ПРИВОДНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1998 года по МПК E05B47/00 E05C17/56 E05C19/16 

Изобретение относится к магнитомеханическим системам, а более конкретно, к приводным устройствам, подвижные элементы которых перемещаются по внутренним поверхностям перегородок, стенок, крышек и других образующих замкнутые элементы объемы деталей под действием сил магнитного взаимодействия их с постоянными магнитами, расположенными с наружной стороны деталей.

Устройство может быть использовано в механизмах, обеспечивающих перевод запирающих устройств: замков, засовов, защелок и др., в открытое состояние с наружной стороны створок способом, не требующим проникновения внутрь створок ключами, отмычками и другими традиционными средствами передачи силового воздействия на элементы запирающих устройств через специально предусматриваемые для них отверстия в створках.

Известно устройство, содержащее подвижный элемент, перемещающийся под действием сил магнитного взаимодействия его с постоянными магнитами [1]. Для обеспечения возможности взаимодействия с постоянными магнитами подвижный элемент этого устройства выполнен в виде стержня из магнитомягкого материала. Основной недостаток состоит в том, что оно допускает лишь линейное перемещение подвижного элемента в осевом его направлении на небольшое расстояние, и к тому же способом скольжения, характеризующимся, как известно, значительными противодействующими движению силами трения, снижающими чувствительность подвижных элементов к воздействию на них постоянных магнитов.

Наиболее близким аналогом к изобретению является приводное устройство, содержащее подвижный элемент, установленный с внутренней стороны створки с возможность перемещения под действием сил магнитного взаимодействия с магнитными ключами и связанный с элементами перевода замка в открытое состояние [2].

Технический результат, достигаемый в сравнении с известным устройством, заключается в расширении функциональных возможностей.

Для достижения данного технического результата в приводном устройстве, содержащем подвижный элемент, установленный с внутренней стороны створки с возможностью перемещения под действием сил магнитного взаимодействия ключами и связанный с элементами перевода замка в открытое состояние, подвижный элемент выполнен круглой формы, установлен с возможностью качения боковой поверхностью по внутренней стороне створки, имеющей конструктивные элементы, ограничивающие свободу перемещения подвижного элемента при качении его по траектории требуемой формы и длины.

Приводное устройство имеет постоянный магнит, размещенный на подвижном элементе таким образом, что боковая соприкасающаяся со створкой поверхность подвижного элемента приобретает полярность одного из магнитных полюсов постоянного магнита.

На фиг. 1 и 2 показаны два варианта исполнения предлагаемого приводного устройства.

Варианты отличаются конфигурацией траекторий движения подвижного элемента, конструктивными элементами, удерживающими их на каждой из этих траекторий и элементами, обеспечивающими передачу действующих на подвижный элемент со стороны магнитных ключей усилий элементам механизма перевода замка в открытое состояние.

Приводное устройство содержит подвижный элемент 1. Для обеспечения чувствительности к магнитному полю магнитных ключей 2 и возможности перемещения под действием их способом качения подвижный элемент выполнен в виде тела круглой формы и установлен с внутренней стороны створки 3, так что его боковая поверхность соприкасается с поверхностью створки. В показанном на фиг. 1 варианте приводного устройства свобода перемещения подвижного элемента 1, выполненного в виде полого цилиндра кольца ограничена боковыми стенками размещенного на поверхности створки корпуса 4. Поскольку боковые стенки корпуса в этом варианте приводного устройства выполнены плоскими и параллельными, то траектория движения подвижного элемента 1 по поверхности створки (след его на поверхности створки) совпадает по форме с поперечным сечением корпуса, т.е. является в этом случае прямолинейной. Место установки корпуса 4 на поверхности створки 3 не влияет на характер взаимодействия подвижного элемента с магнитными ключами 2 и выбирается поэтому из соображений обеспечения по возможности более высокой секретности таким образом, чтобы максимально затруднить задачу поиска этого места и необходимой для отпирания замка траектории движения магнитных ключей для всех, кто не располагает необходимой информацией по пользованию замком, "оснащенным" этим приводным устройством. При этом принимаются во внимание также и такие факторы, как доступность выбранного места установки приводного устройства, удобство пользования вблизи него магнитным ключом и др.

