また、上述のモーターの定格電圧又は動作電圧（又は、電圧レンジ）も、電動工具の望ましい最高定格速度に対応している。また、上述のモーターの物理的特性（例えば、サイズ、巻線の数、巻線構成など）も、一般に、電動工具のトルク及び最大速度要件と互換性を有するように設計されている。実際には、しばしば、モーター及び電動工具トランスミッションを最高定格速度の超過から保護することが必要とされる。モーターが工具の最高定格速度超の速度を出力する能力を有している工具においては、モーターの速度は、典型的には、その最高定格速度において制限が加えられている。従って、上述のＣＢ／ＡＡ技法を介した速度性能の増大は、いくつかのトルク／速度レンジにおいては、確かに望ましいものであるが、これは、増大したＣＢ／ＡＡが、モーター速度による工具の最高定格速度の超過をもたらす場合には、特定の動作状態において、非実際的である。これは、先に図１３Ｃにおいて示したように、ＣＢ／ＡＡの増大が、速度プロファイルの非常に大きなシフトを生成する低トルクレンジに対して、特に当て嵌まる。
【０４４９】
図１３Ｃの工具１２８が２５０００ｒｐｍの最高定格速度を有する例示的な一実施形態においては、１２０°／３０°のＣＢ／ＡＡにおけるモーター２０２の動作は、工具が、その最高定格速度内において動作することを許容するが、より大きなＣＢ／ＡＡにおける工具の動作は、低トルクレンジにおいて、最高定格速度を超過することになる（例えば、速度は、１Ｎ．ｍ．トルク未満において１６０°／５０°のＣＢ／ＡＡの場合に、又は、０．６Ｎ．ｍ．未満トルクにおいて１４０°／４０°のＣＢ／ＡＡの場合に、２５０００ｒｐｍを超過する）。
【０４５０】
従って、本発明の一実施形態においては、図１３Ｆに示されているように、改善された速度−トルクプロファイルが提供されており、この場合に、工具の最高定格速度において、モーター速度は、例えば、０〜約１．２Ｎ．ｍ．などの第１トルクレンジにおいては、一定レートにおいて維持されており（即ち、実質的にフラットなプロファイル２８０を含む）、例えば、１．２Ｎ．ｍ．超などの第２トルクレンジにおいては、可変レートにおいて維持されている。一実施形態においては、第１トルクレンジにおいて、ＣＢ／ＡＡは、そのベース値（例えば、１２０／３０°）から閾値（例えば、１６０／５０°）まで、トルクの関数として、徐々に増大させられている。ひとたびそのＣＢ／ＡＡ閾値に到達したら、速度−トルクプロファイルは、閾値に対応したＣＢ／ＡＡにおいて動作する正常な速度−トルクプロファイル（例えば、１６０／５０°において動作するプロファイル２６４）の湾曲したプロファイル２８２に追随している。換言すれば、１６０／５０°のＣＢ／ＡＡにおける速度−トルク曲線は、この例においては２５０００ＲＰＭである工具の最大速度未満において「留め（ｃｌｉｐｐｅｄ）」られる。
【０４５１】
この改善された速度−トルクプロファイルによる工具の性能は、いくつかの観点において改善されている。第１に、これは、効率が、大きなＣＢ／ＡＡにおける動作において最も不利益を被る例示的な実施形態において、低トルクレンジにおいて、特に、０．５Ｎ．ｍ．未満の非常に小さなトルクにおいて、モーターを、例えば、１６０／５０°などの大きなＣＢ／ＡＡレベルにおいて動作させることを回避している（上述の図１３Ｅを参照されたい）。これは、モーター効率を低トルクレンジにおいて劇的に増大させる。また、これは、動作トルクの幅広の範囲（例示的な実施形態においては、０〜１．２Ｎ．ｍ．）において、工具を最大速度において動作させる能力をユーザーに対して付与することになり、これは、ユーザーにとって有益である。更には、工具は、上述の図１３Ｄ及び図１３Ｅを参照して説明したように、ユーザーが一般に予想している中間及び高トルクレンジにおいて、速度−トルク曲線に従って、但し、より高い電力出力及びより高い効率において、動作する。従って、この構成は、全体的な工具の効率及び電力出力を増大させる。
【０４５２】
速度／トルクプロファイルのフラットな部分２８０において一定速度を維持するべく、制御ユニット２０８は、上述のように、ベースＣＢ／ＡＡ値（例えば、１２０／３０°であり、これは、わずかにゼロよりも高いトルクに対応している）から閾値ＣＢ／ＡＡ値（例えば、１６０／５０°）まで、トルクの関数として算出又は判定される可変ＣＢ／ＡＡにおいてモーターを動作させるように構成されてもよい。一実施形態においては、制御ユニット２０８は、望ましい一定速度をトルクの関数として実現するべく必要とされるように、一実施形態によれば、ＣＢ／ＡＡを算出し、且つ、徐々に増大させるように、ルックアップテーブル又はアルゴリズムを利用してもよい。その後に、制御ユニット２０８は、一実施形態によれば、ＣＢ／ＡＡ閾値（例えば、１６０／５０°）に対応した一定ＣＢ／ＡＡにおいてモーター動作させるように構成されている。
【０４５３】
一代替実施形態によれば、制御ユニット２０８は、低トルク閾値（例えば、ゼロ又はわずかにゼロを上回っており、これは、例えば、１２０／３０°のＣＢ／ＡＡに対応している）から高トルク閾値（例えば、１．２Ｎ．ｍ．であり、これは、例えば、１６０／５０°のＣＢ／ＡＡに対応している）まで、トルクの関数として算出された可変ＣＢ／ＡＡにおいてモーターを動作させるように構成されてもよい。この場合にも、制御ユニット２０８は、一実施形態によれば、望ましい一定速度をトルクの関数として実現するべく必要とされるＣＢ／ＡＡを算出し、且つ、徐々に増大させるように、ルックアップテーブル又はアルゴリズムを利用してもよい。その後に、制御ユニット２０８は、一実施形態によれば、高トルク閾値に対応した一定のＣＢ／ＡＡ（例えば、１．２Ｎ．ｍ．に対応した１６０／５０°）においてモーターを動作させるように構成されている。
【０４５４】
上述の図１３Ｃを参照して説明したように、速度／トルクプロファイル２６２、２６３、２６４は、非常に小さな速度／非常に大きなトルクレンジ（例えば、７０００ｒｐｍ〜１００００ｒｐｍ及び３Ｎ．ｍ．周辺）において収束を開始しており、この時点の後には、ＣＢ／ＡＡの増大は、もはや、より良好な速度性能をもたらさない。この時点の後に、速度／トルクプロファイル２６２（１２０／３０°）は、より高いＣＢ／ＡＡレベルよりも高い速度性能をもたらす。従って、一実施形態によれば、高閾値トルク値（この例においては、例えば、３Ｎ．ｍ．）超、又は低閾値速度（例えば、この例においては、約８５００ｒｐｍ）未満においては、速度／トルクプロファイルは、高トルク及び低速度レベルにおいてより高い性能を得るべく、１６０／５０°のＣＢ／ＡＡに対応したプロファイル２８２から、１２０／３０°のＣＢ／ＡＡに対応した別のプロファイル２８４に戻ってもよい。制御ユニット２０８は、この実施形態においては、ひとたび高閾値トルク（又は、低閾値速度）に到達したら、１６０／５０°の高閾値から１２０／３０°にＣＢ／ＡＡを低減するように構成されてもよい。この戻りは、瞬間的に、又は、滑らかな遷移を得るべく徐々に、実行されてもよい。
【０４５５】
図１３Ｇは、図１３Ｆの速度−トルクプロファイルに対する更なる改善を示しており、この場合には、低トルクにおいてモーター速度を一定に保持する代わりに、モーター速度は、この場合には例えば、０〜約１．５Ｎ．ｍ．である第１トルクレンジ内においては、第１プロファイル２８６に応じた可変レートにおいて、及び、例えば、１．５Ｎ．ｍ．超である第２トルクレンジ内においては、第２プロファイル２８８に応じた可変レートにおいて、制御されている。一実施形態においては、図１３Ｆの実施形態と同様に、ＣＢ／ＡＡは、第１トルクレンジにおいて、そのベース値（例えば、１２０／３０°）から閾値（たとえば、１６０／５０°）までトルクの関数として徐々に増大させられている。ひとたびこのＣＢ／ＡＡ閾値に到達したら、速度−トルクプロファイルは、閾値に対応したＣＢ／ＡＡにおいて動作する正常な速度−トルクプロファイル（例えば、１６０／５０°において動作するプロファイル２６４）の湾曲したプロファイル２８８に追随している。但し、図１３Ｆの実施形態とは対照的に、ＣＢ／ＡＡの増大は、第１トルクレンジ内において、最高定格速度から、例えば、１２０００ｒｐｍなどの第２速度値まで速度を徐々に低減するように設計されている。この構成は、より高いＣＢ／ＡＡレベルへの遷移がより低速のレートにおいて発生することを許容し、これは、第１トルクレンジ内において効率の更なる増大をもたらす。
【０４５６】
この実施形態における第１プロファイル２８６は、線形であるが、効率を増大させるべく、代替的に、任意のその他の非線形のプロファイル、又は、フラット、線形、及び非線形のプロファイルの任意の組合せが、第１トルクレンジ内において利用されうることに留意されたい。例えば、一実施形態においては、第１プロファイル２８６は、非常に小さなトルクレンジ（例えば、０〜０．５Ｎ．ｍ．）の持続時間全体にわたって、プロファイル２６２に沿った急勾配の部分を含んでもよく（この場合に、ＣＢ／ＡＡは、１２０／３０°のレベルにおいて又はその周辺において維持される）、急勾配の部分を第２プロファイル２８２に接続するフラットな又はセミフラットな部分によって後続される。
【０４５７】
本発明の一実施形態によれば、本明細書において記述されている改善された速度−トルクプロファイルは、工具１２８が、モーター２０２の動作電圧よりも高い又は低い公称（又は、定格）電圧を有する電源によって電力供給される際に、高効率を有するモーター２０２の有効性能を最適化するべく、利用されてもよい。具体的には、一実施形態においては、モーターを電源の電圧定格又は公称電圧に従って設定された一定のＣＢ／ＡＡベルにおいて動作させる代わりに、ＣＢ／ＡＡは、モーターの効率を最大化させるべく、上述したように変化させられてもよい。具体的には、一実施形態においては、より低定格電圧の電源によって電力供給される際にモーター２０２の性能を増加させるために、図１３Ｃに示されているトルク−速度プロファイルを取得するべくＣＢ／ＡＡをより高いレベル（例えば、１６０°／５０°）に固定的に設定する代わりに、図１３Ｃ又は図１３Ｄによるトルク−速度プロファイルを取得するべく、可変ＣＢ／ＡＡが部分的に（例えば、低トルクレンジについて）採用されてもよい。
【０４５８】
一実施形態においては、制御ユニット２０８は、電源が、モーター２０２の動作電圧レンジに対応した公称電圧を有する際に、ＣＢ／ＡＡを１２０°／３０°に設定するように構成されてもよいが、より低定格電圧の電源に結合された際には、低トルクのために、上述のように、可変ＣＢ／ＡＡを設定するように構成されてもよい。例えば、７０Ｖ〜９０Ｖの動作電圧レンジを有するモーター２０２を有する電動工具１２８においては、制御ユニット２０８は、７２ＶＤＣ又は９０ＶＤＣ電源の場合には、ＣＢ／ＡＡを１２０°／３０°に設定し、但し、５４ＶＤＣ電源の場合には、例えば、１２０°／３０°から最大で１４０°／４０度などの可変ＣＢ／ＡＡに設定するように、構成されてもよい。別の例においては、９０Ｖ〜１３２Ｖの動作電圧レンジを有するモーター２０２を有する電動工具１２８においては、制御ユニット２０８は、１２０ＶＡＣ電源の場合には、ＣＢ／ＡＡを１２０°／３０°に設定するように、但し、５４ＶＤＣ電源の場合には、例えば、１２０°／３０°から最大で１６０°／５０°（又は、１４０°／４０°から最大で１６０°／５０°）の可変ＣＢ／ＡＡに設定するように、構成されてもよい。
【０４５９】
８．増大した効率のための伝導帯及び進み角の最適化
図１４Ａは、一実施形態による、例えば、約１５０００ｒｐｍの一定中間速度において計測された様々なＣＢ及びＡＡ値に基づいた電動工具１２８の例示的な最大電力出力等高線図を示している。この中間速度値は、ＣＢ／ＡＡレベルに応じて、中間〜高トルク値（例えば、図１３Ｃにおける、ＣＢ／ＡＡ＝１２０°／３０°における約１．５Ｎ．ｍ．、ＣＢ／ＡＡ＝１４０°／４０度における約１．８５Ｎ．ｍ．、及びＣＢ／ＡＡ＝１６０°／５０°における約２．２Ｎ．ｍ．）に対応していることに留意されたい。この図においては、最大電力出力は、（約３５００Ｗ以上の最大電力出力を表す）ゾーン「ａ」から（約２００Ｗ以下の最大電力出力を表す）ゾーン「ｈ」まで徐々に減少している。この例示的な図に基づいて、中間工具速度（及び、中間トルク）における電動工具１２８の最も大きな最高電力出力値は、約１５０°〜１８０°の最適範囲内のＣＢ及び約５０°〜７０°の最適範囲内のＡＡにおいて得られうることがわかる。
【０４６０】
図１４Ｂは、一実施形態による、同一の速度において計測された様々なＣＢ及びＡＡ値に基づいた電動工具１２８の例示的な出力効率等高線図を示している。この図においては、算出された効率は、（≧９０％の効率を表す）ゾーン「ａ」から（≦１０％の効率を表す）ゾーン「ｈ」まで徐々に減少している。この例示的な図に基づいて、中間工具速度（及び、中間トルク）における電動工具１２８の最も高い効率は、約１２０°〜１７０°の最適範囲内のＣＢ及び約１０°〜５０°の最適範囲内のＡＡにおいて得られうることがわかる。
【０４６１】
図１４Ｃは、一実施形態による、同一の速度において計測された様々なＣＢ及びＡＡ値に基づいた電動工具１２８の例示的な組み合わせられた効率及び最大電力出力等高線図を示している。この等高線は、（効率＾３）＊電力という例示的な関数に基づいて得らたものであり、この場合に、目的は、効率を高いレベルにおいて維持しつつ、電力出力を最大化するというものである。この図における算出された組み合わせられた等高線は、ゾーン「ａ」からゾーン「ｌ」まで徐々に減少している。この例示的な等高線図に基づいて、中間工具速度（及び、中間トルク）における電動工具１２８の効率及び電力出力の最大組合せは、ゾーン「ａ」内において、約４０°〜５８°の範囲内のＡＡと組み合わせられた約１５８°〜１７２°の範囲内のＣＢにおいて得られうることがわかる。
【０４６２】
この図は、上述のＣＢ及びＡＡの連携した状態における増大は、速度及び電力性能レベルを増大させるための簡単な方法を提供するが、このような増大は、連携した状態である必要はないことを示している。例えば、１６０°／５０°のＣＢ／ＡＡレベルは、例えば、１７０°／４０°などのゾーン「ａ」の等高線内に含まれるその他のＣＢ／ＡＡの組合せと実質的に等価な組み合わせられた効率及び最大電力出力性能を提供している。
【０４６３】
上述のように、この図において得られる最適なＣＢ／ＡＡ等高線（ゾーン「ａ」）は、例えば、図１３Ｃにおける、約１５０００ｒｐｍなどの一定中間速度、及び、例えば、約２．２Ｎ．ｍ．などの一定トルクに対応している。この一定中間速度は、入力電源の定格又は公称電圧に比例している。この特定の例においては、組み合わせられた効率及び最大電力出力等高線図は、１２０Ｖの入力電圧において構築されたものである。入力電圧を１２０Ｖ超又は未満に変更することにより、異なる最適なＣＢ及びＡＡ等高線が得られる。
【０４６４】
図１４Ｄは、様々な入力電圧レベルに基づいた最適なＣＢ／ＡＡ等高線を示す例示的な図を示している。この図に示されているように、最適なＣＢ及びＡＡは、約２００Ｖの入力電圧レベルにおいては、それぞれ、ほぼ、１１５°〜１３５°及び５°〜３０°の範囲内であり、約１６０Ｖの入力電圧レベルにおいては、それぞれ、ほぼ、１４０°〜１５５°及び２５°〜４０°の範囲内であり、約９０Ｖの入力電圧レベルにおいては、それぞれ、ほぼ、１６５°〜１７５°及び６０°〜７０°の範囲内であり、及び、約７２Ｖの入力電圧レベルにおいては、それぞれ、ほぼ、１７０°〜１７８°及び７０°〜７６°の範囲内である。換言すれば、最適なＣＢ／ＡＡ等高線は、入力電圧が２００Ｖから７２Ｖに減少するのに伴って、小さくなっている（従って、より狭い組合せの範囲を提供している）。また、最適なＣＢレンジ及びＡＡレンジは、いずれも、入力電圧が減少するのに伴って、増大している。本明細書における等高線は、最適な効率において実質的に等価な最大電力出力のレベルを出力するように最適化されていることに留意されたい。
【０４６５】
従って、本発明の一実施形態においては、本明細書において記述されている組み合わせられた効率及び電力等高線は、電源の公称（又は、定格）電圧レベルに基づいて、最適な効率において大きな最大電力出力を有するモーター２０２の有効性能を最適化するべく、利用されてもよい。具体的には、一実施形態においては、ＣＢ／ＡＡ値は、ＡＣ又はＤＣ電力ライン上において提供される公称電圧とは無関係に、エンドユーザーにとって満足できる方式により、各電圧入力レベルにおいて最適な効率及び電力性能をもたらすように、１２０Ｖ電源によって電力供給される際には、第１レンジ（例えば、１５８°〜１７２°の範囲内のＣＢ及び４０°〜５８°の範囲内のＡＡ）から、但し、９０Ｖ電源によって電力供給される際には、第２レンジ（例えば、１７０°〜１７８°の範囲内のＣＢ及び７０°〜７６°の範囲内のＡＡ）から、選択されてもよい。
【０４６６】
一実施形態においては、制御ユニット２０８は、電源がモーター２０２の動作電圧レンジに対応した公称電圧を有している際には、ＣＢ／ＡＡを１２０°／３０°に設定するように、但し、より低定格電圧の電源に結合された際には、低トルクのために、上述のように、可変ＣＢ／ＡＡを設定するように、構成されてもよい。例えば、７０Ｖ〜９０Ｖの動作電圧レンジを有するモーター２０２を有する電動工具１２８においては、制御ユニット２０８は、７２ＶＤＣ又は９０ＶＤＣ電源の場合には、ＣＢ／ＡＡを１２０°／３０°に、但し、５４ＶＤＣ電源の場合には、例えば、１２０°／３０°から最大で１４０°／４０°の可変ＣＢ／ＡＡに、設定するように構成されてもよい。別の例においては、９０Ｖ〜１３２Ｖの動作電圧レンジを有するモーター２０２を有する工具１２８においては、制御ユニット２０８は、１２０ＶＡＣ電源の場合には、ＣＢ／ＡＡを１２０°／３０°に、但し、５４ＶＤＣ電源の場合には、例えば、１２０°／３０°から最大で１６０°／５０°（又は、１４０°／４０°から最大で１６０°／５０°）の可変ＣＢ／ＡＡに、設定するように構成されてもよい。
【０４６７】
９．  リンクコンデンサを使用したモーター性能の最適化
図１５Ａは、一実施形態による負荷印加状態においてモーター制御回路２０６に供給される整流されたＡＣ波形の例示的な波形図を示している。参照符号２４０及び２４２は、コンデンサ２２４に跨って計測された全波整流されたＡＣ波形（以下においては、「ＤＣバス電圧」と呼称される）を表記している。この図においては、工具は、その工具が取り扱くべく定格設定されている最大負荷状態において動作しているものと仮定されていることに留意されたい。
【０４６８】
参照符号２４０は、負荷印加状態におけるＤＣバス電圧波形を表記しており、この場合に、コンデンサ２２４は、例えば、０〜５０マイクロＦの小さな値を有している。この実施形態においては、ＤＣバスに対するコンデンサ２２４の効果は、無視可能である。この実施形態においては、負荷印加状態においてＤＣバスラインからモーター制御回路２０６に供給される平均電圧は、次式のとおりである。
【０４６９】
【数１】
2020185664.tif 000003
【０４７０】
参照符号２０４は、負荷印加状態におけるＤＣバス電圧波形を表記しており、この場合に、コンデンサ２２４は、例えば、１０００マイクロＦ以上の相対的に大きな値を有している。この実施形態においては、ＤＣバスラインからモーター制御回路２０６に供給される平均電圧は、直線に接近しており、それは、次式のとおりである。
【０４７１】
【数２】
2020185664.tif 000004
【０４７２】
コンデンサ２２４のサイズを適切に選択することにより、平均ＤＣバス電圧を望ましいレベルに最適化できることがわかる。従って、約１０８ＶＤＣの公称ＤＣ電圧を受け取るように設計されたブラシレスＡＣ／ＤＣ電動工具システムの場合には、整流器回路２２０用の小さなコンデンサ２２４は、１２０ＶＡＣの公称電圧を有するＡＣ電源から、負荷印加状態において１０８Ｖの平均電圧を生成する。
【０４７３】
図１５Ｂ〜図１５Ｄは、小さなコンデンサの使用の更に別の利点を強調表示している。図１５Ｂは、一実施形態における、重負荷状態における大きなコンデンサ（例えば、約４０００マイクロＦ）を使用した電圧波形と、関連する電流波形と、を示している。図１５Ｃは、重負荷状態における中間サイズのコンデンサ（例えば、約１０００マイクロＦ）を使用した電圧波形と、関連する電流波形と、を示している。図１５Ｄは、重負荷状態における小さなコンデンサ（例えば、約２００マイクロＦ）を使用した電圧波形と、関連する電流波形と、を示している。
【０４７４】
図１５Ｂの例示的な波形図において示されている大きなコンデンサを使用した際には、モーターに供給される電流は、各サイクルの大きな部分にわたって、コンデンサから引き出されている。これは、事実上、電流がＡＣ電源から引き出される各サイクルの部分を縮小させ、その結果、大きな電流スパイクが各サイクルにおいて発生することになる。例えば、ＡＣ電源から１０Ａの一定のＲＭＳ電流を得るために、小さな時間ウィンドウ内の電流レベルが実質的に増大する。この増大は、しばしば、大きな電流スパイクをもたらす。このような電流スパイクは、２つの理由から望ましいものではない。第１に、工具の力率が低下し、且つ、ＡＣ電流の高調波含有量が高くなる。第２に、ＡＣ電源から工具に転送されるエネルギーの所与の量について、電流のＲＭＳ値が大きくなる。この構成の実際的な結果は、所与の作業量における電流スパイクを取り扱うために、不必要に大きなＡＣ回路ブレーカが必要とされるというものである。
【０４７５】
対照的に、図１５Ｃに示されている中間サイズのコンデンサを使用した際には、電流は、より幅広の時間ウィンドウにおいて、各サイクル内においてＡＣ電源から引き出され、これは、より低い高調波含有量と、より高い力率と、を提供する。同様に、図１５Ｄに示されている小さなコンデンサを使用した際には、コンデンサから引き出される電流は、各サイクル内において非常に小さくなり（ほとんど無視可能である）、ＡＣ電源から引き出される電流のためのより大きなウィンドウを提供する。これは、図１５Ｃ及び図１５Ｄとの比較において、より低い高調波含有量と、格段に高い力率と、を提供する。後述するように（以下の図１２を参照されたい）、小さなコンデンサは、より低い平均電圧をモーター制御回路２０４に提供するが、実際には、より低い高調波含有量及びより高い力率に起因し、小さなコンデンサ２２４からより高い電力出力を得ることができる。
【０４７６】
小さなコンデンサの使用の別の利点は、サイズである。市場において入手可能なコンデンサは、１μＦ当たりに１ｃｍ3の静電容量比率という典型的なサイズを有する。従って、電動工具のサイズ及び用途に応じて、小さなコンデンサ（例えば、１０〜２００μＦ）を電動工具ハウジング内にフィットすることが実際的であり、より大きなコンデンサの使用は、人間工学の観点から、課題を生成しうる。例えば、１０００μＦコンデンサのサイズは、約１０００ｃｍ3である。大きなコンデンサを必要としている従来の電動工具用途は、典型的には、コンデンサを収容するための外部アダプタを使用している。本発明の実施形態においては、コンデンサ２２４は、例えば、工具のハンドル内などのように、工具ハウジング内において配設されるべく、十分に小さい。
【０４７７】
本発明の一実施形態によれば、本発明の電動工具１２８は、例えば、１２０ＶのＤＣ電圧出力を有するＤＣ出力電力ラインを有する溶接機などのＤＣ発電機などのＤＣ電源によって電力供給されてもよい。約０〜５０マイクロＦの小さなコンデンサ２２４の値を使用することにより、電動工具１２８は、１０８Ｖの平均電圧を有する１２０ＶＡＣ商用電源から引き出されるものよりも高い最大電力出力を、１２０Ｖの平均電圧を有するＤＣ電源から提供することができる。上述のように、０〜５０マイクロＦの小さなコンデンサを使用することにより、１２０ＶＡＣ商用電源から得られるＤＣバス電圧は、約１０８Ｖの平均値において留まる。例示的な電動工具は、１０８ＶＤＣバスから、約１６００Ｗの最大コールド電力出力を提供しうる。対照的に、同一の電動工具は、電力が１２０ＶＤＣ電源によって供給される際には、ＤＣバスから、２２００Ｗ超の最大コールド電力出力を提供する。この改善は、（電圧比＾３、即ち、（１２０／１０８）＾３に対応した）２２００／１６００＝１．３７の比率を表している。
【０４７８】
本発明の一実施形態によれば、コンデンサ２２４の値を調節することにより、ＡＣ及びＤＣ電源から、同等な電力出力を提供することができる。図１５Ｅは、電力出力／静電容量と、平均ＤＣバス電圧／静電容量波形と、を示す例示的な組み合わせられた図を示している。この図のｘ軸は、０〜１０００μＦの変化するコンデンサ値を示している。Ｙ軸は、それぞれ、０〜２５００Ｗの範囲の電動工具の最大電力ワット出力（Ｗ）と、破線によって表された１００〜１８０Ｖの範囲の平均ＤＣバス電圧（Ｖ）と、を表している。３つのＲＭＳ電流値は、ＡＣ電源の定格ＲＭＳ電流を表している。例えば、米国においては、壁面ソケットは、１５ＡのＲＭＳ電流回路ブレーカによって保護されうる。この例においては、電動工具は、その最大電流定格に近接した状態で、重負荷状態において動作しているものと仮定されている。
【０４７９】
この図に示されているように、１０ＡのＲＭＳ電流電源によって電力供給されるように構成された電動工具（即ち、約１０ＡのＲＭＳ電流の電流定格を有する工具又は１０ＡのＲＭＳ電流の電流定格を有する電源）の場合には、重負荷状態における平均ＤＣバス電圧は、０〜２００μＦのコンデンサレンジの場合には、約１０８〜１１８Ｖの範囲内、２００〜４００μＦのコンデンサレンジの場合には、約１１８〜１３３Ｖの範囲内、４００〜６００μＦのコンデンサレンジの場合には、約１３３〜１４４Ｖの範囲内、などである。
【０４８０】
同様に、１５ＡのＲＭＳ電流電源によって電力供給されるように構成された電動工具（即ち、約１５ＡのＲＭＳ電流の電流定格を有する工具又は１５ＡのＲＭＳ電流の電流定格を有する電源）の場合には、重負荷状態における平均ＤＣバス電圧は、０〜２００μＦのコンデンサレンジの場合には、約１０８〜１１２Ｖの範囲内、２００〜４００μＦのコンデンサレンジの場合には、約１１２〜１２３Ｖの範囲内、４００〜６００μＦのコンデンサレンジの場合には、約１２３〜１３３Ｖの範囲内、などである。
【０４８１】
同様に、２０ＡのＲＭＳ電流電源によって電力供給されるように構成された電動工具（即ち、約２０ＡのＲＭＳ電流の電流定格を有する工具又は２０ＡのＲＭＳ電流の電流定格を有する電源）の場合には、重負荷状態における平均ＤＣバス電圧は、０〜２００μＦのコンデンサレンジの場合には、約１０８〜１１０Ｖの範囲内、２００〜４００μＦのコンデンサレンジの場合には、約１１０〜１１７Ｖの範囲内、４００〜６００μＦのコンデンサレンジの場合には、約１１７〜１２４Ｖの範囲内、などである。
【０４８２】
一実施形態においては、ＤＣ電源（１２０ＶＤＣ）から受け取った公称電圧に同等な平均ＤＣバス電圧をＡＣ商用電源（例えば、１０８Ｖ公称ＲＭＳ電圧）から提供するべく、コンデンサ値は、電動工具の電流定格及びターゲットＤＣバス電圧に基づいて調節されてもよい。１０ＡのＲＭＳ電流電源によって電力供給される工具（即ち、約１０ＡのＲＭＳ電流の電流定格を有する工具、又は１０ＡのＲＭＳ電流の電流定格を有する電源によって電力供給されるように構成された工具）の場合には、ＡＣ商用電源から約１２０Ｖの平均ＤＣバス電圧を提供するべく、例えば、約２３０μＦのコンデンサ値が使用されてもよい。これは、電動工具が、１２０ＶＤＣ電源から提供することになるものと実質的に類似した出力レベルを１２０ＶＡＣ電源について提供することを可能にする。
【０４８３】
同様に、１５ＡのＲＭＳ電流電源によって電力供給される工具（即ち、約１５ＡのＲＭＳ電流の電流定格を有する工具、又は１５ＡのＲＭＳ電流の電流定格を有する電源によって電力供給されるように構成された工具）の場合には、ＡＣ商用電源から約１２０Ｖの平均ＤＣバス電圧を提供するべく、約３５０μＦのコンデンサ値が使用されてもよい。更に一般的には、コンデンサは、１５ＡのＲＭＳ電流電源によって電力供給される工具の場合に、ＡＣ商用電源からＤＣバス上において１２０Ｖに実質的に近接した平均電圧を提供するべく、２９０〜４１０μＦの範囲内の値を有してもよい。これは、電動工具が、１２０ＶＤＣ電源から提供することになるものと実質的に類似した出力レベルを１２０ＶＡＣ電源について提供することを可能にする。
【０４８４】
最後に、２０ＡのＲＭＳ電流電源によって電力供給される工具（即ち、約２０ＡのＲＭＳ電流の電流定格を有する工具、又は２０ＡのＲＭＳ電流の電流定格を有する電源によって電力供給されるように構成された工具）の場合には、ＡＣ商用電源から約１２０Ｖの平均ＤＣバス電圧を提供するべく、約５００μＦのコンデンサ値が使用されてもよい。更に一般的には、コンデンサは、２０ＡのＲＭＳ電流電源によって電力供給される工具の場合に、ＡＣ商用電源からＤＣバス上において１２０Ｖの実質的に近接した平均電圧を提供するべく、４３０〜５７０μＦの範囲内の値を有してもよい。これは、電動工具が、１２０ＶＤＣ電源から提供することになるものと実質的に類似した出力レベルを１２０ＶＡＣ電源について提供することを可能にする。
【０４８５】
ＩＩＩ．変換可能電池パック及び電源インターフェイス
図１６は、変換可能電池パック２０Ａ４の組の電池パックの例示的な一実施形態を示している。変換可能電池パック２０Ａ４の組は、１つ又は複数の電池パックを含んでもよい。低定格電圧電池パック２０Ａ１の組の電池パックと同様に、変換可能電池パック２０Ａ４の組の各電池パックは、ハウジング３３８を含む。ハウジング３３８は、上部部分３３９と、下部部分３４０と、を含む。上部部分３３９は、電動工具に接続するための第１工具インターフェイス３４１を含む。また、上部部分３３９は、複数の開口部３４２を含む。
【０４８６】
これらの開口部３４２は、第１端子ブロック３４４の複数の端子３４３（端子の第１の組とも呼称される）に対応している。工具インターフェイス３４１は、変換可能電池パック２０Ａ４が、低定格電圧ＤＣ電動工具１０１Ａ、中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２、高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３、及びＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂに電気的に及び機械的に接続することを可能にしている。また、低定格電圧電池パック２０Ａ１の組と同様に、変換可能電池パック２０Ａ４の組の各電池パックは、ハウジング３３８内において存在する電池３３０を含む。また、低定格電圧電池パック１２０Ａの組の電池パックと同様に、各電池３３０は、簡潔さを目的として示されていないその他の要素に加えて、複数の電池セル３３２を含む。第１端子ブロック３４４は、複数の端子３４３と、相対的に固定された位置において端子３４３を保持するためのプラスチックハウジング１４５と、を含む。端子３４３は、電力端子の組（「＋」及び「−」）を含み、且つ、複数のセルタップ端子と、少なくとも１つのデータ端子と、を含んでもよい。「＋」電力端子を複数の電池セル３３２の正の側に接続し、且つ、「−」電力端子を複数の電池セル３３２の負の側に接続する電気的接続が存在している。
【０４８７】
変換可能電池パック３２２Ａを工具に接続する際に、「＋」及び「−」電力端子は、電動工具の対応した「＋」及び「−」電力端子に電気的に結合される。電動工具の「＋」及び「−」電力端子は、電力をモーターに供給するべく、電動工具モーターに電気的に接続されている。
【０４８８】
低定格電圧電池パック２０Ａ１の組の電池パックとは異なり、変換可能電池パック２０Ａ４の組の電池パックは、変換可能電池パックである。変換可能電池パックにおいては、電池パックハウジング３３８内において存在している電池セル３３０の構成は、電池３３０を第１電池構成に置く第１セル構成から、電池３３０を第２電池構成に置く第２セル構成に双方向に変化させられてもよい。第１電池構成においては、電池は、低定格電圧／高容量電池３３０であり、第２電池構成においては、電池は、中間定格電圧／低容量電池である。換言すれば、変換可能電池パック２０Ａ４の組の電池パックは、低定格電圧と中間定格電圧という２つの定格電圧を有する能力を有する。上述のように、低及び中間は、相対的な用語であり、且つ、変換可能電池パックの組の電池パックを特定の電圧に限定することを意図したものではない。意図は、単純に、変換可能電池パック２０Ａ４の組の変換可能電池パックが、低定格電圧を有する第１電動工具及び中間定格電圧を有する第２電動工具と共に動作することが可能であり、この場合に、中間は、低よりも単純に大きいことを示すというものである。また、図１６の例示的な実施形態においては、上部部分は、第２開口部又はスロット３４７を含む第２工具インターフェイス３４６を含む。第２開口部３４７は、更に詳細に後述する第２端子ブロック３４８に対応している。
【０４８９】
図１７は、変換可能電池パック２０Ａ４に接続された低定格電圧工具１０Ａ１を示している。図示されているように、低定格電圧工具１０Ａ１は、コンバータ要素３５０を含んでおらず、スロット３４７は、空いた状態に留まっている。この図示の実施形態においては、低定格電圧工具は、スロット３４７が、要素に露出した状態において留まることを許容している。代替実施形態においては、低定格電圧工具は、要素から保護するべく、スロット３４７をカバーするプラスチック部分を含んでもよい。
【０４９０】
図１８は、変換可能電池パック２０Ａ４に接続された中間定格電圧工具１０Ａ２を示している。変換可能パック２０Ａ４は、類似の方式により、高定格電圧電動工具１０Ａ３、１０Ｂに接続する。
【０４９１】
図１９ａは、電池パック２０Ａ１又は２０Ａ４から低定格電圧工具１０Ａ１に電力を提供するべく、第１電池端子ブロック３４４と係合する複数の端子３５２を含む工具端子ブロック３５１を含む工具の電池インターフェイスを示す低定格電圧工具１０Ａ１の足部の部分切欠き図を示している。
【０４９２】
図１９ｂは、電池パック３２２Ａから中間定格電圧工具１０Ａ２に電力を供給するべく、第１電池端子ブロック３４４に係合する複数の端子３５２を含む工具端子ブロック３５１を含む工具の電池インターフェイスを示す中間定格電圧工具１００Ｂの足部の部分切欠き図を示している。また、図１８ｂは、中間定格電圧工具１０Ａ２のコンバータ要素３５０を示している。この例示的な実施形態においては、コンバータ要素３５０は、工具端子ブロック３５１の下方において位置している。コンバータ要素３５０は、工具の足部の壁に接続され、且つ、電池パック３２２Ａを受け入れる工具の側部に向かって延在している。高定格電圧電動工具及び極高定格電圧電動工具は、類似の電池インターフェイス、工具端子ブロック、及び端子を含むことになる。
【０４９３】
図２０は、工具の電池インターフェイスが電池の工具インターフェイスと係合される中間定格電圧工具１０Ａ２の足部の部分切欠き図を示している。この図からは観察できないが、コンバータ要素３５０は、電池のスロット３４７内において受け入れられている。
【０４９４】
図２１は、変換可能電池パック２０Ａ４の組の電池３３０の例示的な電池セル構成を示している。標準セル構成は、詳細に後述するコンバータ要素が電池パックに挿入されていない際の電池セルの構成である。この例示的な実施形態においては、標準セル構成は、図２０の水平方向矢印の左側の構成である。変換可能電池パックの代替実施形態においては、標準セル構成は、水平方向矢印の右側のセル構成であってもよいであろう。これらの例は、変換可能電池パック２０Ａ４の組の電池の可能なセル構成を限定することを意図したものではない。
【０４９５】
図２１ａに示されているように、第１の例示的な電池３３０は、２つのセル３３２を含む。この例においては、各セル３３２は、４Ｖの電圧と、１．５Ａｈの容量と、を有する。標準構成においては、１つのセル３３２の２つのサブセットが存在している。２つのサブセットは、並列状態において接続されており、これにより、４Ｖの電池電圧と、３Ａｈの容量と、を提供する。図２１ｂに示されているように、第２の例示的な電池は、３つのセル３３２を含む。この例においては、各セル３３２は、４Ｖの電圧と、１．５Ａｈの容量と、を有する。標準構成においては、１つのセル３３２の３つのサブセットが存在している。サブセット３３４は、並列状態において接続されており、これにより、４Ｖの電圧と、４．５Ａｈの容量と、を提供する。図２１ｃに示されているように、第３の例示的な電池３３０は、１０個のセル３３２を含む。この例においては、各セル３３２は、４Ｖの電圧と、１．５Ａｈの容量と、を有する。標準構成においては、５つのセルの２つのサブセット３３４が存在している。セルの各サブセットのセルは、直列状態において接続され、且つ、セルのサブセットは、並列状態において接続されており、これにより、２０Ｖの電池電圧と、３Ａｈの容量と、を提供する。図２１ｄに示されているように、第４の例示的なパックは、１５個のセルを含む。この例においては、各セルは、４Ｖの電圧と、１．５Ａｈの容量と、を有する。標準構成においては、５個のセルの３つのサブセットが存在している。セルの各サブセットのセルは、直列状態において接続され、且つ、セルのサブセットは、並列状態において接続されており、これにより、２０Ｖの電池電圧と、４．５Ａｈの容量と、を提供する。図２１ｅは、電池パックの第２の組の電池のセル構成の一般化を示している。一般に、電池は、電池内のＭ×Ｎ個のセルの合計の場合に、セルのＮ個のサブセットと、各サブセット内においてＭ個のセルと、を含んでもよい。各セルは、Ｘボルトの電圧と、ＹＡｈの容量と、を有する。この結果、電池は、各サブセットのＭ個のセルが直列状態において接続され、且つ、Ｎ個のサブセットが並列状態において接続される標準構成を有することになる。この結果、標準構成は、Ｘ×Ｍボルトの電池電圧と、Ｙ×Ｎアンペア−時の容量と、を提供する。
【０４９６】
上述のように、変換可能電池パック３２２Ａの組内の各電池パックは、第２工具インターフェイス３４６と、第２端子ブロック３４８と、を含む。図１６及び図２２は、第２工具インターフェイス３４６を示している。第２工具インターフェイス３４６は、詳細に後述するコンバータ要素３５０を受け入れるためのスロット３４７を含む。スロット３４７は、第１工具インターフェイス及び第１端子ブロックと同様に、電動工具に結合される電池パック２０Ａ４の一端に対して開放状態で位置する。
【０４９７】
図示の例示的な実施形態においては、変換可能電池パック２０Ａ４の組の電池パックの各電池３３０は、スイッチングネットワーク３５３を含む。これに加えて、各電池３３０は、第２端子ブロック３４８を含む。図示の例示的な実施形態においては、端子ブロック３４８は、端子の第２の組とも呼称される、第２の複数の端子３４９を含む。この実施形態においては、端子３４９の第２の組は、スイッチングネットワーク３５３として機能するように構成されている。その他の実施形態においては、スイッチは、単極単投式スイッチなどのその他のタイプの機械的なスイッチ又はトランジスタなどの電子的なスイッチであってもよく、且つ、電池パックのその他の部分内において、又は工具内において、又は、工具と電池パックの両方の組合せの内部において、配置されてもよい。一代替実施形態においては、端子の第１の組及び端子の第２の組は、単一の端子ブロック内において収容されてもよい。
【０４９８】
図２２、図２３、図２４を参照すれば、変換可能電池パック２０Ａ４及び変換可能電池パック２０Ａ４の組の電池３３０の例示的な一実施形態が示されている。この例示的な電池３３０は、１０個のセルを有し、且つ、図２１ｃに示されている標準構成を有する。電池３３０は、接続された電動工具に電力を提供するための＋及び−端子３４３を含む第１端子ブロック３４４を含む。＋端子３４３は、ノードＡに接続されている。ノードＡは、電池セル３３２の第１サブセットの正の端子である。−端子３４３は、ノードＤに接続されている。ノードＤは、電池セル３３２の最後のサブセットの負の端子である。また、電池３３０は、４つの端子を（この実施形態においては、端子３４９の第２の組を）含む第２端子ブロック３４８を含んでもよい。ノードＡに結合されたＡ端子３４９と、ノードＢに結合されたＢ端子３４９と、ノードＣに結合されたＣ端子３４９と、ノードＤに結合されたＤ端子３４９と、が存在している。この例示的な実施形態においては、Ｃ端子３４９は、Ａ端子３４９の上方において位置しており、Ｂ端子３４９は、Ｄ端子３４９の上方において位置している。
【０４９９】
図２４は、複数の構成における変換可能電池パック２０Ａ４の部分概略／部分ブロック図を示している。図２４は、各サブセット３３４内において単一のセル３３２のみを示しているが、サブセット３３４内には、任意の数のセル３３２が存在しうるであろう。更に詳しくは、正のノードＡ、Ｃと、対応した負のノードＢ、Ｄと、の間におけるサブセット３４４内のセル３３２の数は、１以上の任意の数であってもよいであろう。この電池３３０の例においては、ノードＡとノードＢとの間におけるサブセット３３４内には、５つのセル３３２が存在しており、ノードＣとノードＤとの間におけるサブセット３３４内には、５つのセルが存在している。第２端子ブロック３４８内の端子３４９の数は、セル３３２のサブセット３３４の数に関係付けられている。この例示的な電池においては、端子の第２の組は、４つの端子３４９を含む。図２４に示されているように、Ａ端子３４９は、ノードＡに対応しており、且つ、ノードＡに電気的に結合され、Ｂ端子３４９は、ノードＢに対応しており、且つ、ノードＢに電気的に結合され、Ｃ端子３４９は、ノードＣに対応しており、且つ、ノードＣに電気的に結合され、Ｄ端子３４９は、ノードＤに対応しており、且つ、ノードＤに電気的に結合されている。
【０５００】
図２３ａ及び図２４ａを参照すれば、標準構成においては（コンバータ要素３５０がスロット３４７内において位置していない際には）、Ａ及びＣ端子３４９は、互いに電気的に結合されており、Ｂ及びＤ端子３４９は、互いに電気的に結合されている。互いに電気的に結合されたＡ及びＣ端子３４９を有することにより、これは、事実上、閉路されたスイッチ１を形成している。互いに電気的に結合されたＢ及びＤ端子３４９を有することにより、これは、事実上、閉路されたスイッチ２を形成している。Ｂ及びＣ端子３４９は、互いに結合されていないことから、これは、事実上、開路されたスイッチ３を形成している。図２１ｃ（矢印の左側）においても示されているこの構成においては、電池パック２０Ａ４は、その低定格電圧／高容量構成にある。
【０５０１】
図２２、図２３、及び図２４に示されているように、システムは、コンバータ要素３５０を含む。図２２及び図２３においては、コンバータ要素３５０は、（いずれの工具にも装着されていない）独立型要素として示されている。コンバータ要素３５０は、図１９ｂ及び図２４に示されているように、独立型要素であってもよく、又は、電動工具に固定的に接続されてもよい。図１９ｂ及び図２４に示されているように、コンバータ要素は、工具（工具の第２の組、第３の組、又は第４の組の工具のうちの１つ）内において収容されてもよい。図２２は、その独立型実施形態におけるコンバータ要素３５０を示しているが、以下は、工具内型実施形態に対しても同様に適用される。コンバータ要素３５０は、プラスチック又はその他の電気絶縁材料のベース部分３５４を含む。ベース部分３５４の上部表面に装着されているのは、以下においてジャンパ３５５と呼称される銅などの導電性材料である。ベース部分３５４は、リーディングエッジ３５６を含む。リーディングエッジ３５６は、コンバータ要素３５０がスロット３４７に挿入された際に、最初に端子３４９の第２の組の端子に係合するコンバータ要素３５０のエッジである。
【０５０２】
図２３において示されているように、コンバータ要素３５０がスロット３４７に挿入されるのに伴って、リーディングエッジ３５６は、端子３４９の第２の組のすべての端子に係合する。図２３ｂ及び図２４ｂに示されているように、これが発生するのに伴って、Ａ端子３４９は、Ｃ端子３４９から分離され、これにより、スイッチ１を開路し、Ｂ端子３４９がＤ端子３４９から分離され、これにより、スイッチ２を開路する。この構成は、電池セル３２２のサブセット３３４を開路構成に置く。第１セル構成（並列状態）から第２構成（直列状態）に双方向にスイッチングする際には、セルがさもなければ短絡状態に置かれることになることから、一般的には、第３開路構成（又は、開路状態）に入ることが非常に望ましい。
【０５０３】
セルを短絡状態に置くことは、深刻な有害な影響を電池に対して及ぼしうるであろう。例えば、セルのすべて又はいくつかが短絡状態において配置された場合には、大量の危険な放電が発生しうるであろう。
【０５０４】
図２３ｃ及び図２４ｃに示されているように、コンバータ要素３５０がスロット３４７に更に挿入されるのに伴って、Ｃ及びＢ端子３４９は、ジャンパ３５５に係合する。これは、Ｂ及びＣ端子３４９を電気的に結合し、ノードＢ及びＣを接続し、事実上、スイッチ３を閉路する。これは、サブセット３３４を、（図２１ｃの矢印の右側に示されている）直列構成に置き、電池パック２０Ａ４を中間定格電圧／低容量構成に置く。明確にするべく、（ジャンパ３５５に装着された面とは反対である）コンバータ要素３５０のベース部分の裏面は、絶縁表面であり、従って、Ａ端子３４９は、Ｃ端子３４９から電気的に絶縁され（これにより、事実上、スイッチ１が開路状態において維持され）、Ｂ端子３４９は、Ｄ端子３４９から電気的に絶縁される（これにより、事実上、スイッチ２が開路状態において維持される）。
【０５０５】
図２１ｅを参照すれば、コンバータ要素３５０のスロット３４７内への挿入の際に、変換可能電池パック２０Ａ４の組の電池パックは、その低定格電圧／高容量構成からその中間定格電圧／低容量構成に変換されることになる。中間定格電圧／低容量構成においては、変換可能電池パック２０Ａ４は、Ｘ×Ｍ×Ｎボルトの定格電圧と、Ｙアンペア−時の容量と、を有することになる。
【０５０６】
図２５、図２６、及び図２７を参照すれば、変換可能電池パック２０Ａ４及び変換可能電池パック２０Ａ４の組の電池３３０の別の例示的な実施形態が示されている。この例示的な電池３３０は、１５個のセルを有し、且つ、図２１ｄに示されている標準構成を有する。電池３３０は、接続された電動工具に電力を提供するための＋及び−端子３４３を含む第１端子ブロック３４４を含む。＋端子３４３は、ノードＡに接続されている。ノードＡは、電池セル３３２の第１サブセットの正の端子である。−端子３４３は、ノードＦに接続されている。ノードＦは、電池セル３３２の最後のサブセットの負の端子である。また、電池３３０は、この実施形態においては、端子３４９の第２の組である―６つの端子を含む第２端子ブロック３４８を含んでもよい。ノードＡに結合されたＡ端子３４９と、ノードＢに結合されたＢ端子３４９と、ノードＣに結合されたＣ端子３４９と、ノードＤに結合されたＤ端子３４９と、ノードＥに結合されたＥ端子３４９と、ノードＦに結合されたＦ端子３４９と、が存在している。この例示的な実施形態においては、Ｃ及びＥ端子３４９は、Ａ端子３４９の上方において位置しており、Ｂ及びＤ端子３４９は、Ｆ端子３４９の上方において位置している。
【０５０７】
図２７は、複数の構成における電池パック２０Ａ４の部分概略／部分ブロック図を示している。図２７は、各サブセット３３４内において単一のセル３３２のみを示しているが、サブセット３３４内には、任意の数のセル３３２が存在しうるであろう。更に詳しくは、正のノードＡ、Ｃ、Ｅと、対応した負のノードＢ、Ｄ、Ｆと、の間におけるサブセット３３４内のセル３３２の数は、１以上の任意の数であってもよいであろう。この電池３３０の例においては、ノードＡとノードＢとの間におけるサブセット３３４内には、５つのセル３３２が存在しており、ノードＣとノードＤとの間におけるサブセット３３４内には、５つのセル３３２が存在しており、ノードＥとノードＦとの間におけるサブセット３３４内には、５つのセルが存在している。第２端子ブロック３４８内の端子３４９の数は、セル３３２のサブセット３３４の数と関係付けられている。この例示的な電池においては、端子の第２の組は、６つの端子３４９を含む。図２７に示されているように、Ａ端子３４９は、ノードＡに対応し、且つ、ノードＡに電気的に結合されており、Ｂ端子３４９は、ノードＢに対応し、且つ、ノードＢに電気的に結合されており、Ｃ端子３４９は、ノードＣに対応し、且つ、ノードＣに電気的に結合されており、Ｄ端子３４９は、ノードＤに対応し、且つ、ノードＤに電気的に結合されており、Ｅ端子３４９は、ノードＥに対応し、且つ、ノードＥに電気的に結合されており、Ｆ端子３４９は、ノードＦに対応し、且つ、ノードＦに電気的に結合されている。
