具有通信能力的无线门锁电力传送系统相关专利申请案
本申请案主张于2013年5月16日提出申请的共同拥有的美国临时专利申请案第
61/824,248号的优先权，所述美国临时专利申请案据此出于所有目的以引用的方式并入
本文中。
技术领域
本发明涉及门锁系统，且特定来说，涉及一种具有随其的通信能力的无线门锁电力
传送系统。
背景技术
最近趋势是经由电子构件增加门锁的智能。大部分供应商使用电池电力用于与这些
智能门锁相关联的电子器件。然而，此应用具有有关电池寿命方面的问题。替代门锁供
电系统使用铠装电缆来将电力供应到门锁电子器件。此解决方案需要对门的定制、复杂
且昂贵的修改。
发明内容
因此，需要一种经改进门锁电力传送系统，且特定来说，需要一种具有随其的通信
能力的无线门锁电力传送系统。
根据一实施例，一种用于将电力以无线方式传送到门锁的设备可包括：第一电感应
器，其经塑形为线圈，所述线圈适于接纳门锁定栓的第一部分且安装在门框中；电力发
射器，其具有耦合到所述第一电感应器的交流(AC)输出及耦合到第一电源的输入；第二
电感应器，其经塑形为环绕所述门锁定栓且可安装于门中的线圈；及电力接收器，其具
有耦合到所述第二电感应器的输入及用于提供第二电源的输出。
根据又一实施例，电力存储装置可耦合到所述电力接收器的所述输出。根据又一实
施例，所述电力存储装置可为可再充电电池。根据又一实施例，所述电力存储装置可为
超级电容器。根据又一实施例，可提供用于在所述门框与所述门之间进行通信的门框收
发器及门收发器。
根据又一实施例，其中：所述门框收发器可耦合到所述电力发射器且调制其所述
AC输出以由所述门收发器经由所述第二感应器接收；且所述门收发器可耦合到所述电
力接收器，其中所述电力接收器调制所述第二感应器上的可由所述门框收发器经由所述
第一感应器检测的负载。根据又一实施例，所述门框收发器与所述门收发器借助在其之
间传达数据的至少一个无线信号进行通信。根据又一实施例，所述无线信号可选自由以
下各项组成的群组：![]()
IRDA、红外线(InfraRed)及超声波
(Ultrasonic)。根据又一实施例，所述无线信号可根据选自由以下各项组成的群组的至少
一个通信标准而经格式化：![]()
及![]()
根据又一实施例，门框数字处理器可耦合到所述门框收发器及所述电力发射器，且
门数字处理器可耦合到所述门收发器及所述电力接收器。根据又一实施例，所述栓可选
自由以下各项组成的群组：磁性金属、彼此绝缘的多个磁性金属板、模制成门栓形状的
铁氧体浸渍的环氧树脂。根据又一实施例，所述栓可为由金属套筒环绕的石英晶体芯，
所述金属套筒将电力从所述第一电感应器以共振方式耦合到第二电导体。根据又一实施
例，电力可经由所述门框与所述门之间的电容性耦合而传送。根据又一实施例，电力可
从所述第一电感应器传送到充当空气芯变压器的所述第二电导体。
根据又一实施例，经编码解锁装置可耦合到所述门数字处理器。根据又一实施例，
所述经编码解锁装置可为密钥卡及所述门中的密钥卡读取器。根据又一实施例，所述经
编码解锁装置可为BodyComTM接收器，所述BodyComTM接收器耦合到所述门的把手或
旋钮且适于在带有具有所述门锁的对应进入码的BodyComTM发射器的人触摸所述把手
或旋钮时接收BodyComTM信号。根据又一实施例，热传感器可在所述门的每一侧上，
其中所述热传感器可耦合到所述门数字处理器且提供所述门的每一侧的表面温度。
根据又一实施例，如果所述门的相对侧上的所述表面温度高于特定温度，那么所述
门数字处理器可致使门把手或旋钮振动。根据又一实施例，门把手或旋钮位置传感器可
耦合到所述门数字处理器以指示所述门把手或旋钮的位置。根据又一实施例，当在第一
方向上旋转所述门把手或旋钮时，所述门解锁以打开且接着在关闭的后即刻再锁定，且
当在第二方向上旋转所述门把手或旋钮时，所述门解锁以打开且在关闭之后保持解锁。
根据又一实施例，当以位置与方向的正确顺序组合旋转所述门把手或旋钮时，所述门解
锁。根据又一实施例，所述门框数字处理器及所述门数字处理器可为微控制器。
根据另一实施例，一种无线门锁电力传送系统可包括：第一电路，其布置在门框内
且可包括：第一线圈；电力驱动器，其与所述第一线圈耦合，可操作以发射电力且经由
