带有传感器的门五金驱动机构的制作方法

专利名称：带有传感器的门五金驱动机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于门五金(door hardware)的驱动机构，该驱动机构用于诸如将出口装置(exit device)的推杆(pustibar)缩回、或者用于对门锁进行远程锁闭。更具体地说，本发明涉及包括用于检测被驱动的门五金部件的运动的传感器的驱动机构。
背景技术：
诸如出口装置、榫眼锁(mortise lock)和插芯锁(bored lock)的门五金通常包括在诸如缩回位置和伸出位置(extended position)的两个位置之间移动的一个或多个元件。例如，推杆出口装置包括向内移动以从门框架中的撞击中缩回闩销(Iatchbolt)、和向外移动以伸出闩销的推杆。锁机构包括把手、闩销和可以在两个可选位置之间被驱动的其它锁闭元件。移动锁部件可以是将门锁住和使门解锁的锁闭元件，或者它可以是将门闩住和将门松开的闩销等。在希望远程地操作门五金的情况下，驱动机构通常包括电动的驱动器。驱动器可以是传统的直流或者交流电机，线性执行器，步进电机或者由电源提供机械运动的任何其它已知的设备。在典型设计中，门五金部件是朝向第一默认位置弹性偏压的(spring biased)，并且驱动器克服弹性力以朝向第二位置移动被驱动的部件。当驱动器关断时，弹簧使移动部件返回到默认的第一位置。为了方便，将在出口装置的上下文中描述本发明，而在传统的平行四边形四杆机构底座(mount)中移动门五金部件是安装在一对摇杆臂上的推杆。推杆朝向向外伸出的位置弹性偏压并且可以被驱动到或者手动按压到向内的位置以打开门。驱动器是包括步进电机和螺纹输出轴(threaded output shaft)的线性执行器。当操作驱动器时，它继续拉动 (pull on) 一个摇杆臂并且使推杆克服弹性偏压力朝向门移动。推杆进而从门的撞击中缩回闩销并且松开门。然而应该理解，本发明可以用于其它类型的门五金，包括榫眼锁和圆柱形或插芯锁(cylindrical or bored lock)，并且可以在门五金部件在两个可选的位置之间被驱动的任何地方使用。本文描述的电操作出口装置类型经常在学校或者公共建筑中使用，它们在一日的开始和结束时按照固定时间表打开和关闭。出口装置的远程解锁和打开可能也是期望的， 以便于键盘访问以提高轮椅通过性(wheelchair access)、或者对于通过远程定位的安全保卫进行控制。传统的电操作门五金通常将驱动器直接机械连接到移动部件。当驱动器被命令移动时，驱动器的机械输出将门五金部件直接移动到期望位置。当被驱动的门五金部件被挡住并且不能移动时这个设计的困境就出现了。例如，在驱动器包括步进电机并且推杆被暂时挡住之处，当被控制器命令时步进电机可能滑动但是不能移动。然而，控制器可能相信门部件已经移动了。因此，驱动器不能将部件移动到正确的最终位置，这可能在门应该被解锁时使门保持锁闭。
为了解决这个暂时的挡住情况，可能必须完全重设整个门锁闭系统。在大系统中， 诸如在多个门受到命令控制的学校中，重设全部门五金是不合期望的，因为它中断了去往整个建筑的通路。另一方面，每次个别地重设一个门，这是耗时和不经济的。每次这个暂时的情况发生时，必须让某人去重设个别的门。检测暂时挡住并自动重设的系统会提供改善的性能。上述类型的直接驱动设计通常从已知的起动位置(通过默认设置的，释放的，弹性偏压的，被驱动部件的向外位置)向离开起动点预定驱动距离的最终位置驱动。通过从起动位置驱动已知距离而达到最终位置的尝试可能是成问题的。在一些情况下期望的最终位置是未知的直到产品被安装。在另一些情况下，磨损可能改变期望的最终位置。或者，暂时挡住、电机滑动等可能阻止部件达到期望的最终位置，即使控制器相信最终位置已经达到。另一个方法是将一个传感器放在最终位置处以在最终位置处检测部件的到达。这可能也有问题，因为期望的最终位置可能因上述原因而改变。自动检测它已经到达期望的最终位置的设计将是令人期待的，即使在最终位置随时间改变或者在不同的安装中改变的环境下。传统设计中的相关问题是机械震动灵敏度。如果门五金经受机械震动，正如一扇打开的门在暴风中砰地关闭时发生时那样，则诸如包括步进电机的一些驱动器可能完全释放。当通过震动强加的机械负载超过由步进电机供给的自持力时造成这个释放。在这个情况发生时，控制器失去对移动门五金部件的位置的线索，造成错误操作。减小机械震动以减少这类错误的系统也将提供改善的性能。另一个期望的特征将是一种自动校准自身的系统，从而该系统自动适于不同的安装，对磨损自动调节，在制造过程中补偿一些误差和/或可以不加改变而用在门五金的不同设计中。

发明内容
