CN201179624Y - 人体工程高效的无绳电动工具 - Google Patents

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CN201179624Y CNU2005900000913U CN200590000091U CN201179624Y CN 201179624 Y CN201179624 Y CN 201179624Y CN U2005900000913 U CNU2005900000913 U CN U2005900000913U CN 200590000091 U CN200590000091 U CN 200590000091U CN 201179624 Y CN201179624 Y CN 201179624Y
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25B21/00—Portable power-driven screw or nut setting or loosening tools; Attachments for drilling apparatus serving the same purpose
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25F—COMBINATION OR MULTI-PURPOSE TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DETAILS OR COMPONENTS OF PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS NOT PARTICULARLY RELATED TO THE OPERATIONS PERFORMED AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B25F5/00—Details or components of portable power-driven tools not particularly related to the operations performed and not otherwise provided for

Abstract

一种具有期望的功率重量比在人体工程学方面高效的无绳电动工具系统可以通过降低给定无绳电动工具系统中一个或多个构成重量组成的重量并保持或改善工具系统总功率输出来构造。示例性的无绳电动工具系统可以构造为输出至少475瓦的最大功率，并具有至少70瓦每磅(W/lb)的最大功率输出重量比。无绳电动工具系统可以包括多个无绳电动工具，每个无绳电动工具包括：工具机壳；电机组件；传动/齿轮组件；以及连接于工具机壳的可拆卸电源，其中机壳、电机组件、传动/齿轮组件和电源组合在一起的重量至少4磅。

Description

人体工程高效的无绳电动工具
本申请要求2004年11月8日提交的，Daniele C.Brotto的名为“ERGONIMICALLY EFFICIENT CORDLESS POWER TOOL”的美国临时专利申请序列号No.60/625,722，以及2004年11月8日提交的，Daniele C.Brotto的名为ERGONIMICALLY EFFICIENT CORDLESS POWER TOOL的美国临时专利申请序列号No.(未分配)在35U.S.C.§119(e)下的优先权。每个上述临时申请的全部内容在此作为参考引入。
技术领域
本发明涉及提供以功率重量比为根据的人体工程高效的无绳电动工具，其可以部分地通过降低给定无绳电动工具的一个或多个组成重量组件同时保持或提高该工具的功率输出而获得。
背景技术
诸如钻孔机、往复锯、圆锯、锤钻等的无绳电动工具的用户通常为了无绳环境的优势，即机动性和便携性，而牺牲了电动工具的较高功率的特点。虽然有绳电动工具通常可以为用户提供更大的功率，但无绳电动工具提供给用户使用方便。
无绳电动工具与有绳电动工具相比，包括自含电源(附带电池组)并且由于电池组中电池能量密度因阻抗和电压的原因而有限制因此具有较低的功率输出。与无绳电动工具系统相比，有绳电动工具由此以更小的重量提供了更大的功率。由此，一个问题在于，通常，无绳电动工具无法具有与有绳电动工具非常接近的性能。另一个问题在于，对于给定的功率输出无绳电动工具的重量会比其有绳对比物更高或高很多。
从人体工程的角度来看，评价无绳电动工具的工具系统性能的方法是确定给定无绳电动工具的功率重量比，并将其与例如其有绳对比物的功率重量比相比。功率重量比可以定义为从给定电动工具的电机输出的最大功率除以该工具的总系统重量(系统重量＝对于无绳电动工具为工具和电池组的重量，对于有绳工具为工具重量)。下面提供对MWO的通常理解。
最大瓦特输出(MWO)
最大瓦特输出(MWO)通常表示电动工具系统功率输出的最大量。例如，MWO可以视为工具系统电机的最大功率输出。多个因素会对MWO值产生贡献，最要因素为源电压(在无绳电动工具系统中源为电池组，在有绳工具系统中为外部AC电源)、源阻抗、电机阻抗、流经系统的电流、传动损耗和电机效率。次要因素可以影响电动工具系统的MWO(诸如接触阻抗、开关阻抗等)。在某些情况下，这些次要因素可以视为与主要因素相比产生可以忽略的贡献。
图1为一般无绳电动工具系统的方框图，用于介绍电池组电源与电机输出之间的功率损耗。系统100可以包括电池组110，其可以包括一个或多个电池。对于有绳工具，可以不使用电池组110而是以外部AC电源代替，诸如普通的15A、120V AC电源。Rb 130表示构成电池组110的电池的内阻(包括连接电池的带箍和焊点)，Rm 140表示电机120的内阻。电机120通常在重负荷下消耗更大的电流。开关150可以是将电池组110连接至电机120的机械或电子开关(诸如场效应晶体管(FET)，SCR或其它晶体管装置)。
图1中，“Vev”表示电池组110的伏打电压或理论无负载电压。“Vbat”表示电池组110的实际测量电压，“Vmotor”表示跨过电机120的实际测量电压。“Vemf”表示提供给电机120的用来转变成功率的理论电压。
电机的功率输出受到的由于诸如摩擦、传动损耗、风阻(冷却扇、边界层摩擦等)因素导致的机械低效的不利影响。为此说明目的，将这些损耗视作充分小至不存在。
开关150闭合时，电路完整，允许电流流动。表达式(1)至(3)中的以下电压表示相对于地的情况：
Vbat＝Vev-(电流×Rb)                            (1)
Vmotor＝Vbat                                    (2)
Vemf＝Vmotor-(电流×Rm)                         (3)
假定机械损耗无法忽略，电机的功率输出(WO，瓦特输出)由表达式(4)表示：
WO＝电流×Vemf                                  (4)
在电机负荷轻时，电流低，瓦特输出(WO)低。在电机负荷较高时，电流高，WO高。在电机负荷最高时，WO从最大值下降并且大量能量损耗在Rb和Rm。Rb和Rm的功率损耗可以按照表达式(5)和(6)所示地计算：
Rb的功率损耗＝电流2×Rb(I2Rb)的值
Rm的功率损耗＝电流2×Rm(I2Rm)的值
表1提供了由150毫欧阻抗的18伏电池组和60毫欧阻抗的DC电机构成的DC电机系统的功率损耗的示例。
表1DC电机系统的功率损耗
电流   Rb功率损耗   Vbat和Vmotor   Rmotor功率损耗 Vemf   电机的功率输出(WO)
