带有传感器的门五金驱动机构 技术领域 本发明涉及用于门五金 (door hardware) 的驱动机构， 该驱动机构用于诸如将出 口装置 (exit device) 的推杆 (pushbar) 缩回、 或者用于对门锁进行远程锁闭。更具体地 说， 本发明涉及包括用于检测被驱动的门五金部件的运动的传感器的驱动机构。
背景技术 诸如出口装置、 榫眼锁 (mortise lock) 和插芯锁 (bored lock) 的门五金通常包 括在诸如缩回位置和伸出位置 (extended position) 的两个位置之间移动的一个或多个元 件。例如， 推杆出口装置包括向内移动以从门框架中的撞击中缩回闩销 (latchbolt)、 和向 外移动以伸出闩销的推杆。锁机构包括把手、 闩销和可以在两个可选位置之间被驱动的其 它锁闭元件。移动锁部件可以是将门锁住和使门解锁的锁闭元件， 或者它可以是将门闩住 和将门松开的闩销等。
在希望远程地操作门五金的情况下， 驱动机构通常包括电动的驱动器。驱动器 可以是传统的直流或者交流电机， 线性执行器， 步进电机或者由电源提供机械运动的任何 其它已知的设备。在典型设计中， 门五金部件是朝向第一默认位置弹性偏压的 (spring biased)， 并且驱动器克服弹性力以朝向第二位置移动被驱动的部件。当驱动器关断时， 弹 簧使移动部件返回到默认的第一位置。
为了方便， 将在出口装置的上下文中描述本发明， 而在传统的平行四边形四杆机 构底座 (mount) 中移动门五金部件是安装在一对摇杆臂上的推杆。推杆朝向向外伸出的位 置弹性偏压并且可以被驱动到或者手动按压到向内的位置以打开门。 驱动器是包括步进电 机和螺纹输出轴 (threaded output shaft) 的线性执行器。当操作驱动器时， 它继续拉动 (pull on) 一个摇杆臂并且使推杆克服弹性偏压力朝向门移动。推杆进而从门的撞击中缩 回闩销并且松开门。
然而应该理解， 本发明可以用于其它类型的门五金， 包括榫眼锁和圆柱形或插芯 锁 (cylindrical or bored lock)， 并且可以在门五金部件在两个可选的位置之间被驱动 的任何地方使用。
本文描述的电操作出口装置类型经常在学校或者公共建筑中使用， 它们在一日的 开始和结束时按照固定时间表打开和关闭。出口装置的远程解锁和打开可能也是期望的， 以便于键盘访问以提高轮椅通过性 (wheelchair access)、 或者对于通过远程定位的安全 保卫进行控制。
传统的电操作门五金通常将驱动器直接机械连接到移动部件。 当驱动器被命令移 动时， 驱动器的机械输出将门五金部件直接移动到期望位置。当被驱动的门五金部件被挡 住并且不能移动时这个设计的困境就出现了。
例如， 在驱动器包括步进电机并且推杆被暂时挡住之处， 当被控制器命令时步进 电机可能滑动但是不能移动。然而， 控制器可能相信门部件已经移动了。因此， 驱动器不能 将部件移动到正确的最终位置， 这可能在门应该被解锁时使门保持锁闭。
为了解决这个暂时的挡住情况， 可能必须完全重设整个门锁闭系统。 在大系统中， 诸如在多个门受到命令控制的学校中， 重设全部门五金是不合期望的， 因为它中断了去往 整个建筑的通路。另一方面， 每次个别地重设一个门， 这是耗时和不经济的。每次这个暂时 的情况发生时， 必须让某人去重设个别的门。检测暂时挡住并自动重设的系统会提供改善 的性能。
上述类型的直接驱动设计通常从已知的起动位置 ( 通过默认设置的， 释放的， 弹 性偏压的， 被驱动部件的向外位置 ) 向离开起动点预定驱动距离的最终位置驱动。通过从 起动位置驱动已知距离而达到最终位置的尝试可能是成问题的。 在一些情况下期望的最终 位置是未知的直到产品被安装。在另一些情况下， 磨损可能改变期望的最终位置。或者， 暂 时挡住、 电机滑动等可能阻止部件达到期望的最终位置， 即使控制器相信最终位置已经达 到。
另一个方法是将一个传感器放在最终位置处以在最终位置处检测部件的到达。 这 可能也有问题， 因为期望的最终位置可能因上述原因而改变。自动检测它已经到达期望的 最终位置的设计将是令人期待的， 即使在最终位置随时间改变或者在不同的安装中改变的 环境下。
传统设计中的相关问题是机械震动灵敏度。如果门五金经受机械震动， 正如一扇 打开的门在暴风中砰地关闭时发生时那样， 则诸如包括步进电机的一些驱动器可能完全释 放。当通过震动强加的机械负载超过由步进电机供给的自持力时造成这个释放。在这个情 况发生时， 控制器失去对移动门五金部件的位置的线索， 造成错误操作。 减小机械震动以减 少这类错误的系统也将提供改善的性能。
