SE538775C2 - Laddnings- och kommunikationsenhet - Google Patents

Description

LADDNINGS- OCH KOMMUNIKATIONSENHET TEKNISKT OMRÅDE Föreliggande uppfinning avser en laddnings- och kommunikationsenhet innefattande ett primärt kretskort och ett sekundärt kretskort, vilka kretskort är anordnade i varsin del av två samverkande delar i en anordning, vilka delar är inbördes rörligt anordnade sinsemellan, där en första del är strömförsörjd av extern källa medan en andra del är induktivt strömförsörjd via nämnda första del, att nämnda primära kretskort samverkar med en primär spole och nämnda sekundära kretskort samverkar med en sekundär spole för induktiv överföring av elektrisk energi mellan kretskorten via nämnda primära och sekundära spole, samt ett elektriskt lås innefattande nämnda laddnings- och kommunikationsenhet. Vidare avser uppfinningen en metod för drift och laddning av ett dylikt elektriskt lås.

TEKNIKENS STÅNDPUNKT I dagens samhälle övergår allt fler från manuellt manövrerbara applikationer i diverse anordningar, t.ex. från manuella lås till elektriska lås. Det finns dock en hel del nackdelar med att installera och nyttja elektriska lås. För att låsdelen som sitter i själva dörren ska få strömförsörjning dras kablar utanpå dörren vilket lätt kan leda till kabelbrott och förstörelse av kablarna. För att förhindra detta finns alternativet att borra en kanal igenom dörren för att den vägen nå fram med kablarna till låset. Det här är en tidskrävande och kostsam installation och risken för kabelbrott kvarstår. En annan variant är att lägga skenor utanpå dörren för att dölja kablarna vilket inte heller är så vackert.

Det finns lås exempelvis på hotell där man löst det här problemet med kablarna genom att förse låsdelen som sitter i dörren med batterier men då måste batterierna regelbundet ses över och bytas ut så att de inte riskerar att ta slut när en gäst är inhyst i rummet.

Ett annat problem som gäller för dagens elektriska lås är avsaknaden av kodad informationsöverföring vilket är ett krav som kommer mer och mer.

I dokument WO 00/77330 beskrivs ett dörrmonterat elektriskt lås som kontrolleras, övervakas och programmeras elektroniskt av en huvudstation, ett så kallat onlinelås. Kraft överförs trådlöst mellan den ena låsdelen i dörren och den andra låsdelen i dörrkarmen och data överförs via optisk- eller radiolänk.

KORT BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att eliminera eller åtminstone minimera ovanstående problem, vilket åstadkommes genom en laddnings- och kommunikationsenhet enligt krav 1.

Tack vare uppfinningen kan både energi och data överföras induktivt vilket ger fördelen att kablar kan uteslutas till den del av laddnings- och kommunikationsenheten som placeras i exempelvis en dörr. Detta är fördelaktigt på många vis då kabeldragning i/på dörr är besvärligt och kostsamt. Med ett lås innefattande laddnings- och kommunikationsenhet enligt uppfinningen kan låsinsatsen ha samma form som ett konventionellt låsbleck vilket gör det enkelt för en låssmed som har färdiga fräsverktyg att fräsa ut ett hål i en dörr/dörrkarm avpassat för nämnda låsinsats för försänkt montering av låsinsatsen. Genom denna montering utan sladdar kommer man även ifrån problemet med slitage/skador på kablar som ligger utanpå dörrar.

Enligt en annan aspekt av uppfinningen är det även fördelaktigt ur en miljöaspekt då batterier inte behöver nyttjas och mindre kabel används. Vidare undviks försämrad laddfunktion p.g.a. att laddstift blir slitna eller oxiderade.

Enligt ytterligare en aspekt av uppfinningen erbjuder laddnings- och kommunikationsenheten ett enkelt sätt att upptäcka eventuell manipulation av låset och kan därigenom sända larm.

Enligt en annan aspekt av uppfinningen ges fördelen att genom en handhållen enhet som ger tillräcklig drivström för att öppna exempelvis ett lås på en ej strömansluten plats kan nyttjas.

Enligt ännu en aspekt av uppfinningen så nyttjas en kondensator i den trådlösa delen vilket ger en lång livslängd samt stabil drift.

Enligt ytterligare en aspekt av uppfinningen fås fördelen att inga kringkomponenter behöver nyttjas.

KORT FIGURBESKRIVNING Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas mer i detalj med hänvisning till de bifogade ritningsfigurerna, i vilka: Fig. 1 visar ett blockschema över ett primärt kretskort enligt uppfinningen, Fig. 2 visar ett blockschema över ett sekundärt kretskort enligt uppfinningen, Fig. 3 visar en primär låsinsats enligt uppfinningen, Fig. 4 visar en sekundär låsinsats enligt uppfinningen, Fig. 5 visar ett elektriskt lås i dörr och dörrkarm enligt uppfinningen, Fig. 6 visar ett blockschema över ett primärt kretskort enligt uppfinningen, Fig. 7 visar olika signaler schematiskt, Fig. 8 visar olika signaler schematiskt, och Fig. 9 visar en schematisk mer detaljerad figur av en pulsbreddsmodul enligt uppfinningen.

