用于电子锁和钥匙系统 的欧式圆柱型组件 本专利申请为同在审理中的申请号为No.596,210、发明人为KN SinghChhatwal的专利申请的部分继续申请，该申请的申请日为1990年10月11日，题目为“电子锁和钥匙系统”，该申请已转让给本申请的受让人，其公开的内容包含在本申请中。
本发明一般涉及电子锁和钥匙系统，特别涉及一新颖的且其结构作出改进的电子锁，这种锁在本行业中通常称为“欧式圆柱(Eurocylinder)”型锁。
在本人的上述同在审理中的美国专利申请No.596,210中，说明了一种电子锁和钥匙系统，其中，锁和钥匙装置各装有机载智能(其本身的控制处理器)，锁和钥匙都由锁供电，并且用保密双向光(红外线)通信链路进行锁与钥匙之间的通信。本人的上述同在审理中的申请所述的锁和钥匙部件特别适用的一种电子锁和钥匙系统的实例可见C.Malinowski等人地同在审理中的专利申请No.843,988，该申请为专利申请No.596,100的继续申请，其申请日为1990年10月11日，已转让给本申请的受让人，其公开的内容包括在本申请中。但应看到，这样一种锁和钥匙系统的硬件结构不限于某一种特殊应用场合，而是要可使用于种种壳体结构中。
希望把这类具有改进的新功能的电子锁和钥匙系统广泛应用于在整个欧洲的住房、办公室和宾馆中流行的“欧式圆柱型”设计中。按照“欧式圆柱型”标准，锁的硬件包括一装入锁体中的圆柱体或锁芯，而该锁体的形状和大小做成可装入欧式榫眼锁的标准尺寸的榫眼之类的支撑结构腔中。圆柱形锁芯和锁体安装成与该支撑结构(例如门的榫眼)齐平。锁芯的一端有一钥匙孔，而另一端有一开锁件(做成锁舌接合凸轮)。在开锁时，其齿形与锁钥匙孔的致动形状吻合的机械钥匙的片身插入钥匙孔中后转动钥匙，锁芯即随钥匙一起转动从而转动凸轮而操纵锁舌。
虽然本人上述申请所述电子锁和钥匙系统较之现有欧式圆柱型锁和钥匙装置在防盗性和通用性方面有很大改进，而希望用它来代替现有的机械设计，但该改进系统的用户遇到的一个问题是，它们的安装硬件结构作成只适合于欧式圆柱型锁，因此若要得到人们的广泛接受，任何改进必须符合该标准尺寸。
按照本发明，本人提出了一种具有本人的上述专利申请中所述的电子锁和钥匙的新颖特征的电子锁设计，但其外形与“欧式圆柱型”锁相符，从而无需改变用来安装现有机械锁的安装榫眼即可方便地更换欧式圆柱型机械锁。
为此，本发明包括一种改进的新颖锁结构，它由一导电(金属)欧式圆柱形锁体构成，从而可方便地装入标准的欧式圆柱型锁的榫眼中。该锁体的圆柱形部有一供可插入钥匙的圆柱形锁芯插入的纵向孔。当钥匙插入该锁芯的钥匙孔中后经电子装置确认而允许打开锁时，该锁芯可随钥匙一起转动。
锁芯的后端装有一锁舌接合凸轮。为了装放该凸轮，欧式圆柱型锁体的一细长锁体部有一腔从该圆柱形部的侧壁部延伸到其内表面一预定深度。所述孔前端的内表面上形成有一弧形凹座。接触件架的内表面上有一可供一固定金属接触件装放的凹座，该接触件用作一可平动触头与一软电路接头之间的导电界面，从而在该软电路与钥匙片身上的一被绝缘的接头之间形成一导电通路。
该欧式圆柱形锁体还包括一从一凹座底面处的平台部延伸的圆柱形腔，而所述凹座从所述细长曲线部的一表面延伸并用一盖盖住。该腔做成可插入一螺线管装置。该螺线管装置经一软电路供应励磁电流，所述软电路蜿蜒穿行在所述锁体的为此而设置的一通道中。一螺线管可动铁心可在一与该锁芯相交的孔中平动。该锁芯上有一孔，其大小做成可供该螺线管可动铁心沿着一与该螺线管的纵轴线在同一直线上的轴线插入。该铁心用一压缩弹簧偏置而在一般情况下防止锁芯转动。在螺线管绕组中通以励磁电流把该铁心从锁芯上的该孔中插出后方能转动锁芯。