概言之，发明了一种用于门五金的驱动机构，其中控制器通过以电方式命令步进电机(诸如线性执行器)的驱动器进行操作，而使门五金的部件朝向期望的位置移动。控制器监视传感器，传感器检测被驱动部件的运动。驱动器通过弹簧以机械方式连接到被驱动的门五金部件，这允许驱动器移动而不移动门五金部件。当门五金部件达到它的运动限制或者部件的运动被干扰物或者过度的摩擦力挡住时，来自传感器的信号指示控制器部件已经停止移动而驱动器仍在操作。通过检测到门五金部件已经停止移动，即使驱动器仍在移动，控制器也知道已经达到限制并且停止驱动器进一步的运动。这个限制的位置在不同的安装中可能由于磨损而随时间改变，或者在使用相同驱动机构的不同产品中改变。在每个情况下，不论该目标的位置怎样变化，都能识别正确的最终目标。在该设计的多个其它方面中，可以对最终目标的位置与之前操作周期中的位置进行比较，以识别暂时的挡住并且重设/再次应用驱动机构。在驱动机构的第一方面中，驱动器可操作地连接以移动门五金部件，控制器电连接以控制驱动器和移动门五金部件，并且传感器连接到驱动器并安装成用以检测门五金部件的运动。驱动器通过允许驱动器移动而不移动门五金部件的弹簧或者类似的柔性连接件而连接到门五金部件。控制器监视传感器并且操作驱动器以移动门五金部件至少直到传感器指示门五金部件的运动已经停止。在驱动机构的另一方面中，传感器是霍尔效应传感器，并且驱动机构包括磁铁。传感器通过检测霍尔效应传感器和磁铁之间的相对运动而检测门五金部件的运动。在优选设计中，驱动机构包括电路板，磁铁安装在移动门五金部件(或者与其连接的联接件)上，并且霍尔效应传感器安装在电路板上。这使得需要导线连接的电部件可以是静止不动的，并且使得不需要电连接的传感器的移动部分(磁铁)可以受到控制器监视而不与其接触。在驱动机构的另一方面中，控制器初始操作驱动器，以确保在用传感器确定门五金部件的运动何时已经停止之前，门五金部件开始移动。这确保了在控制器试图检测门五金部件的运动已经停止之前，任何初始的松弛已被吸收、并且任何初始的摩擦力已经被克服。在驱动机构的又一方面中，驱动器具有可以通过驱动器施加给弹簧的最大驱动力，弹簧具有当弹簧被完全压缩时可以通过弹簧施加的最大弹性力，并且最大弹性力大于最大驱动力。这确保了当驱动器正在施加最大可能的力时，弹簧不被完全压缩。在驱动机构的再一方面中，随着门五金部件通过连接到弹簧而被驱动器驱动时， 传感器提供大致连续地改变的传感器输出信号。在这个实施例中，当门五金部件停止移动时传感器提供大致不变的传感器输出信号，即使当驱动器继续移动时也是如此。控制器监视传感器输出信号以检测拐点，该拐点指示从大致连续地改变的传感器输出信号到大致不变的传感器输出信号的转变。控制器优选监视传感器输出信号的斜率。在驱动机构的又一方面中，控制器操作驱动器并且在控制器已经过了拐点之后将弹簧压缩预定量。在一方面中，驱动器包括步进电机并且控制器发送预定数量的脉冲以达到期望的预定压缩。在另一方面中，弹簧压缩的预定量被选择为用以使弹簧压缩最小化，同时还确保门五金部件已经达到相应于拐点的期望位置。在再一方面中，控制器操作驱动器以在控制器检测到拐点之后压缩弹簧，并接着在反方向上操作驱动器以减小弹簧的压缩。这个设计允许将相对高水平的力暂时施加给移动部件，接着在驱动器进入保持状态之前减小这个力。这避免了 “错误”拐点的检测，所述 “错误”拐点相应于移动门五金部件只是暂时停止移动、然后随着通过弹簧施加的力增大而再次开始移动的点。在另一方面中，控制器存储相应于拐点的检测的第一参数并且为驱动机构的每个操作周期更新这个第一参数。控制器对用于之前操作周期的存储的第一参数与用于第二当前操作周期的相应于拐点的第二检测的第二参数进行比较。当两个参数之间的差超过预定差值时，控制器再次应用驱动机构并且开始第三操作周期。这个设计还避免了错误拐点的检测，所述错误拐点可能相应于移动门五金部件的暂时挡住。驱动机构能够使用这个设计对磨损自动补偿和调节，因为由于磨损导致的每个操作周期之间的正常改变小于比较期间允许的预定差值。只有由挡住引起的显著差异会造成重设和再次应用，而由于磨损导致的慢性改变被加入到为每个周期存储并用于下一次比较的参数中。
存储的各参数和预定的差值可以是基于对数字信号、从传感器接收的模拟电压、 通过控制器发送给驱动器中的步近电机的多个脉冲的比较，或者基于相应于部件已经停止移动但仍被驱动器驱动的点的任何参数。在一个相关方面中，为每个操作周期存储的参数相应于在检测到拐点之前控制器已经移动门五金部件的距离。传感器拐点的检测允许控制器包括在启动时的自调节校准程序。自调节校准程序优选包括重复多个操作周期，为每个周期检测拐点，并且存储相应于正常操作周期及其拐点的参数。在驱动机构的另一方面中，控制器通过为改变的传感器输出信号计算斜率并检测所计算的斜率的改变而检测拐点。控制器可以通过使用滑动窗而计算改变的传感器输出信号的斜率，滑动窗包括对改变的传感器输出信号的多个检测。在驱动机构的一种优选设计中，当电力初始施加于控制器时控制器进入自调节校准程序。这个设计允许相同的驱动机构设计在用于不同门五金部件的具有不同机械限制的不同门五金设备中使用。初始的自调节校准程序使驱动机构识别相应于新机械限制的拐点并且存储相应于其的参数。在另一方面中，驱动机构包括弹簧架，弹簧安装于该弹簧架中。弹簧架可滑动地安装到驱动机构上。弹簧优选在弹簧架内保持成压缩状态，并且弹簧的第一端相对于弹簧架是固定的，而弹簧的第二端相对于弹簧架是可移动的。弹簧架连接到门五金部件并且驱动器连接到弹簧的第二端。当通过控制器操作驱动器时，驱动器驱动弹簧，弹簧驱动弹簧架，而弹簧架随着它滑动而驱动门五金部件。当门五金部件达到限制时，它停止并且驱动器继续操作，压缩弹簧。当驱动器和弹簧的一端移动，而弹簧的另一端、弹簧架和门五金部件已经停止移动时， 这产生拐点。这个设计还具有这个优点，S卩，门五金部件柔性地连接到驱动器，由此减小了震动载荷到驱动器的传输，并且减小整个系统的震动灵敏度。在又一方面中，弹簧销连接到弹簧的可移动端并且弹簧架包括相对的两侧，每侧都具有相应的弹簧销槽。弹簧销在弹簧架的相对的两侧之间延伸，并且随着弹簧被压缩而在弹簧销槽内滑动。