嵌入式电子锁 【技术领域】：
本实用新型涉及一种电子锁。
【背景技术】：
电子锁是一种应用越来越广泛的新型锁具，是传统机械锁具的更新换代产品。
目前市场上见到的电子锁，无论是采用交流或直流工作的，工作功耗一般均在数瓦(W)到十来瓦(即工作电压多为12-24V，工作电流为0.2-2A)，这类电子锁由于效率低、功耗高，所以要求供电系统容量大，因而不能匹配体积、重量、电源功耗不断降低的微电子控制电路，也导致在一些电源功耗要求十分严格或经常停电的场合几乎无法应用，因此制约了电控锁的普及推广和换代，因此电子锁的应用一直局限于宾馆、办公楼等高档的商业场所，而不能进入家庭中广泛应用；而且其机电结构较复杂，安装、维护需要具备一定的专业技能，难度较大；而对于现有的普通机械锁，如果要改装成电子锁，现有技术中只能将其整个锁更换，因此不能同传统的机械锁很好的融合起来，更换成本高，也不利于推广应用。
【发明内容】：
本实用新型的发明目的就是要克服以上现有技术中的不足之处，提出一种低耗电、小体积、易于安装、可方便改装传统机械锁的嵌入式电子锁。
为此本实用新型提出了一种嵌入式电子锁，包括控制装置和锁芯，所述控制装置包括主控电路，主功能是提供身份认证、控制信号的输出；所述锁芯包括主动组件1、从动组件2和固定组件3，所述主动组件、被动组件设置于所述固定组件内；或所述固定组件被包含于所述主动组件或被动组件内；所述固定组件、主动组件或被动组件之一集成有离合机构10，所述控制装置控制信号输出端与所述离合机构控制端电连接，用于通过控制所述离合机构的动作以控制所述主动组件与所述从动组件的离合状态。
上述的嵌入式电子锁，所述离合机构包括动力装置100和由所述动力装置驱动伸缩的离合销。所述离合销包括第一离合销101、弹簧103和第二离合销102，所述第一离合销与所述动力装置的驱动轴固定连接，所述弹簧一端与所述第一离合销固定连接，另一端与所述第二离合销固定连接。所述动力装置100优选具有驱动轴沿轴向伸缩功能的电动机。
上述的嵌入式电子锁，所述锁芯还包括相对锁定机构30。集成于主动组件或从动组件，具有与所述固定组件活动配合地锁定销；用于在常态下将所述固定组件与主动组件或从动组件相对锁定，在合法外力的驱动下，或根据合法外部命令自身产生动力的驱动下，带动锁定销脱离与所述固定部件的机械配合。
上述的嵌入式电子锁，其特征是：集成有所述离合机构的固定组件、主动组件或从动组件设置有用于导通电信号的触点、轨道或电刷11。所述主动组件或/和从动组件设置有势能存储机构4。还包括微型发电机，集成于所述控制装置或主动组件或从动组件，与所述势能储存机构机械连接，用于将所述势能储存机构的机械能转换为电能。还包括电能存储装置，与所述微型发电机电连接。
上述的嵌入式电子锁，还包括一个或多个延时控制装置，设置于所述控制装置或主动组件或从动组件，用于控制能量释放过程。
上述的嵌入式电子锁，所述控制装置包括电源定时切断或休眠模块、信号采样和存储模块，用于采集、记录各种内、外界信号或处理相应的信号在需要时可以形成控制信号输出，目的提供黑匣子或/和监控功能，有效地进行系统非法使用记录或容错处理，如音视频信息的采集、记录等，工作模块出错后启用备用方案等功能。还包括可与外界进行无线通信的无线收发模块。
上述的嵌入式电子锁，所述锁芯还包括恢复初始状态的装置。
采用本实用新型的有益效果是：
通过将离合机构集成于锁芯内，兼顾了传统锁的接口特点；可以制造成与现有各种机械锁芯相同的形状，直接替代现有机械锁具，能够简单快捷地将原有的机械锁升级改装为电子锁。
备份方便，容易形成多套独立的备份组件同时不增加体积。使得完全放弃机械钥匙成为可能。