另一个期望的特征将是一种自动校准自身的系统， 从而该系统自动适于不同的安 装， 对磨损自动调节， 在制造过程中补偿一些误差和 / 或可以不加改变而用在门五金的不 同设计中。 发明内容 概言之， 发明了一种用于门五金的驱动机构， 其中控制器通过以电方式命令步进 电机 ( 诸如线性执行器 ) 的驱动器进行操作， 而使门五金的部件朝向期望的位置移动。控 制器监视传感器， 传感器检测被驱动部件的运动。驱动器通过弹簧以机械方式连接到被驱 动的门五金部件， 这允许驱动器移动而不移动门五金部件。当门五金部件达到它的运动限 制或者部件的运动被干扰物或者过度的摩擦力挡住时， 来自传感器的信号指示控制器部件 已经停止移动而驱动器仍在操作。
通过检测到门五金部件已经停止移动， 即使驱动器仍在移动， 控制器也知道已经 达到限制并且停止驱动器进一步的运动。 这个限制的位置在不同的安装中可能由于磨损而 随时间改变， 或者在使用相同驱动机构的不同产品中改变。 在每个情况下， 不论该目标的位 置怎样变化， 都能识别正确的最终目标。
在该设计的多个其它方面中， 可以对最终目标的位置与之前操作周期中的位置进 行比较， 以识别暂时的挡住并且重设 / 再次应用驱动机构。
在驱动机构的第一方面中， 驱动器可操作地连接以移动门五金部件， 控制器电连 接以控制驱动器和移动门五金部件， 并且传感器连接到驱动器并安装成用以检测门五金部
件的运动。
驱动器通过允许驱动器移动而不移动门五金部件的弹簧或者类似的柔性连接件 而连接到门五金部件。 控制器监视传感器并且操作驱动器以移动门五金部件至少直到传感 器指示门五金部件的运动已经停止。
在驱动机构的另一方面中， 传感器是霍尔效应传感器， 并且驱动机构包括磁铁。 传 感器通过检测霍尔效应传感器和磁铁之间的相对运动而检测门五金部件的运动。 在优选设 计中， 驱动机构包括电路板， 磁铁安装在移动门五金部件 ( 或者与其连接的联接件 ) 上， 并 且霍尔效应传感器安装在电路板上。这使得需要导线连接的电部件可以是静止不动的， 并 且使得不需要电连接的传感器的移动部分 ( 磁铁 ) 可以受到控制器监视而不与其接触。
在驱动机构的另一方面中， 控制器初始操作驱动器， 以确保在用传感器确定门五 金部件的运动何时已经停止之前， 门五金部件开始移动。这确保了在控制器试图检测门五 金部件的运动已经停止之前， 任何初始的松弛已被吸收、 并且任何初始的摩擦力已经被克 服。
在驱动机构的又一方面中， 驱动器具有可以通过驱动器施加给弹簧的最大驱动 力， 弹簧具有当弹簧被完全压缩时可以通过弹簧施加的最大弹性力， 并且最大弹性力大于 最大驱动力。这确保了当驱动器正在施加最大可能的力时， 弹簧不被完全压缩。 在驱动机构的再一方面中， 随着门五金部件通过连接到弹簧而被驱动器驱动时， 传感器提供大致连续地改变的传感器输出信号。在这个实施例中， 当门五金部件停止移动 时传感器提供大致不变的传感器输出信号， 即使当驱动器继续移动时也是如此。控制器监 视传感器输出信号以检测拐点， 该拐点指示从大致连续地改变的传感器输出信号到大致不 变的传感器输出信号的转变。控制器优选监视传感器输出信号的斜率。
在驱动机构的又一方面中， 控制器操作驱动器并且在控制器已经过了拐点之后将 弹簧压缩预定量。在一方面中， 驱动器包括步进电机并且控制器发送预定数量的脉冲以达 到期望的预定压缩。 在另一方面中， 弹簧压缩的预定量被选择为用以使弹簧压缩最小化， 同 时还确保门五金部件已经达到相应于拐点的期望位置。
在再一方面中， 控制器操作驱动器以在控制器检测到拐点之后压缩弹簧， 并接着 在反方向上操作驱动器以减小弹簧的压缩。 这个设计允许将相对高水平的力暂时施加给移 动部件， 接着在驱动器进入保持状态之前减小这个力。这避免了 “错误” 拐点的检测， 所述 “错误” 拐点相应于移动门五金部件只是暂时停止移动、 然后随着通过弹簧施加的力增大而 再次开始移动的点。
在另一方面中， 控制器存储相应于拐点的检测的第一参数并且为驱动机构的每个 操作周期更新这个第一参数。 控制器对用于之前操作周期的存储的第一参数与用于第二当 前操作周期的相应于拐点的第二检测的第二参数进行比较。 当两个参数之间的差超过预定 差值时， 控制器再次应用驱动机构并且开始第三操作周期。这个设计还避免了错误拐点的 检测， 所述错误拐点可能相应于移动门五金部件的暂时挡住。
驱动机构能够使用这个设计对磨损自动补偿和调节， 因为由于磨损导致的每个操 作周期之间的正常改变小于比较期间允许的预定差值。 只有由挡住引起的显著差异会造成 重设和再次应用， 而由于磨损导致的慢性改变被加入到为每个周期存储并用于下一次比较 的参数中。
存储的各参数和预定的差值可以是基于对数字信号、 从传感器接收的模拟电压、 通过控制器发送给驱动器中的步近电机的多个脉冲的比较， 或者基于相应于部件已经停止 移动但仍被驱动器驱动的点的任何参数。
在一个相关方面中， 为每个操作周期存储的参数相应于在检测到拐点之前控制器 已经移动门五金部件的距离。 传感器拐点的检测允许控制器包括在启动时的自调节校准程 序。 自调节校准程序优选包括重复多个操作周期， 为每个周期检测拐点， 并且存储相应于正 常操作周期及其拐点的参数。