在再一方面中，驱动机构包括支承基部，支承基部具有一对直立凸缘，并且凸缘被间隔开以容纳弹簧架并允许弹簧架在它们之间滑动。凸缘用做滑动的弹簧架的相对的两侧上的引导部(guide)。在另一方面中，驱动机构包括弹簧架销，并且每个直立凸缘都具有形成于其中的相应的弹簧架槽。弹簧架销固定到弹簧架上并且随其移动。在相对的凸缘之间延伸的弹簧架销被保存在弹簧架槽内并且在弹簧架槽内滑动。在一种优选设计中，门五金部件连接到弹簧架销。当门五金部件是用于推杆出口装置的摇杆臂时，摇杆臂可以利用联接件连接到弹簧架销，联接件允许推杆的手动操作。在驱动机构的另一方面中，驱动器包括延伸通过弹簧的轴。轴连接在弹簧的远端并且弹簧保持在轴上。在驱动机构的另一方面中，移动门五金部件优选通过弹簧朝向第一位置偏压，弹簧在被释放时能够使门五金部件移动回到第一位置。控制器操作驱动器以使门五金部件离开第一位置朝向第二位置移动。在这个设计中，控制器可以简单地从驱动器去除电力，并因此准许门五金部件从第二位置返回到第一位置。然而，这个设计可能在门五金部件被释放时造成听得到的噪声。在门五金操作期间产生的噪声在高质量门五金中是令人不快的。为了避免五金产生这种噪声，优选设计使用控制器以反过来主动(actively)驱动门五金部件-利用残留的剩余电力(residue of remaining power)离开第二位置卓月向第一位置。残留的剩余电力通常存在于用于驱动器的电源的滤波器电容中。控制器去除电力并使用剩余的被存储的残留电力以提供离开第二位置朝向第一位置的受控运动。通常不存在驱动器使门五金部件在电力下完全返回到第一位置的足够的电力剩余。在存储的残留电力已经耗尽之后，返回运动的最后部分通过偏压的弹簧提供。但是，当用于门五金部件的偏压弹簧和使驱动器与部件连接的弹簧被最大压缩时，这个受控的或者“柔和”释放动作大大减小了在初始释放时产生的噪声。在驱动机构的另一方面中，驱动机构在每次电力施加到控制器时是自调节的。自调节的操作优选通过控制器实现，控制器使驱动器循环通过多个操作周期，以检测用于被驱动的门五金部件的正常拐点。正常拐点相应于被驱动的门五金部件的运动的正常限制。在驱动机构的再一方面中，传感器包括磁铁，并且控制器初始检测磁铁的方向并且为磁铁的反转安装进行调节，磁铁的反转安装在不同设计中可能是故意的，或者是制造错误的结果。


据信是新颖的本发明的特征以及本发明的元素特性在所附权利要求中详细地阐明。附图只用于例示性目的，并未按比例画出。然而，发明本身，包括其结构及其操作方法二者，将通过参考如下所述的结合附图而做出的详细描述而被最好地理解，在附图中图1是从门五金的上右方的立体图，门五金包括推杆出口装置，推杆出口装置含有驱动机构，用于缩回根据本发明构造的推杆。将出口装置显示成安装在门上并且将与电力导线相关的电铰链(electric hinge)显示成虚像。图2是从图1中的推杆出口装置的下左部分的立体图。端盖已经被去除并且出口装置的侧壁已经被切除以显示本发明的驱动机构和推杆出口装置的其它内部部件。图3是图2中看到的一部分驱动机构的立体图，包含包括机械部件、线性执行器和传感器的组件。位于图2中的推杆的端部内的控制器未示出。从与图2中相同的角度获得该立体图。图4是在图2中看到的驱动机构组件的附加立体图，显示其相对的两侧。图5是显示在图2和3中看到的驱动机构组件的部件的不连续分解视图。所示的主要部件包括步进电机和螺纹电机轴和弹簧、弹簧销和弹簧架，所述螺纹电机轴形成线性执行器。图6是在图2和3中看到的驱动机构组件的侧视图。该图中示位置传感器，该位置传感器包括安装在电路板上的霍尔效应传感器和安装在摇杆臂上的磁铁，该磁铁相对于电路板移动。所示的驱动机构为机械地和电动地完全伸出的状态，此处，图1中的出口装置的推杆和闩销向外伸出，允许门被闩闭。
图7是相应于图6的驱动机构组件的侧视图，不同之处在于所示的驱动机构组件在部分地电缩回的状态。图5的线性执行器正在缩回弹簧架、并且已经部分地缩回了图1 中的出口装置的推杆和闩销。弹簧架内的弹簧尚未被压缩。图8是相应于图6和7的驱动机构组件的侧视图，不同之处在于所示的驱动机构在完全地电动缩回的状态。线性执行器已经完全缩回了在图5中所见的弹簧架、以及在图 1中所见的出口装置的推杆和闩销。弹簧架中的弹簧被部分地压缩。图9是相应于图6-8的驱动机构组件的侧视图，不同之处在于所示的驱动机构在机械地缩回的状态，而线性执行器仍然如图6中那样电动伸出。图1的推杆已被朝向门向内手动地按压，以缩回闩销并且打开门，而线性执行器仍然保持伸出。图10是显示位置传感器的电输出作为推杆的缩回距离的函数的图。因为所示的驱动机构可以在本发明的不同实施例中使用，因此显示用于不同实施例的三个不同的输出曲线。
