电动锁的制作方法

专利名称：电动锁的制作方法
本申请属于制锁领域，涉及电动锁(又称电子锁或电控锁)，特别是涉及一种电动锁的脉冲式电磁驱动机构及一种电动锁脉冲式驱动机构的供电装置。
锁具均有用来驱动锁栓运动的驱动机构，对于机械锁，驱动机构是机械机构，由人力驱动;对于电动锁，驱动机构是电动机构，由电力驱动。
电动锁的驱动机构有二种类型一类是电动驱动机构，这类机构因电机有电刷存在，还需较复杂的减速传动机构，故寿命较短，可靠性较差。另一类是电磁驱动机构，该机构由磁路元件(软、硬磁材料，铁心线圈等)构成磁路，靠电磁力驱动，磁路中的磁路元件又构成两大部件固定件和运动件，均由一个或一个以上的磁路元件组成，其固定件安装于锁壳之上，运动件直接或通过传动机构与锁栓相连，并可在电磁力的作用下相对于固定件运动以驱动锁栓。电磁驱动机构因无电机存在，传动机构即使有也很简单，可靠性也很高。
目前常用的电动锁的电磁驱动机构为螺线管动铁式机构(大多数涉及电动锁的书籍和杂志均介绍了这种机构)。该机构的固定件由螺线管、固定铁心等电磁元件组成，并固定于锁壳之上。运动件是由软磁材料(如软铁)制成的适当形状的动铁心，可在螺线管中往复运动，其上有一止动销以限制其行程，锁栓就与运动件直接相联(也有就用较长的运动件直接作为锁栓的)，螺线管中还装有复位弹簧。其工作过程是当“开”锁信号到来后，螺线管通电，其电磁力使运动件被吸入螺线管，运动件带动锁栓缩入锁壳，复位弹簧被压缩，这时锁就开启了。使锁锁闭只需将螺线管断电，电磁力消失，复位弹簧就会将运动件弹出螺线管，带动锁栓伸出锁壳将锁锁闭，因这种锁在“开”锁状态时线圈是一直通电的，故耗电很大，不能用干电池供电，需用交流电源配合蓄电池供电。
美国专利3792·888及3897·093采用了双螺线管电磁驱动机构，其运动件包括两根可动铁心以及由可动铁心所推动并可在一转轴上转动的转动件，该转动件在往复运动的可动铁心推动下，可象跷跷板一样一上一下地绕轴转动，从而带动锁舌运动，这种机构因仍属于螺线管电磁铁机构，故耗电仍较大。中国专利91207571·6“电子锁闩锁”用固定件中的铁心线圈的充磁与否来推动一埋装有磁铁的运动件往复运动，该机构是一种具有一个稳定的“磁自锁”状态的电磁驱动机构，当锁处于“闭”态时，磁铁与线圈铁心相吸合，机构自锁;而当锁处于“开”态时，磁铁与铁心线圈相分离，可实现锁的自动关闭。该机构在需“开”锁时用电信号控制较为理想，且耗电较省，但在需“闭”锁时机构将难于区别电磁力和永磁力这两种“吸力”，换句话说，这种机构在需“闭”锁时电信号对状态的控制是不确定的。
本发明的任务是公开一种可用电池供电的电动锁的电磁驱动机构。
本发明是以下述方式实现的这是一种包含有磁路元件如软磁体(软铁、硅钢片等)、硬磁体(磁铁)、铁心线圈等磁路元件，也是由固定件和运动件两大部件构成的磁路机构，见附

图1-4的示意图。在图1-4中，1是固定件，由软铁、磁铁、铁心线圈等磁路元件构成;2是运动件，为一转动件(2可以由软铁棒等磁路元件构成，此时机构称为动铁式机构;也可以由磁铁等磁路元件为主构成，此时机构称为动磁式机构;还可以由铁心线圈等磁路元件为主构成，此时机构称为动圈式机构);3是转轴，可用金属车制而成，其位置在2的中部或一端;转动件2可绕转轴3相对于固定件1转动。机构中磁铁为必需的磁路元件，用以产生恒磁磁通φm，在图1-4中，φm同时穿过固定件1和转动件2的左右两端，设1和2左端间的工作磁隙为X1，1和2右端间的工作磁隙为X2(因X2可相对于1转动，所以X1和X2为可变的工作磁隙)，且通过X1和X2的恒磁磁通分别为φm1和φm2(在图1-4中用实线箭头表示了φm1和φm2的方向)，则当磁路为对称结构，且有φm1＝φm2，X1＝X2时，转动件2处于平衡状态，此时1和2左端的恒磁力Fm1＝右端的恒磁力Fm2，但这一平衡是不稳定的，转动件2的一端在某种偶然因素的作用下(例如外界的震动，磁场的变化，空气的流动等)必然会向下倾斜(例如左端向下倾斜)，则X1＜X2，因而φm1＞φm2，Fm1＞Fm2，转动件2的左端就会下移，而且愈向下移Fm1愈大，Fm2愈小，这就使2的左端加速下移，由于2还在转轴3上转动，因此2的右端同时上移，直至2转动到其左端与固定件1的左端相接触的极限位置，此时因X1《X2，故φm1》φm2，Fm1》Fm2，Fm1牢牢地将转动件2的左端吸附于固定件1的左端，此时机构处于一个稳定的状态，如图1所示，我们设此状态为“B”状态。