【０５０８】
図２６ａ及び図２７ａを参照すれば、標準構成においては（コンバータ要素３５０がスロット３４７内において位置していない際には）、Ａ、Ｃ、及びＥ端子３４９は、互いに電気的に結合されており、Ｂ、Ｄ、Ｆ端子３４９は、互いに電気的に結合されている。互いに電気的に結合されたＡ及びＣ端子３４９を有することにより、これは、事実上、閉路されたスイッチ１を形成しており、（Ａ端子３４９を通じて）互いに電気的に結合されたＣ及びＥ端子３４９を有することにより、これは、事実上、閉路されたスイッチ４を形成している。（Ｆ端子３４９を通じて）互いに電気的に結合されたＢ及びＤ端子を有することにより、これは、事実上、閉路されたスイッチ２を形成しており、互いに電気的に結合されたＤ及びＦ端子３４９を有することにより、これは、事実上、閉路されたスイッチ５を形成している。Ｂ及びＣ端子３４９は、互いに結合されていないことから、これは、事実上、開路したスイッチ３を形成しており、Ｄ及びＥ端子３４９は、互いに結合されていないことから、これは、開路されたスイッチ６を形成している。図２１ｄ（矢印の左側）にも示されているこの構成においては、変換可能電池パック２０Ａ４は、その低定格電圧／高容量構成にある。
【０５０９】
図２５、図２６、及び図２７に示されているように、システムは、コンバータ要素３５０を含む。図２５及び図２６においては、コンバータ要素３５０は、独立型要素として示されている（いずれの工具にも装着されていない）。コンバータ要素３５０は、図１９ｂ及び図２７に示されているように、独立型要素であってもよく、又は、電動工具に固定的に接続されていてもよい。図１９ｂ及び２７に示されているように、コンバータ要素３５０は、工具（工具の第２組、第３組、及び第４組の工具のそれぞれ）内において収容されてもよい。図２５及び図２６は、その独立型実施形態においてコンバータ要素を示しているが、以下は、工具内型実施形態に対しても同様に適用される。コンバータ要素３５０は、プラスチック又はその他の電気絶縁性材料のベース部分３５４を含む。ベース部分３５４の上部表面に装着されているのは、以下においてジャンパ３５５と呼称される、銅などの導電性材料である。この実施形態においては、２つのジャンパ３５５が存在している。ベース部分３５４は、リーディングエッジ３５６を含む。リーディングエッジ３５６は、コンバータ要素３５０がスロット３４７に挿入された際に、最初に端子３４９の第２の組の端子に係合するコンバータ要素３５０のエッジである。図２６ａに示されているように、コンバータ要素３５０がスロット３４７に挿入されるのに伴って、リーディングエッジ３５６は、端子３４９の第２の組の端子の全てに係合する。図２６ｂ及び図２７ｂに示されているように、これが発生するのに伴って、Ａ端子３４９は、Ｃ及びＥ端子３４９から分離され、これにより、スイッチ１及び４を開路し、Ｆ端子３４９は、Ｂ及びＤ端子３４９から分離され、これにより、スイッチ２及び５を開路する。この構成は、サブセット３３４のセル３３２を開路構成に置き、これは、上述の利点を有する。
【０５１０】
図２６ｃ及び図２７ｃに示されているように、コンバータ要素３５０がスロット３４７に更に挿入されるのに伴って、Ｃ及びＢ端子３４９は、第１ジャンパ３５５に係合する。これは、Ｂ及びＣ端子３４９を電気的に結合し、ノードＢ及びＣを接続し、スイッチ３を事実上閉路する。同時に、Ｄ及びＥ端子３４９は、第２ジャンパ３５５に係合する。これは、Ｄ及びＥ端子３４９を電気的に結合し、ノードＤ及びＥを接続し、スイッチ６を事実上閉路する。これは、セル３３２のサブセット３３４を、直列構成（図２２ｄの矢印の右側に示されている）に置き、且つ、電池パックを、中間定格電圧／低容量構成に置く。明確にするべく、（ジャンパ３５５に装着された面とは反対である）コンバータ要素３５０のベース部分の裏面は、絶縁表面であり、従って、Ａ端子３４９は、Ｃ及びＥ端子３４９から電気的に絶縁され（これにより、事実上、スイッチ１及び４が開路状態において維持され、且つ、Ｆ端子３４９は、Ｂ及びＤ端子３４９から電気的に絶縁され）、これにより、事実上、スイッチ２及び５が開路状態において維持される。
【０５１１】
電池パック充電器３０は、低定格電圧電池パック２０Ａ１の組及び変換可能電池パック２０Ａ４の組の両方の電池パックに機械的且つ電気的に接続することができる。電池パック充電器３０は、低定格電圧電池パック２０Ａ１の組及び変換可能電池パック２０Ａ４の組の両方の電池パックを充電することができる。低定格電圧電池パック２０Ａ１及び変換可能電池パック２０Ａ４の両方の電池パックが、電池パックを低定格電圧ＤＣ電動工具に接続するための同一の工具インターフェイス１６Ａを有していることに伴って、低定格電圧電池パック２０Ａ１の組及び変換可能電池パック２０Ａ４の組の両方の電池パックは、両方とも、低定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ１の電池インターフェイス１６Ａとほぼ同一である電池インターフェイス１６Ａを含む低定格電圧電池充電器３０と相互作用することになる。
【０５１２】
図２０ｂを参照すれば、一代替実施形態においては、コンバータ要素３５０は、変換可能電池パック２０Ａ４の一部分として実施されてもよい。図２０ｃを参照すれば、別の代替実施形態においては、コンバータ要素３５０は、変換中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２の一部分として実施されてもよい。同様に、コンバータ要素３５０は、変換高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３及び変換ＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂの一部分として実施されてもよい。図２０ｄを参照すれば、更に別の代替実施形態においては、コンバータ要素３５０は、変換可能電池パック２０Ａ４、中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２、又はこれらの両方と相互作用しうる別個の構成要素として実施されてもよい。同様に、コンバータ要素３５０は、高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３及びＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂと相互作用しうる別個の構成要素として実施されてもよい。
【０５１３】
図３ｂを参照すれば、低定格電圧／中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２（例えば、６０ＶＤＣ電動工具）は、代替的に、コンバータ要素３５０を伴って又は伴うことなしに、低定格電圧電池パック２０Ａ１（例えば、２０Ｖ電池パック）、中間定格電圧電池パック２０Ａ２（例えば、６０Ｖ電池パック）、及び／又は変換可能低定格電圧／中間定格電圧電池パック２０Ａ４によって電力供給される能力を有する（コンバータ要素３５０を有する変換可能電池パック２０Ａ４及び工具１０の例においては、工具は、変換工具１０と見なされることになろう）。一代替実施形態においては、低定格電圧／中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２は、このような直列接続された低定格電圧電池パック２０Ａ１のペアによって動作してもよい。例えば、２つの２０Ｖ電池パック２０Ａ１を直列状態に置くことは、４０ＶＤＣの組み合わせられた定格電圧を生成する。低定格電圧電池パック２０Ａ１又は低定格電圧構成における変換可能低定格電圧／中間定格電圧電池パック２０Ａ４は、中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２が定格設定されている６０Ｖ中間定格電圧電池パック２０Ａ２と等価な電力出力を提供することができないであろう。低定格電圧／中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２（例えば、２０Ｖ／６０Ｖ又は４０Ｖ／６０Ｖにおいて定格設定されている）内のモーター１２Ａが、低定格電圧電池パック２０Ａ１（例えば、２０Ｖ又は４０Ｖの電圧を生成する）と共に動作するために、低定格電圧／中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２は、本出願において更に詳細に記述するように、電池定格電圧に基づいてモーター性能を最適化するように構成されたモーター制御回路１４Ａを含む。
【０５１４】
図３ｃを参照すれば、中間定格電圧／高定格電圧電動工具１０Ａ３は、代替的に、中間定格電圧電池パック２０Ａ２（例えば、２０Ｖ、３０Ｖ、又は４０Ｖ電池パックのペア又は単一の４０Ｖ、６０Ｖ、又は９０Ｖ電池パック）によって電力供給されてもよい。例えば、中間定格電圧／高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３は、８０Ｖの組み合わせられた定格電圧を生成するべく直列状態において接続された４０Ｖ電池のペアを使用して動作してもよい。高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３（上述のように、例えば、１２０Ｖのより高い電力及び電圧定格において動作するように最適化されている）内のモーター１２Ａが、中間定格電圧電池パック２０Ａ２と共に動作するために、高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３は、電池入力電圧に基づいてモーター性能を最適化するように構成された（上述のモーター制御回路１４Ａと類似した）モーター制御回路１４Ａを含む。
【０５１５】
図２８を参照すれば、代替変換可能電池パック２０Ａ４'と、中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２'又は高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３'又はＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂ'からの工具のうちの一選択肢と、を含むシステムの一代替実施形態は、代替スイッチングネットワークを含んでもよい。代替スイッチングネットワークは、部分的に電池パック２０Ａ４'内に存在してもよく、且つ、部分的に工具１０Ａ２'、１０Ａ３'、１０Ｂ'内に存在してもよい。図２８ａに示されているように、電池パック２０Ａ４'は、電池３３０に類似した電池３３０'を含む。但し、電池３３０'は、２つのスイッチ１、２を含む。これらは、並列スイッチである。上述の電池３３０と同様に、スイッチ１、２が閉路された際には、代替電池３３０'のセル３３２は、並列構成にあり、これにより、低定格電圧／高定格容量電池パック２０Ａ４'を提供する。第２端子ブロックは、Ｂ端子３４９と、Ｃ端子３４９と、を含む。図２８ｂ及び図２８ｃに示されているように、電動工具１０Ａ２'、１０Ａ３'、１０Ｂ'は、スイッチ３を含む。図２８ｂに示されているように、電動工具１０Ａ２'、１０Ａ３'、１０Ｂ'は、電池パック２０Ａ４'に結合されており、工具スイッチ３は、開路状態にあり、電池スイッチ１、２は、閉路状態にある。従って、電池パック２０Ａ４'は、低定格電圧構成にある。図２８ｃに示されているように、電動工具１０Ａ２'、１０Ａ３'、１０Ｂ'は、電池パック２０Ａ４'に結合され、工具スイッチ３は、閉路状態にあり、電池スイッチ１、２は、開路状態にある。従って、電池パック２０Ａ４'は、中間定格電圧構成にある。図３ｂに関して上述した実施形態と同様に、電動工具１０Ａ２'、１０Ａ３'、１０Ｂ'は、（低定格電圧電池パックと組み合わせられた際には）低定格電圧ＤＣ電動工具として、又は、（中間定格電圧電池パックと組み合わせられた際には）中間定格電圧ＤＣ電動工具として、動作することができる。工具スイッチ３は、例えば、トランジスタであってもよい。工具スイッチ３は、工具１０Ａ２'、１０Ａ３'、１０Ｂ'上の工具トリガ又は別個のユーザー制御スイッチによって制御されてもよい。
【０５１６】
図２９を参照すれば、代替変換可能パック２０Ａ４''と、中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２''又は高定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ３''又はＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂ''からの工具の一選択肢と、を含むシステムの別の代替実施形態は、図２８に関して上述したものに類似した代替スイッチングネットワークを含んでもよい。この実施形態においては、電池３３０''は、セルの３つのサブセットと、４つの電池スイッチ１、２、４、５と、を含み、工具は、２つのスイッチ３、６を含む。
【０５１７】
図３０及び図３１を参照すれば、コンバータ要素３３０''及びスイッチネットワークは、スイッチとしてのトランジスタと、コントローラ３６２と、を使用して実施されてもよい。また、図２９を参照すれば、工具上の制御スイッチが、低定格電圧／高容量構成と中間定格電圧／低容量構成との間における双方向の変換可能電池パック２０Ａ４の変換を制御している別の実施形態が示されている。変換可能電池パック２０Ａ４は、上述のように、複数のセルと、スイッチネットワーク３６１と、コントローラ３６２と、を含む。コントローラ３６２は、スイッチネットワーク３６１に結合されており、スイッチネットワーク３６１は、電池セルに結合されている。スイッチネットワーク３６１は、トランジスタを使用して実施されているが、図２４及び／又は図２７に関して上述したスイッチネットワークと等価である。また、変換可能電池パック２０Ａ４は、第１端子ブロック３６３と、第２端子ブロック３６４と、を含む。第１電池端子ブロック３６３は、電力を電動工具１０に提供するべく、複数のセルに接続されている。第２電池端子ブロック３６４は、工具１０から制御信号を受け取るべくコントローラ３６２に接続されている。工具１０は、変換可能電池パック２０Ａ４から電力を受け取るべくモーター１２に接続されており且つ第１電池端子ブロック３６３に結合可能な、第１端子ブロック３６５を含む。また、工具１０は、制御スイッチ３６０に接続されており且つ第２電池端子ブロック３６４に接続可能な、第２端子ブロック３６６を含む。変換可能電池パック２０Ａ４が工具１０に接続された際に、第１電池端子ブロック３６３は、第１工具端子ブロック３６５に電気的に接続し、第２電池端子ブロック３６４は、第２工具端子ブロック３６６に電気的に接続する。従って、工具制御スイッチ３６０は、信号をコントローラ３６２に送信し、これにより、低定格電圧／高容量パック構成を提供する第１構成又は中間定格電圧／低容量パック構成を提供する第２構成に電池セルを置くべく、スイッチネットワーク３６１を管理するように、コントローラを管理することができる。工具制御スイッチ３６０は、任意のタイプの２位置スイッチであってもよい。第１及び第２電池端子ブロック３６３、３６４は、単一の端子ブロックとして実施されてもよい。また、第１及び第２工具端子ブロック３６４、３６６も、単一の端子ブロックとして実施されてもよい。
【０５１８】
図３１を参照すれば、制御スイッチ３６０'が、電動工具１０の代わりに、変換可能電池パック２０Ａ４の一部分であることを除いて、図３０の実施形態に類似した別の実施形態が示されている。従って、変換可能電池パック２０Ａ４も、電動工具１０も、第２端子ブロックを必要としていない。
【０５１９】
高定格電圧工具は、高定格電圧充電式電池パックを受け入れ、且つ、これを使用して動作しうるのみならず、高定格電圧工具は、高定格電圧電池パックを充電する能力を有する電池充電器を内蔵してもよい。電池充電器は、電動工具が電池パックを放電しているかどうかとは無関係に、高定格電圧電池パックを充電しうる。
【０５２０】
図３２ａ、図３２ｂ、及び図３２ｃは、変換可能電池パック２０Ａ４の代替セル構成を示している。
【０５２１】
図１を参照すれば、高定格電圧電動工具の組は、１つ又は複数の異なるタイプの高電力ＡＣ／ＤＣ（即ち、コード付き／コードレス）電動工具１０Ｂを含んでもよい。低定格電圧電動工具１０Ａ１及び中間定格電圧電動工具１０Ａ２とは異なり、高定格電圧ＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂは、代替的に、ＡＣ定格電圧ＡＣ電源２０Ｂ（例えば、米国、カナダ、メキシコ、日本などの国々においては、ＡＣ電源コードを介して供給される１００ＶＡＣ〜１３０ＶＡＣ商用ＡＣ電力）又はＤＣ電源２０Ａのうちの１つ又は複数（例えば、取外し可能且つ充電式の電池パックから供給される）によって電力供給されてもよい。
【０５２２】
極高定格電圧電動工具の組は、１つ又は複数の異なるタイプのＡＣ／ＤＣ又はコード付き／コードレス電動工具を含みうる。高定格電圧ＡＣ／ＤＣ電動工具１０Ｂと同様に、極高定格電圧ＡＣ／ＤＣ電動工具は、代替的に、極高定格ＡＣ電源２０Ｂ（例えば、欧州、南米、アジア、及びアフリカなどの大部分の国々おいては、ＡＣ電源コードを介して供給される２００ＶＡＣ〜２４０ＶＡＣ商用電源ＡＣ電力）又は極高電圧定格を協働して有するＤＣ電源２０Ａのうちの１つ又は複数（例えば、取外し可能且つ充電式の電池パックから供給される）によって電力供給されてもよい。換言すれば、極高定格電圧電動工具は、極高定格電圧ＡＣ又はＤＣ電源を使用して動作するように設計されている。
【０５２３】
また、中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２の組が中間定格電圧電池パック２０Ａ２によって電力供給されるように構成されている場合に、電池パックインターフェイス１６Ａが適切に構成されているときには、中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２は、その中間定格電圧構成に置かれた変換可能電池パック２０Ａ４により、又は、合計中間定格電圧を有するように直列状態において互いに接続された複数の低定格電圧電池パック２０Ａ１により、電力供給されてもよい。例えば、２０Ｖの定格電圧を有する低定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ１は、２０Ｖ電池パック２０Ａ１又は２０Ｖのその低定格電圧構成に置かれた変換可能電池パック２０Ａ４によって電力供給されてもよい。
【０５２４】
６０Ｖの定格電圧を有する中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２は、６０Ｖ中間定格電圧電池パック２０Ａ２により、又は、電池パックインターフェイス１６Ａが適切に構成されている場合には、６０Ｖのその中間定格電圧構成において構成された変換可能電パック２０Ａ４により、又は、電池パックインターフェイス１６Ａが適切に構成されている場合には、６０Ｖの合計定格電圧を有するように直列状態において接続された３つの２０Ｖ低定格電池パックにより、電力供給されてもよい。
【０５２５】
図３３は、本発明の電動工具システムの例示的な一代替実施形態を示している。この実施形態の電動工具システムは、上述のように、電動工具１０Ａ３、１０Ｂの組のうちの１つ又は複数を含んでもよい。また、この実施形態の電動工具システムは、上述のように、２つの変換可能電池パック２０Ａ４を含んでもよい。また、この実施形態の電動工具システムは、コンバータボックス３９４を含んでもよい。コンバータボックス３９４は、電池パックコンセント３９６のペアを含んでもよい。電池パックコンセント３９６は、それぞれ、１つの変換可能電池パック２０Ａ４を受け入れる。また、この実施形態の電動工具システムは、コンバータ要素３５０のペアを含んでもよい。コンバータ要素３５０は、独立型装置であってもよく、又は、電池パック２０Ａ４の一部分として含まれてもよく、又は、コンバータボックス３９６の一部分として含まれてもよい。コンバータ要素３５０の実施形態とは無関係に、変換可能電池パック２０Ａ４が電池パックコンセント３９６内において存在している際には、パックは、その中間定格電圧／低容量構成にある（例えば、各２０Ｖ／６０Ｖ電池パック２０Ａ４は、６０Ｖ構成にある）。コンバータボックス３９４は、２つの電池パック２０Ａ４を直列状態の組合せ構成に置き、これにより、高定格電圧コンバータボックス３９６を提供する（例えば、２つの６０Ｖ電池パックが、１２０ＶＤＣ出力を提供するべく、直列状態において接続される）。ＡＣ／ＤＣ電動工具１２２、１２６、１２８と関連したコードセットを使用することにより、これらのＡＣ／ＤＣ電動工具のいずれかは、充電式ＤＣ電池電源を使用して高定格電圧において動作するように、コンバータボックス３９６内にプラグ結合されてもよい。代替的に、同一のコードセットを使用することにより、これらのＡＣ／ＤＣ電動工具は、高定格電圧ＡＣ電源２０Ｂ内にプラグ結合されてもよい。この実施形態においては、ＡＣ／ＤＣ電動工具１２２、１２６、１２８は、コンバータ要素３５０を内蔵することなしに、任意の適切な充電式ＤＣ電池パック電源２０Ａを利用しうる。
【０５２６】
図３４及び図３５は、変換可能電池パック２０Ａ４の例示的な一代替実施形態を示している。電池パックは、ハウジング４１２を含む。ハウジングは、例えば、ハウジングを形成するべく１つに結合される上部部分及び下部部分、又は、ハウジングを形成するべく１つに結合される２つの側部部分などのように、ハウジングを生成するための代替構成を含みうる。構造とは無関係に、ハウジングは、内部空洞４１４を形成することになる。本発明は、ハウジングを形成するためのその他の構成を想定しており、且つ、包含している。ハウジング４１２は、例えば、電動工具２０又は電池充電器３０などの電気装置の対応した電池パックインターフェイス４１８と機械的に結合するべく、電動工具インターフェイス４１６を含む。図示の例示的な実施形態においては、電動工具インターフェイス４１６は、レール４２２のペアと、溝４２４のペアと、を含むレール及び溝システムを含む。その他のタイプのインターフェイスが、本発明により、想定され、且つ、包含される。また、電動工具インターフェイス４１６は、電池パック１０を電気装置２０に固定するためのラッチシステム４２６を含んでもよい。
【０５２７】
また、ハウジング４１２は、ハウジング４１２の上部部分４３０内において複数のスロット４２８を含む。スロット４２８は、ハウジング４１２のその他の部分内において位置してもよい。複数のスロット４２８は、スロット４２８の組を形成している。複数のスロット４２８は、複数の電池端子４３２に対応している。複数の電池端子４３２は、電池端子４３２の組を形成している。また、複数のスロット４２８は、電気装置２０の複数の端子４３４にも対応している。複数の電気装置端子４３４は、電気装置端子４３４の組を形成している。電気装置端子４３４は、更に詳細に後述するように、電池端子スロット４２８によって受け入れられ、且つ、電池端子４３２と係合及び結合する。また、ハウジング４１２は、電池端子スロット４２８の両側においてハウジング４１２の上部部分４３０に沿って延在する変換スロット又は軌道４３６のペアを含む。図示の例示的な実施形態においては、軌道４３６は、ハウジング４１２のエッジ４３８から、ハウジング４１２の上部部分４３０の中央部分４４０まで延在している。各軌道４３６は、ハウジング４１２の上部部分４０３内の貫通孔４４２において終端している。貫通孔４４２は、ハウジング４１２の外部表面４４から内部空洞４１４まで延在している。図示の実施形態においては、貫通孔４４２は、電動工具インターフェイス４１６のレール４２２の下方において位置している。変換スロット４３６及び貫通孔４４２は、ハウジング４１２のその他の部分内において位置してもよい。代替実施形態は、より多くの又は少ない数の変換スロットを含みうる。
【０５２８】
図３６Ａ及び図３６Ｂは、第１セル構成及び第２セル構成における変換可能電池４４６の例示的な一実施形態の例示的な簡略化された回路図を示している。電池４４６は、簡潔さを目的として図示されていないその他の要素に加えて、複数の充電式電池セル４４８（セルとも呼称される）を含む。複数のセル４４８は、セル４４８の組を形成している。図示の回路図においては、例示的な電池４４６は、１５個のセル４４８の組を含む。電池の例示的な代替実施形態は、当業者には理解され且つ本開示により想定され包含されるように、より多くの又は少ない数のセルを含んでもよい。図示の例示的な実施形態においては、電池は、５つのセルＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５の第１サブセットＡと、５つのセルＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５の第２サブセットＢと、５つのセルＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５の第３サブセットＣと、を含む。セル４４８の各サブセット内のセル４４８は、電気的に直列状態において接続されている。更に詳しくは、セルＡ１は、セルＡ２と直列状態において接続され、セルＡ２は、セルＡ３と直列状態において接続され、セルＡ３は、セルＡ４と直列状態において接続され、セルＡ４は、セルＡ５と直列状態において接続されている。サブセットＢ及びＣも、同一の方式によって接続されている。当業者には明瞭に理解されるように、各セル４４８は、正（＋）の端子又はカソードと、負（−）の端子又はアノードと、を含む。セル４４８の各サブセットは、正の端子（Ａ＋、Ｂ＋、Ｃ＋）と、負の端子（Ａ−、Ｂ−、Ｃ−）と、を含む。そして、電池４４６は、正の端子（ＢＡＴＴ＋）と、負の端子（ＢＡＴＴ−）と、を含む。
【０５２９】
セル４４８のサブセット内の隣接するセル４４８の間に存在しているのは、ノード４４９である。ノードは、関連するセルの正の側によって参照することとする。例えば、セルＡ１とセルＡ２との間のノードは、Ａ１＋と呼称されることになり、セルＡ２とＡ３との間のノードは、Ａ２＋と呼称されることになる。この取り決めは、本出願の全体を通じて使用することとする。Ａ１とＡ２との間のノードは、Ａ２−とも呼称されうることを理解されたい。
【０５３０】
当業者には明瞭に理解されるように、電池セル４４８は、最大電圧電位（完全に充電された際のセル４４８の電圧）を有する。本出願の目的として、そうではない旨が具体的に記述されていない限り、セル４４８の電圧を参照した際には、セルの最大電圧が参照されることになる。例えば、セル４４８は、完全に充電された際に、４ボルトの電圧を有しうる。この例においては、セルは、４Ｖセルと呼称されることになる。セル４４８は、放電の際により小さな電圧に放電されうるが、それは、依然として、４Ｖセルと呼称されることになる。図示の例示的な実施形態においては、セル４４８は、すべて４Ｖセルである。従って、セル４４８の各サブセットの電圧電位は、２０Ｖと表記されることになる。当然のことながら、例示的な代替実施形態のセルの１つ又は複数は、より大きな又は小さな最大電圧電位を有してもよく、且つ、本開示によって想定され包含される。
【０５３１】
当業者には明瞭に理解されるように、電池セル４４８は、最大容量（完全に充電された際のセル４４８のアンペア−時）を有する。本出願の目的として、そうではない旨が具体的に記述されていない限り、セル４４８の容量を参照した際には、セルの最大容量が参照されることになる。例えば、セル４４８は、完全に充電された際に３アンペア−時の容量を有しうる。この例においては、セル４４８は、３Ａｈセルと呼称されることになる。セル４４８は、放電の際により小さな容量に放電されうるが、それは、依然として３Ａｈセルと呼称されることになる。図示の例示的な実施形態においては、セル４４８は、すべて３Ａｈセルである。従って、セルの各サブセットの容量は、３Ａｈと表記されることになる。当然のことながら、例示的な代替実施形態のセルの１つ又は複数は、より大きな又は小さな最大容量を有してもよく、且つ、本開示によって想定され包含される。
【０５３２】
また、電池４４６は、複数のスイッチング要素４５０（スイッチ４５０とも呼称されうる）を含む。複数のスイッチ４５０は、スイッチ４５０の組を形成している。図示の回路図においては、例示的な電池４４６は、１４個のスイッチＳ１〜Ｓ１４の組を含む。電池４４６の例示的な代替実施形態は、より多くの又は少ない数のスイッチ４５０を含んでもよく、且つ、本開示により想定され包含される。図示の例示的な実施形態においては、電池４４６は、６個のスイッチ４５０ａ（電力スイッチとも呼称される）の第１のサブセットと、８個のスイッチ４５０ｂ（信号スイッチとも呼称される）の第２のサブセットと、を含む。例示的な実施形態においては、電力スイッチ４５０ａの第１サブセットは、セル４４８のサブセットの正の端子とセル４４８のサブセットの負の端子との間において電気的に接続されている。具体的には、電力スイッチＳ１は、端子Ａ＋及び端子Ｂ＋を接続しており、電力スイッチＳ２は、端子Ｂ＋及び端子Ｃ＋を接続しており、電力スイッチＳ３は、端子Ａ−及び端子Ｂ−を接続しており、電力スイッチＳ４は、端子Ｂ−及び端子Ｃ−を接続している。例示的な実施形態においては、電力スイッチ４５０ｂの第２のサブセットは、セルのサブセットの負の端子とセルのサブセットの正の端子との間に位置している。具体的には、電力スイッチＳ５は、端子Ａ−及び端子Ｂ＋を接続しており、電力スイッチＳ４は、端子Ｂ−及び端子Ｃ＋を接続している。電力スイッチ４５０ａは、当業者には理解されるように、単純な単投式スイッチ、端子／接点スイッチ、又はその他の電気機械的、電気的、若しくは電子的スイッチとして実施されてもよい。
【０５３３】
例示的な実施形態においては、信号スイッチ４５０ｂは、セル４４８の各サブセットの対応したノード４４９の間において電気的に接続されている。更に詳しくは、信号スイッチＳ７は、ノードＡ４＋とノードＢ４＋との間に位置しており、信号スイッチＳ８は、ノードＢ４＋とＣ４＋との間に位置しており、信号スイッチＳ９は、ノードＡ３＋とＢ３＋との間に位置しており、信号スイッチＳ１０は、ノードＢ３＋とＣ３＋との間に位置しており、信号スイッチＳ１１は、ノードＡ２＋とＢ２＋との間に位置しており、スイッチＳ１２は、Ｂ２＋とＣ２＋との間に位置しており、信号スイッチＳ１３は、ノードＡ１＋とＢ１＋との間に位置しており、信号スイッチＳ１４は、Ｂ１＋とＣ１＋との間に位置している。信号スイッチ４５０ｂは、当業者には理解されるように、単純な単投式スイッチ、端子／接点スイッチ、又はその他の電気機械的、電気的、若しくは電子的スイッチとして実施されてもよい。
【０５３４】
図３６Ａに示されている第１電池構成においては、電力スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の第１のサブセットは、閉路され、電力スイッチＳ５、Ｓ６の第２のサブセットは、開路され、信号スイッチＳ７、Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１０、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４は、閉路されている。この構成においては、セルＡ、Ｂ、Ｃのサブセットは、並列状態において接続されている。これに加えて、セル４４８の各サブセットの対応したセル４４８は、並列状態において接続されている。更に詳しくは、セルＡ５、Ｂ５、Ｃ５は、並列状態において接続され、セルＡ４、Ｂ４、Ｃ４は、並列状態において接続され、セルＡ３、Ｂ３、Ｃ３は、並列状態において接続され、セルＡ２，Ｂ２、Ｃ２は、並列状態において接続され、セルＡ１、Ｂ１、Ｃ１は、並列状態において接続されている。この構成においては、電池４４６は、低定格電圧構成にあると表現される。また、電池４４６は、高容量構成にあると表現されてもよい。当業者には理解されるように、セル４４８のサブセットが並列状態において接続されているため、この構成の電圧は、セル４４８の各サブセットに跨った電圧となり、且つ、セルの複数のサブセットが存在していることから、電池の容量は、セル４４８の各サブセットの容量の合計となろう。この例示的な実施形態においては、各セル４４８が、４Ｖ、３Ａｈセルである場合には、５つのセル４４８の各サブセットは、２０Ｖ、３Ａｈサブセットとなり、５つのセル４４８の３つのサブセットを有する電池４４６は、２０Ｖ、９Ａｈ電池となろう。代替実施形態においては、信号スイッチのすべて未満が閉路されてもよい。
【０５３５】
図３６ｂに示されている第２電池構成においては、電力スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の第１のサブセットは、開路され、電力スイッチＳ５、Ｓ６の第２のサブセットは、閉路され、信号スイッチＳ７、Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１０、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４は、開路されている。この構成においては、セルＡ、Ｂ、Ｃのサブセットは、直列状態にある。この構成においては、電池４４６は、中間定格電圧構成にあると表現される。また、電池４４６は、低容量構成にあると表現されてもよい。当業者には理解されるように、セル４４８のサブセットが直列状態において接続されているため、この構成の電圧は、セル４４８のサブセットのすべてに跨った電圧となり、且つ、事実上、この構成においては、並列状態のセルの１つのスーパーセットが存在していることから、電池の容量は、セル４４８のスーパーセット内の単一のセル４４８の容量となろう。この例示的な実施形態においては、各セル４４８が、４Ｖ、３Ａｈセルである場合には、５つのセル４４８の各サブセットは、２０Ｖ、３Ａｈサブセットとなり、且つ、セル４４８の３つのサブセットを有する電池４４６は、６０Ｖ、３Ａｈ電池となろう。
【０５３６】
以下、電池が低定格電圧構成から中間定格電圧構成に変換される方式について更に詳細に説明することとする。「低」及び「中間」という用語は、単に、低定格電圧構成が、中間定格電圧構成未満の電圧を有し、且つ、中間定格電圧構成が、低定格電圧構成よりも高い電圧を有するという点において、相対的な用語となるように意図されていることを理解されたい。
【０５３７】
図３７Ａ及び図３７Ｂは、変換可能電池パック２０Ａ４の例示的な実施形態の例示的な代替電池４４６'の簡略化された回路図を示している。図３７Ａ及び図３７Ｂの電池４４６'は、図３６Ａ及び図３６Ｂの電池４４６に類似している。図３６Ａ及び図３６Ｂの電池４４６と図３７Ａ及び図３７Ｂの電池４４６'との間における１つの相違点は、電池４４６'が信号スイッチ４５０ｂを含んでいないという点にある。
【０５３８】
本発明においては、電池パック２０Ａ４は、低定格電圧構成と中間定格電圧構成との間において変換可能である。図３３〜図４７に示されているように、メカニズムが、図３６及び図３７に示されていると共に上述したスイッチ４５０を事実上開路及び閉路するべく、電池端子４３２の間における接続を生じさせる及び切る。図４０は、例示的な変換可能電池パック２０Ａ４の詳細な図を示している。上述のように、電池パック２０Ａ４は、軌道４３６と、貫通孔４４２と、を含む。図３８に示されているように、コンバータ要素４５２（変換カード、スライダ、又はスライダカードとも呼称され、且つ、更に詳細に後述する）は、突起のペア４５４を含み、各突起４５４は、貫通孔４４２のうちの１つを通じて、且つ、軌道４３６の上方において、延在している。コンバータ要素４５２が第１位置にある際には、上述のように、突起４５４は、対応した貫通孔４４２の第１端部において位置している。コンバータ要素４５２が、第２位置にある際には、後述するように、突起４５４は、対応した貫通孔４４２の第２端部において位置している。また、ハウジング４１２は、排出ポート４５６を含んでもよい。排出ポート４５６は、後述するように、コンバータ要素４５２及びコンバータ要素突起４５４が、第２位置に移動した際に、埃又はその他の破片が貫通孔４４２から押し出されることを許容する。
【０５３９】
図３９ａ、図３９ｂ、及び図３９ｃは、例示的な電池パックインターフェイス４１８を示しており、この例においては、変換可能電池パック２０Ａ４と結合する中間定格電圧電動工具１０Ａ２のものである。電池パックインターフェイス４１８は、上述の電動工具インターフェイス４１６と機械的に結合するレール４５８及び溝４６０のペアを含む。また、電池パックインターフェイス４１８は、端子ブロック４６２と、電気装置端子４３４と、を含む。また、電池パックインターフェイス４１８は、変換要素４６６のペアを含む。電気装置／中間定格電圧電動工具１０Ａ２の例示的な代替実施形態は、より多くの又は少ない数の変換要素４６６を含んでもよく、且つ、本開示により想定され包含される。例示的な実施形態においては、変換要素４６６は、レール４５８から下方に延在しうる単純な突起又は突出部であってもよい。変換要素４６６は、対応した電池パック変換スロット４３６内において受け入れられるように、サイズ設定及び位置決めされている。電池パックインターフェイス４１８が、結合方向（矢印Ａによって示されている）において、電動工具インターフェイス４１６との間における結合係合状態にスライドするのに伴って、変換要素４６６は、対応した変換スロット４３６内において受け入れられ、且つ、これに沿って摺動する。結合プロセスにおける特定の時点において、更に詳しく後述するように、変換突起４６６は、コンバータ突起４５４と係合することになる。結合プロセスが結合方向において継続するのに伴って、変換要素４６６は、結合方向において移動するように、コンバータ突起４５４を押し進めることになる。従って、コンバータ要素４５２は、結合方向において移動又は摺動するように強制される。
【０５４０】
図４０において示されているように、電池４４６の例示的な実施形態は、複数の電池セル４４８を含む。また、電池４４６は、１つのセル４４８のセル端子を別のセル４４８のセル端子に電気的に接続する、及び／又は、セル４４８の端子を印刷回路基板４７０（ＰＣＢ）に又はフレキシブル印刷回路に接続するストラップ又はワイヤなどの複数のセル相互接続４６８を含み、フレキシブル印刷回路は、次いで、ＰＣＢ４７０に接続している。また、電気装置１０Ａ２に接続するためのラッチシステム４２６も示されている。また、電池４４６は、端子ブロック４７２と、電池端子４３２と、を含む。更に詳細に後述するように、一端において、電池端子４３２は、電気装置端子４３４に電気的に結合するように構成されており、別の端部において、電池端子４３２は、電池セル４４８に電気的に結合されている。上述のように、電池４４６は、コンバータ要素４５２を含む。コンバータ要素４５２は、支持構造又はハウジング４７４を含む。また、上述のように、コンバータ要素４５２は、コンバータ突起４５４のペアを含む。コンバータ要素突起は、コンバータ要素支持構造４７４の上部表面４７６から延在している。図示の例示的な実施形態においては、コンバータ要素支持構造４７４は、Ｈ字形状を有している。更に詳しくは、コンバータ要素支持構造４７４は、２つの平行脚部４７８と、クロスバー４８０と、を含む。コンバータ要素突起４５４が、平行脚部４７８から延在している。また、電池４４６は、圧縮スプリング４８２のペアを含む。例示的な代替実施形態は、より多くの又は少ないスプリング及びその他のタイプのスプリングを含んでもよく、且つ、本開示により想定され包含される。各平行脚部４７８の第１端部４８４は、スプリング接続突起４８６を含む。各圧縮スプリング４８２の第１端部は、対応したスプリング接続突起４８６に装着されている。各圧縮スプリング４８２の第２端部は、セルホルダ４８８に装着されている。圧縮スプリング４８２は、図４０及び図４１ａに示されているように、コンバータ要素４５２を第１位置に押し進めるように構成されている。電気装置／中間定格電圧電動工具１０Ａ２が、結合方向において電池パック２０Ａ４と結合し、且つ、電気装置変換要素４６６が、コンバータ要素突起４５４と係合するのに伴って、コンバータ要素４５２は、その第１位置（図４０ａに示されている）から移動させられ、スプリング４８２に対して作用するように押し進められ、これにより、スプリング４８２を圧縮する。電動工具１０Ａ２が電池パック２０Ａ４と完全に結合した際に、コンバータ要素４５２は、第１位置から第２位置に移動していることになり、スプリング４８２は、その完全圧縮状態にあることになる（図４１ｂに示されている）。電気装置１０Ａ２が電池パック２０Ａ４から装着解除される際には、スプリング４８２は、第２位置（図４１ｂに示されている）から第１位置（図４１ａに示されている）に移動するように、コンバータ要素４５２を押し進める。また、電池４４６は、更に詳細に後述するように、例えば、コンバータ要素４５２とセル４４８との間において、ＰＣＢ４７０及び／又はなんらかのその他のタイプの絶縁基板４９０を含んでもよい。
【０５４１】
図４１ａ及び図４１ｂに示されているように、電池ＰＣＢ４７０及び／又は絶縁基板４９０は、複数の接触パッド４９２を含む。複数の接触パッド４９２は、接触パッド４９２の組を形成している。複数の接触パッド４９２は、導電性要素である。複数の接触パッド４９２は、ワイヤ又はＰＣＢトレース又はなんらかのその他のタイプの導電性接続要素（簡潔さを目的として図示されていない）により、電池セル端子又はノードに電気的に接続可能である。例示的な実施形態においては、複数の接触パッド４９２は、接触パッドとの間において接続を生じさせるべく及び切るべく（これにより、上述の電力及び／又は信号スイッチ４５０を事実上開路及び閉路するべく）、接点が接触パッド４９２に沿って摺動することを許容している。このプロセスについては、詳細に後述する。
【０５４２】
（コンバータ要素４５２を伴わない例示的な電池４４６を示す）図４２、図４３ａ、及び図４３ｂにおいて更に詳細に示されているように、電池４４６は、複数の接触パッド４９２を含む。上述のように、例示的な電池４４６は、別個の絶縁基板４９０上の接触パッド４９２ａ（電力接触パッド４９２ａとも呼称される）の第１のサブセットと、ＰＣＢ４７０上の接触パッド４９２ｂ（信号接触パッド４９２ｂとも呼称される）の第２サブセットと、を含む。代替実施形態においては、接触パッド４９２の第１及び第２サブセットは、単一のＰＣＢ、単一の絶縁基板、又はなんらかのその他の支持要素上において配置されてもよい。図４２、図４３ａ、及び図４３ｂに示されている接触パッド構成は、例示的な構成である。例示的な代替実施形態は、その他の接触パッド構成を含んでもよく、且つ、本開示により想定され包含される。
【０５４３】
図４２、図４３ａ、及び図４３ｂに示されているように、電池ストラップ４６８のサブセットが、セルホルダ４８８の周りを包み、且つ、ＰＣＢ４７０及び／又は絶縁カード４９０まで延在している。このストラップ４６８のサブセット内の各ストラップ４６８は、セル４４８の特定のサブセットの単一の端子に電気的に結合されている。具体的には、第１ストラップ４６８ａは、端子Ａ＋に結合されており、第２ストラップ４６８ｂは、端子Ｂ＋に結合されており、第３ストラップ４６８ｃは、端子Ｃ＋に結合されており、第４ストラップ４６８ｄは、端子Ａ−に結合されており、第５ストラップ４６８ｅは、端子Ｂ−に結合されており、第６ストラップ４６８ｆは、端子Ｃ−に結合されている。
【０５４４】
また、図４３ａ及び図４３ｂに示されているように、接触パッド４９２ａの第１サブセットの接触パッド４９２のそれぞれは、セル４４８の特定のサブセットの単一の端子に電気的に結合されている。具体的には、第１接触パッド４９２ａ１は、端子Ａ＋に結合されており、第２接触パッド４９２ａ２は、端子Ｂ＋に結合されており、第３接触パッド４９２ａ３は、端子Ｃ＋に結合されており、第４接触パッド４９２ａ４は、端子Ｂ−に結合されており、第５接触パッド４９２ａ５は、端子Ａ−に結合されており、第６接触パッド４９２ａ６も、端子Ｂ−に結合されており、第７接触パッド４９２ａ７は、端子Ｃ−に結合されており、第８接触パッド４９２ａ８も、端子Ｂ＋に結合されている。また、接触パッド４９２ｂの第２サブセットの接触パッド４９２のそれぞれは、電池４４６の単一のノードに電気的に結合されている。具体的には、第９接触パッド４９２ｂ１は、ノードＢ１＋に結合されており、第１０接触パッド４９２ｂ２は、ノードＣ１＋に結合されており、第１１接触パッド４９２ｂ３は、ノードＡ１＋に結合されており、第１２接触パッド４９２ｂ４は、ノードＣ２＋に結合されており、第１３接触パッ４９２ｂ５は、ノードＢ２＋に結合されており、第１４接触パッド４９２ｂ６は、ノードＡ２＋に結合されており、第１５接触パッド４９２ｂ７は、ノードＡ３＋に結合されており、第１６接触パッド４９２ｂ８は、ノードＢ３＋に結合されており、第１７接触パッド４９２ｂ９は、ノードＣ３＋に結合されており、第１８接触パッド４９２ｂ１０は、ノードＢ４＋に結合されており、第１９接触パッド４９２ｂ１１は、ノードＣ４＋に結合されており、第２０接触パッド４９２ｂ１２は、Ａ４＋に結合されている。
【０５４５】
図４４は、例示的な変換可能電池４４６の側面図を示している。セルホルダ４８８内における特定のセル配置は、セル４４８のサブセット内のセル４４８の系統の最も負及び最も正の位置におけるセル４４８の正及び負の端子が、ＰＣＢ４７０と、絶縁基板４９０と、に最も近接した状態において配置されることを許容するべく、容易なストラップ接続を許容しており、これは、ＰＣＢ４７０及び絶縁基板４９０へのセルのサブセットの正及び負の端子の間の容易な接続を許容する。具体的には、図４４ａに示されているように、端子Ａ１−（端子Ａ−に対応している）、Ｂ１−（端子Ｂ−に対応している）、及びＣ１−（端子Ｃ−に対応している）は、ＰＣＢ４７０及び絶縁基板４９０において又はこの近傍において、セルホルダ４８８内において物理的に位置している。端子Ａ１−及びＢ１−に関して、これらの端子は、クラスタの最上部において位置しており、関連するストラップは、非常に短くてもよく、且つ、ＰＣＢ４７０又は絶縁基板４９０に対して直接的なものであってもよい。Ｃ１−に関して、この端子は、クラスタの最上部に近接しており、関連するストラップは、単一のセル端子（Ｃ５−）を通過して延在し、且つ、ＰＣＢ４７０又は絶縁基板４９０に接続している。図４４ｂに示されているように、端子Ａ５＋（端子Ａ＋に対応している）、Ｂ５＋（端子Ｂ＋に対応している）、及びＣ１＋（端子Ｃ＋に対応している）は、ＰＣＢ４７０及び絶縁基板４９０において又はその近傍においてセルホルダ４８８内において物理的に位置している。端子Ａ５＋、Ｂ５＋、及びＣ５＋に関して、これらの端子は、クラスタの最上部において位置しており、関連するストラップは、非常に短くてもよく、且つ、ＰＣＢ４７０又は絶縁基板４９０に対して直接的なものであってもよい。この構成により、これらの電池セル端子と接触パッドの第１サブセットとの間の接続は、その他の構成におけるよりも容易に実施することができる。
【０５４６】
図４５ａ、図４５ｂ、図４５ｃ、及び図４５ｄは、変換可能電池パック２０Ａ４の例示的な実施形態のコンバータ要素４５２の例示的な一実施形態を示している。上述のように、コンバータ要素４５２は、支持構造４７４を含む。支持構造４７４は、プラスチック材料又は後述する機能を提供することになる任意のその他の材料から構成されてもよい。図示の実施形態においては、支持構造４７４は、Ｈ字形状を有しており、これにより、２つの平行脚部４７８と、クロスバー１８０と、を有する。コンバータ要素４５２は、その他の形状を有してもよい。上述のように、コンバータ要素４５２は、２つの突起４５４を含む。突起のうちの１つは、支持構造４７４の第１面上の各脚部４７８の表面４７６から延在している。コンバータ要素４５２は、より多くの又は少ない突起を含んでもよい。また、コンバータ要素４５２は、複数の接点４９４を含む。複数の接点４９４は、接点４９４の組を形成している。接点４９４の組は、接点４９４ａの第１のサブセットと、接点４９４ｂの第２のサブセットと、を含む。コンバータ要素４５２の図示の例示的な実施形態においては、接点４９４ａの第１のサブセットは、電力接点４９４ａであり、接点４９４ｂの第２のサブセットは、信号接点４９４ｂである。また、支持構造４７４は、下部表面４９６を含む。接点４９４ａの第１のサブセットは、クロスバー４８０の下部表面４９６に固定されている。接点４９６ｂの第２のサブセットは、平行脚部４７８の下部表面４９６に固定されている。また、コンバータ要素４５２は、圧縮スプリング４７２に接続するべく、各平行脚部４７８の端部４８４においてスプリング接続突起４８６を含む。図４５ａ及び図４５ｃは、コンバータ要素４５２の第２面（即ち、裏面）を示している。図４５ｂは、コンバータ要素４５２の側面図を示しており、図４５ｄは、コンバータ要素４５２の平面等角図を示しており、この場合に、支持構造４７４は、複数の接点４９４が可視状態となるように、透明なものとして示されている。