具体实施例方式在描述本发明的优选实施例的过程中，在本文中将参考附图的图1-10，其中同样的附图标记指代本发明的相同特征。参考图1，门10设有推杆出口装置12，推杆出口装置12具有主体14、推杆16和闩销18，参考图2，根据本发明的驱动机构位于出口装置的主体14内，并且通过电门铰链22 利用导线20电连接到电力和控制系统。驱动机构包括控制器M和驱动机构组件26。控制器优选是微控制器，具有集成的输入端、输出端、存储器和中央处理单元，虽然也可以使用其它的传统控制系统。控制器单元还设有用于在驱动机构组件沈中的线性执行器观的电力连接和电子控制。在优选设计中，包括控制器M的电子装置与驱动机构组件26分开，然而，在其它实施例中，它们可以集成到一个组件中。还参考图3和4，驱动机构组件沈包括线性执行器28，线性执行器28具有步进电机30和螺纹输出轴32。步进电机30通过导线34和电连接器36电连接到控制器对。控制器M将脉冲发送给线性执行器中的步进电机，步进电机驱动位于线性执行器内的带有内螺纹的螺母。带有内螺纹的螺母相对于步进电机被保持在水平固定的位置中，但是可通过步进电机自由转动。螺母的内螺纹与输出轴32的外螺纹相配合。当螺母借助于步进电机在第一方向上转动时，输出轴32相对于步进电机30伸出。当螺母在控制器的命令下在相反方向上转动时，输出轴32缩回。还可以通过控制器将步进电机30中的螺母以磁性方式保持就位，以防止输出轴移动，或者它可以释放而能够自由转动(freewheel)，这允许输出轴响应于轴向施加给输出轴的力而移进或移出。驱动器优选是使用步进电机的线性执行器，因为它非常适于由数字控制器进行准确的数字位置控制。然而，也可以使用其它驱动器，包括直流和交流电机，线性电机，步进设备等。输出轴32延伸通过弹簧架38的壁44中的开口 33并通过弹簧40 (参见图5)。输出轴32的端部通过弹簧帽53和弹簧销42连接到弹簧40的远端。弹簧40总是在弹簧架38 的壁44和弹簧销42之间保持成压缩状态。
弹簧架38的壁44位于弹簧架的相对的两个侧壁46和48之间。这三个壁限定了弹簧架的内部空间，用于保持弹簧40。弹簧40还借助于穿过弹簧40的中心的输出轴32而被保持就位。弹簧销42被保持在相对的弹簧销槽43和45中，所述相对的弹簧销槽形成在弹簧架的相对的两个侧壁46和48中。假设弹簧架38未受拘限，则弹簧架将会随着线性执行器的螺纹轴32朝向电机和离开电机而被驱动，在控制器M的命令下朝向步进电机30和离开步进电机30滑动。弹簧架38的侧壁46和48位于驱动组件的支承基部上的相对的直立凸缘50和52 之间。弹簧架的壁46和48的外表面之间的距离小于直立凸缘50和52的内表面之间的距离，从而使弹簧架在凸缘50和52之间随着弹簧架滑动而被导向。弹簧架38的滑动还受到弹簧架销M的控制，弹簧架销M在分别形成在相对的凸缘50、52中的一对弹簧架槽56和58内滑动。C形环60用于将弹簧架销M保持在槽56、 58中。弹簧架销M穿过弹簧架的侧壁46和48中相应尺寸的孔，使得弹簧架销总是相对于弹簧架保持固定。当弹簧架通过弹簧40被驱动时，弹簧架销总是随其移动。正如从图4 中最能看清楚的那样，弹簧架销通过联接件64连接到门五金的移动部件62。联接件64的一端与弹簧架销M接合，而在其相反端处与移动部件62接合。参考图5，该分解视图示出了线性驱动器观、弹簧40和弹簧架38的细节。步进电机30以上述方式驱动输出轴32。输出轴32延伸通过壁44中的开口 33进入弹簧架38的内部。弹簧架38的相对的两侧壁46、48具有形成于其中的弹簧槽43、45。孔47和49也形成在相对的两个侧壁46、48中。孔47和49容纳弹簧架销M并且防止它相对于弹簧架移动。弹簧架销M将弹簧架连接到联接件64，联接件64经由平行四边形摇杆臂联接件驱动推杆。弹簧40安装在弹簧架38内、并且围绕着输出轴32和一部分弹簧帽53。弹簧40 在壁44和弹簧销42之间被保持成初始压缩的状态。弹簧销42在弹簧销槽43和45中滑动。弹簧销42穿过弹簧帽53中的开口 51，使得弹簧帽53相对于弹簧架的运动受到弹簧槽 43和45的限制。通过垫圈55防止弹簧40的远端移动超过弹簧销42，垫圈55形成用于弹簧40的一端(相对于电机30的远端)的座。利用销57将弹簧帽53销接到输出轴32的端部，销 57与弹簧帽中的开口 59接合、并且与输出轴中的开口 61接合。参考图2和6-9，所示的移动部件62是用于所示的推杆出口装置的推杆16的两个摇杆臂之一。摇杆臂62在下摇杆臂枢轴销66上枢轴转动。摇杆臂68在下摇杆臂枢轴销70上枢轴转动。两个摇杆臂62、68在去往推杆16的上端处利用各自的上摇杆臂枢轴销 79,81枢轴转动，以在出口装置的主体和推杆16之间形成平行四边形四杆机构。平行四边形四杆机构用于使得推杆16当它朝向或者离开出口装置的主体移动时，总是被保持成与出口装置的主体相平行。虽然所示实施例通过联接件将将驱动器连接到出口装置中的摇杆臂，但是本发明还可以用于许多其它类型的移动的门五金部件。当推杆16朝向出口装置的主体(朝向退回位置)移动时，它将闩销18从门框中的销口(strike)中退回，并允许门被打开。如在图6-9中最清楚地看出的那样，联接件64 用在其一端处的钩式开口 74以及在相对一端处的进一步扩大的开口 76连接到摇杆臂62。 扩大的开口 76将联接件64与弹簧架销相连。当推杆未被手动地向内按压时，联接件64保持在受拉状态(in tension)，如图 6-8所示。然而，在手动地操作推杆时，通过在联接件的相对两端的钩状开口 74和开口 76 提供的松弛，允许手动地操作推杆16，而不移动弹簧架并且不影响线性执行器28 (参见图 9)。因为推杆朝向伸出的位置(参见图6中的弹簧78)被偏压，所以联接件的端部处的钩和放大的开口连接部不影响操作，除非推杆被手动操作。本发明的弹簧连接的一个优点是对于被驱动的门五金部件和移动它的驱动器之间的传输力的减小。传输力的这种减小降低了当门经受震动时驱动器将无意中释放的可能性。它还降低了驱动器上的磨损。相对大幅度的震动是门五金经常遇到的。例如，当在风中释放时，门可能以大的力量摇摆地关闭。如果驱动器作为这类机械震动的结果而释放，则推杆返回到向外伸出位置并且门闩锁闭，防止从本应打开的门进一步通过。