CN114729548B - 电动机械锁及方法 - Google Patents

Abstract

公开了电动机械锁和方法。该锁包括：可移动永磁体(100)，用于在第一位置(120)与第二位置(140)之间移动；固定式永久半硬磁体(102)；以及电动磁化线圈(104)，其定位为邻近固定式永久半硬磁体(102)，以在第一磁化配置(S‑N)与第二磁化配置(N‑S)之间切换固定式永久半硬磁体(102)的极性。固定式永久半硬磁体(102)的第一磁化配置(S‑N)将可移动永磁体(100)吸引(122)到第一位置(120)。固定式永久半硬磁体(102)的第二磁化配置(N‑S)将可移动永磁体排斥(142)到第二位置(140)。可移动永磁体(100)的磁轴(108)与固定式永久半硬磁体(102)的磁轴(110)并排。

Description

电动机械锁及方法

技术领域

各种实施例涉及一种电动机械锁和一种方法。

背景技术

一些电动机械锁使用磁场力来操作锁的机械部件。

EP 3530847 A1公开了一种包括半硬磁体和硬磁体的数字锁。半硬磁体的磁化极化的变化被配置成推动或拉动硬磁体以打开或关闭数字锁。然而，由于磁体轴向抵靠着彼此放置，例如见图3，产生的磁场力相对较小，这使锁的设计和实施变得复杂。US10,298,037B2公开了一种用于便携式电子设备的智能充电系统，其中，磁体也轴向抵靠着彼此放置，例如见图2。DE 102016205831 A1公开了一种(汽车遥控无钥匙进入系统的)无线电钥匙，该无线电钥匙通过使用电磁体来移动永磁体而向用户提供触觉反馈，该电磁体的极性由电线圈改变。永磁体和电磁体并排放置。

发明内容

根据一个方面，提供独立权利要求的主题。从属权利要求限定一些实施例。

在附图和实施例的描述中更详细地阐述一个或多个实施的示例。

附图说明

现在将参考附图描述一些实施例，其中

图1A、图1B、图1C、图1D、图1E和图1F示出了电动机械锁的实施例；

图2A、图2B、图2C、图2D和图2E示出了电动机械锁的进一步实施例，该电动机械锁具有围绕固定式永久半硬磁体的磁化线圈，并具有外壳；

图3A、图3B、图3C、图3D和图3E示出了电动机械锁的进一步实施例，该电动机械锁具有围绕固定式永久半硬磁体的磁化线圈，但不具有外壳；

图4A、图4B和图4C示出了电动机械锁的进一步实施例，该电动机械锁具有固定式永久半硬磁体和磁化线圈，并具有外壳，固定式永久半硬磁体围绕可移动永磁体，磁化线圈定位于可移动永磁体与固定式永久半硬磁体之间的空隙中；

图5A、图5B、图5C和图5D示出了具有两个移动销的电动机械锁的进一步实施例；以及

图6是示出方法的实施例的流程图。

具体实施方式

以下实施例仅是示例。尽管说明书可以在多个位置提及“一个”实施例，但这并不一定意味着每个这样的提及都是针对同一个实施例，或者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，而是这些实施例还可以包含没有特别提到的特征/结构。

在实施例的描述中和权利要求书中的附图标记用于参考附图示出实施例，而不仅限于这些示例。

以下描述中公开的、不属于独立权利要求范围的实施例和特征(如果有)将被解释为有助于理解本发明的各种实施例的示例。

申请人(iLOQ Oy)已发明了许多电动机械锁的改进，例如，在各种欧洲和美国专利申请和专利中公开的改进，在所有适用的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，但建议读者参考这些出版物。

现在让我们转到图1A、图1B、图1C、图1D、图1E和图1F，这些图示出了电动机械锁的实施例，但仅示出了与本实施例相关的这些部分。

电动机械锁包括：在第一位置120与第二位置140之间移动的可移动永磁体100、固定式永久半硬磁体102以及邻近固定式永久半硬磁体102定位的电动磁化线圈104。

磁体100、102是“永久”的，即，它们由一种被磁化并产生自己的持久磁场的材料制成。永磁体由磁性“硬”材料(如铁氧体)制成，在制造过程中，这些材料在强磁场中被加工，以对齐其内部微晶结构，这使得它们很难退磁。磁性“软”材料(如退火铁)可以被磁化，但不倾向于保持磁化状态。为了使饱和磁体退磁，施加强度高于磁体材料的矫顽力的磁场。磁性“硬”材料具有高矫顽力，而磁性“软”材料具有低矫顽力。磁性“半硬”材料包括合金，该合金的矫顽力在“软”磁性材料与“硬”磁性材料之间。