【０５４７】
図４６ａ〜図４６ｅは、パックが低定格電圧構成から、開路状態構成へ、そして、中間定格電圧構成へ、と変換されるのに伴う例示的な変換可能電池４４６の様々なステージ又は構成を示している。また、これらの図は、電池端子ブロック４７２と、複数の電池端子４３２と、を示している。電池端子４３２の組は、電池端子４３２ａ（電池電力端子４３２ａとも呼称される）の第１のサブセットと、電池端子ｂ（電池信号端子４３２ｂとも呼称される）の第２のサブセットと、を含む。電池電力端子４３２ａ（ＢＡＴＴ＋、ＢＡＴＴ−とも呼称される）は、電池４４６から電流を出力する。電池電力端子ＢＡＴＴ＋、ＢＡＴＴ−は、それぞれ、Ａ＋端子及びＣ−端子に電気的に結合されている。電池信号端子Ｂ１＋、Ａ２＋、Ｃ３＋、Ｂ４＋は、電池４４６内のノードから信号を出力する。電池信号端子Ｂ１＋、Ａ２＋、Ｃ３＋、Ｂ４＋は、それぞれ、Ｂ１＋、Ａ２＋、Ｃ３＋、Ｂ４＋ノードに電気的に結合されている。例示的な代替実施形態は、その他のノードに電気的に結合された電池信号端子を含んでもよく、且つ、本開示により想定され包含される。
【０５４８】
図４６ａ〜図４６ｅに示されている接触パッドレイアウトは、図４３ａ及び図４３ｂに示されている接触パッドレイアウトに類似している。これらの接触パッドレイアウトは、相互交換可能である。例示的な代替実施形態は、その他の接触パッドレイアウトを含んでもよく、且つ、本開示により想定され包含される。上述のように、この例示的なパッドレイアウトは、ＰＣＢ４７０、絶縁基板４９０、又はなんらかのその他の支持構造上において支持されてもよい。接触パッドレイアウトは、接触パッド４９２の組を含む。上述のように、接触パッド４９２の組は、電力接触パッド４９２ａの組と、信号接触パッド４９２ｂの組と、を含む。図３６を更に参照すれば、複数の接触パッド４９２は、適宜、上述の端子又はノードに電気的に結合されている。具体的には、第１電力接触パッド４９２ａ１は、端子Ａ＋に結合されており、第２電力接触パッド４９２ａ２は、端子Ｂ＋に結合されており、第３電力接触パッド４９２ａ３は、端子Ｃ＋に結合されており、第４電力接触パッド４９２ａ４は、端子Ｂ−に結合されており、第５電力接触パッド４９２ａ５も、Ａ−に結合されており、第６電力接触パッド４９２ａ６も、Ｂ−に結合されており、第７電力接触パッド４９２ａ７は、Ｃ−に結合されており、第８電力接触パッド４９２ａ８も、Ｂ＋に結合されている。また、第１信号接触パッド４９２ｂ１は、ノードＢ＋に結合されており、第２信号接触パッド４９２ｂ２は、ノードＣ１＋に結合されており、第３信号接触パッド４９２ｂ３は、ノードＡ１＋に結合されており、第４信号接触パッド４９２ｂ４は、ノードＣ２＋に結合されており、第５信号接触パッド４９２ｂ５は、ノードＢ２＋に結合されており、第６信号接触パッド４９２ｂ６は、ノードＡ２＋に結合されており、第７信号接触パッド４９２ｂ７は、ノードＡ３＋に結合されており、第８信号接触パッド４９２ｂ８は、ノードＢ３＋に結合されており、第９信号接触パッド４９２ｂ９は、ノードＣ３＋に結合されており、第１０信号接触パッド４９２ｂ１０は、ノードＢ４＋に結合されており、第１１信号接触パッド４９２ｂ１１は、ノードＣ４＋に結合されており、第１２信号接触パッド４９２ｂ１２は、ノードＡ４＋に結合されている。
【０５４９】
また、図４６ａ〜図４６ｅは、コンバータ要素の電力接点４９４ａ及び信号接点４９４ｂを示している。接触パッド４９２及びコンバータ要素接点４９４は、協働して、事実上、図３６に示されているセルサブセット端子とセルノードとの間におけるスイッチＳ１〜Ｓ１４として機能する。電気装置１０Ａ２が結合方向において変換可能電池パック２０Ａ４と結合し、コンバータ要素４５２が、第１位置（図４１ａに示されている）から第２位置（図４１ｂに示されている）に移動するのに伴って、コンバータ要素接点４９４も、第１位置（図４３ａ及び図４６ａに示されている）から第２位置（図４３ｂ及び図４６ｅに示されている）に移動する。コンバータ要素接点４９４が第１位置から第２位置に移動するのに伴って、接点４９４は、接触パッド４９２との間において、分離し、及び、接続する。分離及び接続が発生するのに伴って、セルサブセット端子とセルノードとの間のスイッチ４５０が、開路及び閉路される。スイッチ４５０が開路及び閉路されるのに伴って、電池４４６は、低定格電圧構成から、開路構成へ、そして、中間定格電圧構成へ、と変換される。逆に、コンバータ要素４５２が、第２位置から第１位置に移動するのに伴って、電池４４６は、中間定格電圧構成から、開路状態構成へ、そして、低定格電圧構成へ、と変換される。
【０５５０】
図４６ａは、コンバータ要素４５２が第１位置（低定格電圧構成）にある際のコンバータ要素接点４９４及び接触パッド４９２の状態を示している。この場合にも、特定の接触パッドの位置は、例示を目的としており、その他の構成が、本開示によって想定される。この構成においては、第１電力接点４９４ａ１は、Ａ＋、Ｂ＋、Ｃ＋接触パッド４９２ａ１、４９２ａ２、４９２ａ３に電気的に結合されており、第２電力接点４９４ａ２は、Ａ−、Ｂ−、Ｃ−接触パッド４９２ａ５、４９２ａ６、４９２ａ７に電気的に結合されている。第１及び第２電力接点４９４ａ１、４９４ａ２がこの位置にある際には、コンバータスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、閉路され、コンバータスイッチＳ５、Ｓ６は、開路される。これは、セルのＡサブセット及びセルのＢサブセット及びセルのＣサブセットを、並列状態に置く。更には、第１信号接点４９４ｂ１は、Ａ１＋、Ｂ１＋、Ｃ１＋接触パッド４９２ｂ３、４９２ｂ１、４９２ｂ２に電気的に結合されており、第２信号接点４９４ｂ２は、Ａ２＋、Ｂ２＋、Ｃ２＋接触パッド４９２ｂ６、４９２ｂ５、４９２ｂ４に電気的に結合されており、第３信号接点４９４ｂ３は、Ａ３＋、Ｂ３＋、Ｃ３＋接触パッド４９２ｂ７、４９２ｂ８、４９２ｂ９に電気的に接続されており、第４信号接点４９４ｂ４は、Ａ４＋、Ｂ４＋、Ｃ４＋接触パッド４９２ｂ１２、４９２ｂ１０、４９２ｂ１１に電気的に結合されている。第１、第２、第３、及び第４信号接点４９４ｂ１、４９４ｂ２、４９４ｂ３、４９４ｂ４が、この位置にある際には、スイッチＳ７〜Ｓ１４は、閉路される。これは、セル４４８の３つのサブセットの対応したセル４４８を、並列状態に置く。換言すれば、セルＡ１、Ｂ１、Ｃ１は、並列状態において接続されており、セルＡ２、Ｂ２、Ｃ２は、並列状態において接続されており、セルＡ３、Ｂ３，Ｃ３は、並列状態において接続されており、セルＡ４、Ｂ４、Ｃ４は、並列状態において接続されており、セルＡ５、Ｂ５、Ｃ５は、並列状態において接続されている。
【０５５１】
図４６ｅは、コンバータ要素４５２が第２位置（中間定格電圧構成）にある際のコンバータ要素接点４９４及び接触パッド４９２の状態を示している。この構成においては、第１電力接点４９４ａ１は、Ｂ−、Ｃ＋接触パッド４９２ａ４、４９２ａ３に電気的に接続されており、第２電力接点４９４ａ２は、Ａ−、Ｂ＋接触パッド４９２ａ５、４９２ａ８に電気的に結合されている。第１及び第２電力接点４９４ａ１、４９４ａ２がこの位置にある際には、コンバータスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、開路状態にあり、コンバータスイッチＳ５、Ｓ６は、閉路されている。これは、セルのＡサブセット及びセルのＢサブセット及びセルのＣサブセットを、直列状態に置く。更には、第１信号接点４９４ｂ１は、Ｂ１＋接触パッド４９２ｂ１にのみ電気的に結合されており、第２信号接点４９４ｂ２は、Ｃ２＋接触パッド４９２ｂ４にのみ電気的に結合されており、第３信号接点４９４ｂ３は、Ａ３＋接触パッド４９２ｂ７にのみ電気的に結合されており、第４信号接点４０４ｂ４は、Ｂ４＋接触パッド４９２ｂ１０にのみ電気的に結合されている。第１、第２、第３、及び第４信号接点４９４ｂ１、４９４ｂ２、４９４ｂ３、４９４ｂ４がこの位置にある際には、コンバータスイッチＳ７〜Ｓ１４は、開路状態にある。これは、セル４４８の３つのサブセットの対応したセル４４８を、互いに分離する。換言すれば、セルＡ１、Ｂ１、Ｃ１は、互いに接続されておらず、セルＡ２、Ｂ２、Ｃ２は、互いに接続されておらず、セルＡ３、Ｂ３、Ｃ３は、互いに接続されておらず、セルＡ４，Ｂ４、Ｃ４は、互いに接続されておらず、セルＡ５、Ｂ５、Ｃ５は、互いに接続されていない。
【０５５２】
例示的な一実施形態において、図４６ｂ、図４６ｃ、及び図４６ｄは、コンバータ要素４５２が第１位置（低定格電圧構成）と第２位置（中間定格電圧構成）との間において移動するのに伴うスイッチ４５０の状態を示している。一般に、スイッチ４５０が開路及び閉路した際には、望ましくない電圧／電流が、セル上において生成される場合があり、及び／又は、セルの間において移動する場合がある。これらの望ましくない電圧／電流に対処するべく、電池は、中間ステージ又はフェーズにおいて配置されてもよい。従って、スイッチ４５０は、特定の順序において開路及び閉路されてもよい。図４６ｂに示されているように、且つ、図４７の例示的な表を参照すれば、コンバータ要素４５２が結合方向において移動するのに伴って、当初、電力接点４９４ａ１、４９４ａ２は、接触パッド４９２ａ１、４９２ａ２、４９２ａ６、４９２ａ７から分離されるが、接触パッド４９２ａ３、４９２ａ５に接続された状態において留まる。これは、事実上、信号スイッチＳ７〜Ｓ１４のすべてが閉路状態において留まる状態において、すべての電力スイッチＳ１〜Ｓ６が開路される。図４６ｃに示されているように、且つ、図４７の例示的な表を参照すれば、コンバータ要素４５２が結合方向において更に移動するのに伴って、信号接点４９４ｂ１、４９４ｂ４の第１のサブセットは、接触パッドＡ１＋、Ｃ１＋、Ａ４＋、Ｃ４＋から分離されることになる。これは、事実上、信号スイッチＳ７、Ｓ８、Ｓ１３、Ｓ１４を開路する。図４６ｄに示されているように、且つ、図４７の例示的な表を参照すれば、コンバータ要素４５２が結合方向において更に移動するのに伴って、信号接点４９４ｂ２、４９４ｂ３の第２のサブセットは、接触パッドＡ２＋、Ｂ２＋、Ｂ３＋、Ｃ３＋から分離されることになる。これは、事実上、信号スイッチＳ９、Ｓ１０、Ｓ１１、Ｓ１２を開路する。当然のことながら、電気装置１０Ａ２が、結合方向とは反対の方向（非結合方向とも呼称される）において変換可能電池パック２０Ａ４から分離されるのに伴って、コンバータ要素４５２は、第２位置から第１位置に移動することになり、コンバータ要素接点９４は、上述とは逆の順序において接触パッド４９２に接続及び分離することになる。これに加えて、変換可能電池パック２０Ａ４は、電池パック２０Ａ４が電気装置１０Ａ２と結合されておらず、且つ、コンバータ要素４５２が第１位置にある際には、電池パックが中間定格電圧構成にあり、電池パックが電気装置と結合された際には、電池パック２０Ａ４が低定格電圧構成にあるように、構成されうるものと想定される。当然のことながら、様々な接続及びスイッチは、相応して調節されることになろう。
【０５５３】
図４７に示されている表は、コンバータ要素が第１位置と第２位置との間において移動するのに伴うスイッチネットワークの様々なステージを示している。第１ステージは、コンバータ要素の第１位置（第１／低定格電圧構成）に対応しており、第５ステージは、コンバータ要素の第２位置（第２／中間定格電圧構成）に対応している。第２、第３、及び第４ステージは、中間ステージ／フェーズであり、開路状態構成に対応している。
【０５５４】
コンバータ要素４５２が第１位置から第２位置に移動し、且つ、スイッチ４５０が開路及び閉路した際に、様々な端子ブロック端子上の電圧が変化することになる。更に詳しくは、図３６に示されている、且つ、セルが４Ｖセルであり、電池が完全に充電されている、実施形態においては、コンバータ要素４５２が第１位置にある際には、ＢＡＴＴ＋＝２０Ｖであり、ＢＡＴＴ−＝０Ｖであり、Ｂ１＋＝４Ｖであり、Ａ２＋＝８Ｖであり、Ｃ３＋＝１２Ｖであり、Ｂ４＋＝１６Ｖである。コンバータが第２位置にある際には、ＢＡＴＴ＋＝６０Ｖであり、ＢＡＴＴ−＝０Ｖであり、Ｂ１＋＝２４Ｖであり、Ａ２＋＝４８Ｖであり、Ｃ３＋＝１２Ｖであり、Ｂ４＋＝３６Ｖである。電池信号端子を使用することにより、端子ブロック信号端子が接続されているノードがいずれであるのかとは無関係に、過充電、過放電、及び不均衡について、電池セルを監視することができる。上述の、且つ、図中の、特定の構成は、セル４４８の偶数のグループの監視を許容している。例示的な代替実施形態は、端子ブロック信号端子をノードに接続するその他の構成を含んでもよく、且つ、本開示により想定され包含される。
【０５５５】
これに加えて、変換可能電池パック２０Ａ４の一代替実施形態においては、図３７に示されている電池構成が実施されてもよい。このような一実施形態においては、接触パッド４９２の組は、信号接触パッド４９２ｂを含むことにならず、コンバータ要素４５２は、信号接点９４ｂの組を含むことにならないであろう。
【０５５６】
図４８及び図４９は、変換可能電池パック２０Ａ４の例示的な一代替実施形態を示している。上述の変換可能電池パック２０Ａ４と同様に、変換可能電池パック２０Ａ４は、ハウジング５１２を含む。ハウジング５１２は、上部部分と、下部部分と、を含む。ハウジング５１２は、例えば、電動工具１０又は電池充電器３０などの電気装置の対応した電池パックインターフェイス５１８と機械的に結合するための電動工具インターフェイス５１６を含む。図示の例示的な実施形態においては、電動工具インターフェイスは、レール５２２のペアと、溝５２４のペアと、を含むレール及び溝システムを含む。その他のタイプのインターフェイスが、本発明により、想定され、且つ、包含される。また、電動工具インターフェイス５１６は、変換可能電池パック２０Ａ４を電気装置１０に固定するためのラッチシステム５２６を含んでもよい。
【０５５７】
また、ハウジング５１２は、ハウジング５１２の上部部分５３０内において複数のスロット５２８を含む。スロット５２８は、ハウジング５１２のその他の部分内において位置してもよい。複数のスロット５２８は、スロット５２８の組を形成している。スロット５２８の組は、スロット５２８ａの第１のサブセットと、スロット５２８ｂの第２のサブセットと、を含む。スロット５２８の組は、複数の電池端子５３２に対応している。複数の電池端子５３２は、電池端子５３２の組を形成している。電池端子の組は、電池端子５３２ａの第１のサブセットと、電池端子５３２ｂの第２のサブセットと、を含む。また、電池端子５３２ｂの第２のサブセットは、変換端子５３２ｂとも呼称される。また、複数のスロット５２８は、電気装置１０の複数の端子５３４にも対応している。複数の電気装置端子５３４は、電気装置端子５３４の組を形成している。電気装置端子５３４の組は、電気装置端子５３４ａの第１のサブセットと、電気装置端子５３４ｂの第２のサブセットと、を含む。また、電気装置端子５３４ａの第１のサブセットは、電力／信号端子５４５ａとも呼称され、電気装置端子５３４ｂの第２のサブセットは、コンバータ端子５３４ｂとも呼称される。電気装置端子５３４は、更に詳細に後述するように、電池端子スロット５２８により受け入れられ、且つ、電池端子５２３と係合及び結合する。
【０５５８】
図３７は、この例示的な実施形態の電池の電池セルの例示的な構成を示している。標準セル構成は、詳細に後述するコンバータ要素が電池パックに挿入されていない際の電池セルの構成である。この例示的な実施形態においては、標準セル構成は、図３７の水平方向矢印の左側の構成である。変換可能電池パックの代替実施形態においては、標準セル構成は、水平方向の矢印の右側のセル構成であってもよいであろう。これらの例は、電池５４６の可能なセル構成を限定することを意図したものではない。
【０５５９】
図３７に示されているように、例示的なパックは、１５個のセルを含む。この例においては、各セル４４８は、４Ｖの電圧と、３Ａｈの容量と、を有する。標準構成においては、５個のセルの３つのサブセットが存在している。セルの各サブセットのセルは、直列状態において接続され、セルのサブセットは、並列状態において接続され、これにより、２０Ｖの電池電圧と、９Ａｈの容量と、を提供する。一般に、電池は、電池内におけるＭ×Ｎ個のセルの合計の場合に、セルのＮ個のサブセットと、各サブセット内におけるＭ個のセルと、を含みうる。各セルは、Ｘボルトの電圧と、ＹＡｈの容量と、を有する。従って、電池は、各サブセットのＭ個のセルが直列状態において接続され、且つ、Ｎ個のサブセットが並列状態において接続されている標準構成を有することになる。従って、低定格電圧構成は、Ｘ×Ｍボルトの電池電圧と、Ｙ×Ｎアンペア−時の容量と、を提供する。
【０５６０】
図４８は、電動工具インターフェイス５１６を示している。電動工具インターフェイス５１６は、詳細に後述するコンバータ端子５３４ｂを受け入れるためのスロット５２８ｂの第２のサブセットを含む。スロット５２８ａの第２のサブセットは、電気装置１０に結合されている電池パック１１０の一端に対して開放状態において位置している。
【０５６１】
図４９ａ、図４９ｂ、及び図４９ｃは、例示的な電気装置１０の部分的なハウジングを示しており、この例においては、中間定格電圧工具１０ａ２の電動工具の足部ハウジングである。電気装置１０は、変換可能電池パック２０Ａ４と結合する例示的な電池パックインターフェイス５１８を含む。電池パックインターフェイス５１８は、上述の電動工具インターフェイス５１６と機械的に結合するレール５５８及び溝５６０のペアを含む。また、電池パックインターフェイス５１８は、端子ブロック５６２と、電気装置端子５３４と、を含む。上述のように、電気装置端子５３４の組は、電力／信号端子５３４ａのサブセットと、コンバータ端子５３４ｂのサブセットと、を含む。図４９ｃは、複数の工具端子５３４を含む工具端子ブロック５６２を含む電池パックインターフェイス５１８を示す中間定格電圧工具１０Ａ２の足部の断面図を示している。また、図４９ｂは、コンバータ端子５３４ｂの組（集合的にコンバータ要素５５２とも呼称される）を示している。この例示的な実施形態においては、コンバータ端子５３４ｂは、工具の電力／信号端子５３４ａの下方において位置している。コンバータ端子５３４ｂは、工具端子ブロック５６２内において保持され、且つ、結合方向（矢印Ａ）において延在している。高定格電圧電動工具及び極高定格電圧電動工具は、類似の電池パックインターフェイス、工具端子ブロック、及び端子を含むことになる。
【０５６２】
図示の例示的な実施形態においては、各変換可能電池５４６は、スイッチングネットワークを含む。この実施形態においては、変換端子５３２ｂの組は、スイッチングネットワークとして機能するように構成されている。例示的な代替実施形態は、当業者には理解され、且つ、本開示により想定され包含されるように、単純な単極単投式スイッチ又はその他の電気機械的、電気的、若しくは電子的スイッチなどのその他のタイプのスイッチを含んでもよく、且つ、電池パックのその他の部分内において、又は工具内において、又は工具と電池パックの組合せの内部において、配置されてもよい。
【０５６３】
図５０ａ、図５０ｂ、図５０ｃを参照すれば、変換可能電池パック２０Ａ４の例示的な実施形態の電池５４６の例示的な一実施形態が示されている。この例示的な電池５４６は、１５個のセル５６８を有する。セルホルダ５７４は、セル５６８を固定されたクラスタ内において維持してもよい。電池の例示的な代替実施形態は、より多くの又は少ない数のセル５６８を有してもよい。セル５６８は、セル５６８の第１のサブセットが、第１平面内に位置し、セル５６８の第２のサブセットが、第１平面に隣接すると共に第１平面に対して平行である第２平面内に位置し、セル５６８の第３サブセットが、第２平面に隣接すると共に第２平面に対して平行である第３平面内に位置するように、物理的に構成されている。セル５６８のサブセット内のセル５６８は、１つのセル５６８の正の端子が隣接するセル５６８の負の端子に隣接するように位置している。例えば、Ａ５−は、Ａ４＋に隣接している。１つのセル５６８の端子は、セル相互接続又はストラップ５６８により、隣接セル５６８に接続されている。これは、例示的な物理的構成であり、その他の物理的構成も、本開示によって想定されている。
【０５６４】
複数のセル５６８は、図３７ａに示されているように、第１電気接続構成を有する。この構成は、例示的なものに過ぎず、その他の構成が、本開示によって想定される。電池５４６は、端子ブロック５７２を含む。端子ブロックは、複数の電池端子５３２を保持する。電池端子５３２ａの第１のサブセットは、電力を提供するための又は接続された電気装置１０Ａ２から電力を受け取るための電力端子のペア（ＢＡＴＴ＋及びＢＡＴＴ−）と、限定を伴うことなしに、セル情報を含む電池情報を電気装置に提供するための信号端子５３２ａと、を含む。ＢＡＴＴ＋電力端子５２３ａ１は、ノードＡ＋に接続されており、これは、電池セル５６８の第１のサブセットＡの正の端子である。ＢＡＴＴ−電力端子５３２ａ２は、ノードＣ−に接続されており、これは、電池セル５６８の第３サブセットＣの負の端子である。また、電池５４６は、個々のセル端子のうちの１つ又は複数からＰＣＢ１７０までの電気接続（セルタップとも呼称される）を含んでもよい。これらのセルタップは、コントローラ、プロセッサ、又はＰＣＢ１７０上のその他の電子構成要素に接続してもよい。
【０５６５】
図５１は、この例示的な変換可能電池パック５４６の電池端子ブロック５７２及び複数の電池端子５３２の例示的な一実施形態を示している。端子ブロック５７２は、端子５３２ａの第１のサブセットを保持する第１部分５７２ａと、端子５３２ｂの第２のサブセットを保持する第２部分５７２ｂと、を含む。代替実施形態においては、端子ブロックは、端子の各サブセットについて、別個の端子ブロックを含んでもよい。上述のように、且つ、図３７を参照すれば、端子５３２ａの第１のサブセットは、電力端子５３２ａ１、５３２ａ２のペアと、複数の信号端子５３２ａ３、５３２ａ４、５３２ａ５、５３２ａ６、５３２ａ７、５３２ａ８と、を含む。第１電力端子５３２ａ１は、ノードＡ＋に電気的に結合されており、第２電力端子５３２ａ２は、ノードＣ−に電気的に結合されている。第１信号端子５３２ａ３は、ノードＡ１＋に電気的に結合されており、第２信号端子５３２ａ４は、ノードＡ２＋に電気的に結合されており、第３信号端子５３２ａ５は、ノードＡ３＋に電気的に結合されており、第４信号端子５３２ａ６は、ノードＡ４＋に電気的に結合されている。
【０５６６】
変換端子５３２ｂの組は、セルの各サブセットの各端子に電気的に結合する端子を含む。更に詳しくは、第１Ａ＋変換端子５３２ｂ１は、ノードＡ＋に結合しており、第２Ｂ＋変換端子５３２ｂ２は、ノードＢ＋に結合しており、第３Ｃ＋変換端子５３２ｂ３は、ノードＣ＋に結合しており、第４Ａ−変換端子５３２ｂ４は、ノードＡ−に結合しており、第５Ｂ−変換端子５３２ｂ５は、ノードＢ−に結合しており、第６Ｃ−変換端子５３２ｂ６は、ノードＣ−に結合している。各変換端子５３２ｂは、更に詳細に後述するように、電気装置コンバータ端子５３４ｂを受け入れる結合端部を含む。
【０５６７】
これに加えて、図５２に示されているように、電池パック２０Ａ４が電気装置１０に結合されてはおらず、且つ、低定格電圧構成にある際には、Ａ＋変換端子５３２ｂ１は、Ｂ＋変換端子５３２ｂ１及びＣ＋変換端子５３２ｂ３に対してそれらの結合端部において電気的に結合されている。図３７ａを参照すれば、Ａ＋変換端子５３２ｂ１とＢ＋変換端子５３２ｂ２との間における接続は、閉路されたスイッチＳ１として機能し、（Ａ＋変換端子５３２ｂ１を通じた）Ｂ＋変換端子５３２ｂ２とＣ＋変換端子５３２ｂ３との間における接続は、閉路されたスイッチＳ２として機能する。また、Ｃ−変換端子５３２ｂ６は、Ｂ−変換端子５３２ｂ５及びＡ−変換端子５３２ｂ４に対してそれらの結合端部において電気的に結合されている。この場合にも、図３７ａを参照すれば、（Ｃ−変換端子５３２ｂ６を通じた）Ａ−変換端子５２３ｂ４とＢ−変換端子５３２ｂ５との間における接続は、閉路されたスイッチＳ３として機能し、Ｂ−変換端子５３２ｂ５とＣ−変換端子５３２ｂ６との間における接続は、閉路されたスイッチＳ４として機能する。各フラットな変換端子５３２ｂ１、５３２ｂ６ごとに、変換端子５３２ｂ１、５３２ｂのフラットな部分をを関連する変換端子５３２ｂ２、５３２ｂ３、５３２ｂ５、５３２ｂ４のチューリップ部分に向かって押し付ける関連する支持スプリング５９８が存在している。
【０５６８】
図５３ａ、図５３ｂ、図５３ｃ、及び図５３ｄは、変換可能電池パック２０Ａ４を低定格電圧構成から中間定格電圧構成に変換する能力を有する電気装置端子ブロック５６２の例示的な一実施形態を示している。電気装置端子ブロック５６２は、複数の電気装置端子５３４を保持している。電気装置が電動工具であるこの例示的な実施形態においては、電動工具は、中間定格電圧において定格設定されることになろう。
【０５６９】
電気装置端子ブロック５６２は、上述の電気装置端子５３４ａの第１のサブセットを保持する第１部分５７８と、電気装置端子５３４ｂ（コンバータ端子）の第２のサブセットを保持する第２部分５８０と、を含む。また、端子ブロック５６２は、更に詳細に後述するコンバータ端子５３４のワイピング／ブレーキング機能部を支持するための支持構造５８２を含む。
【０５７０】
図５４ａ、図５４ｂ、及び図５４ｃは、端子ブロック５６２及び支持構造５８２を有していない電気装置端子５３４を示している。コンバータ端子５３４ｂは、内側コンバータ端子５３４ｂ１と、外側コンバータ端子５３４ｂ２と、を含む。内側コンバータ端子５３４ｂ１は、内側コンバータ端子５３２ｂ３、５３２ｂ５のペアと結合し、且つ、これらを電気的に結合することなり、外側変換端子５３４ｂ２は、外側変換端子５３２ｂ２、５３２ｂ４のペアと結合し、且つ、これらを電気的に結合することになる。コンバータ端子５３４ｂは、ワイピング／ブレーキング機能部５８４、結合部分５８６、及びジャンパ部分５８８を含む。コンバータ端子５３４ｂは、２つの目的のために機能する。第１に、これらは、変換端子５３２ｂの間における第１構成の接続を切らなければならず、且つ、これらは、第２構成を形成するべく変換端子５３２ｂの間において代替接続（ジャンプ／シャント）を生じなければらない。
【０５７１】
ワイピング／ブレーキング機能部５８４は、第１の目的のために機能する。ワイピング／ブレーキング機能部５８４は、コンバータ端子５３４の前方端部に位置し、且つ、非導電性材料から構成されている。ワイピング／ブレーキング機能部５８４は、コンバータ端子５３２及び端子ブロック５６２とは別個の要素であってもよく、又は、端子ブロック５６２の一部分であってもよく、又は、コンバータ端子５３４の一部分であってもよい。ワイピング／ブレーキング機能部５８４の除去部分５９０は、関連する変換端子５３２ｂの接触部分５９４に跨ってワイピングするように、変換端子５３２ｂのチューリップ部分５９２を分離することになる。この動作については、更に詳細に後述する。ワイピング／ブレーキング機能部５８４のブレーキング部分５９６は、電気的に結合された変換端子５３２のチューリップ部分５９２から分離するように、関連する変換端子５３２を押し進める傾斜部を含む。
【０５７２】
結合部分５８６は、導電性材料から構成されており、且つ、結合される変換端子５３２のチューリップ部分５９２に電気的に結合することになる。ジャンパ部分５８８は、特定のコンバータ端子５３４と結合する変換端子５３２を事実上接続するべく、２つの結合部分５８６を電気的に結合する。例えば、内側コンバータ端子５３４ｂ１のジャンパ部分５８８は、Ｃ＋変換端子５３２ｂ３及びＢ−変換端子５３２ｂ５を電気的に結合することになり、外側コンバータ端子５３４ｂ２のジャンパ部分は、Ｂ＋変換端子５３２ｂ２及びＡ−変換端子５３２ｂ４を電気的に結合することになる。
【０５７３】
図５５ａ、図５５ｂ、及び図５５ｃは、２つの異なるコンバータ端子及びワイピング／ブレーキング機能部を更に詳細に示している。
【０５７４】
図５６〜図５８は、電池変換端子５３２ｂ及び電気装置コンバータ端子５３４ｂの結合プロセスを示している。具体的には、図５６ａ及び図５６ｂは、（例えば、コンバータ端子５３４ｂ１が変換端子５３２ｂ３に係合するなどのように）コンバータ端子５３４ｂが、まず、変換端子５３２ｂに係合する際の第１結合フェーズを示している。この結合のフェーズにおいては、（例えば、コンバータ端子５３４ｂ２などの）コンバータ端子５３４ｂのワイピング部分５９０は、（例えば、変換端子５３２ｂ２などの）関連する変換端子５４３ｂのチューリップ部分５９２に結合する。ワイピング部分５９０が変換端子５３２ｂに係合するのに伴って、チューリップ部分５９２は、離れるように広がり、湾曲しうるチューリップ部分５９２の下部セクションは、例えば、Ａ＋変換端子５３２ｂ１などの関連する変換端子５３２ｂのフラットな接触部分５９４に跨って摺動又はワイピングする。このフェーズにおいては、変換端子５３２ｂのチューリップ部分５９２は、関連する変換端子５３２ｂと依然として電気的に結合されており、従って、関連するスイッチは、依然として閉路されている（Ｂ＋変換端子５３２ｂ２及びＡ＋変換端子５３２ｂ１のケースにおいては、これが、スイッチＳ１となろう）。同一の内容が、このフェーズにおける変換端子５３２ｂのすべてに対して当て嵌まる。具体的には、Ｃ＋変換端子５３２ｂ３は、Ａ＋変換端子５３２ｂ１の別の接触部分５９４に跨ってワイピングし、Ｂ−変換端子５３２ｂ５は、Ｃ−変換端子５３２ｂ６の接触部分５９４に跨ってワイピングし、Ａ−変換端子５３２ｂ４は、Ｃ−変換端子５３２ｂ６の別の接触部分５９４に跨ってワイピングする。
【０５７５】
図５７ａ及び図５７ｂは、コンバータ端子５３４がワイピングフェーズを過ぎて進捗した際の第２結合フェーズを示している。この結合のフェーズにおいては、ワイピング／ブレーキング機能部５８４のブレーキング部分５９６の傾斜機能部は、例えば、Ａ＋変換端子５３２ｂ１などの関連する変換端子５３２のワイピング部分５９０と係合し、これにより、例えば、Ｂ＋変換端子５３２ｂ２などの変換端子５３２のチューリップ部分５９２を、関連する変換端子５３２から、この例においては、Ａ＋変換端子５３２ｂ１から、分離する。同時に、Ｂ＋変換端子５３２ｂ２のチューリップ部分５９２は、ブレーキング部分５９６の絶縁部分２００に跨って移動している。図５７ｂに示されているように、破線の電池側には、絶縁部分２００が存在しており、破線の装置側には、コンバータ端子５３４ｂの導電性又は結合部分が存在している。このフェーズにおいては、Ｂ＋変換端子５３２ｂ２及びＣ＋変換端子５３２ｂ３が、Ａ＋変換端子５３２ｂ１から分離した際に、スイッチＳ１及びＳ２が開路し、Ａ−変換端子５３２ｂ４及びＢ−変換端子５３２ｂ５がＣ−変換端子５３２ｂ６から分離した際に、スイッチＳ３及びＳ４が開路する。このフェーズにおいては、電池５４６は、開路状態構成にある。
【０５７６】
開路状態構成を含むことにより、電池は、短絡状態にセルを置くことを回避している。短絡状態にセルを置くことは、電池に対して深刻で有害な影響を及ぼしうるであろう。例えば、セルのすべて又はいくつかが短絡状態に置かれた場合には、大量の放電が発生しうるであろう。
【０５７７】
図５８ａ及び図５８ｂは、コンバータ端子５３４ｂがブレーキングフェーズを越えて、ジャンピングフェーズに進捗した際の第３結合フェーズを示している。この結合のフェーズにおいて、コンバータ端子５３４ｂの結合部分５８６は、変換端子５３２ｂのチューリップ部分５９２に係合する。これが発生するのに伴って、変換端子５３２ｂのうちの１つが、コンバータ端子５３４ｂのジャンパ部分５８８を通じて変換端子５３２ｂの別のものに接続される。これは、直列スイッチを閉路するように機能する。図示の例示的な実施形態においては、Ｂ＋変換端子５３２ｂ２は、外側コンバータ端子５３４ｂ２及び関連するジャンパ部分５８８を通じてＡ−変換端子５３２ｂ４に接続されており、Ｃ＋変換端子５３２ｂ３は、内側コンバータ端子５３４ｂ１及び関連するジャンパ部分５８８を通じてＢ−変換端子５３２ｂ５に接続されている。このフェーズは、スイッチＳ５及びＳ６を閉路する。
【０５７８】
ひとたび電気装置及び電池パックが完全に結合され、且つ、第３結合フェーズが完了したら、セルは、図３７ｂに示されているように、直列の中間定格電圧構成において構成されることになる。
【０５７９】
図５９〜図６７は、変換可能電池パック２０Ａ４の別の代替実施形態を示している。この実施形態は、図５０〜図５８の先の実施形態に類似している。２つの実施形態の間における相違点は、電池端子６３２、特に、変換端子６３２ｂと、電気装置端子６３４、特に、コンバータ端子６３４ｂと、である。図３７及び図５９に示されているように、電池セルの物理的且つ電気的構成は、先の実施形態と同一であり、再度の説明を省略することとする。
【０５８０】
図６０に示されているように、電池端子ブロック６７２は、先の実施形態に類似しており、再度の説明を省略することとする。更には、電池端子６３２ａの第１のサブセット（電力端子及び信号端子を含む）は、先の実施形態と同一であり、再度の説明を省略することとする。図６０及び図６１に示されているように、電池端子６３２ｂの第２のサブセット（変換端子を含む）は、先の実施形態とは異なっており、詳細に説明することとする。
【０５８１】
図６１に示されているように、変換端子６３２ｂの組は、セルの各サブセットの正の端子に電気的に結合された端子と、セルの各サブセットの負の端子に電気的に結合された端子と、を含む。具体的には、第１Ａ＋変換端子６３２ｂ１は、ノードＡ＋に結合しており、第２Ｂ＋変換端子６３２ｂ２は、ノードＢ＋に結合しており、第３Ｃ＋変換端子６３２ｂ３は、ノードＣ＋に結合しており、第４Ａ−変換端子６３２ｂ４は、ノードＡ−に結合しており、第５Ｂ−変換端子６３２ｂ５は、ノードＢ−に結合しており、第６Ｃ−変換端子６３２ｂ６は、ノードＣ−に結合している。図２８に示されているように、変換端子６３２ｂは、フル端子６３２ｂ３、６３２ｂ５、部分端子６３２ｂ１、６３２ｂ６、及び組立体端子６３２ｂ２、６３２ｂ４という３つのタイプの端子を含む。フル端子６３２ｂ３、６３２ｂ５は、単一の端子要素を有し、且つ、端子ブロック６７２の電池側を越えたところから端子ブロック６７２の装置側を越えたところまで延在している。部分端子６３２ｂ１、６３２ｂ６は、端子ブロック６７２の電池側を越えたところから端子ブロック６７２の内部場所までのみ延在している。組立体端子６３２ｂ２、６３２ｂ４は、端子ブロック６７２の電池側を越えたところから端子ブロック６７２の内部場所まで延在する第１組立体端子要素６８０と、端子ブロック６７２の内部場所から端子ブロック６７２の装置側を越えたところまで延在する第２組立体端子要素６８２と、端子ブロック６７２の内部場所から端子ブロック６７２の装置側を越えたところまで延在する第３組立体端子要素６８４と、第２組立体端子要素６８２と第３組立体端子要素６８４との間において位置したスプリング要素６８６と、を含む。組立体端子６３２ｂ２、６３２ｂ４は、更に詳細に後述するスプリング及び支点設計を形成している。この端子構成は、例示を目的としたものに過ぎず、且つ、その他の端子構成及び接続方式が、本開示により想定され包含される。
【０５８２】
この例示的な変換端子構成は、スプリング及び支点設計を利用している。また、第２及び第３組立体端子要素６８２、６８４は、レバー６８２ａ、６８２ｂ、６８４ａ、６８４ｂとも呼称される。レバー６８２、６８４のそれぞれは、結合端部６８８と、接続端部６９０と、を含む。第１端子構成（低定格電圧構成）においては、一方のレバー６８２ａの結合端部６８８は、他方のレバー６８４ａの結合端部６８８に電気的に結合されている。また、端子構成は、各レバー６８２、６８４について、支点６９２を含む。端子ブロックの内部場所における第１組立体端子要素の端部は、第２組立体端子要素６８２用の支点６９２として機能し、且つ、第３組立体端子要素６８４用の支点６９２として機能するべく、別個の支点が、端子ブロック内において形成されている。スプリング要素６８６は、例えば、圧縮スプリングであってもよい。圧縮スプリング６８６は、更に詳細に後述するように、各レバー６８２、６８４の接続端部６９０を関連するフル端子６７４又は部分端子６７６との接触状態において維持している。
【０５８３】
その第１状態（この例示的な実施形態においては、低定格電圧構成）において、Ａ＋変換端子６３２ｂ１は、関連する第１レバー６８２ａを通じてＢ＋変換端子６３２ｂ２に電気的に結合されている。これは、電力スイッチＳ１を形成する。これに加えて、Ｂ＋変換端子６３２ｂ２は、関連する第１レバー６８２ａ及び関連する第２レバー６８４ａを通じてＣ＋変換端子６３２ｂ３に電気的に結合されている。これは、電力スイッチＳ２を形成する。これに加えて、Ａ−変換端子６３２ｂ４は、関連する第１レバー６８２ｂ及び関連する第２レバー６８４ｂを通じてＢ−変換端子６３２ｂ５に電気的に結合されている。これは、電力スイッチＳ３を形成する。これに加えて、Ｂ−変換端子６３２ｂ５は、関連する第１レバー６８２ｂ及び関連する第２レバー６８４ｂを通じてＣ−変換端子６３２ｂ６に電気的に結合されている。これは、電力スイッチＳ４を形成する。
【０５８４】
図６２〜図６４は、電気装置端子ブロック６６２と、電気装置端子６３４と、を示している。装置端子ブロック６６２は、先の実施形態の端子ブロック５６２に類似しており、再度の説明を省略することとする。装置の電力及び信号端子６３４ａは、先の実施形態の電力及び信号端子６３４ａに類似しており、再度の説明を省略することとする。コンバータ端子６３４ｂは、ブレーキング機能部６９４と、結合部分６９６と、ジャンパ部分６９８と、を含む。コンバータ端子６３４ｂは、内側端子６３４ｂ１と、外側端子６３４ｂ２と、を含む。
【０５８５】
図６５は、第１構成（この例においては、低定格電圧構成）における変換端子６３２ｂと、変換端子６３２ｂと結合する直前のコンバータ端子６３４ｂと、を示している。この構成においては、Ａ＋変換端子６３２ｂ１は、Ｂ＋変換端子６３２ｂ２に電気的に結合されており、Ｂ＋変換端子６３２ｂ２は、Ｃ＋変換端子６３２ｂ３に電気的に結合されている。従って、電力スイッチＳ１及びＳ２は、閉路された状態にある。これに加えて、Ａ−変換端子６３２ｂ４は、Ｂ−変換端子６３２ｂ５に電気的に結合されており、Ｂ−変換端子６３２ｂ５は、Ｃ−変換端子６３２ｂ６に電気的に結合されている。従って、電力スイッチＳ３及びＳ４は、閉路された状態にある。更には、電力スイッチＳ５及びＳ６は、事実上、開路状態にある。この構成においては、セル６４８のＡ、Ｂ、Ｃサブセットは、並列状態において電気的に結合されている。
【０５８６】
図６６に示されているように、第１結合フェーズにおいては、コンバータ端子６３４ｂ２は、結合方向（矢印Ａ）において移動し、且つ、まず、レバー６８２、６８４に係合し、且つ、変換端子６３２ｂの間の接続を切る。具体的には、外側コンバータ端子６２４ｂ２上におけるブレーキング機能部６９４（結合部分から電気的に隔離されており、且つ、絶縁材料又は導電性材料であってもよい）が、レバー６８２、６８４に係合する際に、レバー６８２、６８４の結合端部６８８は、離れるように強制される。結合端部６８８が、離れるように強制されるのに伴って、各レバー６８２、６８４と関連する支点６９２は、レバー６８２、６８４の接続端部６９０が、圧縮スプリング６８６の力に抗して互いに向かって移動することを可能にする。レバー６８２、６８４の接続端部６９０が、互いに向かって移動するのに伴って、レバー６８２、６８４の接続端部６９０と、部分変換端子６３２ｂ１、６３２ｂ６及ぶフル変換端子６３２ｂ３、６３２ｂ５と、の間における電気接続が切られる。具体的には、外側コンバータ端子６３４ｂ２のブレーキング機能部２９４ａがレバー６８２ａ、６８４ａの第１の組と係合する際に、第１レバー６８２ａの接続端部６９０の間における接続がＡ＋変換端子６３２ｂ１から分離し、第２レバー６８４ａの接続端部６９０がＣ＋変換端子６３２ｂ３から分離する。これは、電力スイッチＳ１及びＳ２を開路するように機能する。また、外側変換端子６３４ｂ２のブレーキング機能部６９４ｂが、レバー６８２ｂ、６８４ｂの第２ペアと係合する際に、第３レバー６８２ｂの接続端部６９０の間における接続がＣ−変換端子６３２ｂ６から分離し、第４レバー６８４ｂが、Ｂ−変換端子６３２ｂ５から分離する。これは、電力スイッチＳ３及びＳ４を開路するように機能する。このフェーズにおいては、電池は、開路状態構成にある。
【０５８７】
図６７に示されているように、第２結合フェーズにおいては、コンバータ端子６３４ｂは、外側コンバータ端子６３４ｂ２の導電性結合部分２９６が、レバー６８２、６８４の結合端部６８８に係合し、且つ、内側コンバータ端子６３４ｂ１の導電性結合部分２９６が、フル端子６３２ｂ３、６３２ｂ５の結合端部６７４と係合する時点まで、結合方向（矢印Ａ）において継続的に移動し、且つ、更にレバー６８２、６９４と係合する。このフェーズにおいては、２つの組立体端子６３２ｂ２、６３２ｂ４が電気的に接続されており、２つのフル端子６３２ｂ３、６３２ｂ５が電気的に接続されている。換言すれば、Ａ−変換端子６３２ｂ４は、Ｂ＋変換端子６３２ｂ２に電気的に接続されており、Ｂ−変換端子６３２ｂ５は、Ｃ＋変換端子６３２ｂ３に電気的に接続されている。これは、電力スイッチＳ５及びＳ６を閉路するように機能する。これは、セルのＡ、Ｂ、Ｃサブセットを直列状態に置き、電池を中間定格電圧構成に置く。
【０５８８】
電池パックハウジング内に存在している電池セルの上述の構成は、電池を第１電池構成に置く第１セル構成から電池を第２電池構成に置く第２セル構成に双方向に変更されてもよい。第１電池構成においては、電池は、低定格電圧／高容量電池であり、第２電池構成においては、電池は、中間定格電圧／低容量電池である。換言すれば、変換可能電池パックは、例えば、低定格電圧及び中間定格電圧などの複数の定格電圧を有する能力を有する。上述のように、低及び中間は、相対的な用語であり、変換可能電池パックを特定の電圧に限定することを意図したものではない。意図は、単純に、変換可能電池パックが、低定格電圧を有する第１電動工具及び中間定格電圧を有する第２電動工具と共に動作することが可能であり、ここで、中間は、単に低よりも大きいことを示すというものである。これに加えて、複数の変換可能電池パックは、高定格電圧を有する第３電動工具と共に動作することも可能である（高定格電圧は、単に中間定格電圧よりも高い定格電圧である）。
【０５８９】
図６８は、変換可能電池パック２０Ａ４の別の例示的な実施形態を示している。変換可能電池パック２０Ａ４は、ハウジング７１２を含む。変換可能電池パック２０Ａ４は、例えば、電池パックハウジング７１２を形成するべく１つに結合される上部部分７１４及び下部部分７１６、又は、電池パックハウジング７１２を形成するべく上部部分７１５と結合される２つの側部部分７１３などのように、電池パックハウジング７１２を生成するための様々な代替構成を含みうる。構造とは無関係に、電池パックハウジング７１２は、内部空洞７１８を形成することになる。電池パックハウジング７１２を形成するためのその他の構成が、本開示により想定され包含される。電池パックハウジング７１２は、例えば、電動工具１０又は電池充電器３０などの電気装置の対応した電池パックインターフェイス７２２と機械的に結合するための電気装置インターフェイス７２０を含む。図示の例示的な実施形態においては、電気装置インターフェイス７２０は、レール７２４のペアと、溝７２６のペアと、を含むレール及び溝システムを含む。その他のタイプのインターフェイスが、本開示により想定され包含される。また、電気装置インターフェイス７２０は、変換可能電池パック２０Ａ４を電気装置１０／３０に取り付けるためのラッチシステム７２８を含んでもよい。
【０５９０】
また、電池パックハウジング７１２は、電池パックハウジング７１２の上部部分７１４内において複数のスロット７３０を含む。スロット７３０は、電池パックハウジング７１２のその他の部分内において位置してもよい。複数のスロット７３０は、スロット７３０の組を形成している。複数のスロット７３０は、複数の電池端子７３２に対応している。複数の電池端子７３２は、電池端子７３２の組を形成している。また、複数のスロット７３０は、電気装置の複数の端子７３４にも対応している。複数の電気装置端子７３４は、電気装置端子７３４の組を形成している。電気装置端子７３４は、更に詳細に後述するように、電池端子スロット７３０によって受け入れられ、且つ、電池端子７３２と係合及び結合する。
【０５９１】
従来の電池パック及び電気装置は、電力端子と、信号端子と、を含む。電力端子は、電力レベル電圧及び電流を電池パックと電気装置との間において転送する。これらのレベルは、装置及び用途に応じて、約９Ｖ〜約２４０Ｖ及び１００ｍＡ〜２００Ａの範囲であってもよい。これらの端子は、通常、Ｂ＋及びＢ−端子と呼称される。これに加えて、これらの端子は、通常、上述の電圧及び電流レベルと関連した電力（Ｗ）要件を取り扱うべく、より高い導電率グレードの材料から構成されている。信号端子は、信号レベル電圧及び電流を電池パックと電気装置との間において転送する。これらのレベルは、通常、装置及び用途に応じて、０Ｖ〜３０Ｖ及び０Ａ〜１０ｍＡの範囲である。これらの端子は、高電力（Ｗ）レベルの取扱いを必要としていないことから、より低い導電率グレードの材料から構成されてもよい。
【０５９２】
また、本発明のこの実施形態においては、電池パックハウジング７１２は、電池端子スロット７３０の両側において電池パックハウジング７１２の上部部分７１４に沿って延在する変換スロット又は軌道７３６のペアを含む。図示の例示的な実施形態においては、軌道７３６は、電池パックハウジング７１２の（図１において示されている向きにおいて）前方のエッジ又は表面７３８から電池パックハウジング７１２の上部部分７１４の中央部分７４０まで延在している。各軌道７３６は、電池パックハウジング７１２の上部部分７１４内の貫通孔７４２において終端している。貫通孔７４２は、電池パックハウジング７１２の外部表面から内部空洞７１８まで延在している。図示の実施形態においては、貫通孔７４２は、電動工具インターフェイスのレール７２４の前面において、且つ、電池パックハウジングスロット７３０に隣接した状態において、位置している。変換スロット７３０及び貫通孔７４２は、電池パックハウジング７１２のその他の部分において位置してもよい。代替実施形態は、より多くの又は少ないスロット７３０を含みうる。
【０５９３】
図６９、図７０、及び図７１は、例示的な電池パックインターフェイス７２２を示しており、この例においては、変換可能電池パック２０Ａ４と結合する電動工具１０のものを示している。電池パックインターフェイス７２２は、上述の電動工具インターフェイスと機械的に結合するレール及び溝のペアを含む。また、電池パックインターフェイス７２２は、電気装置端子ブロック７２３を含む。電気装置端子ブロック７２３は、電気装置端子７３４を保持している。また、電池パックインターフェイス７２２は、変換要素又は突起７４６のペアを含む。電気装置の例示的な代替実施形態は、より多くの又は少ない変換要素７４６を含んでもよく、且つ、本開示により想定され包含される。例示的な実施形態においては、変換要素７４６は、電池パックインターフェイス７２２から下方に延在しうる単純な突起又は突出部であってもよい。変換要素７４６は、対応した電池パック変換スロット７３０内において受け入れられるように、サイズ設定及び位置決めされている。変換可能電池パック２０Ａ４は、コンバータ要素７５０を含む。コンバータ要素は、コンバータ要素７５０から延在するコンバータ要素突起７４８のペアを含む。電池パックインターフェイス７２２が、結合方向（矢印Ａによって示されている）において、電気装置インターフェイス７２０との結合係合状態に摺動するのに伴って、変換要素７４６は、対応した変換スロット７３０内において受け入れられ、且つ、これに沿って摺動する。結合プロセスにおける特定の時点において、更に詳細に後述するように、変換突起７４６は、コンバータ要素突起７４８と係合することになる。結合プロセスが結合方向において継続するのに伴って、変換要素７４６は、結合方向において移動又は摺動するように、コンバータ要素突起７４８を、且つ、その結果、コンバータ要素７５０全体を、押し進めることになる。