此时如有外力加于转动件2，设有一向下的力F加于2的右端且F＞(Fm1-Fm2)，使2的右端下移，只要其位移未达到使X2≥X1，则当外力撤除后，因Fm2＜Fm1，2还会自行回复到原来的稳定状态“B”状态，即1与2的左端吸附在一起，若F＜(Fm1-Fm2)，则机构维持“B”状态不变，机构的这一稳定状态我们称为机构的磁自锁状态，“B”状态亦称为“B”稳态。
当给磁路中的铁心线圈通以工作电流I时的情况见图2(磁路中的铁心线圈也是必需的磁路元件)，该电流I将在磁路中产生感应磁通φd，其方向由电磁感应定律中的右手法则或右螺旋关系所确定。若使线圈中通以电流I时产生的磁通φd同时穿过图1中较小的磁隙x1和较大的磁隙x2，且在较小的磁隙x1中和恒磁磁通方向相反，在较大磁隙x2中和恒磁磁通方向相同，即φ1＝φm1-φd1(φ1是x1中的总磁通，φd1是x1中的电流磁通)，φ2＝φm2+φd2(φ2是x2中的总磁通，φd2是x2中的电流磁通)，在图2中用箭头和虚线表示了φd2和φd1的方向，则当φd1＝φm1，φd2＝φm2时有φ1＝φm1-φd1→0，φ2＝φm2+φd2＝2φm2，于是，x1中的总磁力F1＝Fm1-Fd1→0(Fd1为φd1产生的电磁力)F2＝Fm2+Fd2＝2Fm2(Fd2为φd2产生的电磁力)，因F1→0，故转动件2将在F2的作用下顺时针转动，见图2，转动件2一开始转动，x1就将增大，x2就减小，φm2也增大，于是F2也增大，转动件2加速转动，直至2转到其右端与固定件1的右端相接触的极限位置，并在F2的作用下与1的右端牢牢相吸，此时机构处于另一个稳定的磁自锁状态，我们称此状态为“K”状态或“K”稳态。设此时1和2左端间的磁隙为x1′，x1′中的恒磁磁通为φm1′，1和2右端间的磁隙为x2′，x2′中的恒磁磁通为φm2′，见图3(在图3、图4中用实线和箭头表示了φm1′和φm2′的方向)。这时即使线圈中的电流I消失，而使φd1＝φd2＝0，也将因x2′《x1′，故φm2′》φm1′，Fm2′》Fm1′，Fm2′将使机构稳定地处于“K”稳态。而且，如果在电流消失后再次给铁心线圈通以相同方向的电流I，则因在较小磁隙X2′中有φm2′+φd2′，只能使1和2的右端间吸力更大，机构仍将保持在“K”稳态。
机构在“K”稳态时，如再给线圈通以与前方向相反的电流-I，则根据电磁感应定律φd1和φd2的方向将改变，即在较大磁隙x1′中φd1和φm1′方向相同，在较小磁隙x2′中φd2和φm2′方向相反，见图4(图4中用虚线和箭头表示了φd1和φd2的方向)，1和2左侧较大磁隙x1′中的总磁通将为φ1′＝φm1′+φd1＝2φm1′，右侧较小磁隙x2′中的总磁通将为φ2′＝φm2′-φd2→0，x1′中的总磁力F1′＝2Fm1′，x2′中的总磁力F2′＝0，F1′将使转动件2反时针转动，如图4所示。一直转动到2与1的左端相接触的极限位置，并与1在F1′的作用下紧紧吸附到一起，此时机构又回到第一个稳定的磁自锁状态，即图1中的“B”稳定状态，这一稳定状态也不会因电流-I的消失而改变。而且如果在反向电流-I消失后再给线圈通以电流-I，则因在较小磁隙x1中有φm1+φd1，只能使1和2左端间吸力更大，机构仍保持在“B”稳态。
由上我们可得到二个结论，我们的第一个结论是在该机构中，当机构处于“B”稳态时，给铁心线圈通以一次或一次以上的正向电流I时，机构可变为“K”稳态;若给线圈通以一次或一次以上的反向电流-I时，机构状态不变。当机构处于“K”，稳态时，给铁心线圈通以一次或一次以上的正向电流I时，机构状态不变，当给线圈通以一次或一次以上的反向电流-I时，机构可变为“B”稳态。由此我们绘出了图5的表格。
由图5的表格可知不管机构原来处在“B”状态或“K”状态，只要我们对铁心线圈通以正向电流I，机构就将是图3所示的“K”状态;若对铁心线圈通以反向电流-I，机构就将是图1所示的“B”状态。因此，对于图1-4所示的机构，我们可以通过控制其线圈的电流方向来控制其状态。如果用图1-4中的转动件2来驱动电动锁的锁栓，比如将锁栓直接装在转动件2之上，转动件2即可驱动锁栓动作，如图6所示。