  (安培)   (瓦特)   (伏特)   (瓦特)   (伏特)   (瓦特)
  0   0   18   0   18   0
  5   4   17   2   17   85
  10   15   17   6   16   159
  15   34   16   14   15   223
  20   60   15   24   14   276
  25   94   14   38   13   319
  30   135   14   54   12   351
  35   184   13   74   11   373
  40   240   12   96   10   384
  45   304   11   122   9   385
  50   375   11   150   8   375
  55   454   10   182   6   355
  60   540   9   216   5   324
  65   634   8   254   4   283
  70   735   8   294   3   231
  75   844   7   338   2   169
  80   960   6   384   1   96
  85   1084   5   434   0   13
参照表1，385瓦特的最大功率输出发生在45安培处。随着电流增大超过45安培，电机瓦特输出随着转化为Rb和Rm上的热越来越多而实际下降。发生在45安培处的电机385瓦特的此峰值功率输出定义为电机的最大瓦特输出，或MWO。
已经介绍了对MWO的理解，有绳电动工具的功率重量比与无绳电动工具系统的功率重量比示出了性能的有力对比。在一示例中，传统的有绳手持钻可以从通用电机产生范围在520至600瓦特之间的功率(MWO)。该钻的总重量近似3.3至4.3磅。此结果导致从约140瓦/磅至158瓦/磅的功率重量比。相比，传统12伏无绳电动工具系统，诸如附接NiCd电池组的无绳钻从电机产生约225瓦特的MWO，而工具加电池总重量为4.9磅(工具重量约3.4磅，12V NiCd电池组重量1.5磅)。此结果对于功率重量比约46W/lb。
至少两个原因可以说明有绳工具与无绳电动工具系统之间功率重量比的重大差异。首先，有绳工具中的电源(交变电流)由于其不是工具的构成元件而不会增加系统的总重量。相比，无绳工具中的电源，电池组，是其重量的最大贡献者之一。第二，有绳电动工具中的电机是在交变电流下工作的通用电机，其磁场通过重量相对较轻的电枢绕组中的导线产生。相比，无绳系统通常使用具有永磁体的DC电机，与通用电机相比，其由于磁场取代较轻的导线由永磁体产生因此相对较重。
无绳电动工具中传统电池组功率和尺寸的增大不是缩小有绳电动工具与无绳电动工具系统之间功率重量比差距的现实方法。根据无绳电动工具的期望用途，由于无绳工具变得过于沉重而无法使用，特别是在较长的时间段上，产生达到对应有绳工具的功率水平所需的传统电池的重量导致了无绳系统人体工程学的失效。
用于12伏以上无绳电动工具的传统电池组通常包括具有镍镉(“NiCd”)或镍金属氢化物(“NiMH”)电池化学成分。随着功率输出要求的增加，电池加重。诸如DEWALT的加重3/8”12V无绳小型钻的无绳电动工具中，能够输送12伏(或225MWO)功率的传统NiCd电池组的重量近似1.5磅，而工具和电池的重量约4.9磅。由此，主要是单手使用的12V动力钻总重量的几乎三分之一由电池组产生。
传统的18V NiCd电池组重约2.4磅(2.36磅)，即诸如DEWALT制造的重型1/2”18V无绳钻的电动工具重量(总重量(电池加工具)约5.2磅，对于各种18V型号)的约46％。传统24V NiCd电池组重约3.3磅，即诸如DEWALT制造的型号为DW006的重型1/2”24V无绳锤钻的双手持电动工具总重量(总系统重量约8.7磅)的约38％。
由此，通过增加能够提供更高功率水平的电池组增加无绳电动工具的总重量还会对由于增加其总重量超出可以接受的水平而对工具的人体工程学方面产生负面影响。利用NiCd和NiMH电源，越高的功率意味着实质上越重的电池组。无绳电动工具总重量对应的增加使得工具更加难以操控和/或长时间使用。例如，24伏NiCd电池的重量(约3.3lbs)比12伏NiCd电池组的重量(1.5lbs)增加超过了百分之百。
较重电池组带来的额外重量还会对无绳工具和其人体工程学质量的总体平衡造成负面影响。电池组通常连接于无绳钻的把手末端(诸如工具的底部)或靠近工具的后部，诸如对于无绳圆锯。随着电压增加和电池组变重，电池重量对无绳电动工具系统的剩余部分形成杠杆作用，潜在使得工具更难控制和使用。
发明内容
本发明的示例性实施例教导了一种无绳电动工具系统，包括构造为输出至少475瓦的最大瓦特输出的电动工具和电源。该无绳电动工具系统具有至少70瓦每磅的最大功率输出重量比。
附图说明
通过以下详细介绍和附图将使本发明的示例性实施例得到更加全面的理解，附图中相同的元件由相同的附图标记表示，附图仅以说明方式给出，因此不对本发明的示例性实施例构成限制。
图1为说明电池源与电机输出之间功率损耗的一般无绳系统的方框图；
图2为根据本发明示例性实施例的无绳、主要为单手使用的无绳电动工具的侧视图；
图3为根据本发明示例性实施例的无绳、主要为双手使用的无绳电动工具的侧视图；
图4为根据本发明示例性实施例的主要为支持使用的无绳电动工具的透视图；
图5为图1单手无绳电动工具的分解透视图；
图6A至6C示出了对于传统18V NiCd电池组的电池组和根据本发明示例性实施例的两个示例Li离子电池组的尺寸；
图7A和7B示出了对于根据本发明示例性实施例的36V Li离子电池组的示例电池构造；
图8A和8B示出了对于根据本发明示例性实施例的25.2V Li离子电池组的示例电池构造；
图9为对于具有传统电池组的单手无绳电动工具、单手有绳电动工具、以及根据本发明示例性实施例的具有Li离子电池组的单手无绳电动工具的最大功率输出对工具重量的曲线图；
图10为对于具有传统电池组的双手无绳电动工具、双手有绳电动工具、以及根据本发明示例性实施例的具有Li离子电池组的双手无绳电动工具的最大功率输出对工具重量的曲线图；
图11为对于具有传统电池组的支持用无绳电动工具、支持用有绳电动工具、以及根据本发明示例性实施例的具有Li离子电池组的支持用无绳电动工具的最大功率输出对工具重量的曲线图；
图12为对于18V和36V电池组的电流输出对功率输出的曲线图；以及
图13为示出对于由36V电池组供电的工具与由18V电池供电的工具相比运行时间改善的曲线图。
具体实施方式
此处，电动工具可以偶尔以术语“主要单手使用”或“单手”、“主要双手使用”或“双手”、“主要支持使用”或“支持用”为特征或区分。单手无绳电动工具可以理解为通常一只手使用的电动工具。双手工具可以理解为通常两只手使用的电动工具。支持用工具可以理解为需要支持面适合操作的电动工具，例如，即，可以靠住或跨过支持面操作的工具。这些划分不应视作是将所有可以应用本发明示例性实施例的电动工具包括在内，而仅是用于说明。
主要单手电动工具例子可以包括但不限于：钻、冲击扳手、单手金属加工工具，诸如剪子等。示例性主要双手电动工具可以包括但不限于：往复锯、双手钻，诸如旋转和破坏锤钻，研磨机、切断工具等。这些工具中的某些可以是目前仅能商业购买到有绳形式的，但可以通过使用此处介绍的轻质便携电源，诸如可以在无绳形势下提供与其有绳对比物相当的功率的Li离子电池组，而变为无绳式。主要支持使用工具例子可以包括但不限于：圆锯、竖锯、刳刨机、刨机、砂带机、切除工具、平板接合机等。这些工具中的某些可以是目前仅能商业购买到有绳形式的，但可以通过使用诸如Li离子电池组的轻质便携电源而变为无绳式的。