【０５９４】
図７２〜図７４において示されているように、電池７５２の例示的な実施形態は、複数の電池セル７５４を含む。また、電池７５２は、１つのセルのセル端子７５８を別のセルのセル端子７５８に電気的に接続し、且つ／又は、セルの端子を主印刷回路基板（ＰＣＢ）７６０に、又はＰＣＢに接続するフレキシブル印刷回路に、又は電気接続を収容するなんらかのその他のタイプの支持基板７６１に、接続するための電気カプラを提供する、ストラップ又はワイヤなどの複数のセル相互接続７５６を含む。また、１つ又は複数の電気装置に結合するためのラッチシステムも示されている。また、電池７５２は、端子ブロック７６２と、電池端子７３２と、を含む。更に詳細に後述するように、部分的に、リボンケーブル７６３などのコネクタにより、一端において、電池端子７３２は、電気装置端子７３４に電気的に結合するように構成されており、別の端部において、電池端子７３２は、電池セル７５４に電気的に結合されている。
【０５９５】
図７５ａ及び図７５ｂは、例示的な変換可能電池２０Ａ４の側面図を示している。セルホルダ７６４内における特定のセル配置は、セルのサブセット内のセルの系統の最も負及び最も正の位置におけるセルの正及び負の端子が、ＰＣＢ７６０と、支持基板７６１と、に最も近接した状態において配置されることを許容するべく、容易なストラップ接続を許容しており、これは、ＰＣＢ７６０及び支持基板７６１に対するセルのサブセットの正及び負の端子の間における容易な接続を許容する。具体的には、図７５ａに示されているように、端子Ａ１−（セルのＡ系統のＡ−端子に対応している）、Ｂ１−（セルのＢ系統のＢ−端子に対応している）、及びＣ１−（セルのＣ系統のＣ−端子に対応している）は、ＰＣＢ７６０又は支持基板７６１において又はＰＣＢ７６０又は支持基板７６１の近傍においてセルホルダ７６４内において物理的に位置している。端子Ａ１−、Ｂ１−、及びＣ１−に関して、これらの端子は、クラスタの最上部に位置しており、関連するストラップは、非常に短くてもよく、且つ、ＰＣＢ７６０又は支持基板７６１に対して直接的なものであってもよい。図７５ｂに示されているように、端子Ａ５＋（セルのＡ系統のＡ＋端子に対応している）、Ｂ５＋（セルのＢ系統のＢ＋端子に対応している）、及びＣ１＋（セルのＣ系統のＣ＋端子に対応している）は、ＰＣＢ７６０及び支持基板７６１において又はＰＣＢ７６０及び支持基板７６１の近傍においてセルホルダ７６４内において物理的に位置している。端子Ｂ５＋及びＣ５＋に関して、これらの端子は、クラスタの最上部において位置しており、関連するストラップは、非常に短くてもよく、且つ、ＰＣＢ７６０又は支持基板７６１に対して直接的なものであってもよい。Ａ５＋に関して、この端子は、クラスタの最上部に近接しており、関連するストラップは、単一のセル端子７５８（Ａ１＋）を越えて延在し、且つ、ＰＣＢ７６０又は支持基板７６１に接続している。この構成により、これらの電池セル端子７５８と接触パッド７６６の組との間の接続は、その他の構成におけるものよりも容易に実施することができる。従来のセルレイアウトは、セルの別個の系統内のセルを単一の平面内において（通常、パックが水平方向表面上において配置される際には、水平方向平面内において）配置しており、且つ、セルの隣接する系統は、ほぼ垂直方向に沿って互いに隣接した状態にある。本開示のセルレイアウトは、セルの別個の系統のセルが、ほぼ垂直方向のグループ分け状態にあり、且つ、セルの隣接した系統が、ほぼ水平方向に沿って互いに隣接しているという点において、従来のものとは異なっている。
【０５９６】
以下、電池７５２が低定格電圧から中間定格電圧構成に変換される方式について更に詳細に説明することとする。「低」及び「中間」という用語は、低定格電圧構成が、中間定格電圧構成よりも小さい定格電圧を有し、中間定格電圧構成が、低定格電圧構成よりも大きい定格電圧を有するという点において、相対的な用語となることを意図したものに過ぎないことを理解されたい。
【０５９７】
図７６ａ、図７６ｂは、変換可能電池パック２０Ａ４の例示的な実施形態の例示的な電池７５２の簡略化された回路図を示している。
【０５９８】
本発明においては、変換可能電池パック２０Ａ４は、低定格電圧構成と中間定格電圧構成との間において変換可能である。例示を目的としてのみ、低定格電圧は、２０ボルトであってもよく、中間定格電圧は、６０ボルトであってもよい。その他の電圧が、本開示により想定され包含される。図７６ａに示されているように、電池７５２は、セルの３つの系統（Ａ系統、Ｂ系統、及びＣ系統）を含み、各系統は、５つの電池セル７５４を含む。その他の例示的な代替実施形態は、より少ない又は多い系統及び／又はより少ない又は多い系統当たりのセルを含みうる。セルの各系統は、例えば、Ａ＋、Ｂ＋、Ｃ＋などの正の端子と、例えば、Ａ−、Ｂ−、Ｃ−などの負の端子と、を含む。各セルは、系統及び系統内のその位置によって表記され、例えば、ＣA1は、負から正に系統内において移動する際に、Ａ系統内の第１セルであり、ＣC5は、負から正に移動する際にＣ系統内の第５セルである。この表記法は、例示を目的としたものに過ぎず、同一の効果を目的として、その他の表記法が使用されてもよい。隣接するセルの間の電池セルノード（又は、単にセルノード）は、系統及び系統内におけるその位置によって表記され、例えば、Ａ２は、セルＣA2とセルＣA3との間におけるＡ系統内のセルノードである。そして、Ｂ３は、セルＣB3とセルＣB4との間におけるＢ系統内のセルノードである。また、電池７５２は、複数のスイッチ（スイッチングネットワークとも呼称される）を含む。複数のスイッチは、機械的スイッチ、電子的スイッチ、若しくは電気機械的スイッチ、又は、これらの任意の組合せであってもよい。また、電池７５２は、電力を、通常は信号端子である、端子を通じて転送するための接続を含む。これらの特別の端子及び／又はこれらの特別な端子に対する接続は、図７６ａ及び図７６ｂの概略図においては、ＢＴ１及びＢＴ３というラベルが付与されたブロックによって表記されている。これらの接続及び端子については、更に詳細に後述することとする。
【０５９９】
変換可能電池パック２０Ａ４が、低定格電圧状態にある際には（いずれの電気装置にも接続されていないか、又は、低定格電圧電気装置に接続されている際には）、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、及びＳＷ４は、閉路された状態にあり、スイッチＳＷ５、ＳＷ６、及びＳＷ７は、開路された状態にある。変換可能電池パック２０Ａ４が、中間定格電圧状態にある際には（中間定格電圧電気装置に結合されている際には）、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、及びＳＷ４は、開路された状態にあり、スイッチＳＷ５、ＳＷ６、及びＳＷ７は、閉路された状態にある。また、中間定格電圧電気装置１０Ａ２は、変換可能電池パック２０Ａ４から電気装置の電力負荷に電力を転送するように構成された従来の端子７３４ａの第１の組（又は、電気装置端子７３４のサブセット）に加えて、電力を転送するための端子７３４ｂの第２の組（又は、電気装置端子７３４のサブセット）を含むことになる。従来の電気装置の電力端子は、通常、ＴＯＯＬ＋及びＴＯＯＬ−端子と呼称され、且つ、通常は、それぞれ、ＢＡＴＴ＋及びＢＡＴＴ−端子と呼称される電池電力端子に結合する。工具電力端子の第２の組及び／又は電動工具端子の第２の組への接続は、ＴＴ１及びＴＴ３というラベルが付与されたブロックによって表記されており、これらのブロックの間における接続は、導電性ワイヤなどの単純な電気接続であってもよい。これらのスイッチ及び特別な端子については、更に詳細に後述することとする。
【０６００】
図７７〜図８５に示されているように、変換サブシステム７７２は、図７６ａ及び図７６ｂに示されていると共に上述したスイッチＳＷ１〜ＳＷ７を事実上開路及び閉路するべく、セル系統端子の間における接続を生じさせる及び切る。変換サブシステム７７２は、変換メカニズムカバー７６５と、コンバータ要素７５０と、を含む。図７７〜図７９は、図６８〜図７１の変換可能電池パック２０Ａ４の例示的な実施形態のコンバータ要素７５０（変換カード、スライダ、又はスライダカードとも呼称される）の例示的な一実施形態を示している。
【０６０１】
コンバータ要素７５０は、支持構造、基板、又はハウジング７７４を含む。支持構造７７４は、プラスチック材料又は後述する機能を提供する任意のその他の材料から構成されてもよい。図示の例示的な実施形態においては、コンバータ要素支持構造は、Ｕ字の形状を有している。更に詳しくは、コンバータ要素支持構造は、２つの平行脚部７７６と、平行脚部７７６を接続するクロスバー７７８と、を含む。コンバータ要素７５０は、その他の形状を有してもよい。コンバータ要素７５０は、突起７８０のペアを含む。コンバータ要素突起７４８は、コンバータ要素支持構造の上部表面７８２から延在している。突起のうちの１つは、各平行脚部７７６の表面から延在してもよい。コンバータ要素７５０は、より多くの又は少ない突起を含みうる。各突起は、貫通孔７４２のうちの１つを通じて、且つ、関連する軌道７３６内に、延在している。コンバータ要素７５０が第１位置にある際には、図７７ａに示されているように、且つ、後述するように、突起は、対応した貫通孔の第１端部において位置している。コンバータ要素７５０が第２位置にある際には、図７７ｂに示されているように、且つ、後述するように、突起は、対応した貫通孔の第２端部において位置している。
【０６０２】
また、コンバータ要素７５０は、複数のスイッチ接点（ＳＣ：Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  Ｃｏｎｔａｃｔ）７８４を含む。複数のスイッチング接点７８４は、スイッチング接点７８４の組を形成している。コンバータ要素７５０の図示の例示的な実施形態においては、接点の組は、相対的に高い電力電流を転送することになるという点において、電力接点である。また、支持構造は、下部表面を含む。電力接点の組は、クロスバーの下部表面から延在している。
【０６０３】
また、変換サブシステム７７２は、圧縮スプリング７８６のペアを含む。例示的な代替実施形態は、より多くの又は少ないスプリング７８６、その他のタイプのスプリング、及び／又は異なる場所において位置したスプリングを含んでもよく、本開示により想定され包含される。各平行脚部は、スプリング接続突起７８８を含む。各圧縮スプリングの第１端部は、対応したスプリング接続突起７８８に装着されている。各圧縮スプリングの第２端部は、支持基板に結合されている。圧縮スプリング７８６は、図７７ａにおいて示されているように、コンバータ要素７５０を第１位置に押し進めるように構成されている。電気装置１０Ａ２／１０Ａ３／１０Ｂが、結合方向において、変換可能電池パック２０Ａ４と結合し、且つ、電気装置変換要素７４６が、コンバータ要素突起７４８と係合するのに伴って、コンバータ要素７５０は、その第１位置（図７７ａに示されている）から移動し、且つ、スプリング７８６に抗して動作するように強制され、これにより、スプリング７８６を圧縮する。電気装置１０Ａ２／１０Ａ３／１０Ｂが変換可能電池パック２０Ａ４と完全に結合した際に、コンバータ要素７５０は、第１位置から第２位置に移動していることになり、スプリング７８６は、その完全圧縮状態にある（図７７ｂに示されている）。電気装置１０Ａ２／１０Ａ３／１０Ｂが、変換可能電池パック２０Ａ４から装着解除された際に、スプリング７８６は、第２位置（図７７ｂに示されている）から第１位置（図７７ａに示されている）に移動するようにコンバータ要素７５０を押し進める。また、電池７５２は、更に詳細に後述するように、例えば、変換サブシステムとセルとの間において、及び／又は、変換サブシステムに隣接した状態において、ＰＣＢ７６０及び／又はなんらかのその他のタイプの絶縁支持基板を含みうる。
【０６０４】
図７９ｂ及び図７９ｄは、コンバータ要素７５０の第２面（又は、裏面）を示している。図７９ｃは、コンバータ要素７５０の側面図を示しており、図７９ａは、コンバータ要素７５０の平面等角図を示している。
【０６０５】
図８１及び図８２は、複数の電力トレース７９０と、得られる接触パッド７６６と、を含む例示的な支持基板７６１を製造するためのプロセスを示している。図８１ａに示されているように、特定のトレースレイアウト７９１は、例えば、厚さが０．５ｍｍのＣ１８０８０銅などの材料のシートから切り出される。図８１ａは、材料のシートから切り出された３つのトレース７９０を示している。接触パッド及び端子フラグの特定の望ましいレイアウトに応じて、代替レイアウトを有する代替数の（より少ない又は多い）トレースが、材料から切り出されてもよい。これに代わる数のレイアウト及びレイアウトの構成が、本開示により、想定され包含される。図８１ｂに示されているように、ひとたびトレース７９０が切り出されたら、材料は、端子フラグのグループを提供するように、折り曲げられる。図８１ｃに示されているように、ひとたびトレース７９０が折り曲げられたら、これらは、射出成形金型（簡潔さを目的として図示されていない）内において配置される。具体的には、トレース１が金型内において配置され、次いで、トレース２が金型に追加され、次いで、トレース３が金型に追加される。図８１ｄに示されているように、その後に、プラスチックが、金型内に、例えば、約１．５ｍｍの厚で、射出される。図８１ｄに示されているように、射出成形金型構成の結果として、電力トレース７９０の一部分は、複数の接触パッド７６６の形態において、露出した状態で留まっている。支持部を製造するべく、その他の製造プロセスが使用されてもよい。任意の製造プロセスによって支持基板７６１を提供することが、本開示により想定され包含される。
【０６０６】
図８２は、支持基板７６１が射出成形金型から除去された後の支持基板７６１を示しており、この場合に、支持基板７６１の外側表面は、埋め込まれた電力レース７９０を観察するように、透明であるものとして示されている。ひとたび支持基板７６１が射出成形金型から除去されたら、単一の電力トレース７９０が、対応した電池ストラップ７９８に結合するための単一の電力トレースカプラ７９６に接続されるように、単一のトレースレイアウト７９１から複数の電力トレース７９０を生成するべく、支持基板孔７９４が、予め定義された場所において打ち抜かれる。例えば、Ａ＋電力トレース７９２ａは、露出したＡ＋接触パッド７６６を残し、且つ、Ａ＋電池ストラップカプラ８００ａ（これは、ＣA5正端子に接続されている）に結合するためのＡ＋セル電力トレースカプラ７９６ａを含む。また、図８２は、ＢＴ１電力トレース７９０ｇ及び露出した接触パッド７６６及びＢＴ１フラグ７９２ａと、ＢＴ３電力トレース７９０ｈ及び露出した接触パッド７６６及びＢＴ３フラグ７９２ｂと、を示している。これらについては、更に詳細に後述することとする。一方のトレース７９０が他方のトレース７９０とオーバーラップしている場合には、レイアウトは、トレース７９０が（支持基板７６１に関して）異なる高さに位置するように、構成され、これは、射出成形された材料がトレース７９０の間において位置することを可能にし、これにより、オーバーラップしているトレース７９０を電気的に絶縁することができる。接触パッド７６６を生成するべく、その他の製造プロセスが使用されてもよい。例えば、接触パッド７６６は、ＰＣＢ上において生成することができよう。支持基板７６１は、リボンケーブル７６３を収容するべく、スロット７９３を含む。
【０６０７】
図８３は、支持基板７６１と、複数の接触パッド７６６と、を示している。複数の接触パッド７６６は、接触パッド７６６の組を形成している。複数の接触パッド７６６は、導電性要素である。複数の接触パッド７６６のそれぞれは、電力トレース７９０（支持基板７６１の材料内において埋め込まれており、且つ、更に詳細に後述する）及びセルカプラにより、特定の電池セル系統の特定の端子に電気的に接続可能である。支持基板７６１は、各電力トレースカプラ７９６が、対応した電池ストラップカプラ８００と整列され、且つ、対応した電池ストラップカプラ８００に結合するように、セルホルダ７６４上において配置されている。電力トレースカプラ７９６は、溶接又はなんらかのその他の接続技法により、電池ストラップカプラ８００に接続されている。また、図８３は、例示的な接触パッドレイアウトをも明瞭に示している。接触パッド７６６（Ａ＋、Ｂ＋、Ｃ＋、Ａ−、Ｂ−、Ｃ−）の第１の組の接触パッド７６６のそれぞれは、表記されているセル系統端子に電気的に結合されており、具体的には、Ａ＋接触パッド７６６は、セルのＡ系統のＡ＋端子に電気的に結合されており、Ｂ＋接触パッド７６６は、セルのＢ系統のＢ＋端子に電気的に結合されており、Ｃ＋接触パッド７６６は、セルのＣ系統のＣ＋端子に電気的に結合されており、Ａ−接触パッド７６６は、セルのＡ系統のＡ−端子に電気的に結合されており、Ｂ−接触パッド７６６は、セルのＢ系統のＢ−端子に電気的に結合されており、Ｃ−接触パッド７６６は、セルのＣ系統のＣ−端子に電気的に結合されている。
【０６０８】
更には、図７３を更に参照すれば、Ａ＋接触パッド７６６は、ＢＡＴＴ＋／Ａ＋フラグ及び関連する電力トレースを介してＢＡＴＴ＋電池端子に電気的に結合されており、Ｃ−接触パッド７６６は、ＢＡＴＴ−／Ｃ−フラグ及び関連する電力トレースを介してＢＡＴＴ−電池端子に電気的に結合されている。接触パッド７６６（ＢＴ１、ＢＴ３）の第２の組の各接触パッド７６６は、関連する電力トレースを介して表記された電池端子グラグに電気的に結合されており、図７３に示されているように、各電池端子フラグは、対応した電池端子に電気的に結合されている（ＢＴ１フラグは、電池端子ＢＴ１に結合されており、ＢＴ３フラグは、電池端子ＢＴ３に結合されている）。従って、ＢＴ１接触パッド７６６は、ＢＴ１電池端子に電気的に結合されており、ＢＴ３接触パッド７６６は、ＢＴ３電池端子に電気的に結合されている。
【０６０９】
この例示的な実施形態においては、複数の接触パッド７６６は、コンバータ要素のスイッチング接点７８４が、支持基板７６１に沿って摺動し、且つ、スイッチング接点７８４が、別個の接触パッド７６６の間における接続を切る及び生じさせることを可能にする（これにより、事実上、図７６ａ及び図７６ｂを参照して上述した電力スイッチＳＷ１〜ＳＷ７を開路及び閉路する）。このプロセスについては、更に詳細に後述する。
【０６１０】
図８４は、例示的な電池７５２を更に詳細に示している。電池７５２は、変換サブシステム７７２を含む。変換サブシステム７７２は、支持基板７６１と、コンバータ要素７５０と、を含む。図８４は、複数の接触パッド７６６と、コンバータ要素スイッチング接点７８４と、を示しているが、コンバータ要素ハウジングを伴わない。上述のように、例示的な電池７５２は、接触パッド７６６の第１のサブセットを支持基板７６１上において含んでいる。図８４ａ及び図８４ｂに示されている接触パッド構成は、例示的な構成である。例示的な代替実施形態は、その他の接触パッド構成を含んでもよく、本開示により想定され包含される。
【０６１１】
また、図８４ａ及び図８４ｂを参照すれば、この例示的な実施形態においては、主ＰＣＢ７６０は、複数の接触パッド７６６を有してもよい。これらの接触パッド７６６は、電池信号端子を電池セルノードに結合している。具体的には、主ＰＣＢ７６０は、ＢＴ１、ＢＴ２、ＢＴ３、及びＢＴ４接触パッド７６６を含む。また、電池７５２は、例えば、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、及びＣ４などの電池セルノードを主ＰＣＢ７６０上の対応した接触パッド７６６に接続する複数の検知ワイヤ８０６（図７３及び図７４に示されている）を含む。セルノード接触パッド７６６は、直接的又は間接的に、対応した電池端子接触パッド７６６に電気的に結合されている。具体的には、（１）検知ワイヤは、Ｃ２電池セルノードを主ＰＣＢ７６０上のＣ２セルノード接触パッド７６６に結合しており、主ＰＣＢ７６０上のＣ２セルノード接触パッド７６６は、ＢＴ２電池端子接触パッド７６６に結合されており、ＢＴ２電池端子接触パッド７６６は、例えば、リボンケーブルを通じて、ＢＴ２電池端子に結合されており、（２）検知ワイヤは、Ｃ４電池セルノードを主ＰＣＢ７６０上のＣ４セルノード接触パッド７６６に結合しており、主ＰＣＢ７６０上のＣ４セルノード接触パッド７６６は、ＢＴ４電池端子接触パッド７６６に結合されており、ＢＴ４電池端子接触パッド７６６は、リボンケーブルを介してＢＴ４電池端子に結合されている。そして、（１）検知ワイヤは、Ｃ１電池セルノードを主ＰＣＢ７６０上のＣ１セルノード接触パッド７６６に結合しており、主ＰＣＢ７６０上のＣ１セルノード接触パッド７６６は、スイッチＳ１に結合されており、更に詳細に後述するように、スイッチＳ１の状態に応じて、Ｃ１セルノード接触パッド７６６は、ＢＴ１電池端子接触パッド７６６に結合されてもよく、ＢＴ１電池端子接触パッド７６６は、ＢＴ１フラグにより、ＢＴ１電池端子に結合されてもよく、（２）検知ワイヤは、Ｃ３電池セルノードを主ＰＣＴ７６０上のＣ３セルノード接触パッド７６６に結合しており、主ＰＣＢ７６０上のＣ３セルノード接触パッド７６６は、スイッチＳ２に結合されており、更に詳細に後述するように、スイッチＳ２の状態に応じて、Ｃ３セルノード接触パッド７６６は、ＢＴ３電池端子接触パッド７６６に結合されてもよく、ＢＴ３電池端子接触パッド７６６は、ＢＴ３フラグにより、ＢＴ３電池端子に結合されている。代替実施形態においては、主ＰＣＢ７６０上の接触パッド７６６は、単に、電気接続であってもよい。例えば、セルノード接触パッド７６６は、単に、検知ワイヤが主ＰＣＢに接続する場所であってもよく、電池端子接触パッド７６６は、単に、リボンケーブルに接続するための主ＰＣＢ７６０上の接続場所であってもよく（ＢＴ２及びＢＴ４電池端子接触パッド７６６の場合）、セルノード接続場所と電池端子接続場所との間における接続は、単に、主ＰＣＢ７６０上のトレースであってもよい。
【０６１２】
本開示において記述されている変換可能電池パックなどの変換可能電池パック２０Ａ４の非常に重要な品質は、電池パックが正しい時点において適切な動作構成にあるという点にある。換言すれば、変換可能電池パック２０Ａ４が、中間定格電圧電気装置から除去され、且つ、次いで、低定格電圧電気装置又は低定格電圧充電器内において配置された後に、変換可能電池パック２０Ａ４が、中間定格電圧構成に留まることを要する場合には、電池パック２０Ａ４、電気装置、及び／又は充電器が損傷される可能性があり、又は、なんらかのその他のタイプの望ましくないイベントが発生しうるであろう。変換可能電池パック２０Ａ４が中間定格電圧を低定格電圧電気装置１０Ａ１に転送できないことを保証するべく、変換可能電池パック２０Ａ４は、中間定格電圧が、中間定格電圧を使用して動作するように設計されていない装置に転送されることを防止する機能を含む。具体的には、中間定格電圧構成に置かれた際に、変換可能電池パック２０Ａ４は、電力を電気装置に電池電力端子（ＢＡＴＴ＋及びＢＡＴＴ−）及び工具電力端子（ＴＯＯＬ＋及びＴＯＯ−）を通じて転送することに加えて、少なくとも電池信号端子のペア及び工具電力端子の第２のペアを通じて更に電力を電気装置に転送することになり、この場合に、工具電力端子の第２ペアは、ジャンパ８１２（短絡バーとも呼称される）を通じて工具端子ブロック７２３内において互いに結合されている。
【０６１３】
図８４ａ及び図８４ｂは、低定格電圧構成と、中間定格電圧構成と、をそれぞれ示している。図８４ｃは、主ＰＣＢ７６０上の電池端子接触パッド７６６並びにスイッチＳ１及びＳ２の簡略化された回路図を示している。
【０６１４】
図８４ａ及び図８４ｃを参照し、低定格電圧構成について説明することとする。図６７の例示的な変換可能電池パック２０Ａ４が電気装置に結合されていない際には、又は、これが低定格電圧電動工具１０Ａ１若しくは充電器３０に結合されている際には、変換可能電池パック２０Ａ４は、低定格電圧構成にある。この低定格電圧構成にある際には、第１コンバータ要素スイッチング接点（ＳＣ１）は、Ａ＋接触パッド７６６とＢ＋接点とを電気的に結合しており、第２コンバータ要素スイッチング接点（ＳＣ２）は、Ａ＋接触パッド７６６とＣ＋接触パッド７６６とを電気的に結合しており、第３コンバータ要素スイッチング接点（ＳＣ３）は、Ｃ−接触パッド７６６とＡ−接触パッド７６６を電気的に結合しており、第４コンバータ要素スイッチング接点（ＳＣ４）は、Ｃ−接触パッド７６６とＢ−接触パッド７６６とを電気的に結合している。これは、事実上、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、及びＳＷ４（図７６ａ及び図７６ｂに示されている）を閉路された状態に置き、ＢＴ接触パッド７６６とＡ−接触パッド７６６との間又はＢＴ３接触パッド７６６とＢ＋接触パッド７６６との間には、接続が存在していないことから、これは、事実上、スイッチＳＷ５、ＳＷ６、及びＳＷ７（図７６ａ及び図７６ｂに示されている）を開路された状態に置く。従って、セルのＡ系統、セルのＢ系統、及びセルのＣ系統の正の端子は、すべて、ＢＡＴＴ＋電池端子に電気的に接続及び結合されており、セルのＡ系統、セルのＢ系統、及びセルのＣ系統の負の端子は、すべて、ＢＡＴＴ−電池端子に電気的に接続及び結合されている。従って、セルの系統は、すべて並列状態にある。
【０６１５】
図８４ｃを参照し、電子的スイッチＳ１及びＳ２について説明することとする。まず、Ｑ１１及びＱ２１は、ｐ−チャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタであり、Ｑ１２及びＱ２２は、ｎ−チャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタであることに留意されたい。一般に、ｐ−チャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタの場合には、ゲート電圧がソース電圧よりも低い際に、トランジスタはオンになり（閉路された状態）、さもなければ、トランジスタはオフになり（開路状態）、ｎ−チャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタの場合には、ゲート電圧がソース電圧よりも大きい際に、トランジスタはオンになり（閉路状態）、さもなければ、トランジスタはオフになる（開路状態）。電池７５２が低定格電圧状態にある際には、セルのＣ系統のＣ＋端子における電圧は、セルのＢ系統のＢ−端子における電圧よりも大きく、Ｃ１セルノードにおける電圧は、セルのＣ系統のＣ＋端子における電圧よりも小さいが、接地よりも大きく、Ｃ３セルノードにおける電圧は、セルのＣ系統のＣ＋端子における電圧よりも小さいが、接地よりも大きい。従って、電池７５２が低定格電圧構成にある際には、Ｑ１１は、オンとなり、Ｑ１２は、オンとなり、ＢＴ１電池端子は、Ｃ１セルノードに結合されることになり、Ｑ２１は、オンとなり、Ｑ２２は、オンとなり、ＢＴ３電池端子は、Ｃ３セルノードに結合されることになる。
【０６１６】
変換可能電池パック２０Ａ４が中間定格電圧電動工具１０Ａ２と結合した際に、電動工具変換要素突起は、コンバータ要素突起７４８と係合し、且つ、その第２位置に移動するようにコンバータ要素７５０を押し進めることになる。これに加えて、工具端子ＴＴ１及びＴＴ３が、電池端子ＢＴ１及びＢＴ３とそれぞれ係合することになる。図７６〜図８９に示されているように、中間定格電圧電動工具１０Ａ２内の工具端子ＴＴ１及びＴＴ３は、ジャンパ８１２（短絡バー）により、共に結合されている。従って、中間定格電圧電動工具１０Ａ２が変換可能電池パック２０Ａ４と係合する際には、電池端子ＢＴ１及びＢＴ３は、工具端子ＴＴ１及びＴＴ３並びに工具端子ＴＴ１及びＴＴ３の間のジャンパ８１２を通じて電気的に結合された状態となり、且つ、ＢＡＴＴ＋及びＢＡＴＴ−電池端子７３２の間の回路を完成させることになる。その他の方式で変換可能電池パック２０Ａ４に結合することになる低定格電圧電動工具１０Ａ１は、結合された工具端子ＴＴ１及びＴＴ３を含むことにはならず、従って、更に詳細に後述するように、ＢＡＴＴ＋及びＢＡＴＴ−電池端子７３２の間における回路を完成させることにならない。従って、変換可能電池パック２０Ａ４が、中間定格電圧電動工具１０Ａ２から除去された後に、その中間定格電圧構成に留まること要する場合にも、変換可能電池パック２０Ａ４は、低定格電圧工具１０Ａ１と共に動作することにならないであろう。
【０６１７】
図８４ｂ及び図８５ｆを参照すれば、コンバータ要素７５０が中間定格電圧位置に移動する際に、第１コンバータ要素スイッチング接点ＳＣ１は、Ａ＋及びＢ＋接触パッド７６６から結合解除され、Ｂ＋及びＢＴ３接触パッド７６６を結合させることになり、第２コンバータ要素スイッチング接点ＳＣ２は、Ａ＋及びＣ＋接触パッド７６６から結合解除されることになり、第３コンバータ要素スイッチング接点ＳＣ３は、Ａ−及びＣ−接触パッド７６６から結合解除され、Ａ−及びＢＴ１接触パッド７６６を結合させることになり、第４コンバータ要素スイッチング接点ＳＣ４は、Ｃ−及びＢ−接触パッド７６６から結合解除され、Ｂ−及びＣ＋接触パッド７６６を結合することになる。これは、事実上、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、及びＳＷ４を開路された状態に置き、事実上、ＳＷ５、ＳＷ６、及びＳＷ７を閉路された状態に置く（図７６ｂに示されている）。従って、ＢＡＴＴ−電池端子は、セルのＣ系統のＣ−端子に結合されており、セルのＣ系統のＣ＋端子は、セルのＢ系統のＢ−端子に結合されており、セルのＢ系統のＢ＋端子は、セルのＡ系統のＡ−端子に結合されたＢＴ１電池端子に結合されたＴＴ１工具端子に（ジャンパ８１２を介して）結合されたＴＴ３工具端子に結合されたＢＴ３電池端子に結合されており、セルのＡ系統のＡ＋端子は、ＢＡＴＴ＋電池端子に結合されている。従って、セルのＡ、Ｂ、Ｃ系統は、すべて、直列状態にある。この構成においては、工具の負荷を動作させるための電力（電圧及び電流）は、ＢＡＴＴ＋及びＢＡＴＴ−電池端子７３２、ＢＴ１及びＢＴ３電池端子７３２、ＴＯＯＬ＋及びＴＯＯＬ−工具端子、並びにＴＴ１及びＴＴ３工具端子を通じて提供される。
【０６１８】
図８４ｃを再度参照すれば、電池７５２が中間定格電圧状態にある際に、セルのＣ系統のＣ＋端子における電圧は、セルのＢ系統のＢ−端子における電圧に等しく、Ｃ１セルノードにおける電圧は、セルのＣ系統のＣ＋端子における電圧未満であるが、接地よりも大きく、Ｃ３セルノードにおける電圧は、セルのＣ系統のＣ＋端子における電圧未満であるが、接地よりも大きい。従って、電池７５２が中間定格電圧状態にある際には、Ｑ１１は、オフとなり、Ｑ１２は、オフとなり、ＢＴ１電池端子は、Ｃ１セルノードに結合されることにならず、Ｑ２１は、オフとなり、Ｑ２２は、オフとなり、ＢＴ３電池端子は、Ｃ３セルノードに結合されることにならない。代替的に、上述のように、ＢＴ１電池端子は、ＴＴ１及びＴＴ３工具端子を通じてＢＴ３電池端子に結合されることになる。
【０６１９】
図８５ａ〜図８５ｆは、パックが、低定格電圧構成から、開路状態構成へ、そして、中間定格電圧構成へ、と変換されるのに伴う例示的な変換可能電池７５２の様々なステージ又は構成を示している。また、これらの図は、電池端子ブロック７６２と、複数の電池端子７３２と、を示している。これらの図は、電池７５２が低定格電圧状態から中間定格電圧状態に変換されるのに伴うこれらの電池端子７３２における電圧を示している。
【０６２０】
また、図８５ａ〜図８５ｆは、（１）変換可能電池パック２０Ａ４が中間定格電圧工具１０Ａ２（例えば、６０Ｖ）と結合するのに伴って支持基板７６１に沿って移動するコンバータ要素７５０と、（２）支持基板７６１に沿って移動するコンバータ要素スイッチング接点７８４ＳＣ１〜ＳＣ４と、（３）様々な接触パッド７６６の間における様々な接続の状態を表記した表と、を示している。上述のように、接触パッド７６６及びコンバータ要素スイッチ接点７８４は、協働し、事実上、セル系統端子の間におけるスイッチＳＷ１〜ＳＷ７として機能する。電気装置１０Ａ２が変換可能電池パック２０Ａ４と結合方向（図６９〜図７１に示されている）において結合し、且つ、コンバータ要素７５０が第１位置（図７７ａにおいて示されている）から第２位置（図７７ｂにおいて示されている）に移動するのに伴って、コンバータ要素スイッチング接点７８４も、第１位置（図８４ａ及び図８５ａに示されている）から第２位置（図８４ｂ及び図８５ｆに示されている）に移動する。コンバータ要素スイッチング接点７８４が、第１位置から第２位置に移動するのに伴って、スイッチング接点７８４は、接触パッド７６６との間において分離及び接続を実行する。分離及び接続が発生するのに伴って、セル系統端子の間におけるスイッチＳＷ１〜ＳＷ７は、それぞれ、開路及び閉路される。スイッチが開路及び閉路されるのに伴って、電池７５２は、低定格電圧構成から、開路構成へ、そして、中間定格電圧構成へ、と変換される。逆に、コンバータ要素７５０が、第２位置から第１位置に移動するのに伴って、電池７５２は、中間定格電圧構成から、開路状態構成へ、そして、低定格電圧構成へ、と変換される。
【０６２１】
図８５ａは、コンバータ要素７５０が、第１位置にある際の（低定格電圧構成にある際の）コンバータ要素スイッチング接点７８４ＳＣ１〜ＳＣ４及び接触パッド７６６の状態を示している。この場合にも、特定の接触パッド７６６の場所は、例示を目的としたものであり、その他の構成が、本開示によって想定されている。この構成においては、第１コンバータ要素スイッチング接点ＳＣ１は、Ａ＋及びＢ＋接触パッド７６６を電気的に結合しており、第２コンバータ要素スイッチング接点ＳＣ２は、Ａ＋及びＣ＋接触パッド７６６を電気的に結合しており、第３コンバータ要素スイッチング接点ＳＣ３は、Ｃ−及びＡ−接触パッド７６６を電気的に結合しており、第４コンバータ要素スイッチング接点ＳＣ４は、Ｃ−及びＢ−接触パッド７６６を電気的に結合している。４つのコンバータ要素スイッチ接点７８４がこの位置にある際には、ネットワークスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４は、閉路された状態にあり、ネットワークスイッチＳＷ５、ＳＷ６、及びＳＷ７は、開路された状態にある。これは、セルのＡ系統及びセルのＢ系統及びセルのＣ系統を、並列状態に置く。
【０６２２】
図８５ｆは、変換可能電池パック２０Ａ４が、工具端子ＴＴ１及びＴＴ３の間にジャンパ８１２を有する中間定格電圧電動工具１０Ａ２に結合された際の、コンバータ要素７５０が第２位置（中間定格電圧構成）にあるときのコンバータ要素スイッチング接点７８４ＳＣ１〜ＳＣ４及び接触パッド７６６の状態を示している。この構成においては、第１コンバータ要素スイッチング接点ＳＣ１は、Ｂ＋及びＢＴ３接触パッド７６６を電気的に結合しており、第２コンバータ要素スイッチング接点ＳＣ２は、なんらの接触パッド７６６によっても結合されてはおらず、第３コンバータ要素スイッチング接点ＳＣ３は、Ａ−及びＢＴ１接触パッド７６６を電気的に結合しており、第４コンバータ要素接点ＳＣ４は、Ｃ＋及びＢ−接触パッド７６６を電気的に結合している。４つのコンバータ要素スイッチング接点７８４がこの位置にある際には、ネットワークスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４は、開路状態にあり、ネットワークスイッチＳＷ５、ＳＷ６、及びＳＷ７は、閉路状態にある。これは、セルのＡ系統及びセルのＢ系統及びセルのＣ系統を、直列状態に置く。
【０６２３】
例示的な一実施形態において、図８５ｃ、図８５ｄ、及び図８５ｅは、コンバータ要素７５０が第１位置（低定格電圧構成）と第２位置（中間定格電圧構成）との間において移動するのに伴うネットワークスイッチの状態を示している。一般に、スイッチが開路及び閉路するのに伴って、望ましくない電圧／電流が、セル上において生成される場合があり、及び／又は、セルの間において移動する場合がある。これらの望ましくない電圧／電流に対処するべく、電池７５２は、中間ステージ又はフェーズに置かれうる。従って、ネットワークスイッチは、特定の順序において開路及び閉路されうる。図８５ｃに示されているように、且つ、図８５ｃの例示的な表を参照すれば、コンバータ要素７５０が結合方向において移動するのに伴って、まず、コンバータ要素スイッチング接点７８４が、接触パッド７６６から分離されることになる。これは、事実上、すべてのネットワークスイッチＳＷ１〜ＳＷ７を開路する。
【０６２４】
図８５ａ〜図８５ｆに示されている表は、コンバータ要素７５０が第１位置と第２位置の間において移動するのに伴うスイッチングネットワークの様々なステージを示している。第１ステージは、コンバータ要素７５０の第１位置（第１／低定格電圧構成）に対応しており、第６ステージは、コンバータ要素７５０の第２位置（第２／中間定格電圧構成）に対応している。第３及び第４ステージは、中間ステージ／フェーズであり、且つ、開路状態構成に対応している。
【０６２５】
コンバータ要素７５０が第１位置から第２位置に移動し、且つ、ネットワークスイッチが開路及び閉路した際に、様々な電池端子７３２上の電圧が変化することになる。更に詳しくは、図７６及び図８４に示されている、セルが４Ｖセルであり電池７５２が完全充電されている、例示的な実施形態においては、コンバータ要素７５０が第１位置にある際には、ＢＡＴＴ＋＝２０Ｖであり、ＢＡＴＴ−＝０Ｖであり、Ｃ１＝４Ｖであり、Ｃ２＝８Ｖであり、Ｃ３＝１２Ｖであり、Ｃ４＝１６Ｖである。コンバータ要素７５０が第２位置にある際には、ＢＡＴＴ＋＝６０Ｖであり、ＢＡＴＴ−＝０Ｖであり、ＢＴ１＝４０Ｖであり、ＢＴ２＝８Ｖであり、ＢＴ３＝４０Ｖであり、ＢＴ４＝１６Ｖである。電池信号端子ＢＴ２及びＢＴ３４を使用することにより、いずれのセルノードに電池信号端子が接続されているのかとは無関係に、過充電、過放電、及び不均衡について、電池セル７５４を監視することができる。例示的な代替実施形態は、電池信号端子をセルノードに接続するためのその他の構成を含んでもよく、本開示により想定され包含される。
【０６２６】
当然のことながら、電気装置１０Ａ２が、変換可能電池パック２０Ａ４から、結合方向とは反対の方向（非結合方向とも呼称される）において、分離されるのに伴って、コンバータ要素７５０は、第２位置から第１位置に移動することになり、コンバータ要素スイッチング接点７８４は、上述の逆の順序において、接触パッド７６６に接続及び分離されることになる。
【０６２７】
これに加えて、例示的な代替実施形態においては、変換可能電池パック２０Ａ４及び電池変換サブシステム７７２は、変換可能電池パック２０Ａ４が、いずれの電気装置１０Ａとも結合されていないか、又は中間定格電圧電気装置１０Ａ２と結合される際には、コンバータ要素７５０が、変換可能電池パック２０Ａ４を中間定格電圧構成に置く第１位置にあり、変換可能電池パック２０Ａ４が低定格電圧電気装置１０Ａ１と結合される際には、コンバータ要素７５０が、変換可能電池パック２０Ａ４を低定格電圧構成に置く第２位置にあるように、構成されうるものと想定されている。また、このような実施形態においては、上述のように、変換可能電池パック２０Ａ４は、変換可能電池パック２０Ａ４が「開路」状態にある、第１位置と第２位置との間の第３構成（状態）に置かれてもよい。この位置においては、ネットワークスイッチＳＷ１〜ＳＷ７のすべては、開路状態にあり、ＢＡＴＴ＋及びＢＡＴＴ−電池端子７３２の間に、電圧電位が存在していない。コンバータ要素７５０は、例えば、輸送を目的として、この位置に置かれうるであろう。
【０６２８】
これに加えて、例示的な代替実施形態においては、変換可能電池パック２０Ａ４及び電池変換サブシステム７７２は、変換可能電池パック２０Ａ４がいずれの電気装置１０Ａとも結合されていない際には、コンバータ要素７５０は、変換可能電池パック２０Ａ４を開路状態に置く第１位置にあり、変換可能電池パック２０Ａ４が低定格電圧電気装置１０Ａと結合される際には、コンバータ要素７５０は、変換可能電池パック２０Ａ４を低定格電圧構成に置く第２位置にあり、変換可能電池パック２０Ａ４が中間定格電圧電気装置１０Ａ２と結合される際には、コンバータ要素７５０は、変換可能電池パック２０Ａ４を中間定格電圧構成に置く第３位置にあるように、構成されうるものと想定されている。
【０６２９】
これに加えて、例示的な代替実施形態においては、変換可能電池パック２０Ａ４及び電池変換サブシステム７７２は、変換可能電池パック２０Ａ４が、いずれの電気装置１０Ａとも結合されていない際には、コンバータ要素７５０が、変換可能電池パック２０Ａ４を開路状態に置く第１位置にあり、変換可能電池パック２０Ａ４が低定格電圧電気装置１０Ａ１と結合される際には、コンバータ要素７５０が、変換可能電池パック２０Ａ４を低定格電圧構成に置く第３位置にあり、変換可能電池パック２０Ａ４が中間定格電圧電気装置２０Ａ２と結合される際には、コンバータ要素７５０が、変換可能電池パック２０Ａ４を中間定格電圧構成に置く第２位置にあるように、構成されうるものと想定されている。
【０６３０】
更には、変換可能電池パック２０Ａ４は、開路状態、低定格電圧構成、中間定格電圧構成、及び高定格電圧構成という４つの状態に置かれる能力を有するように、構成されうるであろう。当然のことながら、様々な接触パッド７６６及び接点スイッチは、相応して調節さることになろう。
【０６３１】
図８６〜図８９は、例えば、６０Ｖ電動工具などの中間定格電圧電気装置１０Ａ２の例示的な工具端子ブロック７２３及び工具端子を示している。中間定格電圧電気装置１０Ａ２の工具端子ブロック７２３は、例えば、２０ボルト電動工具などの低定格電圧電気装置１０Ａ１の工具端子ブロック７２３と同じようにサイズ設定されている。工具端子ブロック７２３は、変換可能電池パック端子ブロック７６２と結合するように構成されている。工具端子ブロック７２３は、ハウジング８０１を含む。ハウジング８０１は、例えば、プラスチックなどの非導電性材料から構成されている。ハウジング８０１は、工具端子７３４を保持している。工具端子７３４は、ＴＯＯＬ＋端子７３４と、ＴＯＯＬ−端子７３４と、を含む。これらの工具端子７３４は、それぞれ、ＢＡＴＴ＋端子及びＢＡＴＴ−端子と結合するように位置している。これらの工具端子７３４は、電力を、例えば、モーター１２などの工具負荷に提供する。また、工具端子７３４は、ＩＤ端子を含みうる。この端子は、サーミスタ端子であってもよい。サーミスタ端子は、例えば、ＢＴ５などの電池パック端子と結合するように位置しており、この端子は、変換可能電池パック２０Ａ４内のサーミスタに電気的に結合されることになろう。サーミスタ端子は、変換可能電池パック２０Ａ４の温度を監視するべく、又は、その他の電池管理目的のために、工具コントローラに電気的に結合されることになろう。また、この端子は、工具１０Ａ２に対する変換可能電池パック２０Ａ４及び／又は変換可能電池パック２０Ａ４に対する工具１０Ａ２を識別するためにも使用されうるであろう。また、工具端子７３４は、セル電圧端子を含みうる。工具端子７３４のＴＴ４は、セル電圧端子であってもよいであろう。ＴＴ４工具端子７３４は、ＢＴ４電池端子７３２ｂと結合するように位置している。中間電圧定格電圧工具１０Ａ２が、図６８〜図８５に示されている例示的な変換可能電池パック２０Ａ４に結合される際には、ＢＴ４電池端子７３２は、Ｃ４セルノードに電気的に結合されることになる。従って、ＴＴ４工具端子７３４は、Ｃ４セルノードに電気的に結合されることになる。また、ＴＴ４工具端子７３４は、電池セル７５４の電圧を監視するために、又は、その他の電池管理目的のために、工具コントローラ８１６に電気的に結合されてもよい。また、ＴＴ３工具端子７３４は、工具及び電池管理目的のために、工具コントローラ８１６に電気的に結合されてもよい。
【０６３２】
上述のように、工具端子７３４は、ＴＴ１工具端子７３４及びＴＴ３工具端子７３４を電気的に結合するジャンパ８１２を含む。従って、中間定格電圧電気装置１０Ａ２が変換可能電池パック２０Ａ４に結合される際には、ＢＴ１及びＢＴ３電池端子７３２は、ＴＴ１及びＴＴ３工具端子７３４を通じて電気的に結合される。これが発生した際には、電池電源は、ＴＯＯＬ＋及びＴＯＯＬ−端子７３４に加えて、ＴＴ１及びＴＴ３工具端子７３を通じて導通される。
【０６３３】
例示的な代替実施形態は、その他の接触パッドレイアウトを含んでもよく、本開示により想定され包含される。図９０〜図９５は、例示的な代替電池パッドレイアウトを示している。上述のように、これらの例示的なパッドレイアウトは、ＰＣＢ、支持基板、又はなんらかのその他の支持構造上において支持されうる。
【０６３４】
代替変換メカニズム及びサブシステム：これらの実施形態は、取外し可能の電池パック及び工具との関連で図示及び記述されている。但し、変換可能電池パックは、限定を伴うことなしに、テレビ及び冷蔵庫、電気自転車、車椅子、並びに光源などの電気製品を含む電気エネルギーを必要とする任意の電気装置と共に動作しうる。また、変換可能電池パックは、変換可能電池パックをその低定格電圧構成又はその中間定格電圧構成に置く充電装置に結合されてもよい。
【０６３５】
図９６〜図９８は、変換可能電池パック２０Ａ４及び変換サブシステム７７２の例示的な一代替実施形態を示している。図９６は、例示的な変換可能電池パック２０Ａ４を示している。電池パックハウジング７１２は、軌道７３６のペアを含む。軌道７３６は、中間定格電圧工具の足部内に内蔵された対応する突出部を受け入れるように構成されている。工具１０Ａ２が変換可能電池パック２０Ａ４と結合した際に、工具突出部は、軌道７３６内において受け入れられ、且つ、電池パックハウジング７１２内の孔を通じて延在する突起と係合する。突起は、電池パックハウジング７１２の内部から電池パックハウジング７１２の外部まで、コンバータ要素７５０から延在している。
【０６３６】
図９７ａ〜図９７ｇに示されているように、変換サブシステム７７２は、上述の支持基板７６１に類似した支持基板７６１'を含む。支持基板７６１'は、複数の電力トレース７９０（各セル系統端子について、１つのトレース）を含む。具体的には、個々のセル系統端子に結合しているＡ＋トレース、Ｂ＋トレース、Ｃ＋トレース、Ａ−トレース、Ｂ−トレース、及びＣ−トレースが存在している。また、支持基板７６１'は、複数の接触パッド７６６を含む。但し、上述の実施形態とは異なり、この実施形態の接触パッド７６６は、垂直方向において（ほぼ、支持基板７６１'に対して垂直に）構成されている。また、変換サブシステム７７２は、コンバータ要素７５０を含む。コンバータ要素７５０は、クロスバー７７８と、平行脚部７７６のペアと、を含む。コンバータ要素７５０は、突起のうちの１つが各平行脚部７７６から延在するように、構成されている。また、コンバータ要素７５０は、複数の短絡接点８１８（ジャンパとも呼称される）を含む。但し、上述の実施形態とは異なり、この実施形態のコンバータ要素７５０は、壁と同様に、垂直方向において（ほぼ、支持基板７６１'に対して垂直に）構成されており、且つ、壁は、壁の各面上において、短絡接点を含む。図９８ａ及び図９８ｂに示されているコンバータ要素７５０は、図９７ａ〜図９７ｇのコンバータ要素７５０に示されている脚部７７６及びコンバータ突起を示していない。コンバータ要素７５０は、非導電性材料から構成されている。コンバータ要素７５０の第１面（図９８ａに示されている）は、２つの短絡接点を含む。短絡接点は、支持基板７６１'から延在する接触パッド７６６との間における良好な係合のために、隆起した部分を含みうる。第１短絡接点は、正の接点であり、且つ、各Ａ＋、Ｂ＋、及びＣ＋接触パッド７６６について、接点部分を含む。第２短絡接点は、負の接点であり、且つ、各Ａ−、Ｂ−、及びＣ−接触パッド７６６について、接点部分を含む。また、コンバータ要素７５０の第２面（図９８ｂに示されている）は、２つの短絡接点を含む。第３短絡接点は、Ａ−接触パッド７６６用の接点部分と、Ｂ＋接触パッド７６６用の接点部分と、を含む。第４短絡接点は、Ｂ−接触パッド７６６用の接点部分と、Ｃ＋接触パッド７６６用の接点部分と、を含む。
