用于电子锁的由螺线管操纵的锁簧控制 本发明涉及一种电子组合锁，尤其涉及一种带有低能级电源或备用电源和一个相对较大的、用以控制锁簧的开启的能源消耗装置，如螺线管，的电子组合锁。
由James D.Hill于1997年提交的，申请号为08/852,859的专利申请，题为《电子组合锁及其电容充电电路》，是一份相关申请。
电子组合锁的问世已有多年。近年来，自供电的电子组合锁以X-07电子组合锁、Cencon锁和Auditcon锁的形式为整个保安业所熟知，这些锁均由肯塔基州列克星敦的Mas-Hamilton集团公司出售。所有这些锁都是自供电的电子组合锁，在锁的内部含有一个发电机，开锁时由操作人员手动操作，以便为该电子组合锁的电子控制提供电源。使用手动的装有供电装置的机械驱动装置来旋转用作发电机的一部分步进马达，以便为该电子锁地操作提供必要的电源的作法不需要再从锁的外部接入电源或使用电池，并且消除了与电池相伴而生的问题，如老化、放电和/或腐蚀。
该电子组合锁的步进马达/发电机在手动旋转其间能够产生约16伏之多的开路电压，足以将电容器充电到能驱动该锁的能级。
由于在电子锁内尺寸和空间的限制，典型地用于X-07、Cencon和Auditcon锁的电容器都不具备用以驱动该电子控制、提供电流和电源以操纵能用来控制部件的机械链条，从而从该延展位置到一个缩进的开启位置驱动该锁簧的一个螺线管的储备能力。
如果没有外部电源或者电池能源，在一个非常低能级的供电装置中，一个典型的螺线管要消耗大量的能源以拨起该装置并保持该装置的实用状态。螺线管的相对较大的能源消耗意味着电子锁或者使用一个替代的低能耗的装置，如一个脉冲步进马达，它具有与上述Mas-Hamilton锁相同的稳定状态，或者使用电池或外接电源，以便为螺线管控制的装置提供充足的能源。电源必须保持充足的电能以操作该锁舌的电控制并保持该螺线管或其它装置，如步进马达，直到该锁开启，锁簧控制被激活以允许该锁簧的缩进。
螺线管控制的锁的例子有授予Gartner，et.al的美国专利5307656，以及授予Wayne F.Larson的美国专利4831851。Gartner，et.a1锁不是自供电的，因此，需要电源如外接电源或电池来确保锁的操作，而Larson锁是电池驱动。
作为螺线管芯的矫顽力和螺线管体的残留磁性的结果，螺线管具有一种在一个激活位置磁密封该引铁磁舌的特性。通过在该螺线管体和该螺线管的引铁磁舌盘之间包含一个非磁隔板，这种磁密封和保持通常被表达为不需要的特性。该非磁隔板防止了该引铁磁舌与该螺线管体拉得很近从而被该螺线管芯和螺线管的残留磁场所保持。
如果去掉隔板，允许该引铁磁舌对该螺线管体的密封，则该脉冲螺线管将拨起并保持，直到通过施加到该螺线管引铁磁舌上的物理力释放该磁密封。
这种磁密封可有利地用在适当的场合以允许螺线管使用更短和更小的能量脉冲，从而获得为操作锁所需的必要的机械位移和机械作用。
本发明的一个目的是利用一个只需最少量的能源的螺线管来控制一个锁机构的开启。
本发明的另一个目的是在锁簧完全恢复到一个锁定的、延伸的位置之前，重新锁闭该锁簧缩进机构。
本发明的另一个目的是恢复锁的机械控制部件，以便在锁簧柄恢复到其锁定位置之前，重新设定到一个锁定位置。