Механизм перевода замка в открытое состояние представлен стопорным устройством 5 и стопорной вилкой 6, зубцы которой при закрытом состоянии замка располагаются в канавке фиксирующего конца стопорного стержня 7.

Для передачи усилий, действующих на подвижный элемент со стороны магнитных ключей в направлении его перемещения стопорной вилке 6 вблизи боковой поверхности подвижного элемента 1 со стороны, противоположной линии соприкосновения его с поверхностью створки 3, размещен специально предусмотренный для этого конструктивный элемент в виде скобы 8 с трапецеидальной формы, скрепленной со свободным концом стопорной вилки 6 и "передвигающий" ее внутри установленных на корпус 4 направляющих скоб 9.

Во втором (фиг. 2) варианте выполнения стопорного устройства подвижный элемент выполнен в виде диска-колеса с отверстием в центральной его части, предусмотренным для размещения в нем штифта - валика 10, обеспечивающего механическую связь подвижного элемента 1 со свободным, не соприкасающимся с элементами стопорного устройства 5 концом стопорной вилки 6, и передающего на него усилие подвижного элемента 1. Свобода перемещения последнего ограничена в этом варианте приводного устройства стопорной вилкой, установленной на опоре скольжения 11 с возможностью поворота вокруг ее оси. При таком варианте механической связи подвижного элемента и стопорной вилки траектория движения подвижного элемента по поверхности створки является дугой окружности с центром, лежащим на оси вращения стопорной вилки. Места установки на внутренней поверхности створки подвижного элемента 1, опоры 11 и стопорного стержня 7 выбираются из тех же соображений, что и место установки корпуса 4 в приводном устройстве, показанном на фиг.1. В целях повышения секретности процедуры перевода замка в открытое состояние желательно максимально "разнести" их по поверхности створки.

Работа приводного устройства и взаимодействие его с элементами механизма перевода замка в открытое состояние характеризуется следующими моментами:
1. Введением магнитного ключа 2 в зону чувствительности к нему подвижного элемента при размещении последнего в исходной точке его траектории, соответствующей закрытому состоянию замка. Применительно к вариантам (фиг.1 и 2) приводного устройства и механизма замка в открытое состояние исходное положение подвижного элемента 1 характеризуется размещением зубцов стопорной вилки 6 в канавке, выполненной по периметру стопорного стержня 7 со стороны фиксирующего его конца стержня в отверстии в запирающем элементе замка или в закрепленном на нем хвостовике 12.

2. Перемещением магнитного ключа 2 с наружной стороны створок 3 по строго определенной для каждого варианта приводного устройства траектории, являющейся по сути проекцией на наружную поверхность створки траектории (следа) движения по внутренней ее поверхности подвижного элемента. Для варианта приводного устройства (фиг.1) траектория движения магнитного ключа в соответствии с изложенным выше является отрезком прямой линии, для второго его варианта - другой окружности.

3. Синхронным движением вслед за магнитным ключом 2 подвижного элемента 1 и перемещением связанного с ним посредством промежуточных конструктивных элементов: скобы 8 в первом варианте устройства и штифта 10 во втором его варианте, свободного конца стопорной вилки 6, приводящем в конце траектории движения подвижного элемента к выводу зубцов стопорной вилки из канавки стопорного стержня 7.

4. Введением в зону чувствительности стопорного устройства того же или другого, предусмотренного специально для него, магнитного ключа, обеспечивающего выталкивание фиксирующего конца стопорного стержня 7 из отверстия в хвостовике 12 запирающего элемента замка и освобождение тем самым хвостовика от препятствующих его перемещению в сторону отпирания замка связей с этим концом стержня.

Показанные варианты (фиг. 1 и 2) приводного устройства являются лишь двумя наглядными примерами его выполнения. Что же касается множество других возможных вариантов исполнения этого приводного устройства, то они, сохраняя в целом перечисленные выше отличительные признаки устройства, могут заметно отличаться друг от друга, например, размерами и формой траектории движения, структурой поверхности подвижного элемента, которая может быть гладкой, рифленой, зубчатой, количеством используемых для перемещения подвижного элемента магнитных ключей и т.д.

