CN111279040B - 利用磁场力的电动机械锁 - Google Patents

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Abstract

利用磁场力的电动机械锁。通过电力将致动器从锁定位置(260)移动(1202)到打开位置(400)。在锁定位置(260)中，永磁体布置引导(1204)近磁场，以阻止门禁控制机构旋转，并且同时，永磁体布置使近磁场朝向源于电动机械锁外部的远磁侵入场衰减(1206)。在打开位置(400)中，永磁体布置引导(1208)反向近磁场，以释放门禁控制机构来旋转，并且同时，永磁体布置使反向近磁场朝向远磁侵入场衰减(1210)。

Description

利用磁场力的电动机械锁
技术领域
本发明涉及一种电动机械锁以及电动机械锁中的一种方法。
背景技术
电动机械锁正在取代传统锁。为了使电动机械锁消耗尽可能少的电能，和/或提高电动机械锁的侵入安全性，和/或简化电动机械锁的机械结构，需要进一步改进。
EP 3118977描述了一种利用磁场力的电动机械锁。
EP 2302149公开了一种锁芯，该锁芯利用第一驱动磁体和第二补偿磁体对抗外部磁场。
DE 102008018297公开了一种锁芯，该锁芯利用致动器磁体和两个固定永磁体的相对磁极。
EP 1443162公开了一种锁芯，该锁芯通过轴向运动利用两个永磁体。
EP 2248971和FR 2945065公开了一种锁，所述锁利用电磁体以移动手臂，在手臂的每个端部处具有一个永磁体。
发明内容
本发明旨在提供一种改进的电动机械锁，以及一种电动机械锁的改进方法。
根据本发明的一个方面，提供一种如权利要求1所述的电动机械锁。
根据本发明的另一个方面，提供一种如权利要求11所述的电动机械锁的方法。
附图说明
下面参考附图仅以示例的方式描述本发明的示例实施例，其中：
图1和图7示出了电动机械锁的示例实施例；
图2A、图2B、图3A、图3B、图4A、图4B、图5A、图5B、图5C、图6A和图6B示出了打开顺序的示例实施例；
图8、图9、图10和图11示出了磁场的示例实施例；以及
图12是示出了方法的示例实施例的流程图。
具体实施方式
以下实施例仅是示例。尽管说明书可能在多个地方引用“一个”实施例，但这并不一定意味着每个这样的引用都是针对同一实施例，或者该特征仅适用于单个实施例。不同实施例的单个特征也可以组合，以提供其他实施例。此外，词语“包含”和“包括”应理解为不将所描述的实施例限制为仅包含那些已经提到的特征，并且这些实施例还可以包含没有特别提到的特征/结构。
申请人伊洛克公司(iLOQ Oy)已经发明了对电动机械锁的许多改进，例如，在各个欧洲和美国专利申请/专利中所公开的那些改进，它们在适用的所有司法管辖区中作为参考并入本文。这里不重复对所有这些细节的完整讨论，但建议读者查阅这些申请。
现在让我们转到图1和图7，图1和图7示出了电动机械锁100的示例实施例，但仅具有示出了与本示例实施例相关的部件。
电动机械锁100包括电子电路112，该电子电路配置为从外部源130读取数据162并将数据162与预定标准进行匹配。在示例实施例中，除了读取之外，电子电路112还可以将数据写入外部源130。
电动机械锁100还包括致动器103，该致动器包括能够通过电力从锁定位置移动到打开位置的永磁体布置109。
电动机械锁100还包括门禁控制(access control)机构104，该门禁控制机构配置为能够由用户旋转152。
在锁定位置中，永磁体布置109配置和定位为引导近磁场153，以阻止门禁控制机构104旋转，并且同时，永磁体布置109配置和定位为使近磁场153朝向源于电动机械锁100外部170的远磁侵入场(far magnetic break-in field)172衰减。
在打开位置中，永磁体布置109配置和定位为引导反向近磁场153，以释放门禁控制机构104来旋转，并且同时，永磁体布置109配置和定位为使反向近磁场153朝向远磁侵入场172衰减。