在本发明中，该锁簧柄用于缩进一个电子组合锁的锁簧。该锁簧柄由一个滑杆控制，后者由一个插销锁定以防运动。该插销由一个利用来自一个电子控制装置如一个微处理器的电子信号所控制的非常短暂的电流脉冲的螺线管而激活从而释放该滑杆。该螺线管推动该插销柄脱离与该滑杆的闭合接触，从而释放该滑杆，在与该锁簧柄相连接的一个弹簧的影响下运动，并间接作用于该滑杆。该锁簧柄和该滑杆彼此互连或彼此咬合，以致于只要被一个螺线管和一个插销所释放，该锁簧柄的运动将使该滑杆移动，从而允许该锁簧柄引起该锁簧的缩进，只要该锁簧柄是被锁中的一个机械缩进装置所带动。
作用在该锁簧柄上的弹簧力提供位移力使该滑杆和该锁簧柄从一个与锁的锁定状态相应的一个位置运动到与锁的非锁定状态相应的一个位移位置。
由于该螺线管中的残留磁性的缘故，该螺线管引铁磁舌盘与该螺线管体在其激活或拨起状态密封。该引铁磁舌保持密封状态，直到一个机械力使该引铁磁舌和引铁磁舌盘相对于该螺线管体而运动，该磁密封被打破时为止。当该引铁磁舌盘被物理地移动到一个远离该螺线管体的位置时，密封被打破，此时，该残留磁场的残留磁性吸力不足以保持该引铁磁舌盘，因此，与该插销柄相连的弹簧便能使该螺线管引铁磁舌返回到未激活或未拨起位置。对于较小的螺线管而言打破该磁密封所需的机械力，通常比较小(大约几克)。
打破磁密封的机械力来自包含该锁簧柄的滑杆的运动。能量去除之后，该螺线管保持在其激活状态，直到通过该滑杆至少移动一段充足的距离以保证锁的开启操作，该螺线管引铁磁舌与该螺线管体脱离密封。无论何时该螺线管引铁磁舌与该螺线管体脱离密封，正常闭合滑杆运动的插销被允许部分恢复到一个中间位置，然后，完全复原该滑杆到其完全恢复位置。这样就消除了在该锁簧柄和锁簧恢复到一个延展的锁定位置或之前，该滑杆没有被重新设定和闭锁的可能性。
一旦该滑杆被完全恢复和闭锁，该锁簧柄尤其是其上的榫舌的移动路径可能被一部分滑杆所阻塞，该滑杆主要用于防止该锁簧柄被移动到一个使锁簧开启的位置。此时，该滑杆结构处于可以防止锁的锁定的状态。这一问题可以这样来表述，即将滑杆与一个偏转的螺旋形横杆弹簧合并以允许该锁簧柄的榫舌通过。该螺旋形横杆弹簧和滑杆共同构成一个插销以防止该锁簧柄在受力状态下运动，而允许在该锁簧柄恢复之前恢复该滑杆。
对本发明的更充分的理解可以借助于附图以及以下对实施本发明的最佳实施例的详细描述而得到。附图中：
附图1-7是在各种操作状态下该锁的锁簧控制机构的示意图；
附图8是用以控制附图1-7中锁的螺线管的电子控制装置的方块图。
首先参看附图1，图中描述了处于锁定和非激活状态下的实现本发明的一种锁。锁10包含在锁壳12中，后者支持锁簧14在一个延展位置和缩进位置之间的往复运动。将锁簧14从一个位置移动到另一个位置所需的力由锁簧柄16提供给锁簧14，锁簧柄与锁簧14在枢轴接头18处枢轴地相连。枢轴接头18最好是一个穿过锁簧14旋进锁簧柄16中的锁簧。此外，锁簧柄16有一个榫舌20从其一个表面凸出，其背面如附图1所示。
锁簧柄16还带有一个传统的凸头部分22，它可以围绕枢轴接头18运动，从而与一个曲线轮26中的曲线槽24咬合。
要使锁簧14缩进，必须使该锁簧柄16以逆时针方向绕枢轴接头18旋转，以使凸头部分22咬合进曲线槽24中，然后以逆时针方向旋转曲线轮26。要启动这样的一系列事件，该锁簧柄16必须以逆时针方向绕其枢轴接头18运动。
