ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ЗАМОК
ELECTROMAGNETIC LOCK

Электромагнитный замок относится к области охранной техники, в частности к запирающим устройствам, управляемым средствами электронной техники, и может быть использован для запирания дверей шкафов, для исключения возможности несанкционированного доступа и открывания дверей при отпирании замка.
Известен электромагнитный замок, с возможностью открывания дверей (банковские ячейки, ячейки камер хранения и т.п.), утопленных в дверные проемы для усложнения несанкционированного доступа и не содержащих ручки для открывания (патент РФ №2474661 С1, МПК Е05В 47/02 «Электромагнитный замок), содержащий цилиндрический корпус в виде стакана со съемным дном и установленный в корпусе, с возможностью продольного перемещения, подпружиненный о дно корпуса, ригель с внутренней полостью и двумя скосами на запирающем торце, на параллельной плоскостям скосов оси, смещенной относительно продольной оси ригеля, установлен с возможностью стопорения в двух положениях: вдоль и поперек ригеля, вращающийся флажок прямоугольной формы, размещенный в прорези, выполненной на запирающем торце ригеля, причем длина флажка не превосходит ширины ригеля, а ширина - не более половины ширины ригеля, возвратную пружину, расположенную между корпусом и ригелем, один конец которой упирается в выступ на внутренней поверхности корпуса, а другой конец - в кольцевой буртик, выполненный на торце ригеля, противоположном запирающему торцу, электромагнит, содержащий консольно расположенный во внутренней полости ригеля цилиндрический корпус электромагнита, внутри которого установлена катушка электромагнита с подпружиненным сердечником электромагнита, шариковый стопорный механизм, шарики которого размещены в отверстиях консольной части корпуса электромагнита с опорой на подпружиненный сердечник электромагнита, имеющий по длине ступенчатую форму с цилиндрическими и коническими участками, причем консольная часть цилиндрического корпуса электромагнита и шарики выполнены из немагнитных материалов, а сердечник - из ферромагнитного.
Недостатком данного устройства является сложность технической реализации, большое количество движущихся в процессе работы деталей, что снижает надежность функционирования.
Иных технических решений электромагнитного замка с аналогичными функциональными возможностями обнаружено не было.
Целью изобретения является упрощение технической реализации за счет перехода к применению штампованных деталей и повышение надежности работы замка за счет замены усилий пружины взаимодействием магнитных полей и исключения трущихся деталей.
Поставленная цель достигается тем, что в электромагнитный замок, содержащий электромагнит с якорем, цилиндрическую возвратную пружину, постоянный магнит, введены основание, выполненное в виде П-образной скобы из немагнитопроводящего материала с передним и задним отгибами, внутри которой на дне установлены ось, в верхней части которой сделана проточка с установленной стопорной шайбой оси, и стойка, на переднем отгибе основания выполнены одно цилиндрическое и три щелевых отверстия, расположенных параллельно основанию, одно одиночное, а два из них расположены напротив друг друга, одиночное щелевое отверстие расположено в верхней части переднего отгиба основания, два щелевых отверстия расположены напротив друг друга - в средней части переднего отгиба основания, цилиндрическое отверстие - в нижней части переднего отгиба основания, на оси, между дном основания и стопорной шайбой оси расположена втулка, закрепленная в средней части зацепа, выполненного в виде прямоугольной пластины, проходящей с возможностью перемещения через одиночное щелевое отверстие перпендикулярно переднему отгибу основания, причем на конце зацепа, выходящего за пределы основания, сформирован крюк с наклонной в сторону двух щелевых отверстий, расположенных напротив друг друга, внешней торцевой поверхностью и фиксирующей торцевой поверхностью, которого параллельна поверхности переднего отгиба основания и направлена в сторону двух щелевых отверстий, расположенных напротив друг друга, конец зацепа, расположенный внутри основания, отогнут под прямым углом, образуя площадку, направленную в сторону заднего отгиба основания, на площадке закреплен первый магнитопровод в виде Г-образной скобы, торец Г-образной части которой направлен в сторону заднего отгиба основания и перпендикулярен внутренней поверхности основания, а Г-образная часть первого магнитопровода направлена в сторону двух щелевых отверстий, расположенных напротив друг друга, на внешней поверхности первого магнитопровода, совпадающей с поверхностью площадки, в направлении оси, совпадающей с осью установки втулки на зацепе, установлен постоянный магнит, образующий магнитное поле рассеяния постоянного магнита в воздушном промежутке между внешней поверхностью постоянного магнита и Г-образной частью первого магнитопровода, на внутренней поверхности заднего отгиба основания установлен второй магнитопровод в виде Г-образной скобы, причем внешняя поверхность Г-образной части второго магнитопровода примыкает к внутренней поверхности заднего отгиба основания, а на внутренней поверхности Г-образной части второго магнитопровода расположен электромагнит с якорем, образующий магнитное поле рассеяния электромагнита в воздушном промежутке между якорем и вторым магнитопроводом, электромагнит со вторым магнитопроводом расположены так, что осевое положение якоря электромагнита совпадает с осевым положением постоянного магнита, а торец Г-образной части первого магнитопровода совпадает с торцом второго магнитопровода, причем между внешней поверхностью постоянного магнита и якорем электромагнита, а также между торцом Г-образной части первого магнитопровода и торцом второго магнитопровода создан воздушный промежуток, позволяющий вращаться зацепу на оси.
