专利名称：使用记忆金属线的电子机械锁的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子机械锁，而特别与含有记忆金属线为《电——机》换能器之电子机械锁有关。
背景技术：
有异于其他电子产品，电子锁必须极为牢固，方能承受严重的暴力。此先决条件决定了一个是任何关键机械部件都不能逾越，再也不能随意变得更小的下限。为了运作可靠，驱动这些机械部件的力，也必须具备大幅度的安全空间。大多数现有的电子机械锁都使用电磁装置(如电磁铁、螺线管或马达等)，作为将电讯号转换成机械输出的换能器。例如美国专利第5,542,274号(Thordmark等人)披露了一种利用马达挪动一挡碍件的球型锁。美国专利第6,000,609及6,374,653 B1(俱为Gokcebay等人)披露了一种利用螺线管挪动一挡碍销的电子锁。而在美国专利第5,351,042号(Aston)中，其中一种使锁块不挡碍锁管转动的办法，是利用发功之电磁铁使锁块不掉落锁管上之凹槽中。
除了如高耗能、易受震及受外部磁场干扰(电磁铁及螺线管)等常见的缺点外，这些传统的电磁装置在缩小到一定程度后，所发的力将因过于微弱而不可用。不仅此，生产愈来愈小的电磁装置很快便变得用不起的昂贵。
某些如钛镍(TiNi)的合金，可在低温时使之变形，而在加热后回复原状。此形状记忆效应，须有马氏体相变(martensitic phase change)的发生，且在合金中马氏体(低温相)与母相(austenite高温相)相应体积基本相等。变形造成的应变在马氏状态可以以机械“捉对”(twinning)过程“贮存”。因马氏体材料在加热后会反回母相(商用记忆金属线之此一温度，约在摄氏70与120度间)，而母相不能容纳这种“捉对”，故此变了形的材料也必须复回原形。美国加州Costa Mesa市之Dynalloy，Inc.公司销售之纤细的由钛镍合金制成的记忆金属线，其张力与不锈钢同。加热绷紧的钛镍线能产生非常大的拉力，例如直径0.012英寸之线最大拉力可达1.25公斤！这种记忆金属线可以制造得极为纤细。Dynalloy，Inc.公司的现货中，竟有纤细至直径只有0.0015英寸的。记忆金属线因而很适用于微型化。
使用记忆金属线来启动机关是有发明先例的。在美国专利第5,977,858(Morgen等人)中，分别两段记忆金属线将一簧片在两稳定状态中拨动，从而闭、开一电路，或拨动一拨杆来闭、开电路。
电子锁使用记忆金属线作为《电——机》换能器也是有发明先例的，如美国第6,008,992号(Kawakami)及6,310,411 B1号(Viallet)。此两例发明都利用记忆金属线直接去挪动锁栓。此两专利所处的环境中都有外接电源，可供锁的运作或供运作锁的电池充电；因此高能耗并不是个问题。这样的安排若用在使用率高直接接线的电子锁上，须有一巨大之后备电池来保证停电时的恰当运作。更糟糕的是，如用在单独不接电源，只用电池供能的电子机械锁上，电池寿命之短将不会让人接受。
美国专利第5,351,042号(Aston)中，一记忆金属线段一端固定在一张力弹簧上，另一端在一锁块上。这锁块的位置阻碍或允许锁芯在锁套中转动。这样的安排有两个问题。首先，记忆金属线是不可能焊接或锻接在弹簧上的，焊接或锻接的热会将记忆金属线烧毁。若用黏接，黏接口是经不了许多运作周期的。这样就只剩下了联接记忆金属线到固定点上最常用的手段，那就是皱压钉、铆钉，铆环或上紧螺丝钉了。但在如此细微的规模下，这样的联接即使可能，也极为困难。
其次，尽管记忆金属线在低温时可被拉长高达8％，在加热后还能恢复原状，但在相对少次数的往返(如100次)周期后便会失灵。为了要有我们可以接受的高次数往返的可靠性，低温时记忆性金属线的拉长必须保持在其总长的低百分点内。一般而言，拉长5-6％，线的寿命可达数万往返；3-4％，数十万次；2％以下，数百万次。在Aston之发明中，部分用于挪移锁块之线收缩及力被张力弹簧吸收了，因此线收缩与力两者都须要相当大的增加，以补偿此一吸收。线收缩与力之增加还须进一步增加，以补偿张力弹簧本身之变差。为了这些线收缩与力的增加，我们必须用更长和更粗的记忆金属线，结果是占用更大的空间和消耗更多的能量。
发明内容
如本发明提出的，更好的解决办法，是除去张力弹簧。把记忆金属线直接或非弹性地联接到背景或有相当体积的锁体上，不仅仅要远比联接到张力弹簧上容易，控制低温时记忆金属线拉长度达全长之若干个百分点也变得直截了当了。
据本发明的另一面，可安排第二段记忆金属线段，在周围温度攀升并超越线临界温度时，以与控制锁的开闭的第一记忆金属线段相反的力同步收缩，锁因而不会因周围的温度变动而自动开启。