将多种锁具的辅助功能如恢复初始状态机构、相对锁定机构等集成于锁芯内，大大降低了电子锁的整体体积。
驱动组件的力量可以很小，节省了宝贵的电力；将电子锁工作过程中的机械能转化为电能，节省电子锁对供电电能的需求，可以大大延长电子锁电源的更换时间，使电子锁的维护周期可以隔得更长。
可以进行各种功能扩展，适应数字化控制的要求。
【附图说明】：
图1是本实用新型实施例一的锁芯结构示意图；
图2是本实用新型实施例二的锁芯结构示意图；
图3是本实用新型离合机构结构示意图；
图4是带相对锁定机构的本实用新型结构示意图；
图5是本实用新型相对锁定机构原理示意图；
图6是本实用新型从动组件与相对锁定机构配合的同心孔示意图；
图7是实施例一主动组件与从动组件结合的示意图；
图8是实施例一主动组件与从动组件分离的示意图；
图9是实施例一集成微型发电机的结构示意图；
图10是实施例一微型发电机与势能存储装置配合的示意图；
图11是本实用新型实施例二的锁芯结构示意图；
图12是本实用新型实施例三的锁芯在闭合时结构示意图；
图13本实用新型实施例三的锁芯在开启时结构示意图；
图14、图15、图16、图17是各种异型锁芯的结构示意图；
图18是本实用新型所用电机的结构示意图；
图19是图18所示电机局部结构示意图；
图20是图18所示电机的定子示意图；
图21是控制装置与锁芯关系示意图；
图22是一种锁簧的结构示意图。
【具体实施方式】：
下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。
实施例一：如图1所示，是一种常开锁芯，锁芯分为三部分，即主动组件1、从动组件2和固定组件3，主动组件与从动组件被收容在固定组件内，可以相对固定组件转动，主动组件和从动组件可以相对转动。离合机构10集成在主动组件内，包括动力装置100和由动力装置驱动伸缩的离合销。动力装置优选驱动轴能沿轴向做伸缩运动的电动机。当离合销104伸出时离合处于闭合状态，此时两个部分相对锁定，外力可以直接传递到电子锁的工作部件。反之，当离合销缩回时离合处于分离状态，此时两个部分相对分离，外力无法传递到电子锁的工作部件。此种锁可以集成多套工作组件以备份，当其中一个组件失效时，可以启用备份组件来完成相应的功能。
离合机构用电动机将主动组件和从动组件通过离合销104来完成相对锁定功能，如图7所示；和分离主动组件和从动组件完成分离功能，如图8所示。
如图18所示，电动机的转子106可以完成伸出和缩进功能，如图19所示的外螺纹和如图20所示的内螺纹相扣，目的是当第一离合销101旋转时，相对于定子105沿轴向运动；如图5、图6所示，此例中销有一个限制其转动的装置。转子的外径或部分外径是非圆柱形(如长方形)，当他同电动机的外壳转子出口(供上述长方形伸出用的长方形孔)发生接触时不会产生转动从而完成了限制转动的目的。目的是通过这种方式完成离合功能。优势最大化的减少中间件带来的能量浪费问题，节省宝贵的电力。
如图3所示，离合机构的离合销包括第一离合销101、第二离合销102和弹簧103；第一离合销101上集成了弹簧103，弹簧上面集成了第二离合销102。目的有两个：a、当弹簧上面集成的第二离合销工作时外力经弹簧缓冲后降低了对电动机的损坏能力。b、当第一离合销101伸出时，弹簧上面的第二离合销被推动到工作位置，当工作位置不在工作状态时，弹簧被压缩储能直到位置恢复至工作状态时弹簧释放能量将第二离合销推到正常工作位置；反之，当第一离合销缩回而弹簧上面的第二离合销被卡住时，弹簧被拉伸储能，当卡住第二离合销的力消失后，弹簧拉力释放将销拉回。优势是：电动机工作时不必担心锁定和分离功能是否完成，将电动机的工作效率和电磁铁的优势合二为一。
