ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ЗАМОК
ELECTROMECHANICAL LOCK

Изобретение относится к замкам для дверей, сейфов и шкафов электромеханического типа с дистанционным управлением.
Известен электромеханический замок по патенту РФ на полезную модель №93961, МПК Е05В 47/00, опубл. 10.05.2010.
Этот электромеханический замок содержит корпус с размещенным в нем электродвигателем, снабженный полостью, выполненной с возможностью возвратно-поступательного движения в ней ригеля, и средство фиксации ригеля в запертом положении, ригель выполнен в виде детали, отдельной от корпуса, при этом, если один из упомянутых элементов жестко закреплен на подвижном элементе закрываемого объекта, то второй жестко закреплен на его неподвижном элементе, причем ригель выполнен в виде пластины с фигурным вырезом переменной ширины, который на участке взаимодействия ригеля с запорным элементом выполнен с поперечным размером, большим ширины прямолинейного участка фигурного выреза, начинающегося от торца ригеля, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде стакана, а полость для возвратно-поступательного движения в ней ригеля образована наружной торцевой плоскостью корпуса и крышкой, имеющей П-образный вырез, средство фиксации ригеля в запертом положении представляет собой основание, выполненное в виде круговой пластины с призматическим запорным элементом в центре, причем основание закреплено на свободном конце вала электродвигателя таким образом, чтобы его наружная плоскость совпадала с наружной торцевой плоскостью корпуса, а призматический запорный элемент располагался в полости возвратно-поступательного движения ригеля.
Недостатки: сложность устройства и его относительно низкая надежность.
Известен электромеханический замок по патенту РФ на полезную модель №146759, МПК B60R 25/01, опубл. 20.10.2014, прототип.
Этот электромеханический замок содержит корпус с размещенными в нем ригелем и электродвигателем для перемещения ригеля посредством соединяющей их тяги, при этом в корпусе также размещена схема управления электродвигателем, а в качестве электродвигателя используется шаговый линейный электродвигатель.
Существенные признаки, общие у предложенного технического решения и прототипа: электромеханический замок, содержащий корпус, внутри которого установлен ригель, соединенный с электродвигателем, имеющий рабочую часть, входящую при закрывании в отверстие ответной планки.
Недостатки: низкая надежность срабатывания замка при закрывании и открывание и невозможность открыть при выходе из строя источника энергопитания.
Задача создания изобретения: повышение надежности и взломостойкости замка при открывании и закрывании.
Технический результат: повышение надежности и взломостойкости замка при открывании и закрывании
Решение указанных задач достигнуто в электромеханическом замке, содержащем корпус, внутри которого установлен ригель, имеющий рабочую часть, соединенную с электродвигателем, входящую при закрывании в отверстие ответной планки, тем, что применен реверсивный электродвигатель постоянного тока, содержащий статор с обмоткой возбуждения и ротор, вал которого соединен через устройство преобразования с ригелем, обмотка возбуждения соединена электрическими проводами с блоком управления, к которому низковольтными проводами присоединен блок электропитания, а рабочий участок ригеля выполнен с внешней резьбой, на ответной планке коаксиально отверстию установлен пустотелый цилиндр с внутренней резьбой соответствующей внешней резьбе рабочего участка ригеля.
Электромеханический замок может иметь ригель с рабочей частью по всей его поверхности, и устройство преобразования выполнено внутри ригеля.
Устройство преобразования может быть выполнено в виде редуктора, содержащего корпус, шестерни и выходной вал, соединенный с механизмом преобразования вращательного движения во вращательное и поступательное.
Редуктор может быть выполнен планетарным.
Редуктор может быть выполнен многоступенчатым.
Блок управления может содержать приемную антенну, соединенную с приемным устройством, выход которого соединен с входом в контроллер, выход которого соединен с входом в электронный ключ, выход которого соединен с обмоткой возбуждения.
К электрическим проводам перед блоком электропитания может быть присоединен, по меньшей мере, один дополнительный кабель питания с штепсельным разъемом.
В качестве штепсельного разъема может быть применен разъем МикроUSB.