本发明所述的使用记忆金属线的电子机械锁包括带钻孔的锁套；锁芯安装在锁套的钻孔中；在锁套或锁芯上开有槽；锁闸与锁芯或锁套相联接，其间当锁闸进入槽中的关闭位置时，锁闸限制了锁芯相对于锁套的运动；机件将锁闸偏置于关闭位置；第一记忆金属线段对线内电流产生反应，将锁闸自关闭位置移至离开槽的开锁位置；电子控制线路用来输送电流到第一记忆金属线段以开启该锁；第二记忆金属线段被安装在当周围温度超越记忆金属线的临界温度时与第一记忆金属线段的收缩力相反之力同时收缩的位置，也就是使机件将锁闸保持在关闭位置上。
本发明其中所说的机件为弹簧。
本发明所述当周围温度超越记忆金属线临界温度时，第二记忆金属线段以与第一记忆金属线段收缩力基本相等的力同时收缩。
本发明所述的使用记忆金属线的电子机械锁包括带钻孔的锁套；锁芯安装在锁套的钻孔中；在锁套或锁芯上开有槽；锁闸结构中的构件与锁芯或锁套联接，其间当构件进入槽中的关闭位置时，该构件限制锁芯相对于锁套的运动；第一装置偏置锁闸结构，导致其构件处于关闭位置上；至少有一段的第一记忆金属线非弹性地联接在锁芯或锁套上，至少有一段的第一记忆金属线段对所述的最少有一段的第一记忆金属线段内的电流产生反应，使锁闸结构或其中某一零件从第一关闭位置移到第二开锁位置，使该构件从槽内关闭位置中抽出；以及电子控制线路给至少有一段的第一记忆金属线段通电开锁。
本发明所述的锁闸结构联接至少有一段的第一记忆金属线段以及第二记忆金属线段，当周围温度超越记忆金属线的临界温度时，第二记忆金属线段以与第一记忆金属线段收缩力基本相等而相反的力同时收缩，导致第一装置保持构件在关闭的位置上。
本发明所述其中当构件在关闭与开锁位置之间被移动时，锁芯和锁套作相对的转动或滑动。
本发明所述其中当锁闸结构在第一关闭位置和第二开锁位置之间移动时，至少有一段的第一记忆金属线段拉长不超过约6％。
本发明所述其中锁闸结构由包括锁闸在内的零件构成，至少有一段的第一记忆金属线段和第一装置使零件在第一位置和第二位置间移动，其中当锁闸在第一位置时，防止构件从槽内位置移至大体是槽外位置，而使锁芯和锁套相对运动受限，而当锁闸在第二位置，构件被允许从槽内关闭移到其它位置，锁芯和锁套因而可作相对运动。
本发明所述其中锁闸结构由包括锁闸在内的零件构成；锁闸由至少两个较大段和这两个较大段之间的至少一个较小段构成，而其中当锁闸在第一位置时，其中至少有一较大段靠近构件防止构件从槽内移离，而当锁闸在第二位置时，至少有一个较小段靠近构件，构件方可从槽内移离。
本发明所述的锁闸结构还包括至少一个第二装置，偏置构件离开槽，其中至少有一个较大段靠近构件以抗拒至少有一个第二装置之行动，防止构件从槽中移出，当至少有一个较小段靠近构件时，至少有一个第二装置将构件从槽中移出。
本发明所述的锁闸结构还包括跷跷板，将所述锁闸在第一和第二位置之间移动。
本发明所述的锁构成还包括第二记忆金属线非弹性地联接锁芯或锁套。
本发明所述的在双稳定的安排下，第二记忆金属线段对电流控制线路输入电流产生反应，第二记忆金属线段使锁闸从第二位置移动到第一位置以防止构件从槽内关闭位置移离。
本发明所述的第一装置将跷跷板以跷跷板枢轴予以偏置，给在关闭和开锁的双稳定位置间移动的构件提供能量。
本发明所述的第一装置偏置锁闸结构或其一零件进入第一位置。
本发明所述的构成还包括滑轮，其中至少有一段的第一记忆金属线段绕过滑轮。
本发明所述的使用记忆金属线的电子机械锁包括带钻孔的锁套；锁芯安装在锁套的钻孔中；在锁套或锁芯上开有槽；锁闸结构的构件与锁芯或锁套相联接，其中当构件进入到槽的关闭位置时，这个构件限制锁芯相对于锁套的运动；第一装置偏置锁闸结构；至少有一段的第一记忆金属线段对至少有一段的第一记忆金属线段内的电流产生反应，将所述的锁闸结构移动使构件由关闭位置移动到开锁位置；以及电流控制线路把电流输送到至少有一段的第一记忆金属线段来开锁，其中至少有一段的第一记忆金属线段在关闭和开锁位置之间拉长不超过6％。
本发明所述的其中至少有一段的第一记忆金属线段非弹性联接在锁芯或锁套上。
本发明所述的其中锁闸结构联接至少有一段的第一记忆金属线段及第二记忆金属线段，当周围温度超越记忆金属线的临界温度时，第二记忆金属线段以与第一记忆金属线收缩时基本相同而相反的力同时收缩使第一装置将构件保留在关闭位置上。
本发明所述的其中当构件在关闭和开锁位置之间移动时，锁芯和锁套相对转动或滑动。