在一个实施例中，可移动永磁体100由“磁性”硬材料制成。在一个实施例中，可移动永磁体100是SmCo(钐钴合金)磁体，其矫顽力为40-2800kA/m。

在一个实施例中，固定式永久半硬磁体102是AlNiCo(铝镍钴合金)磁体，其矫顽力为30-150kA/m。

注意，根据一些分类，AlNiCo磁体被视为硬磁体，但在本申请中，半硬磁体是这样的磁体，其不太软，因此容易被退磁，但也不太硬，使得其极性可以通过使用适当电流的电动磁化线圈104来反转。

电动磁化线圈104在如图1C所示的第一磁化配置S-N与如图1E所示的第二磁化配置N-S之间切换固定式永久半硬磁体102的极性。在一个实施例中，电动磁化线圈104操作，使得沿一个方向的电流导致第一磁化配置S-N，而沿相反方向的电流导致第二磁化配置N-S。

电动磁化线圈104可以是磁化器的一部分(附图中未示出)。磁化器产生非常高的电流的非常短的脉冲，从而导致短暂但非常强的磁场。可以通过在高压下将电流储存在电容器组中并且然后通过电子开关使电容器突然放电来产生电脉冲。电脉冲被施加到电动磁化线圈104，其最简单的形式可以是线圈。

在一个实施例中，具有沿一个方向的电流的单个电脉冲导致第一磁化配置S-N，并且具有沿相反方向的电流的单个电脉冲导致第二磁化配置N-S。

在一个实施例中，具有沿一个方向的电流的多个连续电脉冲导致第一磁化配置S-N，并且具有沿相反方向的电流的多个连续电脉冲导致第二磁化配置N-S。通过具有两个或更多个磁化脉冲，固定式永久半硬磁体102产生的磁场变得比其具有单个磁化脉冲产生的磁场强。

在一个实施例中，电动磁化线圈104由单个线圈构成。

在一个实施例中，电动磁化线圈包括多个线圈。例如，除了主线圈外，附加的较短的线圈缠绕在主线圈上。附加线圈首先产生初始磁化脉冲，然后是由主线圈产生主磁化脉冲。

在一个实施例中，电能可以通过电动机械锁使用近场通信NFC从智能手机或其他用户设备获取，或者电流可以由钥匙插入产生，这两种技术均由本申请人开发。然而，也可以使用其他电能来源。

注意，第一磁化配置S-N和第二磁化配置N-S也可以是反过来的：第一磁化配置N-S和第二磁化配置S-N，在这种情况下，可移动永磁体100的磁极164、166(N-S)是反过来的(S-N)。

还注意，尽管磁体100、102以单数形式被提及(即，它们各自由一个磁体构成)，但它们还可以各自由多个磁体构成，其配置和定位成使得它们如所述地排斥122和吸引142。

磁极模型具有以下磁极命名约定：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。尽管磁性是更为复杂的物理现象(除了磁极之外，还可以用原子电流对其进行建模)，但磁极模型使人们能够理解磁体100、102在实施例中的操作方式。磁轴可以定义为连接磁体的两个相反磁极(S和N)的直线。

固定式永久半硬磁体102的第一磁化配置S-N将可移动永磁体100吸引122到第一位置120。在图1C所示的实施例中，在第一磁化配置S-N中，固定式永久半硬磁体102的第一磁极160(在第一端处)吸引可移动永磁体100的第一磁极164(在第一端处)，并且固定式永久半硬磁体102的第二磁极162(在第二端处)吸引可移动永磁体100的第二磁极166(在第二端处)。