В электромагнитный замок введены два прямоугольных пластинчатых магнитопровода с расположенными на них катушками и отверстиями пластинчатых магнитопроводов в центре задней части магнитопроводов, стойка состоит из двух частей, первой, с диаметром больше диаметра отверстий на пластинчатых магнитопроводах, примыкающей к поверхности основания и имеющей высоту, равную расстоянию от внутренней поверхности основания до нижней поверхности щели двух щелевых отверстий, расположенных напротив друг друга, и второй, с диаметром меньше диаметра отверстий на пластинчатых магнитопроводах, вверху которой выполнена проточка с установленной в ней стопорной шайбой стойки, причем нижняя поверхность проточки располагается на расстоянии от внутренней поверхности основания до верхней поверхности щели двух щелевых отверстий, расположенных напротив друг друга, пластинчатые магнитопроводы установлены перпендикулярно переднему отгибу основания таким образом, что передняя часть пластинчатых магнитопроводов проходит через щелевые отверстия, расположенные напротив друг друга, и выступает над внешней поверхностью переднего отгиба основания, а часть стойки меньшего диаметра располагается в отверстиях пластинчатых магнитопроводов между верхней поверхностью части стойки большего диаметра и шайбой запорной, причем катушки пластинчатых магнитопроводов располагаются между внутренней поверхностью переднего отгиба основания и стойкой, между пластинчатыми магнитопроводами в их задней части располагается второй постоянный магнит, размеры пластинчатых магнитопроводов малого диаметра части стойки и диаметра отверстий пластинчатых магнитопроводов допускают их незначительное перемещение во всех направлениях.
Также электромагнитный замок содержит опорную пластину с отверстием опорной пластины, установленную перпендикулярно на внутренней поверхности основания, параллельно переднему отгибу основания, и шток-толкатель, установленный в цилиндрическое отверстие на переднем отгибе основания и отверстие опорной пластины, на штоке-толкателе выполнена проточка с установленной в ней стопорной шайбой штока-толкателя, одна поверхность которой примыкает к внутренней поверхности переднего отгиба основания, а между второй поверхностью стопорной шайбы штока-толкателя и поверхностью опорной пластины на штоке-толкателе установлена цилиндрическая возвратная пружина, причем торец штока-толкателя выступает над внешней поверхностью переднего отгиба основания на расстояние не менее чем расстояние от той же поверхности до фиксирующей поверхности крюка.
Кроме этого электромагнитный замок содержит П-образную скобу ригель и П-образную скобу основание, на внутренней плоскости которой выполнены два отверстия для крепления, скоба ригель охватывает скобу основание таким образом, что внутренние поверхности скоб расположены противоположено, по центрам отгибов скоб выполнены отверстия скоб ригеля и основания, в которых расположена ось ригеля, на концах которой, выступающих за пределы скобы ригель, выполнены проточки, в которые установлены две запорные шайбы ригеля, причем взаимное положение скоб основание и ригель допускает поворот скобы ригель на оси ригеля относительно скобы основание, длина скобы ригель не менее расстояния от боковой поверхности зацепа, на которой сформирован крюк, до нижней поверхности цилиндрического отверстия на переднем отгибе основания, ширина скобы ригель не менее высоты переднего отгиба основания, скоба ригель располагается между боковой поверхностью зацепа, на которой сформирован крюк, и нижней поверхностью цилиндрического отверстия на переднем отгибе основания таким образом, чтобы торцевая поверхность скобы ригель располагалась напротив переднего отгиба основания, упираясь в торцевые поверхности пластинчатых магнитопроводов, выступающих над внешней поверхностью переднего отгиба основания, а боковая поверхность совпадала с внешней поверхностью основания.
На внутренней поверхности основания электромагнитного замка установлен датчик положения штока-толкателя, при котором возвратная пружина сжата, выход датчика положения штока-толкателя является информационным выходом положения двери, выводы электромагнита с якорем являются входом управления замком, а выводы катушек пластинчатых магнитопроводов соединены с выводами электромагнита через блок задержки.