所述第一线圈发射并接收数据；及第一微控制器，其与所述电力驱动器耦合；及第二电
路，其布置在门内且包括：栓，其可操作以与所述门框啮合且进一步可操作以在与所述
门框啮合时经接纳于所述第一线圈内；第二线圈，其在门侧上环绕所述栓；接收单元，
其与所述第二线圈耦合，可操作以接收电力且经由所述第二线圈接收并发射数据；及第
二微控制器，其与所述接收单元耦合，其中当所述第二线圈接收由所述第一线圈经由所
述栓发射的载波信号时，所述接收单元将供应电压提供到所述第二微控制器。
根据又一实施例，所述第二电路可包括用于提供高电力供应电压的由所述第二微控
制器控制的高电力电压供应系统。根据又一实施例，所述第二电路进一步包括驱动单元，
所述驱动单元可操作以将所述栓移动到所述门框中以及从所述门框移出以将所述门锁
定及解锁，其中所述驱动单元可与所述高电力供应电压系统耦合。根据又一实施例，可
提供多个栓，所述多个栓在围绕所述门接近于所述门框且可操作以移动所述多个栓的多
个位置处。根据又一实施例，所述高电力电压供应系统可为由所述第二微控制器控制的
切换模式电力供应器。根据又一实施例，所述接收单元调制所述第二线圈的负载以将数
据从所述第二电路发射到所述第一电路。根据又一实施例，所述电力驱动器可调制到所
述第一线圈的所发射电力以将数据从所述第一电路发射到所述第二电路。
根据又一实施例，一种用于将电力以无线方式传送到门锁的方法可包括以下步骤：
经由门栓将电磁能从接近于门框的电力发射器发射到门中的电力接收器，所述电力发射
器可耦合到环绕所述门栓的第一部分的第一电磁线圈且所述电力接收器可耦合到环绕
所述门栓的第二部分的第二电磁线圈。
根据所述方法的又一实施例，在所述门框与所述门之间进行通信的步骤可包括经由
所述电力发射器及所述电力接收器进行通信的步骤。根据所述方法的又一实施例，所述
经由所述电力发射器及所述电力接收器进行通信的步骤可包括以下步骤：借助所述电力
发射器调制所述电磁能；借助所述电力接收器解调所述电磁能；借助所述电力接收器使
耦合到所述第二电磁线圈的负载变化；及借助所述电力发射器检测耦合于所述第二电磁
线圈与所述第一电磁线圈之间的负载的变化。
附图说明
通过参考结合附图做出的以下描述可获取对本发明的更全面理解，附图中：
图1图解说明根据本发明的特定实例性实施例的具有随其的通信能力的门锁电力传
送系统的示意性框图；
图2图解说明根据本发明的特定实例性实施例的具有随其的通信能力的门锁电力传
送系统的更详细示意性框图；
图3图解说明根据本发明的另一特定实例性实施例的在数个不同位置处的可触觉的
门拉杆/旋钮的示意图；及
图4图解说明根据本发明的又一特定实例性实施例的BodyComTM激活的安全门输
入系统的示意图。
虽然本发明易于做出各种修改及替代形式，但在图式中展示并在本文中详细描述其
特定实例性实施例。然而应理解，本文中对特定实例性实施例的描述并非打算将本发明
限于本文中所揭示的特定形式，而是相反，本发明打算涵盖由所附权利要求书界定的所
有修改及等效形式。
具体实施方式
根据各种实施例，可提供到门锁定机构的供电及通信而无与电池或硬接线相关联的
可靠性及费用问题。根据各种实施例，提出一种使用锁栓作为变压器的芯的电力传送系
统，所述变压器具有在门框中且在锁栓的第一部分上方的第一电感应线圈绕组以及在门
中且在锁栓的第二部分上方的第二电感应线圈绕组。此变压器将电力从门框电源耦合到
锁设备，且还可具有用于在门锁设备与相关联门框设备之间进行通信的能力。
因此，不可能发生与电池电量耗尽有关的问题。不需要昂贵的铠装电缆。定制门修
改并非必需的。根据本发明的教示的电力传送系统可能够耦合较高电力及双向数据，且
另外具有为门锁定组合件的机电式机械元件(例如，门栓、门闩、锁定转筒等)发射足够
电力的潜力。
现在参考图式，其示意性地图解说明实例性实施例的细节。图式中，将由相同编号
表示相同元件，且将由带有不同小写字母后缀的相同编号表示相似元件。
参考图1，其描绘根据本发明的特定实例性实施例的具有随其的通信能力的门锁电
力传送系统的示意性框图。具有随其的通信能力的电力传送系统可划分成两个部分：(1)
门框102中的锁栓接纳(例如，锁扣板116)、电力产生及通信设备；及(2)门104中的锁
定设备，其包括电力接收及存储、通信、锁栓及锁栓控制。在门框102中，第一电力电