Контроллер может содержать центральный процессор и блоки оперативной и долгосрочной памяти, соединенные с ним.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1-19, где:
- на фиг. 1 приведена основная схема электромеханического замка,
- на фиг. 2 приведен встроенный замок,
- на фиг. 3 приведен вид А встроенного электромеханического замка,
- на фиг. 4 приведен встроенный электромеханический замок с цилиндрическим корпусом,
- на фиг. 5 приведена подробная конструкция передаточного механизма накладного электромеханического замка, без электродвигателя,
- на фиг. 6 приведен накладной электромеханический замок, разрез А-А,
- на фиг. 7 приведен механизм создания поступательного и вращательного движения,
- на фиг. 8 приведена ведущая шестерня,
- на фиг. 9 приведен ригель, выполненный заодно с выходным валом,
- на фиг. 10 приведен двухступенчатый редуктор с цилиндрическим зацеплением,
- на фиг. 11 приведен планетарный редуктор, одноступенчатый,
- на фиг. 12 приведен двухступенчатый планетарный редуктор,
- на фиг. 13 приведен трехступенчатый планетарный редуктор,
- на фиг. 14 приведено водило,
- на фиг. 15 приведено водило, вид сбоку,
- на фиг. 16 приведен одноступенчатый планетарный редуктор, вид спереди,
- на фиг. 17 приведен одноступенчатый планетарный редуктор, вид сбоку,
. - на фиг. 18 приведен трехступенчатый планетарный редуктор в изометрии,
- на фиг. 19 приведена схема контроллера,
Условные обозначения, принятые в описании:
корпус 1,
ригель 2,
рабочая часть 3,
отверстия 4
ответное отверстие 5,
ответная планка 6,
электродвигатель, 7.
статор 8,
обмотка возбуждения 9,
ротор 10,
вал 11,
устройство преобразования 12,
внешняя резьба 13,
электрические провода 14,
блок управления 15,
низковольтные провода 16,
блок электропитания 17,
пустотелый цилиндр 18,
внутренняя резьба 19,
редуктор 20,
механизм преобразования вращательного движения во вращательное и
поступательное 21,
ведущая шестерня 22,
ведомая шестерня 23,
промежуточные шестерни 24,
выходной вал 25,
радиальная стенка 26,
сквозное отверстие 27,
внутренняя резьба 28
резьбовой участок ригеля 29,
участок квадратного поперечного сечения 30,
пружина 31,
приемно-передающая антенна 32,
приемно-передающее устройство 33,
контроллер 34,
электронный ключ 35,
полость 36,
дверь 37,
винт 38,
основная планка 39,
поверхность 40,
дополнительный кабель питания 41,
штепсельный разъем 42,
направляющая резьба 43,
основная стенка 44,
ступица 45,
квадратное отверстие 46,
торец 47,
коническая фаска 48,
отверстие круглого поперечного сечения 49,
участок прямоугольного поперечного сечения 50,
участок круглого поперечного сечения 51.
подшипник 52,
дополнительная опора 53,
заходная фаска 54,
планетарный редуктор 55,
солнечное колесо 56,
сателлиты 57,
ось 58,
первое водило 59,
второе водило 60,
радиальная пластина 61,
ступица 62,
отверстие прямоугольного поперечного сечения 63,
круглые отверстия 64,
планетарное колесо 65,
герметичная полость 66,
центральный процессор 67,
оперативная память 68,
долговременное запоминающее устройство 69.
Электромеханический замок (фиг. 1) содержит корпус 1, внутри которого установлен ригель 2, имеющий рабочую часть 3, выходящую из отверстия 4 и входящую при закрывании в ответное отверстие 5 ответной планки 6, соединенный с электродвигателем 7.
Применен реверсивный электродвигатель постоянного тока, содержащий статор 8 с обмоткой возбуждения 9, и ротор 10, вал 11 которого соединен через устройство преобразования 12 с ригелем 2, а рабочая часть 3 ригеля 2 выполнена с внешней резьбой 13.
Внешняя резьба 13 может быть выполнена однозаходной прямоугольного или трапециевидного поперечного сечения.
Обмотка возбуждения 9, соединена электрическими проводами 14 с блоком управления 15, к которому низковольтными проводами 16 присоединен блок электропитания 17.
На ответной планке 6 коаксиально ответному отверстию 5 установлен пустотелый цилиндр 18 с внутренней резьбой 19, соответствующей внешней резьбе 13 рабочего части 3 ригеля 2.
Устройство преобразования 12 может быть выполнено в виде редуктора 20 и механизма преобразования вращательного движения во вращательное и поступательное 21.
Редуктор 20 может быть выполнен с цилиндрическим, или коническим, или планетарным зацеплением.