主动组件与从动组件集成恢复初始状态机构，可以在受外恢复力的作用下恢复初始状态。其可以是集成在其上的势能存储装置，或集成在外套上的势能存储装置，势能存储装置如弹簧、弹簧片等。外力的概念指的是主动组件和从动组件受施力方或施力方的相对一方的力，当他们具有恢复初始化能力时分别带动主动组件和从动组件恢复原来的状态。当主动组件或从动组件相对于初始位置移动后并且当作用力消失后在此装置的作用下回到初始位置。此装置解决方案有很多，其中典型的是采用轴向储能弹簧或金属弹簧卷片储能方式完成工作，如常见的卷尺缩回原理。
如图4所示，锁芯带有相对锁定装置，此装置在锁定状态下相对锁定锁芯的驱动开锁的部分，当受到合法外力的情况下，此装置先行开启后锁芯的相应部分进入工作状态。原理如图5所示，集成在电动机上的销伸出时先通过力臂32或铰链带动锁定销31缩回到能使从动组件2相对于图4所示的固定组件3位置后，从动组件2才启动开锁过程。其原理是通过的同心孔实现的，当锁芯转动时，连接铰链在同心孔中空间运动，带动锁定销与固定组件分离从而完成功能。
控制装置可以部分或全部集成在锁芯上，为了能使多个电子功能模块集成于狭小空间，将一块大的电路板拆分成多个小板，众多的小板通过接口电路纵向(相对于锁芯)或横向、或纵横向层叠分布在锁芯上，或采用软性电路将电路板折叠或弯曲集成于锁芯上。也可以与锁芯分别独立设置。优势是可充分利用空间或控制与动力源分离以提高安全。
锁芯集成一个或多个延时控制装置以完成释放能量过程。如集成机械擒纵器和势能存储装置(如弹簧)用以完成延时控制过程减少系统的耗电量。
锁芯集成了一个机械延时控制装置。这个装置还可以是控制装置中设置的电源休眠装置。当此装置在工作状态时，每次通电后一个预定的时间后自动切断电源或进入休眠状态以节省电力。锁芯集成了轨道或电刷11，以便于电源接入、数据与外界的交换等。在主动组件、从动组件转动时不影响电源接入、数据与外界的交换等功能的继续。
如图9所示，控制装置或锁芯集成了一个微型发电机6。此装置可通过外力作用工作，可通过门把手活门轴的转动力存储在势能存储装置的势能通过力传动装置将力传到此发电机上转化为电力工系统工作。原理是如示意图10，如被压缩的弹簧，将弹簧的势能转变为旋转力，扭转力带动一个力传动装置5，采用随意弯曲的钢丝52，钢丝外套支掌外套51，钢丝能在外套内自由转动。上述装置将旋转力传送到发电机并带动他发电。力传动装置的力可以直接从主动组件或从动组件的轴向引入。目的是节省电力或使装置省去电源供应。
实施例二：如图11所示，本例与实施例一的不同之处在于，锁芯的固定组件、主动组件与从动组件的相对位置结构有所变化，固定组件3为外套，中间层为从动组件2，里层实心轴为主动组件，离合机构10集成在主动组件上，其离合方向为与轴向垂直的纵向。本例是一种常闭锁，离合机构10的离合销伸出时处于闭合状态，此时两个部分相对锁定，外力无法传递到电子锁的工作部件。反之，离合销缩回时处于分离状态，此时两个部分相对分离，外力通过主动组件的离合销传递到电子锁的工作部件。
实施例三：如图12、13所示，本例与实施例二不同之处在于，离合机构10集成于固定组件上，离合方向垂直于锁芯轴线方向，内两层是两个不同管径的同心管，选取任一个作为主动组件1，另一个为从动组件2，内层空心或实心。在离合销的正下方位置的主动组件、从动组件相对应的位置开锁簧孔，两层锁簧孔是贯通的，内置第一锁簧106、第二锁簧107。
