电子锁定插销锁.pdf

一种电子锁定插销锁，其由保持式螺线管驱动，并在螺线管柱塞和锁的可滑动锁定插销之间具有非直接机械连接件。连接件包括连接至柱塞的枢转的杠杆和位于杠杆和锁定插销之间的连杆，这些零件按照以下方式布置：当锁定插销完全伸出时，杠杆的枢转点和连杆两端部上的枢转点以及杠杆和锁定插销对齐。这种机械布置解决了由螺线管柱塞直接驱动的锁定插销的一个问题，即防止了通过向内推动锁定插销而使伸出的锁定插销缩回。

1.  一种电子锁定插销锁，其具有外壳、适于从外壳伸出以及缩回到外壳内的往复插销、连接以驱动插销的保持式螺线管，所述保持式螺线管具有电磁线圈和用于在线圈影响下相对于线圈向内和向外线性往复行进的柱塞，所述保持式螺线管配置成，当缩回时无需给线圈供电而保持缩回，以及在伸出时无需给线圈供电而保持伸出，其特征在于，该电子锁定插销锁还包括：
枢转的杠杆，该杠杆被安装用于围绕外壳上的枢转点枢转，杠杆具有在枢转点的第一侧的第一臂和在枢转点的第二侧的第二臂，所述第一臂具有连接至柱塞的端部，以便通过柱塞的向内和向外运动被围绕枢转点在两个相反的旋转方向中的任何一个方向上摆动，杠杆的第二臂具有延伸至靠近插销的位置的外端部，以及
枢转的连杆，该连杆通过位于第二臂的外端部上和位于插销上的枢转连接件使插销与第二臂的外端部连接，
其中，杠杆的第二臂和连杆被配置成，当插销完全伸出时连杆和第二臂对齐，其中杠杆的所述枢转点和连杆的两个枢转连接件全部对齐，
从而，在插销完全伸出的情况下，因为连杆和杠杆的第二臂的对齐，从外壳外施加在插销上的向内的力不能够引起插销的缩回。