На фиг. 2 приведен редуктор 20 с цилиндрическим зацеплением. Он содержит ведущую шестерню 22, ведомую шестерню 23, промежуточные шестерни 24 и выходной вал 25, жестко соединенный с ригелем 2. Механизм преобразования вращательного движения во вращательное и поступательное 21 в этом исполнении содержит радиальную стенку 26, со сквозным отверстием 27, имеющим внутреннюю резьбу 28 и резьбовой участок ригеля 29 на выходном валу 25, участок квадратного поперечного сечения 30, и пружину 31, зажатую с натягом между торцами ведущей и ведомой шестерен 22 и 23. Ведомая шестерня 23 выполнена с возможностью осевого перемещения по участку квадратного поперечного сечения 30 выходного вала 25.
Шаг внутренней резьбы 28 и резьбового участка ригеля 29 должен соответствовать шагу внешней резьбы 13 и внутренней резьбы 19.
Выходной вал 25 жестко соединен с ригелем 2 для его перемещения и ввинчивания во внутреннюю резьбу 19 пустотелого цилиндра 18.
Блок управления 15 может содержать приемно-передающую антенну 32 (фиг. 1), соединенную с приемно-передающим устройством 33, выход которого соединен с входом в контроллер 34, выход которого соединен с входом в электронный ключ 35, выход которого соединен с обмоткой возбуждения 9.
Замок электромеханический может быть выполнен врезным (фиг. 2 и 3) и установлен в полости 36 двери 37 при помощи винтов 38, при этом оси рабочей части 3 ригеля 2 и электродвигателя 7 выполнены соосно.
Замок электромеханический во всех модификациях имеет основную планку 39.
На фиг. 4 приведен электромеханический замок, имеющий корпус круглого поперечного сечения. Он имеет ригель 2 с рабочей частью по всей его поверхности и устройство преобразования 12, выполненное внутри ригеля 2.
Замок в этом варианте исполнения имеет минимальные габариты, вес и наиболее простую конструкцию.
Замок электромеханический может быть выполнен накладным (фиг. 5-9) и установлен на поверхности 40 двери 37, при этом оси рабочей части 3 ригеля 2 и электродвигателя 7 выполнены параллельно.
К низковольтным проводам 16 может быть присоединен (фиг. 1), по меньшей мере, один дополнительный кабель питания 41 с штепсельным разъемом 42 для подсоединения внешнего источника энергопитания (не показан).
В качестве штепсельного разъема 42 может быть применен разъем МикроUSB.
Возможно применение редукторов любой схемы в той числе с цилиндрическими шестернями, коническими шестернями, или планетарных редукторов. Возможно применение многоступенчатых редукторов.
На фиг. 2-9 приведены электромеханические замки с редукторами с цилиндрическим зацеплением. Электромеханические замки (фиг. 7) содержат направляющую резьбу 43, выполненную в основной стенке 44 корпуса 1. Ведомая шестерня 23 содержит ступицу 45, квадратное отверстие 46, торец 47, коническую фаску 48, отверстие круглого поперечного сечения 49.
Ригель 2 содержит (фиг. 9) участок прямоугольного поперечного сечения 50, участок круглого поперечного сечения 51, установленный на подшипнике 52, выполненном в дополнительной опоре 53 (фиг. 7). В качестве подшипника 52 может быть применен подшипник скольжения.
На конце рабочей части 3 ригеля 2 может быть выполнена заходная фаска 54.
На фиг. 10 приведен электромеханический замок с двухступенчатым редуктором с цилиндрическим зацеплением. Применение таких редукторов требует электродвигатель 7 большой мощности.
На фиг. 11 изображен одноступенчатый планетарный редуктор 55, который содержит: солнечное колесо 56, сателлиты 57, обычно 3 шт., оси 58 для установки сателитов 57, первое водило 59 и второе водило 60 по обе стороны солнечного колеса 56.
На фиг. 11 приведен двухступенчатый планетарный редуктор, а на фиг. 13 - трехступенчатый планетарный редуктор, который может в 100 раз уменьшить частоту вращения вала 11 электродвигателя и во столько же раз увеличить крутящий момент.
Первое водило 59 (фиг. 14 и 15) содержит радиальную пластину 61 со ступицей 62, в которой выполнено отверстие прямоугольного поперечного сечения 63 и три круглых отверстия 64 под оси 58. На корпусе 1 закреплено планетарное колесо 65. Планетарный редуктор размещен в герметичной полость 66, заполненной смазкой, (фиг. 11) для увеличения срока службы.