尽管机械震动的减小是非常期望的，但是下面描述使用弹簧40以形成柔性连接的另一个显著优点。这些额外的优点由以下事实产生，即，在门五金部件已经停止移动之后，弹簧40允许驱动器继续移动，并且可以检测出这个不同的运动，以识别被驱动的部件在何时已经达到期望的限制。柔性弹簧连接允许驱动器将门五金部件移动到机械限制停止处。如果如现有技术设计中那样利用移动部件和驱动器之间的刚性连接，则驱动器必须在部件达到机械限制之前停止移动。驱动器将被驱动的部件驱动到事先已知的或在安装期间设置的期望位置。利用本发明的柔性弹簧连接，驱动器可以试图驱动门五金部件超过期望的机械限制。当达到机械限制时，弹簧销42将开始相对于弹簧架移动并且弹簧40将被进一步压缩。当与传感器耦合以监视被驱动部件何时停止移动时，控制器可以检测到已经达到机械限制或者被驱动部件正被挡住。在优选设计中，完整的传感器机构包括霍尔效应传感器80和磁铁82。霍尔效应传感器80优选安装在电路板84上使得它靠近磁铁82，磁铁82 安装在移动摇杆臂62上。霍尔效应传感器80产生相应于由邻近的磁铁82产生的磁场的力量和极性的模拟输出电压。将磁铁82安装成使得北极和南极在它的各端部，并且摇杆臂的运动交替地使磁铁的北极和南极邻近于霍尔效应传感器80。这使得霍尔效应传感器80的模拟输出电压在最小和最大之间变化。图6示出的驱动机构中，摇杆臂62和推杆16处于向外伸出位置中。在这个情况下，闩销18是伸出的。正如在图6中可以看到的那样，磁铁82的下端直接对着霍尔效应传感器80并且处在优选方向上，霍尔效应传感器80产生最小输出电压(参见图10)。霍尔效应传感器连接到控制器，并且其输出电压作为传感器输出信号供给至控制器。在优选设计中，控制器包括集成的模数转换器，从而可以通过控制器数字化地监视输出信号。在一个优选实施例中，将控制器配置成在初始上电期间自动地检测磁铁82的方向。如果磁铁82安装在优选方向上，则来自霍尔效应传感器的输出电压在启动时将是最小的，并且将随着输出轴32被缩回而增大。如果磁铁82安装在反方向上，则来自霍尔效应传感器的输出电压在启动时将是最大的，并且将随着输出轴32被缩回而减小。初始的启动程序优选用于检测磁铁的方向并对其调节。图10提供作为电机缩回距离D (水平轴线)的函数的来自霍尔效应传感器的模拟输出电压V(竖直轴线)的图形。“电机缩回距离”相应于输出轴32端部的位置。控制器通过由控制器发送给步进电机30的脉冲的数量而得知这个位置。图6相应于图10中的点86处的电机缩回距离Dtl和模拟电压V。。随着控制器使输出轴32缩回，整个弹簧架38初始朝向步进电机30移动。这可以在图7中看到，图7显示用于相应于图10中的点88的弹簧架和输出轴的中间位置。图7和点88是在图6的初始位置(图10中的点86)和图10的图形中的拐点90 (位置Dia电压Va)之间的中途。正如在图7中可以看到的那样，摇杆臂62已经围绕下摇杆臂枢轴销66转动，并且磁铁82已经相对于霍尔效应传感器80移动以产生新的输出电压。随着磁铁82和摇杆臂移动，霍尔效应传感器附近的磁场改变。在优选的磁性方向上，当输出轴以恒定速率移动时， 输出电压以相对恒定的速率持续增大。可以将这看作图10中的图线从点86到拐点88的相对恒定的斜率。控制器监视来自传感器的改变的输出信号，并且它可以计算线性执行器的输出轴 32已经缩回的距离。控制器可以由这些确定来自传感器的改变的电压的斜率并且检测其中的改变。随着输出轴缩回，弹簧架和弹簧40初始作为一个单元随轴移动。在这个初始的运动期间，弹簧40利用在弹簧销槽43、45的远端的弹簧销42而保持在其初始的压缩状态。如上所述，还是在这个初始的运动期间(在图10中从点86到88)，磁铁82平滑地掠过邻近的霍尔效应传感器，霍尔效应传感器产生具有图10中的相对恒定斜率的平滑且连续改变的电压。控制器连续监视这个输出信号，并且在优选设计中它监视这个信号的斜率。假设弹簧架、摇杆臂和推杆未受拘限，则随着在控制器M的控制下缩回继续，这个信号的斜率将相对不变。当推杆达到其正常的机械限制时推杆16将停止移动，摇杆臂62、联接件64、弹簧架销M和弹簧架38也将停止移动。然而，输出轴32将继续移动。这个运动随着弹簧销42 在弹簧销槽43、45内滑动而进一步压缩弹簧40。可以在图8中看到这个额外的压缩，其相应于图10中的位置D2a和点92。在这个位置中，弹簧销42已经相对于弹簧销槽43、45的边界朝向电机30移动。这在弹簧销42和弹簧架的壁44之间更进一步地压缩弹簧40。参考图10，因为摇杆臂62和磁铁82已经停止移动，所以，在电压水平Va处，电压 V已经停止改变，该电压在对于两个点90和92处是相同的。随着电机从位置Dia到D2a缩回输出轴32，来自传感器的输出信号保持相对不变。在这个第二操作区期间，图线的斜率为零，而在第一操作区(从Dtl到Dia)中，斜率是正的。斜率的这个改变在点90处形成拐点， 该拐点由控制器测得。拐点90相应于移动的门五金部件已经达到停止处或者已经被挡住的点。