2.  根据权利要求1所述的电子锁定插销锁，其特征在于，杠杆的第一臂的长度小于杠杆的第二臂的长度，以便使插销伸出的长度比柱塞的运动长度长。

3.  根据权利要求2所述的电子锁定插销锁，其特征在于，杠杆的第一臂大约是杠杆的第二臂的长度的一半。

4.  根据权利要求1所述的电子锁定插销锁，其特征在于，连接至柱塞的第一臂的所述端部以下述方式固定至柱塞：允许柱塞和杠杆的第一臂之间的相对滑动运动以及旋转运动。

5.  根据权利要求4所述的电子锁定插销锁，其特征在于，所述柱塞具有孔，枢转紧固件从所述孔中穿过，并且第一臂具有接纳枢转紧固件的腰形孔。

6.  根据权利要求1所述的电子锁定插销锁，其特征在于，在插销的完全伸出位置，对齐的连杆和杠杆的第二臂与插销的行进路线形成约20°至24°的角度。

7.  根据权利要求1所述的电子锁定插销锁，其特征在于，杠杆的第一臂和第二臂不对齐，而是相互倾斜成角，第二臂与第一臂角向地偏移约55°至60°的角度。

8.  根据权利要求1所述的电子锁定插销锁，其特征在于，螺线管定位在外壳内，从而使得螺线管的柱塞平行于插销的行进路线延伸，但是相对插销的行进路线偏移。

电子锁定插销锁
技术领域
本发明涉及电动锁，并且具体地，涉及螺线管驱动型锁定插销锁，一种具体情况是由保持式螺线管驱动的电子锁定插销锁。
背景技术
电动锁通常由螺线管驱动，其中往复式螺线管柱塞驱动锁的锁定插销或者弹簧闩。在这种锁中，弹簧可以被定位成将锁定插销或者弹簧闩推动至伸出位置，同时通过给螺线管供电实现缩回，从而缩回柱塞。
电动锁常使用一种特定类型的螺线管（称为保持式螺线管），从而使得尤其在锁定插销锁情况中，不管锁的插销是伸出还是缩回，都不需要动力来保持定位。保持式螺线管具有永久磁铁和电线圈。当线圈以第一极性通电时，产生与永久磁铁的磁力近似相等但方向相反的磁力，有效地抵消永久磁铁的磁力，弹簧加载的螺线管柱塞克服了磁力向外释放。这允许弹簧使柱塞向外运动。当螺线管线圈以反向的第二极性通电时，其产生与永久磁铁的磁力一致的磁力，基本上使磁铁牵引力加倍，克服了弹簧并拉动柱塞至向内的缩回位置。
因此，在电动锁中使用保持式螺线管是有利的，原因在于可以使用瞬时动力就将锁定元件从锁定移动至未锁定状态以及从未锁定移动至锁定状态，而在使用瞬时动力之后不需要额外的动力就能将锁保持在锁定或未锁定状态。
然而，由于使用保持式螺线管也导致了某些缺点。首先，柱塞的行进距离受到磁铁和线圈的尺寸以及电源的限制。使用商业上可获得的电池（例如，AA、AAA或9V），锁定元件只能获得小的摆幅距离，出于实际 考虑，大约7mm或1/4英寸。理论上讲，由弹簧运动导致的摆幅可以较长，但是如果摆幅过长，螺线管和永久磁铁将不能够使柱塞和锁定元件缩回。在锁设计中，除了电池和磁铁需要外，还必须权衡上述因素与期望的摆幅距离，并且因而对插销摆幅距离存在实际限制。
保持式螺线管驱动的锁的第二个重要缺点在于如果一个人能够用手指或者工具接近插销的任何部分并且将它推回，那么就能够将锁定元件或者插销推回。如上所述，与电子锁定插销锁相反，这也是简单的螺线管驱动型锁的一个缺陷。一个人只需要克服弹簧的相对小的力，就可以将锁定元件推回并打开门或者橱柜。
发明内容
本发明的电子锁定插销锁通过在螺线管柱塞和锁定元件（尤其是插销）之间使用间接驱动机构克服了这些问题。
锁单元具有外壳，并且在外壳内具有往复插销和螺线管，优选保持式螺线管。两个枢转的机械元件在保持式螺线管的柱塞和插销之间相互作用。连接至柱塞的杠杆枢转地安装在外壳上的枢转点处。杠杆的一个臂在枢转点的柱塞侧上并且附接至柱塞的端部，而杠杆的第二臂朝向锁定元件或插销延伸，但是不直接连接到插销。在杠杆的第二臂和插销之间的是连杆，其枢转地连接至杠杆的第二臂和插销的基座端部。螺线管柱塞相对于杠杆的第一臂布置，从而随着柱塞的行进，第一臂前后摆动。杠杆的第二臂比第一臂长，从而使得在第二臂的端部产生较大的行进距离。连杆被设定成使得当杠杆朝一方向摆动时，通过杠杆与连杆的连接，使得插销缩回。杠杆朝另一方向的摆动（由柱塞驱动）通过连杆的连接，使得插销伸出。与螺线管柱塞直接驱动的锁定插销相比，这种机械布置对插销产生了更大的摆幅距离。