在示例实施例中，远磁侵入场172由强大外部磁体170(例如，永磁体或电磁体)产生，该强大外部磁体由例如窃贼的未经授权的用户使用。
在图1所示的示例实施例中，电子电路112对门禁控制机构104进行电气控制164。
在示例实施例中，电源114为致动器103和电子电路112供应电力160。
在示例实施例中，在电动机械锁100之内以自供电的方式产生电能160，使得电源114包括发电机116。
在示例实施例中，旋转150旋钮106可以操作158发电机116。
在示例实施例中，向下推150门把手110可以操作158发电机116。
在示例实施例中，在钥匙孔108中旋转150钥匙134或将钥匙134推入钥匙孔108中，可以操作158发电机116。
在示例实施例中，旋转150旋钮106和/或向下推150门把手110和/或在钥匙孔108中旋转150钥匙134可以(经由致动器103)机械地影响152门禁控制机构104，例如，引起门禁控制机构104的旋转。
在示例实施例中，电源114包括电池118。可能基于至少一个电化学电池，电池118可以是一次性的或可充电的蓄电池。
在示例实施例中，电源114包括市电120，即，电动机械锁100可以或者直接地或者通过电压互感器(voltage transformer)耦合到通用交流电源。
在示例实施例中，电源114包括能量收集装置122，例如，通过光伏效应将光能直接转换成电的太阳能电池。
在示例实施例中，致动器103和电子电路112所需的电能160偶尔地从某个外部源130导入。
在示例实施例中，外部源130包括以有线或无线方式与电子电路112和致动器103耦合的远程控制系统132。
在示例实施例中，外部源130包括NFC(近场通信)技术136(即，智能手机)，NFC技术136还包含数据162，或某个其他用户终端保存数据162。NFC是一套用于智能手机和类似装置的标准，通过将智能手机和类似装置接触在一起或使它们靠近来建立彼此之间的无线电通信。在示例实施例中，NFC技术136可以用于为致动器103和电子电路112提供160电能。在示例实施例中，智能手机或其他便携式电子装置136在其周围产生电磁场，并且嵌入在电动机械锁100中的NFC标签由该场充电。替代地，具有嵌入在电动机械锁100中的能量收集电路的天线由该场充电，并且该电荷为电子电路112供电，这模拟了朝向便携式电子设备136的NFC流量。
在示例实施例中，外部源130包括钥匙134，所述钥匙134包含通过适当技术(例如：加密、RFID、
Figure BDA0002467549540000031
等)来存储和传输的数据120。
如图1所示，在示例实施例中，电动机械锁100可以放置在锁体102中，并且门禁控制机构104可以控制154门闩(或锁栓)126(例如，在安装有电动机械锁100的门中)移入156和移出。
在示例实施例中，锁体102被实现为锁芯，其可以配置为与操作门闩126的门闩机构124相互作用。
在示例实施例中，致动器103、门禁控制机构104和电子电路112可以放置在锁芯102内。
尽管在图1中未示出，但发电机116也可以放置在锁芯102内。
在图7所示的示例实施例中，致动器103还包括与永磁体布置109耦合的移动轴502。移动轴502配置为通过电力将永磁体布置109从锁定位置移动到打开位置。如图7所示，永磁体布置109可以与驱动头504耦合，所述驱动头与移动轴502耦合。在所示示例实施例中，移动轴502是旋转轴。
还在图7所示的示例实施例中，致动器103包括接受电能并为移动轴502产生动力学运动的换能器500。在示例实施例中，换能器500是电动机，该电动机是将电能转换成机械能的电机。在示例实施例中，换能器500是步进电机，该步进电机可以能够产生精确的旋转。在示例实施例中，换能器500是螺线管，例如，将电能转换成动力学运动的机电螺线管。
既然已经描述了电动机械锁100的一般结构，接下来让我们参考图2A、图2B、图4A和图4B更详细地研究其操作，特别是与致动器103相关的操作。
图2A和图2B示出了处于锁定位置260的永磁体布置109，而图4A和图4B示出了处于打开位置400的永磁体布置109。