DETALJERAD FIGURBESKRIVNING I den visade lösningen beskrivs i de följande figurerna ett föredraget utförande av uppfinningen. Laddnings- och kommunikationsenheten enligt uppfinningen är tänkt att samverka mellan två olika delar. I det nedan beskrivna exemplet beskrivs hur laddnings-och kommunikationsenheten är sammankopplad med ett elektriskt lås i en lodrät placerad dörr samt tillhörande dörrkarm men det ska förstås att uppfinningen fungerar lika bra på dörrar/portar av annan sort än den som är beskriven här. Det skall även förstås att laddnings- och kommunikationsenheten kan användas i andra applikationer än elektriska lås, såsom handhållna enheter t.ex. streckkodscanners. Figur 1 visar ett blockschema över ett primärt kretskort 1 enligt uppfinningen, det primära kretskortet 1 innefattar ett första drivsteg 11, en första kommunikationsmodul 12, en pulsbreddsmodul 13, en primär spole 3, en första pulsmottagningsmodul 14 och en första processor 10. Nämnda primära kretskort 1 är vidare kopplat till en fast strömförsörjning 5 och anordnat i en dörrkarm. Figur 2 visar ett blockschema över ett sekundärt kretskort 2 som innefattar en sekundär spole 4, ett andra drivsteg 21, en andra kommunikationsmodul 22, en andra pulsmottagningsmodul 23 och en andra processor 20. Nämnda sekundära kretskort 2 är vidare kopplat till en cell 6 såsom ett batteri eller en kondensator och det sekundära kretskortet 2 är anordnat i en dörr.

Nedan följer en mer detaljerad beskrivning av vad en del av de olika delarna i de två kretskorten 1, 2 innefattar, men det ska förstås att även andra varianter är möjliga utan att förta det elektriska låsets funktion.

Både den första och den andra processorn 10, 20 har företrädesvis inbyggda hårdvarufunktioner såsom Timers, UART etc. för att spara utrymme på det primära och sekundära kretskortet 1, 2 och för att reducera kostnader.

Den första och den andra kommunikationsmodulen 12, 22 innefattar ett kretssystem av standardtyp för att modulera och demodulera bitströmmar, exempelvis RS232. Kommunikationsmodulen 12, 22 kan vara integrerad i processorn 10, 20.

Det första och det andra drivsteget 11,21 innefattar i sin grundform N-kanals MosFET, mosfet driver IC, kondensatorer och resistorer för att driva strömmen på den genererande bärarfrekvensen genom den primära och sekundära spolen 3, 4 för att skapa ett magnetfält.

Den första och den andra pulsmottagningsmodulen 14, 23 innefattar helvågs schottkylikriktare, kondensatorer, resistorer, optokopplare/transistor för att hantera energin som nämnda primära och sekundära spole 3, 4 tar upp.

Det primära 1 och det sekundära 2 kretskortet innefattar även en diodbrygga (visas ej) vilken diodbrygga gör om växelström till likström. Före diodbryggan plockas de överförda pulserna för kommunikationen ut i den första alternativt i den andra kommunikationsmodulen 12, 22. Annars förstörs kommunikationspulserna vid likriktningen.

Med hänvisning till figur 3, 4 och 5 skall nu beskrivas hur låsanordningen enligt uppfinningen kan anordnas i en dörr. Utförandet beskriver ett föredraget utförande och andra sätt att arrangera anordningarna enligt uppfinningen är givetvis tänkbara inom ramen för uppfinningstanken.

I figur 3 och 4 visas två samverkande låsinsatser 7, 8 vilka arrangeras i en dörr respektive en dörrkarm. Låsinsatsema är lika till utseendet och arrangerade spegelvända mot varandra. Nedanstående beskrivning avser således båda låsinsatsema 7, 8 även om hänvisning stundtals görs till den låsinsats som är dörrmonterade alternativt karmmonterad. I de fall en specifik låsinsats avses används benämningen primär låsinsats 7 respektive sekundär låsinsats 8 medan referens till en låsinsats således avser vilken som helst av de båda.

Låsinsatsen 7, 8 har företrädesvis samma form som ett konventionellt låsbleck 9 (se Fig. 5) dvs, långsträckt och med en plan framsida, vilket gör det enkelt för en låssmed som har färdiga fräsverktyg att fräsa ut ett hål i en dörr/dörrkarm avpassat för nämnda låsinsats 7, 8 för försänkt montering av låsinsatsen.

I figur 4 ses framsidan av en låsinsats i en perspektiwy. Låsinsatsen 7, 8 innefattar ett monteringsbleck 73, 83 med monteringshål 72, 82 för t.ex. skruvar i vardera ände. Monteringsbleckets 73, 83 främre/yttre sida löper i liv med dörrkarmen när låsinsatsen 7, 8 är anordnad i dörren 90/dörrkarmen 91.