此外并且重要地是，连杆和枢转的杠杆的布置使得当插销完全伸出时，连杆和杠杆的第二臂对齐。换句话说，（在外壳上枢转杠杆的）枢转点和连杆的（连接至第二臂和插销的）两个枢转的连接件形成了全部对齐 的三个点。利用这种对齐，即使一个人利用手或者工具能够接触到伸出的插销，插销或者锁定元件也不能够被向内推回。连杆和杠杆的第二臂的对齐将使插销保持在伸出状态。
因此，本发明的目的在于通过以下方式改进电动锁的操作，特别是电子锁定插销锁：在螺线管柱塞和锁定元件之间使用机械联动装置，从而为锁定元件提供更大的行程或摆幅，并且使得当锁定元件处于完全伸出状态时，其不能够被从锁外部施加的外力迫使向内缩回。根据优选实施方式的下列描述，并结合附图考虑，本发明的这些和其他目的、优点以及特征将显而易见。
附图说明
图1是根据本发明的电子锁定插销锁的正视图，其中去除了外壳盖子，并且示出了处于完全伸出（锁定）位置的锁定元件。
图2是与图1相似的视图，但是示出了处于缩回（未锁定）位置的锁定元件。
图3是示出了图1和2的锁单元的透视图，其中锁定元件伸出，并且其中为清楚起见，去除了盖子和外壳的壁。
图4是示出了本发明的锁的螺线管、柱塞和机械元件的透视图。
图5是示出了根据现有技术的螺线管操作锁的正视图，其中去除了外壳盖子并且锁定插销出于缩回位置。
图6是图4中的现有技术锁单元的视图，但是其中锁定插销完全伸出。
图7是示出了在外壳上具有盖子的现有技术锁单元的视图。
具体实施方式
现有技术中典型的螺线管驱动式电动锁在图5、6和7中示出。锁10具有外壳12，外壳12具有固定凸缘14，外壳包括电池16（示出了两个，例如，9V电池）和螺线管单元18，螺线管单元18具有向外和向内驱动的 柱塞20。螺线管具有线圈（图中不可见），线圈在通电时产生磁场并对柱塞20施加电磁力。在这种情况下，锁设备10的螺线管18是如上所述的保持式螺线管。螺线管具有弹簧22，该弹簧22向外促动柱塞20和附接的往复式锁定元件或插销24。但是，弹簧的力通常可以由包含在螺线管盒18的端部26内的永久磁铁克服。如已经描述那样，当处于一极性的电池电力被施加给螺线管时，就产生基本上抵消掉永久磁铁的磁场的磁场，使得弹簧22能够将插销24推出到其如图6所示的伸出位置。仅需要将瞬时电压施加至螺线管线圈，原因在于一旦柱塞20（以及锁定插销24）抵达完全伸出位置，永久磁铁就不再能够克服弹簧22的弹力将柱塞向内拉回。图7也示出了锁定插销24的完全伸出位置，其中外壳12由盖子28封闭。
为了缩回锁定插销24，以相反极性对螺线管线圈瞬时供电，在这种情况下，其产生了加强永久磁铁的磁场并且足够于克服弹簧22的力的磁场，使柱塞20和锁定插销24缩回至图5中所示的缩回位置。再一次，因为永久磁铁现在将使柱塞和插销保持在缩回位置，所以仅需要螺线管的瞬时供电。图5和6示出了在这种典型的现有技术结构中的保持式螺线管18直接驱动插销24，柱塞20利用紧固件29固定至插销。如之前所解释的，如果一个人能够通过利用工具或者其他设备来接触锁定插销24以推动锁定插销24，从而能够将它推回，这就会开锁，使得能够开启门或者其他封闭结构。此外，使用保持式螺线管的直接驱动对于插销产生了限制性摆幅，如上所解释的，该摆幅在实际情况下被限制为大约7mm或者1/4英寸。
图1至4示出了本发明的包含在锁外壳31内的锁30的结构。本发明允许锁定插销24的较大摆幅，并且如图1中所示，当插销24完全伸出时，其不能被推回，而是牢固地并且严格地保持在适当位置。
不同于直接驱动插销，螺线管18的柱塞20通过包括杠杆32和连杆34的机械联动装置间接地驱动插销。杠杆32具有两个臂，第一臂32a和第二臂32b。杠杆从外壳上的固定枢转点位置36枢转，这可以通过如标号36所示的机械螺钉固定来实现。当锁如图1中所示的那样完全伸出时，这些机械零件被定位成使得杠杆的第二臂32b和连杆34直接对齐。因此，在锁定插销24上向内推动不会使螺线管柱塞活动并且插销不能够被手动 缩回。连杆34在枢转连接件40处枢转地固定至锁定插销，并且在枢连接件42处枢转地固定至第二臂32b的外端部。柱塞20的外端部在自由枢转连接件44处固定至杠杆的第一臂32a的端部，该自由枢转连接件44还允许轻微的滑动平移。比较图1和2，后者示出了处于插销缩回位置的机械布置，可以看出当螺线管柱塞20以直线路径行进时，杠杆的第二臂32a的端部实际上以弓状路径移动。出于这个原因，杠杆的第一臂32a的端部具有腰形孔46，如图4中所示。用于连接的紧固件（参见图1和2的标号44）穿过柱塞中的孔48（或者如图4中的开叉式螺线管柱塞的两个孔），孔48优选地为圆形，并且该枢转紧固件能够根据需要沿着杠杆的第一臂中的腰形孔46行进。注意，优选地，选择第一臂32a相对于柱塞20行进路线的角度，使得第一臂32a在柱塞行进路线一半的位置处基本上垂直于柱塞行进路线。因此，图2和1中的第一臂32a的角度实质上从垂直于柱塞的角度近似相等地朝前部和尾部偏转。这使得枢转组件沿着杠杆的滑动距离最小化。此外，通过把杠杆运动的轨迹均分布置在此最佳角度上，使得柱塞作用在杠杆的第一臂32a上的机械优势最大化。