本发明所述的使用记忆金属线的电子机械锁的电子开锁和闭锁方法，包括(a)提供一个电子锁其构成包括带钻孔的锁套；锁芯安装在锁套钻孔中；在锁套或锁芯中开有槽；锁闸结构中的构件联接到锁芯或锁套上，其中当构件进入到槽中的关闭位置时，这个构件限制了锁芯相对于锁套的运动；第一装置偏置锁闸结构，以及当至少有一段的第一记忆金属线对线内电流产生反应，至少有一段的第一记忆金属线段使锁闸结构移动，以便于构件从关闭位置移动到开锁位置；(b)输入电流给至少有一段的第一记忆金属线以开锁，其中至少有一段的第一记忆金属线段在关闭和开锁位置之间拉长不超过6％。
本发明所述的使用记忆金属线的电子机械锁的电子开锁和闭锁的方法，包括(a)提供一个电子锁，其构成包括带钻孔的锁套；锁芯安装在锁套的钻孔中；在锁套或锁芯上开有槽；锁闸结构中的构件联接到锁芯或锁套上，其中当构件进入槽中的关闭位置时，这个构件限制锁芯相对于锁套的运动；第一装置偏置锁闸结构，以及至少有一段的第一记忆金属线段对线内电流产生反应时，至少有一段的第一记忆金属线段将锁闸结构自关闭位置移至开锁位置；(b)输入电流给至少有一段的第一记忆金属线段来开锁，其中提供包括将至少有一段的第一记忆金属线段非弹性直接或间接地与锁芯或锁套相联接。
有见于电子产品日趋精微复杂，不难想像终于有一天会将电子机械锁中所有的电子浓缩到一晶片上。将来许多电子机械锁的应用都亟需一低成本、适合微型化，但又能保留足够运作力度的《电——机》换能器。本发明的披露的《电——机》换能器适当此任，因为最少在有些实施例中，换能器中的所有部件没有理由不能在用微型车间设备以低成本加工生产后，用人工或机器手组装。这种微型化也导致相应的节能。在某些实施例中，为了进一步节能，我们可使用一段纤细而短的记忆金属线，往返极短地移动一细小而轻微的锁闸，而不是把笨重的锁栓移动远远要更长的距离。而锁闸之位置，最好是用作允许或阻挡锁栓的运动。要想使用寿命长，最恰当的办法是把低温时记忆金属线之拉长限制在全长之低百分点内，正如在某些实施例中所做的，不超过6％。
未来装配了这种换能器的电子机械锁的一些形状与性能包括了，但并不局限于太阳能或自发电之电子锁、小电子挂锁、取代原锁头后将原机械锁转变为电子锁的电子锁头、独立运作由电池供电而使用寿命长久之电子指纹锁。
因此我的发明能以低成本提供一种既适于微型化，又能发出电子锁工作所需要的足够的力度的换能器。此换能器不易受震，也不受外界磁场干扰，且耗能低。
细读附图及其后之描述后，我的发明更多的好处会变得更为明白了。
附图中，凡密切相关之图解共用一号码，后加不同之英文字母词尾，在此说明书中，具相同或类似功能之组件共用同一数字。
图1A主视图，图1B侧面剖视图是电子锁在关闭及开锁(虚线)状态。
图2A主视图，图2B侧面剖视图是电子锁另一在关闭状态的实施例。
图2C侧面剖视图是在关闭状态的，有异于图2B的电子锁实施例。
图3A正视图，图3B侧面剖视图是与图2A-2B处于开锁状态的同一实施例。
图3C侧面剖视图是处于开锁状态，有异于图3B之电子锁实施例。
图4与5正视图是处于关闭及开锁状态的电子锁另一个实施例。
图6与7正视图是处于关闭及开锁状态的电子锁又一实施例。
图8等长图是包含本发明的锁头众多可能之构造中的一种。
图9等长图是以非旋转《锁套+锁芯》运动所构成之电子锁。
图中10、电子锁头 12，12’、锁芯 14，14’、锁套 16、锁闸枢轴18，18’、锁闸 20、记忆金属线 22，22’、机械施力手段 24、联接手段26、联接手段 28、联接手段 30、电子控制线路 32、停止面 34、弹子36、锁销 38、机械施力手段 40、凸轮表面 42，42’、锁套槽 44、锁芯钻孔 46、锁芯槽 48、跷跷板末端 50，50’、跷跷板 52、跷跷板的传导枢轴 54、滑轮 56、滑轮枢轴 58、跷跷板附件 60、固定手段62、固定棒 64、电路固定手段 66、电流接触 68、锁帽具体实施方式
参看图1A与1B，本发明优选具体实施方式
取一常见的由锁套14与锁芯12组成的锁头10。锁套14与锁芯12俱接电地极。导电的锁闸18’以导电的锁闸枢轴16置于锁芯12中。锁闸18’一端受偏置机械施力手段22’(如弹簧)施力，另一端则通过联接手段24(如铆环)联接由两段20A与20B组成的记忆金属线20，最好联接于线20之正中或正中左右，亦即两线段的接口处。记忆金属线段20A另一端通过联接手段26(如铆环)联接电子控制线路30。记忆金属线段20B另一端则在相反方向通过联接手段28(如铆环)固着在锁芯12上。视需要，联接手段24、26及28可导电，也可不导电。