Baksidan av låsinsatsen 7, 8 ses bäst i figur 3. På monteringsbleckets bakre/inre sida 71, 81 finns en företrädesvis långsträckt utskjutande sektion 74, 84 runt vilken spolen 3, 4 är lindad. Spolen 3, 4 är för den applikation som beskrivs här nedan företrädesvis uppbyggd av koppartråd med en diameter av 0,6 mm som lindats 16 varv runt upphöjningen 74, 84. Spolen har en längd av 112 mm, en höjd av 16 mm och en bredd av 5 mm. Den primära spolen 3 i den primära låsinsatsen 7 och den sekundära spolen 4 i den sekundära låsinsatsen 8 är lindade exakt likadant och avstämda så att de är i resonans med varandra, dvs storlek, antal varv, tjocklek på tråd samt resistans och kapacitans i tråden är lika. Låsinsatsen 7, 8 innefattar vidare det primära respektive sekundära kretskortet 1, 2 till vilket den primära respektive sekundära spolen 3, 4 är kopplad. Kretskortet 1, 2 är företrädesvis anordnat på den utskjutande sektionens plana del 75, 85. För att skydda spolen 3, 4 och kretskortet 1, 2 innefattar låsinsatsen 7, 8 företrädesvis ett hölje som kan anordnas omkring upphöjningen 74, 84 och dess delar (visas ej).

Figur 5 visar schematiskt ett elektriskt lås enligt uppfinningen monterat i dörr 90 och dörrkarm 91. Vid montering fräses hål för låsinsatsema 7, 8 i dörr 90 respektive dörrkarm 91 och den sekundära låsinsatsen 8 kopplas via exempelvis en liten kanal till låset i dörren. Den primära låsinsatsen 7 kopplas till en fast strömförsörjning 5 anordnad i anslutning till dörrkarmen eller dess närhet. De båda låsinsatsema 7, 8 anordnas huvudsakligen mitt emot varandra och spegelvända med företrädesvis en luftspalt sig emellan på max 30 mm när dörren är stängd. Den primära låsinsatsen 7 innefattar företrädesvis en magnet som känner av när dörren är stängd (visas ej).

Funktionen hos det elektriska låset skall nu beskrivas med hänvisning till de båda kretsscheman som visas i figur 1 och 2.1 figurerna representerar pilarna elektriska signaler (så kallade pulståg) som skickas mellan de olika komponentemas utgångar respektive ingångar och pilarna anger den riktning vilken signalen går. Vidare symboliserar en heldragen pil kommando/energiöverföring initierad av den primära processorn 10 medan en streckad pil symboliserar kommando/energiöverföring initierad av den sekundära processorn 20. Streckade pilar kan även sägas symbolisera standbyläge.

Det primära kretskortet 1 (se figur 1) i dörrkarmen 91 har förutom att sända/ta emot data, till uppgift att generera ett pulståg C som skickas till den primära spolen 3 för att skapa ett magnetfält som induktivt överför energi och data till den sekundära spolen 4 i dörren 90. Det sekundära kretskortet 2 har till uppgift att konvertera den induktivt genererade signalen från den sekundära spolen 4 till data och energi och behandla och svara på den data som överförs.

Den första processorn 10 genererar en pulsbreddsmodulerad signal B avsedd för energiöverföring till en första ingång b på ett första drivsteg 11 samt avsedd som bärvåg för datakommunikationen. Den pulsbreddsmodulerade signalen B är en DC spänning och har företrädesvis en fast frekvens med en spänningsamplitud avstämd mot den primära spolens 3 karakteristik (i det här fallet 12 V DC). Processorn 10 sänder även ett pulståg A som är avsett för datakommunikation till en första ingång a hos en pulsbreddsmodul 13, eventuellt via en extern kommunikationsmodul 12 för modifiering av pulståget A från parallell- till seriekommunikation ifall en sådan enhet inte är integrerad i processorn 10. Parallellt med pulståget A sänds även en bypass-signal A' från processorn till en andra ingång a' hos pulsbreddsmodulen 13 som är överordnad pulståget A så att en utgående signal A" från pulsbreddsmodulen 13 till en andra ingång a" på det första drivsteget 11 anpassas för att åstadkomma olika driftfall hos låsanordningen (se figur 6 samt beskrivning av olika driftfall längre fram). Den utgående signalen A" från pulsbreddsmodulen 13 används för styrning (på/av) av det första drivstegets 11 utgång till den primära spolen 3 i en frekvens som bestäms av datakommunikationen och därför varierar kontinuerligt. Från det första drivstegets utgång sänds en magnetfältsinducerande signal/ett pulståg C till den primära spolen 3 som är ett resultat av signalen A" från pulsbreddsmodulens 13 påverkan på den pulsbreddsmodulerade signalen B från processorn 10.1 den primära spolen 3 genereras ett magnetfält vars styrka bestäms av strömmen som skickas genom spolen från den fasta strömanslutningen 5 och pulstågets C frekvens. Signalen som överförs från den primära spolen är en simulerad AC-spänning.

Den inducerade signalen D tas ut i vardera ände av den sekundära spolen 4 och skickas till varsin ingång på en andra pulsmottagningsmodul 23 på det sekundära kretskortet 2.1 den pulsmottagande modulen 23 likriktas och anpassas spänningsnivån hos signalen D. Från pulsmottagningsmodulen 23 skickas ett pulståg E som är avsett för datakommunikation till den andra processorn 20, eventuellt via en extern sekundär kommunikationsmodul 22 för modifiering av pulståget E från serie- till parallellkommunikation ifall en sådan enhet inte är integrerad i processorn 20. Från den andra pulsmottagningsmodulen 23 tas även ut induktiv energi för laddning av en elektrisk cell 6, vilken kan vara ett batteri men företrädesvis en kondensator för drivning av komponenterna i det andra kretskortet 2.