路可包括感应驱动器电力发射器110，感应驱动器电力发射器110耦合到从门104环绕
可移动锁栓120的第一部分的第一感应线圈114。感应驱动器电力发射器110及第一感
应线圈114在锁栓120中产生交流(AC)磁场。
在门104内的锁定设备中，第二电力电路可包括环绕可移动锁栓120的第二部分的
第二感应线圈118。锁栓120用作变压器的芯，从而在第一感应线圈114与第二感应线
圈118之间有效地传送磁通量。此磁通量传送致使第二感应线圈118产生可在电力接收
器126中转换成直流(DC)电压的交流(AC)电压。此经转换(经整流)DC电压可存储在电
力存储/电源装置128(例如，电池或超级电容器)中且/或直接用于给门锁的高能量要求组
件(例如，锁栓120打开及/或关闭的机电致动)供电。电力存储/电源装置128可给门数字
处理器124及门通信收发器122供电。
门框通信收发器106及门通信收发器122可耦合到其相应第一感应线圈114及第二
感应线圈118并经由其相应第一感应线圈114及第二感应线圈118通信。这些通信耦合
可指向相应感应线圈但优选地可通过调制磁通量(例如，改变来自电力发射器110的AC
电压的振幅、相位及/或频率)及变更磁通量场(通过借助电力接收器126改变第二感应线
圈118的负载(阻抗))而穿过电力发射器110及电力接收器126。因此，可在门框102与
门104之间建立双向通信。替代地或除经由栓120的磁通量感应的通信之外，可直接在
门收发器122与门框收发器106(例如，![]()
SIG所拥有的注册商标；
![]()
Wi-Fi联盟所拥有的注册商标；![]()
ZigBee联盟所拥有的注册商标；IRDA；
红外线；超声波；或任何其它基于射频、光学或音频的通信系统)之间直接使用无线信号
130。可有利地在门104为打开的且栓120不在第一感应线圈114中或不接近于第一感
应线圈114时使用无线信号130。可在通信网路中使用相同无线信号130或其它无线信
号以在多个门104/门框102与中央控制计算机(未展示)之间发送及接收数据以用于控制
及监视每一门104及/或门框102。中央监视控制可包括(但不限于)通过远程地控制栓锁
定机构(未展示)或将栓120机电地移动于门框102锁扣板116中或移动出门框102锁扣
板116来远程地改变安全输入码、将门104锁定或解锁。通信网路可为(举例来说，但不
限于)![]()
IOT(物联网)、节点到节点通信或具有标准或定制协议的网路
通信系统。监视可包括(但不限于)栓位置(门锁定或解锁)、门打开或关闭、门的每一侧的
温度(火灾监视条件)、嵌入在门104之外侧(面向厅)表面中的安全摄像机。
门数字处理器124可用于控制以下各项的功能：锁定及栓致动、经由门收发器122
的数据通信及安全码存储及与安全输入装置(例如，磁卡、无线密钥包、语音辨识、指纹
辨识、面部辨识、虹膜扫描、小键盘输入码、RFID安全证章、BodyComTM(微芯片技术
公司(MicrochipTechnologiesIncorporated)所拥有的申请中商标申请)、所发射的经加密输
入码、手掌扫描器、磁性钥匙、使用唯一门位置组合的组合锁或ID证章上的2D条形码)
的比较。未展示可耦合到门数字处理器124且当密钥卡安全码匹配存储在门数字处理器
124中的安全码时用于将栓120解锁并进入门104后面的房间的密钥卡读取器或小键盘。
在本发明的范围内的是，预期其它形式的安全进入，如下文更充分描述。可借助去激活
(收回)锁定销(未展示)来将栓120解锁且通过门把手或旋钮(未展示)使所述栓机械地移动
到门104内的回缩位置或使所述栓从门框102/锁扣116中的延伸位置机电地移动到门
104内的回缩位置。门框数字处理器108可用于控制门框收发器106及电力发射器110
的功能。电源112可(例如)经由电力变压器(未展示)从局部120VAC分支电路(未展示)
连接到房间插座并耦合到门框102中的电力插口(未展示)。门数字处理器124及/或门框
数字处理器108可为门104及门框102的锁中的相应微控制器的部分。门栓120可包括
(举例来说，但不限于)具有磁性质的固体金属、例如用于电力变压器中的磁性金属的层
压且绝缘条带、可容易地模制的磁性材料(例如，环氧树脂基中的铁氧体粒子)的固体铁