滑杆28被限定在槽30中。槽30用于放置榫舌20，滑杆28的任何运动都将引起榫舌20以及锁簧柄16沿滑杆28的相应运动。
要使凸头部分22咬合进曲线槽24中，滑杆28必须向下运动，如附图1-3所示。滑杆28的向下运动被与滑杆28的插销凹槽33咬合的插销32所阻塞。插销32在插销枢轴31处绕锁壳12运动。
通常在插销枢轴31处绕轴运动的是一个螺线管重置柄34。螺线管重置柄34用以使该螺线管引铁磁舌42从其密封状态恢复到非密封状态，以下将详细描述。
螺线管40安装在锁壳12中。螺线管40是一个通常的推压式螺线管，带有与螺线管40同轴的引铁磁舌42。引铁磁舌盘44是或附属于引铁磁舌42的一部分，完全延伸穿过该螺线管40的长度。操作时，引铁磁舌42将从该螺线管40的右端延伸；该引铁磁舌42的延伸由引铁磁舌42和引铁磁舌盘44向着螺线管40的磁性吸力来实现。利用一个非常短暂的脉冲对螺线管40施以能量，将产生充足磁通量的磁场以吸引引铁磁舌盘44和引铁磁舌42朝向螺线管40，从而使引铁磁舌42从该螺线管壳41的另一端延伸，并使张力弹簧50延伸。当螺线管引铁磁舌42被螺线管40的磁场朝附图3的右侧拉动，该引铁磁舌42将与该插销导入接头46咬合，后者用于接受该螺线管40的输入。假定其是自由运动，该插销导入接头46将以逆时针方向绕插销枢轴31运动，使插销32通过接头29与插销接头35的咬合脱离与滑杆28中的插销凹槽33咬合。
要使插销32绕插销枢轴31运动，滑杆28必须向上运动，如附图2和3所示。附图2显示了由于凸头部分22与曲线轮26上的高凸头48咬合，滑杆28处于提升位置。随着高凸头48与锁簧柄16的凸头部分22的咬合，锁簧柄16以顺时针方向绕枢轴接头18运动，榫舌20对滑杆槽30的上表面施加作用力，从而使滑杆28向上运动。此时，凹槽33与插销32脱离咬合，而插销32将自由运动。
随着滑杆28的提升，如附图2所示，插销32将以逆时针方向绕插销枢轴31自由运动。螺线管40被施以能量，引铁磁舌42从该螺线管40的右端向枢轴插销32延伸。
附图3显示了曲线轮26与带有凸头部分22的锁簧柄16在曲线轮26的高凸头48处咬合的状态。附图3描述了该螺线管40已被施以脉冲能量，该引铁磁舌盘44已被吸引到该螺线管体40，从而延伸该引铁磁舌42时的状态。在所有其他有关该滑杆28的位置中，附图3中的锁簧柄16、凸头部分22和曲线轮26都与附图2中的一致。
附图3显示了由于引铁磁舌42相对于插销导入接头46的延伸，插销32处于非咬合或非闭锁的状态。插销32的咬合部分与插销凹槽33脱离咬合，使滑杆28在附图3所示的向下方向上自由运动。曲线轮26的高凸头48继续保持该锁簧柄16和滑杆28在其提升位置。螺线管引铁磁舌盘44由于螺线管体40内的残留磁性而相对于螺线管体40磁密封。因此，插销32将保持在非闭锁状态，直到该螺线管重置柄34绕插销枢轴31运动使得引铁磁舌盘44和螺线管40之间的磁密封被打破时为止。该密封打破作用或重置作用是该螺线管重置柄34绕插销枢轴31运动的结果。该螺线管重置柄34是被弹簧50朝围绕插销枢轴31的顺时针方向偏转的弹簧。由弹簧50施加的力小于引铁磁舌盘44上的残留磁性吸力，因而，只要该引铁磁舌盘44被磁密封到螺线管40，该弹簧50将不重置螺线管重置柄34。