Det sekundära kretskortet 2 har på dess sekundära spoles 4 anslutningar kopplat sin mottagande andra kommunikationsmodul 22 för att kunna ta emot den kommunikation som genereras induktivt av det primära kretskortet 1 samtidigt som den induktiva energin i sin tur laddar den cell 6 som är kopplat till det sekundära kretskortet 2. För att det sekundära kretskortet 2 ska kunna svara på den data som inkommit från det primära kretskortet 1 så är ett andra drivsteg 21 och en andra processor 20 kopplat precis som det primära kretskortet 1 och för att det primära kretskortet 1 ska kunna mottaga data så är det kopplat som det sekundära kretskortet 2 med undantag av cellen 6. Vid detta förfarande kan man alltså ladda och kommunicera mellan det primära 1 och det sekundära 2 kretskortet induktivt via respektive spole 3,4. Den andra processorn 20 genererar två signaler som är kopplade till ett andra drivsteg 21. Dels en pulsbreddsmodulerad signal F avsedd som bärvåg för datakommunikationen och dels ett pulståg G, via den andra kommunikationsmodulen 22, avsett för datakommunikationen som används för styrning av det andra drivstegets 21 utgång för modulering av svarssignalen H som via den sekundära spolen 4 överförs till det primära kretskortet 1. För att det primära kretskortet 1 ska kunna ta emot data finns en första pulsmottagande pulsbreddsmodul 14 som på motsvarande sätt som hos det sekundära kretskortet 2 tar emot signalen H från den primära spolens 3 båda ändar. Den första pulsmottagande pulsbreddsmodulen 14 likriktar signalen H och sänder den vidare till den första processorn 10 via den första kommunikationsmodulen 12. Signalen H från det sekundära kretskortet 2 syftar enbart till att överföra datakommunikation och därför kan energin i denna signal hållas på en låg nivå. Detta innebär att det räcker med mycket liten kapacitet på den elektriska cellen 6 i det sekundära kretskortet. Utöver det skall cellen 6 ha kapacitet för att manövrera låset under en dörröppning. Vidare innebär detta att kontroll av eventuella intrång underlättas eftersom en liten påverkan av dörren/låset medför att svarssignalen från det sekundära kretskortet 2 störs vilket blir en triggersignal om intrång.

Vid detta förfarande kan man alltså induktivt via respektive spole 3, 4 skicka kommunikation mellan det primära 1 och det sekundära 2 kretskortet samtidigt som det sekundära kretskortet 2 laddas med elektrisk energi.

Med hänvisning till figur 6, 7 och 8 skall nu några olika driftfall beskrivas.

Som nämnts ovan genererar den första processorn 10 en pulsbreddsmodulerad signal B avsedd för energiöverföring till en första ingång b på ett första drivsteg 11. Allmänt kan sägas om energiöverföring med hjälp av pulsbreddsmodulering (PWM) att pulståget B som genereras är en fyrkantsvåg som består av en del där pulsen är hög, PÅ, och en del där pulsen är låg, AV. Effekten hos den pulsbreddsmodulerade signalen B kan ökas eller minskas genom att variera fördelningen mellan PÅ och AV, dvs tillslagstiden (eng. duty cycle) och ju mer man ökar andelen PÅ desto högre effekt fås hos pulståget. Om till exempel 10% PÅ och 90% AV fås en liten effekt medan om 100% PÅ fås full effekt.

Energiöverföring kombinerad med datakommunikation Genom sitt utvecklingsarbete har sökanden utvecklat ett lås där det blivit möjligt att kombinera induktiv överföring av energi med datakommunikation, vilket såvitt sökande känner till inte gjorts tidigare. För att överföring av energi samt data ska fungera så används en fast frekvens och med en spänningsamplitud som är avstämd mot den primära 3 och sekundära 4 spolen så att de båda spolarna 3, 4 går i resonans med varandra. Härigenom fås en hög verkningsgrad/överföringsfunktion vilket inte kan fås om olika frekvenser används. Vid 50% PÅ och 50% AV fås mest laddning kontra bäst hastighet och bäst räckvidd för kommunikation/dataöverföring. Vid 50% PÅ och 50% AV fås ett pulståg B till det första drivstegets 11 första ingång b där varje puls består av en delpuls på 50%> PÅ och en delpuls på 50%> AV. Den pulsbreddsmodulerade signalen B är i detta fall en DC spänning på 230 kHz, 12 V DC. Ändras spolarna karakteristik så att resonans i spolarna uppkommer vid en högre frekvens medför det att man kan öka hastigheten på dataöveröfringen.

Den pulsbreddsmodulerade signalen B är hela tiden underordnad signalen från den första pulsbreddsmodul 13, dvs. pulståget A" vilket medför att den pulsbreddsmodulerade signalen B moduleras ytterligare av det kommunicerande pulståget A'' så att den utgående signalen C från det första drivsteget 11 har ett utseende som består av ett pulståg med ett utseende enligt A'' men där PÅ-pulserna dessutom har en 50/50 karakteristik enligt signalen B.