用附图标记92标注的点相应于通过电机30最大程度地缩回轴32的点。从Dtl到 Dia，弹簧架和摇杆臂连续移动。在从Dia到D2a的区中，输出轴32在移动并且弹簧40被额外地压缩，但是摇杆臂62保持不动。控制器通过识别在Dtl和Dia之间连续改变的输出信号与Dia到D2a之间恒定的输出信号进行比较来检测转变点90。优选通过检测信号的斜率来进行这个检测，但是本领域技术人员还可以使用检测变形的其它手段。一旦已经识别出转变点，则控制器停止缩回。在优选实施例中，驱动机构的每个操作周期都产生相应于拐点的检测的参数。这个参数可以是发送给线性执行器的步进电机的脉冲的数量，或者拐点的电压或者类似的参数。在优选设计中，存储这个参数以便在下一个操作周期中使用。在下一个操作周期期间，可以对新参数与之前存储的参数进行比较。在正常操作期间，新参数将接近于之前的参数或者与之相同。在最为优选的设计中，选择新参数和旧参数之间的预定差值来为控制器将在何时认为系统操作正常而设置分界线(boundary)。当新参数由于超过这个预定差值而不同于之前存储的参数时，例如，如随着机构已经被挡住将发生的那样，用于控制器的优选设计将自动重设并且通过释放驱动器和弹簧架并试图再次缩回而再次应用该设备。例如，如果机构在相应于图7的部分缩回点和图10中的点88处被挡住，则输出电压将在点88处停止增大，而将代之以保持恒定。将在点88处识别出用于这个挡住情况的拐点。控制器将能够通过对新参数与从之前周期存储的参数进行比较而检测这个改变。所存储的参数可以是根据达到的电压而存储的参数、或者通过输出轴32移动的距离而存储的参数、或者相应于通过门五金部件自身的运动的参数。在优选设计的另一方面中，当初始向控制器施加电力时，控制器开始自调节校准程序，其中通过使机构缩回而执行多个周期，直到拐点被识别。如上所述，在正常校准程序中的一个步骤可以是识别磁铁的方向。在校准程序期间，可以重复几个操作周期，在达到拐点之后每次释放系统以返回到向外伸出的位置。重复这个过程直到已经识别出相应于正常操作周期的正常操作参数。这样，驱动机构定位出正常拐点，该正常拐点相应于操作的正常机械限制。图10示出通过指示拐点可能位于点D1A、D1B或者Dic处，同样的驱动机构可以怎样用在不同的产品中，其中点D1A、Dib或者Dm相应于被标识为系统A、系统B和系统C的三个不同机械设计。在这些不同系统设计的每个中，可以使用相同的驱动器机构而不对控制器做任何改变。在每个情况下，控制器将在初始的校准程序期间为该产品识别相应于运动的机械限制的正确拐点。对于系统A而言，拐点90将被找到，并且相应于该点的正常操作参数将被存储。对于系统B而言，拐点94将被找到。随着系统B移动它的门五金部件，输出信号将保持在相同的相对恒定的斜率处，直到达到点94。系统C具有拐点96。自调节校准程序可以在每次施加电力时被初始化，或者可以利用在安装时被致动的单独的控制开关来起动它。如果门五金的运动被暂时挡住，则该挡住可被识别为拐点的位置的显著改变。对拐点的正常位置的比较使控制器能够识别该改变并且立即再次应用该系统。这避免了必须派出修理技师来重设系统的困难。暂时的挡住和错误被立即和自动识别并被校正。
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这个系统的另一个优点在于系统对由于正常磨损导致的拐点位置的改变的自动和连续的再调节。缩回距离和拐点位置的小改变小于触发上述重设/再次应用操作所需的预定量。为初始的自动校准和相应于拐点位置的参数的逐周期存储而自动补偿由于磨损导致的小改变。优选实施例的设计使驱动机构能够在具有不同机械停止处和不同缩回距离的不同类型门五金中使用。因为对由于设计差异导致的缩回距离的差异进行自动的初始校准补偿，所以不需要改变控制器的电子装置。初始校准程序还对由于诸如设施的外部结构(在外部结构中缩回距离受到门或者门框的限制)导致的缩回距离的差异进行补偿。本领域技术人员将意识到，通过控制器识别拐点需要驱动器继续缩回越过拐点， 并由此对弹簧40加以压缩，超过初始的压缩程度。然而，人们经常期望使这个额外的压缩最小化。从而，在本发明的优选实施例的一方面中，当控制器对拐点进行识别时，在已经识别出拐点之后，控制器将驱动器方向反转。这个反转使输出轴32伸出并且减小了弹簧40 的压缩。在优选设计中，额外的压缩可以小到0.020" -0.050〃(0. 5mm-l. 25mm)。这个反转的一个优点在于，驱动器可以在反转和返回到低压缩力至保持位置之前向弹簧40施加非常高的压缩力。高压缩力能够确保推杆实际上达到真正的机械限制，而并非只是由于在缩回中的较高阻力点而被暂时挡住。由于弹簧40被压缩，摩擦力任何较小的增大都将被克服。摇杆臂将随着越过顶住点(sticking point)而突然跳动(jump)。控制器将检测来自传感器的这个运动并且在返回关闭它并进入保持状态之前继续超过真正的拐点。在优选设计中，将弹簧40选择成使得它能够施加的力大于步进电机能够施加的力。当前设计的另一个特征涉及当系统被释放以使推杆返回到伸出位置时线性驱动器的操作。如上所述，控制器能够通过在任何方向上驱动步进电机而操作它。还可以将步进电机保持在锁定位置中或者可以完全去除电力，从而使步进电机能够自由转动。在后者的自由转动的情况下，输出轴32将在推杆偏压弹簧78的影响下移动，并且推杆将返回到向外的位置。在所示的推杆出口装置的设计中，推杆偏压弹簧78能够用大的力量使推杆返回到伸出位置。如果在弹簧78被完全压缩时从线性执行器完全去除电力，则返回力产生听得到的咔哒声或者撞击声，这可能是令人不快的。在优选设计中，控制器使用残留的剩余电力以在反方向上驱动步进电机，而非简单地将步进电机释放成自由转动。残留的剩余电力是通常存储在滤波器电力电容器 (filter power capacitor)中的电力。滤波器电力电容器按惯例位于用于电机30的电源中。