如前所述，永磁体布置109通过磁力153与门禁控制机构104相互作用。
在示例实施例中，永磁体布置109包括第一永磁体200和第二永磁体210，第一永磁体200和第二永磁体210并排配置和定位，使得第一永磁体200和第二永磁体210的相反磁极204/214、202/212并排。
在图2A和图2B的示例实施例中，在锁定位置260中，第一永磁体200配置并定位为比第二永磁体210更靠近门禁控制机构104，使得近磁场280A、280B被引导，以阻止门禁控制机构104旋转。同时，第二永磁体210配置并定位为使近磁场280A、280B朝向远磁侵入场172减小。
在图4A和图4B的示例实施例中，在打开位置400中，第二永磁体210配置并定位为比第一永磁体200更靠近门禁控制机构104，使得反向近磁场410A、410B被引导，以释放门禁控制机构104来旋转。同时，第一永磁体200配置并定位为使反向近磁场朝向远磁侵入场172减小。
在示例实施例中，电动机械锁100包括作为彼此固定的独立永磁体的第一永磁体200和第二永磁体210。在该示例实施例中，可以通过选择具有适当磁场和力的合适储备永磁体来实现永磁体布置109。永磁体是由被磁化并产生其自身持久磁场的材料制成的物体。
在示例实施例中，电动机械锁100包括作为第一永磁体200和第二永磁体210的多磁体，所述多磁体结合有被编程为同时吸引和排斥的相关磁体图案。在该示例实施例中，即使使用单个多磁体也可以实现永磁体布置109。通过使用多磁体，可以获得更强的保持力和抗剪切力。此外，相关磁体可以被编程，以只与已被编码成作出响应的其他磁性结构相互作用。这可以进一步提高对远磁侵入场172的屏蔽。
在示例实施例中，永磁体布置109包括一个或更多个附加永磁体。这些附加永磁体定位和配置为：在锁定位置260中，放大近磁场280A、280B以阻止门禁控制机构104旋转，和/或进一步使近磁场280A、280B朝向远磁侵入场172衰减。附加永磁体定位和配置为：在打开位置400中，放大反向近磁场410A、410B以释放门禁控制机构109来旋转，和/或进一步使反向近磁场410A、410B朝向远磁侵入场172衰减。这些附加永磁体可以如前所述实现：作为单独的(储备)永磁体或作为结合有附加磁体相关图案的一个或更多个多磁体。
在示例实施例中，门禁控制机构104包括一个或更多个可移动磁性销220、240，所述可移动的磁性销配置和定位为：在受近磁场280A、280B的影响时阻止门禁控制机构104旋转，或在受反向近磁场410A、410B的影响时释放门禁控制机构104来旋转。
在示例实施例中，磁性销220、240可以是被承受磨损和力的合适的材料涂覆的永磁体，或者是附接到销状结构的永磁体。
在示例实施例中，可移动磁性销220、240包括：主永磁体224、244，所述主永磁体配置和定位为与永磁体布置109相互作用；以及辅助永磁体222、242，所述辅助永磁体配置和定位为使主永磁体224、244的磁场朝向远磁侵入场172衰减。
在图2A和图4A所示的示例实施例中，永磁体布置109包括磁极之间的第一轴270，并且磁性销220、240包括磁极之间的第二轴272、274，并且第一轴270在锁定位置260和打开位置400中都横向抵靠着第二轴272、274。如图2A、图2B、图4A和图4B所示，永磁体布置109侧向(＝沿着第一轴270)面对磁性销220、240的另一端(在我们的示例实施例中，第一磁性销220的北极232和第二磁性销252的北极252)。还注意，磁性销220、240可以定位为，使得它们的端部232、252面对永磁体布置109的相对端部(沿着第一轴270)。
尽管附图中示出了两个磁性销220、240，但这样的示例实施例(其中，仅使用一个磁性销220/240)也是可行的。
另外，在替代示例实施例中，永磁体布置109包括主永磁体和辅助永磁体(如先前对磁性销220、240所述)，并且磁性销220、240包括第一永磁体和第二永磁体(如先前对永磁体布置109所述)。在某种程度上，实现技术与附图中所示的相反。