在图6中，1是固定件，2是转动件，3是转轴，4是锁栓，5是锁壳。
图6的机构处于和图1相同的“B”稳态，从图6可见，此时锁栓4由锁壳5伸出，锁是处于“闭”锁状态，当给机构中的铁心线圈通以正向电流I时，从图5可知，机构将转变到“K”状态，即此时锁栓4缩入锁壳5，即锁被“开”启了。
在图6中，锁栓4是直接与转动件2相连的，此时4的运动轨迹是一段圆弧，当圆弧的半径较大时，4的运动轨迹就近似于一条直线，即4可作近似的往复运动。如要求锁栓4作较精确的往复运动，可将一齿轮固定在转轴3上，并用该齿轮来带动有齿的锁栓，就可将转动件的旋转运动转变为锁栓的往复运动。
我们的第二个结论是该机构可用脉冲电流驱动。需“开”锁时，对线圈通以正向脉冲电流I，机构即可进入“K”状态，锁就“开”了;需“闭”锁时，对线圈通以反向脉冲电流-I，机构即可进入“B”状态，锁就锁“闭”了。用脉冲电流驱动该机构可有效地减少耗电。
因此，该机构是一种低耗电电动锁的脉冲式电磁驱动机构，该机构的供电装置可用直流电源，如干电池直接供电。其供电电路见附图7、8。在图7、8中，1是电动锁脉冲驱动机构的铁心线圈;2是直流电源(如干电池等);3、4是开关，如机械式开关，继电器或干簧管的触点，电子无触点开关(如工作在开关状态的晶体管、可控硅等)。图7、8均为双极性供电电路。图7为使用了两组电源的双极性供电电路，图7的开关3a导通时，线圈1的右端经3a与电源2a的正极相接，正向电流I流入1的右端，机构为“K”稳态，锁“开”启;图7的开关3b导通时，线圈1的右端经3b与电源2b的负极相接，反向电流-I流入1的右端，机构为“B”稳态，锁被锁“闭”。图8为使用一组电源的桥式接法双极性供电电路，图8的开关3a、3b同时导通时，线圈1的右端经3a与电源2的正极相接，左端经3b与2的负极相接，正向电流I流入1的右端，机构为“K”稳态，锁“开”启;图8的开关4a、4b同时导通时，线圈1的右端经4b与电源2的负极相接，左端经4a与2的正极相接，反向电流-I流入1的右端，机构为“B”稳态，锁被锁“闭”。
图7供电电路的特点是使用了两组电源，故电源的利用率较低。图8供电电路的特点是用电桥电路将单电源转换为双极性电源，电源利用率高，但控制电路较复杂。为解决这一矛盾，使供电电路简化，我们先探讨附图1-4的机构是否还可以用单极性电源供电。
对于附图1-4的机构，在通以脉冲电流时，如满足1、铁心线圈中的电流磁通穿过工作磁隙中较小的磁隙并与该磁隙中恒磁磁通方向相反;2、也穿过较大磁隙并与该磁隙中恒磁磁通方向相同，即可使机构转动。如仅满足1而不满足2，机构可以同样方式转动，这时虽驱动功率较小，但可简化供电电路，以下结合附图进行说明。
在图9、10中，1是固定件，2是转动件，3是转轴。设机构处于图1所示的“B”稳态，如在机构的铁心线圈中通以脉冲电流，在较小磁隙x1中产生电流磁通φd1，如图9中虚线箭头所示，φd1和φm1方向相反，且φm1-φd1→0，而1和2的右端磁隙中无电流磁通，仅有恒磁磁通φm2，则因1和2的左端间的电磁吸力F1→0，转动件2将在右端恒磁磁力Fm2的作用下顺时针转动，见图9，直至1和2的右端吸合到一起进入图3所示的“K”稳态。如再次给线圈通以脉冲电流使图3较小磁隙x2′中的电流磁通φd2的方向与φ′m2的方向相反，如图10中虚线箭头所示，且φ′m2-φd2→0。而1和2左端中恒磁磁通φ′m1大小不变，则因1和2右端间的电磁吸力F2→0，转动件2将在1和2左端间恒磁磁力Fm1的作用下反时针转动，见图10，直至1和2的左端吸合到一起，回到图1的“B”稳态。
对于以上两种驱动方式，可结合图2和图9进行比较，机构中线圈通电后，其左侧较小磁隙x1中总磁通φ1＝φm1-φd1→0，总磁力F1＝Fm1-Fd1→0，其右侧较大磁隙x2中总磁通对于图2有φ2＝φm2+φd2＝2φm2，而对图9有φ2＝φm2，即图2的驱动方式其驱动力比图9要大但图9的驱动方式可用单极性电源供电，图2则需双极性电源供电。