这个反向驱动运动慢于如果允许电机30自由转动时弹簧78和40将使系统产生的移动。这为驱动机构提供受控的柔和释放，消除了释放推杆时产生的令人不快的声音。所提供的图9示出了当推杆16被手动推到缩回位置时驱动机构和摇杆臂的相对位置。正如可以看到的那样，当摇杆臂和推杆被手动操作时，电机轴32保持在伸出位置中。 联接件64的端部中的钩状开口 74和开口 76允许在线性执行器伸出时使这个机械运动与线性执行器无关。图9显示弹簧架销M已经怎样移动到开口 76的相对端部和摇杆臂连接销77已经怎样相对于钩状开口 74移动，以使手动操作与线性执行器的输出轴32的运动无关。正如从上面的描述将理解的那样，当控制器M操作步进电机30时，步进电机内的螺纹螺母(未示出)相对于螺纹输出轴32旋转，并且伸出或缩回该轴，以相应地滑动弹簧架38。弹簧架销M随着弹簧架在通过弹簧架槽56和58设置的限制内移动。图3、4、6和 9示出处于完全伸出位置中的轴32。随着轴缩回，弹簧架销M朝向电机30移动并拉动联接件64，联接件64继续拉动摇杆臂连接销77以使摇杆臂62围绕下摇杆臂枢轴销66枢轴转动。这会朝向缩回位置拉动推杆16并且相应地缩回闩销18。在本发明的又一个方面中，控制器可以连续监视传感器，即使在驱动器不移动时和已经识别出拐点之后也能如此。在正常情况下，在已经达到拐点之后，门五金的移动部件将面对坚硬的止挡物(stop)并将不移动直到被控制器释放。然而，有可能的是机构看起来面对坚硬的止挡物但其实并非如此，或者突然的撞击造成离开坚硬的止挡物的运动。无论什么情况，如果控制器在移动部件应该不动时感知到移动部件的运动，则优选设计释放移动部件并且再次应用以便再次缩回推杆。在保持状态下感知的运动可能是强烈撞击的结果，正如在打开的门在暴风中被释放并且砰地关上时可能发生的那样。像这样的撞击可能造成门五金弹起离开止挡物或者步进电机释放，即使在它被控制器命令保持在保持状态时也会如此。当步进电机处于保持状态时门五金部件被感知的运动还指示在缩回期间推杆被暂时挡住，但是现在已经被释放并且能够在限制内移动。即使在对用于每个缩回周期的拐点位置与之前周期的拐点位置进行比较的优选实施例中，也可能发生这种情况。控制器的优选设计的再一个方面在于，在控制器试图识别拐点之前，控制器初始操作驱动器以去除松弛、并且确保门五金部件已经开始移动。固定数量的脉冲或者固定距离可以用于确保在控制器试图由传感器检测门五金部件已经停止移动而驱动器仍在缩回之前，系统中初始的松弛被去除并且初始的起动摩擦力被克服。控制器的另一方面涉及用于拐点的检测方法。在最优选的实施例中，控制器通过使用平均方法监视传感器输出信号的斜率。可以将多个脉冲发送给步进电机，并且每个脉冲可以相应于输出轴的相对微小的运动和摇杆臂和磁铁82相对于传感器80的相应的相对微小的运动。可以通过对步进电机的多个步进使用霍尔效应传感器输出电压的平均斜率来识别拐点。随着采取额外的步进，平均窗被移动。优选设计使用boxcar(加窗的)平均方法， 窗上具有竖直侧(vertical side)，虽然还可以有效使用其它平均方法。本发明的优选设计将弹簧40操作成压缩状态，然而它还可以被设计成弹簧操作在张紧状态中。虽然已经结合具体的优选实施例专门描述了本发明，但显然对本领域技术人员而言，根据上述描述，许多替换、更改和变化将是显而易见的。因此意图所附权利要求将包含落入本发明的范围和精神范围内的任何这种替换、更改和变化。因此，已经描述了本发明，其权利要求为。
权利要求
1.一种用于门五金的驱动机构，包括驱动器，其可操作地连接以移动门五金部件； 控制器，其电连接以控制所述驱动器并且移动所述门五金部件； 传感器，其连接到所述控制器并且安装成用以检测所述门五金部件的运动；以及弹簧，其连接在所述驱动器和所述门五金部件之间，当所述门五金部件的运动被挡住时，所述弹簧允许所述驱动器移动而不移动所述门五金部件；所述控制器监视所述传感器并且操作所述驱动器以移动所述门五金部件，至少直到所述传感器指示所述门五金部件的运动已经停止。
2.根据权利要求1所述的用于门五金的驱动机构，还包括磁铁，并且其中所述传感器是霍尔效应传感器，所述传感器通过检测所述霍尔效应传感器和所述磁铁之间的相对运动而检测所述门五金部件的运动。
3.根据权利要求2所述的用于门五金的驱动机构，其中所述磁铁安装在所述门五金部件上。
4.根据权利要求2所述的用于门五金的驱动机构，还包括电路板，并且其中 所述磁铁安装在所述门五金部件上；并且所述霍尔效应传感器安装在所述电路板上。
5.根据权利要求1所述的用于门五金的驱动机构，其中所述门五金部件是用于推杆出口装置的摇杆臂。
6.根据权利要求1所述的用于门五金的驱动机构，其中所述控制器初始操作所述驱动器，以确保在用所述传感器确定所述门五金部件的运动何时已经停止之前，所述门五金部件开始移动。
7.根据权利要求1所述的用于门五金的驱动机构，其中所述驱动器具有能够通过所述驱动器施加给所述弹簧的最大驱动力；所述弹簧具有当所述弹簧被完全压缩时能够通过所述弹簧施加的最大弹性力；以及所述最大弹性力大于所述最大驱动力。
8.根据权利要求1所述的用于门五金的驱动机构，其中随着所述门五金部件通过所述弹簧被所述驱动器驱动，所述传感器提供大致连续地改变的传感器输出信号；当所述门五金部件停止移动时所述传感器提供大致不变的传感器输出信号，即使当所述驱动器继续移动时也是如此；并且所述控制器监视所述传感器输出信号以检测拐点，所述拐点指示从所述大致连续地改变的传感器输出信号到所述大致不变的传感器输出信号的转变。