另外，在此，术语“功率重量比”可以定义为从给定电动工具电机输出的最大功率除以工具的总系统重量(系统重量＝对于无绳电动工具为工具和电池组的重量，对于有绳工具为工具重量)。使用时，术语“高功率”在用于可拆卸电源或电池组时可以表示至少18伏特和/或具有至少385瓦特最大功率输出(最大瓦特输出(MWO))的无绳电动工具的电源。
图2为根据本发明示例性实施例的主要为无绳、单手使用的无绳电动工具的侧视图。参照图2，示例性单手无绳电动工具可以一般性地以附图标记10表示，其表示钻，并且可以包括机壳12、电机组件14、多速传动组件16、离合机构18、卡盘22、扳机组件24、把手25和电池组件26。电池组件26可以是可充电高功率电池组，诸如Li离子或其它高功率源，例如，包括一个或多个电池。电动工具10具有单个把持区域，如图2所示，并且设计为单手操作。
在一个示例性实施例中，电池正极(阳极)材料中的活性成分可以是具有锂金属氧化物电池化学物、锂离子磷酸盐(LPF)电池化学物和/或其它锂基化学物组成中之一或多个的Li离子。例如，具有金属氧化物化学物的电池阳极的活性材料可以是钴氧化锂、镍氧化锂、镁氧化锂尖晶石、以及这些或其它锂金属氧化物的混合物。作为另一示例，具有LPF化学物电池阴极中的活性成分为锂金属磷酸物。这些电池可以是圆柱形状并且具有螺旋卷或“果冻卷”构造作为阴极、分离器和阳极，如电池组技术中已知。负极的材料可以是铜收集器上的石墨碳材料或其它已知阳极材料，如Li离子电池组技术中已知。
本领域技术人员将可以理解，电动工具10的几个部件，诸如卡盘22和扳机组件24，具有传统属性并由此不需要在本申请中非常详细的介绍。可以参照多种公开物来更加完全地理解电动工具10的传统特征。该种公开物中的一个示例为U.S.专利号5,897,454，其公开内容由此整体作为参考引入。包括这些传统部件的单手用电动工具的另一示例为DEWALT制造的型号DC987的重型18V钻驱动器，其在把手上具有单个把持表面，并且设计为单手操作。
图3为根据本发明示例性实施例的无绳、主要为双手使用的无绳电动工具的侧视图。参照图3，示例性双手无绳电动工具可以一般性地以附图标记10’表示，其表示了示例性无绳往复锯。工具10’可以包括机壳12’、电机组件14’、多速齿轮(传动机构)传动组件16’、扳机组件24’、把手25’、输出轴(通常表示为27)和锯条30。工具10’主要设计用来双手使用，在把手25’处并且在包住传动/齿轮16’的机壳的支架15把住工具。工具10’还包括独立并且可拆卸的电池组26’。电池组26’可以是可充电高功率电池组，诸如包括例如一个或多个单元的Li离子电池组。本领域技术人员将可以理解，几个部件具有传统属性，并且由此为简洁目的略去了详细说明。包括这些传统部件的示例性双手用电动工具为DEWALT制造的型号DC385的重型18V无绳往复锯。此工具包括两个把持面并设计用于使用双手操作。
图4为根据本发明示例性实施例的主要为支持使用的无绳电动工具的透视图。参照图4，示例性支持用无绳电动工具可以一般性地以附图标记10”表示，其表示了示例性无绳圆锯。工具10”包括锯片30’，至少部分地由锯片套130包围。锯片30’和锯片套130突出穿过并且在引导组件20中打开。锯片30”由电机14”驱动。电机14”由机壳12”覆盖。
工具10”还可以具有连接于电机14”的电池组26”。电池组26”可以按照不影响锯片30”的锯切工作的方式安装在工具把手25”的末端。电池组26”可以是可充电高功率电池组，诸如Li离子，例如包括一个或多个电池。
本领域技术人员可以理解几个部件具有传统属性，并且由此为简洁目的略去了详细说明。包括这些传统部件的示例性支持用电动工具为例如DEWALT制造的型号DC390的重型XRPTM18V无绳圆锯。
在无绳电动工具的设计中应考虑几个参数或技术方面或特征。例如，工具的功率、其尺寸、总系统重量(即工具与附接电池组的重量)，电池组的循环寿命、工具构成部件的成本、工具(与电池组组合后)可以存储和/或操作的温度，都可以在选择工具的适合构成元件来最大化和/或获得期望工具性能中体现相关的考虑。至少某些这些考虑应彼此权衡从而尽力实现能够提供提高的无绳电动工具系统性能的人体工程设计。
建立人体工程方面高效的无绳电动工具的一个考虑在于总系统重量，或工具与电池组的累积重量，为简便和/或清楚的目的，有时在此称作“无绳工具系统”或“系统”。系统的累积重量可以包括系统中的四个构成重量组成：(1)电源(电池组)，(2)传动(和齿轮)，(3)机壳和支持基础结构，以及(4)电机。
图5为根据本发明示例性实施例的图2无绳、主要为单手用无绳电动工具的分解透视图。图5示出了在确定无绳电动工具的总重量中应评估的四个主要(4)重量贡献元件或组成从而实现期望的功率重量比。该四个重量贡献组成可以包括：(1)电源260(即，电池组26)；(2)传动和齿轮210；(3)机壳220和其它基础结构；以及(4)电机组件230。本领域技术人员显见，如图3所示的主要为双手无绳电动工具的实施例和如图4所示的主要为支持用无绳电动工具也可以分为上述四个(4)重量贡献组成，因此图3和4的分解透视图在此为简便起见而略去。
电源260代表了主要是单手用工具中的最重单个元件。例如，NiCd电池组可以构成18V电动工具系统工具总重量三分之一以上。与诸如近6磅重的示例性18V电钻的单手无绳工具系统的总重量相结合，传统的18VNiCd电池组重近似2.4磅。
传动和齿轮210(包括传动16和卡盘机构18及其构成元件)通常会是无绳电动工具重量的第二大贡献者。在诸如图2所示的电钻的传统18VNiCd无绳电动工具系统中，传动元件和齿轮/离合元件合计重约2磅，其约为工具总重量的1/3。
第三个主要重量组成为支持电机组件组230、电池组(如图5中组260所示)和传动/齿轮组210的机壳和基础结构(包括机壳12和卡盘22)。机壳220可以包括一对配对把手套34，其配合限定出把手部分36和驱动系或主体部分38。主体部分38可以包括电机腔40和传动腔42。在此示例中，机壳220可以合计重量在约0.6至1.0磅之间。
电机组件230和相关的部件可以构成第四主要重量组成。在此示例中，电机组件230装载在电机腔40内并包括具有延伸到传动腔42中的可旋转输出轴44的电机14。具有多个齿轮齿48的电机小齿轮46与输出轴44旋转连接。扳机组件24和电池组36按照通常为本领域所熟知的方式配合选择性地向电机组件230提供电能，从而允许电动工具10的用户控制输出轴44旋转的速度和方向。
用于无绳电动工具的永磁体(“PM”)电机为本领域一般技术人员所熟知。与使用通用电机的电源系统相比，PM电机相对明显更重，因为功率是用永磁体产生磁场转化成电动力。因此，电机组件组230的近似总重可以是约1磅。
图6A至6C示出了对于传统18V NiCd电池组的电池组和根据本发明示例性实施例的两个示例Li离子电池组的尺寸。设计人体工程学方面高效的工具要考虑的一个方面是尺寸。图6A示出了传统18V NiCd电池组的尺寸。可以体现为电池组26、26’、和/或26”中任意一个的高功率Li离子电池组可以遵从用于替换的传统电池组的要求，尽管机壳的尺寸甚至可以比用于至少传统18V和/或24V NiCd或NiMH电池组的机壳更小。
对应地，图6B示出了与图6A的传统18V NiCd电池尺寸一致的示例性36V Li离子电池的尺寸。图6C示出了与图6A的传统18V NiCd电池尺寸一致的示例性25.5V Li离子电池的尺寸。尽管图6B和6C的电池组是对于近似36V和25.2V电池组示出，例如，构造和尺寸也可应用于不同定额的Li离子电池组。图6B和6C中所示Li离子电池组的电池电压至少约18V。