固定式永久半硬磁体102的第二磁化配置N-S将可移动永磁体排斥142到第二位置140。在图1E所示的实施例中，在第二磁化配置N-S中，固定式永久半硬磁体102的反转第一磁极168(在第一端处)排斥可移动永磁体100的第一磁极164(在第一端处)，并且固定式永久半硬磁体102的反转第二磁极170(在第二端处)排斥可移动永磁体100的第二磁极166(在第二端处)。

注意，图1C、图1D、图1E和图1F示出了运动序列(左手侧示出了磁体的细节，并且右手侧示出了磁场的模拟)：

-在图1C中，第一磁化配置S-N将可移动永磁体100吸引122到第一位置120；

-在图1D中，第二磁化配置N-S已经开始排斥130可移动永磁体100；

-在图1E中，第二磁化配置N-S将可移动永磁体100排斥142到第二位置140；并且

-在图1F中，第一磁化配置S-N已经开始吸引150可移动永磁体100。

如图1B所示，可移动永磁体100的磁轴108与固定式永久半硬磁体102的磁轴110并排。

在一个实施例中，可移动永磁体100的磁轴108与固定式永久半硬磁体102的磁轴110共轴。这意味着两个轴108、110共享一个公共轴或同一中心(由此两个轴是同心的)。

在一个实施例中，可移动永磁体100在第一位置120与第二位置140之间沿着运动轴112移动，所述运动轴与可移动永磁体100的磁轴108和固定式永久半硬磁体102的磁轴110平行。

也可以说，在一个实施例中，可移动永磁体100的磁轴108与固定式永久半硬磁体102的磁轴110傍轴并排。这意味着两个轴108、110平行并排放置。

接下来，让我们研究电动机械锁的各种实施例。

首先，让我们考虑功能，其中所描述的结构(具有磁体100、102和线圈104)的功能可以用于电动机械锁：例如，用于耦合和解耦，并用于启用和禁用。耦合/解耦和/或启用/禁用可以将电动机械锁设置为锁定状态，可以让电动机械锁保持锁定状态，或者可以将电动机械锁改变为可打开状态。

在一个实施例中，可移动永磁体100的第一位置120使电动机械锁中的接合保持解耦，由此电动机械锁保持在锁定状态，而可移动永磁体100的第二位置140使电动机械锁中的接合耦合，由此电动机械锁改变为可打开状态。

在一个实施例中，可移动永磁体100的第一位置120阻止电动机械锁中的移动，由此电动机械锁保持在锁定状态，而可移动永磁体100的第二位置140启用电动机械锁中的移动，由此电动机械锁改变为可打开状态。

本申请中未描述两个以上提到的实施例，但建议读者参考本申请人的其他申请和专利，例如EP 3118977 B1、EP 3480396 A1和EP 3480395 A1，这些申请和专利在所有适用的司法管辖区作为参考并入本文。本实施例可以应用于这些专利中描述的机械结构，以及先前提及的EP 3530847 A1中描述的机械结构。

图5A、图5B、图5C和图5D示出了在同一外壳500中具有两个移动销106A、106B的电动机械锁的进一步实施例。例如，一个销106A可以用于接合/脱离接合，而另一个销106B可以用于阻止/启用移动。每个销106A、106B容纳移动永磁体100A、100B，其与固定式永久半硬磁体102A、102B相互作用。电动磁化线圈104A、104B可以按照参考图2A至图2E和图3A至图3E所述的实施例放置，或者按照参考图4A至图4C所述的实施例放置。电动磁化线圈104A、104B可以串联连接，使得电脉冲对每个固定式永久半硬磁体102A、102B产生类似(S-N和S-N，或N-S和N-S)或不同(S-N和N-S，或N-S和S-N)的磁化配置。通过这种操作，两个销106A、106B都仅在一个控制周期内同时移动。当然，如果电动磁化线圈104A、104B不串联连接，则每个销106A、106B可以独立于彼此的操作和定时而被单独控制。

另一种配置(未示出)可以使得：两个(或更多个)可移动永磁体100固定到单个销106上，由两个(或更多个)固定式永久半硬磁体102围绕，该固定式永久半硬磁体用一个或两个电动磁化线圈104A、104B磁化。这样，移动该销106的磁力比单个磁体100、102的磁力大。