由于偏置机械施力手段22’推压另一端，静止状态中的锁闸18’之一端被施放在锁套14的陡壁锁套槽42’中。同一偏置力也拉长了记忆金属线段20A。由于处于锁套14锁套槽42’中，锁闸18’防止了，最低限度限制了锁芯12在锁套14内之转动，置锁头10于关闭状态。须开锁时，电子控制线路30通过联接手段26注入电流，该电流流经记忆金属线段20A、联接手段24、锁闸18’闸身、导电的锁闸枢轴16、回到也是电地极的锁芯12的芯体。该电流使记忆金属线段20A加热收缩，此收缩就锁闸枢轴16转动锁闸18’，把锁闸18’从锁套14锁套槽42’抽出(如图1A与1B所示)，令锁芯12可在锁套14中自由转动。锁头10现处于开锁状态。
为保证有适当之使用寿命，记忆金属线段20A在低温时之拉长度保持在全长之低百分点内。由于一定力度对一定直径与长度之记忆金属线能作出一定百分比之拉长，量产时只须控制好偏置机械施力手段22’之力度即可。此后，联接手段26的位置可作微调，使锁闸18’用来挡碍之一端，在静止状态时适当地放置在锁套14锁套槽42’内，而在记忆金属线段20A收缩后能与锁套14锁套槽42’互不挡碍即可。
另一记忆金属线段20B，最好是(但不必要是)20A线段之延伸，最好与20A线段基本上等长。当意外事故或有人意图破解锁时的高热使周围温度超越记忆金属线的临界温度时，记忆金属线段20A与20B会以相反的，最好是相等的力度收缩，从而相互抵消。这剩下了偏置机械施力手段22’(如弹簧)去摆布锁闸18’，使之停留在锁套14锁套槽42’中，从而将锁头10维持在关闭状态。要知道，虽然锁闸18’被置放在锁芯12内，但并非必须如此，锁闸也可简单地联接在锁芯上。换一个做法，锁闸也可以联接到锁套上(或锁芯、锁套都不联接)，在这情况下，锁套槽42’则代而被设定在锁芯的表面上。所有这种种的变化都属于本发明之领域。
图2A与2B中由锁芯12与锁套14组成之锁头10，是本发明另一个优选具体实施方式
。最好是圆柱型的锁闸18被放置于锁芯12的钻孔44内。记忆金属线20穿过锁闸18之轴心孔，一端以联接手段26联接电子控制线路30，另一端以联接手段28联接锁芯12之芯体。联接手段24将锁闸18联接到最好是记忆金属线20的正中，或正中附近。导电的偏置机械施力手段22 1.)将锁闸18压贴在锁芯12中之停止面32上，并且2.)将锁闸18通过锁芯12接到电地极上。带锁销36之弹子34蹲在锁芯12的槽46内。偏置机械施力手段38(如弹簧)将弹子34推离锁芯12，令弹子34在静止状态时顶着锁套14锁套槽42之底面。弹子因此位处于锁套槽42内。锁套槽42两侧由凸轮表面或斜面40连接到锁套14之内表面。相对地，在图1A与1B中锁套槽42’之陡壁与锁套14之内表面则形成角状。图1A与1B之中锁闸18’形状有异于图2A与2B之中锁闸18，说明只要有闸的功能，锁闸18可以采取任何的形状。在实际应用中，锁闸18或18’之长度一般不超过一英寸。
如图2A与2B所示，转动锁芯12使锁套14内表面上之锁套槽42侧凸轮表面40将带锁销36之弹子34向内推。锁销36随即触及锁闸18较大直径段，锁销36、弹子34内移因而受阻，这便停止了，或最低限度限制了锁芯12在锁套14中往后的转动。锁头10因此处于关闭状态。
图3A与3B展示了原在图2A与2B中弹子34现处于自由转动的开锁状态电子控制线路30通过联接手段26将电流注入记忆金属线段20A，使之加热收缩。在此位置，锁闸18槽18B(由锁闸18较大直径段18A内壁与较小直径段之表面构成)与弹子34锁销36对齐。转动锁套14中的锁芯12令锁套14内表面上之锁套槽42侧之凸轮表面40，将弹子34与锁销36往内推，驱使锁销36进入锁闸18槽18B中。最终弹子34被推离锁套槽42，贴着锁套14之内表面游走。此时弹子34已基本上处于锁套槽42外。这一自由转动状态持续到1.)弹子34首先回到凸轮表面40，再回到夹在凸轮表面40中间的锁套槽42，并且2.)电子控制线路30切断了加热记忆金属线段20A之电流。这使线段20A冷却扩伸，弹簧22方能将锁闸18推向停止面32，使较大直径段18A再次紧挨弹子34锁销36。弹簧38再一次将弹子34偏置回到锁套槽42中之原位，锁头10于是返回关闭状态。
在图2A-3B之实施例中，锁闸18走动在第一关闭与第二开锁位置间，致令另一部件(如弹子34)走动在相应之关闭与开锁位置间。正如以下描述的，锁闸18未必是在第一关闭与第二开锁位置间走动的唯一部件。为了要大大减少实施本发明所需深度，另一具体实施方式