图7A和7B示出了对于根据本发明示例性实施例的36V Li离子电池组的示例电池构造。图7A和7B示出了用于图6B所示36V电池组的可选电池构造。
参照图7A，图6B电池组内电池的排列可以是沿所示电池取向的多个26650Li离子电池(每个电池26mm直径，65mm长)。图7A示出了具有约3.6V/电池的标称电池电压的十个(10)26650电池。或者，图6B电池组内电池的排列可以包括沿图7B所示电池取向的二十个(20)18650Li离子电池(每个电池18mm直径，65mm长)。图7B示出了并联组合的三串电池，标称电池电压约3.6V/电池，从而实现36V的电池组电压。由于每个电池的电压因锂离子基电池组具体化学物而变化，因此电池组电压近似36V。例如，锂金属磷酸化物基电池化学物的电池标称约3.3V/电池，而锂金属氧化物基电池化学物的电池标称约3.6V/电池。
图8A和8B示出了对于根据本发明示例性实施例的25.2V Li离子电池组的示例电池构造。具体地，图8A和8B示出了用于图6C所示25.2V电池组的可选电池构造。参照图8A，图6C电池组内电池的排列可以是沿所示电池取向的七个26650Li离子电池。或者，图6C电池组内电池的排列可以包括沿所示电池取向的十四个(14)18650Li离子电池。如上所述，由于每个电池的电压因锂离子基电池组具体化学物而变化，因此电池组电压近似25V。
对于图7A至8B所示取向的每个电池的电压和电池的数量可以调整到高功率Li离子电池组所需的期望总功率，并且可以在范围约3.3至4.6V/电池的标称电压范围，其可以体现基于工业电化学电位指南的可接受范围。当然，这些值可以根据电池的充电状态(电池是否充满电)和电池的特定化学物而变化。
具有图7A和/或7B所示电池取向的6B所示36V Li离子电池组的总电池重量可以在约2.4至2.9磅的范围内。在另一示例中，重量范围可以是约2.36至2.91磅之间，电池组重量根据电池和/或电池组的特定制造商而变化。具有图8A和/或8B所示电池取向的6C所示25.2Li离子电池组的总电池重量可以在约2.0至2.4磅的范围内。在另一示例中，重量范围可以是约1.88至2.17磅之间，根据电池和/或电池组的特定制造商而变化。25.2V和36V电池组的重量范围可以基于几个因素变化，包括电池外壳是否由钢或铝制成，构成电池组外壳的厚度和/或材料，电池组中相关电极和/或散热器的重量等。
图9为对于具有传统电池组的单手无绳电动工具、单手一有绳电动工具、以及根据本发明示例性实施例的具有Li离子电池组的单手无绳电动工具的最大功率输出对工具重量的曲线图。参照图9，y轴表示工具的最大瓦特输出(MWO)，x轴表示工具(有绳式)或工具与电池组(无绳系统)的重量(磅)。
对于传统无绳电动工具，传统的12伏NiCd电池组重量近似1.5磅。相比，14.4伏NiCd电池组重量近似2.0磅，18伏NiCd电池组重量近似2.4磅，24伏NiCi电池组重量近似3.3磅。随着功率增加，电池组内所需的NiCd电池芯的数量也会明显增加，使得工具对于18伏以上电压在人体工程方面更加低效，主要是因为增加的重量。
如以下图9至11所示，本发明示例性实施例教导了一种无绳电动工具系统，其构造为输出至少约475瓦特的最大功率输出(MWO)，且该无绳电动工具系统具有至少约70瓦/磅(W/lb)的最大功率输出对重量比。无绳电动工具系统可以按图2至4中所示示例性实施例、以及等效的单、双手和支持用工具的任意一种或多种方式实施。该系统的无绳电动工具可以至少包括工具机壳、电机组件、某种类型的传动/齿轮组件、以及诸如电池组的电源，其可以体现对工具总重量的主要贡献者。
在示例中，组合在一起的系统重量(无绳电动工具加电池)可以至少约4磅，并且对于某些支持用无绳电动工具可以超过10磅。单手无绳电动工具系统并且通过25至36V之间电池组供电的示例性工具系统重量可以在5.5至7.5lbs之间。对于双手工具系统，重量范围可以是约6.5至10磅之间。这些重量范围例证了就各种单双手工具系统对于有绳和无绳电动工具用户而言(从重量角度看)在人体工程方面明显是可以接受的。支持用无绳电动工具系统重量可以至少约8磅，某些工具系统可以超过10磅(例如，圆锯、竖锯)，因为在本工具系统中工具重量的一部分是支持的。在另一示例中，由下面介绍的表2至4支持，无绳电动工具与诸如Li离子的高功率电池组组合在一起的系统重量，根据示例性实施例，例如，可以在约5.5至约10.4磅之间。
为说明在无绳电动工具中采用诸如Li离子的高功率电池组的优点，在具有传统NiCd电池组的单手用电动、有绳单手用工具、以及根据本发明示例性实施例构造的具有高功率Li离子电池组的单手用电动工具之间进行对比。表2示出了评估从而产生图9曲线的数据。对于有绳和传统无绳工具的数据是从DEWALT无绳和AC有绳电钻的现有型号获得。为比较目的，对选定的型号示出了仅有工具和仅有电池的重量。
下表2指示出这些选定的单手用电钻的无绳和有绳工具的标称额定电压、型号，总工具系统重量(工具加电池的重量)、MWO和功率重量比。对于示例性无绳电动工具系统实施利的25.2V Li离子电池，工具单独重3.54磅，其与DEWALT型号DC987 18V无绳钻相同。示例性36V无绳钻以两种不同的36V Li离子电池组来分析。钻的工具重量为空载4.53磅，36V Li离子电池组“A”重2.4磅，36V Li离子电池组“B”重2.91磅。电池组A与电池组B之间的重量差由电池组内Li离子电池芯的电池构造产生。
表2中对于25.2V和36V Li离子电源的MWO，无绳电动工具实施例(608W和775W)都是基于对电池组设置的最大电流限制。用于确定的电流限制设置在30A。
通常，无绳电动工具产品一般在电池组中不具有电流限制设置来保护工具的内部部件。工具电机、机壳、齿轮等中的部件通常构造为承受电池组标定的最大电流。然而，若在电池组中设置电流限制，如同在示例性实施例中的情况，这会允许使用更轻的材料和次系统部件，例如，电机、机壳、齿轮等，从而在无绳电动工具系统中实现人体工程方面的益处。
示例中电池组输出30A的电流限制，这是与维持电机和齿轮元件足够小且重量足够轻相一致的电流值，至少在重量上与传统无绳型号的对比部件相等。也可以作为功率限制，即电压和电流的函数，的此示例性电流限制可以作为避免工具电机和相关齿轮由于从示例Li离子电池组中产生过大电流而受损的限制。30A电流限制仅是举例，电流限制可以变化，并且可以基于特定的工具系统承受更高功率水平的能力(例如，工具系统的机械部件处理由更高电流产生的机械和热应力的能力)来调整。
表2无绳单手操作工具的功率、重量数据
电池电压 型号   电池净重(lb)   工具净重(lb)   系统重量(lb)   MWO(瓦)   MWO处W/lb
  12V NiCd   DC727   1.54   2.36   3.90   225   58
  12V NiCd   DW927   1.54   2.36   3.90   225   58
  12V NiCd   DC980   1.54   2.36   4.90   225   46
  14.4V NiCd   DW928   1.92   2.28   4.20   288   69
  14.4V NiCd   DC728   1.92   2.78   4.70   288   61
  14.4V NiCd   DC983   1.92   3.28   5.20   288   55
  18V NiCd   DC759   2.36   2.84   5.20   385   74
  18V NiCd   DC959   2.36   2.84   5.20   385   74
  18V NiCd   DC987   2.36   3.54   5.90   385   65