单极性供电电路见附图11，在图11中，1是电动锁脉冲驱动机构的铁心线圈，2是直流电源，3是开关，为有触点或无触点开关。设铁心线圈1a产生的电流磁通为φd1，1b产生的电流磁通为φd2，则由图9可知，在3a导通，1a通电后，机构将为“K”稳态，锁“开”启;在3b导通，1b通电后，机构将为“B”稳态，锁被锁“闭”。显然图11的供电电路只用了一组电源，控制电路也很简单。
对于前述电动锁脉冲式驱动机构，不论是用单极性电源供电进行驱动还是用双极性电源供电进行驱动，其电流磁通都穿过工作磁隙中较小的磁隙并与该磁隙中恒磁磁通方向相反，这是该机构两种驱动方式(对应地需用两种供电方式)的共同特征。只有在需要较大驱动功率时，采用双极性电源供电才是适宜的，这时电流磁通同时穿过工作磁隙中较大的磁隙并与该磁隙中恒磁磁通方向相同，这时驱动功率可以增大，但供电电路将变得复杂。
上述机构作为一种电动锁的脉冲式电磁驱动机构，具有一般电磁驱动机构寿命长、可靠性高的特点，耗电也很省，完全可以使用普通干电池供电。
对于这种电动锁脉冲式电磁驱动机构，其磁路是由固定件和转动件中的磁路元件构成的，且又有并联磁路、桥式磁路等类型，以下结合附图12-23的实施例进一步进行说明。
在图12-23中，1是铁心线圈，2是磁铁，3是转动件，4是转轴，5是锁栓，6是锁壳，7是铁轭。图12-19的实施例是并联磁路机构，其中的磁路元件1，磁铁2，转动件3，铁轭7等构成了并联磁路机构。其转动件3是在并联磁路的一条支路上。并联磁路也可称为差动磁路，这是因为一般的并联磁路机构均有两个对称的磁回路，其可动部分(转动件)装在公共磁路上，并对每边磁隙间的磁力差发生作用。图12是其磁路为并联磁路的电动锁脉冲式电磁驱动机构的一个典型实施例，在图12中，磁铁2可以是铁氧体、铝镍钴等硬磁材料，2的一端固定有一由软铁等软磁材料制成的铁轭7，铁轭7的二端固定有铁心线圈1a和1b，磁铁2的另一端有一转轴4，可由金属车制而成，转轴4上有一可由软铁等软磁材料制成的转动件3，转轴4的位置在3的中部，3可在4上转动。另外，锁栓5是直接固定在转动件3上。在图12中，锁栓5是伸出到锁壳6外，这时锁是处在锁“闭”状态(即图1所示的“B”稳态)，恒磁磁通φm1穿过3和4左端间较小的磁隙x1，φm2穿过3和4右端间较大的磁隙x2，φm1产生的磁力Fm1将3与4的左端吸合在一起，使机构处于磁自锁状态。图12的并联磁路有1a、2、1b三条支路，其转动件3是在公共磁路中的磁路元件2上，且其转动方向取决于3和4左右两端磁隙x1和x2间的磁力差，因此，该机构也是一种差动磁路机构。图12中的转动件3的运动方式象是小孩玩的跷跷板，可绕其转轴4以磁铁2的轴线为中点一上一下地运动，因此，又可称该机构为一双线圈单磁铁单跷跷板式机构。若用图7或图8的双极性供电电路为该机构供电，则当给机构中的线圈1a、1b通以图中箭头方向的脉冲电流I时，根据电磁感应定律中的右手法则或右螺旋关系，铁心线圈1a中的电流磁通φd1穿过工作磁隙中较小的磁隙x1并与该磁隙中恒磁磁通φm1的方向相反，其总磁通φ1＝φm1-φd1→0，在x1中的总磁力F1＝Fm1-Fd1→0;铁心线圈1b中的电流磁通φd2穿过工作磁隙中较大的磁隙x2并与该磁隙中恒磁磁通φm2的方向相同，其总磁通φ2＝φm2+φd2，在x2中的总磁力F2＝Fm2+Fd2＝2Fm2，见图12，因F1→0，故转动件3将在F2的作用下顺时针转动到其右端与铁心线圈1b吸合在一起，机构进入另一个磁自锁状态，即“开”锁的状态(图3所示的“K”态)，由图12可见，此时锁栓5将缩入锁壳6，锁被“开”启。如再给图12的线圈1a、1b通以图12中箭头方向相反的反向脉冲电流-I时，3将反时针转动，回到图1所示的“B”态，此时图12中的锁栓又伸出锁壳6，锁再次锁“闭”。可见，图12机构分析方法和工作过程与图1-4机构的分析方法和工作过程是完全一样的。