在驱动机构的另一方面中， 控制器通过为改变的传感器输出信号计算斜率并检测 所计算的斜率的改变而检测拐点。 控制器可以通过使用滑动窗而计算改变的传感器输出信 号的斜率， 滑动窗包括对改变的传感器输出信号的多个检测。
在驱动机构的一种优选设计中， 当电力初始施加于控制器时控制器进入自调节校 准程序。 这个设计允许相同的驱动机构设计在用于不同门五金部件的具有不同机械限制的 不同门五金设备中使用。 初始的自调节校准程序使驱动机构识别相应于新机械限制的拐点 并且存储相应于其的参数。
在另一方面中， 驱动机构包括弹簧架， 弹簧安装于该弹簧架中。 弹簧架可滑动地安 装到驱动机构上。弹簧优选在弹簧架内保持成压缩状态， 并且弹簧的第一端相对于弹簧架 是固定的， 而弹簧的第二端相对于弹簧架是可移动的。弹簧架连接到门五金部件并且驱动 器连接到弹簧的第二端。 当通过控制器操作驱动器时， 驱动器驱动弹簧， 弹簧驱动弹簧架， 而弹簧架随着它 滑动而驱动门五金部件。当门五金部件达到限制时， 它停止并且驱动器继续操作， 压缩弹 簧。当驱动器和弹簧的一端移动， 而弹簧的另一端、 弹簧架和门五金部件已经停止移动时， 这产生拐点。
这个设计还具有这个优点， 即， 门五金部件柔性地连接到驱动器， 由此减小了震动 载荷到驱动器的传输， 并且减小整个系统的震动灵敏度。
在又一方面中， 弹簧销连接到弹簧的可移动端并且弹簧架包括相对的两侧， 每侧 都具有相应的弹簧销槽。弹簧销在弹簧架的相对的两侧之间延伸， 并且随着弹簧被压缩而 在弹簧销槽内滑动。
在再一方面中， 驱动机构包括支承基部， 支承基部具有一对直立凸缘， 并且凸缘被 间隔开以容纳弹簧架并允许弹簧架在它们之间滑动。 凸缘用做滑动的弹簧架的相对的两侧 上的引导部 (guide)。
在另一方面中， 驱动机构包括弹簧架销， 并且每个直立凸缘都具有形成于其中的 相应的弹簧架槽。弹簧架销固定到弹簧架上并且随其移动。在相对的凸缘之间延伸的弹簧 架销被保存在弹簧架槽内并且在弹簧架槽内滑动。
在一种优选设计中， 门五金部件连接到弹簧架销。当门五金部件是用于推杆出口 装置的摇杆臂时， 摇杆臂可以利用联接件连接到弹簧架销， 联接件允许推杆的手动操作。
在驱动机构的另一方面中， 驱动器包括延伸通过弹簧的轴。轴连接在弹簧的远端 并且弹簧保持在轴上。
在驱动机构的另一方面中， 移动门五金部件优选通过弹簧朝向第一位置偏压， 弹 簧在被释放时能够使门五金部件移动回到第一位置。 控制器操作驱动器以使门五金部件离
开第一位置朝向第二位置移动。 在这个设计中， 控制器可以简单地从驱动器去除电力， 并因 此准许门五金部件从第二位置返回到第一位置。
然而， 这个设计可能在门五金部件被释放时造成听得到的噪声。在门五金操作期 间产生的噪声在高质量门五金中是令人不快的。为了避免五金产生这种噪声， 优选设计使 用控制器以反过来主动 (actively) 驱动门五金部件 - 利用残留的剩余电力 (residue of remaining power) 离开第二位置朝向第一位置。
残留的剩余电力通常存在于用于驱动器的电源的滤波器电容中。 控制器去除电力 并使用剩余的被存储的残留电力以提供离开第二位置朝向第一位置的受控运动。 通常不存 在驱动器使门五金部件在电力下完全返回到第一位置的足够的电力剩余。 在存储的残留电 力已经耗尽之后， 返回运动的最后部分通过偏压的弹簧提供。 但是， 当用于门五金部件的偏 压弹簧和使驱动器与部件连接的弹簧被最大压缩时， 这个受控的或者 “柔和” 释放动作大大 减小了在初始释放时产生的噪声。
在驱动机构的另一方面中， 驱动机构在每次电力施加到控制器时是自调节的。自 调节的操作优选通过控制器实现， 控制器使驱动器循环通过多个操作周期， 以检测用于被 驱动的门五金部件的正常拐点。正常拐点相应于被驱动的门五金部件的运动的正常限制。 在驱动机构的再一方面中， 传感器包括磁铁， 并且控制器初始检测磁铁的方向并 且为磁铁的反转安装进行调节， 磁铁的反转安装在不同设计中可能是故意的， 或者是制造 错误的结果。
附图说明
据信是新颖的本发明的特征以及本发明的元素特性在所附权利要求中详细地阐 明。附图只用于例示性目的， 并未按比例画出。然而， 发明本身， 包括其结构及其操作方法 二者， 将通过参考如下所述的结合附图而做出的详细描述而被最好地理解， 在附图中 ：
图 1 是从门五金的上右方的立体图， 门五金包括推杆出口装置， 推杆出口装置含 有驱动机构， 用于缩回根据本发明构造的推杆。将出口装置显示成安装在门上并且将与电 力导线相关的电铰链 (electric hinge) 显示成虚像。
图 2 是从图 1 中的推杆出口装置的下左部分的立体图。端盖已经被去除并且出口 装置的侧壁已经被切除以显示本发明的驱动机构和推杆出口装置的其它内部部件。
图 3 是图 2 中看到的一部分驱动机构的立体图， 包含包括机械部件、 线性执行器和 传感器的组件。位于图 2 中的推杆的端部内的控制器未示出。从与图 2 中相同的角度获得 该立体图。
图 4 是在图 2 中看到的驱动机构组件的附加立体图， 显示其相对的两侧。