  AC有绳   D21002   N/A   3.65   3.65   480   132
  AC有绳   DW223   N/A   3.60   3.60   560   156
  AC有绳   DW600   N/A   4.40   4.40   600   136
  25.2V Li   N/A   2.00   3.54   5.54   608   110
  36V Li   N/A   2.40   4.53   6.93   775   112
  36V Li   N/A   2.91   4.53   7.44   775   104
参照图9，传统的有绳单手AC工具可以在约3.6至约4.4磅之间的总重量下产生约480瓦至600瓦之间的功率。此结果对应的功率重量比为约132瓦/磅至156瓦/磅。这些比例作为基准用来比较传统无绳电动工具系统与此处介绍的示例性无绳电动工具系统。
与传统NiCd电池组相比相对降低的Li离子电池组重量，加上更大的功率输出，可以实现远超过传统无绳电动工具的功率重量比。
参照图2和图9，传统无绳电动工具可以实现约46W/lb(225MWO对应4.9lb的组合工具系统重量(工具加12V NiCd电池组))至约74W/lb(385MWO对应5.2lb的组合工具系统重量(工具加18V NiCd电池组))的功率重量比。
再参照图9，粗线表示对于根据示例性实施例的单手用无绳电动工具期望MWO和W/lb的分界线。示例性实施例的无绳电动工具系统在该线以上。参照图9，以示例性Li离子电池组供电并具有约至少5.5磅系统重量的无绳单手工具具有至少475的最小MWO和MWO处至少70W/lb的功率重量比。表2的上述25.2V和36V Li离子供电单手用无绳电动工具系统实施例也在图9中示出。
作为从总工具系统重要角度考虑的最接近对比物的例子，并参照表2，适用于传统18V NiCd电池组的单手无绳电动工具(诸如表2中型号为DC987的钻)的单独重量为3.54磅。18V NiCd电池组重量为2.36磅，总工具系统重量5.9磅。在此示例中，根据示例性实施例的25.2V Li离子电池组重2.0磅。18V钻的“净工具”重对于型号为DC987和25.2V Li离子电池组工具而言同样都是3.54磅。对于示例性单手无绳工具系统，25.2V Li离子电池组重量比传统无绳18V NiCd有绳对比物少0.36磅，同时提供实际上更高的功率输出。
因此，带有25.2V电池组的无绳电动工具系统实现了算得的608W的MWO，对应于带有18V NiCd电池组的单手用无绳电动工具系统的385W的MWO。参照图9，功率重量比的改善显而易见：在MWO下110W/lb对65W/lb，给定固定的净工具重量，对于18V NiCd和25.2V Li离子电池组两者。对于基本相同的总系统重量，这表示通过高功率低重量Li离子电池组供电的单手用工具系统得到了几乎70％的功率重量比提高。
再参照图2，并且作为从电池组标称额定电压角度出发最相近的对比例，18V NiCd(型号DC759或DC959)供电的单手电动工具可以在385的MWO下实现74W/lb的功率重量比。由25.2V Li离子电池组供电的单手电动工具(其中总系统重量比型号DC759或DC959大0.34磅)可以在MWO608瓦下实现110W/lb的功率重量比。
图10为对于具有传统电池组的双手无绳电动工具、双手有绳电动工具、以及根据本发明示例性实施例的具有Li离子电池组的双手无绳电动工具的最大功率输出对工具重量的曲线图。图10中的轴与图9中所示的相同。
在另一对比示例中，对具有传统NiCd电池组的双手用电动工具、双手用有绳电动工具、以及利用根据本发明示例性实施例的高功率Li离子电池组构造的双手用电动工具进行评价。表3示出了评价得到用来产生图10的曲线的数据。与表2类似，对于有绳和传统无绳工具的数据是从DEWALT无绳和AC有绳往复锯的现有型号中采得，为对比目的，对选定的型号示出了工具净重和电池净重。
对于示例性无绳电动工具系统实施例的25.5V Li离子电池组，往复锯的工具重量为4.74磅(与型号为DC385往复锯相同)，电池组重量2.00磅。构造用于36V Li离子电池组的示例性无绳往复锯以两种不同的36V Li离子电池组进行分析。往复锯的净工具重量为5.78磅，36V电池组“A”重2.4磅，36V电池组“B”重2.91磅。如对图9所述的，Li离子电池组A与B之间的重量差是由于电池组内电池芯的构造而产生。
另外，以Li离子电池组供电的示例性工具系统的MWO服从于30安培的电流限制。如上所述，30安培限制作为避免工具电机和相关齿轮由于示例性Li离子电池组产生过大电流而受损的系统限制。
表3无绳双手操作工具的功率和重量数据
电池电压 型号   电池净重(lb)   工具净重(lb)   系统重量(lb)   MWO(瓦)   MWO处W/lb
  14.4V NiCd   DW937   1.92   4.08   6.00   288   48
  18V NiCd   DC385   2.36   4.74   7.10   385   54
  24V NiCd   DW006   3.30   5.40   8.70   570   66
  AC有绳   DW309   N/A   8.4   8.40   940   112
  AC有绳   DW304   N/A   7.0   7.00   820   117
  25.2V Li   N/A   2.00   4.74   6.74   608   90
  36V Li A   N/A   2.40   5.78   8.18   825   101
  36V Li B   N/A   2.91   5.78   8.69   825   95
现参照图10，传统的有绳双手AC电动工具可以在约7.0至8.4磅之间的系统重量下产生约820瓦至940瓦之间的MWO，由此实现约112至117MWO/lb之间的功率重量比。传统的双手无绳电动工具重在约6至8.7磅之间，并可产生约288至570的MWO。如表3和图10所示，传统双手无绳电动工具可以实现约48至66MWO/lb之间的功率重量比。
参照图10，装备了根据示例性实施例的Li离子电池组的双手无绳电动工具的功率重量比会是在至少575MWO的功率输出下至少约70W/lb。图10还示出了对于构造以示例性的25.2V和36V Li离子电池组的工具的功率重量比。如表3和图10所示，在至少600MWO以上，约6.7至8.7磅之间的双手工具系统重量可以实现至少90W/lb的功率重量比。在另一示例中，以示例性的Li离子电池组供电的双手无绳电动工具的功率重量比可以在约90至101W/lb之间的范围内。
在比较具有基本相等的总系统重量的工具系统的对比示例中，具有示例性25.2V Li离子电池组的双手无绳电动工具系统实现了90W/lb的功率重量比，对比具有18V NiCd电池组的传统双手无绳电动工具系统的54W/lb。在比较相对相等的电池组标称额定电压的工具系统的对比示例中，以传统24V NiCd电池组供电的双手电动工具可以在MWO处实现66W/lb的功率重量比。以25.5V Li离子电池组供电的双手电动工具(其中总系统重量比具有24V NiCd电池组的双手工具小1.66lb)可以在MWO处实现90W/lb的功率重量比，作为与具有传统NiCd电池组的工具的66W/lb相比。
图11为对于具有传统电池组的支持用无绳电动工具、支持用有绳电动工具、以及根据本发明示例性实施例的具有Li离子电池组的支持用无绳电动工具的最大功率输出对工具重量的曲线图。图11中的轴与图9和10中所示的相同。