【０６３７】
図９７ａ及び図９７ｃに示されているように、変換可能電池パック２０Ａ４が、いずれの電気装置１０Ａにも装着されていないか、又は、例えば、２０Ｖの低定格電圧電動工具１０Ａ１に装着される際には、圧縮スプリング７８６は、コンバータ要素７５０を前方（第１）位置に押し進める。摺動壁コンバータ要素７５０を第１位置（低定格電圧構成）に前方に押圧することにより、スプリング７８６は、摺動壁の短絡接点と、支持基板７６１'から延在する前方垂直方向接触パッド７６６と、の間における接触力を提供する。従って、第１及び第２短絡接点は、それぞれ、Ａ＋、Ｂ＋、Ｃ＋、及び、Ａ−、Ｂ−、Ｃ−接触パッド７６６に対して電気的に結合されている。この位置において、セルのＡ、Ｂ、及びＣ系統のＡ＋、Ｂ＋、及びＣ＋端子は、電気的に結合されており、セルのＡ、Ｂ、及びＣ系統のＡ−、Ｂ−、及びＣ−端子は、電気的に結合されている。この構成においては、変換可能電池パック２０Ａ４は、低定格電圧構成にある。
【０６３８】
図９７ｂ及び図９７ｄに示されているように、変換可能電池パック２０Ａ４が、例えば、６０Ｖなどの中間定格電圧電動工具１０Ａ２に装着される際に、工具変換要素は、コンバータ要素７５０を後方（第２）位置に押し進め、且つ、圧縮するように圧縮スプリング７８６を押し付ける。これは、摺動壁の短絡接点と支持基板７６１'から延在する後方垂直方向接触パッド７６６との間における接触力をもたらす。従って、第１及び第２短絡接点は、それぞれ、Ａ＋、Ｂ＋、Ｃ＋、及び、Ａ−、Ｂ−、Ｃ−接触パッド７６６から電気的に結合解除される。そして、第３短絡接点は、Ａ−接触パッド７６６及びＢ＋接触パッド７６６を電気的に結合し、第４短絡接点は、Ｂ−接触パッド７６６及びＣ＋接触パッド７６６を電気的に結合する。この位置においては、セルのＡ系統のＡ−端子は、セルのＢ系統のＢ＋端子に電気的に結合されており、セルのＢ系統のＢ−端子は、セルのＣ＋系統のＣ＋端子に電気的に結合されている。この構成においては、変換可能電池パック２０Ａ４は、中間定格電圧構成にある。
【０６３９】
図９９ａ〜図９９ｄは、変換サブシステム７７２の例示的な一代替実施形態を示している。上述のサブシステムと同様に、このサブシステムは、変換可能電池パック２０Ａ４を、例えば、２０Ｂの低定格電圧電池パックから、例えば、６０Ｖの中間定格電圧電池パックに、変換するためのシステムを提供する。図９９ａに示されているように、サブシステムは、非導電性支持基板７６１''（静的電力ルーティングカード組立体とも呼称される）を含む。この実施形態においては、電池７５２は、電池セル７５４の３つの系統（又は、組）（Ａ系統、Ｂ系統、及びＣ系統）を含む。従って、各セル７５４の系統の各最も正のノードについて１つ、且つ、各最も負のノードについて１つ、である６つの導電性電力端子８５２（接点とも呼称される）が存在している。従って、Ａ＋、Ａ−、Ｂ＋、Ｂ−、Ｃ＋、及びＣ−電力端子８５２が存在している。代替実施形態は、セルの２つの系統、又は、セルの３つよりも多い系統を含みうる。セルの２つの系統が存在している場合には、４つの電力端子のみが存在することになり、セルの４つの系統が存在している場合には、８つの電力端子が存在することになろう。この実施形態においては、各系統は、５つの電池セル７５４を含む。代替実施形態は、より少ない又は多くのセルを含みうる。例えば、１つの系統は、少なくとも１つ以上の実際的であると見なしうる数のセルを含みうる。但し、各系統内のセルの数とは無関係に、各系統について２つの電力端子が存在することになる。
【０６４０】
この実施形態においては、電力端子８５２は、チューリップタイプの端子である。この実施形態においては、電力端子８５２は、列の形態において配置されている。但し、代替電力端子構成が、本開示の範囲内において、想定され、且つ、包含される。各電力端子８５２は、結合端部８５４と、非結合端部８５６と、を含む。各端子８５２の非結合端部８５４は、電池セル７５４の特定の系統の特定ノードに電気的に結合されている。この実施形態においては、電力端子８５２の非結合端部８５６は、接触パッド７６６に結合されており、接触パッド７６６は、電池セル７５４の系統に結合されている。具体的には、第１電力端子８５２ａは、Ａ＋と呼称されるセルのＡ系統の最も正の端子に結合されたＡ＋接触パッド７６６ａに結合されており、第２電力端子８５２ｂは、Ｂ＋と呼称されるセルのＢ系統の最も正の端子に結合されたＢ＋接触パッド７６６ｂに結合されており、第３電力端子８５２は、Ｃ＋と呼称されるセルのＣ系統の最も正の端子に結合されたＣ＋接触パッド７６６ｃに結合されており、第４電力端子８５２ｄは、Ｂ−と呼称されるセルのＢ系統の最も負の端子に結合されたＢ−接触パッド７６６ｄに結合されており、第５電力端子８５２ｄは、Ａ−と呼称されるセルのＡ系統の最も負の端子に結合されたＡ−接触パッド７６６ｅに結合されており、第６電力端子８５２ｆは、Ｃ−と呼称されるセルのＣ系統の最も負の端子に結合されたＣ−接触パッド７６６ｆに結合されている。これに加えて、Ａ＋接触パッド７６６ａは、ＢＡＴＴ＋と呼称される第１電池端子７３４に電気的に結合されており、Ｃ−接触パッド７６６ｆは、ＢＡＴＴ−と呼称される第２電池端子７３４に電気的に結合されている。
【０６４１】
電力端子８５２の結合端部８５４は、後述する対応した挿入端子８６０（短絡端子とも呼称される）と結合するように構成されている。変換可能電池パック２０Ａ４が、後述するように、（定位置にあるコンバータ要素７５０''を伴うことなしに、又は中間状態にあるコンバータ要素７５０''を伴って）この状態にある際には、変換可能電池パック２０Ａ４は、開路状態にある。開路状態においては、セル７５４の系統は、図９９ａに示されている概略図において示されているように、互いに接続されていない。従って、変換可能電池パック２０Ａ４は、電圧を外部世界に対して提供することにならない。換言すれば、ＢＡＴＴ＋とＢＡＴＴ−との間に、電圧電位が存在することにならない。
【０６４２】
図９９ｂを参照すれば、摺動コンバータ要素７５０''が示されている。コンバータ要素７５０''は、複数の導電性挿入体又は短絡端子８６０と、短絡端子を保持するための非導電性支持構造と、を含む。２つのタイプの短絡端子８６０が存在している。第１のタイプの短絡端子８６０ａは、ジャンパ部分８６４と、３つの挿入部分８６６と、を含む。第２のタイプの短絡端子８６０ｂは、ジャンパ部分８６４と、２つの挿入部分８６６と、を含む。この実施形態においては、第１のタイプの短絡端子８６０ａの数は、２つとなる一方で、第１のタイプの短絡端子８６０ａの挿入部分８６６の数は、電池７５２内のセルの系統の数に基づいており、第２のタイプの短絡端子８６０ｂの数は、電池７５２内のセルの系統の数に基づく一方で、第２のタイプの短絡端子８６０ｂの挿入部分８６６の数は、２つとなる。短絡端子８６０の代替構成が、本開示の範囲において、想定され、且つ、包含される。
【０６４３】
図９９ｃに示されているように、コンバータ要素７５０''が、低定格電圧位置と呼称される第１位置に置かれた際に、第１のタイプの短絡端子８６０ａは、係合し、且つ、電力端子８５２に電気的に結合される。換言すれば、２つの第１のタイプの短絡端子８６０ａの各挿入部分８６６が、係合し、且つ、特定の電力端子８５２の結合端部８５４に電気的に結合される。具体的には、第１の第１タイプ短絡端子８６０ａの３つの挿入部分８６６が、３つの正の電力端子８５２ａ、８５２ｂ、８５２ｃに挿入され、第２の第１タイプ短絡端子８６０ａの３つの挿入部分８６６が、３つの負の電力端子８５２ｄ、８５２ｅ、８５２ｆに挿入される。この構成においては、３つの系統すべての正の端子が、互いに接続されており、３つの系統すべての負の端子が、互いに接続されている。更には、この構成においては、ＢＡＴＴ−電池端子７３４は、セルの個々の系統のＣ−、Ａ−、及びＢ−端子に電気的に結合されたＡ−電力端子８５２ｄ及びＢ−電力端子８５２ｅに電気的に結合されたＣ−電力端子８５２ｆに電気的に結合されたＣ−接触パッド８５８ｆに電気的に結合されている。ＢＡＴＴ−電池端子７３４は、ＢＡＴＴ＋電池端子７３４の接地基準である。そして、ＢＡＴＴ＋電池端子７３４は、セルの個々の系統のＡ＋、Ｂ＋、及びＣ＋端子に電気的に結合されたＢ＋電力端子８５２ｂ及びＣ＋電力端子８５２ｃに電気的に結合されたＡ＋電力端子８５２ａに電気的に結合されたＡ＋接触パッド８５８ａに電気的に結合されている。これは、低定格電圧を、（例えば、系統当たりに５つのセルを有する４Ｖ定格セルの低定格電圧が２０Ｖとなるなどのように、この低定格電圧が、系統内のセルの数及びセルの定格電圧に基づきうるかどうかとは無関係に）ＢＡＴＴ＋上に置く。コンバータ要素７５０''がこの位置にある際には、第２のタイプの短絡端子８６０ｂは、電力端子８５２の非結合端部８５６において位置し、電力端子８５２に電気的に結合されない。これは、セルの系統と、その結果、電池７５２と、を、回路図によって示されているように、並列構成に置く。
【０６４４】
図９９ｄに示されているように、コンバータ要素７５０''が、中間定格電圧位置と呼称される第２位置に配置される際には、第１のタイプの短絡端子８６０ａは、係合されず、且つ、電力端子８５２に電気的に結合されず、第２のタイプの短絡端子８６０ｂが、係合され、且つ、電力端子８５２に電気的に結合される。換言すれば、２つの第２タイプ短絡端子８６０ｂの各挿入部分８６６が、係合され、且つ、特定の電力端子８５２の結合端部８５４に電気的に結合される。具体的には、第１の第２タイプ短絡端子８６０ｂの第１挿入部分８６６が、Ｂ＋電力端子８５２ｂに挿入され、第１の第２タイプ短絡端子８６０ｂの第２挿入部分８６６が、Ａ−電力端子８５２ｅに挿入され（これにより、Ｂ＋電力端子８５２ｂを第１の第２タイプ短絡端子８６０ｂのジャンパ部分８６４を通じてＡ−電力端子８５２ｅに電気的に結合し、且つ、その内部において、セルのＢ系統のＢ＋端子をセルのＡ系統のＡ−端子に結合し）、第２の第２タイプ短絡端子８６０ｂの第１挿入部分８６６が、Ｃ＋電力端子８５２ｃに挿入され、第２の第２タイプ短絡端子８６０ｂの第２挿入部分８６６が、Ｂ−電力端子８５２ｄに挿入される（これにより、Ｃ＋電力端子８５２ｃを第２の第２タイプ短絡端子８６０ｂのジャンパ部分８６４を通じてＢ−電力端子８５２ｄに電気的に結合し、且つ、その内部において、セルのＣ系統のＣ＋端子をセルのＢ系統のＢ−端子に結合する）。これは、回路図によって示されているように、セルの系統と、その結果、電池７５２と、を直列構成に置く。
【０６４５】
図１００ａ〜図１００ｄは、変換サブシステム７７２の例示的な一代替実施形態を示している。上述のサブシステムと同様に、このサブシステムは、変換可能電池パック２０Ａ４を低定格電圧電池パックから中間定格電圧電池パックに変換するためのシステムを提供している。この実施形態は、図９９に示されている実施形態に非常に類似している。また、この実施形態も、チューリップ電力端子８５２を含むが、電力端子８５２は、異なる構成において位置している。図１００ａに、電力端子構成が示されている。また、図１００ｂに示されているコンバータ要素７５０'''は、図９９ｂに示されていると共に上述したコンバータ要素７５０''と類似しているが、異なっている。上述のように、短絡端子８６０のジャンパ部分８６４（挿入部分８６６を接続している部分）は、コンバータ要素ハウジング内において埋め込まれてもよく、且つ、従って、ハウジングから支持基板７６０'''に向かって延在していない。コンバータ要素７５０'''の側面図において、ジャンパ部分８６４は、容易に視認可能とはならない一方で、２０ｖ短絡端子８６０ａ及び６０ｖ短絡端子８６０ｂの両方の挿入部分８６６は、視認可能である。この実施形態においては、短絡端子８６０ａ、８６０ｂの両方のジャンパ部分８６４は、互いに電気的に隔離されるように、異なるレベルにおいてＰＣＢ内において埋め込まれうる。
【０６４６】
その他の観点においては、図１００ａ〜図１００ｄに示されている実施形態は、上述の図９９ａ〜図９９ｄに示されている実施形態と同一の方式によって動作する。
【０６４７】
図１０１ａ１〜図１０１ｂ２は、変換サブシステム７７２'の例示的な一代替実施形態を示している。上述のサブシステムと同様に、このサブシステムは、変換可能電池パック２０Ａ４を低定格電圧電池パックから中間定格電圧電池パックに変換するためのシステムを提供する。図１０１ａ１及び図１０１ａ２は、例えば、２０Ｖの低定格電圧構成における例示的な実施形態を２つの異なる視点から示している。図１０１ｂ１及び図１０１ｂ２は、例えば、６０Ｖなどの中間定格電圧構成における例示的な実施形態を２つの異なる視点から示している。変換サブシステム７７２'は、２つのコンバータ要素９００を含む。各コンバータ要素９００は、この実施形態においては、三角形の壁である、支持構造９０２を含む。セルの系統の正の端子を結合するための第１コンバータ要素９００ａと、セルの系統の負の端子を結合するための第２コンバータ要素９００ｂと、が存在している。各変換要素９００内には、支持構造９０２上において且つ支持構造９０２の両方の垂直方向壁上において着座した短絡バー９０４が存在している。各コンバータ要素９００は、各支持構造９０２用の支持アームシステムを含み、この場合に、各支持アームシステムは、支持アーム９０６の３つのペアを含む。また、支持アームシステムは、支持アーム９０６を延長された位置において維持する各支持アーム９０６用の圧縮スプリング９０８を含む。また、システムは、アクチュエータ９１０を含む。アクチュエータ９１０は、係合端部９１２と、係合脚部９１４と、を含む。アクチュエータ９１０は、係合脚部９１４が、各支持アーム９０６に装着された係合アーム９１６に係合するように構成されるべく、構成されている。また、支持アーム９０６のサブセットは、例えば、リーフタイプのスプリングなどの接触スプリング９１８を含む。接触スプリング９１８の第１端部は、支持アーム９０６の一端に結合されており、接触スプリング９１８の第２端部は、支持構造９０２に対して押し付けられている。各接触スプリング９１８は、セルの系統の個々の端子に電気的に結合されている。具体的には、Ａ＋接触スプリング９１８は、セルのＡ系統のＡ＋端子に電気的に結合されており、Ｂ＋接触スプリング９１８は、セルのＢ系統のＢ＋端子に電気的に結合されており、Ｃ＋接触スプリング９１８は、セルのＣ系統のＣ＋端子に電気的に結合されており、Ａ−接触スプリング９１８は、セルのＡ系統のＡ−端子に電気的に結合されており、Ｂ−接触スプリング９１８は、セルのＢ系統のＢ−端子に電気的に結合されており、Ｃ−接触スプリング９１８は、セルのＣ系統のＣ−端子に電気的に結合されている。また、第１コンバータ要素９００ａは、Ｂ−接触スプリング９１８と、第２のＣ＋接触スプリング９１８と、を含む。Ｂ−接触スプリング９１８は、セルのＢ系統のＢ−端子に電気的に結合されており、第２のＣ＋接触スプリング９１８は、セルのＣ系統のＣ＋端子に電気的に結合されている。また、第２コンバータ要素９００ｂは、第２のＡ−接触スプリング９１８と、Ｂ＋接触スプリング９１８と、を含む。第２のＡ−接触スプリング９１８は、セルのＡ系統のＡ−端子に電気的に結合されており、Ｂ＋接触スプリング９１８は、セルのＢ���統のＢ＋端子に電気的に結合されている。
【０６４８】
図１０１ａ１及び図１０１ａ２に示されているように、変換可能電池パック２０Ａ４が、いずれの工具１０Ａにも接続されていないか、又は、低定格電圧工具１０Ａ又は低定格電圧充電器３０に結合される際には、変換サブシステム７７２'は、低定格電圧構成にあり、アクチュエータ９１０ａ、ｂは、支持アームシステムと係合せず、圧縮スプリング９０８は、その非圧縮状態にあり、支持アームシステムは、第１位置にある。この第１位置においては、第１コンバータ要素９００ａのＡ＋接触スプリング９１８、Ｂ＋接触スプリング９１８、及び第１Ｃ＋接触スプリング９１８は、短絡バー９０４ａと結合するように、上向きに位置に強制され、第１コンバータ要素９００ａのＢ−接触スプリング９１８及び第２Ｃ＋接触スプリング９１８は、短絡バー９０４ａと結合されないように、緩和された下向き位置にある。また、第２コンバータ要素９００ｂの第１Ａ−接触スプリング９１８、Ｂ−接触スプリング９１８、及びＣ−接触スプリング９１８は、短絡バー９０４ｂと結合するように、上向き位置に強制され、第２コンバータ要素９００ｂの第２Ａ−接触スプリング９１８及びＢ＋接触スプリング９１８は、短絡バー９０４ｂと結合されないように、緩和された下向き位置にある。短絡バー９０４ｂは、接触スプリング９１８の間における閉路されたスイッチとして機能する。この第１位置においては、Ａ＋接触スプリング９１８、Ｂ＋接触スプリング９１８、及び第１Ｃ＋接触スプリング９１８は、互いに電気的に結合されており、第１Ａ−接触スプリング９１８、Ｂ−接触スプリング９１８、及びＣ−接触スプリング９１８は、互いに電気的に結合されている。従って、Ａ＋、Ｂ＋、及びＣ＋端子は、互いに電気的に結合されており、Ａ−、Ｂ−、及びＣ−端子は、互いに電気的に結合されている。コンバータ要素９００がこの第１位置にある際には、電池セル７５４の系統は、並列状態において接続され、変換可能電池パック２０Ａ４は、低定格電圧構成にある。
【０６４９】
図１０１ｂ１及び図１０１ｂ２に示されているように、変換可能電池パック２０Ａ４が、中間定格電圧電動工具又はその他の中間定格電圧電気装置１０Ａ２と結合する際には、変換サブシステム７７２'は、中間定格電圧構成に置かれる。中間定格電圧工具１０Ａ２は、アクチュエータ９１０ａ、９１０ｂの係合端部と係合する変換機能を含むことになる。アクチュエータ９１０が（図の向きにおいてページの右側に）移動するのに伴って、アクチュエータ９１０の係合端部は、各支持アームの係合アームと係合することになる。係合アームは、圧縮するように圧縮スプリング９０８を押し付けることになり、且つ、支持アームシステムは、第２位置に置かれる。この第２位置においては、第１変換要素９００ａのＡ＋接触スプリング９１８、Ｂ＋接触スプリング９１８、及び第１Ｃ＋接触スプリング９１８は、短絡バー９０４ａと結合解除されるように緩和された下向きの位置に移動するべく許容され、第１変換要素９００ａのＢ−接触スプリング９１８及び第２Ｃ＋接触スプリング９１８は、短絡バー９０４ａと電気的に結合されるように、上向きの位置に強制される。また、第２変換要素９００ｂの第１Ａ−接触スプリング９１８、Ｂ−接触スプリング９１８、及びＣ−接触スプリング９１８は、短絡バー９０４ｂから結合解除されるように、緩和された下向きの位置に移動するべく許容され、第２変換要素９００ｂの第２Ａ−接触スプリング９１８及びＢ＋接触スプリング９１８は、短絡バー９０４ｂと電気的に結合されるように、上向きの位置に強制されるる。この場合にも、短絡バー９０４は、接触スプリング９１８の間における閉路されたスイッチとして機能する。この第２位置においては、Ｂ−接触スプリング９１８及び第２Ｃ＋接触スプリング９１８は、互いに電気的に結合されており、第２Ａ−接触スプリング９１８及びＢ＋接触スプリング９１８は、互いに電気的に結合されている。従って、Ａ−及びＢ＋端子は、互いに電気的に結合されており、Ｂ−及びＣ＋端子は、互いに電気的に結合されている。変換要素９００がこの第２位置にある際には、電池セル７５４の系統は、直列状態において接続されており、変換可能電池パック２０Ａ４は、中間定格電圧構成にある。
【０６５０】
図１０２ａ１〜図１０２ｂ２は、変換サブシステム７７２''の例示的な一代替実施形態を示している。上述のサブシステムと同様に、このサブシステムは、変換可能電池パック２０Ａ４を低定格電圧電池パックから中間定格電圧電池パックに変換するためのシステムを提供している。図１０２ａ１及び図１０２ａ２は、例えば、２０Ｖなどの低定格電圧構成における例示的な実施形態を２つの異なる視点から示している。図１０２ｂ１及び図１０２ｂ２は、例えば、６０Ｖの中間定格電圧構成における例示的な実施形態を２つの異なる視点から示している。変換サブシステム７７２''は、２つのコンバータ要素９２１ａ、９２１ｂを含む。各コンバータ要素９２１は、この実施形態においては、矩形の壁である、支持構造９２２を含む。セルの系統の正の端子を結合する第１コンバータ要素９２１ａと、セルの系統の負の端子を結合する第２コンバータ要素９２１ｂと、が存在している。この実施形態においては、支持構造９２２は、短絡バーである。各コンバータ要素９２１は、支持アームシステムを含む。各支持アームシステムは、支持アーム９２３の３つのペアを含む。また、支持アームシステムは、第１位置において支持アーム９２３のペアを維持する、支持アームの各ペアのための第１圧縮スプリング９２４と、第２位置において支持アームのペアを維持する、支持アームの各ペアのための第２圧縮スプリング９２５と、を含む。また、支持アームシステムは、アクチュエータ９２６を含む。アクチュエータ９２６は、係合端部９２８と、係合脚部９２９と、を含む。アクチュエータ９２６は、係合脚部９２９が、支持アーム９２３の各ペアの支持アーム９２３のうちの１つに結合するように構成されるべく、構成されている。接点９３０は、支持アーム９２３のサブセットの一端に結合されており、接点９３０の一部分は、短絡バー９２２に対して押し付けるように構成されている。各接点９３０は、セルの系統の個々の端子に電気的に結合されている。具体的には、Ａ＋接点９３０ａ１は、セルのＡ系統のＡ＋端子に電気的に結合されており、Ｂ＋接点９３０ａ２は、セルのＢ系統のＢ＋端子に電気的に結合されており、Ｃ＋接点９３０ａ３は、セルのＣ系統のＣ＋端子に電気的に結合されており、Ａ−接点９３０ｂ１は、セルのＡ系統のＡ−端子に電気的に結合されており、Ｂ−接点９３０ｂ２は、セルのＢ系統のＢ−端子に電気的に結合されており、Ｃ−接点９３０ｂ３は、セルのＣ系統のＣ−端子に電気的に結合されている。また、第１コンバータ要素９２１ａは、Ｂ−接点９３０ａ４と、第２Ｃ＋接点９３０ａ５と、を含む。Ｂ−接点９３０ａ４は、セルのＢ系統のＢ−端子に電気的に結合されており、第２Ｃ＋接点９３０ａ５は、セルのＣ系統のＣ＋端子に電気的に結合されている。また、第２コンバータ要素９２１ｂは、第２Ａ−接点９３０ｂ４と、Ｂ＋接点９３０ｂ５と、を含む。第２Ａ−接点９３０ｂ４は、セルのＡ系統のＡ−端子に電気的に結合されており、Ｂ＋接点９３０ｂ５は、セルのＢ系統のＢ＋端子に電気的に結合されている。
【０６５１】
図１０２ａ１及び図１０２ａ２に示されているように、変換可能電池パック２０Ａ４が、いずれの電動工具１０Ａにも接続されていないか、又は、低定格電圧電動工具１０Ａ２又は低定格電圧充電器３０に結合される際には、変換サブシステム７７２''は、低定格電圧構成にあり、アクチュエータ９２６は、支持アーム９２３と係合されておらず、第１圧縮スプリング９２４の組は、その非圧縮状態にあり、支持アーム９２３は、第１位置にある。この第１位置においては、第１コンバータ要素９２１ａのＡ＋接点９３０ａ１、Ｂ＋接点９３０ａ２、及び第１Ｃ＋接点９３０ａ３は、短絡バー９２２ａと結合するように、係合位置に強制され、第１コンバータ要素９２１ａのＢ−接点９３０ａ４及び第２Ｃ＋接点９３０ａ５は、短絡バー９２２ａと結合されないように、非係合位置にある。また、第２コンバータ要素９２１ｂの第１Ａ−接点９３０ｂ１、Ｂ−接点９３０ｂ２、及びＣ−接点９３０ｂ３は、短絡バー９２２ｂと結合するように、係合位置に強制され、第２コンバータ要素９２１ｂの第２Ａ−接点９３０ｂ４及びＢ＋接点９３０ｂ５は、短絡バー９２２ｂと結合されないように、非係合位置にある。短絡バー９２２は、接点９３０の間における閉路されたスイッチとして機能する。この第１位置においては、Ａ＋接点９３０ａ１、Ｂ＋接点９３０ａ２、及び第１Ｃ＋接点９３０ａ３は、短絡バー９２２ａを通じて互いに電気的に結合されており、第１Ａ−接点９３０ｂ１、Ｂ−接点９２０ｂ２、及びＣ−接点９３０ｂ３は、短絡バー９２２ｂを通じて互いに電気的に結合されている。従って、Ａ＋、Ｂ＋、及びＣ＋端子は、互いに電気的に結合されており、Ａ−、Ｂ−、及びＣ−端子は、互いに電気的に結合されている。コンバータ要素９２１がこの第１位置にある際には、電池セル７５４の系統は、並列状態において接続されており、電池７５２は、低定格電圧構成にある。
【０６５２】
図１０２ｂ１及び図１０２ｂ２に示されているように、変換可能電池パック２０Ａ４が、中間定格電圧電動工具又はその他の中間定格電圧電気装置１０Ａ２に結合する際には、変換サブシステム７７２''は、中間定格電圧構成に置かれる。中間定格電圧電動工具１０Ａ２は、アクチュエータ９２６の係合端部９２８に係合する変換機能を含むことになる。アクチュエータ９２６が（図の向きにおいてページの右側へ）移動するのに伴って、アクチュエータ９２６の係合脚部９２９は、支持アーム９２３の各ペアの支持アーム９２３のうちの１つと係合することになる。係合された支持アーム９２３は、支持構造／短絡バー９２２のコーナーを中心として回動し、且つ、圧縮するように第１圧縮スプリング９２４の組を押し付け、且つ、第２圧縮スプリング９２５の組の膨張を許容することになり、支持アームシステムは、その内部において、第２位置に配置される。この第２位置においては、第１コンバータ要素９２１ａのＡ＋接点９３０ａ１、Ｂ＋接点９３０ａ２、及び第１Ｃ＋接点９３０ａ３は、短絡バー９２２ａと結合解除されるように、短絡バー９２２ａから離れるように移動するべく許容され、第１コンバータ要素９２１ａのＢ−接点９３０ａ４及び第２Ｃ＋接点９３０ａ５は、短絡バー９２２ａと電気的に結合されるように、短絡バー９２２ａとの接触状態に強制される。また、第２コンバータ要素９２１ｂの第１Ａ−接点９３０ｂ１、Ｂ−接点９３０ｂ２、及びＣ−接点９３０ｂ３は、短絡バー９２２ｂと結合解除されるように、短絡バー９２２ｂから離れるように移動するべく許容され、第２コンバータ要素９２１ｂの第２Ａ−接点９３０ｂ４及びＢ＋接点９３０ｂ５は、短絡バー９２２ｂと電気的に結合するように、短絡９２２ｂとの接触状態に強制される。この場合にも、短絡バー９２２は、接点９３０の間における閉路されたスイッチとして機能する。この第２位置においては、Ｂ−接点９３０ａ４及び第２Ｃ＋接点９３０ａ５は、短絡バー９２２ａを通じて互いに電気的に結合されており、第２Ａ−接点９３０ｂ４及びＢ＋接点９３０ｂ５は、短絡バー９２２ｂを通じて互いに電気的に結合されている。従って、Ａ−及びＢ＋端子は、互いに電気的に結合されており、Ｂ−及びＣ＋端子は、互いに電気的に結合されている。コンバータ要素９２１がこの第２位置にある際には、電池セル７５４の系統は、直列状態において接続されており、電池７５２は、中間定格電圧構成にある。
【０６５３】
図１０３ａ、図１０３ｂ、及び図１０３ｃは、変換可能電池パック２０Ａ４の変換サブシステム７７２'''の別の例示的な代替実施形態を示している。このサブシステムは、ラック及びピニオン構成を使用している。上述の構成と同様に、このコンバータ要素９４１は、支持ハウジング９４２を含む。支持ハウジング９４２は、電池パックハウジング７１２内の孔を通じて支持ハウジング９４２から延在し、且つ、電池パックハウジング７１２から延在している、２つのコンバータ要素突起９４３を含む。結合電動工具１０Ａ２は、コンバータ要素突起９４３と係合し、且つ、結合方向Ａにおいて移動するようにコンバータ要素９４１を押し進めるべく、対応した突起を含むことになろう。また、コンバータ要素９４１は、ラックギア９４５を含む。ラックギア９４５は、ラックギア９４５が、支持ハウジング９４２と同期した状態において移動するように、支持ハウジング９４２に固定的に結合されている。また、変換サブシステム７７２'''は、ピニオンギア９４６を含む。ピニオンギア９４６は、支持基板（簡潔さのために図示されていない）に対して回転自在に結合されている。また、変換サブシステム７７２'''は、（図の向きにおいて）時計回りの方向において好適に動作する捩じりスプリング９４７を含む。この実施形態においては、時計回りの方向は、後述するように、低定格電圧構成である。ピニオンギア９４６は、例えば、２０ｖの低電圧短絡バー９４８のペアと、例えば、６０ｖの中間電圧短絡バー９５０のペアと、を含む。低電圧短絡バー９４８は、３つの脚部を含み、中間電圧短絡バー９５０は、２つの脚部を含む。また、変換サブシステム７７２'''は、セルの系統の特定の端子に電気的に結合された複数の接点９５２を含む。接点９５２は、ピニオンギア９４６が回転するのに伴って、ピニオンギア９４６に対して静止状態において留まることになる。具体的には、図１０３ａを考慮した際に、ほぼ９時において始まり、且つ、時計回りの方向において移動することにより、Ｂ＋端子に結合されたＢ＋接点９５２ａ、Ａ−端子に結合されたＡ−接点９５２ｂ、Ｂ−端子に結合されたＢ−接点９５２ｃ、Ｃ＋端子に結合されたＣ＋接点９５２ｄ、Ｃ−端子に結合されたＣ−接点９５２ｅ、Ｂ−端子に結合されたＢ−接点９５２ｆ、Ａ−端子に結合されたＡ−接点９５２ｇ、Ｃ＋端子に結合されたＣ＋接点０５２ｈ、及びＡ＋端子に結合されたＡ＋接点９５２ｉが存在している。この構成は、上述のように、セルの３つの系統を仮定している。反対方向において回転する変換サブシステム７７２'''、その他のセル構成、接点構成、及び短絡バー構成を含む実施形態が、本開示の範囲により想定され且つ包含される。
【０６５４】
図１０３ａに示されているように、低定格電圧構成においては、第１低電圧短絡バー９４８ａは、接点の第１のサブセット（具体的には、Ｂ＋接点９５２ａ、Ａ＋接点９５２ｉ、及びＣ＋接点９５２ｈ）を電気的に結合しており、第２の低電圧短絡バー９４８ｂは、接点の第２のサブセット（具体的には、Ａ−接点９５２ｇ、Ｂ−接点９５２ｆ、及びＣ−接点９５２ｄ）を電気的に結合している。これは、セルの系統を並列構成に置き、変換可能電池パック２０Ａ４を低定格電圧構成に置く。
【０６５５】
図１０３ｂに示されているように、電動工具１０Ａ２が変換可能電池パックと係合し、且つ、結合方向Ａにおいて更に移動した際に、コンバータ要素９４１は、結合方向Ａにおいて移動させられる。この動作は、ラックギア４５を結合方向Ａにおいて移動させる。ラックギア９４５が結合方向Ａにおいて移動するのに伴って、ピニオンギア９４６は、反時計回り方向において移動するように強制されることになる。ピニオンギア９４６が反時計回り方向において移動するのに伴って、第１及び第２低電圧短絡バー９４８は、それぞれ、接点９５２の第１及び第２のサブセットから結合解除されることになる。この位置においては、変換可能電池パック２０Ａ４は、開路状態（低定格電圧でもなく、中間定格電圧でもない）となる。電池７５２のＢＡＴＴ＋及びＢＡＴＴ−端子の間には、電圧電位が存在しなくなる。
【０６５６】
図１０３ｃに示されているように、電動工具１０Ａ２が、変換可能電池パック２０Ａ４と更に係合し、且つ、結合方向Ａにおいて更に移動するのに伴って、コンバータ要素９４１は、結合方向Ａにおいて移動させられる。この動作は、ラックギア９４５を結合方向Ａにおいて移動させる。ラックギア９４５が結合方向Ａにおいて移動するのに伴って、ピニオンギア９４６は、反時計回り方向において更に移動するように強制されることになる。ピニオンギア９４６が反時計回り方向において移動するのに伴って、第１中間電圧短絡バー９５０ａは、接点の第３のサブセット（具体的には、Ａ−接点９５２ｂ及びＢ＋接点９５２ａ）を電気的に結合させることになり、第２中間電圧短絡バー９５０ｂは、接点の第４のサブセット（具体的には、Ｂ−接点９５２ｃ及びＣ＋接点９５２ｄ）を電気的に結合させることになる。これは、セルの系統を直列構成に置き、変換可能電池パック２０Ａ４を中間定格電圧構成に置く。
【０６５７】
電動工具１０Ａ２が、変換可能電池パック２０Ａ４から結合解除される際には、工具１０Ａ２は、変換可能電池パック２０Ａ４に関して、結合方向Ａとは反対の方向において移動することなる。電動工具１０Ａ２が変換可能電池パック２０Ａ４から結合解除されるのに伴って、捩じりスプリング９４７は、時計回りの方向において移動するように、ピニオンギア９４６を強制することになる。この結果、中間電圧短絡バー９５０は、接点の第３及び第４サブセットから結合解除されることになる。これは、変換可能電池パック２０Ａ４を開路状態に移すことになる。電動工具１０Ａ２が変換可能電池パック２０Ａ４から更に結合解除されるのに伴って、捩じりスプリング９４７は、時計回り方向において更に移動するようにピニオンギア９４６を強制することになる。この結果、低電圧短絡バー９４８は、接点の第１及び第２サブセットに電気的に結合することになる。これは、変換可能電池パック２０Ａ４を低定格電圧状態に移すことになる。
【０６５８】
図１０４及び図１０５は、変換可能電池パック２０Ａ４のコンバータ要素９６０を作動させるための一代替実施形態を示している。この実施形態においては、変換可能電池パック２０Ａ４は、電池パックハウジング９６２の上部部分９６３上において中央に配置されたボタン９６１を含む。ボタン９６１は、非係合位置（図１０４ａ及び図１０４ｂに示されている）と係合位置（図１０５ａ及び図１０５ｂに示されている）との間において移動可能である。ボタン９６１は、結合することになる電気装置１０Ａ２との装着及び装着解除の方向において変換可能電池パック２０Ａ４の長軸に沿って移動可能である。ボタン９６１は、Ｕ字形状の作動部材９６４に機械的に結合されている。作動部材９６４は、ボタン９６１に結合されたクロスバー９６５と、２つの平行脚部９６６と、を含む。平行脚部９６６のうちの１つは、クロスバー９６５の各端部に装着されている。脚部９６６は、各脚部９６６が、（上述のコンバータ要素に類似した）Ｕ字形状のコンバータ要素９６０の平行脚部９６７のうちの１つに対して当接するように、構成されている。上述の変換可能電池パックと同様に、図１０４及び図１０５に示されている変換可能電池パック２０Ａ４は、圧縮スプリング９６８のペアを含む。圧縮スプリング９６８の一端は、コンバータ要素のクロスバー９６９の一端に装着されており、圧縮スプリング９６８の他端は、コンバータ要素ハウジングに装着されている。
【０６５９】
変換可能電池パック２０Ａ４と結合するように構成された中間定格電圧電動工具１０Ａ２は、電動工具１０Ａ２が変換可能電池パック２０Ａ４と結合される際に、ボタン９６１と係合するように位置した（上述の突起に類似した）突起又は延長部を電動工具の足部内において含むことになろう。電動工具１０Ａ２が変換可能電池パック２０Ａ４と結合される際に、工具の足部突起は、ボタン９６１を電池パックハウジング９６２内に押し込み、これにより、結合方向に沿って移動するようにコンバータ要素９６０を押し進めるべく、Ｕ字形状の作動部材９６４を押し進めることになる。これは、スプリング９６８を圧縮する。上述のように、コンバータ要素９６０は、変換可能電池パック２０Ａ４を低定格電圧構成から中間定格電圧構成に変換することになる。変換可能電池パック２０Ａ４が電動工具１０Ａ２から除去される際には、スプリング９６８は、コンバータ要素９６０をその元の位置に押し進めることになる。これは、変換可能電池パック２０Ａ４を、低定格電圧構成に戻るように変換する。
【０６６０】
本開示において図示及び記述されている変換可能電池パック２０Ａ４に伴う懸念は、変換可能電池パックが中間定格電圧工具又はその他の変換工具から除去された際に、変換可能電池パック２０Ａ４が、その中間定格電圧構成において留まるという点にある。変換可能電池パック２０Ａ４が中間定格電圧構成において留まることを要し、且つ、次いで、低定格電圧電動工具と結合された場合には、低定格電圧電動工具が損傷される可能性があろう。図１０６ａ〜図１０６ｇは、この懸念に対処するためのシステム及び方法を示している。
【０６６１】
上述した、且つ、関係する用途における、変換可能電池パック２０Ａ４の特定の例示的な実施形態においては、変換可能電池パック２０Ａ４は、上述のコンバータ要素に類似したコンバータ要素を含む。コンバータ要素は、コンバータ突起９７１を含む。上述のように、コンバータ突起９７１は、（図示されていないが、上述した）軌道内において存在していてもよく、且つ、変換可能電池パック２０Ａ４の上部から延在していなくてもよい。図１０６において、コンバータ突起９７１は、例示を目的として、変換可能電池パック２０Ａ４の上部から延在するものとして示されているが、これは、コンバータ突起９７１の配置を限定することを意図したものではない。更には、上述の、且つ、関係する用途における、中間電圧定格電動工具の特定の例示的な実施形態においては、電動工具は、変換要素９７２を含む。変換要素９７２は、変換工具の足部から延在していてもよい。中間定格電圧電動工具１０Ａ２（又は、その他の変換電動工具１０）が変換可能電池パック２０Ａ４と結合される際に、変換要素９７２は、コンバータ突起９７１に係合し、且つ、第１低電圧位置から第２中間電圧位置に移動するように、コンバータ突起９７１と、従って、コンバータ要素と、を押し進める。変換可能電池パック２０Ａ４が中間電圧定格電動工具１０Ａ２（又は、その他の変換電動工具１０）から除去される際に、変換可能電池パック２０Ａ４内の（上述の）スプリングメカニズムは、コンバータ要素を第１低定格電圧位置に戻るように押し進めることになろう。但し、スプリングメカニズムに障害が発生するか、又はなんらかのその他の障害が発生した場合には、コンバータ要素は、第２の中間電圧位置において留まりうるであろう。
【０６６２】
図１０６ａに示されている中間定格電圧電動工具１０Ａ２及び変換可能電池パック２０Ａ４の例示的な実施形態においては、中間定格電圧電動工具１０Ａ２は、リターン要素９７３と呼称される追加の機能部を含む。リターン要素９７３は、（変換可能電池パック２０Ａ４に関して）変換要素９７２の前面において位置してり、且つ、更には、工具の足部から延在している。上述のように、変換要素９７２は、コンバータ突起９７１に係合するべく、軌道内において移動するものとして説明された。リターン要素９７３は、変換要素９７２と合致した状態において位置しることになり、且つ、更には、軌道内において移動することになろう。変換要素９７２及びリターン要素９７３の双方は、変換可能電池パック２０Ａ４の上部に沿って移動するものとして示されている。これは、例示を目的としたものに過ぎず、且つ、変換要素９７２又はリターン要素９７３の配置を限定することを意図したものではない。リターン要素９７３は、丸くされた又は丸みのある先端である、前方エッジ９７４を有するように構成されており、且つ、変形可能なゴム材料、又はスプリング式ピン、又は、退却又は圧縮を許容する機械的特徴を有するその他の構成要素、材料、又は組立体から製造されている。図１０６ｂに示されているように、電動工具１０Ａ２が変換可能電池パック２０Ａ４に係合するのに伴って、リターン要素９７３は、コンバータ突起９７１と係合することになる。リターン要素９７３の形状及び材料に起因して、リターン要素９７３は、コンバータ突起９７１を移動させることなしに、又は、これをわずかにのみ移動させて、コンバータ突起９７１上を乗り越えることになる。その後に、図１０６ｃ及び図１０６ｄに示されているように、変換要素９７２は、電池７５２が低電圧構成から中間電圧構成に変換される時点まで、上述のように、コンバータ突起９７１に係合することになる。
【０６６３】
変換可能電池パック２０Ａ４が電動工具１０Ａ２から除去される際に、図１０６ｅに示されているように、リターン要素９７３の後側９７５が、コンバータ突起９７１に係合することになる。再度リターン要素９７３の形状及び／又は材料に起因して、リターン要素９７３は、コンバータ突起９７１上を乗り越えることにならない。スプリングメカニズムに障害が発生するか又はなんらかのその他の障害が発生した状況においては、リターン要素９７３は、図１０６ｆに示されているように、中間定格電圧構成から低定格電圧構成に移動するように、コンバータ突起９７１と、従って、コンバータ要素と、を押し進めることになる。その後に、変換可能電池パック２０Ａ４は、電動工具１０Ａ２から除去されて低定格電圧構成に留まってもよい。
【０６６４】
図１０８、図１０９、及び図１１０は、接点９８０と、接点９８０を製造する方法と、を示している。電動工具は、電流を通過及び遮断するべく、通常、主オン／オフ接点を有するスイッチを使用する。安定した接点は、接点抵抗値、局所的加熱、及びその結果としての接点損耗を低減するべく、高導電率材料又は合金から製造されている。接点９８０は、通常、銀メッキされた銅バスバーの打ち抜き加工材上にリベット結合又は溶接されている。特定の例示的な変換可能電池パック設計においては、接点９８０は、電池７５２を、例えば、２０Ｖの低定格電圧構成から、例えば、６０ボルトの中間定格電圧構成に変換するべく、複雑な打ち抜き加工されたバスバーに結合されている。このような打ち抜き加工材の使用は、機械加工費用、製造の複雑性、及び単価を増大させる。
【０６６５】
図１１０には、上述の複雑な個々の打ち抜き加工された接点が示されている。個々の打ち抜き加工材が２つの別個の打ち抜き加工材に分割され次いで結合された場合には、機械加工の複雑性が低減されることになり、且つ、一回の打ち抜き加工からより少ない切れ端が生成されることから、節約を実現することができよう。図１０７は、従来の個々の複雑な打ち抜き加工材（打ち抜き加工材１と表記されている）と、薄い陰影の関連する切れ端と、を示している。図１０８は、２つの別個の打ち抜き加工材（打ち抜き加工材２及び３として表記されている）を示している。また、新規な別個の打ち抜き加工材における切れ端材料は、薄い陰影によって示されており、従来の打ち抜き加工方法と比較して大幅に低減されている。切れ端材料が除去されたら、２つの新規な打ち抜き加工材は、リベット結合又は溶接によって機械的に結合される。その結果、リベットは、図４３に示されている結合する対向するレバーアーム用の安定した電気接点として機能する。打ち抜き加工材２がより長くなった場合には、切れ端材料が更に低減される。
【０６６６】
また、後述するように、低定格電圧電池パック２０Ａ１の組は、例えば、電池パックの電圧が加法的となるように、低定格電池パック２０Ａ１のうちの複数を工具に直列状態において結合することにより、電力を中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２、高定格電圧電動工具１０Ａ３、１０Ｂのその他の組のうちの１つ又は複数に供給可能であってもよい。低定格電圧電池パック２０Ａ１は、追加的に、又は代替的に、電動工具１０の任意のもの用の望ましい電圧レベルを出力するべく、変換可能電池パック２０Ａ４のいずれか又は高電圧パック２０Ａ３のいずれかと共に、直列状態において結合されてもよい。
【０６６７】
例示的な一実施形態においては、中間定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ２は、中間定格電圧を提示するべく直列状態において接続された複数の低定格電圧電池パック２０Ａ１、中間定格電圧電池パック２０Ａ１、及び／又は、その中間定格電圧構成において動作する低／中間定格電圧変換可能電池パック２０Ａ４と結合し且つ電力を受け取るように構成されてもよい。中間定格電圧電動工具２０Ａ２は、相対的に表現した場合に、中間定格の電圧を有する。換言すれば、中間定格電圧工具１０Ａ２の組は、相対的に中間定格電圧のＤＣ電源を使用して動作するように設計されている。中間定格電圧は、上述の低定格電圧ＤＣ電動工具１０Ａ１、高定格電圧電動工具１０Ａ３、１０Ｂとの比較において、相対的な用語である。例示的な一実施形態においては、中間定格電圧電動工具１０Ａ２は、例えば、４０Ｖ、５４Ｖ、７２Ｖ、及び／又は８０Ｖなどのように、４０Ｖ〜８０Ｖの定格電圧を有しうる。
【０６６８】
例えば、高定格電圧電動工具１０Ａ３、１０Ｂは、合計高定格電圧を有するべく直列状態において互いに接続された複数の低定格電圧電池パック２０Ａ１又は中間定格電圧電池パック２０Ａ２、その中間定格電圧構成において動作すると共に合計高定格電圧を有するように直列状態において互いに接続された複数の低／中間定格電圧変換可能電池パック２０Ａ、又は、単一の高定格電圧電池パック２０Ａ３から、電力を受け取るように構成されてもよい。代替的に、ＤＣ電源２０Ａの組み合わせられた電圧は、ＡＣ電源２０ＢのＡＣ電圧レベルよりも低い範囲（例えば、４０ＶＤＣ〜９０ＶＤＣ）内であってもよい。
【０６６９】
例えば、極高定格電圧電動工具は、合計極高定格電圧を有するように直列状態において互いに接続された複数の低定格電圧電池パック２０Ａ１、中間定格電圧電池パック２０Ａ２、又は高定格電圧電池パック２０Ａ３、その中間又は高定格電圧構成において動作すると共に合計極高定格電圧を有するように直列状態において互いに接続された複数の低／中間定格電圧又は中間／高定格電圧変換可能電池パック２０Ａ４から電力を受け取るように構成されてもよい。一実施形態においては、電動工具１０は、取外し可能の電池パック２０Ａと、電池パック２０Ａから電力を受け取るための端子ブロックと、電動工具をＡＣ電源２０Ｂに結合するための別個のＡＣ電力コード又はコンセントのいずれかに結合するための１つ又は複数の電池パックインターフェイスと、を含む。別の実施形態においては、工具１０は、工具１０を取外し可能の電池パックに又はアダプタを介してＡＣ電源に接続可能な電源インターフェイスを含んでもよい。一実施形態においては、電池インターフェイスは、低定格電圧電池パック２０Ａ１、中間定格電圧電池パック２０Ａ２、高定格電圧電池パック２０Ａ３、及び／又は変換可能電池パック２０Ａ４を受け入れるように構成されている。
【０６７０】
極高定格電圧電動工具１０８は、例えば、極高定格電圧電源と共に動作するように最適化されたドリル、丸鋸、ねじ回し、往復鋸、振動工具、インパクトドライバ、フラッシュライト、ストリングトリマ、植木用バリカン、芝刈り機、釘打ち機、ロータリーハンマ、マイターソー、チェーンソー、ハンマドリル、及び／又はコンプレッサなどの高定格電圧電動工具１０６と類似したタイプの工具を含みうる。更に詳細に後述するように、極高定格電圧電動工具１０８のうちの各工具は、工具をＡＣ電源に及び／又はＤＣ電源に結合するように構成された電源インターフェイスを含む。
【０６７１】
図１１８〜図１２３を参照すれば、本発明の別の態様は、変換可能電池パック２０Ａ４用の電子モジュールである。変換可能電池パック２０Ａ４の例示的な一実施形態においては、変換可能電池パック２０Ａ４は、上述のように、例えば、２０Ｖの低定格電圧、又は、例えば、６０ボルトの中間定格電圧をＢＡＴＴ＋／ＢＡＴＴ−電池端子において供給することができる。特定の実施形態においては、変換可能電池パック２０Ａ４は、低定格電圧構成において充電されるのみであってもよい。但し、代替実施形態においては、変換可能電池パック２０Ａ４は、低定格電圧構成又は中間定格電圧構成において充電されてもよい。電子モジュールは、いずれかの構成における充電の際に、すべての電池セルを監視するための方法を提供しなければならない。監視は、充電終了及び過電圧保護（ＯＶＰ：Ｏｖｅｒ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）を許容する必要がある。また、電子モジュールは、放電の際に直列及び並列動作の両方を許容する必要もある。好適な一実施形態においては、変換可能電池パックは、既存の電池パック充電器との間における下位互換性を有する。電子モジュールは、セルの不均衡を生成してはならない。
【０６７２】
本発明のこの態様の電池パックセル電圧監視回路１５００は、セルの系統が並列構成にある際に、充電及び／又は過電圧保護のためのセルの監視を提供する。この同一の回路は、セルの系統が直列構成に再構成される際には、短絡及び損傷から保護されている（ダイオードを使用して隔離されている）。
【０６７３】
電池パックセル電圧監視回路１５００は、既存の電池パック充電器との間における下位互換性を提供するという目的を伴って、１つ又は複数の模倣セル電圧を生成し、模倣セル電圧は、電池パック充電器３０に対して、実際のセル電圧としてそれ自体を提示する。この模倣セル電圧は、変換可能電池パック２０Ａ４の充電を停止するように電池パック充電器３０に通知するべく、使用される。