永磁体200、210和磁性销220、240的位置及其对磁场和反向磁场的影响用磁极命名规则在附图中示出，北极N和南极S：相反的磁极(S-N)相互吸引，而相似的磁极(N-N或S-S)相互排斥。因此，永磁体布置109包括具有相反磁极202、204的第一永磁体200和具有相反磁极212、214的第二永磁体210。磁性销220、240包括：具有它们的相反磁极230、232、250、252的主永磁体224、244和具有它们的相反磁极226、228、246、248的辅助永磁体222、242。
在示例性实施例中，在锁定位置260中，永磁体布置109配置和定位为引导近磁场280A、280B，以借助于以下至少一个阻止门禁控制机构104旋转152：近磁场280A阻碍门禁控制机构104的旋转152、近磁场280B将旋转152与门禁控制机构104分离。分别地，在打开位置400中，永磁体布置109配置和定位为引导反向近磁场410A、410B，以借助于以下至少一个来释放门禁控制机构104以旋转152：反向近磁场410A允许门禁控制机构104的旋转152、反向近磁场410B将旋转152与门禁控制机构104耦合。
现在让我们更详细地解释电动机械锁100的打开顺序。
图2A和图2B示出了处于锁定位置260的永磁体布置109，图3A和图3B示出了处于从锁定位置260到打开位置400的过渡阶段的永磁体布置109，并且图4A和图4B示出了处于打开位置400的永磁体布置109。
在图2A和图2B中，近磁场280A推动磁性销220，由此阻碍门禁控制机构104的旋转152。这也在图6A中示出，其中，磁性销220被推入锁体102中的凹口600中。同时，近磁场280B拉动磁性销240，由此使旋转152与门禁控制机构104分离。这也在图6A中示出，其中，防止磁性销240进入结构602中的凹口604。图7更详细地示出了结构602：它具有多个凹口604和突起704。结构602作为旋转轴操作，将从电动机械锁100的用户接收到的机械旋转152传送到门闩控制机构124，由此使门闩126缩回156。
换句话说，在图7所示的示例实施例中，第一轴700配置为接收用户的旋转，并且第二轴602与门闩机构124永久耦合。在我们的示例实施例中，用户的旋转152在致动器103的解锁位置260中通过与第二轴602一起转动第一轴700而被传送到拔出156门闩126的门闩机构124。然而，“反向”示例实施例也是可行的：第一轴700可以永久地与门闩机构124耦合，并且第二轴602可以配置为接收用户的旋转。如果我们将该替代示例实施例应用于图1，则这意味着：旋钮106(或钥匙孔108中的钥匙134，或把手110)在致动器103的锁定位置260中自由旋转，而后端602被阻止旋转，并且，在致动器103的打开位置400中，后端602被释放以旋转，并且第一轴700和第二轴602耦合在一起。
在图7所示的示例实施例中，磁性销220、240可以安装在空腔702中。磁性销220、240可以配置为通过它们与永磁体布置109之间的力在空腔702之内移动。
在图3A和图3B中，永磁体布置109从锁定位置260到打开位置400的过渡300已经开始。正如可以看到，磁性销240已经开始移动。
在图4A和图4B中，永磁体布置109已到达打开位置400。反向近磁场410A拉动磁性销220，由此释放门禁控制机构104的旋转152。这也在图6B中示出，其中，磁性销220被从锁体102的凹口600中拉出。同时，反向近磁场410B推动磁性销240，磁性销240将旋转152与门禁控制机构104耦合。这也在图6B中示出，其中，磁性销240进入结构602中的凹口604，由此结构602将从电动机械锁100的用户接收到的机械旋转152传送到门闩控制机构124，由此使门闩126缩回156。之后，可以打开门(或电动机械锁100附接到其上的另一物体)。
图5A、图5B和图5C也示出了打开顺序：电动机500顺时针转动300旋转轴502，由此驱动头504相对于磁性销220、240转动永磁体布置109。
图8、图9、图10和图11示出了磁场的示例实施例。