Pulståget A" är i sin tur ett resultat av den eventuella moduleringen från bypass-signalen A'av datakommunikationssignalen A. I det fall att man önskar överföra energi och data sätts bypass-signalen A' naturligt låg i en andra 130 av två seriekopplade transistorer i pulsbreddsmodulen 13 varvid datakommunikationssignalen A går opåverkad genom den första pulsbreddsmodulen 13 via den första 131 av de två seriekopplade transistorena (se figur 6). Det utgående pulståget A" är således identiskt med datakommunikationssignalen A, dvs. vid dataöverföring är A = A" vilket visas i figur 7 där pulståget A modulerats för att skicka datainformation (pulståget som visas motsvarar ett tecken, t.ex. en bokstav), och där den utgående signalen C har samma karakteristik men respektive PÅ-puls i pulståget har 5 0/5 O-karakteristik enligt signalen B.

I figur 9 ses schematiskt en mer detaljerad figur över den första pulsbreddsmodulen 13 vilken innefattar nämnda första transistor 131 (som är en NPN-transistor) och nämnda andra transistor 130 (som är en PNP-transistor) samt 5 stycken resistorer Rl, R2, R3, R4, R5. Resistorns R2 placering är beroende på fabrikat och typ av "Mosfet Driver IC". I det visade exemplet används en MCP14E4, med weak pull-up på enbart enable-benet, från Microchip. Resistorn R2 hjälper "Mosfet Driver IC" att gå hög, eftersom det interna motståndet kopplat till plus-spänningen inte självt orkar dra enable-benet hög% när den andra PNP-transistorn 130 är stängd. Värdena på motstånden Rl, R2, R3, R4, R5 dimensioneras utefter egenskaperna på de båda transistorerna 131 och 130 samt 'Mosfet Driver IC, och egenskaperna i sig skiljer mellan fabrikat och modellnummer och därför kan även motståndsvärdena variera. För en fackman är deras placering uppenbar. Merparten av dem är rena pull-up/pull-down och resterande är seriemotstånd (R4,R5) som begränsar strömmen till basen på transistorerna 130, 131.

Som beskrivs ovan, i det fall man önskar överföra energi och data, sätts bypass-signalen A' i lågt tillstånd vilket då tillåter ström flyta genom den andra transistorn 130 från emitter till kollektor. Den första transistorn 131 styrs av datakommunikationssignalen A, så när datakommunikationssignalen A är hög (PÅ) flyter ström även genom den första transistorn 131, från kollektor till emitter. Eftersom den första transistorns 131 emitter är kopplad till gemensam jord/O V med den andra transistorn 130 kommer det första drivstegets andra ingång a" dras låg varje gång datakommunikationssignalen A är hög (PÅ) och stänger därmed det första drivstegets utgång c. Däremot varje gång datakommunikationssignalen A är låg (AV) dras det första drivstegets andra ingång a'' hög eftersom ingen koppling då finns till gemensam jord/0 V. Detta resulterar i att det första drivstegets 11 andra ingång a" dras hög av resistorn R2 varpå den pulsbreddsmodulerade signalen B som går in på det första drivstegets första ingång b även går ut på det första drivstegets utgång c. På detta vis styr datakommunikationssignalen A över den utgående signalen A'' från den första pulsbreddsmodulen 13 via den första 131 och den andra 130 transistorn och den utgående signalen C från det första drivsteget 11 är då underordnad datakommunikationssignalen A.

Vid datakommunikation moduleras således den pulsbreddsmodulerade signalen B av pulståget A'' med den hastighet som pulståget A'' har. Den pulsbreddsmodulerade signalen B har alltså alltid en bärfrekvens på 50% PÅ och 50% AV men sedan moduleras signalen B ytterligare av signalen A" i och med att signalen A" styr det första drivstegets 11 utgång c till spolen 3. Om data skickas så fås fler pulståg med 50/50% och om lite data skickas så fås färre pulståg med 50/50% vilket innebär att ju mer data som skickas desto mer energi kan överföras. Energiöverföringen är således i viss mån proportionerlig mot mängden data som överförs. Därutöver är energiöverföringen även proportionerlig mot aktuell data i och med att respektive tecken har olika konfiguration av PÅ-pulser respektive AV-pulser. Signalen C har en karakteristik av 50/50 i PÅ-pulserna men på grund av de båda spolarnas karakteristik, (spolens induktans tillsammans med en kondensator som sitter parallellt över spolen, sk.

LC-koppling eller resonanskrets) fås en signal D från den sekundära spolen 4 där 50/50-karaktäristiken eliminerats så att signalen D i allt väsentligt liknar signalen A i driftfallet energiöverföring och datakommunikation, dvs D~A (enligt figur 7) eller liknar signalen A', dvs D~A' i driftfallet snabbladdning.