锁体的细长部包括有一与所述凹座的平台部横交且与供锁芯插入的所述孔相交的附加孔。该附加孔与锁芯上的一对应孔在同一直线上。附加孔中设置有一被一压缩弹簧朝锁芯偏置的第一销，该销可沿着附加孔的轴线平动。该锁芯上的该对应孔为一穿过锁芯侧壁而到达钥匙孔一定深度的孔。该对应孔中有一第二销，其长度选定成：当钥匙插入钥匙孔中合适位置时，锁芯上的该对应孔与所述附加孔沿轴线对齐，而该第二销插入在钥匙片身的一槽口中。此外，该第二销的平头部与锁芯的外圆周面和所述第一销的一端面齐平。由于第二销的平头部与锁芯的外周面齐平，因此锁芯能转动。
当钥匙和锁芯从该对齐的插入位置转开时，钥匙无法抽出。仅当钥匙和锁芯转入该插入位置时钥匙方可抽出。第二销上顶与之对准的第一销而压缩所述压缩弹簧而使第二销升入锁芯上的所述孔中，从而在第二销全部从钥匙片身的所述槽口退出后抽出钥匙。当钥匙从钥匙孔中抽出后，第二销向下回落到由锁芯的所述孔的深度确定的位置。
锁体细长部的前端部包括有一可放置一光电通信器件的腔。该光电通信器件有一对分别插入在该光电通信器件的一端壁上的两孔中的光电传输和接收装置。这些模件可与钥匙把手部中的一光电通信器件的与其相互对准的光电接收/传输模件通信。与锁体的这些光电模件的电连接由软电路的各导电路线形成。
锁体的该光电通信器件的端壁的后表面与一腔相通，该腔的大小做成可插入所述软电路以及与软电路中各导线之一连接的一软导体电路连接件。该软电路用来传输锁中的电部件和电子部件所使用的电力和电通信信号。
为了防止盗贼破坏该锁，设置了其中塞入淬火钢销之类材料的若干辅助孔，从而使盗贼很难比方说钻动锁的前部而触及该锁的各部件。
锁芯上的钥匙孔从前部圆形表面到后部圆形表面延伸穿过该锁芯。钥匙孔中有常见的引导凸脊，钥匙上的相应沟槽必须与之相符。锁芯上还有一与钥匙孔横交的圆柱形槽。该槽中插入一绝缘触头衬套，该衬套有一球形外表面，其上伸出一对突耳，该对突耳嵌入钥匙孔一侧上形成的一槽道中而使该触头衬套插入在所述槽中。该触头衬套具有一从其外部球面延伸到一底壁的第一圆柱形孔和该底壁上形成的直径缩小的第二孔。
一导电帽配装在该触头衬套的第一孔中。该导电帽包括球形底部以及与该底部相连的圆柱形壁部。该帽的圆柱形壁部中装有一可平动的金属触头，它包括一球形突起部以及与之相连的一直径稍大的圆柱形底座部，该突起部穿过触头衬套的第二孔而稍稍露出在该衬套底壁的后表面之外。
该金属触头有一供一压缩弹簧的一端插入的孔，该弹簧的另一端座靠在球形导电帽的内表面上。所述锁芯槽、触头衬套、导电帽和金属触头的尺寸选定成：该金属触头的突起部不进入钥匙孔，从而当钥匙片身插入钥匙孔中时，该金属触头不接触导电钥匙片身。而是，穿过触头衬套所述孔而稍稍露出在外的金属触头的突起部与钥匙上的一突起接头接触而电连接，而该接头与钥匙片身的主体之间绝缘并在空间上偏移。因此，当钥匙插入钥匙孔中时，导电钥匙片身在钥匙孔中滑动，直到该钥匙片身全部插入，此时锁芯上的所述销插入钥匙片身的槽口中。在此位置上，所述突起接头克服金属触头压缩弹簧的偏置力而紧抵该触头，从而形成从所述突起接头经可平动触头到金属帽的导电通路。
金属帽球形底部的外表面抵靠嵌入在绝缘接触件架内表面的凹座中的固定金属接触件。在该绝缘接触件架内表面上的所述凹座与该绝缘接触件架弧形成外表面上的一凹座的圆形端部邻接。该凹座包括一从该圆形端部沿所述绝缘接触件架外表面延伸的细长部。该凹座的该细长部中装设一软电路的“正极电池”接头件。该软电路件的一端有一圆盘形接片牢牢地电粘接到绝缘接触件架上的所述接触件上。该软电路件的另一端与主软电路连接，从而经由该软电路形成一直通到钥匙片身上的被绝缘的突起接头的正极电池母线连接。因此，该软电路结构形成电池正极的引线，而锁的金属主体和导电的钥匙片身形成电池负极的引线(接地)。