图8示出了现有技术布置，其中，使用具有两个磁极802、804的单个永磁体800，而图9示出了将第一永磁体200和第二永磁体210并排放置作为永磁体布置109的示例实施例。
如果我们比较图8和图9的解决方案，我们注意到，对于永磁体布置109，近磁场(和反向近磁场)900的范围和大小都小于单个永磁体800的磁场810。这样，永磁体布置109配置和定位为使近磁场(或反向近磁场)900朝向远磁侵入场172衰减。
图10示出了磁性销220的示例实施例，其中所述磁性销220具有：具有两个磁极230、232的主永磁体224以及具有两个磁极226、228的辅助永磁体222。如图所示的，主磁场被引导朝向主永磁体224的南极232，其能够与永磁体布置109良好的交互作用，并且提供磁场朝向远磁侵入场172的减小。
图11组合了图9和图10的示例实施例，其示出了当北极212从主永磁体224的南极232拉出磁性销220时永磁体布置109与磁性销220之间的相互作用。
接下来，让我们研究图12，其示出了在电动机械锁100中执行的方法。这些操作不严格按时间顺序进行，并且有些操作可以同时执行，或可以按与给出的操作不同的顺序执行。其他功能也可以在操作之间或操作之内执行，并且在操作之间交换其他数据。一些操作或部分操作也可以省略或替换为对应的操作或部分操作。应注意，不需要特殊顺序的操作，除非由于处理顺序的逻辑要求而有必要。
在1200中，所述方法开始。
在1202中，通过电力将致动器从锁定位置260移动到打开位置400。
在锁定位置260中，在1204中，永磁体布置(例如109)引导近磁场，以阻止门禁控制机构(例如103)旋转，并且同时，在1206中，永磁体布置使近磁场朝向源于电动机械锁外部的远磁侵入场(例如172)衰减。
在打开位置400中，在1208中，永磁体布置引导反向近磁场，以释放门禁控制机构来旋转，并且同时，在1210中，永磁体布置使反向近磁场朝向远磁侵入场衰减。在1212中，从电动机械锁的用户获得的旋转现在可以用于打开门闩。
在1214中，所述方法结束。
可以利用电动机械锁100的已经描述的示例实施例来增强具有各种其他示例实施例的方法。例如，各种结构和/或操作细节可以补充所述方法。
本领域技术人员将清楚地看到，随着技术的进步，本发明的构思可以以各种方式实现。本发明及其实施例不限于上述示例实施例，而是可以在权利要求的范围之内变化。

Claims (9)

1.一种电动机械锁(100)，其包括：
电子电路(112)，所述电子电路配置为从外部源(130)读取数据(162)并将所述数据(162)与预定标准进行匹配；
致动器(103)，所述致动器包括永磁体布置(109)，所述永磁体布置能够通过电力从锁定位置移动到打开位置；以及
门禁控制机构(104)，所述门禁控制机构配置为能够被用户旋转；
其中，在所述锁定位置中，所述永磁体布置(109)配置和定位为产生并引导近磁场，以阻止所述门禁控制机构(104)旋转，并且同时，所述永磁体布置(109)配置和定位为使所述近磁场的范围和大小朝向源于所述电动机械锁(100)外部(170)的远磁侵入场(172)产生并衰减，而
在所述打开位置中，所述永磁体布置(109)配置和定位为产生并引导反向近磁场，以释放所述门禁控制机构(104)来旋转，并且同时，所述永磁体布置(109)配置和定位为使所述反向近磁场的范围和大小朝向所述远磁侵入场(172)产生并衰减，
其中，所述门禁控制机构(104)包括一个或更多个可移动磁性销(220，240)，所述磁性销配置和定位为：在受所述近磁场的影响时阻止所述门禁控制机构(104)旋转，或在受所述反向近磁场的影响时释放所述门禁控制机构(104)来旋转，并且
其中，所述永磁体布置(109)包括磁极之间的第一轴(270)，并且所述磁性销(220，240)包括磁极之间的第二轴(272，274)，并且所述第一轴(270)在所述锁定位置(260)和所述打开位置(400)中都横向抵靠着所述第二轴(272，274)。
2.如权利要求1所述的电动机械锁，其中：