见图4。导电的跷跷板50以导电的传导枢轴52固定在锁芯12之芯体上。跷跷板50的末端48插入锁闸18其中一个槽18B内，以致锁闸18随跷跷板50之来回摆动，接触或离开停止面32。记忆金属线段20A一端以联接手段24A与跷跷板50之一边联接，另一端则以联接手段26与电子控制线路30联接。另一记忆金属线段20B之一端以联接手段24B与跷跷板50之另一边联接，另一端则以联接手段28联接锁芯12之芯体。偏置机械施力手段22(如弹簧)也以相同之联接手段24B及28，与记忆金属线段20B平行联接上。在静止状态，偏置机械施力手段22使锁闸18保持与停止面32的接触。联接手段24A与传导枢轴52之距离，与联接手段24B与传导枢轴52之距离之比率接近1∶1，这样的话，如果因意外或有意图破解锁时导致周围高热时，两记忆金属线段20A与20B会同时收缩，其收缩力相互抵消，剩下偏置机械施力手段22将跷跷板50，因此锁闸18，维持在原先的关锁位置上。
要使锁闸18达到一定的往返位移，而又想保持低温时记忆金属线段20A之拉长度在全长之低百分点内，可选择以下或一、或二手段1.)以滑轮枢轴56为轴心将用绝缘体制成之滑轮54安装在锁芯12芯体上，用以延长记忆金属线段20A；2.)将从跷跷板末端48至传导枢轴52的距离，与从记忆金属线段20A离开联接手段24A的那一点，到传导枢轴52的距离之比率提高，以增加记忆金属线段20A定量收缩时跷跷板50末端48的移距。当然，记忆金属线段20B必要时也可用添加如滑轮54及枢轴56之滑轮与枢轴加以延长。
图4中锁头10之运作与图2A，2B，3A及3B类似。参照图4及2B静止状态中的记忆金属线段20A在室温时绵软无力，被偏置机械施力手段22通过跷跷板50将之拉长。因此跷跷板50末端48使锁闸18顶住停止面32。在这位置上，锁闸18较大直径段18A与弹子34锁销36对齐。锁芯12只要在锁套14中稍一转动，在锁套14内表面上锁套槽42两侧之凸轮表面40便会将弹子34及锁销36向内引。弹子34锁销36随即接触到锁闸18较大直径段18A，弹子34锁销36跟下去之内进受阻，从而停止了锁芯12在锁套14中往后的转动。锁头10因而处于关闭状态。
图5及3B中锁头10处于自由转动的开锁状态。电子控制线路30通过联接手段26将电流注入记忆金属线段20A，使之加热收缩。此收缩将跷跷板50顺时钟方向转动，其末端48将锁闸18从停止面32挪开。在这位置上，锁闸18槽18B与弹子34锁销36对齐。转动锁套14中锁芯12带动锁套14内表面上锁套槽42侧之凸轮表面40，将锁销36及弹子34向内引，迫使锁销36进入锁闸18槽18B中。最终弹子34被移离锁套槽42，贴着锁套14之内表面游走。锁头10现处于开锁状态。
迄此锁头10只作单稳定运作——只有一个稳定的静止状态。然而有些用途是需要双稳定——具有两个稳定的静止状态——的锁。图6与7中的优选实施方式即为此种双稳定锁。
图6与2B中锁头10处于关闭状态。记忆金属线段20A一端以联接手段24A与跷跷板50’联接，另一端以联接手段26联接电子控制线路30。另一记忆金属线段20B一端以联接手段24B联接到跷跷板50’之另一边，另一端以联接手段28联接电子控制线路30。带附件58修改成“T”形的跷跷板50’则被偏置机械施力手段22(如弹簧)的偏心力扳在两个稳定状态之一中。偏置机械施力手段22之另一端则以固定手段60固定在锁芯12芯体上。固定手段60在这里是锁芯12上的一个盲孔。压缩偏置机械施力手段22的有两个面，其一在跷跷板50’之附件58上，另一在锁芯12上固定手段60中，这两个压缩面之间的距离，要短于偏置机械施力手段22静止状态时的长度。这样，偏置机械施力手段22恒处于压缩状态，将跷跷板50’附件58引离锁芯12上之固定手段60。
要将锁头10从图6中的关闭状态转入开锁状态，电子控制线路30通过联接手段26将电流注入记忆金属线段20A，使之加热收缩。此收缩所导致跷跷板50’ 顺时钟方向的转动，最初对偏置机械施力手段22作进一步挤压，而偏置机械施力手段22在此阶段都在抗拒着记忆金属线段20A之收缩的。这一过程持续到首先是达到了，然后超越了对偏置机械施力手段22之最大压缩点。此点一旦超越，偏置机械施力手段22从抗拒转为协助跷跷板50’转动，正反馈从而启动。如图7所示，跷跷板50’，以及其末端48带动的锁闸18戛然进入了它们双稳定状态中的第二个稳定位置。跷跷板50’，因而锁闸18之静止状态时的位置，取决于偏置机械施力手段22将软绵之记忆金属线段20A与20B拉长了多少。在跷跷板50’自一稳定状态转入另一稳定状态时，记忆金属段20A与20B只须作短暂的收缩，只待过了正反馈点即不需再工作。记忆金属线段20A与20B对相互的拉长并不起任何作用。在双稳定的安排中，无须用类如停止面32等等来界定锁闸18在静止状态中的位置。在图7中所示之位置，锁闸18槽18B与弹子34锁销36对齐。转动锁套14中之锁芯12令锁套14内表面上之锁套槽42侧之凸轮表面40，将锁销36与弹子34往内推，驱使锁销36进入锁闸18槽18B中。最终弹子34越过了锁套槽42，贴着锁套14之内表面游走。锁头10现处于开锁状态。