在刚才的分析中，机构的二个铁心线圈1a和1b是同时通以正向电流I或反向电流-I，需用图7或8的双极性电源供电电路供电。若我们用图11的单极性电源供电电路为图12的机构供电，且用图11、12中的线圈1a作为“开”锁线圈，1b作为“闭”锁线圈，则当图11中的开关3a导通时，1a通电(1a中电流方向应与图12中所示方向相同)，1a中的电流磁通φd1穿过工作磁隙中较小磁隙x1并与该磁隙中恒磁磁通φm1的方向相反而抵消，而在较大的磁隙x2中，总磁通仍为恒磁磁通φm2(严格地说，φd1的一部分也将穿过x2，但我们将它忽略不计。在本说明书中，我们着重进行的是定性分析而不是定量分析)，x2中的磁力F2＝Fm2，转动件3将在F2的作用下顺时针转动，机构进入图3所示的“K”状态，锁“开”启。当图11中的开关3a导通时，1b通电(1b中电流方向应与图12中所示方向相反)，1b中的电流磁通φd2和恒磁磁通φm2的方向在3的右端和1b间较小的磁隙中仍相反，转动件3将在F1＝Fm1的作用下反时针转动，进入图1所示的“B”稳态，使锁锁“闭”。以上分析方法和工作过程与图9、10的分析方法和工作过程是完全一样的。
附图13所示的机构是图12机构的派生机构，图13机构的磁路元件、磁路结构、分析方法和工作过程与图12相仿。图13-19的实施例只绘出了简化的磁路结构图及φm和φd的方向，图中铁心线圈1的绕向可用电磁感应定律中的右手法则或右螺线管关系判定，对于图13的机构在用图7、8的双极性供电电路时，其线圈通电后产生的电流磁通φd1穿过较小的磁隙并与该磁隙中恒磁磁通φm1的方向相反，电流磁通φd2同时穿过较大磁隙并与该磁隙中恒磁磁通φd2的方向相同，转动件3将在转轴4上顺时针转动，其右端脱离铁轭7c下移直至与铁轭7d相吸合，从而完成机构状态的转换。将图13与图12相比较，转轴4的位置是在转动件3的一端，图13机构中的转动件3很象时钟里的钟摆，故我们称图13的磁路机构为双线圈单磁铁单摆式机构。该机构亦可用图11的单极性电源供电。
附图14、15的机构是图12机构的另一种派生机构，将图12中的磁铁2和线圈1a、1b分别用一铁心线圈1和二块磁铁2a、2b置换，即成为图14所示的双磁铁单线圈单跷跷板式结构。同样将图13中的磁铁2和线圈1a、1b用铁心线圈1和磁铁2a、2b置换则成为图15的双磁铁单线圈单摆式机构。图14、15机构的分析方法和工作过程与图12和图13相仿。单线圈机构只能用双极性电源供电。
图16和图17是较特殊的两种并联磁路机构。在图16中，磁铁2的两端各有一转轴4a和4b，4a和4b上各有一可绕其转动的转动件3a和3b，3a和3b也可用软铁等软磁材料制成。磁铁2的两侧各有一铁心线圈1a和1b，铁心线圈1a和1b的两端可联有铁轭7a、7b、7c、7d。在图16中，转动件3a、3b与铁轭7a、7b相吸，如将图16机构与图7、8的双极性电源相连，则当线圈1a、1b通以正向电流I时，其电流磁通φd1在3a、7a及3b、7b间较小的磁隙中与恒磁磁通φm1的方向相反，而在3a、7c及3b、7d间较大的磁隙中电流磁通φd2与恒磁磁通φm2方向相同，见图16。此时3a将反时针转动直至与7c相吸合，3b将顺时针转动直至与7d相吸合，从而完成了机构状态的转变。若此时再给线圈1a、1b通以反向脉冲电流-I，3a、3b将再次转动并与7a、7b再次吸合，机构又回到图16所示的状态。图16机构中转轴4a和4b的位置是在可动件3a和3b的一端，因此图16的机构为一双线圈单磁铁双摆式机构。图17机构为图16机构的派生机构，如将图17机构与图7、8的双极性电源相连，则因其线圈通电后在铁心线圈1b两端较小的磁隙中电流磁通和恒磁磁通方向相反，在铁心线圈1a两端较大的磁隙中电流磁通和恒磁磁通方向相同，转动件3a、3b将绕转轴4a、4b转动，它们的右端将脱离1b而转换到它们的左端与1a相吸合的另一状态，该机构为一双线圈单磁铁双跷跷板式机构。如将图16和图17机构中的铁心线圈1a和1b分别作为“开”锁和“闭”锁线圈，则图16和图17的机构也可用图11所示的单极性电源供电。图16、17的机构中都有两根转动件，每根转动件可以驱动一根锁栓，因此图16、17的机构适用于双锁栓电动锁。图16、17机构中的磁铁2和铁心线圈1a、1b也可分别用一铁心线圈和两块磁铁置换，构成双磁铁单线圈双摆式机构或双磁铁单线圈双跷跷板式机构，这两种机构没有在附图中绘出，这两种机构的分析方法和工作过程与图16、17相似。