离合销的外径不大于第一锁簧106的外径。锁簧有如下要求：第一锁簧106的长度小于中间管壁厚度，第二锁簧107的长度不大于中间管壁厚度，第一锁簧106的长度加第二锁簧107的长度大于中间管壁厚度。只有满足上述条件，在分离状态下，中间层、内层能相对自由转动。在闭合时，中间层、内层能相对锁定从而完成同步运动的功能。
主动组件、从动组件有如下两种连接方法：a、中间管子作为主动组件提供给开锁受力用(如把手等)，最里层的实心柱或空心管作为从动组件与锁的驱动装置相连(将开锁的力传给锁的驱动装置由驱动装置将锁打开或直接驱动锁销；b、中间管子作为从动组件与锁的驱动装置相连(将开锁的力传给锁的驱动装置由驱动装置将锁打开或直接驱动锁销)，最里层的实心柱或空心管作为主动组件提供给开锁受力用(如把手等)。在固定组件、主动组件、从动组件上在相对应的位置(如图所示的锁簧的位置)各开一个供锁簧工作的孔，外管为固定组件，集成电动机，离合销的外径不大于锁簧的外径。非工作时，使第一锁簧106置于固定组件管壁中，使第二锁簧107置于中间层的管壁中，实心柱或空心管之外，如图12所示，这样，当有外力旋转内两层任一层时，其他层处于非受力状态。反之，工作时，使第一锁簧106位于中间管壁中，第二锁簧107位于中间管子和最里层实心柱或空心管子间从而使两个组件相对锁定，同时使离合销处于中间管子之外的位置，如图13所示。这样，当有外力旋转内两层任一层时，另一层处于受力状态，从而将作用力传递给锁的驱动装置由驱动装置将锁打开或直接驱动锁销将锁打开。当由电磁铁或电动机与第一锁簧106、第二锁簧107形成的组件为多个时，只要有一组正常工作就能使电子锁处于正常工作状态，因此，组件的关系是互为备份。
实施例四：将如图12所示的离合机构采用外置的方式，离合销的长度适当加长，或作为固定组件的外层套管管壁厚度减少，其特点是：
锁芯外有一个电磁铁或电动机垂直于锁芯轴线方向(见示意图)，锁芯外两层由同心柱状结构构成，内层由同心柱状结构或实心柱状构成。在离合销正下方位置的内外层相对应的位置开锁簧孔，外两层的锁簧孔是贯通的。内置第一锁簧106、第二锁簧107。
离合销的外径不大于第一锁簧的外径。
锁芯的锁簧有如下要求：第一锁簧106的长度小于中间管壁厚度，第二锁簧107的长度不大于中间管壁厚度，第一锁簧106的长度加第二锁簧107的长度大于中间管壁厚度。
锁簧的的形状可以视应用环境而设计，如图22是一种锁簧的结构示意图，目的完成应用功能即可。
上述的电动机与第一锁簧106、第二锁簧107形成一套组件，此组件可以多组集成于锁芯上，以利于备份。
如图14-17所示，本实用新型可以设计成异型结构组件，基本原理相同，目的是完成目标功能。如主动组件的凸轴可以做成方形、三角形等，如示意图的主动组件、从动组件可以做成凸、凹组件咬合而成，而固定组件由具固定作用的其他形状组成。目标是完成固定功能同时使内两层组件在工作时锁簧不至于掉出，复位时锁簧能够复回原位。
图21是控制装置与锁芯关系示意图，控制装置与锁芯的关系可以是：1、控制装置与锁芯集成与一体；2、控制装置通过接口电路与锁芯相连。
以上各例中的相对锁定机构、恢复初始状态机构等的结构并不局限于各例所述，只要能够实现相对锁定功能、恢复初始状态功能的目的即可。如相对锁定机构可以与齿轮带动的机械方式使锁定销脱离相对锁定位置，还可以集成一个施力机构，根据外界的合法信号命令，对锁定销施加一个作用力，使其脱离相对锁定位置。
总体结构应用是将传统的锁具除去锁芯(锁体上带有锁簧直接用钥匙转动的组件)和机械钥匙部分与本文所述的控制装置和锁芯结合从而形成一个完整的电子锁。这就是本发明的最终目的所在。