专利名称：用于电子锁中的螺线管激励控制的电子复位方法
技术领域：
本发明涉及一种使用螺线管来控制锁的开启操作的电子锁，更具体地说是涉及被电子点火且在激励位置停留一段时间由此允许操作者缩回锁簧以打开锁的螺线管。
用于电子锁的螺线管，其典型的动作是移动锁的机械控制装置的一些元件诸如可以用来缩回锁簧而打开锁的锁内的机械控制装置的剩余部分。先前被用于电子锁中的一些螺线管或是需要延长流经螺线管的电流的时间以将螺线管保持在其激励或动作位置上，或是需要一个机械的闩锁机构以将激励的机构固定在其激励位置上直到锁被实际地打开。一个闩锁常需要一个复位输入以将锁恢复为锁定扣紧状态。
推入型螺线管通常具有一个衔铁，一旦螺线管被加载到其上的电压激励后，其从螺线管的主体中伸出来。螺线管向螺线管内腔和主体方向牵引或牵拉衔铁，如果衔铁被牵拉进并与螺线管的主体接触且没有回复力被加载到螺线管衔铁上，则衔铁将密封螺线管主体并且即使电势和电流被从螺线管上除去之后也仍将保持密封状态。这种衔铁板对螺线管主体的密封在推入型螺线管中很常见，其被称作磁性密封。
推入型的螺线管通常从制造者那里还提供有一个被放置在衔铁板和螺线管主体之间的相对较薄，非磁性的隔离层或垫片，以防止衔铁板与螺线管主体相接触。隔离层将使衔铁充分地远离主体，以使无论何时激励电压被除去，在螺线管的内腔内或磁心中的任何剩磁场将从衔铁板中被充分地消除以使剩磁场不能将衔铁固定在密封位置。另一方面，如果不存在隔离层，衔铁板将螺线管主体密封住，因而可能将不能获得足够的回复力以将螺线管复位到其未动作位置。因此，衔铁将被保持在其动作或激励(picked)位置并将保持所设定的状态由此锁被调节到开启状态，因此未锁定及不安全。
在利用没有隔离层的螺线管的密封特性的锁中，需要机械复位以突破或克服剩磁吸力和衔铁及衔铁板对螺线管的主体的密封。为了实现复位功能，机械复位需要一些诸如手工操作者输入或锁簧的回缩之类的动作。如果衔铁板被密封在螺线管主体内并且没有足够的或根本没有机械力被加载到衔铁上以使其被复位到其未动作位置，则在没有非磁性隔离层的螺线管中的剩磁能将衔铁固定在动作位置上。
如果螺线管先被激励随后在螺线管的电压源断电后立即在足够强的机械回复力下复原，锁组件特别是螺线管衔铁将复位，任何没有被闩锁的被移位的机械元件将复位。这将产生一种锁，其只有在螺线管被加载电压且衔铁位于其动作位置时才可被打开。
保持螺线管上的持续电势和流经螺线管的持续电流在其中操作锁的所有方面所必须的全部能量均是由一个人工操纵的发电机提供的自主供电锁的设计中是一个基本的能量约束。自主供电的且具有一个包含在锁中的手工操纵的发电机的锁通常不能将任何较大的电压和电流维持任何足够长的时间，因此，其不实用于将动作电流保持足够操作者缩回锁簧的时间，且对于电池供电的锁，电池的寿命将被显著地减少。
本发明的一个目标是在一个预定的时间内将正动作的螺线管和锁复位到一个锁定位置。
本发明的另一个目标是在锁簧回缩的状态下防止锁被保持一段延长的时间。
本发明的再一个目标是通过一条发送到螺线管的电子命令来释放磁性保持控制元件。
电子锁通常具有一个微处理器或其它的电子逻辑控制装置以产生用于锁的操作和控制的合适控制信号。在具有螺线管控制装置的锁中，一种这样的信号是一个脉冲激励或尖峰激励(pick)螺线管以将锁机构的剩余部分调节为将被操作者开启的状态的信号。使用在电压源从螺线管上消失或除去之后为将机械装置在一段时间内保持为开启状态而能够被磁性地密封的螺线管是一个令人十分满意的特性。如果在螺线管的调节之后为缩回锁簧而进行的拨号盘或锁的其它元件的操作中，某个人的锁操作不是极端快的话，锁机构将不允许该人继续操作锁机构以开启它。至少，其将违背锁的目的，因为其不能被可靠地开启并且其造成了一种从人类的立场看不可接受的必要条件。