正常门锁在操作时，一旦进入开锁状态，锁套14中锁芯12之旋转带动附着在锁芯12之尾拨(没有图示)，用其凸轮行动带动锁头10外的锁栓。操作完毕后，锁芯完成的角位移为0度(前旋后回旋)、360度(周转)、或少见之720度(两周转)。机械门锁的钥匙便是如此在操作后返回“十二点”位置，然后从钥匙孔被拔出的。我们可以假设锁头10也会在操作后经历同样的旋转，弹子34连带锁销36会回到并且被偏置机械施力手段38施放到锁套14锁套槽42中。
要将锁头10从图7中的开锁状态转回到图6中之关闭状态，首先由电子控制线路30中之感应手段(没有图示)感测到锁芯12在锁套14中已完成其旋转，然后由电子控制线路30通过联接手段28，将电流注入记忆金属线段20B，使之加热收缩。此收缩导致跷跷板50’逆时钟方向的转动，最初对偏置机械施力手段22作进一步挤压，而偏置机械施力手段22在此阶段都在抗拒着记忆金属线段20B之收缩的。这一过程持续到首先是达到了，然后超越了对偏置机械施力手段22之最大压缩点。此点一旦超越，偏置机械施力手段22从抗拒转为协助跷跷板50’转动，正反馈从而启动。锁闸18戛然进入另一双稳定状态。由于锁芯12已完成旋转，如图2B中所示，弹子34又一次与锁套槽42对齐，因而偏置机械施力手段38将弹子34推进了锁套槽42中，锁销36也自槽18B中抽离。跷跷板50’于是便可以驱动锁闸18。在这一位置上，锁闸18较大直径段18A与弹子34锁销36对齐。转动锁套14中锁芯12带动锁套14内表面上锁套槽42侧之凸轮表面40将弹子34及锁销36向内引，锁销36随即接触到锁闸18较大直径段18A，锁芯12在锁套14中之旋转被停止。锁回复到关闭状态。
为了防范在开锁过程中，在锁芯12在锁套14中的旋转尚未完成时记忆金属线段20B已经加热的意外情况，可将偏置机械施力手段38之力度加强，使之足以凌驾槽18B与弹子34锁销36因磨擦而生之黏滞力，因而当锁芯12之旋转终于完成时，偏置机械施力手段38可将弹子34引返锁套槽42中，迫使锁头10返回关闭状态。
图8是示范怎样能将图4，5，6与7中优选实施例以标准机械锁锁头10形态进行量产之方案之一。为便于生产，固定棒62提供了一个组件化的组装平台，以各种组合组装以下(但又不局限于以下)组件跷跷板50或50’，传导枢轴52，联接手段24A、24B、26及28，偏置机械施力手段22，带滑轮枢轴56之滑轮54，固定手段60及记忆金属线段20A与20B等。组成的组件可预先全部检验完毕，然后适当地在衔接上锁闸18，如需要在再加上其他部件后插入锁芯12之钻孔中，成为最终装配之一部分。电子控制线路30是一载满电子元件的线路板，用电路固定手段64(如螺钉)，固定在在锁芯12上铣割出的平台12A上，并以适当之电联接(未显示)接上记忆金属线段20A及/或20B。弹子34、锁销36、偏置机械施力手段38(如需要，更多组件)随着放置在锁芯12的槽46中。完成之组装跟着插入锁套14中，然后用锁帽68将全部组装上盖。锁芯12外端表面上的电流接触66可提供来自电子钥匙(未显示)的电源及密码。
仅为了方便制造而存在的固定棒62，在组装完毕后可视为锁芯12不可分割之一部分。有了这一认知，图8中电子机械锁之运作，已经在描述图2A，2B，3A，3B，4，5，6&7运作之段落中解释清楚。作为一组件，固定棒62是一个可以安插到许多不同的制造布局中的一块积木而已。因此我们在这里将固定棒62嵌入锁芯12中的做法，不该被理解为限制了能有多少个固定棒62可以融入的嵌入背景。
在某些情况下，《锁套+锁芯》转动的安排，可以以两移动部件间的直线滑动取代。参看图9，长方块状之锁芯12’，在带有容纳锁芯12’之长方孔，也是长方块的锁套14’中前后移动。在图2C中锁套14’与锁芯12’处于关闭时之对位，弹子34阻止了锁套14’与锁芯12’间之相互滑动；图3C中锁套14’与锁芯12’处于开锁时的对位，弹子34被锁套槽42侧之凸轮表面40推动，使弹子34锁销36被推进锁闸18之槽18B中。弹子34越过了锁套槽42，贴着锁套14’之内表面游走。除了锁套14’与锁芯12’间之互动变成了直线滑动外，锁头10其余部件的运作与以前完全相同，如图2A，3A，4，5，6及7所展示与解说的。
由于电子锁的关闭与开锁是以锁套14(或14’)与锁芯12(或12’)相互转动或移动达成，此功能同样可以恰当地用镜象的安排达成锁套槽42可放在锁芯12(或12’)上，而不在锁套14(14’)上，而其余之组合则放置在锁套14(或14’)中，而不在锁芯12(或12’)中。