为提高对物理冲击和振动的阻力，插销凹槽33带有彼此平行的侧端，并且与插销32在闭锁时驻留在插销凹槽33中的相应部分平行。
当引铁磁舌42被磁保持在激活位置上时，插销32将保持与插销凹槽33的脱离咬合状态，并使滑杆28运动，直到该引铁磁舌盘44被重置，引铁磁舌42缩进螺线管40中为止。曲线轮26以逆时针方向旋转，并试图开启锁10，导致锁簧柄16的凸头部分22从曲线轮26的高凸头48脱离，掉入口隙58中，并使锁簧柄16以逆时针方向绕枢轴接头18运动。锁簧柄16的逆时针方向绕轴运动将使榫舌20在滑杆槽30的底表面上运动，从而使滑杆28向下运动，如附图4所示。锁簧柄16的运动导致其末端和锁壳12的柄头52之间的咬合脱离。使锁簧柄16运动的动能由在锁簧柄16和柱杆56之间连接的弹簧54提供。
一旦曲线轮26中的口隙58临近锁簧柄16的凸头部分22时，弹簧54将收缩，逆时针方向拉动锁簧柄16，使滑杆28向下运动，并使螺线管重置曲线轮36与螺线管重置曲线从动轮38咬合，后者是螺线管重置柄34的一部分。当滑杆28下降时，如附图3所示，螺线管重置曲线从动轮38被滑杆28上的螺线管重置曲线轮36驱使与该螺线管重置柄的剩余部分一起朝顺时针方向绕插销枢轴31运动。当滑杆28从其附图3中的位置运动到附图4中的位置时，插销导入接头46顺时针方向绕插销枢轴31运动，并驱动引铁磁舌42朝附图4所示的左侧运动，使引铁磁舌盘44运动一段充足的距离，使得螺线管40中的残留磁力不足以将引铁磁舌盘44重新吸回到相对于螺线管壳41的密封位置。
当螺线管重置柄34被作用于螺线管重置曲线从动轮38的螺线管重置曲线轮36旋转时，由螺线管重置柄34施加于插销32的力被释放，从而使弹簧50迫使插销32顺时针方向绕插销枢轴31运动，并进一步使插销32与滑杆28的侧表面62咬合。因此，插销32处于重新咬合状态或者与凹槽33在滑杆28恢复到其提升或缩进位置时呈闭锁咬合。
现在参看附图5，图中显示曲线轮26逆时针方向旋转至其一部分与锁簧柄16的凸头部分22咬合时的位置。如图所示，锁簧柄16已经向左移动，此时，锁簧14已缩进到非锁定位置。在将锁簧柄16从右向左移动时，榫舌20与滑杆28的曲线表面66咬合。由于开启锁簧柄16或缩进锁簧14的运动，曲线表面66将滑杆28提升或恢复至其提升状态。当滑杆28被提升至其恢复位置时，插销32从滑杆28的侧面62滑到与插销凹槽33呈直线排列的位置。插销32被弹簧50迫入重锁定或闭锁位置。
参看附图6，当朝顺时针方向旋转时，曲线轮26将与锁簧柄16的凸头部分22咬合，并使锁簧柄16相对于柄头52向上运动。此后，曲线轮26继续顺时针方向旋转使锁簧柄16随着锁簧柄16的顶部向右运动，并伴随柄头52的向下运动，直到锁簧柄16通过柄头52时为止。在到达了插销32已经恢复至其与插销凹槽33咬合的闭锁位置后，滑杆28不再向下运动，以相应榫舌20与重锁定插销70的斜面68的咬合。