通过使用能够密封且在动作电压被终止后仍能够被保持在其动作位置的螺线管的锁能够在螺线管动作之后被开启，而不需要在螺线管上保持激励或维持电压。使用诸如螺线管的电磁装置在动作时为开锁而调节锁机构的一部分并因此将螺线管仍保持密封的锁在此方面很有优势。然而，这样一种锁需要一个辅助机构将螺线管复位并将锁恢复为锁定状态。
通常地，具有这种特性的锁依赖于一个到螺线管的机械输入用来将衔铁和衔铁板充分地移位以将衔铁板从磁场的附近移走从而将其从其动作状态释放出来。因为螺线管一动作锁便为了开启而被调节，操作者可能操作锁拨码盘或其它开锁输入元件的时间的长度是不能被确定的，所以锁被置于一种未上锁的薄弱状态一直到锁簧被缩回，锁被打开，且螺线管被复位。这里所说的锁配备有一个释放或复位电路，其使得螺线管响应一个电信号而从其动作位置复位到其未动作位置。
螺线管的衔铁上的衔铁板被从磁心和螺线管内腔发散出的磁场磁性地吸到螺线管上而处于密封状态。该磁场是一个剩磁场，其是由于在从螺线管的线圈上除去电势时磁心和螺线管内腔没有被完全复原回非磁化状态而产生的。
为了将螺线管复位，在锁的电子控制装置中提供了一个电路以响应来自微处理器的一个用于控制锁的操作的信号。控制电路被如此连接其将提供一个到螺线管的带电输入并使得螺线管丧失其剩磁吸力，由此允许用一个低强度的机械力将螺线管衔铁复原到其未动作位置。
有两类螺线管可以被用于这种特殊类型的释放电路。一种配置允许螺线管衔铁的衔铁板与螺线管内腔接触而将其磁性地密封且随后被从螺线管磁心和螺线管内腔发散出来的磁场的剩磁引力所吸住而处于密封位置。可以用于释放电路的第二种类型的螺线管是这样一种类型螺线管包括一个永久磁性的磁铁，其将衔铁固定在其磁性牵引或动作的位置上。该类型螺线管中的永久磁铁提供一个与通过推入类型的螺线管的剩磁磁力而获得的吸力相比明显要强或大的吸力。
上述两种类型的螺线管均应采取这样的设计，即螺线管必须紧接着其电子和电气激励之后将磁性密封保持至少一个短的时间间隔，由此允许操作者采取一些动作来缩回锁簧而打开锁。
为了重新锁定锁簧，例如锁簧没有被迅速地缩回，微处理器进行一个短的暂停并在此之后发送一个短的电脉冲信号到控制电路以进行对螺线管的电容性的存储充电。电容充电是这样的流经螺线管线圈的电流的流向是沿与用于尖峰激励(pick)螺线管时的电流流向相反。该相反方向的电流将在线圈中产生一个磁场，其具有与在正常动作期间由螺线管的线圈所产生的磁场的极性相反的极性。磁场的反向极性将抵销或中和螺线管主体的剩磁场；另外，即使剩磁没有被完全地抵销或中和，其也会被减少使得衔铁板上的吸力将小于通过机械连杆作用到衔铁上弹簧弹力。因此净弹力将足够复原机械机构从而将锁复原到安全的或锁定的状态。
供给到螺线管用来将螺线管复位的电脉冲可以是一个等于或低于在操作服务期间被加载到螺线管上的动作电压的电压。在其中剩磁是保持力的优选实施例中，复位脉冲必须明显的短于动作脉冲，最好短一个数量级，以防止衔铁板由于新产生的剩磁场而重新密封螺线管内腔。当保持力是一个永久磁场时，复位脉冲的长度可以稍长些，例如，大约等于尖峰激励(pick)脉冲。复位电压可以是，但不是必须，一个明显小于动作电压的电压。为复位螺线管及克服剩磁而加载的电压只需要足够产生一个足够强度的磁场以中和或克服螺线管的磁心和内腔中的剩磁即可。衔铁的释放使得通过锁的机械元件而作用于衔铁上的弹簧弹力将衔铁复原到其未牵引位置并将先前由于螺线管的动作而被移位的锁的机械元件复原。
对本发明更详细的理解将从接下来对本发明的详细说明和附图中获得。