图 5 是显示在图 2 和 3 中看到的驱动机构组件的部件的不连续分解视图。所示的 主要部件包括步进电机和螺纹电机轴和弹簧、 弹簧销和弹簧架， 所述螺纹电机轴形成线性 执行器。
图 6 是在图 2 和 3 中看到的驱动机构组件的侧视图。该图中示位置传感器， 该位 置传感器包括安装在电路板上的霍尔效应传感器和安装在摇杆臂上的磁铁， 该磁铁相对于 电路板移动。所示的驱动机构为机械地和电动地完全伸出的状态， 此处， 图 1 中的出口装置 的推杆和闩销向外伸出， 允许门被闩闭。图 7 是相应于图 6 的驱动机构组件的侧视图， 不同之处在于所示的驱动机构组件 在部分地电缩回的状态。图 5 的线性执行器正在缩回弹簧架、 并且已经部分地缩回了图 1 中的出口装置的推杆和闩销。弹簧架内的弹簧尚未被压缩。
图 8 是相应于图 6 和 7 的驱动机构组件的侧视图， 不同之处在于所示的驱动机构 在完全地电动缩回的状态。线性执行器已经完全缩回了在图 5 中所见的弹簧架、 以及在图 1 中所见的出口装置的推杆和闩销。弹簧架中的弹簧被部分地压缩。
图 9 是相应于图 6-8 的驱动机构组件的侧视图， 不同之处在于所示的驱动机构在 机械地缩回的状态， 而线性执行器仍然如图 6 中那样电动伸出。图 1 的推杆已被朝向门向 内手动地按压， 以缩回闩销并且打开门， 而线性执行器仍然保持伸出。
图 10 是显示位置传感器的电输出作为推杆的缩回距离的函数的图。因为所示的 驱动机构可以在本发明的不同实施例中使用， 因此显示用于不同实施例的三个不同的输出 曲线。 具体实施方式
在描述本发明的优选实施例的过程中， 在本文中将参考附图的图 1-10， 其中同样 的附图标记指代本发明的相同特征。
参考图 1， 门 10 设有推杆出口装置 12， 推杆出口装置 12 具有主体 14、 推杆 16 和闩 销 18， 参考图 2， 根据本发明的驱动机构位于出口装置的主体 14 内， 并且通过电门铰链 22 利用导线 20 电连接到电力和控制系统。驱动机构包括控制器 24 和驱动机构组件 26。
控制器优选是微控制器， 具有集成的输入端、 输出端、 存储器和中央处理单元， 虽 然也可以使用其它的传统控制系统。控制器单元还设有用于在驱动机构组件 26 中的线性 执行器 28 的电力连接和电子控制。在优选设计中， 包括控制器 24 的电子装置与驱动机构 组件 26 分开， 然而， 在其它实施例中， 它们可以集成到一个组件中。
还参考图 3 和 4， 驱动机构组件 26 包括线性执行器 28， 线性执行器 28 具有步进电 机 30 和螺纹输出轴 32。步进电机 30 通过导线 34 和电连接器 36 电连接到控制器 24。控 制器 24 将脉冲发送给线性执行器中的步进电机， 步进电机驱动位于线性执行器内的带有 内螺纹的螺母。
带有内螺纹的螺母相对于步进电机被保持在水平固定的位置中， 但是可通过步进 电机自由转动。螺母的内螺纹与输出轴 32 的外螺纹相配合。当螺母借助于步进电机在第 一方向上转动时， 输出轴 32 相对于步进电机 30 伸出。当螺母在控制器的命令下在相反方 向上转动时， 输出轴 32 缩回。
还可以通过控制器将步进电机 30 中的螺母以磁性方式保持就位， 以防止输出轴 移动， 或者它可以释放而能够自由转动 (freewheel)， 这允许输出轴响应于轴向施加给输出 轴的力而移进或移出。
驱动器优选是使用步进电机的线性执行器， 因为它非常适于由数字控制器进行准 确的数字位置控制。 然而， 也可以使用其它驱动器， 包括直流和交流电机， 线性电机， 步进设 备等。输出轴 32 延伸通过弹簧架 38 的壁 44 中的开口 33 并通过弹簧 40( 参见图 5)。输出 轴 32 的端部通过弹簧帽 53 和弹簧销 42 连接到弹簧 40 的远端。弹簧 40 总是在弹簧架 38 的壁 44 和弹簧销 42 之间保持成压缩状态。弹簧架 38 的壁 44 位于弹簧架的相对的两个侧壁 46 和 48 之间。这三个壁限定了 弹簧架的内部空间， 用于保持弹簧 40。弹簧 40 还借助于穿过弹簧 40 的中心的输出轴 32 而 被保持就位。
弹簧销 42 被保持在相对的弹簧销槽 43 和 45 中， 所述相对的弹簧销槽形成在弹簧 架的相对的两个侧壁 46 和 48 中。
假设弹簧架 38 未受拘限， 则弹簧架将会随着线性执行器的螺纹轴 32 朝向电机和 离开电机而被驱动， 在控制器 24 的命令下朝向步进电机 30 和离开步进电机 30 滑动。
弹簧架 38 的侧壁 46 和 48 位于驱动组件的支承基部上的相对的直立凸缘 50 和 52 之间。弹簧架的壁 46 和 48 的外表面之间的距离小于直立凸缘 50 和 52 的内表面之间的距 离， 从而使弹簧架在凸缘 50 和 52 之间随着弹簧架滑动而被导向。