可以组合各种配置，使得一个、两个、三个或更多个机械元件(例如销)可以如所述地被磁性控制。

在图1A所示的一个实施例中，固定式永久半硬磁体102形成并定位为在第一位置120中和第二位置140中围绕可移动永磁体100。在图1A中，固定式永久半硬磁体102完全围绕可移动永磁体100，但这样的实施例(其中，固定式永久半硬磁体102部分地围绕可移动永磁体100)也是可行的。

在图1A所示的一个实施例中，固定式永久半硬磁体102为管状形状，并且可移动永磁体100放置在销106的空心内。销106的包含可移动永磁体100的部分可以被间隙装配并定位为在固定式永久半硬磁体102的管状形状中移动。

在一个实施例中，销106由钛、不锈钢或具有足够断裂强度的其他非磁性材料制成。

在一个实施例中，可移动永磁体100为2mm长，并且固定式永久半硬磁体102为3mm长。管状形状内的空心的直径为1.4mm，并且可移动永磁体100的直径为1mm，由此销106为可移动永磁体100提供略小于0.2mm的涂层。注意，这些措施仅为示例，但它们用于示出的事实是：在磁体100、102并排定位的所述情况下，磁力远大于抵靠着彼此轴向的放置(如现有技术中所述)，由此电动机械锁的设计和实施变得更容易(例如，在安全性、尺寸、机械复杂性和自供电锁的电气效率方面)。

在一个实施例中，固定式永久半硬磁体102的第一磁化配置S-N将可移动永磁体100吸引到第一位置120，使得销106的两端保持机械解耦，由此电动机械锁保持在锁定状态，而固定式永久半硬磁体102的第二磁化配置N-S将可移动永磁体100排斥到第二位置140，使得销106的一端机械耦合，由此电动机械锁改变为可打开状态。这在图1A中示出：销106的左手加宽部分首先保持与空腔180解耦，并且销106的右手部分(包含南极)也保持解耦，但在固定式永久半硬磁体102的磁化配置从S-N切换到N-S(即，从图1C切换到图1E)之后，销160的左手加宽部分与空腔180机械耦合。

在图2A、图2B、图2C、图2D、图2E、图3A、图3B、图3C、图3D和图3E所示的实施例中，电动磁化线圈104被定位为围绕固定式永久半硬磁体102。在一个实施例中，电动磁化线圈104缠绕在固定式永久半硬磁体102上，并且沿一个方向的电流导致第一磁化配置S-N，而沿相反方向的电流导致第二磁化配置N-S。

图2A至图2E与图3A至图3E之间的区别在于，在前者中示出电动机械锁带有可选外壳200，而在后者中不需要外壳200(例如，电动机械锁嵌入门内的空间中)。

在图4A、图4B和图4C所示的一个实施例中，固定式永久半硬磁体102形成并定位为在第一位置120和第二位置140围绕可移动永磁体100，并且电动磁化线圈104定位在可移动永磁体100与固定式永久半硬磁体102之间的空隙中。在一个实施例中，电动磁化线圈104可能需要支撑结构400。

最后，让我们研究图6，其是示出方法的实施例的流程图。在一个实施例中，所述方法在电动机械锁中执行。在一个实施例中，所述方法在电动机械设备中执行，所述电动机械设备采用所述的可移动永磁体100、固定式永久半硬磁体102和电动磁化线圈104。

这些操作不严格地按时间顺序进行，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，以及其他数据可以在操作之间交换。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，不需要特殊的操作顺序，除非由于处理顺序的逻辑要求而有必要。