图1和图2分别为本发明欧式圆柱型电子锁的侧视剖面示意图和正视图；
图3为图1欧式圆柱型锁内部的局部侧剖视图；
图4为本发明一实施例的欧式圆柱型锁的锁体的正视图；
图5为本发明一实施例的欧式圆柱型锁的锁体的侧视图；
图6为沿图4中线6-6剖取的本发明一实施例的欧式圆柱型锁的锁体的侧视剖视图；
图7为本发明一实施例的欧式圆柱型锁的锁体的平面图；
图8为沿图6中8-8线剖取的本发明一实施例的欧式圆柱型锁的锁体的侧视剖视图；
图9为用于图1欧式圆柱型电子锁的螺线管装置的侧视剖视图；
图10为图9螺线管装置的俯视图；
图11示出一止动销；
图12和13分别为用于图1壳体结构的螺线管203凹座的一盖的正视图和侧视图；
图14为图1中光电器件的正视图；
图15为图1中光电器件的侧视图；
图16为图1中光电器件的后视图；
图17为沿图16中17-17线剖取的图1中光电器件的侧视剖视图；
图18为沿图15中18-18线剖取的图1中光电器件的俯视剖视图；
图19示出一软电路；
图20为图1所示本发明一实施例的欧式圆柱型锁的圆柱形锁芯20的正视图；
图21为图1中锁芯20的俯视图；
图22为图1中锁芯20的后视图；
图23为图1中锁芯20的俯视图；
图24为沿图21中24-24线剖取的剖视图；
图25为沿图23中25-25线剖取的侧视剖视图；
图26为沿图23中26-26线剖取的剖视图；
图27-29分别为电子钥匙的左视、端视和右视图；
图30为图1欧式圆柱型锁的正视剖视图，示出锁芯的可动触头各部件；
图31和32分别为触头衬套的端视图和侧视剖视图；
图33和34分别为一金属帽的端视图和侧视剖视图；
图35和36分别为一金属触头的端视图和侧视剖视图；
图37和38分别为一固定接触件的侧视图和端视图；
图39为一接触件架的内部侧视图；
图40为图39接触件架的端视图；
图41为图39接触件架的外部侧视图；
图42为沿图39中42-42线剖取的接触件架的剖视图；
图43示出图39-42接触件架的软电路件。
图1和图2分别为本发明欧式圆柱型电子锁的内部侧视图和外部正视图；而图3-7详细示出下文欲说明的该锁的锁体部的结构。如图所示，该锁包括一欧式圆柱形导电(金属)壳体或锁体10，该锁体包括一圆柱形体部13以及从该圆柱形体部的一侧部伸出的一细长曲线部15。该圆柱形体部13有一第一纵向圆孔21可供一可插入钥匙的圆柱形锁芯插入，通过转动插入该锁芯上的钥匙孔中并经电子装置确认允许打开该锁的钥匙，可在该壳体的圆柱形体部13的孔21中转动该锁芯，这在下文说明。
特别是，如图1和图2所示，锁芯20有一钥匙孔25，图1中用30表示的一电子钥匙的片身在打开锁的过程中插入其第一端或前端27。该圆柱形锁芯的第二端或后端35上(比方说用传统离合固定件32)装有锁舌(deadbolt)接合凸轮33。为了装放凸轮33，锁体10有一第二空腔41，它从圆柱部13的侧壁部43以一定深度延伸到细长曲线部15中的内表面40处。当钥匙30转动锁芯20时，凸轮33也在空腔41中转动。从而接合一锁舌(未画出)以便打开该锁。
如图3和图4所详示，孔21前端内表面上形成有一周边呈矩形的弧形凹座34，该凹座中有一对安装孔38、42供下面结合图39-42所述的绝缘接触件架45的对应安装销插入。如下文说明的，接触件架45上有一矩形凹座46，铜铍合金件之类的固定金属接触件可嵌入其中而用作一可平动触头与一软电路(flex circuit)接头之间的导电界面，从而在该软电路与钥匙片身上的一绝缘接头之间形成一电路。