图1和图2所示为一种将后盖和电子控制器移走以显示锁的螺线管和电动机械元件的电子锁机构。
图3所示为一个响应微处理器控制装置的电路简图，该电路依次地动作以相应于来自微处理器的一个命令脉冲提供一个反向极性电压和流经螺线管的电流。
接下来说明的是发明者所设想的用于实施本发明的最好方式的优选实施例，其应当结合上述的附图一起考虑。
首先参照图1，锁10包括一个螺线管40，其是一个典型的推入型螺线管，具有一个连到或作为衔铁或衔铁轴42的一端且在螺线管40动作时可从螺线管内腔41中伸出来的衔铁板44。螺线管衔铁42，一旦伸出来，便啮合闩锁输入接片46。衔铁42的在牵引方向上的运动将以枢轴31为轴使闩锁输入接片46移位且同时绕枢轴31逆时针转动闩锁32。正如可从图1所看出的，无论闩锁输入接片46何时被衔铁42推动，通过锁簧杠杆16的凸部22和凸榫20进行工作的凸轮26在闩锁输入接片46的作用下将滑片28保持在一个升高的位置上，从而释放闩锁32使其可以自由运动。
图2所示的锁除了螺线管40已被激励外与图1中所示的情况相同。正如从图2中所看出的，此刻锁已被解除闩锁；无论凸轮26何时停止继续将锁簧杠杆16支撑在其升高位置及将滑片28保持在其升高和收缩位置上，滑片28将能够自由运动。然而，直到当凸轮26被旋转到将凸轮凹槽58对向凸部22的位置时，螺线管40中的剩磁将通过伸出来的衔铁42保持衔铁板44密封住螺线管内腔41且将闩锁32吸出以脱离与滑片28的啮合，更具体地说是与闩锁凹槽33的啮合。吸引衔铁板44的剩磁牵引力超过通过弹簧50作用于闩锁32上的弹簧回复力。
在锁10处于图2所示的状态期间，尽管锁簧仍保持伸出状态，锁10还是被调节到开启状态并因此被认为未锁定或不安全的。应该注意的是一旦闩锁32脱离闩锁凹槽33并保持脱离状态，开锁及缩回锁簧14所必需做的事只是以逆时针方向转动凸轮26。在锁10处于不安全状态期间，如图2所示，闩锁复原弹簧50被拉长但产生的力不足以克服螺线管内腔41和衔铁板44之间的吸力；因此，或者直到锁10被操作者操作以缩回锁簧14时，或者直到一些外部作用将螺线管40复位时，闩锁32将不会被复原到其锁定位置。
参照图3，其所示为螺线管控制电路。螺线管40的绕线由衔铁板44和衔铁42显示。实线位置中所示的衔铁42和衔铁板44处于未动作位置，而虚线位置所示为处于动作位置的情况。控制螺线管40的电能由一个最好自包含在锁中的手工供电的发电机所提供的VKICK供给。VKICK用于将电容C7充电，同时也将电容C14充电。电容C7是一个容量非常大的电容并具有大约12伏特的标称充电电平。电容C14类似地具有12伏特的充电电平但可以是小得多的电容并被用于复位螺线管。电容C7的大小是由磁场的强度所决定的。电容C7通过晶体管Q1连接到螺线管40并被控制以只在晶体管Q6的作用下对螺线管40进行操作。晶体管Q6由来自微处理器80的尖峰激励(pick)信号控制。尖峰激励(pick)信号，典型地持续20ms的时间并具有大约3伏特的电压，微处理器信号的典型输出电压被外加到PICK线上因而使得晶体管Q6被导通。一旦晶体管Q6变为导通状态，晶体管Q1的基极上的电势将被减小，使得晶体管Q1导通，通过螺线管40的绕阻将电能从电容C7传送到地。从电容C7流经晶体管Q1和螺线管40的绕线的电流产生一个将衔铁板44和衔铁42从实线位置44，42牵引到虚线位置44’，42’的磁场。螺线管40将只被励磁大约20ms，即尖峰激励(pick)信号出现在晶体管Q6上的时间的长度。