Заявляемое приводное устройство с подвижным элементом, выполненным из магнитомягкого материала в определенных случаях, например, в случае непредвиденного увеличения сил трения перемещаемых им элементов механизма перевода замка в открытое состояние о соприкасающиеся поверхности или по другим аналогичным по конечному результату причинам, может оказаться неработоспособным из-за неспособности преодолеть противодействующие его движению силы. Добиться уменьшения вероятности возникновения такой ситуации, не прибегая для этого к увеличению размеров магнитных колючей, можно, например, за счет локального (только вдоль траектории перемещения по внутренней поверхности створки подвижного элемента) уменьшения толщины створки. Примером использования такого приема могут служить обозначенные на фиг.1 и 2 впадины 13 в створке 3. Возможности такого повышения чувствительности подвижного элемента к воздействию на него магнитных ключей ограничены, с одной стороны, механической прочностью створки под впадинами, а с другой - снижением секретности запирающих устройств из-за облегчения задачи обнаружения места установки приводного устройства косвенными методами.

В качестве радикального средства повышения чувствительности заявляемого приводного устройства к магнитным ключам предлагается применение в них подвижных элементов с постоянными магнитами, размещенными таким образом, что наружная поверхность подвижного элемента, соприкасающаяся с внутренней поверхностью створки, приобретает полярность одного из полюсов этого магнита. Некоторые варианты выполнения подвижных элементов с постоянными магнитами показаны на фиг.3. Постоянные магниты отмечены здесь цифровым индексом 14, участки из магнитного материала цифровым индексом 15.

Факт повышения чувствительности подвижного элемента при размещении на нем постоянного магнита становится очевидным даже при качественном рассмотрении механизма силового взаимодействия его с магнитными ключами. На фиг.4-7 качественно в виде силовых линий показаны фрагменты картины магнитного поля магнитного ключа 2 простейшей формы в зоне чувствительности к нему подвижного элемента. Подвижный элемент представлен кольцом 1 и из магнитомягкого материала, соприкасающимся с внутренней поверхность створки 3 на фиг.4 над серединой полюса постоянного магнита ключа 2, а на фиг.5 над его краем.

Показанный на фиг.4 вариант взаимного расположения подвижного элемента и постоянного магнита ключа 2 характеризуется одинаковой структурой магнитного поля с правой и левой стороны боковой поверхности кольца и равенством нулю вследствие этого равнодействующей приложенных к нему сил: сил , действующих соответственно на левую и правую стороны боковой поверхности кольца и силы реакции створки F_рс. Согласно приведенной на фиг.5 векторной диаграмме сил нормальные составляющие сил прижимают кольцо к створке и уравновешиваются силой F_рс реакции ее на это воздействие, а тангенциальные составляющие этих сил, оказывающие на кольцо растягивающее воздействие, полностью компенсируются силами упругости кольца.

Второй вариант взаимного расположения подвижного элемента и постоянного магнита (фиг.6 и 7) характеризуется явно выраженной несимметрией магнитного поля этого магнита в зоне размещения подвижного элемента и как следствие этого неравенством сил F_1к и F_2к. С правой стороны боковой поверхности кольца при смещении его оси О_к- вправо oт линии симметрии постоянного магнита O_м- магнитное поле ослабевает, а с левой стороны этой поверхности, напротив, усиливается. В результате этого сила F_1к становится больше F_2к, что приводит к появлению некомпенсированной силами кольца силы F_τк, равной разности тангенциальных составляющих сил F_1к и F_2к
F_τк= F_1τк-F_2τк (1)
и возникновению момента M_τк этой силы относительно линии соприкосновения боковой поверхности кольца с боковой поверхностью створки.

M_τк= F_τкΔr = F_τкD_к (2)
Здесь: D_к - наружный диаметр кольца; F_τк - значение силы F_τк , приведенной к диаметру кольца (F_τк= F_τкΔr/D_к). Этот момент и обеспечивает перемещение кольца по внутренней поверхности створки способом качения вслед за перемещающимся с внешней ее стороны магнитным ключом.