В электромагнитный замок введены контроллер управления микропроцессорный с портом питающего напряжения, с двумя портами ввода информации, с портом управления замком, портом интерфейса связи, считыватель идентификатора, информационный выход положения двери соединен с первым портом ввода информации контроллера управления, выход считывателя идентификатора соединен со вторым портом ввода информации контроллера, вход управления замком соединен с портом управления замком, порт интерфейса связи является портом управления электромагнитным замком.
Отличительными особенностями от прототипа являются следующие: приведение в действие запорного элемента (зацепа) осуществляется магнитным полем без применения промежуточных механизмов, что упрощает конструкцию и повышает надежность работы; исполнение основного количества деталей штамповкой упрощает техническую реализацию замка; в закрытом состоянии дверь удерживается ригелем за счет магнитного притяжения полем в пластинчатых магнитопроводах, созданных постоянным магнитом.
При открывании замка магнитное поле в пластинчатых магнитопроводах размагничивается полем катушек и ригель с дверью выталкивается штоком. По отношению к прототипу данное решение увеличивает усилие выталкивания двери и уменьшает потребление энергии для размагничивания магнитопровода.
На фиг. 1 представлен вид замка, на фиг. 2 - вид замка спереди. На фиг. 3 - расположение ригеля замка. На фиг. 4 представлена схема управления замком.
Электромагнитный замок содержит основание 1, выполненное в виде П-образной скобы с передним 2 и задним 3 отгибами. На переднем отгибе 2 основания 1 выполнены одиночное щелевое отверстие 4, расположенное в верхней части переднего отгиба 2 основания 1, два щелевых отверстия 5, 6, расположенных напротив друг друга в средней части переднего отгиба 2, и цилиндрическое отверстие 7 в нижней части переднего отгиба 2.
На дне основания 1 установлены (например, развальцовкой) ось 8, в верхней части которой выполнена проточка с установленной в ней стопорной шайбой оси 9, и стойка 10. На оси 8, между дном основания 1 и стопорной шайбой оси 9, установлена втулка 11, закрепленная (например, развальцовкой) на зацепе 12. Зацеп 12, выполненный в виде прямоугольной пластины, проходит через одиночное щелевое отверстие 4 с возможностью перемещения. На конце зацепа 12, выходящего за пределы основания 1, сформирован крюк 13 с фиксирующей поверхностью 14. Конец зацепа 15, расположенный внутри основания 1, отогнут под прямым углом, образуя площадку, направленную в сторону заднего отгиба 3 основания 1. На площадке закреплен (например, клепкой) первый магнитопровод 16 в виде Г-образной скобы, Г-образная часть 17 которой направлена в сторону заднего отгиба 3 основания 1. На внешней поверхности первого магнитопровода 16 в направлении оси, совпадающей с осью установки втулки 11 на зацепе 12, установлен постоянный магнит 18, образующий магнитное поле рассеяния постоянного магнита 18 в воздушном промежутке между внешней поверхностью постоянного магнита 18 и Г-образной частью 17 первого магнитопровода 16.
На внутренней поверхности заднего отгиба 3 основания 1 установлен второй магнитопровод 19 в виде Г-образной скобы, причем внешняя поверхность Г-образной части второго магнитопровода 19 примыкает к внутренней поверхности заднего отгиба 3 основания 1. На внутренней поверхности Г-образной части второго магнитопровода 19 установлен (например, винтовым соединением, совместно с магнитопроводом 19) электромагнит с якорем 20, образующий магнитное поле рассеяния электромагнита в воздушном промежутке между якорем и вторым магнитопроводом 19. Электромагнит с якорем 20 со вторым магнитопроводом 19 расположены так, что осевое положение якоря электромагнита 20 совпадает с осевым положением постоянного магнита 18, а торец Г-образной части 17 первого магнитопровода 16 совпадает с торцом второго магнитопровода 19. Между внешней поверхностью постоянного магнита 18 и якорем электромагнита 20, а также между торцом Г-образной части 17 первого магнитопровода 16 и торцом второго магнитопровода 19 создан воздушный промежуток, позволяющий вращаться зацепу 12 на оси 8.
Два пластинчатых магнитопровода 21, 22 с отверстиями в задней части 23, 24 и с катушками 25, 26, расположенными на них, установлены таким образом, что передняя часть пластинчатых магнитопроводов 21, 22 проходит через щелевые отверстия 5, 6, и выступает над внешней поверхностью переднего отгиба 2 основания 1.