与表2和3类似，对于电源和传统无绳电动工具的数据是从DEWALT无绳和AC有绳圆锯的现有型号中采得，为对比目的，对选定的型号示出了工具净重和电池净重。另外，以Li离子电池组供电的示例性工具系统的MWO是基于30安培的电流限制。对于AC有绳工具，MWO值是按照15安培×120VAC×0.6工具电机效率计算的。这是基于示例性120VAC电源线电流限制的实际额定。无限制电流源的实际MWO将为2200W。
在另一对比示例中，对具有传统NiCd电池组的支持用无绳电动工具、支持用有绳电动工具、以及具有根据本发明示例性实施例的高功率Li离子电池组的支持用无绳电动工具进行评价。对于25.5V Li离子电池组，圆锯的工具重量为6.04磅，电池组重量2.00磅。示例性36V无绳圆锯以两种不同的36V Li离子电池组A和B进行分析。36V圆锯的净工具重量为7.50磅，36V电池组“A”重2.4磅，36V电池组“B”重2.91磅。如对图9所述的，Li离子电池组A与B之间的重量差是由于电池组内电池芯的构造而产生。
表4示出了为了产生图11的曲线的评价数据。
表4无绳支持用电动工具的功率和重量数据
电池电压 型号   电池净重(lb)   工具净重(lb)   系统重量(lb)   MWO(瓦)   MWO处W/lb
  14.4V NiCd   DW935   1.92   4.88   6.80   288   42
  18V NiCd   DC390   2.36   6.34   8.70   385   44
  18V NiCd   DW936   2.36   5.24   7.60   385   51
  24V NiCd   DW007   3.27   6.53   9.80   570   58
  AC有绳   DW364   N/A   12.30   12.30   1080   88
  AC有绳   DW368   N/A   9.50   9.50   1080   114
  AC有绳   DW369   N/A   9.80   9.80   1080   110
  25.2V Li   N/A   2.00   6.04   8.04   608   76
  36V Li A   N/A   2.40   7.50   9.90   880   89
  36V Li B   N/A   2.91   7.50   10.41   880   85
现参照表4和图11，传统的有绳支持用工具重在约9.5至12.3磅之间并产生约1080W的最大功率，其可以在MWO处实现约88至114MWO/lb之间的功率重量比。传统的支持用无绳电动工具重在约6.8至9.8磅之间，其可产生约288至570的MWO，在MWO处实现约42至58M/lb之间的功率重量比。图11中还示出了25.2V和36V单手用实施例。表4和图11还示出了构造有示例性25.2V和36V Li离子电池组的诸如圆锯的支持用工具的功率重量比。
如图11所示，具有根据示例性实施例的Li离子电池组的支持用无绳电动工具的功率重量比可以为在至少600MWO的最大功率输出下至少约70W/lb。在一示例中，系统重量至少约8.0lb的具有Li离子电池组的支持用无绳电动工具在MWO处具有至少70W/lb的最小功率重量比。对于支持工具在约8.0至10.4磅的重量范围，功率重量比在MWO处为约70至90W/lb的范围。
具有Li离子电池组的支持用工具与传统NiCd电池组供电的支持用工具之间的差异甚至更加明显。参照表4，对于相对相等总系统重量的最接近比较(具有36V Li离子电池的圆锯9.9和10.4磅，具有18V NiCd电池的型号DC390的圆锯8.7磅)，MWO处的W/lb大致呈双倍(89W/lb对44W/lb)。对于大致相等的标称额定电压，以25.2V Li离子电池组供电的支持用无绳圆锯(总系统重量比具有24V NiCd电池组的传统支持用工具，诸如型号DW007圆锯小1.76磅)可以在MWO下实现76W/lb，作为与24V型号DW007圆锯的58W/lb相比。
图9至11示出，与采用传统NiCd(或NiMH)电池组的无绳电动工具相比，使用此处介绍的示例性Li离子电池组的无绳电动工具可以在明显更高的功率下，在相对降低的重量下工作。因此，高功率工作可以使用Li离子电池组在人体工程方面更加高效的方式下实现，由于增加密度比Li离子电池芯高很多的电池芯增加了重量，因而具有NiCd(和/或NiMH)电池化学物的电池将在24V或以上将在人体工程学方面十分不理想。
在无绳电动工具中采用诸如36V电池组的高功率电池组的另一个潜在优势在于，用户可以在给定的安培数下得到更大的功率输出，因为具有较高额定功率电池组的工具固有的降低了I2R热损耗(热损耗可以表示为电流的平方乘以电阻)。因此，随着工作时间的增加，这会产生更加有效的无绳电动工具。
图12为对于18V和36V电池组的电流输出对功率输出的曲线图；以及图13为示出对于由36V电池组供电的工具与由18V电池供电的工具相比运行时间改善的曲线图。
电池组的化学物不在此分析的考虑内，因为该分析是提供用来展示两种电池组(化学物无关)在18V和36V的工作时间特征。为此比较，使用相同阻抗和电池容量：电池阻抗0.15欧姆，电机阻抗(工具中)0.06欧姆，电池容量2.4安时，对18V和36V电池组就电流对输出功率和工作时间方面进行分析。
该分析设计为说明在无绳工具中使用较高电压电池组的一处。参照图12和13，具有36V电池组的工具对相同的功率输出引起小得多的电流。由此，具有36V电源电池组的工具的I2R热损耗比具有18V电池组的工具小很多。
例如，在300W的功率输出下，电流对于18V电池组的工具为约22.6安培，对于36V的工具为约8.8安培。因此，对于300W的输出，与18V电池组工具相比，36V电池组的无绳电动工具可以实现2.5倍以上运行时间的提高。
下表5示出了在此分析中产生的数据，并且对18V和36V电池组在不同的功率水平下示出了电流(安培)和运行时间(小时)。另外，最右列表示36V电池组与18V电池组相比运行时间增加的百分比。
表5 18V对36V电源比较
  功率(瓦)   电流18V电池组(安培)   电流36V电池组(安培)   运行时间18V电池组(小时)   运行时间18V电池组(小时)   36V vs.18V运行时间增加百分比
  10   0.559204   0.278229   257.5089676   517.5586345   201％
  20   1.1259   0.557368   127.8976386   258.35726   202％
  30   1.700399   0.837424   84.68599764   171.9558765   203％
  40   2.283032   1.118408   63.0740281   128.7544838   204％
  50   2.874153   1.400328   50.1071721   102.8330819   205％
  60   3.474146   1.683193   41.4490302   85.55167057   206％
  70   4.083423   1.967014   35.26453274   73.20739261   208％
  80   4.702427   2.251801   30.62248245   63.94881931   209％
  90   5.331641   2.537562   27.00856852   56.74737913   210％
  100   5.971587   2.824309   24.11419204   50.98592907   211％