本发明欧式圆柱型锁体10还包括一从细长形曲线部15的底面部57延伸的一凹座55的底面处的平台部53上的第三圆孔51。在最后装配过程中，用图11和12详示、下文欲说明的一盖56盖住该凹座55。孔51与第一孔21连通且做成可供螺线管装置61插入。
如图9的侧视剖视图和图10的俯视图所示，螺线管装置61有一塑料圆柱形套管59，其中有一纵向孔62，外边套有绕组68。绕组68的励磁电流由一对大小和位置确定得可与下文欲说明的(图1中以91表示的)一软电路的相应连线电连接的电接头76、78提供。一用低磁阻磁性材料制成的可动铁心可在孔62中沿该孔的纵轴线65移动。轴线65与壳体的圆柱形体部13中的孔21相交。
如图1所示，孔51的底部有一直径减小的圆柱形孔71，其大小可供螺线管装置61的底部69插入。圆柱形锁芯20中有一孔72，其大小可供螺线管铁心63插入，其纵轴线75与螺线管的纵轴线65在一直线上。铁心63通常用一套在铁心63的一杆64上、装在铁心63后表面66与螺线管装置61的纵向圆柱形孔62的内部底面81之间的压缩弹簧机械偏置。
螺线管绕组68未通激励电流时，弹簧67通常把铁心63压入圆柱形锁芯20的孔72中，从而防止锁芯转动。锁芯20若要在孔21中转动，螺线管绕组68必须通以励磁电流以把铁心63从锁芯20的孔72中移出。
锁体10的细长部15还包括有一从凹座55的平台部53横向延伸并与孔21相交的第四圆柱形孔101。孔101的大小和位置做成与圆柱形体部13中的孔103对齐。孔101中有一圆柱形销105可沿孔101的轴线102平移，一位于图11所详示的一圆柱形止动销104与销105的底面116之间的压缩弹簧107把该销105压向供锁芯插入的孔21。止动销104的外圆柱面与孔101的直径大致相等，其外周面上滚花，以便紧紧压入孔101中。止动销104插入孔101中而使其底面108与凹座55的平台部53相齐。止动销104的底面108上伸出一接地杆110，其大小做成可插入软电路91的一对应孔中而用作接地并把软电路固定在该点上。
如前所述，凹座55用图12和13详示的一可卸下的盖56盖住，卸下该盖即可接近螺线管装置61、销105、113和软电路91。盖56有一半圆柱形壁201，其上伸出一对腿部203、205，可用螺钉等等把两腿部203、205固定在锁体10的相应槽213、215中，如图5、7和8所示，或者，也可把从光电通信器件140上伸出的一部分用作盖56。
如下文详述，锁芯20中有一其直径与孔101相同的孔111，该孔111延伸穿过锁芯20的圆柱形侧壁26到达钥匙孔25中预定深度。孔111中还有一销113。销113的长度选定成：当把钥匙在钥匙孔25中插入到图1所示合适位置时，锁芯20中的孔111在轴向上与细长体部15的孔101对齐，销113的圆头部121嵌入钥匙片身31的一槽口123中，而销113的第二平头部125与锁芯20的外圆周面127和销105的端面114齐平。由于销113的平头部125与锁芯20的外圆周面127齐平，因此锁芯20可在孔21中转动。
当钥匙30和锁芯20从该对齐插入位置转动后，钥匙就无法抽出，因为销113的第二平头部125与销111的端面114不再沿轴向对齐并齐平。仅当钥匙30和锁芯20转入该插入位置时才能抽出钥匙，因为在该位置上，销113的第二平头部125与销111的端面114沿轴向对齐并齐平，从而当从钥匙孔中抽出钥匙时，钥匙片身上的槽口123可上顶销113的圆头部121而使销113在孔111中沿轴向移动。销113上顶销105的力压缩弹簧107而使销113升入孔111中，从而圆头部121可全部退出钥匙片身的槽口123，从而可抽出钥匙。当从钥匙孔25中抽出钥匙后，销113向下回落到由锁芯20上孔111的深度所确定的位置上。