Стойка 10 состоит из двух частей, первой 27, с диаметром больше диаметра отверстий 23, 24 пластинчатых магнитопроводов 21, 22, примыкающей к поверхности основания 1 и имеющей высоту, равную расстоянию от внутренней поверхности основания 1 до нижней поверхности щели двух щелевых отверстий 5, 6, и второй 28, с диаметром меньше диаметра отверстий 23, 24 на пластинчатых магнитопроводах 21, 22. Вверху стойки 10 выполнена проточка 29 с установленной в ней стопорной шайбой стойки 30, причем нижняя поверхность проточки 29 располагается на расстоянии от внутренней поверхности основания 1 до верхней поверхности щели двух щелевых отверстий 5, 6. Часть стойки меньшего диаметра 28 располагается в отверстиях 23, 24 пластинчатых магнитопроводов 21, 22 между верхней поверхностью части стойки большего диаметра 27 и шайбой запорной стойки 30.
Катушки 25, 26 пластинчатых магнитопроводов 21, 22 располагаются между внутренней поверхностью переднего отгиба 2 основания 1 и стойкой 10. Между пластинчатыми магнитопроводами 21, 22 в их задней части располагается второй постоянный магнит 31. Размеры пластинчатых магнитопроводов 21, 22, части малого диаметра стойки 28 и диаметра отверстий 23, 24 пластинчатых магнитопроводов 21, 22 допускают их незначительное перемещение во всех направлениях.
На внутренней поверхности основания 1 установлена опорная пластина 32 (например, выполненная выштамповкой из основания 1) с отверстием опорной пластины 33, в которое и цилиндрическое отверстие 8 установлен шток-толкатель 34. На штоке-толкателе 34 выполнена проточка с установленной в ней стопорной шайбой штока-толкателя 35, одна поверхность которой примыкает к внутренней поверхности переднего отгиба 2 основания 1. Между второй поверхностью стопорной шайбы штока-толкателя 35 и поверхностью опорной пластины 32 на штоке-толкателе 34 установлена цилиндрическая возвратная пружина 36. Торец штока-толкателя 34 выступает над внешней поверхностью переднего отгиба 2 основания 1 на расстояние не менее чем расстояние от той же поверхности до фиксирующей поверхности 14 крюка 13.
Замок содержит П-образную скобу ригель 37 и П-образную скобу основание ригеля 38, на внутренней плоскости которой выполнены два отверстия для крепления 39, 40. Скоба ригель 37 охватывает скобу основание ригеля 38 таким образом, что внутренние поверхности скоб 37, 38 расположены противоположено, по центрам отгибов скобы ригель и скобы основание ригеля 38 выполнены соответственно отверстия скобы ригеля 41, 42 и скобы основания 43, 44, в которых расположена ось ригеля 45. На концах оси ригеля 45, выступающих за пределы скобы ригель 37, выполнены проточки, в которые установлены две шайбы запорные ригеля 46, 47. Взаимное положение скоб ригель 37 и основание ригеля 38 допускает поворот скобы ригель 37 на оси ригеля 45 относительно скобы основание ригеля 38.
Длина скобы ригель 37 не менее расстояния от боковой поверхности зацепа 12, на которой сформирован крюк 13, до нижней поверхности цилиндрического отверстия 8 на переднем отгибе 2 основания 1, а ширины скобы ригель 37 - не менее высоты переднего отгиба 2 основания 1. Скоба ригель 37 располагается между боковой поверхностью зацепа 12, на которой сформирован крюк13, и нижней поверхностью цилиндрического отверстия 8 на переднем отгибе 2 основания 1 таким образом, чтобы торцевая поверхность 48 скобы ригель 37 располагалась напротив переднего отгиба 2 основания 1, упираясь в торцевые поверхности пластинчатых магнитопроводов 22, 23, выступающих над внешней поверхностью переднего отгиба 2 основания 1, а боковая поверхность совпадала с внешней поверхностью основания 1.
На внутренней поверхности основания 1 установлен датчик положения 49 (например, концевой выключатель) штока-толкателя 34, выход которого является информационным выходом положения двери 50.
Выводы электромагнита с якорем 20 являются входом управления замком 51, а выводы катушек 25, 26 (соединенных как последовательно, так и параллельно) пластинчатых магнитопроводов 21, 22 соединены с выводами электромагнита 20 через блок задержки 52.
Контроллер управления микропроцессорный 53 с портом питающего напряжения 54 содержит первый порт ввода информации 55 контроллера 53, соединенный с информационным выходом датчика положения двери 50, второй порт ввода информации 56 контроллера 53, соединенный с информационным выходом 57 считывателя идентификатора 58, порт управления замком 59, соединенный с входом управления замком 51.