Применение многоступенчатого планетарного редуктора (фиг. 16-18) наиболее перспективно.
На фиг. 12 приведен двухступенчатый планетарный редуктор, а на фиг. 13 и 15 - трехступенчатый планетарный редуктор. Применение трехступенчатого планетарного редуктора позволит снизить частоту вращения выходного вала по сравнению с валом 11 электродвигателя 7 в 100 раз. Аналогично в 100 раз увеличится крутящий момент на выходе. Это позволит уменьшить габариты замка и мощность и габариты электродвигателя и осуществить его энергоснабжение от аккумуляторной батареи 12-18 В, безопасного в применении и используемого в бытовых приборах.
На фиг. 19 приведена схема контроллера 34. Контроллер 34 содержит центральный процессор 67, оперативную память 68 и долговременное запоминающее устройство 69.
Оперативная память 68 и долговременное запоминающее устройство 69 соединены с центральным процессором 67, который выдает команду на открывание или закрывание замка и подает сигнал на внешний пульт управления (или сотовый телефон о попытке несанкционированного открывания электромеханического замка).
Долговременное запоминающее устройство 69 хранит в памяти программу работы электромеханического замка, его идентификационный номер, коды открывания и закрывания, идентификационный номер внешнего пульта управления и другую служебную информацию для усиления безопасности системы.
РАБОТА УСТРОЙСТВА
Электромеханический замок монтируют на дверь 37 одним из способов (фиг. 2 или 4). После этого выходят из помещения и по сигналу с пульта управления (не показан) подают код на закрытие на приемно-передающую антенну 32. Сигнал расшифровывает приемно-передающее устройство 33, передает его на контроллер 34, который распознает сигнал и при правильном сигнале передает команду на электронный ключ 35 для подачи напряжения на обмотку возбуждения 9 электродвигателя 7. Ротор 10 вращается в сторону «закрытия» и поворачивает вал 11 на несколько оборотов. В устройстве преобразования 12 частота вращения вала 11 уменьшается, крутящий момент на выходном валу 25 возрастает в несколько раз и одновременно совершает поступательное движение в сторону ответной планки 6. Рабочая часть 3 ригеля 2 ввинчивается в ответное отверстие 5 ответной планки 6 до упора. Применение внешней резьбы 13 на рабочей части 3 ригеля 2 значительно увеличит надежность закрывания двери, так как затруднит ее открывание злоумышленниками внешним механическим воздействием.
РАБОТА УСТРОЙСТВА ПРИ ОТКАЗЕ БЛОКА ЭНЕРГОПИТАНИЯ
При отказе блока электропитания 17, используют внешний источник электропитания (не показан), который подключают через штепсельный разъем 42 (фиг. 1) можно открыть электромеханический замок. Для этого вводят код открывания с внешнего пульта управления (на фиг. 1-18 внешний пульт управления не показан).
Естественно, злоумышленник, не знающий кода открывания замка, не может воспользоваться внешним источником электропитания, т.к. не знает код открывания и у него нет данных из долговременного запоминающего устройства 69: номера внешнего пульта управления (сотового телефона или другого гаджета) хозяина замка и др. служебной конфиденциальной информации.
Применение изобретения позволило:
- повысить надежность срабатывания механизма замка на закрывание и открывание и его взломостойкость за счет применения реверсивного электродвигателя постоянного тока, содержащего статор с обмоткой возбуждения, и ротор, вал которого соединен через устройство преобразования с ригелем, обмотка возбуждения соединены электрическими проводами с блоком управления, к которому низковольтными проводами присоединен блок электропитания а рабочий участок ригеля выполнен с внешней резьбой, на ответной планке коаксиально отверстию установлен пустотелый цилиндр с внутренней резьбой соответствующей внешней резьбе рабочего участка ригеля,
- упростить конструкцию, уменьшить габариты и вес замка,
- использовать замок в системе «умный дом»,
- предотвратить нексанкционированное открывание электромеханического замка и сообщать о такой попытке его владельцу на внешний пульт управления или сотовый телефон,
- обеспечить его аварийное открытие при выходе из строя источника электропитания за счет применения дополнительного кабеля с штепсельным разъемом и подключения к нему внешнего источника электропитания.