  110   6.622834   3.112051   21.74295921   46.27174174   213％
  120   7.286001   3.400798   19.76392771   42.34299882   214％
  130   7.96177   3.690563   18.08643144   39.01844144   216％
  140   8.650886   3.981354   16.6456944   36.16859894   217％
  150   9.354173   40273184   15.39419869   33.69852612   219％
  160   10.07254   4.566063   14.29628921   31.53701405   221％
  170   10.80701   4.860003   13.32468209   29.6296088   222％
  180   11.55871   5.155016   12.45813655   27.93395729   224％
  190   12.32891   5.451113   11.67986135   26.41662283   226％
  200   13.11906   5.748307   10.97639856   25.05085605   228％
  210   13.93078   6.046609   10.33682538   23.81500265   230％
  220   14.76594   6.346032   9.752172533   22.69134545   233％
  230   15.62671   6.646589   9.214992865   21.66524849   235％
  240   16.51559   6.948293   8.719036005   20.7245151   238％
  250   17.43553   7.251157   8.258998537   19.85890006   240％
  260   18.39003   7.555195   7.830328448   19.0597343   243％
  270   19.38332   7.860419   7.429068276   18.31963302   247％
  280   20.42054   8.166846   7.051725049   17.63226637   250％
  290   21.50808   8.474488   6.695157031   16.99217756   254％
  300   22.65409   8.78336   6.35646753   16.39463732   258％
  310   23.86914   9.093477   6.032894125   15.83552661   262％
  320   25.16745   9.404855   5.721675806   15.31124122   268％
  330   26.56892   9.717508   5.419866011   14.8186138   273％
  340   28.10292   10.03145   5.124022593   14.35484959   280％
  350   29.81613   10.34671   4.82960069   13.91747319   288％
  360   31.79148   10.66328   4.529516003   13.50428426   298％
  370   34.20671   10.9812   4.209699975   13.11332026   312％
  380   37.64074   11.30048   3.825642359   12.74282522   333％
  381   38.11911   11.33248   3.777633047   12.7068394   336％
  382   38.65154   11.3645   3.725595174   12.67104091   340％
  383   39.26198   11.39653   3.667670015   12.63542826   345％
  384   40   11.42857   3.6   12.6   350％
  385   41.01287   11.46063   3.511093403   12.5647547   358％
  386   -   11.4927   -   12.52969094   -
  387   -   11.52479   -   12.4948073   -
  388   -   11.55689   -   12.46010239   -
  389   -   11.589   -   12.42557483   -
  390   -   11.62113   -   12.39122325   -
  391   -   11.65327   -   12.35704631   -
  392   -   11.68543   -   12.32304267   -
  393   -   11.7176   -   12.28921099   -
  394   -   11.74978   -   12.25554998   -
  395   -   11.78198   -   12.22205833   -
  396   -   11.81419   -   12.18873476   -
  397   -   11.84641   -   12.15557799   -
  398   -   11.87865   -   12.12258678   -
  399   -   11.91091   -   12.08975986   -
  400   -   11.94317   -   12.05709602   -
  401   -   11.97546   -   12.02459402   -
  402   -   12.00775   -   11.99225266   -
  403   -   12.04006   -   11.96007074   -
  404   -   12.07239   -   11.92804707   -
表5中，由理论值18V电池组(与化学物无关)供电的工具无法提供超过约385W，因为将超过40安培电流。此电流处或其上的热损耗在电池组和/或工具电机中产生损害，其超出了转动电机所需的能量。因此，对于300W的输出，与18V电池组工具相比，具有理论值36V电池组的无绳电动工具在运行时间方面能够实现几乎260％的提高。另外，与较高电压相伴的36V电池组低得多的电流使得电池组产生比18V电池组高得多的功率。如下所示，利用以此处介绍的示例性Li离子电池组供电的无绳电动工具可以实现运转时间上比以具有NiCd化学物的传统18V电池组相比两倍或更大的提高。
对比运行时间分析：双手使用无绳电动工具