对于图13所示的双线圈单磁铁单摆式机构，其并联磁路的中间支路中固定在铁轭上的磁铁2可以和转动件3相置换，构成图18所示的双线圈动磁式电磁驱动机构，图18中的铁轭7e也可省去，转轴4就直接固定在铁轭7a和7b之间。对于图15所示的双磁铁单线圈单摆式机构，其并联磁路的中间支路中固定在铁轭上的铁心线圈4可以和转动件3相置换，构成图19所示的双磁铁动圈式电磁驱动机构。图18、19机构的分析方法与工作过程和图13、15相仿。
附图20-23的实施例为桥式磁路机构。其中的磁路元件铁心线圈1，磁铁2，转动件3，铁轭7等构成了桥式磁路机构。在桥式磁路机构中，所有的磁路元件是桥式联接的，其转动件3是在桥式磁路的一条对角线上。图20是其磁路为桥式磁路的电动锁脉冲式电磁驱动机构一个典型实施例，在图20中，磁铁2的两端固定有由软铁等软磁材料制成的铁轭7a、7b，7a上固定有铁心线圈1c、1d。7b上固定有铁心线圈1a、1b，1a、1b、1c、1d的磁隙中部有一可在转轴4上转动的转动件3，转动件3可由软铁等软磁材料制成，这是一种四线圈单磁铁单跷跷板式机构，另外，锁栓5是直接固定在转动件3上，在图20中锁栓5伸出到锁壳6外，此时锁是处在锁“闭”状态(即图1中的“B”态)，恒磁磁通同时穿过1a和3、1c和3间较小的磁隙与1b和3、1d和3间较大的磁隙(见图20)，其磁力将1a和3的左端、1c和3的右端吸合在一起，使机构处于磁自锁状态。当机构与图7、8的供电电路相联接，并给线圈1通以图示方向的电流脉冲I时，其电流磁通φm1、φm2、φm3、φm4的方向如图20虚线箭头所示;在1a和3、1c和3间较小的磁隙中，φd1和φm1，φd3和φm3的方向相反而抵消;在1b和3、1d和3间较大磁隙中，φd2和φm2、φd4和φm4的方向相同而增强，其磁力使3绕4顺时针转动，转到1b和3的右端、1d和3的左端相吸合的“K”稳态，此时锁栓5缩入锁壳6，锁就“开”启了。如再给图20的线圈中通以图中箭头方向的反向脉冲电流-I时，机构将再次转动，回到图20所示的“B”稳态，此时锁栓5又伸出锁壳6，锁再次锁“闭”。如我们将图20机构中的磁铁2和线圈1a、1b、1c、1d分别用一铁心线圈和四块磁铁置换，则构成四磁铁单线圈单跷跷板式机构，该机构的分析方法和工作方法与图20完全一样，该机构未在附图中绘出。
将图20的桥式磁路机构与图12的并联磁路机构相比较，图20的转动件和固定件间有四个可变的工作磁隙，而图12仅有二个;图20的磁路机构比图12的机构的灵敏度更高，驱动力也更大。类似于图12的机构，图20的机构也有二种驱动方式，在刚才的分析中，机构使用了图7、8的双电源供电装置，其四个线圈是同时通以正向电流I或反向电流-I，如果我们将1a和1c作为“开”锁线圈，1b和1d作为“闭”锁线圈，并与图11所示的供电电路相联，则机构仍可以同样方式转动，其分析方法和工作过程与图12及图9、10的分析方法和工作过程相仿。
图21的机构是另一种桥式磁路机构，图23的实施例只绘出了简化的磁路结构图及φm和φd的方向，其中铁心线圈1的绕向可用电磁感应定律中的右手法则或右螺旋关系判定。在图21中，铁心线圈1的两端分别固定有铁轭7c和7d，铁轭7c上固定有铁轭7a和磁铁2a，铁轭7d上固定有铁轭7b和磁铁2b，磁铁2a和2b的中间有一转轴4，转轴4上有一可在铁轭7a和7b间运动的转动件3，转动件3可由软铁等软磁材料制成。在图21中，恒磁磁通φm1穿过3与7a间较小的磁隙使3与7a相吸合。如将图21的机构与图7、8的双极性供电电路相连，当给线圈1通以正向脉冲电流I时，其电流磁通φd的方向如图中虚线箭头方向所示，φd和φm1的方向在3与7a间较小的磁隙中相反，φd和φm2的方向在3与7b间较大的磁隙中相同，故3将绕4顺时针转动直至3与7b相吸合。如再给1通以反向脉冲电流-I，3将反时针转动回到图18所示的状态。这是一种双磁铁单线圈桥式磁路单摆式机构。
图22、23的机构均为图20机构的派生机构，如将图20机构中的四个铁心线圈1a、1b、1c、1d和转动件3分别用四块铁轭7a、7b、7c、7d和可动线圈1a、1b置换，就构成了图22的单磁铁动圈式桥式磁路机构，如将图20机构中的磁铁2、铁心线圈1a、1b、1c、1d及转动件3，分别用铁心线圈1、四块铁轭7a、7b、7c、7d及磁铁3置换就构成了图23的单线圈动磁式桥式磁路机构。图22、23机构的分析方法和工作过程与图20机构的分析方法及工作过程相仿。