【０６７４】
また、電池パックセル電圧監視回路１５００は、個々のセルの放電電圧を監視してもよく、且つ、電動工具１０との間における下位互換性を提供するという目的を伴って、実際のセル電圧としてそれ自体を提示する模倣セル電圧を生成してもよい。この模倣セル電圧は、変換可能電池パック２０Ａ４の放電を停止するように電動工具１０に通知するべく、使用される。
【０６７５】
模倣セル電圧を選択するために使用される制御パラメータは、セル電圧、スタック電圧、セル又はパック温度、放電電流、充電の状態、電流、ユーザーによる選択が可能なスイッチ、又はその他の懸念の予測可能なパラメータなどの監視対象の電池パックのパラメータである。
【０６７６】
図１１８Ａを参照すれば、Ｃ系統（中間定格電圧構成における最も負の系統）のセルノード／セルタップ（ＣＸ）は、セル電圧を電池パック充電器に提供するべく、電池端子ブロックに接続されている。具体的には、セルのＣ系統のＣ−端子は、ＢＡＴＴ−電池端子に結合されており、Ｃ１セルノードは、ＢＴ１電池端子に結合されており、Ｃ２セルノードは、ＢＴ２電池端子に結合されており、Ｃ３セルノードは、ＢＴ３電池端子に結合されており、Ｃ４セルノードは、ＢＴ４電池端子に結合されており、セルのＣ系統のＣ＋端子は、ＢＡＴＴ＋電池端子に結合されている。従って、この結果、変換可能電池パック２０Ａ４は、電池パック充電器３０に結合されており、ＢＡＴＴ−電池端子は、ＣＨＴ−充電器端子に結合されており、ＢＴ１電池端子は、ＣＨＴ１充電器端子に結合されており、ＢＴ２電池端子は、ＣＨＴ２充電器端子に結合されており、ＢＴ３電池端子は、ＣＨＴ３充電器端子に結合されており、ＢＴ４電池端子は、ＣＨＴ４充電器端子に結合されており、ＢＡＴＴ＋電池端子は、ＣＨＴ＋充電器端子に結合されており、ＣＨＴ−、ＣＨＴ１、ＣＨＴ２、ＣＨＴ３、ＣＨＴ４、ＣＨＴ＋充電器端子は、充電器内の第１過電圧保護回路（ＯＶＰ１）に結合されている。従って、Ｃ系統内の各セルの電圧は、第１ＯＶＰ１に対して提示される。任意のセルＣＣ１、ＣＣ２、ＣＣ３、ＣＣ４、ＣＣ５の電圧が、例えば、４．１ボルトなどの第１過電圧閾値を超過した際に、充電器／第１ＯＶＰ１は、変換可能電池パック２０Ａ４の充電プロセスを終了する。この構成においては、充電器内の第１ＯＶＰ１は、セルのＣ系統を監視することができる。
【０６７７】
図１１８Ｂを参照すれば、セルのＢ系統のセルは、変換可能電池パック２０Ａ４内の第１過電圧保護回路（ＯＶＰ２）を使用して監視されている。更に詳しくは、セルのＢ系統のＢ−端子及びＢ＋端子並びにＢ１、Ｂ２、Ｂ３、及びＢ４セルノードは、第１ＯＶＰ２に結合されており、これにより、第１ＯＶＰ２がセルのＢ系統を監視することを許容している。図１１８Ｃを参照すれば、セルのＡ系統のセルは、変換可能電池パック２０Ａ４内の第１過電圧保護回路（ＯＶＰ３）を使用して監視されている。更に詳しくは、セルのＡ系統のＡ−端子及びＡ＋端子並びにＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４セルノードは、第１ＯＶＰ３に結合されており、これにより、第１ＯＶＰ３がセルのＡ系統を監視することを許容している。
【０６７８】
任意のセルＣＢ１、ＣＢ２、ＣＢ３、ＣＢ４、ＣＢ５の電圧が第１過電圧閾値を超過した場合には、第１ＯＶＰ２がアクティブとなり、且つ、「充電停止」信号を出力することになり、任意のセルＣＡ１、ＣＡ２、ＣＡ３、ＣＡ４、ＣＡ５の電圧が第１過電圧閾値を超過した場合には、第１ＯＶＰ３がアクティブとなり、且つ、「充電停止」信号を出力することになる。
【０６７９】
図１１８Ｂを参照すれば、図示の例示的な実施形態においては、第１ＯＶＰ２の出力がハイである際には、監視対象のセルは、すべて、第１電圧閾値未満であり、第１ＯＶＰ２の出力がローである場合には、監視対象のセルのうちの１つ又は複数は、第１電圧閾値以上である。換言すれば、セルＣＢ１〜ＣＢ５のすべてが、第１過電圧閾値未満である際には、第１ＯＶＰ２の出力は、正常（ハイ）となり、これにより、充電が継続しうることを示している。セルＣＢ１〜ＣＢ５のいずれかが、第１過電圧閾値を超過した際には、第１ＯＶＰ２の出力は、有効（ロー）となり、これにより、充電を停止すべきであることを示す。
【０６８０】
図１１８Ｃを参照すれば、図示の例示的な実施形態においては、第１ＯＶＰ３は、第１ＯＶＰ２と同一の方式によって動作する。換言すれば、セルＣＡ１〜ＣＡ５のすべてが、第１電圧閾値未満である際には、第１ＯＶＰ３の出力は、正常（ハイ）となり、これにより、充電が継続しうることを示す。セルＣＡ１〜ＣＡ５のいずれかが、第１過電圧閾値を超過した際には、第１ＯＶＰ３の出力は、有効（ロー）となり、これにより、充電を停止すべきであることを示す。
【０６８１】
図１１９を参照すれば、セル電圧監視回路１５００の充電制御回路１５３０の例示的な一実施形態においては、図１１８Ｂ及び図１１８Ｃの電池パックの第１ＯＶＰの出力が、充電制御回路１５３０に提供されている。電圧レギュレータ１５３２は、絶縁障害の場合におけるセルＣＣ１の過充電を防止するべく、例えば、４．３Ｖなどの過電圧閾値に設定されている。充電制御回路１５３０の電流（Ｉｃｑ）は、電池が低定格電圧構成にあり、且つ、セルＣＣ１電圧が、第１電圧閾値（既定状態）未満である際には、４μＡ未満である。この実施形態においては、第１ＯＶＰ２及び第１ＯＶＰ３は、オープンドレーンの、有効がローである、構成要素である。Ａ又はＢ系統のセルのうちの１つが第１電圧閾値に到達又は超過したことから第１ＯＶＰ２又は第１ＯＶＰ３がローにプルされる際には、電池パック充電器３０は、ＣＣ１セルの電圧が、第１電圧閾値を超過していないにも拘わらず、ＣＣ１セルの電圧（Ｃ１セルノード／セルタップからＢＴ１電池端子において提供される）を、（第１電圧閾値を上回る）４．３Ｖとして読み取ることになる。充電制御回路１５３０の電流（Ｉｃｑ）は、電池が低定格電圧構成にあり、且つ、セルＣＣ１電圧が第１電圧閾値以上である際には（有効状態）、１２μＡに等しい。ダイオードＤ２及びＤ３は、変換可能電池パック２０Ａ４が中間定格電圧構成であり、且つ、セルの系統が互いに直列状態にある際には、絶縁を提供する。
【０６８２】
充電終了信号生成プロセス
この実施形態においては、充電プロセスの開始点において、Ａ系統セルのすべて及びＢ系統セルのすべてが、第１電圧閾値未満であると仮定する。Ａ系統セルのすべて及びＢ系統セルのすべてが、第１電圧閾値未満であることから、第１ＯＶＰ２及び第１ＯＶＰ３の双方は、ロー／既定状態にあり、有効でない。充電停止信号が、第１ＯＶＰ２及び第１ＯＶＰ３の出力において存在していないと表現されうるであろう。第１ＯＶＰ２及び第１ＯＶＰ３の双方は、有効ではない。この状態（充電停止信号が第１ＯＶＰ１又は２０のいずれの出力にも存在していない際）において、ダイオードＤ２及びＤ３は、逆バイアスされる。また、この状態においては、電流は、抵抗器Ｒ５又はＲ６を通じて流れない。この例においては、Ｒ５を介してハイにプルされた状態において、Ｑ３のＶＧＳ＝０Ｖであり、且つ、Ｑ４のＶＧＳ≧＋０．１Ｖである際に、両方のトランジスタは、オフであり、Ｒ６を介してローにプルされた状態において、Ｑ１及びＱ２のＶＧＳ＝−ＶＣＴ−１≒−４．２Ｖである際には、両方のトランジスタは、オンである。従って、Ｃ１セルタップにおける電圧（ＣＡ１セルの電圧）は、ＢＴ１電池端子に提示され、且つ、ＣＨＴ１充電器端子に提示され、且つ、充電器内の第１ＯＶＰ１の対応した入力に提示される。第１ＯＶＰ２及び第１ＯＶＰ３が充電停止信号をその出力において有していない限り、充電器の第１ＯＶＰ１は、セルのＣ系統を監視することになり、ＣＡ１セルを含むＣ系統セルのいずれのセルの電圧も第１電圧閾値を超過していない限り、充電器内の第１ＯＶＰ１は、充電を継続的に許容することになる。従って、第１ＯＶＰ１は、充電停止信号を出力することにならず、充電器は、ＣＡ１セルを含むＣ系統セルのいずれかが、第１電圧閾値を超過しない限り、且つ、これが発生する時点まで、すべてのセルの充電を継続することになる。従って、セルのいずれかが、第１電圧閾値を超過した際には、第１ＯＶＰ１は、充電停止信号を出力し、充電器は、すべてのセルの充電を停止することになる。
【０６８３】
充電プロセスにおけるいずれかの時点において、Ａ系統セル又はＢ系統セルのうちの１つ又は複数は、第１電圧閾値以上となりうる。この例においては、第１ＯＶＰ２又は第１ＯＶＰ３の出力において存在している信号が、充電停止信号である際には、対応したダイオードＤ２及び／又はＤ３は、順バイアスされることになる。更には、電流が、抵抗器Ｒ５及びＲ６を通じて流れることになる。この例においては、Ｑ３を介してハイにプルされた状態において、Ｑ１及びＱ２のＶＧＳ≧−０．６Ｖ（ボディダイオード降下）である際には、両方のトランジスタは、オフであり、Ｄ２及び／又はＤ３を介してローにプルされた状態において、Ｑ３及びＱ４のＶＧＳ≒−３．６Ｖである際には、両方のトランジスタは、オンである。従って、例えば、４．３Ｖなどの電圧レギュレータから出力された電圧（模倣又はフェイク電圧と呼称される）が、ＢＴ１電池端子において存在することになり、且つ、ＣＨＴ１充電器端子に結合されることになる。従って、電池パック充電器内の第１ＯＶＰ１は、第１電圧閾値よりも大きい電圧信号を受け取ることになり、且つ、その結果、充電停止信号を充電器コントローラに送信することになる。
【０６８４】
この回路は、低定格電圧（例えば、２０Ｖ）構成（並列状態において互いに接続された系統Ａ、Ｂ、Ｃの構成、即ち、Ａ＋が、Ｃ＋に接続されたＢ＋に接続されており、且つ、Ａ−が、Ｃ−に接続されたＢ−に接続されている構成）における充電を許容するが、中間定格電圧（例えば、６０Ｖ）構成（直列状態において互いに接続された系統Ａ、Ｂ、Ｃの構成、即ち、Ａ−がＢ＋に接続されており、且つ、Ｂ−がＣ＋に接続されている構成）においては、充電を許容しない。
【０６８５】
２つの第１ＯＶＰ２、３のいずれかの出力が「充電停止」信号である際には、例えば、ＣＣ１などの電池セルの１つについて、例えば、４．２Ｖなどの第１過電圧閾値よりも高い「フェイク」又は模倣電圧がＢＴ１電池端子において提示される。このフェイク電圧は、ＣＨＴ１充電器端子に提示され、ＣＨＴ１充電器端子は、フェイク電圧を第１ＯＶＰ１に提供する。第１ＯＶＰ１は、これを過電圧状態であると見なし、且つ、電池パックの充電プロセスを終了させる「充電停止」信号を出力する。
【０６８６】
この実施形態においては、ＯＶＰチップは、接続されているセルのすべてが第１電圧閾値未満である際に、ハイ信号を出力し、接続されているセルのいずれかが第１電圧閾値以上である際には、ロー信号を出力する。第１ＯＶＰ２及び３の両方が、ハイ信号を出力した場合には（Ａ又はＢ系統のいずれのセルも、第１過電圧閾値に到達していない）、Ｑ３及びＱ４は、オフ／開路となり、且つ、Ｑ１及びＱ２は、オン／閉路となる。従って、Ｃ１セルタップにおける電圧は、ＢＴ１電池端子及びＣＨＴ１充電器端子に提示されることになり、充電器は、過電圧保護のために、Ｃ１セルタップの電圧を監視することになる。
【０６８７】
第１ＯＶＰ２又は第１ＯＶＰ３がロー信号を出力した場合には（Ａ又はＢ系統の少なくとも１つが第１電圧閾値に到達／超過している）、Ｑ１及びＱ２は、オフ／開路となり、且つ、Ｑ３及びＱ４は、オン／閉路となる。この構成においては、電圧レギュレータの出力は、ＢＴ１電池端子及びＣＨＴ１充電器端子に結合／提示されることになる。電圧レギュレータの出力は、例えば、４．２ボルトなどの第１電圧閾値よりも大きい何らかの電圧に設定されることになる。４．２ボルトがＢＴ１電池端子及びＣＨＴ１充電器端子に、且つ、従って、さもなければＣ１電池タップを読み取ることになる充電器内の第１ＯＶＰ１の入力に提示されるのに伴って、ＯＶＰ１は、この電圧を過電圧状態であると見なし、従って、第１ＯＶＰ１は、電池パックの充電プロセスを終了させることになる。
【０６８８】
再度、図１１８Ａ、図１１８Ｂ、及び図１１８Ｃを参照すれば、第２ＯＰＶによって監視されているセル電圧が、第２過電圧閾値未満である際には、第２ＯＶＰは、その正常／既定状態にあり、且つ、第２ＯＰＶの出力は、ハイである。第２ＯＶＰによって監視されているセル電圧のいずれかが、第２過電圧閾値以上である際には、第２ＯＶＰは、その有効状態において置かれ、且つ、第２ＯＶＰの出力は、ローである。セルＣＣ１〜ＣＣ５のすべてが、第２過電圧閾値未満である際には、第２ＯＶＰ１出力＝正常（ハイ）であり、セルＣＣ１〜ＣＣ５のいずれかが、第２過電圧閾値を超過した際には、第２ＯＶＰ１出力＝有効（ロー）である。第２ＯＶＰ２は、第２ＯＶＰ１と同一の方式で動作する。換言すれば、セルＣＢ１〜ＣＢ５のすべてが、第２電圧閾値未満である際には、第２ＯＶＰ２出力＝正常（ハイ）であり、セルＣＢ１〜ＣＢ５のいずれかが、第２電圧閾値を超過した際には、第２ＯＶＰ２出力＝有効（ロー）である。そして、第２ＯＶＰ３も、第２ＯＶＰ１及びＯＶＰ２と同一の方式で動作する。換言すれば、セルＣＡ１〜ＣＡ５のすべてが、第２電圧閾値未満である際には、第２ＯＶＰ３出力＝正常（ハイ）であり、セルＣＡ１〜ＣＡ５のいずれかが、第２電圧閾値を超過した際には、第２ＯＶＰ３出力＝有効（ロー）である。
【０６８９】
図１２０を参照すれば、いずれかのセル（ＣＡ１〜ＣＡ５、ＣＢ１〜ＣＢ５、ＣＣ１〜ＣＣ５）の電圧が、例えば、４．２７５ボルトなどの予め定義された第２過電圧閾値を超過したことを示す信号を第２ＯＶＰ１又は第２ＯＶＰ２又は第２ＯＶＰ３が出力した場合には、結合回路は、充電を停止するべく、電池パック充電器３０に信号を出力することになる。この実施形態においては、変換可能電池パック２０Ａ４は、すべての３つの系統（Ａ、Ｂ、Ｃ）が並列状態において接続される際にのみ、即ち、低定格電圧構成の際にのみ、充電されうる。ダイオードＤ４及びＤ６は、系統（Ａ、Ｂ、Ｃ）が直列状態において接続される際に、即ち、中間定格電圧構成の際に、より高電圧の系統を隔離する。第２ＯＶＰ１は、ダイオードを必要としてはおらず、その理由は、Ｃ系統の負の接続が、接地電位を参照しているからである。結合回路の出力は、ＣＨＴ６／ＩＤ充電器端子に結合されたＢＴ６／ＩＤ電池端子において信号を提示する。この実施形態においては、電池端子ブロックは、すべての３つの系統が並列状態において接続される際にのみ、電池パックが充電されうるように、構成されることになろう。
【０６９０】
この回路は、低定格電圧（例えば、２０Ｖ）構成（並列状態において互いに接続された系統Ａ、Ｂ、Ｃの構成、即ち、Ａ＋が、Ｃ＋に接続されたＢ＋に接続されており、且つ、Ａ−が、Ｃ−に接続されたＢ−に接続されている構成）においては、充電を許容するが、中間定格電圧（例えば、６０Ｖ）構成（直列状態において互いに接続された系統Ａ、Ｂ、Ｃの構成、即ち、Ａ−がＢ＋に接続されており、且つ、Ｂ−がＣ＋に接続されている構成）においては、充電を許容しない。
【０６９１】
図１２１、図１２２、及び図１２３は、図１１８、図１１９、及び図１２０に示されている回路に対する一代替実施形態回路を示している。
【０６９２】
図１１８Ａと同様に、図１２１Ａの電池においては、Ｃ系統（中間定格電圧構成における最も負の系統）のセルノード／セルタップ（ＣＸ）は、セル電圧を充電器に提供するべく、端子ブロックに接続されている。具体的には、セルのＣ系統のＣ−端子は、ＢＡＴＴ−電池端子に結合されており、Ｃ１セルノードは、ＢＴ１電池端子に結合されており、Ｃ２セルノードは、ＢＴ２電池端子に結合されており、Ｃ３セルノードは、ＢＴ３電池端子に結合されており、Ｃ４セルノードは、ＢＴ４電池端子に結合されており、セルのＣ系統のＣ＋端子は、ＢＡＴＴ＋電池端子に結合されている。従って、変換可能電池パック２０Ａ４は、電池パック充電器３０に結合されており、ＢＡＴＴ−電池端子は、ＣＨＴ−充電器端子に結合されており、ＢＴ１電池端子は、ＣＨＴ１充電器端子に結合されており、ＢＴ２電池端子は、ＣＨＴ２充電器端子に結合されており、ＢＴ３電池端子は、ＣＨＴ３充電器端子に結合されており、ＢＴ４電池端子は、ＣＨＴ４充電器端子に結合されており、ＢＡＴＴ＋電池端子は、ＣＨＴ＋充電器端子に結合されており、ＣＨＴ−、ＣＨＴ１、ＣＨＴ２、ＣＨＴ３、ＣＨＴ４、ＣＨＴ＋充電器端子は、充電器内の第１過電圧保護回路（ＯＶＰ１）に結合されている。従って、Ｃ系統内の各セルの電圧は、充電器／第１ＯＶＰ１に提示される。いずれかのセルＣＣ１、ＣＣ２、ＣＣ３、ＣＣ４、ＣＣ５の電圧が、例えば、４．１ボルトなどの第１過電圧閾値を超過した場合には、充電器／第１ＯＶＰ１は、電池パックの充電プロセスを終了させる。この構成においては、充電器内の第１ＯＶＰ１は、セルのＣ系統を監視することができる。
【０６９３】
図１２１Ｂを参照すれば、セルのＢ系統のセルは、変換可能電池パック２０Ａ４内の第１過電圧保護回路（ＯＶＰ２）を使用して監視されている。更に詳しくは、セルのＢ系統のＢ−端子及びＢ＋端子並びにＢ１、Ｂ２、Ｂ３、及びＢ４セルノードは、第１ＯＶＰ２に結合されており、これにより、第１ＯＶＰ２がセルのＢ系統を監視することを許容している。図１Ｃを参照すれば、セルのＡ系統のセルは、変換可能電池パック２０Ａ４内の第１過電圧回路（ＯＶＰ３）を使用して監視されている。更に詳しくは、セルのＡ系統のＡ−端子及びＡ＋端子並びにＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４セルノードは、第１ＯＶＰ３に結合されており、これにより、第１ＯＶＰ３がセルのＡ系統を監視することを許容している。
【０６９４】
いずれかのセルＣＢ１、ＣＢ２、ＣＢ３、ＣＢ４、ＣＢ５の電圧が、第１過電圧閾値を超過している場合には、第１ＯＶＰ２は、有効となり、且つ、「充電停止」信号を出力し、いずれかのセルＣＡ１、ＣＡ２、ＣＡ３、ＣＡ４、ＣＡ５の電圧が、第１過電圧閾値を超過した場合には、第１ＯＰＶ３は、有効となり、且つ、「充電停止」信号を出力することになる。
【０６９５】
図１２１Ｂを参照すれば、図示の例示的な実施形態においては、第１ＯＶＰ２の出力がローである際には、監視されているセルは、全て、第１電圧閾値未満であり、第１ＯＶＰ２の出力がハイである際には、監視されているセルのうちの１つ又は複数は、第１電圧閾値以上である。換言すれば、セルＣＢ１〜ＣＢ５のすべてが、第１過電圧閾値未満である際には、Ｑ２０３トランジスタは、その開路／オフ状態となり、且つ、Ｑ２０２トランジスタは、その開路／オフ状態となり、且つ、その結果、第１ＯＶＰ２の出力は、正常（ロー）となり、これにより、充電が継続しうることを示す。セルＣＢ１〜ＣＢ５のいずれかが、第１過電圧閾値を超過した際には、Ｑ２０３トランジスタは、その閉路／オン状態となり、且つ、Ｑ２０２トランジスタは、その閉路／オン状態となり、且つ、第１ＯＶＰ２の出力は、有効（ハイ）となり、これにより、充電を停止するべきであることを示す。
【０６９６】
図１２１Ｃを参照すれば、図示の例示的な実施形態においては、第１ＯＶＰ３は、第１ＯＶＰ２と同一の方式によって動作する。換言すれば、セルＣＡ１〜ＣＡ５のすべての電圧が、第１過電圧閾値未満である際には、Ｑ３０３トランジスタは、その開路／オフ状態となり、且つ、Ｑ３０２トランジスタは、その開路／オフ状態となり、且つ、その結果、第１ＯＶＰ３の出力は、正常（ロー）となり、これにより、充電が継続しうることを示す。セルＣＡ１〜ＣＡ５のいずれかが、第１過電圧閾値を超過した際には、Ｑ３０３トランジスタは、その閉路／オン状態となり、且つ、Ｑ３０２トランジスタは、その閉路／オン状態となり、且つ、第１ＯＶＰ３の出力は、有効（ハイ）となり、これにより、充電を停止すべきであることを示す。
【０６９７】
図１２２を参照すれば、系統Ａ及びＢのセルのすべてが、第１過電圧閾値未満である際には、第１ＯＶＰ２及び第１ＯＶＰ３の出力は、ロー（非有効／ハイ  Ｚ）であり、従って、Ｑ１０９トランジスタのゲートは、Ｃ−に引っ張られ、Ｑ１０９トランジスタは、その開路／オフ状態にある。その結果、Ｑ１０８トランジスタは、開路／オフであり、電圧レギュレータは、オフである。Ｑ１０４Ａトランジスタ及びＱ１０４Ｂトランジスタのゲートは、Ｃ１（４Ｖ）に接続され、ソースは、Ｃ２（８Ｖ）に接続されており、従って、Ｑ１０４Ａトランジスタ及びＱ１０４Ｂトランジスタは、それらの閉路／オン状態にあり、ＢＴ２電池端子は、Ｃ２セルノードに結合され、且つ、充電器の第１ＯＶＰ１による充電終了分析のために、Ｃ２セルノードの実際の電圧を電池パック充電器に提供することになる。
【０６９８】
系統Ａ及びＢのセルのいずれかが、第１閾値を上回る際には、第１ＯＶＰ２又は３の出力は、ハイ（有効／ロー  Ｚ）であり、従って、Ｑ１０９のゲートは、Ｃ−／接地よりも大きい電圧に結合され、且つ、従って、オン／閉路である。これは、Ｑ１０８を作動させる。これは、電力（Ｃ＋）を電圧レギュレータに提供し、電圧レギュレータは、Ｑ１０４Ａ及びＱ１０４Ｂをオフにする／開路するべく、電圧を出力し、且つ、第１閾値を上回る電圧をＢＴ２において提供する。充電器（ＢＴ２に結合された充電器端子ＣＨＴ２を含む）が、第１電圧閾値を上回る電圧信号を受け取った際に、充電器は、電池パックへの充電を終了する。
【０６９９】
この回路は、低定格電圧（例えば、２０Ｖ）構成（並列状態において互いに接続されたＡ、Ｂ、Ｃの構成、即ち、Ａ＋が、Ｃ＋に接続されたＢ＋に接続されており、Ａ−が、Ｃ−に接続されたＢ−に接続されている構成）における充電を許容し、且つ、中間定格電圧（例えば、６０Ｖ）構成（直列状態において互いに接続された系統Ａ、Ｂ、Ｃの構成、即ち、Ａ−がＢ＋に接続されており、Ｂ−がＣ＋に接続されている構成）における充電を許容するという点において、図１１９に対する改善である。
【０７００】
図１２１Ａを参照すれば、第２ＯＶＰ１の出力は、正常＝＞ローであり、有効＝＞ハイである。セルＣＣ１〜ＣＣ５のすべてが、第２電圧閾値未満である際には、Ｑ１０１＝オフであり、Ｑ１００＝オフであり、その結果、第２ＯＶＰ１の出力＝正常（ロー）である。セルＣＣ１〜ＣＣ５のいずれかが、第２電圧閾値を超過する際には、Ｑ１０１＝オンであり、Ｑ１００＝オンであり、その結果、第２ＯＶＰ１出力＝有効（ハイ）である。
【０７０１】
図１２１Ｂを参照すれば、第２ＯＶＰ２の出力は、正常＝＞ローであり、有効＝＞ハイである。セルＣＢ１〜ＣＢ５のすべてが、第２電圧閾値未満である際には、Ｑ２０１＝オフであり、Ｑ２００＝オフであり、その結果、第２ＯＶＰ２の出力＝正常（ロー）である。セルＣＢ１〜ＣＢ５のいずれかが、第２電圧閾値を超過する際には、Ｑ２０１＝オンであり、Ｑ２００＝オンであり、その結果、第２ＯＶＰ２の出力＝有効（ハイ）である。
【０７０２】
図１２１Ｃを参照すれば、第２ＯＶＰ３の出力は、正常＝＞ローであり、有効＝＞ハイである。セルＣＡ１〜ＣＡ５のすべてが、第２電圧閾値未満である際には、Ｑ３０１＝オフであり、Ｑ３００＝オフであり、その結果、第２ＯＶＰ３の出力＝正常（ロー）である。セルＣＡ１〜ＣＡ５のいずれかが、第２電圧閾値を超過した場合には、Ｑ３０１＝オンであり、Ｑ３００＝オンであり、その結果、第２ＯＶＰ３出力＝有効（ハイ）である。
【０７０３】
第２ＯＶＰの出力信号は、トリガとして機能する。既定／正常状態（充電／放電が許容される）においては、第２ＯＶＰ１、ＯＶＰ２、ＯＶＰ３の出力＝ロー（非有効―すべてのセル電圧が第２過電圧閾値未満である）である。その結果、Ｑ１０２は、オフであり、Ｑ１０１は、オフであり、Ｑ１００は、オンであり、従って、ＢＴ６／ＩＤは、ロー（Ｃ−に結合されている）であり、＝＞充電が許容される。第２ＯＶＰ１出力及び／又は第２ＯＶＰ２出力及び／又は第２ＯＶＰ３出力＝ハイ（有効）である場合には（セル電圧のいずれかが第２過電圧閾値以上である場合には）、Ｑ１０２が作動し、これはＱ１０１を作動させ、これは（Ｃ＋から）一定の高電圧をＱ１０２（ゲート）に提供する。Ｑ１０２が作動する際に、Ｑ１００は停止し、従って、ＢＴ６／ＩＤは、ハイ  Ｚである［ＩＤ  ハイはどのようですか］。ＢＴ６／ＩＤ電池端子は、抵抗器ネットワーク（図示されていない）を通じてＶＤＤに結合されており＝＞充電非許容信号が、ＢＴ６／ＩＤ電池端子上において存在しており、これは、ＣＨＴ６／ＩＤ充電器端子に提示される。この信号は、セルの単一の系統が、又は並列状態において接続されたセルの複数の系統が、存在しているかのように、充電を停止するように充電器に対して指示する。
【０７０４】
図１２０に対する改善  −  この回路は、低定格電圧（例えば、２０Ｖ）構成（並列状態において互いに接続された系統Ａ、Ｂ、Ｃの構成、即ち、Ａ＋が、Ｃ＋に接続されたＢ＋に接続されており、Ａ−が、Ｃ−に接続されたＢ−に接続されている構成）における充電を許容しており、且つ、中間定格電圧（例えば、６０Ｖ）構成（直列状態において互いに接続された系統Ａ、Ｂ、Ｃの構成、即ち、Ａ−がＢ＋と接続されており、Ｂ−がＣ＋に接続されている構成）における充電を許容している。
【０７０５】
図１２３を再度参照すれば、Ｑ１０２には、一定の高電圧（Ｃ＋）が提供されることから、ハイとなった第２ＯＶＰが、予め定義された第２電圧閾値未満に降下した場合にも、ラッチは、オン／閉路において留まることになり（Ｑ１０２及びＱ１０１は、オンにおいて留まり、且つ、Ｑ１００は、オフに留まる）、電池は、充電を受け付けることができなくなる。
【０７０６】
図１２４は、例示的な電池を更に詳細に示している。電池は、変換サブシステムを含む。変換サブシステムは、支持基板と、コンバータ要素と、を含む。図１２４は、複数の接触パッドと、コンバータ要素のスイッチング接点と、を示しているが、コンバータ要素のハウジングを伴っていない。上述のように、例示的な電池は、接触パッドの第１のサブセットを支持基板上において含む。図１２４ａ及び図１２４ｂに示されている接触パッド構成は、例示的な構成である。例示的な代替実施形態は、その他の接触パッド構成を含んでもよく、本開示により想定され包含される。
【０７０７】
また、図１２４ａ及び図１２４ｂを参照すれば、この例示的な実施形態においては、主ＰＣＢは、複数の接触パッドを含んでもよい。これらの接触パッドは、電池信号端子を電池セルノードに結合している。具体的には、主ＰＣＢは、ＢＴ１、ＢＴ２、ＢＴ３、及びＢＴ４接触パッドを含む。また、電池は、例えば、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、及びＣ４などの電池セルノードを主ＰＣＢ上の対応した接触パッドに接続する複数の検知ワイヤ（図  及び図  に示されている）を含む。セルノード接触パッドは、対応した電池端子接触パッドに直接的に又は間接的に電気的に結合されている。具体的には、（１）検知ワイヤは、Ｃ２電池セルノードを主ＰＣＢ上のＣ２セルノード接触パッドに結合しており、主ＰＣＢ上のＣ２セルノード接触パッドは、ＢＴ２電池端子接触パッドに結合されており、ＢＴ２電池端子接触パッドは、例えば、リボンケーブルを通じて、ＢＴ２電池端子に結合されており、（２）検知ワイヤは、Ｃ４電池セルノードを主ＰＣＢ上のＣ４セルノード接触パッドに結合しており、主ＰＣＢ上のＣ４セルノード接触パッドは、ＢＴ４電池端子接触パッドに結合されており、ＢＴ４電池端子接触パッドは、リボンケーブルを通じてＢＴ４電池端子に結合されている。そして、（１）検知ワイヤは、Ｃ１電池セルノードを主ＰＣＢ上のＣ１セルノード接触パッドに結合しており、主ＰＣＢ上のＣ１セルノード接触パッドは、スイッチＳ１に結合されており、Ｃ１セルノード接触パッドは、スイッチＳ１の状態に応じて、更に詳細に後述するように、ＢＴ１電池端子接触パッドに結合されてもよく、ＢＴ１電池端子接触パッドは、ＢＴ１フラグにより、ＢＴ１電池端子に結合されており、（２）検知ワイヤは、Ｃ３電池セルノードを主ＰＣＢ上のＣ３セルノード接触パッドに結合しており、主ＰＣＢ上のＣ３セルノード接触パッドは、スイッチＳ２に結合されており、Ｃ３セルノード接触パッドは、スイッチＳ２の状態に応じて、更に詳細に後述するように、ＢＴ３電池端子接触パッドに結合されてもよく、ＢＴ３電池端子接触パッドは、ＢＴ３フラグにより、ＢＴ３電池端子に結合されている。代替実施形態においては、主ＰＣＢ上の接触パッドは、単に電気接続であってもよい。例えば、セルノード接触パッドは、単に、検知ワイヤが主ＰＣＢに接続している場所であってもよく、電池端子接触パッドは、（ＢＴ２及びＢＴ４電池端子接触パッドのケースにおいては）単にリボンケーブルに接続するための主ＰＣＢ上の接続場所であってもよく、セルノード接続場所と電池端子接続場所との間における接続は、単に、主ＰＣＢ上のトレースであってもよい。
【０７０８】
本開示において記述されている変換可能電池パックなどの変換可能電池パックの非常に重要な品質は、電池パックが、正しい時点において適切な動作構成にあるという点にある。換言すれば、変換可能電池パックが、中間定格電圧電気装置から除去され、次いで、低定格電圧電気装置又は低定格電圧充電器内において配置された後に、変換可能電池パックが中間定格電圧構成にあることを要する場合には、電池、電気装置、及び／又は充電器が損傷する可能性があり、又は、なんらかのその他のタイプの望ましくないイベントが発生する可能性があろう。変換可能電池パックが中間定格電圧を低定格電圧電気装置に転送できないことを保証するべく、電池パックは、中間定格電圧が、中間定格電圧を受け付けるように設計されていない装置に転送されることを防止する機能を含む。具体的には、中間定格電圧構成に置かれた際に、変換可能電池パックは、電力を電気装置に電池電力端子（ＢＡＴＴ＋及びＢＡＴＴ−）及び工具電力端子（ＴＯＯＬ＋及びＴＯＯＬ−）を通じて転送することに加えて、少なくとも電池信号端子のペア及び工具電力端子の第２ペアを通じても、電力を電気装置に転送することになり、この場合に、工具電力端子の第２ペアは、ジャンパ（短絡バーとも呼称される）を通じて、工具端子ブロック内において互いに結合されている。
【０７０９】
図１２４ａ及び図１２４ｂは、それぞれ、低定格電圧構成及び中間定格電圧構成を示している。図１２４ｃは、主ＰＣＢ上の電池端子接触パッドのサブセットの簡略化された回路図を示している。
【０７１０】
図１２４ａ及び図１２４ｃを参照し、低定格電圧構成について説明することとする。図１の例示的な電池が、電気装置に結合されていない際には、又は、低定格電圧工具又は充電器に結合された際には、この電池は、低定格電圧構成にある。この低定格電圧構成にある際には、第１コンバータ要素スイッチング接点（ＳＣ１）は、Ａ＋接触パッド及びＢ＋接点を電気的に結合しており、第２コンバータ要素スイッチング接点（ＳＣ２）は、Ａ＋接触パッド及びＣ＋接触パッドを電気的に結合しており、第３コンバータ要素スイッチング接点（ＳＣ３）は、Ｃ−接触パッド及びＡ−接触パッドを電気的に結合しており、第４コンバータ要素スイッチング接点（ＡＣ４）は、Ｃ−接触パッド及びＢ−接触パッドを電気的に結合している。これは、事実上、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、及びＳＷ４（図１２５ａ及び図１２５ｂに示されている）を閉路状態に置き、ＢＴ１接触パッドとＡ−接触パッドとの間には、又は、ＢＴ３接触パッドとＢ＋接触パッドとの間には、接続が存在していないことから、これは、事実上、スイッチＳＷ５、ＳＷ６、及びＳＷ７（図１２７ａ及び図１２７ｂに示されている）を開路状態に置く。従って、セルのＡ系統、セルのＢ系統、及びセルのＣ系統の正の端子は、全て、ＢＡＴＴ＋電池端子に電気的に接続及び結合され、セルのＡ系統、セルのＢ系統、及びセルのＣ系統の負の端子は、すべて、ＢＡＴＴ−電池端子に電気的に接続及び結合される。従って、セルの系統は、全て、並列状態にある。
【０７１１】
図１２４ｃを参照し、電子的スイッチについて説明することとする。まず、Ｑ１１０は、ｐ−チャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタであり、Ｑ１０５、Ｑ１０６、及びＱ１０７は、ｎ−チャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタであることに留意されたい。一般に、ｐ−チャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタの場合には、ゲート電圧がソース電圧未満である際に、トランジスタは、作動し（閉路状態）、さもなければ、トランジスタは、停止し（開路状態）、ｎ−チャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタの場合には、ゲート電圧が、ソース電圧よりも大きい際に、トランジスタは、作動し（閉路状態）、さもなければ、トランジスタは、停止することになる（開路状態）。電池が低定格電圧構成にある際には、セルのＢ系統のＢ−端子における電圧は、セルのＣ系統のＣ−端子における電圧と同一であり、Ｃ４セルノードにおける電圧は、セルのＢ系統のＢ−端子における電圧よりも大きく、Ｃ３セルノードにおける電圧及びＣ１セルノードにおける電圧よりも大きい。従って、電池が低定格電圧構成にある際には、Ｑ１０５は、オフとなり、Ｑ１１０は、オンとなり、Ｑ１０６は、オンとなり、Ｑ１０７は、オンとなる。この結果、ＢＴ１電池端子は、Ｃ１セルノードに結合されることになり、ＢＴ３電池端子は、Ｃ３セルノードに結合されることになる。
【０７１２】
電池パックが中間定格電圧工具と結合した際に、工具の変換要素突起は、コンバータ要素突起と係合することになり、且つ、その第２位置に移動するようにコンバータ要素を押し進めることになる。これに加えて、工具端子ＴＴ１及びＴＴ３は、それぞれ、電池端子ＢＴ１及びＢＴ３に係合することになる。中間定格電圧工具内の工具端子ＴＴ１及びＴＴ３は、ジャンパ（短絡バー）により、１つに結合される。従って、中間定格電圧工具が、電池パックに係合する際に、電池端子ＢＴ１及びＢＴ３は、工具端子ＴＴ１及びＴＴ３を通じて電気的に結合された状態となり、工具端子ＴＴ１及びＴＴ３の間のジャンパは、ＢＡＴＴ＋及びＢＡＴＴ−電池端子の間における回路を完成させることになる。その他の場合に変換可能電池パックに結合することになる低定格電圧工具は、結合された工具端子ＴＴ１及びＴＴ３を含むことにはならず、従って、ＢＡＴＴ＋及びＢＡＴＴ−電池端子の間における回路を完成させることにならない。従って、変換可能電池パックが、中間定格電圧工具から除去された後にその中間定格電圧構成において留まることを要する場合に、変換可能電池パックは、低定格電圧工具と共に動作することにならないであろう。
【０７１３】
図１２４Ｂを参照すれば、コンバータ要素が、中間定格電圧位置に移動する際には、第１コンバータ要素スイッチング接点ＳＣ１は、Ａ＋及びＢ＋接触パッドから結合解除され、且つ、Ｂ＋及びＢＴ３接触パッドを結合させることになり、第２コンバータ要素スイッチング接点ＳＣ２は、Ａ＋及びＣ＋接触パッドから結合解除されることになり、第３コンバータ要素スイッチング接点ＳＣ３は、Ａ−及びＣ−接触パッドから結合解除され、且つ、Ａ−及びＢＴ１接触パッドを結合することになり、第４コンバータ要素スイッチング接点ＳＣ４は、Ｃ−及びＢ−接触パッドから結合解除され、且つ、Ｂ−及びＣ＋接触パッドを結合することになる。これは、事実上、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、及びＳＷ４を開路状態に置き、且つ、事実上、ＳＷ５、ＳＷ６、及びＳＷ７を閉路状態に置く（図１２７ｂに示されている）。従って、ＢＡＴＴ−電池端子は、セルのＣ系統のＣ−端子に結合され、セルのＣ系統のＣ＋端子は、セルのＢ系統のＢ−端子に結合され、セルのＢ系統のＢ＋端子は、セルのＡ系統のＡ−端子に結合されたＢＴ１電池端子に結合されたＴＴ１工具端子に（ジャンパを介して）結合されたＴＴ３工具端子に結合されたＢＴ３電池端子に結合され、セルのＡ系統のＡ＋端子は、ＢＡＴＴ＋電池端子に結合される。従って、セルのＡ、Ｂ、及びＣ系統は、全て、直列状態にある。この構成においては、工具の負荷を動作させるための電力（電圧及び電流）は、ＢＡＴＴ＋及びＢＡＴＴ−電池端子、ＢＴ１及びＢＴ３電池端子、ＴＯＯＬ＋及びＴＯＯＬ−工具端子、及びＴＴ１及びＴＴ３工具端子を通じて提供される。
【０７１４】
再度図１２４Ｃを参照すれば、電池が中間定格電圧構成にある際には、セルのＢ系統のＢ−端子における電圧は、セルのＣ系統のＣ−端子における電圧よりも大きく、Ｃ４セルノードにおける電圧は、セルのＢ系統のＢ−端子における電圧未満であり、Ｃ３セルノードにおける電圧及びＣ１セルノードにおける電圧よりも大きい。従って、電池が、中間定格電圧構成にある際には、Ｑ１０５は、オンとなり、Ｑ１１０は、オフとなり、Ｑ１０６は、オフとなり、Ｑ１０７は、オフとなる。この結果、ＢＴ１電池端子は、Ｃ１セルノードに結合されることにならず、且つ、ＢＴ３電池端子は、Ｃ３セルノードに結合されることにならない。代替的に、上述のように、ＢＴ１電池端子は、ＴＴ１及びＴＴ３工具端子を通じてＢＴ３電池端子に結合されることになる。
【０７１５】
図１２５を参照すれば、図１２４Ｃに示されているセルスイッチに対する代替セルスイッチが示されている。この実施形態においては、セルスイッチは、光電スイッチを有する。この実施形態においては、低定格電圧構成において、ＬＥＤ１及びＬＥＤ２が作動させられ、この結果、対応した電子スイッチが起動／閉路される。電子スイッチが閉路された際には、ＢＴ１は、Ｃ１に結合され、ＢＴ３は、Ｃ３に結合される。中間定格電圧構成においては、ＬＥＤ１及びＬＥＤ２がオフにされ、この結果、対応した電子スイッチが起動停止／開路される。電子スイッチが開路された際に、ＢＴ１は、Ｃ１に結合されず、ＢＴ３は、Ｃ３に結合されない。
【０７１６】
図１２６を参照すれば、パックが低定格電圧構成にある際に、それぞれ、ＢＴ１及びＢＴ３電池端子をＣ１及びＣ３セルタップに結合するための、且つ、ＢＴ１及びＢＴ３電池端子をＣ１及びＣ３セルタップから結合解除するための、代替設計が示されている。この実施形態においては、電池パックは、補助電池端子ＢＴ７及びＢＴ８の組を含む。これに加えて、中間定格電圧工具は、補助工具端子ＴＴ７及びＴＴ８の組を含む。電池パックが、いずれの工具にも結合されないか、又は、（補助工具端子を含まない）低定格電圧工具に結合される際には、補助電池端子ＢＴ７及びＢＴ８の間に開路が存在することになる。電池パックが中間定格電圧工具に機械的に結合される際には、補助工具端子ＴＴ７及びＴＴ８は、それぞれ、補助電池端子ＢＴ７及びＢＴ８に電気的に結合する。
【０７１７】
まず、Ｑ５０１は、ｐ−チャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタであり、Ｑ５０２、Ｑ５０３、及びＱ５０４は、ｎ−チャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタであることに留意されたい。一般に、ｐ−チャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタの場合には、ゲート電圧がソース電圧未満の際に、トランジスタは、オンになり（閉路状態）、さもなければ、トランジスタは、オフになり（開路状態）、ｎ−チャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタの場合には、ゲート電圧がソース電圧よりも大きい際に、トランジスタは、オンになり（閉路状態）、さもなければ、トランジスタは、オフになる（開路状態）。
【０７１８】
電池が低定格電圧構成にある（且つ、ＢＴ７及びＢＴ８端子の間に開路が存在している）際には、Ｃ４セルノードにおける電圧は、セルのＣ系統のＣ−端子における電圧よりも大きく、Ｃ３セルノードにおける電圧よりも大きく、且つ、Ｃ１セルノードにおける電圧よりも大きい。従って、電池が低定格電圧構成にある際に、Ｑ５０１は、オンとなり、Ｑ５０２は、オフとなり、Ｑ５０３は、オンとなり、Ｑ５０４は、オンとなる。この結果、ＢＴ１電池端子は、Ｃ１セルノードに結合されることになり、ＢＴ３電池端子は、Ｃ３セルノードに結合されることになる。
【０７１９】
電池が中間定格電圧工具（補助電池端子を含んでいない）に結合される際には、セルのＣ系統のＣ＋端子における電圧は、Ｃ４ノードにおける電圧よりも大きく、Ｃ３ノードにおける電圧よりも大きく、Ｃ１ノードにおける電圧よりも大きく、且つ、セルのＣ系統のＣ−端子における電圧よりも大きい。従って、上述のように、電池が、補助工具端子を有する中間定格電圧工具と結合され、且つ、中間定格電圧構成に置かれる際には、Ｑ５０１は、オフとなり、Ｑ５０２は、オンとなり、Ｑ５０３は、オフとなり、且つ、Ｑ５０４は、オフとなる。この結果、ＢＴ１電池端子は、Ｃ１セルノードに結合されることならず、ＢＴ３電池端子は、Ｃ３セルノードに結合されることにならない。代わりに、上述のように、ＢＴ１電池端子は、ＴＴ１及びＴＴ３工具端子を通じて、ＢＴ３電池端子に結合されることになる。
【０７２０】
図１２７Ａ及び図１２７Ｂを参照すれば、これらの図は、第１セル構成（図１２７Ａ）及び第２セル構成（図１２７Ｂ）における変換可能電池の例示的な一実施形態の例示的な簡略化された回路図を示している。電池は、簡潔さのために図示されていないその他の要素に加えて、複数の充電式電池セル（セルとも呼称される）を含む。複数のセルは、セルの組を形成している。図示の回路図においては、例示的な電池は、１５個のセルの組を含む。電池の例示的な代替実施形態は、当業者には、理解されるように、より多くの又は少ない数のセルを含んでもよく、本開示により想定され包含される。図示の例示的な実施形態においては、電池は、５つのセルＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５の第１のサブセットＡと、５つのセルＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５の第２のサブセットＢと、５つのセルＣ１、Ｃ２、Ｃ３，Ｃ４、Ｃ５の第３のサブセットＣと、を含む。セルの各サブセット内のセルは、直列状態において電気的に接続されている。更に詳しくは、セルＡ１は、セルＡ５と直列状態において接続されたセルＡ４と直列状態において接続されたセルＡ３と直列状態において接続されたセルＡ２と直列状態において接続されている。サブセットＢ及びＣも、同一の方式によって接続されている。当業者には明瞭に理解されるように、各セルは、正（＋）端子又はカソードと、負（−）端子又はアノードと、を含む。セルの各サブセットは、正端子（Ａ＋、Ｂ＋、Ｃ＋）と、負端子（Ａ−、Ｂ−、Ｃ−）と、を含む。そして、電池は、正端子（ＢＡＴＴ＋）と、負端子（ＢＡＴＴ−）と、を含む。
【０７２１】
セル４８のサブセット内の隣接するセル４８の間には、ノード４９が存在している。ノードは、関連するセルの正の側によって呼称することとする。例えば、セルＡ１とセルＡ２との間のノードは、Ａ１＋と呼称することとし、セルＡ２及びＡ３の間のノードは、Ａ２＋と呼称することとする。この表記法は、本出願の全体を通じて使用することとする。Ａ１とＡ２との間のノードは、Ａ２−とも呼称されうることを理解されたい。
【０７２２】
また、電池は、複数のスイッチング要素ＳＷ（スイッチＳＷとも呼称されうる）を含む。複数のスイッチＳＷは、スイッチの組を形成している。図示の回路においては、例示的な電池は、１４個のスイッチＳＷ１〜ＳＷ１４の組を含む。電池の例示的な代替実施形態は、より多くの又は少ない数のスイッチＳＷを含んでもよく、本開示により想定され包含される。図示の例示的な実施形態においては、電池は、６個のスイッチＳＷ１〜ＳＷ６（電力スイッチとも呼称される）の第１のサブセットと、８個のスイッチＳＷ７〜ＳＷ１６（信号スイッチとも呼称される）の第２のサブセットと、を含む。例示的な実施形態においては、電力スイッチのサブセットの第１のサブセットは、セルのサブセットの正の端子とセルのサブセットの負の端子との間において電気的に接続されている。具体的には、電力スイッチＳＷ１は、端子Ａ＋及び端子Ｂ＋を接続しており、電力スイッチＳＷ２は、端子Ｂ＋及び端子Ｃ＋を接続しており、電力スイッチＳＷ３は、端子Ａ−及び端子Ｂ−を接続しており、電力スイッチＳＷ４は、端子Ｂ−及び端子Ｃ−を接続している。例示的な実施形態においては、電力スイッチのサブセットの第２のサブセットは、セルの第１のサブセットの負の端子とセルの第２のサブセットの正の端子との間において電気的に接続されている。具体的には、電力スイッチＳＷ５は、端子Ａ−及び端子Ｂ＋を接続しており、電力スイッチＳＷ６は、端子Ｂ−及び端子Ｃ＋を接続している。電力スイッチは、当業者には、理解されるように、単純な単投式スイッチ、端子／接点スイッチ、又は、その他の電気機械的、電気的、若しくは電子的スイッチとして実施されてもよい。
【０７２３】
この例示的な実施形態においては、信号スイッチは、セルの各サブセットの対応したノードの間において電気的に接続されている。更に詳しくは、信号スイッチＳＷ７は、ノードＡ４＋とノードＢ４＋との間に位置しており、信号スイッチＳＷ８は、ノードＢ４＋とＣ４＋との間に位置しており、信号スイッチＳＷ９は、ノードＡ３＋とＢ３＋との間に位置しており、信号ＳＷ１０は、ノードＢ３＋及びＣ３＋の間に位置しており、信号スイッチＳＷ１１は、ノードＡ２＋及びＢ２＋の間に位置しており、信号ＳＷ１２は、Ｂ２＋とＣ２＋との間に位置しており、信号スイッチＳＷ１３は、ノードＡ１＋とＢ１＋との間に位置しており、信号スイッチＳＷ１４は、Ｂ１＋とＣ１＋との間に位置している。図示の実施形態においては、信号スイッチは、例えば、トランジスタ、及び、特に電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などの電子スイッチとして実施されている。代替実施形態においては、信号スイッチは、当業者には理解されるように、単純な単投式スイッチとして、端子／接点スイッチとして、又は、その他の電気機械的若しくは電気的スイッチとして、実施されてもよい。
【０７２４】
信号スイッチＳＷ７〜ＳＷ１４に加えて、電池は、第１及び第２制御スイッチ回路ＣＳＷ１及びＣＳＷ２を含む。制御スイッチ回路は、信号スイッチをオンにする及びオフにするための制御信号を提供する。
【０７２５】
図１２７ａに示されている第１電池構成においては、（包含された出願の様々な実施形態において記述されているように）電力スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４の第１のサブセットは、閉路され、電力スイッチＳＷ５、ＳＷ６の第２サブセットは、開路されている。電力スイッチのこの構成に基づいて、第１及び第２制御スイッチ回路ＣＳＷ１及びＣＳＷ２は、信号スイッチＳＷ７〜ＳＷ１４をオンにするための制御信号を提供することになり、信号スイッチＳＷ７、ＳＷ８、ＳＷ９、ＳＷ１０、ＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ１３、ＳＷ１４は、閉路されることになる。この構成においては、セルＡ、Ｂ、Ｃのサブセットは、並列状態において接続された状態にある。これに加えて、セルの各サブセットの対応したセルは、並列状態において接続されている。更に詳しくは、セルＡ５、Ｂ５、Ｃ５は、並列状態において接続されており、セルＡ４、Ｂ４、Ｃ４は、並列状態において接続されており、セルＡ３、Ｂ３、Ｃ３は、並列状態において接続されており、セルＡ２、Ｂ２、Ｃ２は、並列状態において接続されており、セルＡ１、Ｂ１、Ｃ１は、並列状態において接続されている。この構成においては、電池は、低定格電圧構成にあると表現される。また、電池は、高容量構成にあると表現されてもよい。当業者には理解されるように、セルのサブセットが並列状態において接続されることから、この構成の電圧は、セルの各サブセットに跨る電圧となり、且つ、セルの複数のサブセットが存在していることから、電池の容量は、セルの各サブセットの容量の合計となろう。この例示的な実施形態においては、各セルが、４Ｖ、３Ａｈセルである場合には、５つのセルの各サブセットは、２０Ｖ、３Ａｈサブセットとなり、５つのセルの３つのサブセットを有する電池は、２０Ｖ、９Ａｈ電池となろう。代替実施形態においては、信号スイッチのすべて未満が閉路されてもよい。
【０７２６】