弹簧架 38 的滑动还受到弹簧架销 54 的控制， 弹簧架销 54 在分别形成在相对的凸 缘 50、 52 中的一对弹簧架槽 56 和 58 内滑动。C 形环 60 用于将弹簧架销 54 保持在槽 56、 58 中。
弹簧架销 54 穿过弹簧架的侧壁 46 和 48 中相应尺寸的孔， 使得弹簧架销总是相对 于弹簧架保持固定。当弹簧架通过弹簧 40 被驱动时， 弹簧架销总是随其移动。正如从图 4 中最能看清楚的那样， 弹簧架销通过联接件 64 连接到门五金的移动部件 62。联接件 64 的 一端与弹簧架销 54 接合， 而在其相反端处与移动部件 62 接合。 参考图 5， 该分解视图示出了线性驱动器 28、 弹簧 40 和弹簧架 38 的细节。步进电 机 30 以上述方式驱动输出轴 32。输出轴 32 延伸通过壁 44 中的开口 33 进入弹簧架 38 的 内部。弹簧架 38 的相对的两侧壁 46、 48 具有形成于其中的弹簧槽 43、 45。
孔 47 和 49 也形成在相对的两个侧壁 46、 48 中。孔 47 和 49 容纳弹簧架销 54 并 且防止它相对于弹簧架移动。弹簧架销 54 将弹簧架连接到联接件 64， 联接件 64 经由平行 四边形摇杆臂联接件驱动推杆。
弹簧 40 安装在弹簧架 38 内、 并且围绕着输出轴 32 和一部分弹簧帽 53。弹簧 40 在壁 44 和弹簧销 42 之间被保持成初始压缩的状态。弹簧销 42 在弹簧销槽 43 和 45 中滑 动。弹簧销 42 穿过弹簧帽 53 中的开口 51， 使得弹簧帽 53 相对于弹簧架的运动受到弹簧槽 43 和 45 的限制。
通过垫圈 55 防止弹簧 40 的远端移动超过弹簧销 42， 垫圈 55 形成用于弹簧 40 的 一端 ( 相对于电机 30 的远端 ) 的座。利用销 57 将弹簧帽 53 销接到输出轴 32 的端部， 销 57 与弹簧帽中的开口 59 接合、 并且与输出轴中的开口 61 接合。
参考图 2 和 6-9， 所示的移动部件 62 是用于所示的推杆出口装置的推杆 16 的两 个摇杆臂之一。摇杆臂 62 在下摇杆臂枢轴销 66 上枢轴转动。摇杆臂 68 在下摇杆臂枢轴 销 70 上枢轴转动。两个摇杆臂 62、 68 在去往推杆 16 的上端处利用各自的上摇杆臂枢轴销 79、 81 枢轴转动， 以在出口装置的主体和推杆 16 之间形成平行四边形四杆机构。平行四边 形四杆机构用于使得推杆 16 当它朝向或者离开出口装置的主体移动时， 总是被保持成与 出口装置的主体相平行。
虽然所示实施例通过联接件将将驱动器连接到出口装置中的摇杆臂， 但是本发明 还可以用于许多其它类型的移动的门五金部件。
当推杆 16 朝向出口装置的主体 ( 朝向退回位置 ) 移动时， 它将闩销 18 从门框中
的销口 (strike) 中退回， 并允许门被打开。如在图 6-9 中最清楚地看出的那样， 联接件 64 用在其一端处的钩式开口 74 以及在相对一端处的进一步扩大的开口 76 连接到摇杆臂 62。 扩大的开口 76 将联接件 64 与弹簧架销相连。
当推杆未被手动地向内按压时， 联接件 64 保持在受拉状态 (in tension)， 如图 6-8 所示。然而， 在手动地操作推杆时， 通过在联接件的相对两端的钩状开口 74 和开口 76 提供的松弛， 允许手动地操作推杆 16， 而不移动弹簧架并且不影响线性执行器 28( 参见图 9)。
因为推杆朝向伸出的位置 ( 参见图 6 中的弹簧 78) 被偏压， 所以联接件的端部处 的钩和放大的开口连接部不影响操作， 除非推杆被手动操作。
本发明的弹簧连接的一个优点是对于被驱动的门五金部件和移动它的驱动器之 间的传输力的减小。 传输力的这种减小降低了当门经受震动时驱动器将无意中释放的可能 性。它还降低了驱动器上的磨损。
相对大幅度的震动是门五金经常遇到的。 例如， 当在风中释放时， 门可能以大的力 量摇摆地关闭。如果驱动器作为这类机械震动的结果而释放， 则推杆返回到向外伸出位置 并且门闩锁闭， 防止从本应打开的门进一步通过。 尽管机械震动的减小是非常期望的， 但是下面描述使用弹簧 40 以形成柔性连接 的另一个显著优点。这些额外的优点由以下事实产生， 即， 在门五金部件已经停止移动之 后， 弹簧 40 允许驱动器继续移动， 并且可以检测出这个不同的运动， 以识别被驱动的部件 在何时已经达到期望的限制。
柔性弹簧连接允许驱动器将门五金部件移动到机械限制停止处。 如果如现有技术 设计中那样利用移动部件和驱动器之间的刚性连接， 则驱动器必须在部件达到机械限制之 前停止移动。驱动器将被驱动的部件驱动到事先已知的或在安装期间设置的期望位置。
利用本发明的柔性弹簧连接， 驱动器可以试图驱动门五金部件超过期望的机械限 制。当达到机械限制时， 弹簧销 42 将开始相对于弹簧架移动并且弹簧 40 将被进一步压缩。
当与传感器耦合以监视被驱动部件何时停止移动时， 控制器可以检测到已经达到 机械限制或者被驱动部件正被挡住。在优选设计中， 完整的传感器机构包括霍尔效应传感 器 80 和磁铁 82。霍尔效应传感器 80 优选安装在电路板 84 上使得它靠近磁铁 82， 磁铁 82 安装在移动摇杆臂 62 上。