所述方法在600开始。

在602中，在第一磁化配置与第二磁化配置之间电切换固定式永久半硬磁体的极性。

在604中，可移动永磁体被固定式永久半硬磁体的第一磁化配置吸引到第一位置。

在606中，可移动永磁体被固定式永久半硬磁体的第二磁化配置排斥到第二位置。

在608中，可移动永磁体沿着可移动永磁体的磁轴移动，可移动永磁体的磁轴与固定式永久半硬磁体的磁轴并排。

在624中，所述方法结束。

电动机械锁的已经描述的实施例可以用于通过各种其他实施例来增强所述方法。例如，各种结构和/或操作细节可以补充所述方法。

在一个实施例中，可移动永磁体的磁轴与固定式永久半硬磁体的磁轴共轴614。

在一个实施例中，所述方法还包括：沿着与可移动永磁体的磁轴和固定式永久半硬磁体的磁轴平行616的运动轴，在第一位置与第二位置之间移动608可移动永磁体。

在一个实施例中，所述方法还包括：在第一磁化配置中，通过固定式永久半硬磁体的第一磁极吸引610可移动永磁体的第一磁极，并且通过固定式永久半硬磁体的第二磁极吸引610可移动永磁体的第二磁极；并且在第二磁化配置中，通过固定式永久半硬磁体的反转的第一磁极排斥620可移动永磁体的第一磁极，并且通过固定式永久半硬磁体的反转的第二磁极排斥620可移动永磁体的第二磁极。

在一个实施例中，所述方法还包括：在第一位置和第二位置，通过固定式永久半硬磁体围绕618可移动永磁体。

在一个实施例中，所述方法还包括：在第一磁化配置中，将可移动永磁体吸引612到第一位置，使得销的包含可移动永磁体的两端保持机械解耦，并且在第二磁化配置中，将可移动永磁体排斥622到第二位置，使得销的一端机械耦合。在一个实施例中，由于销的包含可移动永磁体的两端保持机械解耦，电动机械锁(执行所述方法)保持在锁定状态，并且由于销的一端机械耦合，电动机械锁改变为可打开状态。

尽管已经根据附图参考一个或多个实施例描述了本发明，但本发明不限于此，而是可以在所附权利要求的范围内以几种方式进行修改。所有词语和表达都应该被广泛地解释，并且它们旨在说明而不是限制实施例。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。

Claims (13)

1.一种电动机械锁，其包括：

在第一位置（120）与第二位置（140）之间移动的可移动永磁体（100）；

固定式永久半硬磁体（102）；以及

电动磁化线圈（104），所述电动磁化线圈定位为邻近所述固定式永久半硬磁体（102），以在第一磁化配置（S-N）与第二磁化配置（N-S）之间切换所述固定式永久半硬磁体（102）的极性，其中，所述固定式永久半硬磁体（102）的第一磁化配置（S-N）将所述可移动永磁体（100）吸引（122）到所述第一位置（120），并且所述固定式永久半硬磁体（102）的第二磁化配置（N-S）将所述可移动永磁体排斥（142）到所述第二位置（140）；

其中，所述可移动永磁体（100）的磁轴（108）与所述固定式永久半硬磁体（102）的磁轴（110）并排，

其中，所述固定式永久半硬磁体（102）形成并定位为在所述第一位置（120）中和所述第二位置（140）中至少部分地围绕所述可移动永磁体（100），

其中，所述可移动永磁体具有位于第一矫顽力范围内的第一矫顽力，所述固定式永久半硬磁体具有位于第二矫顽力范围内的第二矫顽力，其中，所述第一矫顽力范围的上限值大于第二矫顽力范围的上限值，所述第二矫顽力范围的下限值小于第一矫顽力范围的下限值，并且所述固定式永久半硬磁体比所述可移动永磁体更容易退磁。

2.如权利要求1所述的电动机械锁，其中，所述可移动永磁体（100）沿着运动轴（112）在所述第一位置（120）与所述第二位置（140）之间移动，所述运动轴与所述可移动永磁体（100）的磁轴（108）和所述固定式永久半硬磁体（102）的磁轴（110）二者平行。

3.如前述权利要求任一项所述的电动机械锁，

其中，在所述第一磁化配置（S-N）中，所述固定式永久半硬磁体（102）的第一磁极（160）吸引所述可移动永磁体（100）的第一磁极（164），并且所述固定式永久半硬磁体（102）的第二磁极（162）吸引所述可移动永磁体（100）的第二磁极（166），

而在所述第二磁化配置（N-S）中，所述固定式永久半硬磁体（102）的反转的第一磁极（168）排斥所述可移动永磁体（100）的第一磁极（164），并且所述固定式永久半硬磁体（102）的反转的第二磁极（170）排斥所述可移动永磁体（100）的第二磁极（166）。

