用于螺线管替代件的直列电动化锁驱动器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电子机械锁，其具有锁驱动器，所述锁驱动器响应电信号在上锁状态和解锁状态之间切换锁。更加具体地，本发明涉及提高锁驱动器的电和机械效率。本发明还涉及提高这种锁的可制造性。
【背景技术】
[0002]螺线管型电子机械锁具有非常广泛的安装基础。螺线管型锁使用螺线管作为锁驱动器，以便使得锁内的上锁元件在上锁位置和解锁位置之间运动。在上锁位置中，上锁元件运动成与锁部件干涉接合，以便防止碰簧销收回。在解锁位置中，上锁元件运动到允许碰簧销自由收回的位置。
[0003]螺线管型锁驱动器中的螺线管通常由螺线管锁控制系统提供电力，所述螺线管锁控制系统具有两个工业标准操作电压:12或24伏特中的一个。螺线管锁控制系统可以是安装在门上或者附近的局部控制系统，以便向与其相关的锁输送电力；或者螺线管锁控制系统可以是集中化系统，所述集中化系统响应紧急状况或者因其它原因而按照时间表独立操作多扇门或者协作使门上锁或者解锁。
[0004]螺线管型锁驱动器的螺线管被弹簧偏压至预设状态，所述预设状态根据锁的预期用途或为上锁状态或为解锁状态。当由螺线管型控制系统向锁施加电力时，螺线管抵抗偏压弹簧力运动离开其预设上锁或者解锁状态。只要将电力施加到锁中的锁驱动器，则螺线管驱动器保持处于其非预设状态中。控制系统一移除电力，锁便马上恢复到其预设状态。
[0005]螺线管型锁驱动器(其中，锁中的弹簧自动使得锁恢复成其预设状态)的该特征取决于紧急状况，以便确保当移除所有电力时锁全部处于已知上锁或者解锁状态中。当螺线管被弹簧偏压至上锁位置时，锁被称作“失电常关”锁。当螺线管被弹簧偏压至解锁位置时，锁被称作“故障保护”锁。
[0006]因此，设置有四种工业标准的螺线管型电子机械锁，必须以以下条件库存所述四种工业标准的螺线管型电子机械锁:两个不同的电压(12和24瓦特)，用于与在螺线管型控制系统中使用的两种不同标准电压一起使用；和用于不通电锁的两种不同预设状态。
[0007]在不通电状态中，解锁“故障保护”螺线管锁。当将电力施加到锁中的故障保护螺线管锁驱动器时，螺线管中的线圈产生磁场，所述磁场使得螺线管杆抵抗弹簧偏压压力运动，以便上锁锁机构。为了保持锁持续处于上锁位置中，必须将电力持续施加到螺线管。当从故障保护螺线管锁移除电力时，偏压弹簧使得螺线管杆和锁机构恢复到解锁或者“保护”位置，从而允许穿行通过门。
[0008]故障保护锁可以例如应用在公共区域或者建筑物出口的非常用门中。在发生火灾的情况中，在紧急情况期间输送至门的电力中断，门自动解锁，使得门允许安全穿行通过。
[0009]“失电常关”螺线管锁具有其以相反的方式偏压的螺线管杆。在不通电状态中，其处于上锁状态中。当施加电力时，螺线管线圈使得螺线管杆抵抗弹簧偏压压力运动，以便解锁锁机构。在移除电力的情况中，偏压弹簧使得锁机构恢复到其上锁或者“关闭”位置。
[0010]失电常关锁可以应用在例如建筑物内部的高安全级别房间的室内门中。这种室内门上的锁通常设计成允许不受门上的锁机构的上锁或者解锁状态的影响从上锁的房间疏散。锁机构设计成防止从走廊或者公共区域非授权地进入到保护区域，但是却不能防止人员离开保护区域。
[0011]如果因某些原因中断输送至门的电力，则螺线管型锁驱动器自动恢复到其预设状态并且锁门。除非使用钥匙手动操作失电常关锁，否则即使在有意切断供应至锁机构的电力的情况下也不能进入到保护区域。
[0012]与用于锁的螺线管驱动系统有关的一个问题是必须制造并且库存保存四种不同类型锁中的每一种(处于故障保护和失电常关状态中的12或者24伏特螺线管)，以便满足消费者要求。需要一种能够替换四种不同类型锁中的每一种的单个锁机构驱动器。