霍尔效应传感器 80 产生相应于由邻近的磁铁 82 产生的磁场的力量和极性的模拟 输出电压。将磁铁 82 安装成使得北极和南极在它的各端部， 并且摇杆臂的运动交替地使磁 铁的北极和南极邻近于霍尔效应传感器 80。这使得霍尔效应传感器 80 的模拟输出电压在 最小和最大之间变化。
图 6 示出的驱动机构中， 摇杆臂 62 和推杆 16 处于向外伸出位置中。在这个情况 下， 闩销 18 是伸出的。正如在图 6 中可以看到的那样， 磁铁 82 的下端直接对着霍尔效应传 感器 80 并且处在优选方向上， 霍尔效应传感器 80 产生最小输出电压 ( 参见图 10)。
霍尔效应传感器连接到控制器， 并且其输出电压作为传感器输出信号供给至控制 器。 在优选设计中， 控制器包括集成的模数转换器， 从而可以通过控制器数字化地监视输出 信号。
在一个优选实施例中， 将控制器配置成在初始上电期间自动地检测磁铁 82 的方
向。如果磁铁 82 安装在优选方向上， 则来自霍尔效应传感器的输出电压在启动时将是最小 的， 并且将随着输出轴 32 被缩回而增大。如果磁铁 82 安装在反方向上， 则来自霍尔效应传 感器的输出电压在启动时将是最大的， 并且将随着输出轴 32 被缩回而减小。初始的启动程 序优选用于检测磁铁的方向并对其调节。
图 10 提供作为电机缩回距离 D( 水平轴线 ) 的函数的来自霍尔效应传感器的模拟 输出电压 V( 竖直轴线 ) 的图形。 “电机缩回距离” 相应于输出轴 32 端部的位置。控制器通 过由控制器发送给步进电机 30 的脉冲的数量而得知这个位置。
图 6 相应于图 10 中的点 86 处的电机缩回距离 D0 和模拟电压 V0。随着控制器使 输出轴 32 缩回， 整个弹簧架 38 初始朝向步进电机 30 移动。这可以在图 7 中看到， 图7显 示用于相应于图 10 中的点 88 的弹簧架和输出轴的中间位置。图 7 和点 88 是在图 6 的初 始位置 ( 图 10 中的点 86) 和图 10 的图形中的拐点 90( 位置 D1A 电压 VA) 之间的中途。
正如在图 7 中可以看到的那样， 摇杆臂 62 已经围绕下摇杆臂枢轴销 66 转动， 并且 磁铁 82 已经相对于霍尔效应传感器 80 移动以产生新的输出电压。 随着磁铁 82 和摇杆臂移 动， 霍尔效应传感器附近的磁场改变。在优选的磁性方向上， 当输出轴以恒定速率移动时， 输出电压以相对恒定的速率持续增大。可以将这看作图 10 中的图线从点 86 到拐点 88 的 相对恒定的斜率。 控制器监视来自传感器的改变的输出信号， 并且它可以计算线性执行器的输出轴 32 已经缩回的距离。 控制器可以由这些确定来自传感器的改变的电压的斜率并且检测其中 的改变。
随着输出轴缩回， 弹簧架和弹簧 40 初始作为一个单元随轴移动。在这个初始的运 动期间， 弹簧 40 利用在弹簧销槽 43、 45 的远端的弹簧销 42 而保持在其初始的压缩状态。 如 上所述， 还是在这个初始的运动期间 ( 在图 10 中从点 86 到 88)， 磁铁 82 平滑地掠过邻近的 霍尔效应传感器， 霍尔效应传感器产生具有图 10 中的相对恒定斜率的平滑且连续改变的 电压。
控制器连续监视这个输出信号， 并且在优选设计中它监视这个信号的斜率。假设 弹簧架、 摇杆臂和推杆未受拘限， 则随着在控制器 24 的控制下缩回继续， 这个信号的斜率 将相对不变。
当推杆达到其正常的机械限制时推杆 16 将停止移动， 摇杆臂 62、 联接件 64、 弹簧 架销 54 和弹簧架 38 也将停止移动。然而， 输出轴 32 将继续移动。这个运动随着弹簧销 42 在弹簧销槽 43、 45 内滑动而进一步压缩弹簧 40。
可以在图 8 中看到这个额外的压缩， 其相应于图 10 中的位置 D2A 和点 92。在这个 位置中， 弹簧销 42 已经相对于弹簧销槽 43、 45 的边界朝向电机 30 移动。这在弹簧销 42 和 弹簧架的壁 44 之间更进一步地压缩弹簧 40。
参考图 10， 因为摇杆臂 62 和磁铁 82 已经停止移动， 所以， 在电压水平 VA 处， 电压 V 已经停止改变， 该电压在对于两个点 90 和 92 处是相同的。随着电机从位置 D1A 到 D2A 缩 回输出轴 32， 来自传感器的输出信号保持相对不变。 在这个第二操作区期间， 图线的斜率为 零， 而在第一操作区 ( 从 D0 到 D1A) 中， 斜率是正的。斜率的这个改变在点 90 处形成拐点， 该拐点由控制器测得。拐点 90 相应于移动的门五金部件已经达到停止处或者已经被挡住 的点。
用附图标记 92 标注的点相应于通过电机 30 最大程度地缩回轴 32 的点。从 D0 到 D1A， 弹簧架和摇杆臂连续移动。在从 D1A 到 D2A 的区中， 输出轴 32 在移动并且弹簧 40 被额外 地压缩， 但是摇杆臂 62 保持不动。