При равенстве момента M_τк моменту сопротивления М_с = F_cD_к (фиг.7) кольцо движется за магнитом ключа равномерно, если M_τк≠ M_c - ускоренно или замедленно.

Значение момента M_τк зависит от чувствительности подвижных элементов и поэтому в определенных случаях, например, при сопоставлении приводных устройств с одинаковыми по размерам и форме подвижными элементами и постоянными магнитами ключей, значения этого момента могут быть использованы и как показатель чувствительности подвижных элементов. В свете этого для подтверждения достоверности высказанного выше утверждения о повышении чувствительности подвижных элементов при размещении на них постоянных магнитов достаточно сопоставить значения момента действующего, например, на кольцо из магнитного материала (фиг.5) и момента M_τ , действующего на подвижный элемент той же формы и размеров, но содержащий постоянный магнит.

Применив для определения сил, действующих на подвижный элемент, в случае его с постоянными магнитами принцип наложения, получим следующее, не требующее подробного описания уравнение
M_τ= (F_τк+F_τм)Δr (3)
где F_τк - равнодействующая тех же, что и на фиг.7, тангенциальных составляющих сил F_1к и F_2к, но приложенных к уточненному с учетом необходимости размещения внутри него постоянных магнитов кольцу (фиг.8); F_τм - равнодействующая тангенциальная составляющая сил F_м1 и F_м2, действующих на постоянный магнит 14 со стороны магнитного поля постоянного магнита ключа 2
F_τм= F_τм1+F_τм2 (4) .

Знак плюс в последнем выражении указывает а то, что сила F_м2 действует на правую часть боковой поверхности магнита 14 в направлении, противоположном действию на одноименную часть поверхности кольца 15 силы F_2к, т.е. отталкивающим образом.

При значительной магнитной проницаемости кольца из магнитомягкого материала в обоих сопоставляемых вариантах выполнения подвижного элемента силы F_τк в выражении (2) и (3), если и отличаются, то незначительно, поэтому момент M_τ больше M_τк , что и является показателем более высокой чувствительности подвижных элементов с размещенными на них постоянными магнитами.

Использование: в магнитомеханических системах, а более конкретно, в приводных устройствах, подвижные элементы которых способны перемещаться по внутренним поверхностям перегородок, стенок и других образующих замкнутые объемы деталей под действием сил магнитного взаимодействия их с постоянными магнитами, расположенными с наружной стороны последних. При этом обеспечивается перевод запирающих устройств в открытое состояние с наружной стороны створок способом, не требующем проникновения внутрь створок ключами. Сущность изобретения: приводное устройство содержит подвижный элемент круглой формы, установленный с возможностью перемещения по внутренней поверхности створок, перегородок и т.д. способом качения вдоль линий, конфигурация и длина которых выбираются в зависимости от требуемого уровня секретности запирающего устройства и реализуются на практике определенным образом размещенными на внутренней поверхности створок специально предусмотренными для этого конструктивными элементами. Перевод запирающих устройств в открытое состояние производится перемещением вдоль этих линий с наружной стороны створок магнитных ключей. Наиболее эффективным способом повышения чувствительности подвижных элементов предлагаемого устройства и улучшения его эксплуатационных качеств является выполнение их с постоянными магнитами. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Приводное устройство, содержащее подвижный элемент, установленный с внутренней стороны створки с возможностью перемещения под действием сил магнитного взаимодействия с магнитными ключами и связанный с элементами перевода замка в открытое состояние, отличающееся тем, что подвижный элемент выполнен круглой формы, установлен с возможностью качения боковой поверхностью по внутренней стороне створки, имеющей конструктивные элементы, ограничивающие свободу перемещения подвижного элемента при качении его по траектории требуемой формы и длины. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что имеет постоянный магнит, размещенный на подвижном элементе таким образом, что соприкасающаяся со створкой боковая поверхность подвижного элемента приобретает полярность одного из магнитных полюсов постоянного магнита.