故此，本发明的电子机械锁本身就具备门锁承受暴力的牢固，同时还保存了各部件(如记忆金属线各种联接手段(如皱压钉、铆钉、铆环或螺钉)，跷跷板和固定棒等)的可微型化。这些部件可在用微型车间设备低成本生产后，以人工或机械手组装。随微型化而来的是相应的节能。这种微型化有助于将来小巧、牢靠及低耗能的电子锁之发展。上述任何一个实施例中之记忆金属线段20A及20B拉长都不超过6％，线段因而可承受很高的开锁关锁的往复次数。
应注意的是，在本发明所有的实施例中，线段20A与20B都是非弹性地联接各不同部件，无须因联接张力弹簧导致线段之收缩与力被耗散作出补偿。金属线段之拉长也因此之故可以很小，如不超过6％。在图4-7之实施例中，可注意到线段20A与20B一端是硬硬地联接到锁芯12，或线路30上的(它依次也联接到锁芯12上)，另一端则在跷跷板50或50’上。跷跷板50或50’虽然会摆动，其支点52也是以联接或铆接接到锁芯12上的。因此线段20A与20B是非弹性地联接到锁芯12上的。显然的，锁闸装置要是被放到锁套14中去，两线段换之也同样地联接到锁套14上去。
纵然以上的描述包含了许多细节，它们不应被理解为对本发明保护范围的界定，而只是对优选实施方式所作的一些范例而已。许多更多的实施方式都有可能。比方说弹子34是一小粒轴承走珠，其在锁套14的内表面上的轨迹只有一死胡同或一畅行的渠道，而楔状的锁闸18的位置则引导走珠弹子的走向。虽然在图2A-2C，3A-3C及4-7的实施例中锁闸18及弹子34被放置在锁芯12里，这并不是必须的，它们只要是联接在锁芯上便可。变一种做法，它们可联接到锁套上，而锁套槽42则被设定在锁芯上。锁闸18也无必要联接到锁芯或锁套上。所有这类的变化都属于本发明的保护范围。
因此之故，本发明之保护范围不应以例举之具体实施方式
来决定，而应以附加之权利要求，以及其法律上之等同为准。所有在此中援引之文档俱以文档之全部纳入。
权利要求
1.一种使用记忆金属线的电子机械锁其特征在于包括带钻孔的锁套；锁芯安装在锁套的钻孔中；在锁套或锁芯上开有槽；锁闸与锁芯或锁套相联接，其间当锁闸进入槽中的关闭位置时，锁闸限制了锁芯相对于锁套的运动；机件将锁闸偏置于关闭位置；第一记忆金属线段对线内电流产生反应，将锁闸自关闭位置移至离开槽的开锁位置；电子控制线路用来输送电流到第一记忆金属线段以开启该锁；第二记忆金属线段被安装在当周围温度超越记忆金属线的临界温度时与第一记忆金属线段的收缩力相反之力同时收缩的位置，也就是使机件将锁闸保持在关闭位置上。
2.根据权利要求1所述的使用记忆金属线的电子机械锁，其特征在于其中所说的机件为弹簧。
3.根据权利要求1所述的使用记忆金属线的电子机械锁，其特征在于当周围温度超越记忆金属线临界温度时，第二记忆金属线段以与第一记忆金属线段收缩力基本相等的力同时收缩。
4.一种使用记忆金属线的电子机械锁其特征在于包括带钻孔的锁套；锁芯安装在锁套的钻孔中；在锁套或锁芯上开有槽；锁闸结构中的构件与锁芯或锁套联接，其间当构件进入槽中的关闭位置时，该构件限制锁芯相对于锁套的运动；第一装置偏置锁闸结构，导致其构件处于关闭位置上；至少有一段的第一记忆金属线非弹性地联接在锁芯或锁套上，至少有一段的第一记忆金属线段对所述的最少有一段的第一记忆金属线段内的电流产生反应，使锁闸结构或其中某一零件从第一关闭位置移到第二开锁位置，使该构件从槽内关闭位置中抽出；以及电子控制线路给至少有一段的第一记忆金属线段通电开锁。
5.根据权利要求4所述使用记忆金属线的电子机械锁，其特征在于其中锁闸结构联接至少有一段的第一记忆金属线段以及第二记忆金属线段，当周围温度超越记忆金属线的临界温度时，第二记忆金属线段以与第一记忆金属线段收缩力基本相等而相反的力同时收缩，导致第一装置保持构件在关闭的位置上。
6.根据权利要求4所述使用记忆金属线的电子机械锁，其特征在于其中当构件在关闭与开锁位置之间被移动时，锁芯和锁套作相对的转动或滑动。
7.根据权利要求4所述使用记忆金属线的电子机械锁，其特征在于其中当锁闸结构在第一关闭位置和第二开锁位置之间移动时，至少有一段的第一记忆金属线段拉长不超过约6％。
8.根据权利要求4所述使用记忆金属线的电子机械锁，其特征在于其中锁闸结构由包括锁闸在内的零件构成，至少有一段的第一记忆金属线段和第一装置使零件在第一位置和第二位置间移动，其中当锁闸在第一位置时，防止构件从槽内位置移至大体是槽外位置，而使锁芯和锁套相对运动受限，而当锁闸在第二位置，构件被允许从槽内关闭移到其它位置，锁芯和锁套作因而可相对运动。