控制器通过识别在 D0 和 D1A 之间连续改变的输出信号与 D1A 到 D2A 之间恒定的输出 信号进行比较来检测转变点 90。优选通过检测信号的斜率来进行这个检测， 但是本领域技 术人员还可以使用检测变形的其它手段。
一旦已经识别出转变点， 则控制器停止缩回。 在优选实施例中， 驱动机构的每个操 作周期都产生相应于拐点的检测的参数。 这个参数可以是发送给线性执行器的步进电机的 脉冲的数量， 或者拐点的电压或者类似的参数。
在优选设计中， 存储这个参数以便在下一个操作周期中使用。在下一个操作周期 期间， 可以对新参数与之前存储的参数进行比较。 在正常操作期间， 新参数将接近于之前的 参数或者与之相同。
在最为优选的设计中， 选择新参数和旧参数之间的预定差值来为控制器将在何时 认为系统操作正常而设置分界线 (boundary)。 当新参数由于超过这个预定差值而不同于之 前存储的参数时， 例如， 如随着机构已经被挡住将发生的那样， 用于控制器的优选设计将自 动重设并且通过释放驱动器和弹簧架并试图再次缩回而再次应用该设备。
例如， 如果机构在相应于图 7 的部分缩回点和图 10 中的点 88 处被挡住， 则输出电 压将在点 88 处停止增大， 而将代之以保持恒定。将在点 88 处识别出用于这个挡住情况的 拐点。控制器将能够通过对新参数与从之前周期存储的参数进行比较而检测这个改变。
所存储的参数可以是根据达到的电压而存储的参数、 或者通过输出轴 32 移动的 距离而存储的参数、 或者相应于通过门五金部件自身的运动的参数。
在优选设计的另一方面中， 当初始向控制器施加电力时， 控制器开始自调节校准 程序， 其中通过使机构缩回而执行多个周期， 直到拐点被识别。如上所述， 在正常校准程序 中的一个步骤可以是识别磁铁的方向。 在校准程序期间， 可以重复几个操作周期， 在达到拐 点之后每次释放系统以返回到向外伸出的位置。 重复这个过程直到已经识别出相应于正常 操作周期的正常操作参数。 这样， 驱动机构定位出正常拐点， 该正常拐点相应于操作的正常 机械限制。
图 10 示出通过指示拐点可能位于点 D1A、 D1B 或者 D1C 处， 同样的驱动机构可以怎样 用在不同的产品中， 其中点 D1A、 D1B 或者 D1C 相应于被标识为系统 A、 系统 B 和系统 C 的三个 不同机械设计。在这些不同系统设计的每个中， 可以使用相同的驱动器机构而不对控制器 做任何改变。在每个情况下， 控制器将在初始的校准程序期间为该产品识别相应于运动的 机械限制的正确拐点。
对于系统 A 而言， 拐点 90 将被找到， 并且相应于该点的正常操作参数将被存储。 对 于系统 B 而言， 拐点 94 将被找到。随着系统 B 移动它的门五金部件， 输出信号将保持在相 同的相对恒定的斜率处， 直到达到点 94。系统 C 具有拐点 96。自调节校准程序可以在每次 施加电力时被初始化， 或者可以利用在安装时被致动的单独的控制开关来起动它。
如果门五金的运动被暂时挡住， 则该挡住可被识别为拐点的位置的显著改变。对 拐点的正常位置的比较使控制器能够识别该改变并且立即再次应用该系统。 这避免了必须 派出修理技师来重设系统的困难。暂时的挡住和错误被立即和自动识别并被校正。这个系统的另一个优点在于系统对由于正常磨损导致的拐点位置的改变的自动 和连续的再调节。缩回距离和拐点位置的小改变小于触发上述重设 / 再次应用操作所需的 预定量。 为初始的自动校准和相应于拐点位置的参数的逐周期存储而自动补偿由于磨损导 致的小改变。
优选实施例的设计使驱动机构能够在具有不同机械停止处和不同缩回距离的不 同类型门五金中使用。 因为对由于设计差异导致的缩回距离的差异进行自动的初始校准补 偿， 所以不需要改变控制器的电子装置。初始校准程序还对由于诸如设施的外部结构 ( 在 外部结构中缩回距离受到门或者门框的限制 ) 导致的缩回距离的差异进行补偿。
本领域技术人员将意识到， 通过控制器识别拐点需要驱动器继续缩回越过拐点， 并由此对弹簧 40 加以压缩， 超过初始的压缩程度。然而， 人们经常期望使这个额外的压缩 最小化。从而， 在本发明的优选实施例的一方面中， 当控制器对拐点进行识别时， 在已经识 别出拐点之后， 控制器将驱动器方向反转。这个反转使输出轴 32 伸出并且减小了弹簧 40 的压缩。在优选设计中， 额外的压缩可以小到 0.020″ -0.050″ (0.5mm-1.25mm)。
这个反转的一个优点在于， 驱动器可以在反转和返回到低压缩力至保持位置之前 向弹簧 40 施加非常高的压缩力。高压缩力能够确保推杆实际上达到真正的机械限制， 而并 非只是由于在缩回中的较高阻力点而被暂时挡住。由于弹簧 40 被压缩， 摩擦力任何较小的 增大都将被克服。摇杆臂将随着越过顶住点 (sticking point) 而突然跳动 (jump)。控制 器将检测来自传感器的这个运动并且在返回关闭它并进入保持状态之前继续超过真正的 拐点。