在表4中以36V Li离子电池组A供电的无绳锤钻与以18V NiCd电池组供电的DEWALT型号DC988无绳锤钻之间进行主要为双手使用无绳电动工具的对比分析。配合不同工具用于所有对比分析的18V NiCd电池组，将在下面介绍，为DEWALT 18V XRPTM电池组，型号为DC9096。每个电池组在测试前充满电。测试包括沿着2英寸乘以10英寸(2×10)黄松板的长度钻1”深的螺旋钻孔，来确定电池组失去能量需要充电前可以钻取多少个孔。具有36V Li离子电池组A的锤钻钻了183个孔，相比，18V型号DC988无绳锤钻钻了77个孔。这表示，36V锤钻实现了相对于以传统18V NiCd电池组供电的锤钻所实现的近似238％的运行时间的提高。
在表4中以36V Li离子电池组A供电的无绳往复锯与以18V NiCd电池组(DEWALT型号9096)供电的DEWALT型号DC385无绳往复锯之间进行双手使用无绳电动工具的另一组对比分析。每个电池组在测试前充满电。测试包括在2英寸乘以4英寸(2×10)黄松板内横向切开，来确定电池组失去能量需要充电前可以进行多少切割。具有36V Li离子电池组A的往复锯进行了183次切割，相比，18V型号DC988往复锯进行了74次切割。这表示，36V往复锯实现了相对于以传统18V NiCd电池组供电的往复锯所实现的近似247％的运行时间的提高。
对比运行时间分析：支持使用无绳电动工具
在表4中以36V Li离子电池组A供电的无绳圆锯与以18V NiCd电池组(DEWALT型号9096)供电的DEWALT型号DC390无绳圆锯之间进行支持使用无绳电动工具的对比分析。每个电池组在测试前充满电。测试包括跨过2×10黄松板进行切割，来确定电池组失去能量需要充电前可以进行多少切割。具有36V Li离子电池组A的圆锯进行了92次切割，相比，18V型号DC988无绳圆锯进行了38次切割。这表示，36V圆锯实现了相对于以传统18V NiCd电池组供电的圆锯所实现运行时间的近似242％的运行时间的提高。
在表4中以36V Li离子电池组A供电的无绳竖锯与以18V NiCd电池组(DEWALT型号9096)供电的DEWALT型号DC330无绳竖锯之间进行支持使用无绳电动工具的另一组对比分析。每个电池组在测试前充满电。测试包括横向切开3米长的层压板，来确定电池组失去能量需要充电前可以通过3米层压板形成多少个3米长的竖锯切口(穿过)。具有36V Li离子电池组A的竖锯进行了43.5次通过3米层压板长度的切割，相比，18V型号DC330无绳竖锯进行了16.5次。这表示，36V竖锯实现了相对于以传统18V NiCd电池组供电的竖锯所实现运行时间的近似264％的运行时间的提高。
因此，如上所示，与利用具有NiCd和/或NiMH电池化学物的传统电池组供电的无绳电动工具相比，采用基于Li离子电池化学物的高功率电池组的无绳电动工具可以产生对该些工具的效率和运行时间的很大改善。另外，从总工具系统重量来看，与传统电池组相比，重量轻、功率高的Li离子电池组可以提供很大的人体工程学方面的改善，同时实现很大的功率重量比的提高。
在无绳电动工具系统中使用重量轻、功率高的Li离子电池组可以带来工具系统其它部分重量的改善。例如，较轻的Li离子电池组会使工具的重心偏移，这可以通过减小工具电机中电机磁体的厚度(并由此减小重量)，和/或减小工具中传动/齿轮部件的累积或分布重量来补偿，从而实现期望的工具系统的总体平衡。
如表5所例证，基于相同的阻抗和电池组容量特征，由于Li离子电池组更高的电压，与传统的NiCd或NiMH电池组相比，Li离子电池组需要更小的电流来实现给定的功率。结果，较低的电流有利于缩小承载电流的部件(即，整个工具系统中更小的引线直径，更小的散热部件，诸如散热器，更小的电机磁体，因为低电流下降低了消磁的问题等等)。
如此对本发明的示例性实施例进行了介绍，显见，其可以按多种方式进行变化。该些变化不应视为在本发明示例性实施例的实质和范围之外，且所有该些调整对本领域技术人员应属显而易见，并应包括在所附权利要求的范围内。

Claims (27)

1.一种无绳电动工具系统，构造为输出至少475瓦，该工具系统具有至少70瓦每磅(W/lb)的最大功率输出重量比，该系统还包括多个无绳电动工具，每个无绳电动工具包括：
工具机壳；
电机组件；
传动/齿轮组件；以及
连接于工具机壳的可拆卸电源，
其中机壳、电机组件、传动/齿轮组件和电源组合在一起的重量之少4磅。
2.如权利要求1的系统，其中机壳、电机组件、传动/齿轮组件和电源组合在一起的重量在5.5至10.4磅之间。
3.如权利要求1的系统，其中该系统的无绳电动工具包括主要单手操作电动工具、主要双手操作电动工具、以及主要需要支持结构来使用的支持用电动工具中的一个或多个。
4.如权利要求3的系统，其中单手操作电动工具具有可拆卸的电源，该电源具有至少75W/lb的最大输出功率重量比，重至少5.5磅。
5.如权利要求3的系统，其中具有可拆卸电源的单手操作电动工具的总系统重量范围在5.5至7.5磅之间，并具有至少600W的最大功率输出。
6.如权利要求3的系统，其中具有可拆卸电源的双手操作电动工具的总重量范围在6.7至8.7磅之间，并具有至少575W的最大功率输出。
7.如权利要求3的系统，其中具有可拆卸电源的支持用电动工具的总系统重量范围在8.0至10.4磅之间，并具有至少600W的最大功率输出。
8.如权利要求3的系统，其中
电源为提供36V标称输出电压的包括多个锂离子(Li离子)电池芯的电池组。
9.如权利要求1的系统，其中电源为提供18V标称输出电压的包括多个锂离子(Li离子)电池芯的电池组。
10.如权利要求9的系统，其中Li离子电池组的电池组电压近似25V并且总电池组重量在2.0至2.4磅的范围内。
11.如权利要求9的系统，其中Li离子电池组的电池组电压近似36V并且总电池组重量在2.4至2.9磅的范围内。
12.如权利要求9的系统，其中电池组具有设置于其中的电流限制。
13.一种无绳电动工具系统，包括：
多个无绳电动工具，每个工具有工具机壳、电机组件、传动/齿轮组件、以及可拆卸电池组，该电池组包括多个构造用来向电机组件的DC电机提供至少18V输出电压的锂离子电池芯。
14.如权利要求13的系统，其中所述多个无绳电动工具的总系统重量在5.5至14.5磅之间。
15.如权利要求13的系统，其中电池组内设置有电流限制。
16.如权利要求13的系统，其中
无绳电动工具包括主要单手操作电动工具、主要双手操作电动工具、以及主要需要支持结构来使用的支持用电动工具中的一个或多个，
电池组的电池电压为36V。
17.如权利要求13的系统，其中电池组的电池组电压近似25V并且总电池组重量在2.0至2.4磅的范围内。
18.如权利要求13的系统，其中电池组的电池组电压近似36V并且总电池组重量在2.4至2.9磅的范围内。
19.一种无绳电动工具，具有单个把持表面，并且设计用于单手操作，包括：
工具机壳；
电机组件；
传动/齿轮组件；以及
可拆卸电池组。
20.如权利要求19的系统，其中总工具重量在5.5至14.5磅之间，且该工具具有至少600瓦的最大功率输出。
21.如权利要求19的系统，其中电池组内设置有电流限制。
22.如权利要求19的系统，其中该电池组包括多个构造用来向电机组件的DC电机提供至少18V输出电压的锂离子电池芯。
23.一种无绳电动工具，具有两个把持表面，并且设计用于双手操作，包括：
工具机壳；
电机组件；
传动/齿轮组件；以及
可拆卸电池组。
24.如权利要求23的系统，其中总工具重量在6.7至8.7磅之间，且该工具具有至少575瓦的最大功率输出。
25.如权利要求23的系统，其中总工具重量在8.0至10.4磅之间，且该工具具有至少600瓦的最大功率输出。
26.如权利要求23的系统，其中电池组内设置有电流限制。
27.如权利要求23的系统，其中
电池组包括多个提供近似36V的标称输出电压的锂离子(Li离子)电池芯。
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