氧体棒。电力传送还可通过经由高电容率材料的电容性耦合、经由由金属套筒所环绕的
石英晶体芯的以共振方式耦合及/或露天耦合(例如，如密钥卡的空气芯变压器)而提供。
参考图2，其描绘根据本发明的特定实例性实施例的具有随其的通信能力的门锁电
力传送系统的更详细示意性框图。在门框102中，由申请人制造的感应传感器模拟前端
装置模型MCP2036可提供如在图1中展示的电力发射器110及门框通信收发器106功
能。由申请人制造的微控制器模型PIC16F182X可提供如在图1中展示的门框数字处理
器108功能。在门104中，由申请人制造的三通道模拟前端装置模型MCP2030可提供
如在图1中展示的电力接收器126及门通信收发器122功能。具有USART及脉冲宽度
调制控制能力的任何微控制器可提供如在图1中展示的门数字处理器124功能。切换模
式电力供应器128可用于为机电致动器的操作提供较高电压/电力以用于移动门栓120。
用于前述装置的数据表及应用注解可在www.microchip.com处获得，且据此出于所有目
的以引用的方式并入本文中。
耦合到第一感应线圈114并与其组合的MCP2036(106、110)可用于在锁的栓120
中产生AC磁场。在门104内的锁中，集成模拟前端装置MCP2030(122、126)接收来自
第二感应线圈118的AC电压并将此AC电压转换成DC电压。
MCP2036(106、110)具有可由相关联微控制器108中的数据信号调制器(DSM)驱动
的时钟。DSM可调制AC磁场，从而允许数据发射到门内的锁电子器件，其中可(举例
来说)由模拟前端装置MCP2030(122、126)解码所述数据。
还可(举例来说)由可调制由第一感应线圈114及第二感应线圈118以及栓120形成
的变压器的第二感应线圈118的负载的模拟前端装置MCP2030(122、126)将数据从门内
的锁电子器件传递到门框电子器件。其中MCP2036(106、110)检测负载随变压器的次级
的阻抗的改变而改变且接着将此传递到比较器以用于转换成可由微控制器108中的
USART解码的数字电平。
应注意，MCP2036内的阻抗检测还可提供栓120是否存在于第一感应线圈114中且
因此门是否关闭且锁定的指示。较低感应阻抗检测可展示门为关闭的但未锁定，其中栓
120接近于第一感应线圈114但不在第一感应线圈114中。最低阻抗的检测将指示门为
打开的且栓120不接近于第一感应线圈114。
根据一些实施例，可使用其它调制方案。举例来说，门锁中的第一电路可使用不同
于门框中的第二电路的载波频率的载波频率并借助频率或振幅调制对其进行调制。其它
调制技术可经使用且出于所有目的涵盖在本文中。
MCP2036最初设计用于与感应触摸系统一起使用，且虽然MCP2030经设计用于以
此形式传递数据，但其经设计用于与被动极低电力识别卡通信。然而，使用栓120作为
磁芯允许传送高得多的电力电平以及提供门关闭/锁定或解锁以及门打开的指示。
布置于门内的系统部分可包括微控制器124，微控制器124具有异步收发器、脉冲
宽度调制(PWM)单元、电压比较器及参考电压源，如在图2中所展示。比较器、电压参
考及脉冲宽度调制器用于使用切换模式电力供应技术产生内部高电力供应电压。可由(举
例来说)马达、伺服或螺管式磁铁直接使用高电力电压来操作栓120。
可由可操作以将从布置在栓120周围的线圈118接收的载波频率转换成供应电压的
MCP2030产生基本供应电压Vdoor。此外，调制所述载波频率以将数据从门框102发射
到门系统部分，如所展示。此外，MCP2030可操作以(举例来说)通过调制施加到接收感
应线圈118的负载来调制所接收载波频率。因此，门框102中的发射器侧可检测其负载
并将其转换成数据流以用于从门104接收数据。
门框侧还包括微控制器108(此处，举例来说(但不限于)由申请人制造的来自
PIC16F182X族系的微控制器)。通常经设计用于感应接近检测系统的MCP2036可用作
用于发射电力及数据的驱动器电路，如所展示。用于此实施例中的微控制器因此仅需要
数字信号调制器及可与收发器106中的异步外围设备耦合的比较器。
参考图3，其描绘根据本发明的另一特定实例性实施例的在数个不同位置处的可触