Порт интерфейса связи 60 является портом управления электромагнитным замком.
Электромагнитный замок (фиг. 1, 2, 3, 4) работает следующим образом.
В исходном состоянии, которое возникает при закрытой двери после обесточивания электромагнита 20, катушек 25, 26, скоба ригель 37 примагничивается к торцевым поверхностям пластинчатых магнитопроводов 21, 22 за счет магнитного поля, созданного вторым постоянным магнитом 31, и утапливает шток-толкатель 34 внутрь основания 1, сжимая возвратную пружину 36. Одновременно шток-толкатель 34 торцом, расположенным внутри основания 1, изменяет состояние датчика положения штока-толкателя 49 (например, нажимает на шток управления концевого выключателя), выходной сигнал которого определяет закрытое состояние двери. При этом дверь удерживается в закрытом состоянии.
Поле постоянного магнита 18, замыкаясь по пути: первый магнитопровод 16, второй магнитопровод 19, якорь электромагнита 20 удерживает зацеп 12 в положении, соответствующем закрытому состоянию замка, при котором фиксирующая поверхность 14 крюка 13 зацепа 12 находится перед внутренней поверхностью скобы ригель 37.
Электромагнитный замок оказывается в запертом положении.
Для открывания замка подают напряжение на электромагнит 20, причем полярность приложенного напряжения такова, что магнитное поле рассеяния в воздушном промежутке между электромагнитом с якорем 20 и вторым магнитопроводом 19 совпадает по направлению с магнитным полем рассеяния в воздушном промежутке между внешней поверхностью постоянного магнита 18 и Г-образной частью 17 первого магнитопровода 16. При этом магнитные поля выталкивают друг друга. Так как поля рассеяния смещены относительно оси 8, то зацеп 12 поворачивается относительно оси 8 на втулке 11 и фиксирующая поверхность 14 крюка 13 выходит за пределы внутренней поверхности скобы ригель 37.
Электромагнитный замок оказывается в открытом положении.
Через интервал времени, необходимый для приведение зацепа 12 в открытое положение замка, определяемое блоком задержки 52, напряжение с выхода блока задержки 52 подается на катушки 25, 26 пластинчатых магнитопроводов 21, 22. Полярность приложенных напряжений к катушкам 25, 26 такова, что каждая катушка 25, 26 размагничивает соответствующий пластинчатый магнитопровод 21, 22. При размагничивании пластинчатых магнитопроводов 21, 22 перестает удерживаться магнитным полем скоба ригель 37 и возвратная пружина 36 выталкивает скобу ригель 37 штоком-толкателем 34, открывая дверь. Состояние выходного сигнала датчика положения 49 штока-толкателя 34 изменяется и указывает на открытое положение двери.
Для запора замка достаточно закрыть дверь при обесточенных электромагните 20, катушках 25, 26. При этом скоба ригель 37, соприкасаясь с внешней наклонной торцевой поверхностью крюка 13, повернет зацеп 12 с втулкой 11 на оси 8 за пределы их взаимодействия, и скоба ригель 37 совместно с дверью примут исходное положение.
Для управления замком с помощью ключей идентификаторов, а также для дистанционного управления замком и определения текущего состояния двери по локальной сети служит микропроцессорный контроллер управления 53.
Программное обеспечение контроллера управлений 53 содержит следующий алгоритм работы.
При закрывании двери, определяемом по опросу информационного выхода положения двери 50 через первый порт ввода информации 55 контроллера 53, и запирании замка производится отсчет времени, в течение которого должен быть представлен считывателю идентификатора 58 идентификатор. Если идентификатор представлен и его номер передан из информационного выхода 57 во второй порт ввода информации 56, то номер идентификатора запоминается и замок остается закрытым. Если идентификатор за указанное время не был представлен, замок открывается подачей напряжения в порт управления замком 59.
Для открывания замка производится чтение идентификатора и передача его номера из информационного выхода идентификатора 57 во второй порт ввода информации 56 контроллера 53. При совпадении запомненного номера и представленного номера идентификатора замок открывается и номер идентификатора удаляется из памяти контроллера 53.
Замок может быть открыт дистанционно по локальной сети подачей команды через порт интерфейса связи 60. Периодический опрос по локальной сети состояния датчика положения 49 и номера идентификатора позволяет определить несанкционированный доступ при открытой двери и не удаленном номере идентификатора.
Данный электромагнитный замок имеет функцию выталкивания двери из дверного проема, имеет малое энергопотребление, необходимое для кратковременного размагничивания магнитной цепи замка и перемещения зацепа.