図１２７ｂに示されている第２電池構成においては、（包含された出願の様々な実施形態において記述されているように）電力スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４の第１サブセットは、開路状態にあり、電力スイッチＳＷ５、ＳＷ６の第２のサブセットは、閉路されている。電力スイッチのこの構成に基づいて、第１及び２制御スイッチ回路ＣＳＷ１及びＣＳＷ２は、信号スイッチＳＷ７〜ＳＷ１４をオフにするための制御信号を提供することになり、信号スイッチＳＷ７、ＳＷ８、ＳＷ９、ＳＷ１０、ＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ１３、ＳＷ１４は、開路状態にある。この構成においては、セルＡ、Ｂ、Ｃのサブセットは、直列状態にある。この構成においては、電池は、中間定格電圧構成にあると表現される。また、電池は、低容量構成にあると表現されてもよい。当業者には理解されるように、セルのサブセットが直列状態において接続されることから、この構成の電圧は、セルのサブセットのすべてに跨る電圧となり、且つ、事実上、この構成においては、並列状態にあるセルの１つのスーパーセットが存在していることから、電池の容量は、セルのスーパーセット内の単一のセルの容量となろう。この例示的な実施形態においては、各セルが、４Ｖ、３Ａｈセルである場合には、５つのセルの各サブセットは、２０Ｖ、３Ａｈサブセットとなり、セルの３つのサブセットを有する電池は、６０Ｖ、３Ａｈ電池となろう。
【０７２７】
図１２９〜図１３４は、電池パックを低定格電圧構成から中間定格電圧構成に変換するための一代替実施形態を示している。この実施形態は、エネルギーを電池パックから電気装置（電動工具）に伝達するべく、補助電池端子の組を利用している。エネルギーを電池パックから中間定格電動工具に伝達するべく、（ＢＡＴＴ＋及びＢＡＴＴ−電池端子に加えて）第１電池端子のサブセットを利用している上述の実施形態と同様に、この実施形態も、補助電池端子の組を利用している。
【０７２８】
この実施形態は、先の実施形態において記述されているものと同一の方式によって、電池を低定格電圧構成から中間定格電圧構成に変換する。例えば、電池パックは、第１位置にある際には電池セルの組を並列状態の低定格電圧構成において接続し、且つ、コンバータ要素が電動工具内の変換要素によって第２位置に移動した際には、電池セルの組を直列状態の中間定格電圧構成において接続するコンバータ要素を含む。
【０７２９】
図１３２に示されているように、電池は、補助電池端子の組を含む。この例示的な実施形態においては、補助電池端子は、（図１３２の向きにおいて）第１電池端子の前面において配置されている。図１２９に示されているように、電池パックハウジングは、補助電池端子の組に対応した複数のスロットを含む。スロットは、更に詳細に後述するように、工具内の端子が、パックのハウジングに進入し、且つ、補助電池端子と係合することを許容している。図１３０に示されているように、中間定格電圧工具は、例えば、Ｔｏｏｌ＋、ＴＴ５、ＴＴ３、Ｔｏｏｌ−などの第１工具端子の組と、例えば、工具ジャンパ及び工具信号端子など補助工具端子の組と、を含む工具端子ブロックを含むことになる。
【０７３０】
図１３３Ａ及び図１３３Ｂに示されているように、且つ、代替実施形態において記述されているように、電池パックが、工具と接続されていない際に、又は、低定格電圧工具（補助工具端子を含んでいない）と結合される際に、コンバータ要素のスイッチング接点ＳＣは、Ａ＋、Ｂ＋、及びＣ＋端子を互いに結合し、且つ、Ａ−、Ｂ−、及びＣ−端子を互いに結合する。これは、電池パックを低定格電圧構成に置く。
【０７３１】
図１３４Ａ及び図１３４Ｂに示されているように、且つ、代替実施形態において記述されているように、電池パックが、中間定格電圧工具（補助工具端子を含んでいない）と結合される際に、コンバータ要素のスイッチング接点ＳＣは、Ａ＋、Ｂ＋、及びＣ＋端子を互いに結合解除し、且つ、Ａ−、Ｂ−、及びＣ−端子を互いに結合解除する。そして、コンバータ要素スイッチング接点ＳＣ４は、Ｃ＋端子をＢ−端子に結合する。これに加えて、補助工具端子／ジャンパは、補助電池端子のうちの２つに結合する。２つの補助電池端子のうちの一方は、Ｂ＋端子に電気的に結合され、２つの補助電池端子のうちの他方は、Ａ−端子に電気的に結合される。従って、電池は、上述の実施形態と同様に、中間定格電圧構成にあり、電流は、信号端子を通過する必要がなくなる。この実施形態においては、電池パックが中間定格電圧工具から除去された後に、コンバータ要素が中間定格電圧構成において留まることを要する場合には、パックは、低定格電圧工具内において動作することができず、これにより、低定格電圧工具に対する損傷が防止されるであろう。
【０７３２】
図１３５〜図１４０は、図１２９〜図１３４に示されている実施形態に類似した変換可能電池パックの一代替実施形態を示している。この実施形態は、第２補助工具端子／ジャンパを含み、補助電池端子の組は、４つの電池端子（それぞれ、Ｂ＋、Ａ−、Ｃ＋、及びＢ−端子に結合されたＢＴ９、ＢＴ１０、ＢＴ１１、ＢＴ１２）を含む。この実施形態においては、コンバータ要素スイッチング接点がＣ＋端子及びＢ−端子を結合していない。中間定格電圧工具が電池パックと結合する際に、第１工具ジャンパが補助電池端子ＢＴ９、ＢＴ１０の組の第１サブセットを結合し、第２工具ジャンパが補助電池端子ＢＴ１１、ＢＴ１２の組の第２サブセットを結合する。
【０７３３】
ＩＶ．例示的な電動工具システム
図１Ｂは、低定格電圧ＤＣ電動工具５００２の組と、中間定格電圧ＤＣ電動工具５００３の組と、高定格電圧ＤＣ電動工具５００４の組と、高又はＡＣ定格電圧ＡＣ／ＤＣ電動工具５００５の組と、低定格電圧電池パック５００６の組と、低／中間定格変換可能電池パック５００７の組と、高定格電圧ＡＣ電源５００８と、低定格電圧電池パック充電器５００９と、を含む、上述の開示による、電動工具システム５００１の特定の一実施形態を示している。
【０７３４】
低定格電圧電池パック５００６は、２０Ｖの公表電圧、１７Ｖ〜１９Ｖの動作電圧レンジ、１８Ｖの公称電圧、及び２０Ｖの最大電圧を伴って、１７Ｖ〜２０Ｖの定格電圧レンジを有する。各低定格電圧電池パックは、電池パック５００６が低定格電圧電動工具５００２及び低定格電圧電池充電器５００９に結合されることを可能にする電動工具インターフェイス又は端子ブロックを含む。一実施形態においては、低定格電圧電池パック５００６のうちの少なくともいくつかは、２００４年５月１８日よりも前に販売されていたものである。例えば、低定格電圧電池パック５００６は、メリーランド州タウソンのＤＥＷＡＬＴ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｔｏｏｌ  Ｃｏ．によって販売されるＤＥＷＡＬＴ  ２０Ｖ  ＭＡＸ電池パックのうちの特定のものを含みうる。
【０７３５】
低／中間定格電圧変換可能電池パック５００７は、低定格電圧及びより高い容量を有する第１構成と、中間定格電圧及びより低い容量を有する第２構成と、の間において変換可能である。第１構成においては、２０Ｖの公表電圧、１７Ｖ〜１９Ｖの動作電圧レンジ、１８Ｖの公称電圧、及び２０Ｖの最大電圧を伴って、低定格電圧は、約１７Ｖ〜２０Ｖである。変換可能電池パック５００７の低定格電圧は、低定格電圧電池パック５００６の低定格電圧に対応している。第２構成においては、中間定格電圧は、６０Ｖの公表電圧、５１Ｖ〜５７Ｖの動作電圧レンジ、５４Ｖの公称電圧、及び６０Ｖの最大電圧を伴って、約５１Ｖ〜６０Ｖであってもよい。例えば、変換可能電池パック５００７は、これらの変換可能電池パック５００７の複数の電圧定格を示すべく、２０Ｖ／６０Ｖ  ＭＡＸ電池パックとしてラベル付与されてもよい。
【０７３６】
変換可能電池パック５００７は、２０１４年５月１８日よりも前に、公的に入手可能ではなく又は販売されていなかったであろう。各低／中間定格電圧電池パック５００７は、電池パック５００７が、低定格電圧構成にある際に、低定格電圧電動工具５００２及び低定格電圧電池充電器５００９に結合されることを可能にし、且つ、中間定格電圧構成にある際に、中間定格電圧ＤＣ電動工具５００３、高定格電圧ＤＣ電動工具５００４、及びＡＣ／ＤＣ電動工具５００５に結合されることを可能にする電動工具インターフェイス又は端子ブロックを含む。
【０７３７】
ＡＣ電源５００８は、北米及び日本におけるＡＣ商用電源の定格電圧（例えば、１００Ｖ〜１２０Ｖ）、又は、欧州、南米、アジア、及びアフリカにおけるＡＣ商用電源の定格電圧（例えば、２２０Ｖ〜２４０Ｖ）に対応した、高定格電圧を有する。
【０７３８】
低定格電圧ＤＣ電動工具５００２は、コードレスのみ工具である。低定格電圧ＤＣ工具５００２は、２０Ｖの公表電圧及び１７Ｖ〜２０Ｖの動作電圧レンジを伴って、約１７Ｖ〜約２０Ｖの定格電圧レンジを有する。低定格電圧ＤＣ電動工具は、永久磁石ＤＣブラシ付きモーター、ユニバーサルモーター、及び永久磁石ブラシレスＤＣモータを有する工具を含み、且つ、一定速度及び可変速度工具を含みうる。低定格電圧ＤＣ電動工具は、その他のものに加えて、ドリル、丸鋸、ねじ回し、往復鋸、振動工具、インパクトドライバ、及びフラッシュライトなどの相対的に低い電力出力要件を有するコードレス電動工具を含みうる。低定格電圧のＤＣ定格電圧電動工具５００２は、２０１４年５月１８日よりも前に販売されていた電動工具を含みうる。低定格電圧電動工具５００２の例は、メリーランド州タウソンのＤｅＷＡＬＴ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｔｏｏｌ  Ｃｏ．によって販売されるコードレス電動工具であるＤｅＷＡＬＴ（登録商標）２０Ｖ  ＭＡＸの組のうちの１つ又は複数を含みうる。
【０７３９】
各低定格電圧電動工具５００２は、低定格電圧電池パック５００６のうちの１つの電動工具インターフェイスに結合するための、又は変換可能低／中間定格電圧電池パック５００７のうちの１つの電動工具インターフェイスに結合するための、単一の電池パックインターフェイス又は端子ブロックを有するコンセントを含む。電池パックインターフェイス又はコンセントは、変換可能電池パック５００７をその低定格電圧構成に置く又は維持するように構成されている。従って、低定格電圧電動工具５００２は、低定格電圧電池パック５００６又はそれらの低定格電圧構成にある変換可能低／中間定格電圧電池パック５００７を使用して動作しうる。その理由は、電池パック５００６、５００７の１７Ｖ〜２０Ｖ定格電圧が、低定格電圧電動工具５００２の１７Ｖ〜２０Ｖ定格電圧に対応しているからである。
【０７４０】
中間定格電圧ＤＣ電動工具５００３は、コードレスのみ工具である。中間定格電圧ＤＣ電動工具５００３は、６０Ｖの公表電圧及び５１Ｖ〜６０Ｖの動作電圧レンジを伴って、約５１Ｖ〜６０Ｖの定格電圧レンジを有する。中間定格電圧ＤＣ電動工具は、永久磁石ＤＣブラシ付きモーター、ユニバーサルモーター、及び永久磁石ブラシレスＤＣモーターを有する工具を含み、且つ、一定速度及び可変速度工具を含みうる。中間定格電圧ＤＣ電動工具は、ドリル、丸鋸、ねじ回し、往復鋸、振動工具、インパクトドライバ、及びフラッシュライトなどの相対的に高い電力要件を有する低定格電圧ＤＣ工具５００２と類似したタイプの工具を含みうる。中間定格電圧工具５００３は、追加的に、又は代替的に、チェーンソー（図示されている）、系統トリマ、植木用バリカン、芝刈り機、釘打ち機、及び／又はロータリーハンマなどの低定格電圧ＤＣ工具５００２よりも高い電力又は容量を必要としているその他のタイプの工具を有しうる。中間定格電圧のＤＣ定格電圧電動工具３は、２０１４年５月１８日よりも前に販売されていた電動工具を含んでいない。
【０７４１】
各中間定格電圧ＤＣ電動工具５００３は、変換可能低／中間定格電圧電池パック５００７の電動工具インターフェイスに結合するための単一の電池パックインターフェイス又は端子ブロックを有するコンセントを含む。電池パックインターフェイス又はコンセントは、変換可能電池パック５００７を中間定格電圧構成に置く又は維持するように構成されている。従って、中間定格電圧電動工具５００３は、中間定格電圧構成にある変換可能低／中間定格電圧電池パック５００７を使用して動作しうる。その理由は、電池パック５００７の５１Ｖ〜６０Ｖ定格電圧が、中間定格電圧電動工具５００３の５１Ｖ〜６０Ｖ定格電圧に対応しているからである。
【０７４２】
高定格電圧ＤＣ電動工具４は、コードレスのみ工具である。高定格電圧ＤＣ工具５００４は、１２０Ｖの公表電圧及び１００Ｖ〜１２０Ｖの動作電圧レンジを伴って、約１００Ｖ〜１２０Ｖの定格電圧レンジを有する。高定格電圧ＤＣ電動工具は、永久磁石ＤＣブラシ付きモーター、ユニバーサルモーター、及び永久磁石ブラシレスＤＣモーターを有する工具を含み、且つ、一定速度及び可変速度工具を含みうる。中間定格電圧ＤＣ電動工具は、ドリル、丸鋸、ねじ回し、往復鋸、振動工具、インパクトドライバ、フラッシュライト、ストリングトリマ、植木用バリカン、芝刈り機、釘打ち機、及び／又はロータリーハンマなどの工具を含みうる。高定格ＤＣ電動工具は、追加的に、又は代替的に、ロータリーハンマ（図示されている）、マイターソー、チェーンソー、ハンマドリル、研磨機、及びコンプレッサなどのより高い電力又は容量を必要としているその他のタイプの工具を含みうる。高定格電圧のＤＣ定格電圧電動工具４は、２０１４年５月１８日よりも前に販売されていた電動工具を含んでいない。
【０７４３】
各高定格電圧ＤＣ電動工具５００４は、変換可能低／中間定格電圧電池パック５００７の電動工具インターフェイスに結合するための端子ブロックをそれぞれが有するコンセントのペアを有する電池パックインターフェイスを含む。電池パックコンセントは、変換可能電池パック５００７をそれらの中間定格電圧構成に置く又は維持するように構成されている。また、電動工具５００４は、電池パック５００７の電圧が加法的となるように、２つの電池パック５００７を互いに且つ工具に対して直列状態において接続するためのスイッチング回路（図示されていない）を含む。高定格電圧電動工具５００４は、それらの中間定格電圧構成にある変換可能低／中間定格電圧電池パック５００７によって電力供給されてもよく、且つ、これらと共に動作してもよい。その理由は、直列状態において接続された２つの電池パック５００７が、高定格電圧電動工具５００４の１００Ｖ〜１２０Ｖ定格電圧に対応した１０２Ｖ〜１２０Ｖの定格電圧（単一の電池パック７のものの２倍）を協働して有するからである。
【０７４４】
高定格電圧ＡＣ／ＤＣ電動工具５００５は、コード付き／コードレス工具であり、これは、これらが、ＡＣ電源５００８又は変換可能低／中間定格電圧電池パック５００７によって電力供給されうることを意味している。高定格電圧ＡＣ／ＤＣ工具５００５は、１２０Ｖの公表電圧及び１００Ｖ〜１２０Ｖ（及び、恐らくは、更に幅広には、９０Ｖ〜１３２Ｖ）の動作電圧レンジを伴って、約１００Ｖ〜１２０Ｖ（及び、恐らくは、更に幅広には、９０Ｖ〜１３２Ｖ）の定格電圧レンジを有する。高定格電圧ＡＣ／ＤＣ電動工具５００５は、ユニバーサルモーター又はブラシレスモーター（例えば、永久磁石ブラシレスＤＣモーターなど）を有する工具を含み、且つ、一定速度及び可変速度工具を含みうる。高定格電圧ＡＣ／ＤＣ電動工具５００５は、ドリル、丸鋸、ねじ回し、往復鋸、振動工具、インパクトドライバ、フラッシュライト、ストリングトリマ、植木用バリカン、芝刈り機、釘打ち機、及び／又はロータリーハンマなどの工具を含みうる。高定格ＤＣ電動工具は、追加的に、又は代替的に、マイターソー（図示されている）、チェーンソー、ハンマドリル、研磨機、及びコンプレッサなどのより高い電力又は容量を必要としているその他のタイプの工具を含みうる。高定格電圧のＡＣ／ＤＣ定格電圧電動工具５００４は、２０１４年５月１８日よりも前に販売されていた電動工具を含んでいない。
【０７４５】
各高定格電圧ＡＣ／ＤＣ電動工具５００５は、電池パックコンセントのペアと、ＡＣコード又はコンセントと、を有する電源インターフェイスを含む。電池パックコンセントは、それぞれ、変換可能低／中間定格電圧電池パックのうちの１つの電動工具インターフェイスに結合するための端子ブロックを有する。電池パックコンセントは、変換可能電池パック５００７をそれらの中間定格電圧構成に置く又は保持するように構成されている。ＡＣコード又はコンセントは、ＡＣ電源５００８から電力を受け取るように構成されている。電動工具５００５は、ＡＣ電源５００８又は変換可能電池パック５００７による電力供給の間で選択するように構成された、及び、電池パック５００７の電圧が加法的となるように２つの変換可能電池パック５００７を互いに且つ工具に対して直列状態において接続するように構成された、スイッチング回路（図示されていない）を含む。高定格電圧ＡＣ／ＤＣ電動工具５００５は、それらの中間定格電圧構成にある２つの変換可能低／中間定格電圧電池パック５００７によって電力供給され且つ共に動作してもよく、又は、ＡＣ電源５００８によって電力供給され且つ共に動作してもよい。その理由は、直列状態において接続された２つの電池パック５００７が、１０２Ｖ〜１２０Ｖの定格電圧（単一の電池パック５００７のものの２倍）を協働して有しており、且つ、ＡＣ電源が、高定格電圧ＡＣ／ＤＣ電動工具５００５の１００Ｖ〜１２０Ｖ定格電圧に対応した１００Ｖ〜１２０Ｖの定格電圧（国に依存する）を有しうるからである。２２０Ｖ〜２４０Ｖの定格を有するＡＣ電源を有する国々おいては、ＡＣ／ＤＣ電動工具は、ＡＣ／ＤＣ電動工具の定格電圧に対応するように、（例えば、２２０ＶＡＣ〜２４０ＶＡＣを１００ＶＡＣ〜１２０ＶＡに変換するための変圧器を使用することによって）ＡＣ商用電源電圧から電圧を低減するべく構成されてもよい。
【０７４６】
特定の実施形態においては、電動工具５００２、５００３、５００４、及び５００５のモーター制御回路は、上述のモーター制御技法（例えば、伝導帯、進み角、サイクルごとの電流制限など）を使用することにより、より低定格電圧の電源の定格電圧に基づいてモーター性能を最適化するように構成されてもよい。
【０７４７】
電池パック充電器５００９は、２０Ｖの公表電圧、１７Ｖ〜２０Ｖの動作電圧レンジ、１８Ｖの公称電圧、及び２０Ｖの最大電圧を伴って、１７Ｖ〜２０Ｖの定格電圧レンジを有する。各低定格電圧電池パック充電器は、電池パック充電器５００９が低定格電圧電池パック５００６のうちの１つの電動工具インターフェイスに結合することを可能にする、又は、変換可能低／中間定格電圧電池パック５００７のうちの１つの電動工具インターフェイスに結合されることを可能にする、電池パックインターフェイス又はコンセントを含む。電池パックインターフェイス又はコンセントは、変換可能電池パック５００７を低定格電圧構成に置く又は保持するように構成されている。従って、電池パック充電器５００９は、低定格電圧電池パック５００６及び（その低定格電圧構成にある）低／中間定格電圧電池パック５００７の両方を充電しうる。その理由は、電池パック５００６、５００７の１７Ｖ〜２０Ｖ定格電圧が、低定格電圧充電器５００９の１７Ｖ〜２０Ｖ定格電圧に対応しているからである。一実施形態においては、低定格電圧電池パック充電器５００９のうちの少なくともいくつかは、２０１４年５月１８日よりも前に販売されていたものである。例えば、低定格電圧電池パック充電器５００９は、メリーランド州タウソンのＤＥＷＡＬＴ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｔｏｏｌ  Ｃｏ．によって販売されるＤＥＷＡＬＴ  ２０Ｖ  ＭＡＸ電池パック充電器のうちの特定のものを含みうる。
【０７４８】
低／中間定格電圧（例えば、１７Ｖ〜２０Ｖ／５１Ｖ〜６０Ｖ）変換可能電池パック５００７は、既存の低定格電圧（例えば、１７Ｖ〜２０Ｖ）ＤＣ電動工具５００２及び低定格電圧（例えば、１７Ｖ〜２０Ｖ）電池パック充電器５００９との間において下位互換性を有しており、且つ、同様に中間定格電圧（例えば、５１Ｖ〜６０Ｖ）ＤＣ電動工具５００３、高定格電圧（例えば、１００Ｖ〜１２０Ｖ）ＤＣ電動工具５００４、及び高定格電圧（例えば、１００Ｖ〜１２０Ｖ）ＡＣ／ＤＣ電動工具５００５に電力供給するべく使用されうることも注目に値する。また、低／中間定格電圧（例えば、１７Ｖ〜２０Ｖ／５１Ｖ〜６０Ｖ）変換可能電池パック５００７のペアは、北米及び日本におけるＡＣ定格電圧（例えば、１００Ｖ〜１２０Ｖ）にほぼ対応した高定格電圧（例えば、１００Ｖ〜１２０Ｖ）を生成するべく、直列状態において接続されうることも注目に値する。従って、変換可能電池パック５００７は、既存の低定格電圧電動工具から高定格ＡＣ／ＤＣ電圧電動工具にまで至る範囲の広範な範囲の定格電圧電動工具に電力供給することができる。
【０７４９】
Ｖ．雑録
本明細書において記述されている技法のいくつかは、例えば、電動工具上において存在している１つ又は複数のプロセッサによって実行される１つ又は複数のコンピュータプログラムによって実施されてもよい。コンピュータプログラムは、一時的ではない有形のコンピュータ可読媒体上において保存されているプロセッサ実行可能命令を含む。また、コンピュータプログラムは、保存されているデータを含みうる。一時的ではない有形のコンピュータ可読媒体の非限定的な例は、不揮発性メモリ、磁気ストレージ、及び光ストレージである。
【０７５０】
上述の説明のうちのいくつかの部分は、情報に対する操作のアルゴリズム及びシンボリック表現の観点において本明細書において記述されている技法を提示している。これらのアルゴリズム的な記述及び表現は、自身の研究の内容をその他の当業者に最も効果的に伝達するべくデータ処理技術の専門家によって使用される手段である。これらの動作は、機能的又は論理的に記述されているが、コンピュータプログラムによって実施されるものと理解されたい。更には、折に触れて、一般性の喪失を伴うことなく、これらの動作の構成を、モジュールと呼称する、又は、機能的名称によって呼称することが、便利であることも証明されている。
【０７５１】
上述の説明から明らかとなるように、そうではない旨が具体的に記述されていない限り、説明の全体を通じて、「処理」又は「演算」又は「計算」又は「判定」又は「表示」又はこれらに類似したものなどの用語を利用した説明は、コンピュータシステムメモリ若しくはレジスタ又はその他のこのような情報ストレージ、送信若しくは表示装置内において、物理的な（電子的な）量として表現されたデータを操作及び変形するコンピュータシステム又は類似の電子的演算装置の動作及びプロセスを意味していることを理解されたい。
【０７５２】
本開示においては、「制御ユニット」は、処理回路を意味している。処理回路は、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、コンピュータプロセッサ、信号プロセッサなどのようなプログラム可能なコントローラ、又は、チップとしてパッケージングされ、且つ、上述のようにデータを操作又は処理するように動作可能である、用途固有の集積回路（ＡＳＩＣ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、フィールドプログラム可能なゲートアレイ（ＦＰＧＡ：Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）などのような特定の使用法のために構成及びカスタマイズされた集積回路であってもよい。「制御ユニット」は、処理回路によって実行、使用、及び保存されるプロセッサ実行可能命令及びデータを保存するための上述のコンピュータ可読媒体を更に含みうる。
【０７５３】
記述されている技法の特定の態様は、アルゴリズムの形態において本明細書において記述されているプロセスステップ及び命令を含む。記述されているプロセスステップ及び命令は、ソフトウェア、ファームウェア、又はハードウェアにおいて実施されることが可能であり、且つ、ソフトウェアにおいて実施された際には、リアルタイムネットワークオペレーティングシステムによって使用される異なるプラットフォーム上において存在するように、ダウンロードされることが可能であり、且つ、これらから操作されることが可能であることに留意されたい。
【０７５４】
実施形態の上述の説明は、例示及び説明を目的として提供されたものである。これは、すべてを網羅すること又は本開示を限定することを意図したものでもない。特定の実施形態の個々の要素又は特徴は、一般に、その特定の実施形態に限定されるものではなく、具体的に図示又は説明されていない場合にも、適宜、相互交換可能であり、且つ、選択された実施形態において使用することができる。また、これは、多くの方式によって変化しうる。そのようなバリエーションは本開示からの逸脱として見なすべきではなく、且つ、そのような変更が本開示の範囲内に含まれていることが意図されている。
【０７５５】
例示的な実施形態は、本開示が完全なものとなり、且つ、その範囲を当業者に対して十分に伝達することになるように、提供されたものである。本開示の実施形態の十分な理解を提供するべく、特定の構成要素、装置、及び方法の例などの多数の特定の詳細事項が記述されている。特定の詳細事項の利用は、必須ではなく、例示的な実施形態は、多くの異なる形態において実施されてもよく、且つ、本開示の範囲を限定するものと解釈してはならないことが当業者には明らかとなろう。いくつかの例示的な実施形態においては、周知のプロセス、周知の装置構造、及び周知の技術については、詳細に説明されていない。
【０７５６】
本明細書において使用されている用語は、特定の例示的な実施形態の説明を目的としたものであり、限定を意図したものではない。本明細書において使用されている単数形である「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、及び「その（ｔｈｅ）」は、そうではないことを文脈が明瞭に示していない限り、複数形を同様に含むものと意図されている場合がある。「有する（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「有する（ｈａｖｉｎｇ））」という用語は、包括的なものであり、且つ、従って、記述されている特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を規定しており、１つ又は複数のその他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／又はこれらのグループの存在又は追加を排除するものではない。本明細書において記述されている方法ステップ、プロセス、及び動作は、実行の順序として具体的に識別されていない限り、記述又は図示されている特定の順序におけるその実行を必ず必要としているものと解釈するべきではない。また、更なる又は代替ステップが利用されうることを理解されたい。上述の例示的な実施形態に対して多数の変更が実施されうる。これらの及びその他の実施形態も、添付の特許請求の範囲の範囲に含まれる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７Ａ】
2020185664.tif 000021
【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
2020185664.tif 000027
【図７Ｈ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
2020185664.tif 000034
【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
2020185664.tif 000044
【図１２Ｅ】
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【図１２Ｆ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１３Ｆ】
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【図１３Ｇ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１５Ｅ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９ａ】
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【図１９ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２０Ｄ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２１Ｄ】
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【図２１Ｅ】
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【図２２ａ】
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【図２２ｂ】
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【図２２ｃ】
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【図２３ａ】
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【図２３ｂ】
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【図２３ｃ】
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【図２４ａ】
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【図２４ｂ】
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【図２４ｃ】
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【図２５ａ】
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【図２５ｂ】
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【図２５ｃ】
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【図２６ａ】
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【図２６ｂ】
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【図２６ｃ】
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【図２７ａ】
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【図２７ｂ】
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【図２７ｃ】
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【図２８ａ】
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【図２８ｂ】
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【図２８ｃ】
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【図２９ａ】
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【図２９ｂ】
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【図２９ｃ】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２ａ】
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【図３２ｂ】
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【図３２ｃ】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９ａ】
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【図３９ｂ】
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【図３９ｃ】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４ａ】
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【図４４ｂ】
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【図４５ａ】
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【図４５ｂ】
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【図４５ｃ】
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【図４５ｄ】
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【図４６ａ】
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【図４６ｂ】
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【図４６ｃ】
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【図４６ｄ】
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【図４６ｅ】
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【図４７】
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【図４８ａ】
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【図４８ｂ】
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【図４９ａ】
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【図４９ｂ】
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【図４９ｃ】
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【図４９ｄ】
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【図５０ａ】
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【図５０ｂ】
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【図５０ｃ】
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【図５１】
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【図５２ａ】
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【図５２ｂ】
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【図５３ａ】
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【図５３ｂ】
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【図５３ｃ】
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【図５３ｄ】
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【図５４ａ】
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【図５４ｂ】
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【図５４ｃ】
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【図５５ａ】
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【図５５ｂ】
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【図５５ｃ】
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【図５５ｄ】
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【図５６ａ】
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【図５６ｂ】
2020185664.tif 000155
【図５７ａ】
2020185664.tif 000156
【図５７ｂ】
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【図５８ａ】
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【図５８ｂ】
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【図５９ａ】
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【図５９ｂ】
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【図５９ｃ】
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【図６０】
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【図６１ａ】
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【図６１ｂ】
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【図６２ａ】
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【図６２ｂ】
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【図６２ｃ】
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【図６２ｄ】
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【図６３ａ】
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【図６３ｂ】
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【図６３ｃ】
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【図６４ａ】
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【図６４ｂ】
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【図６４ｃ】
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【図６４ｄ】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９ａ】
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【図６９ｂ】
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【図７０】
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【図７１ａ】
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【図７１ｂ】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５ａ】
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【図７５ｂ】
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【図７６ａ】
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【図７６ｂ】
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【図７７ａ】
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【図７７ｂ】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０ａ】
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【図８０ｂ】
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【図８０ｃ】
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【図８０ｄ】
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【図８１ａ】
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【図８１ｂ】
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【図８１ｃ】
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【図８１ｄ】
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【図８２】
2020185664.tif 000205
【図８３】
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【図８４ａ】
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【図８４ｂ】
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【図８４ｃ】
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【図８５ａ】
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【図８５ｂ】
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【図８５ｃ】
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【図８５ｄ】
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【図８５ｅ】
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【図８５ｆ】
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【図８６ａ】
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【図８６ｂ】
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【図８７ａ】
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【図８７ｂ】
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【図８８ａ】
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【図８８ｂ】
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【図８９ａ】
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【図８９ｂ】
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【図９０ａ】
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【図９０ｂ】
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【図９１ａ】
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【図９１ｂ】
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【図９１ｃ】
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【図９２ａ】
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【図９２ｂ】
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【図９２ｃ】
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【図９３ａ】
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【図９３ｂ】
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【図９４ａ】
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【図９４ｂ】
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【図９５ａ】
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【図９５ｂ】
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【図９６ａ】
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【図９６ｂ】
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【図９７ａ】
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【図９７ｂ】
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【図９７ｃ】
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【図９７ｄ】
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【図９７ｅ】
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【図９７ｆ】