所述永磁体布置(109)包括第一永磁体(200)和第二永磁体(210)，所述第一永磁体(200)和所述第二永磁体(210)配置和定位为并排，使得所述第一永磁体(200)和所述第二永磁体(210)的相反磁极(204/214，202/212)并排；
其中，在所述锁定位置(260)中，所述第一永磁体(200)配置和定位为比所述第二永磁体(210)更靠近所述门禁控制机构(104)，使得所述近磁场被引导，以阻止所述门禁控制机构(104)旋转，并且同时，所述第二永磁体(210)配置和定位为使所述近磁场朝向所述远磁侵入场(172)减小，而
在所述打开位置(400)中，所述第二永磁体(210)配置和定位为比所述第一永磁体(200)更靠近所述门禁控制机构(104)，使得所述反向近磁场被引导，以释放所述门禁控制机构(104)来旋转，并且同时，所述第一永磁体(200)配置和定位为使所述反向近朝向所述远磁侵入场(172)减小。
3.如权利要求2所述的电动机械锁，其包括作为彼此固定的独立永磁体的所述第一永磁体(200)和所述第二永磁体(210)。
4.如权利要求2所述的电动机械锁，其包括作为所述第一永磁体(200)和所述第二永磁体(210)的多磁体，所述多磁体结合有被编程为同时吸引和排斥的相关磁体图案。
5.如权利要求1所述的电动机械锁，其中，所述永磁体布置(109)包括一个或更多个附加永磁体，所述附加永磁体定位和配置为，
在所述锁定位置(260)中，放大所述近磁场，以阻止所述门禁控制机构(104)旋转，和/或进一步使所述近磁场朝向所述远磁侵入场(172)衰减，而
在所述打开位置(400)中，放大所述反向近磁场，以释放所述门禁控制机构(109)来旋转，和/或进一步使所述反向近磁场朝向所述远磁侵入场(172)衰减。
6.如权利要求1所述的电动机械锁，其中，所述可移动磁性销(220，240)包括：主永磁体(224，244)，所述主永磁体配置和定位为与所述永磁体布置(109)相互作用；以及辅助永磁体(222，242)，所述辅助永磁体配置和定位为使所述主永磁体(224，244)的磁场朝向所述远磁侵入场(172)衰减。
7.如权利要求1所述的电动机械锁，其中，在所述锁定位置(260)中，所述永磁体布置(109)配置和定位为引导所述近磁场，以借助于以下至少一个阻止所述门禁控制机构(104)旋转：所述近磁场阻碍所述门禁控制机构(104)的旋转、所述近磁场将所述旋转与所述门禁控制机构(104)分离，并且其中，在所述打开位置(400)中，所述永磁体布置(109)配置和定位为引导所述反向近磁场，以借助于以下至少一个释放所述门禁控制机构(104)来旋转：所述反向近磁场允许所述门禁控制机构(104)的旋转、所述反向近磁场将所述旋转与所述门禁控制机构(104)耦合。
8.如权利要求1所述的电动机械锁，其中，所述致动器(103)还包括与所述永磁体布置(109)耦合的移动轴(502)，并且所述移动轴(502)配置为通过电力将所述永磁体布置(109)从所述锁定位置(260)移动到所述打开位置(400)。
9.一种电动机械锁的方法，其包括：
通过电力将致动器从锁定位置(260)移动(1202)到打开位置(400)；
在所述锁定位置(260)中，通过永磁体布置产生并引导(1204)近磁场，以阻止门禁控制机构旋转，并且同时，通过所述永磁体布置使所述近磁场的范围和大小朝向源于所述电动机械锁外部的远磁侵入场产生并衰减(1206)；以及
在所述打开位置(400)中，通过所述永磁体布置产生并引导(1208)反向近磁场，以释放所述门禁控制机构来旋转，并且同时，通过所述永磁体布置使所述反向近磁场的范围和大小朝向所述远磁侵入场产生并衰减(1210)，
其中，所述门禁控制机构包括一个或更多个可移动磁性销，所述磁性销配置和定位为：在受所述近磁场的影响时阻止所述门禁控制机构旋转，或在受所述反向近磁场的影响时释放所述门禁控制机构来旋转，并且
其中，所述永磁体布置包括磁极之间的第一轴，并且所述磁性销包括磁极之间的第二轴，并且所述第一轴在所述锁定位置(260)和所述打开位置(400)中都横向抵靠着所述第二轴。
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