9.根据权利要求7所述使用记忆金属线的电子机械锁，其特征在于其中锁闸结构由包括锁闸在内的零件构成；锁闸由至少两个较大段和这两个较大段之间的至少一个较小段构成，而其中当锁闸在第一位置时，其中至少有一较大段靠近构件防止构件从槽内移离，而当锁闸在第二位置时，至少有一个较小段靠近构件，构件方可从槽内移离。
10.根据权利要求8所述使用记忆金属线的电子机械锁，其特征在于锁闸结构还包括至少一个第二装置，偏置构件离开槽，其中至少有一个较大段靠近构件以抗拒至少有一个第二装置之行动，防止构件从槽中移出，当至少有一个较小段靠近构件时，至少有一个第二装置将构件从槽中移出。
11.根据权利要求8所述使用记忆金属线的电子机械锁，其特征在于锁闸结构还包括跷跷板，将所述锁闸在第一和第二位置之间移动。
12.根据权利要求10所述使用记忆金属线的电子机械锁，其特征在于锁构成还包括第二记忆金属线非弹性地联接锁芯或锁套。
13.根据权利要求11所述使用记忆金属线的电子机械锁，其特征在于在双稳定的安排下，第二记忆金属线段对电流控制线路输入电流产生反应，第二记忆金属线段使锁闸从第二位置移动到第一位置以防止构件从槽内关闭位置移离。
14.根据权利要求12所述使用记忆金属线的电子机械锁，其特征在于第一装置将跷跷板以跷跷板枢轴予以偏置，给在关闭和开锁的双稳定位置间移动的构件提供能量。
15.根据权利要求4所述使用记忆金属线的电子机械锁，其特征在于第一装置偏置锁闸结构或其一零件进入第一位置。
16.根据权利要求4使用记忆金属线的电子机械锁，其特征在于构成还包括滑轮，其中至少有一段的第一记忆金属线段绕过滑轮。
17.一种使用记忆金属线的电子机械锁其特征在于包括带钻孔的锁套；锁芯安装在锁套的钻孔中；在锁套或锁芯上开有槽；锁闸结构的构件与锁芯或锁套相联接，其中当构件进入到槽的关闭位置时，这个构件限制锁芯相对于锁套的运动；第一装置偏置锁闸结构；至少有一段的第一记忆金属线段对至少有一段的第一记忆金属线段内的电流产生反应，将所述的锁闸结构移动使构件由关闭位置移动到开锁位置；以及电流控制线路把电流输送到至少有一段的第一记忆金属线段来开锁，其中至少有一段的第一记忆金属线段在关闭和开锁位置之间拉长不超过6％。
18.根据权利要求16所述的使用记忆金属线的电子机械锁，其特征在于其中至少有一段的第一记忆金属线段非弹性联接在锁芯或锁套上。
19.根据权利要求16所述的使用记忆金属线的电子机械锁，其特征在于其中锁闸结构联接至少有一段的第一记忆金属线段及第二记忆金属线段，当周围温度超越记忆金属线的临界温度时，第二记忆金属线段以与第一记忆金属线收缩时基本相同而相反的力同时收缩使第一装置将构件保留在关闭位置上。
20.根据权利要求16所述的使用记忆金属线的电子机械锁，其特征在于其中当构件在关闭和开锁位置之间移动时，锁芯和锁套相对转动或滑动。
21.一种使用记忆金属线的电子机械锁的电子开锁和闭锁方法，其特征在于包括(a)提供一个电子锁其构成包括带钻孔的锁套；锁芯安装在锁套钻孔中；在锁套或锁芯中开有槽；锁闸结构中的构件联接到锁芯或锁套上，其中当构件进入到槽中的关闭位置时，这个构件限制了锁芯相对于锁套的运动；第一装置偏置锁闸结构，以及当至少有一段的第一记忆金属线对线内电流产生反应，至少有一段的第一记忆金属线段使锁闸结构移动，以便于构件从关闭位置移动到开锁位置；(b)输入电流给至少有一段的第一记忆金属线以开锁，其中至少有一段的第一记忆金属线段在关闭和开锁位置之间拉长不超过6％。
22.一种使用记忆金属线的电子机械锁的电子开锁和闭锁的方法，其特征在于包括(a)提供一个电子锁，其构成包括带钻孔的锁套；锁芯安装在锁套的钻孔中；在锁套或锁芯上开有槽；锁闸结构中的构件联接到锁芯或锁套上，其中当构件进入槽中的关闭位置时，这个构件限制锁芯相对于锁套的运动；第一装置偏置锁闸结构，以及至少有一段的第一记忆金属线段对线内电流产生反应时，至少有一段的第一记忆金属线段将锁闸结构自关闭位置移至开锁位置；(b)输入电流给至少有一段的第一记忆金属线段来开锁，其中提供包括将至少有一段的第一记忆金属线段非弹性直接或间接地与锁芯或锁套相联接。
全文摘要
用一段或多段以记忆金属线段为“电—机”换能器的使用记忆金属线的电子机械锁。电子控制线路将电流注入记忆金属线，使之加热并收缩。因记忆金属线之行动而设定之锁闸的位置，允许或阻挡影响开锁闭锁的锁栓之运动。限制低温时记忆金属线之拉长于全长之低百分点，可使使用往返次数达数百万次。本设计适于微型化，与之相应而来之节能，有用于将来电子锁之发展。
文档编号E05B53/00GK1696462SQ20051007058
公开日2005年11月16日 申请日期2005年5月8日 优先权日2004年5月12日
发明者朱韵成 申请人:朱韵成