当电容C7被电压VKICK充电时，电容C14也同时被充电。电容C14在电容C7被放电时没有被放电，因此电容C14上的载荷将仍存在。在尖峰激励(pick)信号不再出现在晶体管Q6上之后，衔铁42和衔铁板44将仍密封螺线管40(图3中为40’，44’)。图1和2中所示的闩锁32被螺线管40的剩磁固定在其移位和未上闩的状态。在此情况下，锁10是不安全的且能够被任何旋转拨码盘以如图1和2所示及如前所描述的方式缩回锁簧14的人打开。
微处理器80，与大多数微处理器一样，能够计时；一旦晶体管Q6上的尖峰激励(pick)电压被微处理器80激发，微处理器80便开始计时。在一个预定的时间段之后，例如6秒，微处理器80将激发一个复位脉冲到晶体管Q5的栅上。通过使晶体管Q5的栅处于高电平，晶体管Q5将与地导通并将晶体管Q2的基极接通到地使得晶体管Q2被导通从而提供一条电容C14和地之间的放电路径。随着从C14到地的放电路径被接通，电容C14将放电并将有效地产生从地流经螺线管40的绕组而到电容C14的负极的电流。在本优选实施例中当其出现时，由C14的容量所确定的该电流与从电容C7流经螺线管40的励磁电流相比要短且强度相对要低。
由电容C14经过晶体管Q2到地的放电所产生的低的或小的电流将在螺线管的绕组，磁心和内腔41中产生一个低强度，反极性的磁场。无论电容C7何时通过螺线管40被放电，该低强度的磁场将消除，抵销或中和螺线管40中由螺线管40的磁化所产生的剩磁场。一旦由螺线管40中的剩磁场所产生的磁性吸力被抵销或克服到其产生一个比图1和2所示的复原弹簧50的回复力要弱的净吸力的程度时，闩锁32将被复原弹簧50拉到一个啮合滑片28中的闩锁凹槽33的位置并将锁恢复为锁定及扣紧状态。
螺线管40通过电容C7放电进行的动作和通过电容C14的放电进行的复位或释放之间的时间间隔可以通过对微处理器80编程以计算一个预定的时间间隔来控制。该时间间隔应该足够短以使得锁10的易破坏性被最小化，而与此同时又要足够长以为锁10的操作者提供足够的机会，使其能够重新进行正确密码的输入并转动拨码盘或移动一个手工输入元件以缩回锁簧。
与本申请同时提交的共同未决的专利申请USSN08/852,854(发明名称为“电子锁的螺线管控制锁簧控制装置”，由Mas-Hamilton Group提交)中已说明，锁10的开启将启动一次机械复位，其具有将螺线管40的衔铁42复原到其未牵引位置并将闩锁32重定位以啮合滑片28中的闩锁凹槽33的效果。因此，如果将锁簧14缩回到一个未锁定位置的锁10的手工操作出现在暂停之前，则螺线管40被复位；并且，锁10被如此调节其使得无论锁簧何时被再次延伸到其锁定位置，闩锁32都将啮合闩锁凹槽33。无论如何，微处理器80中的暂停将在晶体管Q5的栅上产生激发复位操作的释放信号。如果螺线管40已被恢复到其未牵引，未动作位置，则在这些情况下的电气复位操作将无效。
从上述的说明中可以体会到电气复位性能为特别在那些操作者可能在输入密码及为开锁而进行调节，但由于某些原因而未能成功地缩回锁簧时被迷惑的情况中的锁提供了更高水平的安全性。因此，操作者未能成功地操作锁内的机械连杆和部件以充分地将螺线管衔铁恢复到其未牵引位置，并将闩锁恢复到一个在稍后若不使用正确的密码和操作顺序锁将不能够打开的位置。
在恢复弹簧弹力有必要显著地大于及超过由螺线管的剩磁作用的力的水平的情况中，一个永久磁铁可以被用于吸持衔铁。永久磁铁吸持螺线管具有一个以衔铁为基准来安置的永久吸持磁铁，其能够将螺线管的衔铁固定在其动作，牵引位置；螺线管在操作者能够打开锁所需的整个时间间隔内可以不必一直被供电。螺线管通过上述的反向电流而进行的动作能够被用于克服或对抗永久吸持磁铁的磁场并因此将衔铁上的净磁性吸力减少到小于由机械恢复弹簧所作用的力，从而允许机械恢复弹簧起作用并将螺线管衔铁恢复到其未牵引位置。