觉的门拉杆/旋钮的示意图。如图3(a)中所展示，门把手340或旋钮(未展示)可适于沿多
个旋转定向定位。举例来说，门把手340的位置可表示其中栓120延伸到门框102及锁
扣板116中的门锁定条件。门把手340a的位置可表示其中栓120从门框102及锁扣板
116回缩的门打开条件，其中当门120关闭时，而栓120保持在回缩解锁条件中。门把
手340b的位置可表示其中栓120从门框102及锁扣板116回缩的门打开条件，其中当
门120关闭时，栓120返回到延伸锁定条件。本发明预期且在本发明的范围内，可编程
许多其它门把手340位置，例如在把手340移动到门把手340a位置且接着移动到门把
手340b位置的情况下的紧急警示。还可通过类似于组合安全锁的门把手340的唯一位
置组合实现门的无钥匙且无卡解锁。数字及/或字母可围绕门把手340的轴的圆周放置在
门上(例如，如图3(a)中所展示)，以用于改进把手位置定位的间隔尺寸以增加可用的输
入码的数目及复杂性。举例来说，将门把手340顺时针移动到位置a，接着逆时针移动
到位置e，接着顺时针移动到位置b，接着逆时针移动到位置d等。
参考图3(b)，把手位置传感器342可耦合到门数字处理器124以将把手340的位置
提供到门数字处理器124。触觉可感触反馈产生器344可耦合到把手340，其中可提供
各种转向阻力(例如)以指示锁定或解锁栓位置；且/或如果在门的另一侧上存在危险(例
如，房间或走廊中的火灾)，那么可在旋转门把手340时使其振动。触觉技术或“触觉学”
通过施加力或振动将可感触反馈提供给使用者。Microchip的MTCH810是允许工程师将
触觉特征容易地添加到门锁应用的集成控制器。可在www.microchip.com处找出有关触
觉学的更详细信息且由申请人制造的典型触觉控制器模型MTCH810可用于此类目的。
触觉技术及触觉控制器模型MTCH810数据表出于所有目的以引用的方式并入本文中。
参考图4，其描绘根据本发明的又一特定实例性实施例的BodyComTM激活的安全门
输入系统的示意图。BodyComTM系统是使用人体输送提供两个以电子方式兼容的装置之
间的直觉、简单且安全通信的数个信号的能力的新短程无线连接技术。BodyComTM系统
装置之间的通信在其在人体的数厘米内时发生：简单接近或触摸检测可建立BodyComTM
系统连接。有关BodyComTM技术的更多详细信息提供于可在www.microchip.com处获
得的Microchip应用注解AN1391中，且出于所有目的以引用的方式并入本文中。
人452可将BodyComTM安全进入装置450(例如腕带、束带(wasteband)、脚踝带、
钱包中的安全卡、项链、敏感高度安全性情景(例如，监狱及精神病医院)的人上的固定
且隐藏装置)佩戴在其身体上。门锁可配置有BodyComTM接收器，使得当具有经恰当编
码的BodyComTM安全进入装置450的经授权人抓握门把手(旋钮)340时，门将解锁且使
其经由经解锁门进入。在无具有适当进入编码的BodyComTM安全进入装置450的情况
下，将拒绝将门解锁。还可为警察及消防员提供特殊进入选项以在其具有正确
BodyComTM安全进入装置450的情况下经由如此装备的门快速进入。
本发明预期且在本发明的范围内，可将多个机电地操作的栓120与对应锁扣板116
及用于栓位置感测的第一感应线圈114一起集成到门104中。此类型的门锁定系统给出
额外安全性及保护以避免入侵高度安全性区域(例如，飞机驾驶舱、保险室、学校教室进
入等)。本发明还预期且在本发明的范围内，可在批准此类行动(例如，在火灾警示期间
将所有门解锁，在监狱暴动期间将所有门锁定等)的情景期间将门锁机构远程地设定为解
锁或锁定条件。
总之，所提出解决方案解决电力问题、提供安全通信、提供门锁位置检测且将新水
平的安全性及进入添加到以电子方式操作的门锁。
虽然已参考本发明的实例性实施例来描绘、描述及界定本发明的实施例，但此类参
考并非意味着限定本发明，且不应推断出存在此限制。所揭示的标的物能够在形式及功
能上具有大量修改、变更及等效形式，相关技术领域并受益于本发明的技术人员将会联
想到这些修改、变更及等效形式。所描绘及所描述的本发明实施例仅作为实例，而并非
是对本发明的范围的穷尽性说明。