锁体10的细长部15的前端部131中有第四插孔133用来插入图1以140表示而在图14-18中详示的一光电通信器件。光电通信器件140包括一对在本人的上述尚在审理中的专利申请中所述那类的光电传输和接收装置，在图1中表示为一红外线传输模件151和红外线接收模件153，它们分别装在该器件140的整体端壁145的孔141和143中。模件151和153可与钥匙30把手部36中的光电通信器件150的相互对齐的接收/传输光电模件161、163通信。
光电模件151和153由从端壁145后表面146伸出而连接到软电路91的各导电路线上的各接线柱171、173和181、183进行电连接，这在下面结合图19说明。在端壁145的前部或表面部144，孔141、143上分别有放置透镜156、157的圆形凹座146、147。
器件140的端壁145的后表面146与一空腔171相通，空腔171的大小做成可插入多导线软电路91以及一与该软电路91的导线之一连接的软导线件或软电路段(图1中未画出，但在下文结合图43详述)。如上所述，软电路91用来传输该锁的电元件和电子元件所使用的电力和电信信号。
如图1所示，空腔171与凹座55邻接，从而形成一条软电路91可延伸穿过的无阻碍通路(图1中所示具有一直角弯折58)。软电路91经细长形曲线部15的底面部57上的一通道或凹口191而伸出锁体10。
为了防止盗贼破坏该锁的各部件，若干在图1中用185、186和187表示的辅助孔。淬火钢销之类材料插入其中，即可使盗贼很难比方说钻穿锁的前部而触及螺线管装置61、软电路91和锁销113之类的锁部件。
图19详细示出软电路91，它为聚酯树脂(mylar)之类细长形介电条，其中埋置有许多从许多接线片221中的各接线片伸出的导电线路。该软电路条上分布有许多入线孔231供外部连线与埋置在该软电路条中的各导电线路电连接。此外，如下文所述，该软电路的中心导电线路接至接线片区233，以便形成与钥匙片身上的一绝缘电力接头连接的电力母线。
从图20-26可见，图1所示可转动地插入在锁的金属圆柱体部13的孔21中的供钥匙插入的长圆柱形金属锁芯20有一从前部圆形表面221到后部圆形表面223延伸穿过锁芯的钥匙孔25。钥匙孔25有钥匙上的相应凹槽必须与之相符的传统引导凸脊231、232，以及钥匙引导沟槽235。钥匙孔25的大小做成可插入图1中局部示出而在图27-29中示出的电子钥匙30的导电片身部31。
锁芯20还有一其轴线247与钥匙孔25的纵轴线247横交的圆柱形槽或孔241。孔241从外周面243延伸至钥匙孔25。锁芯的圆周面243上形成有一具有一定深度的环形凹槽251与孔241相交。环形凹槽251在锁芯20由钥匙30转动时用来防止固定接触件310(如下所述、图37所示、比方说正极性)和供钥匙插入的锁芯20(比方说负极性)之间短路。锁芯圆周面上还形成有一具有一定深度的环形凹槽252供一密封圈(未画出)套在其上而把该锁芯固定在该圆柱体部中。
圆柱形孔241的大小做成可插入一在图30中表示为253而在图31和32中详示的绝缘触头衬套。确切地说，触头衬套253用聚碳酸酯之类介电材料制成，它的外表面255呈球形，其上伸出一对突耳257和259。这些突耳的大小做成可嵌入在图21和25所示锁芯20的环形凹槽251中，从而可把触头衬套253插入在孔241中。该触头衬套中有一圆柱形孔263从外表面255延伸到底壁265。在底壁265上形成有一其直径小于孔263的直径且与其同轴的圆柱形孔267。