比较图1和2，可以看出插销24通过螺线管柱塞20的伸出而缩回。柱塞的伸出通过对螺线管线圈施加合适的电压极性进行。锁典型地是电子锁定插销锁，该电子锁定插销锁通过在键盘上输入密码或者通过使用手持式电子接触或接近设备或者通过网络打开或锁定。杠杆的第一臂32a比第二臂32b短，其中这两个臂的长度的比率被适当地选择以对插销24产生期望的摆幅距离。在所示的例子中，该比率为大约2:1。如图2所示，柱塞和第一臂32a端部的向前运动使杠杆32围绕安装在外壳上的枢转点36旋转，使第二臂32b的端部在这些视图中逆时针摆动。这使枢转连接件42随着连杆摆动，将连杆34拉回，同时使连杆围绕插销枢转连接件40稍微旋转。
在优选实施方式中，通过本发明将锁定插销24的摆幅从现有技术的典型的约1/4英寸增加至超过1/2英寸，大约13至14mm。
可以在锁外壳中设置传感器，以感测锁状态。两个传感器在标号50和52处示出。这两个传感器可以是电磁的或者光学的（或者限位开关） 并且感测锁定插销的位置，确认锁定插销24如图1中那样完全伸出，或者如图2中那样完全缩回。电路板在标号53处示出，并且传感器可以安装在电路板上。
图3和4的透视图示出了在其他视图中不可见的某些元件。这些视图示出了螺线管单元18内的螺线管线圈54，以及位于螺线管单元的前端处的永久磁铁56，其以之前所述的方式作用于柱塞20。此外，在图3中，锁定插销24被示出为位于滑道58内，并且将更好地展示枢转连接件的细节。此外，图3示出了停止柱60，其能够给插销24提供缩回限制。这也可以在图1和2中看出，其中图2示出了杠杆32紧靠柱60接合，以限制机械装置和插销的运动。可以通过其他方式（例如直接位于插销24的路径中的连接外壳的柱）建立插销的缩回限制位置。
在所示的优选实施方式中，对齐的连杆34和杠杆臂32b相对于插销24的行进路线的角度约为22°（或者约20°至24°）。在臂32b和32a之间，由杠杆32本身限定的角度（即，从臂32a到臂32b方向上的变化）为约57°（或者约55°至66°）。在枢转点36处限定的钝角相应地为120°至125°。应该理解，螺线管可以定位在外壳内的任何期望方向上，其中实际布置在附图中示出，并且以上的角度涉及所示外壳31内的特定的实际布置。杠杆32可以具有相对于第二臂32b成任何合适角度的第一臂32a，并且然后螺线管将被定位成使得其柱塞行进路线以上述方式与第一臂32a的行进弧度相关，以便使滑动最小化并且使机械优势最大化。如果需要，以上所述的第二臂32b/连杆34和插销行进路线之间的角度为0°（对齐），重要因素在于当插销完全伸出时，第二臂32b和连杆34对齐。此外，第二臂32b与第一臂32a的比率可以不同于所示的大约2:1。
再进一步，可以去除连杆34，而改为在第二臂32b的外端部和插销24的基座端部之间设置滑动枢转连接件。简化地，这将是插销内端部中的狭槽，其垂直于插销行进方向，其中销或紧固件（例如42）直接延伸通过该狭槽。然后，零件的定位将使得在第二臂朝向插销狭槽的底部时，如图1中所见的插销那样，当插销完全伸出时，第二臂与插销行进路线对齐。当插销缩回时，第二臂将处于插销狭槽的最顶部。插销基座可以较宽（如 图中所见较高），以为足够的插销摆幅提供宽的狭槽。在狭槽中可使用滚球轴承以降低摩擦。图1至4中所描绘的实施方式是优选的，但是这种修改的布置是可能的。
上述优选实施方式旨在说明本发明的原理，并不是限制其范围。对于所属领域技术人员而言，其他实施方式和对这些优选实施方式所进行的修改将是显而易见的，并且可以在不背离随附权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下实现所述其他实施方式并进行修改。