前述图7、8、11中的电动锁脉冲式电磁驱动机构的供电电路在电源电压较低(如仅用2-4节干电池供电时)时，驱动功率是较小的。这是因为一般干电池具有较大的内阻，不能大电流放电，还因为在电磁驱动机构中铁心线圈的驱动功率取决于线圈的安匝数，如欲增加安匝数，除了增加电流外，只有增加线圈匝数，从而使铁心线圈的体积、重量及铜线的消耗增大，这不但增加了锁的体积和重量，也增加了锁的成本。
采用下述电动锁脉冲式驱动机构的供电装置可以解决以上问题。
该装置的结构是先用一振荡器将电源提供的低压直流电压变为交变电压，再用一升压变压器将该电压升高，然后用一整流器将升压后的交变电压变为直流电压，再用一储能电容器将该直流电压的能量贮存在该电容器中，最后用一放电电路将该能量释放驱动电动锁的脉冲式驱动机构工作。
图24是该装置的方框图。在图24中，1是振荡器，可以是多谐振荡器等，振荡频率在数十千周较好;2是变压器，用来将1输出的交变电压升高到数十或数百伏;3是整流器，用来将2输出的交变电压变为直流电压，可以是全波或桥式等整流电路;4是储能电容器，一般选用电解电容器，其耐压应高于3的输出电压，容量取决于所需驱动脉冲的宽度和电流值;5是放电电路，为一开关电路，可以是由控制信号控制的有触点或无触点开关电路，也可以是由电压检测电路的输出信号和控制信号共同控制的开关电路，还可以是由延时电路的输出信号和控制信号共同控制的开关电路等，6是电动锁脉冲式驱动机构的铁心线圈。
以上电动锁脉冲式驱动机构供电装置的输出功率比图7、8、11所示的供电电路大数十倍以上。机构中铁心线圈的体积亦可缩小。
图25是电动锁的脉冲式驱动机构供电装置的一个实施例。在图25中，1是开关，可以是继电器的触点或电子无触点开关，2、3、17、20是晶体管，4、5是电容，6、7、11、12、13、14是电阻，8是升压变压器，9是整流桥，10是储能电容器，15是电压比较器，16、19是与门，18、21分别是电动锁脉冲式驱动装置的“开”锁和“闭”锁线圈，在电动锁的控制器发出“开”锁或“闭”锁信号时，1导通或吸合，由2、3、4、5、6、7等构成的多谐振荡器起振，输出的方波电压经8升压后送入9整流，9输出的直流电压的能量储存于电容器10之中，当10上的电压达到一定数值，电压比较器15输出为高电平，这一高电平加于与门16和19的输入端，这时如有“开”锁信号(即与门16的“开”锁信号端为高电平)，则16的输出为高电平，17导通使18得电，锁“开”启;这时如有“闭”锁信号(即与门19的“闭”锁信号端为高电平)，则19的输出为高电平，20导通使21得电，锁被锁“闭”。
图25所示供电装置的输出功率比图11直接用电池供电装置的输出功率要大一至二个数量级。图24及图25所示的电动锁脉冲式驱动机构的供电装置不但可用于本申请中的电动锁脉冲驱动机构，还可以用于其他电动锁脉冲式驱动机构。
权利要求
1.一种包括由磁路元件构成并安装于锁壳之上的固定件，及由磁路元件构成并可与固定件相对运动用以驱动锁栓的转动件二大部分构成的电动锁的驱动机构，其特征是a、它的运动件为转动件(2)，转动件(2)的中部或一端有一转轴(3)，转动件(2)可绕转轴(3)相对于固定件(1)转动，转动件(2)和固定件(1)间至少有两个可变的工作磁隙，磁路中的恒磁磁通同时通过所有的工作磁隙；b、它的转动件(2)和固定件(1)的相对转动有两个极限位置，分别对应于机构的两个稳定的由磁铁磁通维持的“k”和“B”磁自锁状态或锁的“开”和“闭”状态；c、在机构通以脉冲电流时，铁心线圈中的电流磁通穿过工作磁隙中较小的磁隙并与该磁隙中恒磁磁通方向相反。
2.由权利要求1所述的电动锁的驱动机构，其特征是它的铁心线圈中的电流磁通同时穿过工作磁隙中较大的磁隙并与该磁隙中恒磁磁通方向相同。
3.由权利要求1或2所述的电动锁的电磁驱动机构，其特征是它的磁路机构是由铁心线圈(1)、磁铁(2)、转动件(3)、铁轭(7)等磁路元件构成的并联磁路机构，它的转动件(3)是在并联磁路的一条支路上。