Snabbladdning Efter en öppning av en dörr som har ett elektriskt lås enligt uppfinningen så körs en snabbladdning av cellen 6 och då körs 100% PÅ (i detta beskrivna exempel ca 5 s), alltså ingen data skickas då till den primära spolen 3. För att kunna ha möjligheten att snabbladda cellen 6, bypassas datakommunikationen A av signalen A' i den första överföra energi sätts bypass-signalen A' naturligt hög varvid datakommunikations-signalens A låga delpulser AV "försvinner" och ersätts med PÅ-pulser i den andra transistorn, dvs A" = A'. Det utgående pulståget A" blir identiskt med bypass-signalen A', dvs 100% PÅ, vilket visas i figur 8.1 det fall då ingen datakommunikation äger rum får signalen C till den primära spolen 3 en effekt motsvarade 50% PÅ och 50% AV, se figur 8. Detta driftläge är företrädesvis enbart aktuellt då man önskar snabbladda cellen 6 i det sekundära kretskortet 2, medan datakommunikation företrädesvis sker kontinuerligt all annan tid, bl.a. i syfte att underhållsladda cellen 6 men också för att övervaka driften på låset och tillse att intrångsförsök/manipulation inte äger rum mellan perioder av normal datakommunikation i syfte att låsa/låsa upp låset.

Med hänvisning till figur 9 så stängs den andra transistorn 130 vid snabbladdning då bypass-signalen A' är hög så ingen ström går från emitter till kollektor i den andra transistorn 130. Detta resulterar i att det första drivstegets andra ingång a" lämnas flytande och tolkas internt i det första drivsteget 11 som hög varpå den pulsbreddsmodulerade signalen B som går in på det första drivstegets första ingång b även går ut på det första drivstegets utgång c. I detta läge kan alltså inte datakommunikationssignalen A styra det första drivstegets andra ingång a" och den utgående signalen C från det första drivsteget 11 ser ut som den pulsbreddsmodulerade signalen B.

Det elektriska låset innefattar en magnet som känner av när dörren är stängd och så fort dörren är stängd skickas kommunikation kontinuerligt, förutom vid snabbladdning, för att upptäcka eventuell manipulation. Data som överförs kan vara vad som helst t.ex. information om vad som händer i dörren, kolvarnas läge, är dörren stängd mm. Datainformationen som överförs mellan de båda spolarna 3, 4 är krypterad och själva kodningen sker i den första 10 eller den andra 20 processorn via en krypteringsnyckel som finns i de båda processorerna 10, 20. Själva krypteringsnyckeln skickas alltså inte med utan data skickas kodad och avkodas sedan i mottagande processor 10, 20.1 labskala har man kunnat göra tester med en magnet i låsinsatsen utan att märka av någon nämnvärd inverkan av magneten, men skulle det visa sig att det sänker effekten märkbart inses att låsinsatsen görs längre så att avståndet mellan magneten och spolen ökas.

Kommunikation mellan det primära 1 och sekundära 2 kretskortet sker regelbundet enligt sk. "master slave polling" system. Det primära kretskortet 1 (master) kommer skicka data till sekundära kretskortet 2, (slave), och sekundära kretskortet 2 svarar endast när det primära kretskortet 1 kräver så. När sekundära kretskortet 2 ska svara avgörs beroende på typen av meddelande ex: primära kretskortet 1 skickar "behöver du snabbladdning" och när sekundära kretskortet 2 tar emot detta så är den programmerad till att svara. Samtidigt vet primära kretskortet 1 att det bör få svar av sekundära kretskortet 2 och stänger därmed av all laddning för att kollisioner inte ska uppstå. När primära kretskortet 1 fått svar så återgår denna till, beroende på svaret, snabbladdning eller att skicka oviktig data för att på så sätt åstadkomma underhållsladdning.

Laddnings- och kommunikationsenheten enligt uppfinningen ger möjlighet att på ett enkelt sätt få information om att någon försöker manipulera låset (intrång). Genom att regelbundet skicka information om spänningsnivåerna i det sekundära kretskortet 2 kan enheten detektera spänningsförändringar om t.ex. någon sätter en plåtbit i luftspalten mellan det primära 1 och det sekundära 2 kretskortet i och med att plåtbiten stjäl magnetfält. Då måste det elektriska låset köra vissa pulser med snabbladdning för eftersom plåten stjäl magnetfält måste snabbladdning köras för att bibehålla laddningen, i detta beskrivna exempel 5 V i cellen 6, så att cellen 6 inte laddas ur, vilket triggar en larmsignal.

Den första pulsmottagningsmodulen 14 på det primära kretskortet 1 är i regel i standbyläge för att undvika kollisioner och fel och kopplas bara in när data tas emot från den sekundära spolen 4.

När det elektriska låset är i funktion och det sekundära kretskortet 2 har fått en giltig signal för dörröppning så kan dörren öppnas. Vid öppning av dörren dras energi från cellen 6 och i det beskrivna exemplet klarar cellen 6 en dörröppning (dvs. reglera mekaniken som medger öppning och låsning av låset) för att sedan när dörren åter stängs laddas upp genom att en snabbladdning körs. När snabbladdningen är klar så börjar även data att överföras och samtidigt så underhållsladdas cellen 6. När kontakten mellan dörr och dörrkarm bryts (efter att ha fått en giltig öppningssignal) så stängs allting av för att spara på energi och när exempelvis en magnet känner av att dörren åter är stängd så körs en snabbladdning, i detta fall på ca 5s, och sedan går dörren att öppna igen. Snabbladdningsfunktionen är en viktig del eftersom det är den uppladdade cellen 6 som driver låset. Snabbladdningsfunktionen möjliggörs tack vare användningen av en kondensator och tack vare användningen av en kondensator fås en längre livslängd på cellen 6 och en stabilare drift.