在优选设计中， 将弹簧 40 选择成使得它能够施加的力大于步进电机能够施加的 力。
当前设计的另一个特征涉及当系统被释放以使推杆返回到伸出位置时线性驱动 器的操作。如上所述， 控制器能够通过在任何方向上驱动步进电机而操作它。还可以将步 进电机保持在锁定位置中或者可以完全去除电力， 从而使步进电机能够自由转动。在后者 的自由转动的情况下， 输出轴 32 将在推杆偏压弹簧 78 的影响下移动， 并且推杆将返回到向 外的位置。
在所示的推杆出口装置的设计中， 推杆偏压弹簧 78 能够用大的力量使推杆返回 到伸出位置。如果在弹簧 78 被完全压缩时从线性执行器完全去除电力， 则返回力产生听得 到的咔哒声或者撞击声， 这可能是令人不快的。
在优选设计中， 控制器使用残留的剩余电力以在反方向上驱动步进电机， 而非 简单地将步进电机释放成自由转动。残留的剩余电力是通常存储在滤波器电力电容器 (filter power capacitor) 中的电力。滤波器电力电容器按惯例位于用于电机 30 的电源 中。这个反向驱动运动慢于如果允许电机 30 自由转动时弹簧 78 和 40 将使系统产生的移 动。这为驱动机构提供受控的柔和释放， 消除了释放推杆时产生的令人不快的声音。
所提供的图 9 示出了当推杆 16 被手动推到缩回位置时驱动机构和摇杆臂的相对 位置。正如可以看到的那样， 当摇杆臂和推杆被手动操作时， 电机轴 32 保持在伸出位置中。 联接件 64 的端部中的钩状开口 74 和开口 76 允许在线性执行器伸出时使这个机械运动与 线性执行器无关。
图 9 显示弹簧架销 54 已经怎样移动到开口 76 的相对端部和摇杆臂连接销 77 已经怎样相对于钩状开口 74 移动， 以使手动操作与线性执行器的输出轴 32 的运动无关。
正如从上面的描述将理解的那样， 当控制器 24 操作步进电机 30 时， 步进电机内的 螺纹螺母 ( 未示出 ) 相对于螺纹输出轴 32 旋转， 并且伸出或缩回该轴， 以相应地滑动弹簧 架 38。弹簧架销 54 随着弹簧架在通过弹簧架槽 56 和 58 设置的限制内移动。图 3、 4、 6和 9 示出处于完全伸出位置中的轴 32。随着轴缩回， 弹簧架销 54 朝向电机 30 移动并拉动联 接件 64， 联接件 64 继续拉动摇杆臂连接销 77 以使摇杆臂 62 围绕下摇杆臂枢轴销 66 枢轴 转动。这会朝向缩回位置拉动推杆 16 并且相应地缩回闩销 18。
在本发明的又一个方面中， 控制器可以连续监视传感器， 即使在驱动器不移动时 和已经识别出拐点之后也能如此。 在正常情况下， 在已经达到拐点之后， 门五金的移动部件 将面对坚硬的止挡物 (stop) 并将不移动直到被控制器释放。然而， 有可能的是 ： 机构看起 来面对坚硬的止挡物但其实并非如此， 或者突然的撞击造成离开坚硬的止挡物的运动。
无论什么情况， 如果控制器在移动部件应该不动时感知到移动部件的运动， 则优 选设计释放移动部件并且再次应用以便再次缩回推杆。 在保持状态下感知的运动可能是强 烈撞击的结果， 正如在打开的门在暴风中被释放并且砰地关上时可能发生的那样。像这样 的撞击可能造成门五金弹起离开止挡物或者步进电机释放， 即使在它被控制器命令保持在 保持状态时也会如此。 当步进电机处于保持状态时门五金部件被感知的运动还指示在缩回期间推杆被 暂时挡住， 但是现在已经被释放并且能够在限制内移动。即使在对用于每个缩回周期的拐 点位置与之前周期的拐点位置进行比较的优选实施例中， 也可能发生这种情况。
控制器的优选设计的再一个方面在于， 在控制器试图识别拐点之前， 控制器初始 操作驱动器以去除松弛、 并且确保门五金部件已经开始移动。固定数量的脉冲或者固定距 离可以用于确保在控制器试图由传感器检测门五金部件已经停止移动而驱动器仍在缩回 之前， 系统中初始的松弛被去除并且初始的起动摩擦力被克服。
控制器的另一方面涉及用于拐点的检测方法。在最优选的实施例中， 控制器通过 使用平均方法监视传感器输出信号的斜率。可以将多个脉冲发送给步进电机， 并且每个脉 冲可以相应于输出轴的相对微小的运动和摇杆臂和磁铁 82 相对于传感器 80 的相应的相对 微小的运动。
可以通过对步进电机的多个步进使用霍尔效应传感器输出电压的平均斜率来识 别拐点。随着采取额外的步进， 平均窗被移动。优选设计使用 boxcar( 加窗的 ) 平均方法， 窗上具有竖直侧 (vertical side)， 虽然还可以有效使用其它平均方法。
本发明的优选设计将弹簧 40 操作成压缩状态， 然而它还可以被设计成弹簧操作 在张紧状态中。
虽然已经结合具体的优选实施例专门描述了本发明， 但显然对本领域技术人员而 言， 根据上述描述， 许多替换、 更改和变化将是显而易见的。因此意图所附权利要求将包含 落入本发明的范围和精神范围内的任何这种替换、 更改和变化。
因此， 已经描述了本发明， 其权利要求为。