9.根据权利要求8所述的用于门五金的驱动机构，其中所述控制器操作所述驱动器以在所述控制器检测到所述拐点之后将所述弹簧压缩预定量。
10.根据权利要求9所述的用于门五金的驱动机构，其中弹簧压缩的所述预定量被选择为用以使所述弹簧压缩最小化，同时还确保所述门五金部件已经达到相应于所述拐点的期望位置。
11.根据权利要求8所述的用于门五金的驱动机构，其中所述控制器操作所述驱动器以在所述控制器检测到所述拐点之后压缩所述弹簧，并接着在反方向上操作所述驱动器以减小所述弹簧的压缩。
12.根据权利要求8所述的用于门五金的驱动机构，其中所述控制器存储第一参数，该第一参数相应于所述驱动机构的第一操作周期的拐点的第一检测；所述控制器对所存储的第一参数与第二参数进行比较，所述第二参数相应于所述驱动机构的第二操作周期的拐点的第二检测；并且当所述第二参数与所存储的第一参数之间的差超过预定差值时，所述控制器再次应用所述驱动机构并且开始第三操作周期。
13.根据权利要求12所述的用于门五金的驱动机构，其中为每个操作周期存储的参数相应于所述控制器在检测到拐点之前已经移动所述门五金部件的距离。
14.根据权利要求8所述的用于门五金的驱动机构，其中所述控制器包括自调节校准程序，所述自调节校准程序包括重复多个操作周期，为每个周期检测拐点并存储相应于正常操作周期及其拐点的参数。
15.根据权利要求14所述的用于门五金的驱动机构，其中当电力初始施加给所述控制器时，所述控制器进入所述自调节校准程序。
16.根据权利要求8所述的用于门五金的驱动机构，其中所述控制器通过计算用于所述改变的传感器输出信号的斜率并检测所计算的斜率的改变来检测所述拐点。
17.根据权利要求16所述的用于门五金的驱动机构，其中所述控制器通过使用滑动窗来计算所述改变的传感器输出信号的所述斜率，所述滑动窗包括所述改变的传感器输出信号的多个检测。
18.根据权利要求1所述的用于门五金的驱动机构，还包括弹簧架，并且其中所述弹簧安装在所述弹簧架中；并且所述弹簧架可滑动地安装在所述驱动机构上。
19.根据权利要求18所述的用于门五金的驱动机构，其中所述弹簧在所述弹簧架内保持成压缩状态。
20.根据权利要求18所述的用于门五金的驱动机构，其中所述弹簧在所述弹簧架内保持成压缩状态，所述弹簧的第一端相对于所述弹簧架是固定的，并且所述弹簧的第二端相对于所述弹簧架是可移动的；所述弹簧架适于连接到所述门五金部件；并且所述驱动器连接到所述弹簧的所述第二端。
21.根据权利要求20所述的用于门五金的驱动机构，还包括连接到所述弹簧的可移动端的弹簧销，并且其中所述弹簧架包括相对的两侧，每侧都具有相应的弹簧销槽；并且所述弹簧销在所述相对的两侧之间延伸，并且随着所述弹簧被压缩而在所述弹簧销槽内滑动。
22.根据权利要求18所述的用于门五金的驱动机构，其中所述驱动机构包括具有一对直立凸缘的支承基部；并且各凸缘被间隔开以容纳所述弹簧架并允许所述弹簧架在它们之间滑动。
23.根据权利要求22所述的用于门五金的驱动机构，还包括弹簧架销，并且其中每个凸缘都具有形成于其中的相应的弹簧架槽；并且所述弹簧架销随着所述弹簧架移动、并且在所述弹簧架槽内滑动。
24.根据权利要求23所述的用于门五金的驱动机构，其中所述弹簧架销连接到所述门五金部件。
25.根据权利要求M所述的用于门五金的驱动机构，其中所述门五金部件是用于推杆出口装置的摇杆臂，并且所述摇杆臂利用联接件连接到所述弹簧架销。
26.根据权利要求1所述的用于门五金的驱动机构，其中所述驱动器包括延伸通过所述弹簧的轴。
27.根据权利要求1所述的用于门五金的驱动机构，其中所述门五金部件被朝向第一位置偏压，并且所述控制器操作所述驱动器以使所述门五金部件离开所述第一位置朝向第二位置移动。
28.根据权利要求27所述的用于门五金的驱动机构，其中所述控制器从所述驱动器去除电力以允许所述门五金部件从所述第二位置返回到所述第一位置。
29.根据权利要求观所述的用于门五金的驱动机构，其中所述控制器操作所述驱动器以使所述门五金部件离开所述第二位置朝向所述第一位置移动，以便当所述门五金部件从所述第二位置返回到所述第一位置时使用残留的剩余电力。
30.根据权利要求1所述的用于门五金的驱动机构，其中每次将电力施加给所述控制器时所述驱动机构是自调节的。
31.根据权利要求1所述的用于门五金的驱动机构，其中所述传感器向所述控制器提供传感器输出信号并且所述控制器监视所述传感器输出信号的斜率以检测出所述门五金部件的运动已经停止。
32.根据权利要求1所述的用于门五金的驱动机构，其中所述传感器包括磁铁并且所述控制器初始检测所述磁铁的方向。
全文摘要
一种用于诸如推杆出口装置的门五金的驱动机构，包括用于移动门五金的部件的驱动器，用于控制驱动器的操作的控制器，用于检测移动部件的运动的传感器，和连接在驱动器和门五金部件之间的弹簧。在部件已经停止移动之后弹簧允许驱动器移动一段时间。控制器监视传感器并且移动部件直到传感器指示被驱动的部件已经停止移动。传感器产生输出信号，并且在部件停止移动而驱动器仍在操作时，控制器检测输出信号中的拐点。
文档编号E05B47/00GK102482895SQ201080038393
公开日2012年5月30日 申请日期2010年8月27日 优先权日2009年8月27日
发明者A·利蒙塞利, D·D·马丁, J·休尔斯, R·C·亨特, S·B·洛德, W·P·王 申请人:萨金特制造公司