4.如权利要求1或2所述的电动机械锁，其中，所述固定式永久半硬磁体（102）为管状形状，并且所述可移动永磁体（100）放置在销（106）的空心内，并且所述销（106）的包含所述可移动永磁体（100）的部分被间隙装配并定位为在所述固定式永久半硬磁体（102）的管状形状中移动。

5.如权利要求4所述的电动机械锁，其中，所述固定式永久半硬磁体（102）的第一磁化配置（S-N）将所述可移动永磁体（100）吸引到所述第一位置（120），使得所述销（106）的两端保持机械解耦，由此所述电动机械锁保持在锁定状态，而所述固定式永久半硬磁体（102）的第二磁化配置（N-S）将所述可移动永磁体（100）排斥到所述第二位置（140），使得所述销（106）的一端机械耦合，由此所述电动机械锁改变为可打开状态。

6.如权利要求1或2所述的电动机械锁，其中，所述电动磁化线圈（104）缠绕在所述固定式永久半硬磁体（102）上，并且沿一个方向的电流导致所述第一磁化配置（S-N），而沿相反方向的电流导致所述第二磁化配置（N-S）。

7.如权利要求1或2所述的电动机械锁，其中，所述可移动永磁体（100）的第一位置（120）使所述电动机械锁中的接合保持解耦，由此所述电动机械锁保持在锁定状态，而所述可移动永磁体（100）的第二位置（140）使所述电动机械锁中的接合耦合，由此所述电动机械锁改变为可打开状态。

8.如权利要求1或2所述的电动机械锁，其中，所述可移动永磁体（100）的第一位置（120）阻止所述电动机械锁中的移动，由此所述电动机械锁保持在锁定状态，而所述可移动永磁体（100）的第二位置（140）启用所述电动机械锁中的移动，由此所述电动机械锁改变为可打开状态。

9.如权利要求1或2所述的电动机械锁，其中，所述电动磁化线圈（104）定位为围绕所述固定式永久半硬磁体（102）。

10.一种方法，其包括：

在第一磁化配置与第二磁化配置之间电切换固定式永久半硬磁体的极性；

通过所述固定式永久半硬磁体的第一磁化配置将可移动永磁体吸引到第一位置；

通过所述固定式永久半硬磁体的第二磁化配置将所述可移动永磁体排斥到第二位置；

沿着所述可移动永磁体的磁轴移动所述可移动永磁体，所述可移动永磁体的磁轴与所述固定式永久半硬磁体的磁轴并排；并且

在所述第一位置和所述第二位置，通过所述固定式永久半硬磁体至少部分地围绕所述可移动永磁体，

其中，所述可移动永磁体具有位于第一矫顽力范围内的第一矫顽力，所述固定式永久半硬磁体具有位于第二矫顽力范围内的第二矫顽力，其中，所述第一矫顽力范围的上限值大于第二矫顽力范围的上限值，所述第二矫顽力范围的下限值小于第一矫顽力范围的下限值，并且所述固定式永久半硬磁体比所述可移动永磁体更容易退磁。

11.如权利要求10所述的方法，还包括：

沿着与所述可移动永磁体的磁轴和所述固定式永久半硬磁体的磁轴二者平行的运动轴，在所述第一位置与所述第二位置之间移动所述可移动永磁体。

12. 如前述权利要求10至11任一项所述的方法，还包括：

在所述第一磁化配置中，通过所述固定式永久半硬磁体的第一磁极吸引所述可移动永磁体的第一磁极，并且通过所述固定式永久半硬磁体的第二磁极吸引所述可移动永磁体的第二磁极；并且

在所述第二磁化配置中，通过所述固定式永久半硬磁体的反转的第一磁极排斥所述可移动永磁体的第一磁极，并且通过所述固定式永久半硬磁体的反转的第二磁极排斥所述可移动永磁体的第二磁极。

13. 如权利要求10或11所述的方法，还包括：

在所述第一磁化配置中，将所述可移动永磁体吸引到所述第一位置，使得销的包含所述可移动永磁体的两端保持机械解耦；并且

在所述第二磁化配置中，将所述可移动永磁体排斥到所述第二位置，使得所述销的一端机械耦合。