[0013]相关问题是:四种螺线管型锁驱动器通常要求在锁机构内设置若干部件和/或内部连接件。需要一种模块化的锁驱动器，以便简化制造并且减少误差且缩减组装时间。
[0014]许多螺线管型锁驱动器包括各种传感器，以便检测门锁的状态和内部锁部件的位置。传感器可以用于检测何时旋转门两侧上的把手、何时收回或者伸出碰簧销等。在制造期间安装以及互连这些传感器是劳动密集且耗时的操作。有必要与锁驱动器中的其它改进相组合地改进这种传感器的互连以及安装，以便集成安装和。
[0015]与这种现有技术螺线管型锁驱动器有关的另一个问题是因需要保持向螺线管持续供电而造成浪费电力。存在如下的多种应用，其中，理想的是使用失电常关锁，但是这种锁必须长期被保持在解锁状态中，诸如在整个工作日期间。还存在如下的多种应用，其中，理想的是使用故障保护锁并且锁必须长期保持上锁。
[0016]据估计，需要耗费相当于40%的时间为螺线管锁供应电力，并且螺线管抵抗螺线管弹簧的偏压压力保持处于非预设状态中。需要一种锁驱动器，在发生火灾或者为了试图进入保护区域而故意切断电力时，如在没有电力时发生的那样，所述锁驱动器能够减小将锁保持处于非预设状态所需的能耗，而同时在失电时仍然使得锁恢复到预设状态。
[0017]相关问题是通过持续向螺线管锁供应电力(以将其保持在非预设状态中)，锁持续在螺线管线圈中耗散电力，这导致加热锁本体。尽管能够针对在连续操作中产生的热量来设计锁和螺线管线圈，但是这种热量通常认为会产生负面影响。连接到这种锁的把手可能变热并且热量可能影响处于附近的任何电子部件。需要一种锁机构，所述锁机构不会在保持处于预设状态时产生热量，而且其能够由12或者24伏特的螺线管型锁控制系统操作。
[0018]在可持续获得电力的场合曾经使用螺线管型锁驱动器。像这样，低成本已经是主要的出发因素并且未适当地考虑能耗。需要一种具有低功率锁驱动器的锁机构，所述低功率锁驱动器将在不需要替换其相关螺线管型锁控制系统的前提下作为针对螺线管型锁的直接插入式替换件，并且将具有当移除电力时恢复到已知预设状态的相同特征。特别地，需要一种低功率锁驱动器，所述低功率锁驱动器能够与现有螺线管锁的安装基础组合使用。
[0019]螺线管锁在施加电力时从预设状态运动。随着螺线管锁运动，它们将能量存储在螺线管的偏压弹簧中。只要向锁供应电力，则锁保持处于非预设状态中并且能量保持存储在偏压弹簧中。一旦移除电力，则存储在偏压弹簧中的能量便驱动锁机构至其上锁或者解锁预设状态。
[0020]针对这种类型的工业标准螺线管锁驱动系统的任何低功率替换件均必须具有相同的基础操作，当施加电力时其必须从预设状态运动到非预设状态而当移除电力时其必须恢复到其预设状态。
[0021]一种类型的已知低功率锁驱动器系统使用电动机在上锁和解锁状态之间驱动上锁元件。电动机具有这样的优势，即，所述电动机能够在驱动上锁元件至理想状态之后长期处于不通电状态。然而，低功率机动设计不能抵抗使得锁恢复到预设状态的偏压弹簧进行操作。如果使用预设弹簧，则必须供应电力，以便保持电动机抵抗回位弹簧。
[0022]必须由电动化驱动器型的控制系统操作电动化驱动器类型锁，所述电动化驱动器型控制系统使得锁在上锁和解锁状态之间有源运动。尽管电动化驱动器型锁在机械方面与四种螺线管型锁非常相似，但是电动化驱动器型控制系统存在显著不同。电动化驱动器型控制系统必须一直向锁供应电力。为了确保锁处于理想状态，锁控制系统通常必须监测电动机或相关上锁元件的位置。这种针对电动化驱动器的有源驱动和监测与基于弹簧的螺线管型锁驱动器的简单性形成对比。