4.由权利要求1至3中任何一个权利要求所述的电动锁并联磁路电磁驱动机构，其特征是它的磁铁(2)的一端固定有铁轭(7)，铁轭(7)的两端固定有铁心线圈(1a)和(1b)，磁铁(2)的另一端有一转轴(4)，转轴(4)上有一转动件(3)，转轴(4)的位置可在转动件(3)的中部构成双线圈单磁铁单跷跷板式机构，也可在转动件(3)的一端构成双线圈单磁铁单摆式机构，上述机构中的磁铁(2)和铁心线圈(1a)、(1b)可分别用一铁心线圈(1)和两块磁铁(2a)、(2b)置换，构成双磁铁单线圈单跷跷板式机构或双磁铁单线圈单摆式机构。
5.由权利要求1至3中任何一个权利要求所述的电动锁并联磁路电磁驱动机构，其特征是它的磁铁(2)的两端各有一转轴(4a)和(4b)，转轴(4a)和(4b)上各有一可绕其转动的转动件(3a)和(3b)，磁铁(2)的两侧各有一铁心线圈(1a)和(1b)铁心线圈(1a)和(1b)的两端可联有铁轭(7a)、(7b)、(7c)(7d)，转轴(4a)和(4b)的位置可在转动件(3a)、(3b)的中部构成双线圈单磁铁双跷跷板式机构，也可以在转动件(3a)、(3b)的一端构成双线圈单磁铁双摆式机构。上述机构中的磁铁(2)和铁心线圈(1a)、(1b)可分别用一铁心线圈和二块磁铁置换，构成双磁铁单线圈双跷跷板式机构或双磁铁单线圈双摆式机构。
6.由权利要求1至3中任何一个权利要求所述的电动锁并联磁路电磁驱动机构，其特征是它的并联磁路的中间支路中固定在铁轭上的磁铁(2)或铁心线圈(1)可以置换作为转动件构成双线圈动磁式电磁驱动机构或双线圈动铁式电磁驱动机构。
7.由权利要求1或2所述的电动锁的电磁驱动机构，其特征是它的磁路机构是由铁心线圈(1)、磁铁(2)、转动件(3)、铁轭(7)等磁路元件构成的桥式磁路机构，它的转动件(3)是在桥式磁路的一个对角线上。
8.由权利要求1或2或7所述的电动锁桥式磁路电磁驱动机构，其特征是a、它的磁铁(2)的两端固定有铁轭(7a)、(7b)，铁轭(7a)、(7b)上固定有铁心线圈(1a)、(1b)、(1c)、(1d)，铁心线圈(1a)、(1b)、(1c)、(1d)的磁隙中部有一可在转轴(4)上转动的转动件(3)，构成四线圈单磁铁单跷跷板式机构;b、将a机构中的磁铁(2)和铁心线圈(1a)、(1b)、(1c)、(1d)分别用一铁心线圈和四块磁铁置换可构成四磁铁单线圈单跷跷板式机构;c、将a机构中的铁心线圈(1a)、(1b)、(1c)、(1d)和转动件(3)分别用四块铁轭(7a)、(7b)、(7c)、(7d)和可动铁心线圈(1a)、(1b)置换，可构成单磁铁动圈式桥式磁路结构;d、将a机构中的磁铁(2)、铁心线圈(1a)、(1b)、(1c)、(1d)及转动件(3)分别用铁心线圈(1)，四块铁轭(7a)、(7b)、(7c)、(7d)及磁铁(3)置换，可构成单线圈动磁式桥式磁路机构。
9.由权利要求1或2或7所述的电动锁桥式磁路电磁驱动机构，其特征是它的铁心线圈(1)的两端分别固定有铁轭(7c)和(7d)，铁轭(7c)上固定有铁轭(7a)和磁铁(2a)，铁轭(7d)上固定有铁轭(7b)和磁铁(2b)，磁铁(2a)和(2b)的中间有一转轴(4)，转轴(4)上有一可在铁轭(7a)和(7b)间的磁隙中运动的转动件(3)，构成双磁铁单线圈桥式磁路单摆式机构。
10.一种电动锁脉冲式驱动机构的供电装置，其特征是，它由振荡器(1)、变压器(2)、整流器(3)、储能电容器(4)，放电电路(5)等部分构成，它的振荡器(1)输出的交变电压经变压器(2)升压后，经整流器(3)整流，变为直流电压，其能量贮存在储能电容器(4)之中，当控制输入到来后，储能电容器(4)即经放电电路(5)放电，驱动电动锁脉冲式驱动机构动作。
全文摘要
一种电动锁的脉冲式电磁驱动机构，由磁路元件等构成，分为固定件及可绕转轴相对于固定件转动的转动件两大部分，固定件与转动件间至少有两个可变的工作磁隙，通电时电流磁通穿过较小的磁隙并与该磁隙中恒磁磁通方向相反即可使转动件转动并带动锁栓运动。该机构可用电池供电。一种电动锁脉冲式驱动机构的供电装置，由振荡器、变压器、整流器、储能电容器、放电电路等构成，可有效提高电动锁的驱动功率。
文档编号E05B47/02GK1092496SQ9311062
公开日1994年9月21日 申请日期1993年3月15日 优先权日1993年3月15日
发明者陶小京, 陶小慈 申请人:陶小京