Avståndet mellan det primära 1 och det sekundära 2 kretskortet är fördelaktigt max 30 mm för bäst resultat av den induktiva överföringen. Skulle något komma emellan som stör magnetfältet går larm så manipulation av låset är extremt svårt för så fort kommunikationen mellan de båda kretskorten 1, 2 bryts så går ett larm. Endast vid rätt öppningssignal är det möjligt att öppna dörren och kodad dataöverföring i lås är ett krav som kommer mer och mer.

Det ska förstås att spänningsintervallet för hög eller låg signal är beroende på vilka spänningar som arbetas med internt på kretskortet, vilket gör att spänningsnivån för hög respektive låg därför kan varieras beroende på IC-kretsar, regulatorer mm.

ALTERNATIVA UTFÖRINGSFORMER Uppfinningen begränsas inte av vad som ovan beskrivits, utan kan varieras inom ramarna för de efterföljande patentkraven. Det inses exempelvis att den primära 7 och den sekundära 8 låsinsatsen kan ha andra former än vad som beskrivits här exempelvis så kan låsinsatserna vara längre och därmed kan spolarna lindas så att de blir längre och därigenom överföra mer energi.

Vidare inser fackmannen att de olika komponenterna kan ha alternativa placeringar än vad som visas i figurerna och värdena på motstånden dimensioneras utefter egenskaperna på transistorerna utan att för den skull förta uppfinningstanken.

I det beskrivna elektriska låset används företrädesvis ett eltryckeslås som låser dörren när dörren slår igen. Skulle en dörr med det elektriska låset enligt uppfinningen stå öppen en hel dag så att cellen 6 helt laddas ur påbörjas en snabbladdning så fort dörren slagit igen, första gången ett lås enligt uppfinningen tas i bruk eller om cellen 6 helt har urladdats behövs en snabbladdning på ca 13 s innan låset åter kan börja användas. Det här är en stor fördel som gör det fördelaktigt att nyttja detta lås på öde eller sällan besökta platser som kanske även är utsatta för fukt och kyla t.ex. en mast. Om det då är installerat ett lås enligt uppfinningen vid masten så är en möjlighet att den del som sitter i dörrkarmen finns i en handenhet som den tekniker som behöver tillgång till masten har med sig. Handenheten placeras då mot låset så att resonans mellan spolen i låset och spolen i handenheten uppstår och snabbladdar den tid som behövs för att föra över tillräckligt med energi till låsets cell för att kunna öppna låset (i det beskrivna exemplet ca 13 s). Då krävs inga batterier eller nycklar för att ta sig in och att manipulera låset för en utomstående är inte helt enkelt då både kryptering och resonans måste uppnås.

Fackmannen inser även att på ställen där det kan vara svårt att byta batterier eller där det inte är möjligt att ha kabel så är det mycket fördelaktigt med ett lås enligt uppfinningen. Ännu en alternativ utföringsform är att vid handtaget placera någon form av hölje som inrymmer spolen längs med ytterkanten i höljet så vid stängd dörr är spolen placerad mitt emot dörrkarmen där den andra spolen är placerad. Övriga delar av låset är då placerat inuti kåpan och vid denna utföringsform behövs ingen åverkan av dörr alls. Det är även mycket fördelaktigt att koppla ihop det elektriska låset med ett passersystem så är man säker på att bara behörig personal kan låsa upp.

Det inses även att istället för en magnet skulle någon annan form av sensormekanism kunna användas t.ex. optisk eller mekanisk.

Fackmannen inser även att en alternativ utföringsform kan vara att det elektriska låset innefattar uppladdningsbara batterier vilket dock inte ger samma fördelar som användning av kondensatorer.

Claims (12)

1. Laddnings- och kommunikationsenhet innefattande ett primärt kretskort (1) och ett sekundärt kretskort (2), vilka kretskort (1, 2) är anordnade i varsin del av två samverkande delar (90, 91) i en anordning, vilka delar (90, 91) är inbördes rörligt anordnade sinsemellan, där en första del (91) är strömförsörjd av extern källa medan en andra del (90) är induktivt strömförsörjd via nämnda första del (91), att nämnda primära kretskort (1) samverkar med en primär spole (3) och nämnda sekundära kretskort (2) samverkar med en sekundär spole (4) för induktiv överföring av elektrisk energi mellan kretskorten (1,2) via nämnda primära (3) och sekundära spole ( 4) , varvid nämnda primära (3) och sekundära spole (4) även är anordnade att induktivt överföra datakommunikation mellan nämnda kretskort (1,2), kännetecknat av att nämnda primära kretskort (1) vidare innefattar ett första drivsteg (11), samt en första pulsbreddsmodul (13) och en första processor (10) för generering av ett pulståg (C) innefattande elektrisk energi och data till den primära spolen (3) samt mottagande av en svarssignal (H) innefattande data från den sekundära spolen (4), och att nämnda sekundära kretskort (2) vidare innefattar ett andra drivsteg (21), en andra pulsbreddsmodul (23) och en andra processor (20) för mottagande av en inducerad signal (D) innefattande elektrisk energi och data från den andra spolen (4) samt generering av nämnda svarssignal (H), där pulståget (C) är ett resultat av en styrsignals (A"), från den första pulsbreddsmodulen (13) , påverkan på en pulsbreddsmodulerad signal (B) med en tillslagstid (PÄ/AV, eng. duty cycle) av 50/50 avsedd för energiöverföring samt bärvåg för datakommunikationen från processorn (10), där styrsignalen (A") i sin tur är ett resultat av den eventuella moduleringen från en bypassignal (A') av en datakommunikationssignal (A) från den första processorn (10), samt att vid snabbladdning av en cell (6) i det sekundära kretskortet (2) är det utgående pulståget (A") identiskt med bypass-signalen (A'), dvs. vid enbart energiöverföring är A" = A', och den utgående signalen (C) är identisk med den pulsbreddsmodulerade signalen (B) från processorn (10).