在需要很大的磁场强度的场合中，一个稍大或多个电容可以被用来获得为复位而起初所需要的磁场。
因此，能够看出本技术可以被用于在一段被视为操作者缩回锁簧所必要的最长时间后克服在未上锁位置的锁部件的磁性吸持。
精于本领域的人认识到上述的详细说明是对最好形式的优选实施例的详细说明，因此，在由此所获得的装置不背离权利要求的范围的情况下，修正，更改和备选方法均可以被使用。
权利要求
1.一种电子密码锁，其特征在于包括一个锁簧；一个连接到上述锁簧上用来在一个伸出位置和缩回位置之间移动上述锁簧的锁簧移动元件；一个可移动的用于控制上述锁簧移动元件的位置的控制机构；一个可与上述控制机构啮合及脱离的，用于调节上述控制机构的操作的可移动元件；一个具有第一极性的磁场的磁铁；一个磁性牵引元件，上述磁性牵引元件用于移动上述可移动元件并将上述可移动元件固定在移动位置上；一个能够产生一个具有第二极性的磁场并影响上述磁铁的线圈；电气控制电路，其使流经所述线圈的电流的流向能生成所述第二磁场，该第二磁场的极性与磁铁的第一磁场的极性相反，由此上述第一磁场被上述第二磁场中和且上述磁性牵引元件上的磁性引力被摆脱从而使得上述磁性牵引元件可以被非磁性力移动。
2.如权利要求1所要求的电子密码锁，其中上述磁铁是一个放置在上述线圈附近的永久磁铁。
3.如权利要求1所要求的电子密码锁，其中上述磁铁包括一个具有剩磁的螺线管。
4.如权利要求2所要求的电子密码锁，其中上述永久磁铁包括一个具有剩磁的螺线管。
5.如权利要求2或3所要求的电子密码锁，其中上述电气控制电路包括一个连接到一个晶体管控制装置的微处理器，上述晶体管控制装置控制地连接到一个电容上，上述电容连接到上述线圈上，由此上述电容的放电产生的电流流经上述线圈从而产生上述第二磁场。
6.如权利要求5所要求的电子密码锁，其中上述线圈被安置在上述磁铁及上述第二磁场至少部分地与上述第一磁场共同外延的地方的附近。
7.如权利要求6所要求的电子密码锁，其中上述线圈是上述螺线管的一部分。
8.一种用于重锁一种包括一个可操作来打开上述锁的螺线管的电子密码锁的方法，包括将一个电容充电到预定充电电平的步骤，通过螺线管将上述电容放电，其中放电电流的流向能产生一个磁场，该磁场的极性相反于任何用于在流经上述螺线管的动作电流中止后将上述螺线管固定在动作状态的磁场的极性。
9.如权利要求8所要求的方法，其中上述放电的步骤在上述螺线管的电气动作之后进行。
10.如权利要求8所要求的方法，其中另外包括在上述螺线管的上述动作之后计时一个预定时间间隔的步骤。
11.如权利要求10所要求的方法，其中上述放电步骤在上述(计时)步骤之后进行。
12.一种电子锁，具有螺线管装置，其能被激励以将锁置于这样一种状态，即锁簧可以被缩回，其特征在于该锁包括用于产生磁场以复位螺线管装置到将锁簧不能缩回的状态的装置。
全文摘要
说明了电气复位一个磁性密封的螺线管(40)到其未工作状态的技术,所述螺线管或具有剩余磁力或具有永久磁力,以将衔铁保持在激励状态,直到衔铁要么被机械力要么被施加到螺线管上的电信号移位。该移位产生一个反向极性的磁场,有效地克服用于将衔铁固定在其动作位置上的磁场,从而使得一个较小的机械力便可将衔铁复位。
文档编号G07C9/00GK1199127SQ98102110
公开日1998年11月18日 申请日期1998年5月7日 优先权日1997年5月7日
发明者詹姆斯D·希尔, 威廉F·欧文, 詹姆斯T·卢瓦泽莱, 约瑟夫W·卢恰诺, 肯尼斯H·米姆利奇, 约翰E·帕西费姆 申请人:马斯－汉密尔顿集团公司