由图33和34详示、而在图30中表示为271的一导电帽的大小做成可插入触头衬套253的圆柱形孔263中。导电帽271具有一球形底座部273以及与之相接的圆柱形壁部275。帽271的尺寸做成可插入触头衬套253的内孔263中，而其长度如图30所示稍稍小于孔263的深度，以便允许制造公差有一定的变动。
由图35和36详示、而在图30中表示为281的一可平移金属触头可滑动地插入在导电帽271的圆柱形壁部275中。金属触头281包括球形硬突起部283以及与之相连的直径稍大的圆柱形底座部285。突起部283的大小做成可穿过触头衬套253上的孔267而刚好露出在底壁265的后表面之外。
该触头中有一盲孔289，其大小做成可供一压缩弹簧291的一端插入。如图30所示，压缩弹簧291位于导电帽271的球形底座部273的内表面275与金属触头281的孔289的内端293之间。
当如图30所示把它们装配在一起时，锁芯20上的孔241的尺寸、触头衬套253的深度、导电帽271的长度以及触头281的尺寸选定成：触头281的突起部283不进入钥匙孔25，从而当钥匙片身插入钥匙孔中时触头281不接触导电的钥匙片身31。而是，穿过触头衬套253的孔267而稍稍露出在外的触头281的突起部283与图1、27和29所示的一借助于绝缘层303与钥匙片身31的主体绝缘且在空间上偏置的突起接头301接触而电连接。
也即，当钥匙插入钥匙孔中时，导电片身31在钥匙孔中滑动，直到钥匙片身全部插入而销113插入在钥匙片身的槽口123中。在此位置，突起的接头301克服压缩弹簧291的偏置力而接触触头281，从而形成从突起接头301经可平移触头281到金属帽271的导电通路。
导电帽271的球形底座部273的外表面与图37和38中详示的铜铍合金体之类的固定金属接触件310接触，该固定金属接触件310嵌入在绝缘接触件架45的凹座46中。图39-42中详示的接触件架为一具有矩形周边的弧形件，它嵌入在锁体10的圆柱部13的孔21的凹座34中。供固定金属接触件310嵌入其中的矩形凹座46形成在弧形内表面311上，该凹座46与绝缘接触件架45的弧形外表面315上形成的一凹座313的圆形端部312邻接。凹座313包括一从圆形端部312沿着接触件架45的外表面315延伸的细长部316。凹座313的细长部的形状和大小做成可插入一在图30中表示为320而在图43中详示的“正极电池(positive battery)”接头软电路段。
与软电路条91相同，软电路段320为聚酯树脂之类的细长形介电薄条，其中埋置有导电线路321。导电线路321从该介电条的扩大盘形第一接线端325一侧的导电接片323延伸到可从该软电路段320第二端329两侧接近的接片327。在软电路段320的盘形接线端325的导电接片323可用导电环氧树脂或钎焊牢牢地电粘接到接触件310上。
导电线路321形成钥匙片身上的绝缘接头301的正极电池接头或电力母线连接。接片329的大小做成接合以上参照图19所示软电路91的接片233，从而借助于蜿蜒穿行在锁体各内部凹座中的软电路结构形成正极接头电力母线连接。也即，软电路结构(91-320)与电池一极(例如正极)连接，而该锁的金属锁体和导电钥匙片身与电池另一极(负极)连接(接地)。
从上述说明显然可见，按照本发明，可很容易地把传统的机械致动欧式圆柱型锁改装成本人的上述尚在审理中的美国专利申请所述的电子锁和钥匙系统，从而具有其结构和功能上的优点，即锁装置和钥匙装置都具有机载信息、由锁为锁和钥匙供电，并用可靠的双向光通信进行锁与钥匙之间的通信。
尽管上面示出并说明了本发明一实施例，但应指出，本发明并不限于上述实施例，本技术领域的专业人士显然可作出种种改动和修正，因此本发明并不限于上面图示和说明的细节，而是包括对于本技术专业人士来说一目了然的所有这类改动和修正。