[0023]电动化驱动器型锁通常应用在更昂贵的应用中，诸如在使用电子钥匙的低功率电池供电的锁应用中。电子钥匙可以是在多种旅馆中使用类型的电子开门卡、安装在门上或者附近的小型键盘、检测系统附近的无线射频识别或者类似的安全系统、匹配指纹、虹膜、声音或者人脸等的生物识别系统等。通常，用于检测何时应当解锁的电子设备位于控制锁壳体中，所述控制锁壳体与用于电动化锁的锁机构的机械部件的壳体分离开。电动化驱动器中的电动机位于机械锁壳体中并且与锁安装在一起。所有其它控制电子设备通常位于控制壳体中，所述控制壳体单独安装在机械锁壳体外部并且仅仅通过从保护区域3内部可接近的控制电缆组件连接到此。
[0024]在电动化锁驱动器中，电线将锁机构本体内的电动机连接到用于控制电子设备的壳体。电池位于控制系统壳体中而非锁壳体中，并且每当需要将锁中的电动机从一个位置驱动向另一个位置时，电动化控制系统均向锁壳体内部的电动机提供所有的控制信号。
[0025]尽管已知在由电池供电的复杂系统中使用的电动化锁驱动器，但是需要与位于锁壳体内的控制电子设备集成为一体的电动化锁驱动器，以用于直接替换螺线管锁。与已知电动化驱动器型锁不同，适当的螺线管替换锁驱动器必须具有位于锁壳体内或者与锁直接相连的锁驱动器电子设备，以便允许直接替换螺线管锁。
[0026]而且，用于电动机的控制电子设备必须通过在没有供电的情况中恢复到已知预设状态来模拟螺线管锁的功能。迄今为止还未获得低功率电动机驱动器和电动机控制器以替代螺线管锁的组合，其中，电动机和电动机控制器模仿螺线管功能，并且不旨在用于电池供电而是旨在应用于具有更高功率的非电池供电的系统的螺线管系统中。
[0027]用于与电池供电的设计一起使用的已知电动化锁有效地使用电池电源，原因在于锁驱动器电动机不使用电力除非其改变状态。然而，已经发现的是，传统电动化锁的机械效率同样不甚理想。这种减小的机械效率导致每次在锁改变状态时因需要克服过多的摩擦而不理想地损耗过多电力。
[0028]更加具体地，传统电动机驱动器系统的电动机轴线没有与上锁元件的运动或者锁衬套的旋转轴线轴向对准。这种传统设计的电动机偏离上锁元件的运动线。为了使得上锁元件运动，电动机必须驱动操作杆、偏置弹簧或者其它机械互连件，而不是直接驱动上锁滑动件。由已知电动化锁驱动器中的电动机产生的力偏离上锁元件的理想运动方向。
[0029]这种偏离要求锁驱动器电动机和上锁元件之间的某些类型的互连元件。迄今为止还没有意识到的是这种偏离和互连元件产生了必须克服并且有损性能的显著摩擦力。
[0030]需要一种在电池供电和螺线管替代应用中均具有提高的机械效率的电动化锁驱动器。更加具体地，需要一种低功率的电动化锁驱动器和/或模仿螺线管型锁驱动器的电动化锁驱动器，其中，电动机定位成与上锁元件的运动和/或锁衬套的旋转成直线，以便减小所驱动器的机械无效。
[0031]现有技术用于电池供电应用的偏移轴线的电动化锁驱动器系统代表第五种类型锁机构，除了四种螺线管型锁机构之外还必须制造并且库存所述第五种类型锁机构。上述五种锁机构相互之间不能互换，这是因为每种设计均针对不同的应用或者不同类型的锁控制系统。所有五种类型均可以具有大体相同类型的机械锁部件和硬件，其中仅仅电子驱动系统不同，但是却必须库存所有五种类型。需要一种锁驱动器，所述锁驱动器能够容易地在四种螺线管型中的每一种之间切换，并且优选地切换为电动机驱动器类型，以减小库存成本。
[0032]如上所述，每当必须上锁或者解锁机构时，已知电动化驱动器控制系统必须发送特定信号。这种操作具有减小电力供给的优势，原因在于除了锁驱动器改变状态之外不需要电力。然而，电动化锁驱动器不依