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【図９７ｇ】
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【図９８ａ】
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【図９８ｂ】
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【図９９ａ】
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【図９９ｂ】
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【図９９ｃ】
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【図９９ｄ】
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【図１００ａ】
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【図１００ｂ】
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【図１００ｃ】
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【図１００ｄ】
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【図１０１ａ１】
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【図１０１ａ２】
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【図１０１ｂ１】
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【図１０１ｂ２】
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【図１０２ａ１】
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【図１０２ａ２】
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【図１０２ｂ１】
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【図１０２ｂ２】
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【図１０３】
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【図１０４ａ】
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【図１０４ｂ】
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【図１０５ａ】
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【図１０５ｂ】
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【図１０６ａ】
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【図１０６ｂ】
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【図１０６ｃ】
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【図１０６ｄ】
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【図１０６ｅ】
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【図１０６ｆ】
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【図１０６ｇ】
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【図１０７】
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【図１０８】
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【図１０９】
2020185664.tif 000279
【図１１０】
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【図１１１】
2020185664.tif 000281
【図１１２】
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【図１１３】
2020185664.tif 000283
【図１１４】
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【図１１５】
2020185664.tif 000285
【図１１６】
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【図１１７】
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【図１１８】
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【図１１９】
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【図１２０】
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【図１２１Ａ】
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【図１２１Ｂ】
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【図１２１Ｃ】
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【図１２２】
2020185664.tif 000294
【図１２３】
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【図１２４Ａ】
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【図１２４Ｂ】
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【図１２４Ｃ】
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【図１２５】
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【図１２６】
2020185664.tif 000300
【図１２７Ａ】
2020185664.tif 000301
【図１２７Ｂ】
2020185664.tif 000302
【図１２８】
2020185664.tif 000303
【図１２９】
2020185664.tif 000304
【図１３０】
2020185664.tif 000305
【図１３１】
2020185664.tif 000306
【図１３２】
2020185664.tif 000307
【図１３３Ａ】
2020185664.tif 000308
【図１３３Ｂ】
2020185664.tif 000309
【図１３４Ａ】
2020185664.tif 000310
【図１３４Ｂ】
2020185664.tif 000311
【図１３５】
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【図１３６】
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【図１３７】
2020185664.tif 000314
【図１３８】
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【図１３９Ａ】
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【図１３９Ｂ】
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【図１４０Ａ】
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【図１４０Ｂ】
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【図１４１】
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【図１４２Ａ】
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【図１４２Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年7月30日(2020.7.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２３２】
【図１Ａ】電動工具システムの概略図である。
【図１Ｂ】電動工具システムの特定の一実施形態の概略図である。
【図２Ａ】電池の電池セル構成の例示的な単純化された回路図である。
【図２Ｂ】電池の電池セル構成の例示的な単純化された回路図である。
【図２Ｃ】電池の電池セル構成の例示的な単純化された回路図である。
【図３Ａ】図１Ａの電動工具システムの１つ又は複数の低定格電圧ＤＣ電動工具の組、１つ又は複数のＤＣ電池パック電源の組、及び１つ又は複数の電池パック充電器の組の概略図である。
【図３Ｂ】図１Ａの電動工具システムの１つ又は複数の中間定格電圧ＤＣ電動工具の組、１つ又は複数のＤＣ電池パック電源の組、及び１つ又は複数の電池パック充電器の組の概略図である。
【図３Ｃ】図１Ａの電動工具システムの１つ又は複数の高定格電圧ＤＣ電動工具の組、１つ又は複数のＤＣ電池パック電源の組、及び１つ又は複数の電池パック充電器の組の概略図である。
【図４】図１Ａの電動工具システムの１つ又は複数の高定格電圧ＡＣ／ＤＣ電動工具の組、１つ又は複数のＤＣ電池パック電源の組、１つ又は複数のＡＣ電源の組、及び１つ又は複数の電池パック充電器の組の概略図である。
【図５Ａ】図１Ａの電動工具システムのＡＣ／ＤＣ電動工具の分類分けの概略図である。
【図５Ｂ】図１Ａの電動工具システムのＡＣ／ＤＣ電動工具の分類分けの概略図である。
【図６Ａ】一実施形態による、ユニバーサルモーターを有する一定速度ＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的なシステムブロック図を示す。
【図６Ｂ】一実施形態による、例示的な電源スイッチングユニットが更に設けられた、図６Ａの一定速度ＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的なシステムブロック図を示す。
【図６Ｃ】一実施形態による、代替の例示的な電源スイッチングユニットが更に設けられた、図６Ａの一定速度ＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的なシステムブロック図を示す。
【図６Ｄ】一実施形態による、更に別の例示的な電源スイッチングユニットが更に設けられた、図６Ａの一定速度ＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的なシステムブロック図を示す。
【図６Ｅ】一実施形態による、ユニバーサルモーターを有する一定速度ＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的なシステムブロック図を示しており、この場合に、ＡＣ電源から供給される電力は、ＤＣ電源から提供される公称電圧とは大幅に異なる公称電圧を有する。
【図７Ａ】一実施形態による、ユニバーサルモーターを有する可変速度ＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的なシステムブロック図を示す。
【図７Ｂ】一実施形態による、電源スイッチングユニットが更に設けられた、図７Ａの一定速度ＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的なシステムブロック図を示す。
【図７Ｃ】ＤＣスイッチ回路の様々な実施形態の例示的な回路図を示す。
【図７Ｄ】ＤＣスイッチ回路の様々な実施形態の例示的な回路図を示す。
【図７Ｅ】ＤＣスイッチ回路の様々な実施形態の例示的な回路図を示す。
【図７Ｆ】一代替実施形態による、統合されたＡＣ／ＤＣ電力スイッチング回路を有するユニバーサルモーターを有する可変速度ＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的なシステムブロック図を示す。
【図７Ｇ】統合されたＡＣ／ＤＣ電力スイッチング回路の様々な実施形態の例示的な回路図を示す。
【図７Ｈ】統合されたＡＣ／ＤＣ電力スイッチング回路の様々な実施形態の例示的な回路図を示す。
【図８Ａ】一実施形態による、ブラシ付き直流（ＤＣ）モーターを有する一定速度ＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的なシステムブロック図を示す。
【図８Ｂ】一実施形態による、例示的な電源スイッチングユニットが更に設けられた、図８Ａの一定速度ＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的なシステムブロック図を示す。
【図８Ｃ】一実施形態による、ブラシ付きＤＣモーターを有する一定速度ＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的なシステムブロック図を示しており、この場合に、ＡＣ電源から供給される電力は、ＤＣ電源から提供される公称電圧とは大幅に異なる公称電圧を有する。
【図８Ｄ】一代替実施形態による、ブラシ付きＤＣモーターを有する一定速度ＡＣ／ＤＣ電動工具の別の例示的なシステムブロック図を示しており、この場合に、ＡＣ電源から供給される電力は、ＤＣ電源から提供される公称電圧とは大幅に異なる公称電圧を有する。
【図９Ａ】一実施形態による、ブラシ付きＤＣモーターを有する可変速度ＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的なシステムブロック図を示す。
【図９Ｂ】一実施形態による、電源スイッチングユニットが更に設けられた、図９Ａの一定速度ＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的なシステムブロック図を示す。
【図１０Ａ】一実施形態による、電源スイッチングユニット及びモーター制御回路を有する３相ブラシレスＤＣモーターを有するＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的なシステムブロック図を示す。
【図１０Ｂ】一実施形態による、代替の電源スイッチングユニットを有する図１０ＡのＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的なシステムブロック図を示す。
【図１０Ｃ】一実施形態による、３相インバータブリッジを有する例示的な電力スイッチ回路を示す。
【図１１Ａ】一実施形態による、ブラシレスモードの可変速度動作のための様々なパルス幅変調（ＰＷＭ）デューティサイクルレベルにおけるモーターの位相の単一伝導帯内における電力スイッチ回路用の駆動信号の例示的な波形図を示す。
【図１１Ｂ】一実施形態による、例示的な２０アンペアのサイクルごとの電流制限を実施した例示的な電流−時間波形を示す。
【図１１Ｃ】サイクルごとの電流制限を実施するための例示的なフローチャートを示す。
【図１２Ａ】一実施形態による、全３６０度の導電サイクル内における、図１０Ｃの３相インバータブリッジ回路のパルス幅変調（ＰＷＭ）駆動シーケンスの例示的な波形図を示しており、この場合に、各位相は、１２０度の伝導帯（ＣＢ）において駆動されている。
【図１２Ｂ】一実施形態による、最高速度において動作する図１２Ａの駆動シーケンスの例示的な波形図を示す。
【図１２Ｃ】一実施形態による、Ｙ＝３０°の進み角（ＡＡ）を有する、図１２Ｂの駆動シーケンスに対応した例示的な波形図を示す。
【図１２Ｄ】一実施形態による、速度／トルクプロファイルに対する１２０°の固定されたＣＢにおけるＡＡの増大の効果を示す例示的な高電力工具の例示的な速度−トルク波形図を示す。
【図１２Ｅ】一実施形態による、電力／トルクプロファイルに対する１２０°の固定されたＣＢにおけるＡＡの増大の効果を示す同一の高電力工具の例示的な電力−トルク波形図を示す。
【図１２Ｆ】一実施形態による、効率／トルクプロファイルに対する１２０°の固定されたＣＢにおけるＡＡの増大の影響を示す同一の高電力工具の例示的な効率−トルク波形図を示す。
【図１３Ａ】一実施形態による、３相インバータブリッジ回路の駆動シーケンスの例示的な波形図を示しており、この場合には、各位相は、１５０°のＣＢにおいて駆動されている。
【図１３Ｂ】一実施形態による、３相インバータブリッジ回路の駆動シーケンスの例示的な波形図を示しており、この場合には、各位相は、Ｙ＝３０°のＡＡを伴って１５０°のＣＢにおいて駆動されている。
【図１３Ｃ】一実施形態による、速度／トルクプロファイルに対する連携した状態におけるＣＢ及びＡＡの増大の影響を示す例示的な高電力工具の例示的な速度−トルク波形図を示す。
【図１３Ｄ】一実施形態による、電力／トルクプロファイルに対する連携した状態におけるＣＢ及びＡＡの増大の影響を示す同一の高電力工具の例示的な電力−トルク波形図を示す。
【図１３Ｅ】一実施形態による、効率／トルクプロファイルに対する連携した状態におけるＣＢ及びＡＡの増大の影響を示す同一の高電力工具の例示的な効率−トルク波形図を示す。
【図１３Ｆ】一実施形態による、可変ＣＢ／ＡＡを使用した例示的な高電力工具の例示的な改善された速度−トルク波形図を示す。
【図１３Ｇ】一代替実施形態による、可変ＣＢ／ＡＡを使用した同一の高電力工具の別の改善された速度−トルク波形図を示す。
【図１４Ａ】一代替実施形態による、様々なＣＢ及びＡＡ値に基づいた例示的な電動工具における例示的な最大電力出力等高線図を示す。
【図１４Ｂ】一代替実施形態による、様々なＣＢ及びＡＡ値に基づいた同一の電動工具における例示的な効率等高線図を示す。
【図１４Ｃ】一代替実施形態による、様々なＣＢ及びＡＡ値に基づいた同一の電動工具における例示的な組み合わせられた効率及び最大電力出力等高線図を示す。
【図１４Ｄ】一代替実施形態による、様々な入力電圧レベルにおける最適な組み合わせられた効率及び最大電力出力等高線を示す例示的な等高線図を示す。
【図１５Ａ】一実施形態による、負荷印加状態においてモーター制御回路に供給される整流されたＡＣ波形の例示的な波形図を示す。
【図１５Ｂ】一実施形態による、整流されたＡＣ電力ライン（ここでは、ＤＣバスラインと呼称される）上における相対的に大きなコンデンサを使用した例示的な整流された電圧波形図及び対応する電流波形図を示す。
【図１５Ｃ】一実施形態による、ＤＣバスライン上における相対的に中間サイズのコンデンサを使用した例示的な整流された電圧波形図及び対応する電流波形図を示す。
【図１５Ｄ】一実施形態による、ＤＣバスライン上における相対的に小さなコンデンサを使用した例示的な整流された電圧波形図及び対応する電流波形図を示す。
【図１５Ｅ】一実施形態による、様々なＲＭＳ電流定格における電力出力／静電容量及び平均ＤＣバス電圧／静電容量波形を示す例示的な組み合わせられた図を示す。
【図１６】変換可能電池パックの例示的な一実施形態の斜視図である。
【図１７】図１６の変換可能電池パックに接続された低定格電圧工具の例示的な一実施形態の斜視図である。
【図１８】変換可能電池パックの例示的な一実施形態に接続された中間定格電圧工具の例示的な一実施形態の斜視図である。
【図１９ａ】例示的な低定格電圧電動工具の電池コンセントの部分切欠き斜視図である。
【図１９ｂ】例示的な中間定格電圧電動工具の電池コンセントの部分切欠き斜視図である。
【図２０Ａ】例示的な変換可能電池パックに接続された例示的な中間定格電圧電動工具の部分切欠き斜視図である。
【図２０Ｂ】一代替実施形態を示す。
【図２０Ｃ】別の代替実施形態を示す。
【図２０Ｄ】更に別の代替実施形態を示す。
【図２１ａ】低電圧／高容量セル構成及び中間電圧／低容量セル構成における第１変換可能電池の例示的な単純化された回路図である。
【図２１ｂ】低電圧／高容量セル構成及び中間電圧／低容量セル構成における第２変換可能電池の例示的な単純化された回路図である。
【図２１ｃ】低電圧／高容量セル構成及び中間電圧／低容量セル構成における第３変換可能電池の例示的な単純化された回路図である。
【図２１ｄ】低電圧／高容量セル構成及び中間定格電圧／低容量セル構成における第４変換可能電池の例示的な単純化された回路図である。
【図２１ｅ】低電圧／高容量セル構成及び中間定格電圧／高容量セル構成における変換可能電池の例示的な単純化された包括的な回路図である。
【図２２ａ】例示的な変換可能電池パック及び例示的なコンバータ要素の斜視図である。
【図２２ｂ】例示的な変換可能電池の斜視図である。
【図２２ｃ】図２２ｂの拡大図である。
【図２３ａ】第１構成における例示的な変換可能電池の第２端子ブロック及び例示的なコンバータ要素の斜視図である。
【図２３ｂ】第２構成における例示的な変換可能電池の第２端子ブロック及び例示的なコンバータ要素の斜視図である。
【図２３ｃ】第３構成における例示的な変換可能電池の第２端子ブロック及び例示的なコンバータ要素の斜視図である。
【図２４ａ】図２３ａに対応する例示的な変換可能電池パック及び例示的な中間定格電圧又は高定格電圧又は極高定格電圧電動工具の部分回路図／部分ブロック図である。
【図２４ｂ】図２３ｂに対応する例示的な変換可能電池パック及び例示的な中間定格電圧又は高定格電圧又は極高定格電圧電動工具の部分回路図／部分ブロック図である。
【図２４ｃ】図２３ｃに対応する例示的な変換可能電池パック及び例示的な中間定格電圧又は高定格電圧又は極高定格電圧電動工具の部分回路図／部分ブロック図である。
【図２５ａ】例示的な変換可能電池パック及び例示的なコンバータ要素の斜視図である。
【図２５ｂ】例示的な変換可能電池の斜視図である。
【図２５ｃ】図２５ｂの拡大図である。
【図２６ａ】第１構成における例示的な変換可能電池の第２端子ブロック及び例示的なコンバータ要素の斜視図である。
【図２６ｂ】第２構成における例示的な変換可能電池の第２端子ブロック及び例示的なコンバータ要素の斜視図である。
【図２６ｃ】第３構成における例示的な変換可能電池の第２端子ブロック及び例示的なコンバータ要素の斜視図である。
【図２７ａ】図２７ａに対応する例示的な変換可能電池パック及び例示的な中間定格電圧又は高定格電圧又は極高定格電圧電動工具の部分回路図／部分ブロック図である。
【図２７ｂ】図２６ｂに対応する例示的な変換可能電池パック及び例示的な中間定格電圧又は高定格電圧又は極高定格電圧電動工具の部分回路図／部分ブロック図である。
【図２７ｃ】図２６ｃに対応する例示的な変換可能電池パック及び例示的な中間定格電圧又は高定格電圧又は極高定格電圧電動工具の部分回路図／部分ブロック図である。
【図２８ａ】変換可能電池パック及び例示的な中間定格電圧又は高定格電圧又は極高定格電圧電動工具の代替の例示的な一実施形態の部分回路図／部分ブロック図を示す。
【図２８ｂ】変換可能電池パック及び例示的な中間定格電圧又は高定格電圧又は極高定格電圧電動工具の代替の例示的な一実施形態の部分回路図／部分ブロック図を示す。
【図２８ｃ】変換可能電池パック及び例示的な中間定格電圧又は高定格電圧又は極高定格電圧電動工具の代替の例示的な一実施形態の部分回路図／部分ブロック図を示す。
【図２９ａ】変換可能電池パック及び例示的な中間定格電圧又は高定格電圧又は極高定格電圧電動工具の代替の例示的な一実施形態の部分回路図／部分ブロック図を示す。
【図２９ｂ】変換可能電池パック及び例示的な中間定格電圧又は高定格電圧又は極高定格電圧電動工具の代替の例示的な一実施形態の部分回路図／部分ブロック図を示す。
【図２９ｃ】変換可能電池パック及び例示的な中間定格電圧又は高定格電圧又は極高定格電圧電動工具の代替の例示的な一実施形態の部分回路図／部分ブロック図を示す。
【図３０】変換可能電池パック及び例示的な中間定格電圧又は高定格電圧又は極高定格電圧電動工具の代替の例示的な一実施形態のブロック図を示す。
【図３１】変換可能電池パックの代替の例示的な一実施形態のブロック図を示す。
【図３２ａ】低電圧／高容量セル構成及び中間電圧／低容量セル構成における変換可能電池の例示的な単純化された回路図を示す。
【図３２ｂ】低電圧／高容量セル構成及び中間電圧／低容量セル構成における変換可能電池の例示的な単純化された回路図を示す。
【図３２ｃ】低電圧／高容量セル構成及び中間定格電圧／高容量セル構成における変換可能電池の例示的な単純化された包括的な回路図を示す。
【図３３】高電圧ＤＣ出力を生成するべくコンバータボックスを利用した電動工具システムの例示的な一代替実施形態を示す。
【図３４】変換可能電池パックの例示的な一実施形態の図である。
【図３５】図３４の例示的な実施形態の別の図である。
【図３６】図３６ａ及び図３６ｂは、第１セル構成及び第２セル構成における変換可能電池の例示的な一実施形態の回路図である。
【図３７】図３７ａ及び図３７ｂは、第１セル構成及び第２セル構成における変換可能電池の別の例示的な実施形態の回路図である。
【図３８】図３４の例示的な実施形態の詳細部分図である。
【図３９ａ】変換可能電池パックと結合しうる例示的な電気装置の一部分の図である。
【図３９ｂ】変換可能電池パックと結合しうる例示的な電気装置の一部分の図である。
【図３９ｃ】変換可能電池パックと結合しうる例示的な電気装置の一部分の図である。
【図４０】ハウジングの一部が除去された状態における変換可能電池パックの例示的な一実施形態の図である。
【図４１】図４１ａ及び図４１ｂは、変換可能電池パックの第１構成及び変換可能電池パックの第２構成を示す図４０の例示的な実施形態の図である。
【図４２】コンバータ要素が除去された状態における図４０の例示的な実施形態の図である。
【図４３】図４３ａ及び図４３ｂは、電池パックの第１構成及び電池パックの第２構成を示す図４２の例示的な実施形態の図である。
【図４４ａ】変換可能電池の例示的な一実施形態の側面図である。
【図４４ｂ】変換可能電池の例示的な一実施形態の側面図である。
【図４５ａ】コンバータ要素の例示的な実施形態の図である。
【図４５ｂ】コンバータ要素の例示的な実施形態の図である。
【図４５ｃ】コンバータ要素の例示的な実施形態の図である。
【図４５ｄ】コンバータ要素の例示的な実施形態の図である。
【図４６ａ】例示的な変換可能電池パックの変換プロセスの５つの例示的なステージにおける、端子ブロック、並びに例示的な変換可能電池パックの端子、接触パッドレイアウト、及び接点の例示的な一実施形態である。
【図４６ｂ】例示的な変換可能電池パックの変換プロセスの５つの例示的なステージにおける、端子ブロック、並びに例示的な変換可能電池パックの端子、接触パッドレイアウト、及び接点の例示的な一実施形態である。
【図４６ｃ】例示的な変換可能電池パックの変換プロセスの５つの例示的なステージにおける、端子ブロック、並びに例示的な変換可能電池パックの端子、接触パッドレイアウト、及び接点の例示的な一実施形態である。
【図４６ｄ】例示的な変換可能電池パックの変換プロセスの５つの例示的なステージにおける、端子ブロック、並びに例示的な変換可能電池パックの端子、接触パッドレイアウト、及び接点の例示的な一実施形態である。
【図４６ｅ】例示的な変換可能電池パックの変換プロセスの５つの例示的なステージにおける、端子ブロック、並びに例示的な変換可能電池パックの端子、接触パッドレイアウト、及び接点の例示的な一実施形態である。
【図４７】例示的な変換可能電池パックのスイッチングネットワーク用の例示的な接続テーブルの表である。
【図４８ａ】変換可能電池パックの代替の例示的な一実施形態の図である。
【図４８ｂ】変換可能電池パックの代替の例示的な一実施形態の図である。
【図４９ａ】変換可能電池パックと結合しうる電気装置の一部分の図である。
【図４９ｂ】変換可能電池パックと結合しうる電気装置の一部分の図である。
【図４９ｃ】変換可能電池パックと結合しうる電気装置の一部分の図である。
【図４９ｄ】変換可能電池パックと結合しうる電気装置の一部分の図である。
【図５０ａ】電池パックハウジングが除去された状態における変換可能電池パックの例示的な一実施形態の図である。
【図５０ｂ】電池パックハウジングが除去された状態における変換可能電池パックの例示的な一実施形態の図である。
【図５０ｃ】電池パックハウジングが除去された状態における変換可能電池パックの例示的な一実施形態の図である。
【図５１】変換可能電池パックの例示的な端子ブロック及び端子の図である。
【図５２ａ】図５１の例示的な端子ブロック及び端子の、端子ブロックの一部分及び端子のサブセットの図である。
【図５２ｂ】図５１の例示的な端子ブロック及び端子の、端子ブロックの一部分及び端子のサブセットの図である。
【図５３ａ】変換可能電池パックの端子ブロックと結合しうる電気装置の例示的な端子ブロック及び端子である。
【図５３ｂ】変換可能電池パックの端子ブロックと結合しうる電気装置の例示的な端子ブロック及び端子である。
【図５３ｃ】変換可能電池パックの端子ブロックと結合しうる電気装置の例示的な端子ブロック及び端子である。
【図５３ｄ】変換可能電池パックの端子ブロックと結合しうる電気装置の例示的な端子ブロック及び端子である。
【図５４ａ】図５３の例示的な端子の組である。
【図５４ｂ】図５３の例示的な端子の組である。
【図５４ｃ】図５３の例示的な端子の組である。
【図５５ａ】図５４の例示的な端子の代替図である。
【図５５ｂ】図５４の例示的な端子の代替図である。
【図５５ｃ】図５４の例示的な端子の代替図である。
【図５５ｄ】図５４の例示的な端子の代替図である。
【図５６ａ】第１係合位置における変換可能電池パックの例示的な電池端子及び電気装置の例示的な端子の図である。
【図５６ｂ】第１係合位置における変換可能電池パックの例示的な電池端子及び電気装置の例示的な端子の図である。
【図５７ａ】第２係合位置における図５６の例示的な電池端子及び例示的な電気装置端子の図である。
【図５７ｂ】第２係合位置における図５６の例示的な電池端子及び例示的な電気装置端子の図である。
【図５８ａ】第３係合位置における図５６の例示的な電池端子及び例示的な電気装置端子の図である。
【図５８ｂ】第３係合位置における図５６の例示的な電池端子及び例示的な電気装置端子の図である。
【図５９ａ】電池パックハウジングが除去された状態における変換可能電池パックの代替の例示的な一実施形態の図である。
【図５９ｂ】電池パックハウジングが除去された状態における変換可能電池パックの代替の例示的な一実施形態の図である。
【図５９ｃ】電池パックハウジングが除去された状態における変換可能電池パックの代替の例示的な一実施形態の図である。
【図６０】変換可能電池パックの例示的な端子ブロック及び端子の斜視図である。
【図６１ａ】図６０の例示的な端子ブロック及び端子の、端子ブロックの一部分及び端子のサブセットの図である。
【図６１ｂ】図６０の例示的な端子ブロック及び端子の、端子ブロックの一部分及び端子のサブセットの図である。
【図６２ａ】変換可能電池パックの端子ブロックと結合しうる電気装置の例示的な端子ブロック及び端子である。
【図６２ｂ】変換可能電池パックの端子ブロックと結合しうる電気装置の例示的な端子ブロック及び端子である。
【図６２ｃ】変換可能電池パックの端子ブロックと結合しうる電気装置の例示的な端子ブロック及び端子である。
【図６２ｄ】変換可能電池パックの端子ブロックと結合しうる電気装置の例示的な端子ブロック及び端子である。
【図６３ａ】図６２の例示的な端子の組である。
【図６３ｂ】図６２の例示的な端子の組である。
【図６３ｃ】図６２の例示的な端子の組である。
【図６４ａ】図６３の例示的な端子の代替図である。
【図６４ｂ】図６３の例示的な端子の代替図である。
【図６４ｃ】図６３の例示的な端子の代替図である。
【図６４ｄ】図６３の例示的な端子の代替図である。
【図６５】係合前の例示的な変換可能電池パックの電池端子の組及び例示的な電気装置の端子の組の図である。
【図６６】第１係合位置における図６５の例示的な電池端子の組及び例示的な電気装置端子の組の図である。
【図６７】第２係合位置における図６５の例示的な電池端子の組及び例示的な電気装置端子の組の図である。
【図６８】変換可能電池パックの例示的な一実施形態の図である。
【図６９ａ】図６８の例示的な電池パック及び例示的な中間定格電圧電動工具の工具足部の図である。
【図６９ｂ】図６８の例示的な電池パック及び例示的な中間定格電圧電動工具の工具足部の図である。
【図７０】結合位置における図６９の例示的な電池パック及び工具足部の図である。
【図７１ａ】図７０の例示的な電池パック及び工具足部の断面図である。
【図７１ｂ】図７０の例示的な電池パック及び工具足部の断面図である。
【図７２】図６８の例示的な変換可能電池パックの分解図である。
【図７３】図６８の例示的な変換可能電池パックの電池の例示的な一実施形態の図である。
【図７４】図７３の例示的な電池の分解図である。
【図７５ａ】図７３の例示的な電池のセルホルダ及び電池セルの側面図である。
【図７５ｂ】図７３の例示的な電池のセルホルダ及び電池セルの側面図である。
【図７６ａ】低定格電圧構成における本開示の例示的な電池の単純化された回路図である。
【図７６ｂ】中間定格電圧構成における本開示の例示的な電池の単純化された回路図である。
【図７７ａ】低定格電圧構成における図７３の例示的な電池の変換メカニズムの詳細図である。
【図７７ｂ】中間定格電圧構成における図７３の例示的な電池の変換メカニズムの詳細図である。
【図７８】図７３の例示的な電池の変換サブシステムの分解図である。
【図７９】図７９ａ、図７９ｂ、図７９ｃ、図７９ｄ、図７９ｅは、図７８のコンバータ要素及びコンバータ要素のスイッチング接点の図である。
【図８０ａ】図７８の変換サブシステムの支持基板の図である。
【図８０ｂ】図７８の変換サブシステムの支持基板の図である。
【図８０ｃ】図７８の変換サブシステムの支持基板の図である。
【図８０ｄ】図７８の変換サブシステムの支持基板の図である。
【図８１ａ】図７８の変換サブシステムの支持基板の製造ステップを示す。
【図８１ｂ】図７８の変換サブシステムの支持基板の製造ステップを示す。
【図８１ｃ】図７８の変換サブシステムの支持基板の製造ステップを示す。
【図８１ｄ】図７８の変換サブシステムの支持基板の製造ステップを示す。
【図８２】図７４の変換サブシステムの支持基板の平面図である。
【図８３】図７４の変換サブシステムの支持基板の代替平面図である。
【図８４ａ】図６８の例示的な電池パックの単純化された回路図及びブロック図である。
【図８４ｂ】図６８の例示的な電池パックの単純化された回路図及びブロック図である。
【図８４ｃ】図６８の例示的な電池パックの単純化された回路図及びブロック図である。
【図８５ａ】低定格電圧構成から中間定格電圧構成に変換するのに伴う図６８の例示的な電池パックの変換メカニズムの状態を示す。
【図８５ｂ】低定格電圧構成から中間定格電圧構成に変換するのに伴う図６８の例示的な電池パックの変換メカニズムの状態を示す。
【図８５ｃ】低定格電圧構成から中間定格電圧構成に変換するのに伴う図６８の例示的な電池パックの変換メカニズムの状態を示す。
【図８５ｄ】低定格電圧構成から中間定格電圧構成に変換するのに伴う図６８の例示的な電池パックの変換メカニズムの状態を示す。
【図８５ｅ】低定格電圧構成から中間定格電圧構成に変換するのに伴う図６８の例示的な電池パックの変換メカニズムの状態を示す。
【図８５ｆ】低定格電圧構成から中間定格電圧構成に変換するのに伴う図６８の例示的な電池パックの変換メカニズムの状態を示す。
【図８６ａ】図６９の例示的な中間定格電圧工具の例示的な端子ブロックの斜視図を示す。
【図８６ｂ】図６９の例示的な中間定格電圧工具の例示的な端子ブロックの斜視図を示す。
【図８７ａ】図９６の端子及び端子ブロックの正面図である。
【図８７ｂ】図９６の端子及び端子ブロックの正面図である。
【図８８ａ】図９６の端子及び端子ブロックの背面図である。
【図８８ｂ】図９６の端子及び端子ブロックの背面図である。
【図８９ａ】図９６の端子及び端子ブロックの平面図である。
【図８９ｂ】図９６の端子及び端子ブロックの平面図である。
【図９０ａ】代替の例示的な変換サブシステムを有する図７３の例示的な電池の単純化された回路図及びブロック図である。
【図９０ｂ】代替の例示的な変換サブシステムを有する図７３の例示的な電池の単純化された回路図及びブロック図である。
【図９１ａ】代替の例示的な変換サブシステムを有する図７３の例示的な電池の単純化された回路図及びブロック図である。
【図９１ｂ】代替の例示的な変換サブシステムを有する図７３の例示的な電池の単純化された回路図及びブロック図である。
【図９１ｃ】代替の例示的な変換サブシステムを有する図７３の例示的な電池の単純化された回路図及びブロック図である。
【図９２ａ】代替の例示的な変換サブシステムを有する図７３の例示的な電池の単純化された回路図及びブロック図である。
【図９２ｂ】代替の例示的な変換サブシステムを有する図７３の例示的な電池の単純化された回路図及びブロック図である。
【図９２ｃ】代替の例示的な変換サブシステムを有する図７３の例示的な電池の単純化された回路図及びブロック図である。
【図９３ａ】代替の例示的な変換サブシステムを有する図７３の例示的な電池の単純化された回路図及びブロック図である。
【図９３ｂ】代替の例示的な変換サブシステムを有する図７３の例示的な電池の単純化された回路図及びブロック図である。
【図９４ａ】代替の例示的な変換サブシステムを有する図７３の例示的な電池の単純化された回路図及びブロック図である。
【図９４ｂ】代替の例示的な変換サブシステムを有する図７３の例示的な電池の単純化された回路図及びブロック図である。
【図９５ａ】代替の例示的な変換サブシステムを有する図７３の例示的な電池の単純化された回路図及びブロック図である。
【図９５ｂ】代替の例示的な変換サブシステムを有する図７３の例示的な電池の単純化された回路図及びブロック図である。
【図９６ａ】代替の例示的な変換可能電池パックである。
【図９６ｂ】代替の例示的な変換可能電池パックである。
【図９７ａ】図９６の電池パックの例示的な変換サブシステムを示す。
【図９７ｂ】図９６の電池パックの例示的な変換サブシステムを示す。
【図９７ｃ】図９６の電池パックの例示的な変換サブシステムを示す。
【図９７ｄ】図９６の電池パックの例示的な変換サブシステムを示す。
【図９７ｅ】図９６の電池パックの例示的な変換サブシステムを示す。
【図９７ｆ】図９６の電池パックの例示的な変換サブシステムを示す。
【図９７ｇ】図９６の電池パックの例示的な変換サブシステムを示す。
【図９８ａ】図３０の変換サブシステムの例示的なコンバータ要素を示す。
【図９８ｂ】図３０の変換サブシステムの例示的なコンバータ要素を示す。
【図９９ａ】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図９９ｂ】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図９９ｃ】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図９９ｄ】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図１００ａ】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図１００ｂ】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図１００ｃ】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図１００ｄ】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図１０１ａ１】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図１０１ａ２】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図１０１ｂ１】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図１０１ｂ２】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図１０２ａ１】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図１０２ａ２】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図１０２ｂ１】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図１０２ｂ２】代替の例示的な変換サブシステムを示す。
【図１０３】図１０３ａ、図１０３ｂ、及び図１０３ｃは、代替例示的な変換サブシステムを示す。
【図１０４ａ】低定格電圧構成における代替の例示的な変換システムを示す。
【図１０４ｂ】低定格電圧構成における代替の例示的な変換システムを示す。
【図１０５ａ】中間定格電圧構成における図１０４の代替の例示的な変換システムを示す。
【図１０５ｂ】中間定格電圧構成における図１０４の代替の例示的な変換システムを示す。
【図１０６ａ】変換可能電池パックを変換するためのシステムを示す。
【図１０６ｂ】変換可能電池パックを変換するためのシステムを示す。
【図１０６ｃ】変換可能電池パックを変換するためのシステムを示す。
【図１０６ｄ】変換可能電池パックを変換するためのシステムを示す。
【図１０６ｅ】変換可能電池パックを変換するためのシステムを示す。
【図１０６ｆ】変換可能電池パックを変換するためのシステムを示す。
【図１０６ｇ】変換可能電池パックを変換するためのシステムを示す。
【図１０７】従来の接点打ち抜き加工材を示す。
【図１０８】本開示の接点打ち抜き加工材を示す。
【図１０９】組み立てられた状態における図１０８の接点打ち抜き加工材を示す。
【図１１０】製品内における図１０９の接点打ち抜き加工材を示す。
【図１１１】ＡＣ／ＤＣ電源をＡＣ／ＤＣ電動工具に結合するためのＡＣ／ＤＣ電動工具インターフェイスの例示的な一実施形態を示す。
【図１１２】図１１１のＡＣ／ＤＣ電動工具インターフェイスの内部図を示す。
【図１１３】図１１１のＡＣ／ＤＣ電動工具インターフェイスの代替の内部図を示す。
【図１１４】ＡＣ／ＤＣ電動工具の例示的な一実施形態に結合された図１１１のＡＣ／ＤＣ電動工具インターフェイスを示す。
【図１１５】ＡＣ／ＤＣ電動工具をＡＣ電源及び／又はＤＣ電池パック電源に結合するための電源インターフェイスの例示的な一実施形態を示す。
【図１１６】ＤＣ電池パック電源の例示的な一実施形態に結合された図１１５の電源インターフェイスを示す。
【図１１７】ＤＣ電池パック電源の２つの例示的な実施形態に結合された図１１５の電源インターフェイスを示す。
【図１１８】変換可能電池パックの変換可能電池の例示的な一実施形態の電子モジュールの部分回路図を示す。
【図１１９】図１１８の変換可能電池の電子モジュールの監視回路の例示的な一実施形態の部分回路図を示す。
【図１２０】図１１８の変換可能電池の電子モジュールの監視回路の一代替実施形態の部分回路図を示す。
【図１２１Ａ】変換可能電池パックの変換可能電池の代替の例示的な一実施形態の電子モジュールの部分回路図を示す。
【図１２１Ｂ】変換可能電池パックの変換可能電池の代替の例示的な一実施形態の電子モジュールの部分回路図を示す。
【図１２１Ｃ】変換可能電池パックの変換可能電池の代替の例示的な一実施形態の電子モジュールの部分回路図を示す。
【図１２２】図１２１の変換可能電池の電子モジュールの監視回路の例示的な一実施形態の部分回路図を示す。
【図１２３】図１２１の変換可能電池の電子モジュールの監視及び制御回路の例示的な一実施形態の部分回路図を示す。
【図１２４Ａ】例示的な変換可能電池パックの変換サブシステムの例示的な一実施形態を示す。
【図１２４Ｂ】例示的な変換可能電池パックの変換サブシステムの例示的な一実施形態を示す。
【図１２４Ｃ】例示的な変換可能電池パックの変換サブシステムの例示的な一実施形態を示す。
【図１２５】本発明のセルスイッチの例示的な一実施形態の部分回路図を示す。
【図１２６】本発明のセルスイッチの代替の例示的な一実施形態の部分回路図を示す。
【図１２７Ａ】本発明の変換可能電池パックの変換可能電池のスイッチングネットワークの例示的な一実施形態を示す。
【図１２７Ｂ】本発明の変換可能電池パックの変換可能電池のスイッチングネットワークの例示的な一実施形態を示す。
【図１２８】文を示す。
【図１２９】電池パックを低定格電圧構成から中間定格電圧構成に変換するための一代替実施形態を示す。
【図１３０】電池パックを低定格電圧構成から中間定格電圧構成に変換するための一代替実施形態を示す。
【図１３１】電池パックを低定格電圧構成から中間定格電圧構成に変換するための一代替実施形態を示す。
【図１３２】電池パックを低定格電圧構成から中間定格電圧構成に変換するための一代替実施形態を示す。
【図１３３Ａ】電池パックを低定格電圧構成から中間定格電圧構成に変換するための一代替実施形態を示す。
【図１３３Ｂ】電池パックを低定格電圧構成から中間定格電圧構成に変換するための一代替実施形態を示す。
【図１３４Ａ】電池パックを低定格電圧構成から中間定格電圧構成に変換するための一代替実施形態を示す。
【図１３４Ｂ】電池パックを低定格電圧構成から中間定格電圧構成に変換するための一代替実施形態を示す。
【図１３５】図１２９〜図１３４Ｂに示されている実施形態に類似した変換可能電池パックの一代替実施形態を示す。
【図１３６】図１２９〜図１３４Ｂに示されている実施形態に類似した変換可能電池パックの一代替実施形態を示す。
【図１３７】図１２９〜図１３４Ｂに示されている実施形態に類似した変換可能電池パックの一代替実施形態を示す。
【図１３８】図１２９〜図１３４Ｂに示されている実施形態に類似した変換可能電池パックの一代替実施形態を示す。
【図１３９Ａ】図１２９〜図１３４Ｂに示されている実施形態に類似した変換可能電池パックの一代替実施形態を示す。
【図１３９Ｂ】図１２９〜図１３４Ｂに示されている実施形態に類似した変換可能電池パックの一代替実施形態を示す。
【図１４０Ａ】図１２９〜図１３４Ｂに示されている実施形態に類似した変換可能電池パックの一代替実施形態を示す。
【図１４０Ｂ】図１２９〜図１３４Ｂに示されている実施形態に類似した変換可能電池パックの一代替実施形態を示す。
【図１４１】図を示す。
【図１４２Ａ】図を示す。
【図１４２Ｂ】図を示す。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４９Ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４９Ｂ】
2020185664.tif 000323
【外国語明細書】
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2020185664000002.pdf
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