重锁定插销70是一个螺旋弹簧72的一部分，后者由支座27支撑并从其延伸。当螺旋弹簧72受榫舌20施加的力而弯曲时，螺旋弹簧72将使榫舌20落入滑杆28中的槽30中。一旦螺旋弹簧72已经充分弯曲，使榫舌20落入槽30中，该螺旋弹簧所施加的力，尤其是其斜面68连同由该曲线轮26施加到凸头部分22上的力将使锁簧柄16以顺时针方向绕其枢轴接头18运动。一旦锁簧柄16的末端通过柄头52，曲线轮26和斜面68分别作用在凸头部分22和榫舌20上的组合力将使锁簧柄16朝顺时针方向绕其枢轴接头18运动，一般是向上运动。当榫舌20通过该重锁定插销70时，该螺旋弹簧72将使其恢复至未弯曲的位置，并因此有效地阻塞榫舌20以逆时针方向绕枢轴接头18的运动，以对应施加到锁簧14上的任何力；然后，该力将驱使锁簧柄16相对于柄头52而运动。如果没有重锁定插销70有效地阻塞榫舌20，锁簧14上的力会因柄头52朝逆时针方向绕枢轴接头18运动而导致锁簧柄16弯曲。如果曲线轮26的口隙58与凸头部分22适当对齐，锁簧柄16就可能被迫向下运动，脱离柄头52，使得施加末端锁簧压力便可未经授权地开启锁10。
重锁定插销70和支座27在某个角度共享一个界面25，以解除重锁定插销70沿一个恢复方向相对于支座27的运动，并阻塞重锁定插销70朝相反方向的运动。
参看附图7，图中显示曲线轮26还向锁簧柄16的凸头部分22施加恢复力，从而有效地将榫舌20提升到滑杆28的槽30中。螺旋弹簧72已经恢复至其非弯曲位置，从而使重锁定插销70位于榫舌20之下，并有效地阻塞榫舌20的向下或向左运动，这对锁簧柄16通过锁壳12的柄头52是必要的。
参看附图8，图中显示了锁10的电子部分。发电机80由与轴84相连、并连接发电机80和曲线轮26的拨盘82操纵。旋转拨盘82操纵发电机80向能量调节电路86提供产生的电能输出。能量调节电路86向该电子控制装置88提供直流电压形式的电源。或者，只有拨盘82和曲线轮26互连，并在拨盘82和发电机80之间可以有一个独立的驱动路径92。
该电子控制装置88可以通过键板40或其它输入装置，如磁卡、电子键或拨号输入，从操作人员接收组合信号，随后该电子控制装置将该组合信号与授权的组合信号进行比较。当输入的组合信号与授权的组合信号比较结果一致时，电子控制装置88则输出一个信号以操纵螺线管40。
为了有效地操纵该螺线管，应当理解，该螺线管40必须在与曲线轮26的高凸头48咬合的锁簧柄16处于其提升位置时，施以脉冲。这样作是为了解除滑杆28在插销32上的负载，并释放加在插销32上的力。如果操纵锁10是为了在锁10准备开启时，该高凸头48处于不与凸头部分22咬合的位置，则有必要通过一个电子记时电路给螺线管40施以能量，无论该滑杆28是否提升或收缩以释放插销32。
从上述描述和附图可以清楚地看到：本发明与现有的螺线管操纵的电子控制锁相比具有很多优点。最突出的优点是当锁10中有适当地组合时，螺线管40的操纵只需要从一个电容器提供非常短暂的脉冲电流以拨起该螺线管40。第二个优点是螺线管40将保持在其激活状态，从而在实际开启锁10并缩进锁簧14所需的时间里不再需要连续的电流到螺线管40。
本系统的这两个方面使得只需要在一个自供电的锁中的电容器中存储有限数量的电能供操作控制，而无需从电池或外接电源获得连续的电能供应。
本系统的另一个优点是该滑杆结构在锁定周期里可以很早地恢复其闭锁位置，并确保一旦锁簧柄16恢复到其锁定位置，它既不能被移动，锁簧14也不能因压迫该锁簧本身而重新开启。
虽然本发明仅仅披露了该锁的某些特定部分和部件，但应当理解，只要不脱离权利要求所提供的范围，可以对本发明作出微小改动和类似的及等同替换。