2. Laddnings- och kommunikationsenhet enligt krav 1, kännetecknat av att den elektriska energin i den inducerade signalen (D) driver komponenterna i det sekundära kretskortet (2) samt att en delmängd av energin lagras i cellen (6), för användning vid generering av svarssignalen (H) samt eventuell manövrering av mekaniska komponenter i den andra delen (90).

3. Laddnings- och kommunikationsenhet enligt krav 2, kännetecknat av att nämnda cell (6) är en kondensator.

4. Laddnings- och kommunikationsenhet enligt krav 1, kännetecknat av att den första pulsbreddsmodulen (13) innefattar två seriekopplade transistorer (130, 131), där den första transistorn (131) är en NPN-transistor och styrs av datakommunikationssignalen (A) från kretskortet (10), där den andra transistorn (130) är en PNP-transistor och styrs av bypass-signalen (A') från processorn (10).

5. Laddnings- och kommunikationsenhet enligt krav 1, kännetecknat av att styrsignalen (A") styr det första drivstegets (11) utgång (c) till den primära spolen (3) varmed den pulsbreddsmodulerade signalen (B) från processorn moduleras ytterligare via styrsignalens (A") påverkan på utgången (c).

6. Laddnings- och kommunikationsenhet enligt krav 1, kännetecknat av att vid överföring av energi och data är det utgående pulståget (A'') identiskt med datakommunikationssignalen (A), dvs. vid energi- och dataöverföring är A" = A, och den utgående signalen (C) har samma karakteristik som datakommunikationssignalen (A) men med en tillslagstid av 50/50 i PÅ-pulserna enligt karaktäristiken i den pulsbreddsmodulerade signalen (B) från processorn (10).

7. Laddnings- och kommunikationsenhet enligt krav 5 eller 6, kännetecknat av att de båda spolarnas (3, 4) karakteristik inverkar på signalen (C) vid överföringen dem emellan så att en inducerad signal (D) från den sekundära spolen (4) till kretskortet (2) har en karakteristik där 5 0/5 O-karakteristiken i PÅ-pulserna eliminerats så att den inducerade signalen (D) är en simulerad AC-spänning som i allt väsentligt liknar signalen (A) i driftfallet energiöverföring och datakommunikation, dvs. D~ A eller liknar signalen A', dvs D~ A' i driftfallet snabbladdning.

8. Laddnings- och kommunikationsenhet enligt krav 7, kännetecknat av att den inducerade signalen (D) tas ut i vardera änden av den sekundära spolen (4) och skickas till varsin ingång på en andra pulsmottagningsmodul (23) på det sekundära kretskortet (2), där spänningsnivån hos den inducerade signalen (D) likriktas och anpassas och sänds vidare i form av ett pulståg E avsett för datakommunikation till den andra processorn 20 och där en delmängd av energin i signalen (D) sänds från den andra pulsmottagningsmodulen (23) till cellen (6).

9. Laddnings- och kommunikationsenhet enligt något av ovanstående krav, kännetecknat av att nämnda datakommunikation är kodad.

10. Elektriskt lås kännetecknat av att det innefattar en laddnings- och kommunikationsenhet enligt något av kraven 1-9.

11. Elektriskt lås enligt krav 10 kännetecknat av att nämnda primära kretskort (1) och primära spole (3) är anordnade i en första låsinsats i en dörrkarm (91), och att nämnda sekundära kretskort (2) och sekundära spole (4) är anordnade i en andra låsinsats i en dörr (90), där låsinsatsema är anordnade i huvudsak mitt emot varandra med en luftspalt sig emellan på företrädesvis max 30 mm när dörren är stängd, samt innefattar företrädesvis en magnet som känner av när dörren är stängd.

12. Metod att driva och ladda ett elektriskt lås i en dörr enligt krav 1-11 där metoden innefattar följande steg: a) detektering via en sensor om att dörren är öppen eller stängd, b) då dörren stängts, snabbladdning av cellen (6), varvid det utgående pulståget (A") vid snabbladdning av cellen (6) i det sekundära kretskortet (2) är identiskt med bypass-signalen (A'), dvs. vid enbart energiöverföring är A" = A', och den utgående signalen (C) är identisk med den pulsbreddsmodulerade signalen (B) från processorn (10)följt av c) energi- och dataöverföring mellan kretskorten (1,2) via spolarna (3, 4), under upprepad detektering av dörrens läge enligt steg a), samt företrädesvis även d) sändning av information av spänningsnivåema i det sekundära kretskortet (2) i syfte att vid spänningsfall indikera manipulation av det elektriska låset, samt i ett sådan t läge, e) sändning av larmsignal.