具有嵌入式电路板的上锁设备的制作方法

xiaoxiao2020-09-10  1

专利名称:具有嵌入式电路板的上锁设备的制作方法
技术领域
本发明主要涉及嵌入式电路,并且更具体地涉及嵌入在门的操控技术设备内以为其提供电气化的电路板。
背景技术
现有多种可以用于和门一起使用、在门上或门内部使用的操控技术设备。例如,已知可以在上锁设备内使用操控技术。近年来,上锁设备中的操控技术正在日益从传统的钥匙系统和机械接合向数字监控和电子致动转变。现有技术中存在各种用于门的电子致动锁和逃生装置。这些电子致动锁通常被分为两类,也就是将电路装在门的插口内的一类以及将电路装在锁眼盖型的锁装置内的一类。在插口式装置中,电路被装在门的插口内,由此使该插口与装有门的上锁设备的插芯分离。在锁眼盖型装置中,电路被装在驻留于门外部的壳体内,并因此也与锁设备本体分离。在这两种类型的装置中,由于电路在锁本体的外部,因此需要复杂的线路以在外部电路和锁设备之间提供必要的电连接。这就要求从外部电路向锁内引线并以避开锁内机械工作部件的方式离散地分布在锁的各处。锁内的引线被连接至驻留在锁中的开关和致动器用于提供电子致动和锁监控。无论电路是驻留在插口内还是锁眼盖内,已经发现这些常规的电子致动锁装置存在很多缺点。由于绝大多数现用锁内的空间有限,要向锁内和锁的各处提供必要的线路用于锁内开关和致动器以及锁外部电路之间的电连接已经变得困难并且是个沉重的负担。在驻留于上锁设备外部的电线过多时也涉及很多问题。围绕锁体分布的绝缘配线会由于与机械部件相接触而遭到破坏。需要将锁的壳体加工为具有多个孔和槽用于容纳插入的布线以及加工为在锁内具有底座或配线用于固定和定位容纳在其中的布线,这也是不期望的沉重负担、费时、昂贵并且浪费锁内的有价值的空间。因此,这些常规的插口式和锁眼盖型锁装置在为具有有限空间的现有机械式锁机构内的开关、致动器和配线提供准确布线方面就会遇到加工难度以及性能限制。在锁眼盖内容纳电气元件的另外的缺点是驻留在门外部并从门外部伸出的这些类型的装置经常会妨碍在这样的门上增加辅助硬件。锁眼盖型装置由于其在门表面上的可见性和可操作性对于防止破坏的抵抗性较差。插口容纳电气元件进一步的缺点包括对于门的制造者和安装者来说,要提供与其中驻留有电气元件的壳体相配的精确尺寸和形状的插口,这增加了难度。因此,本领域需要对可用于和门一起使用、在门上或门内使用的操控技术设备的改进方法和装置。这些需求之一是用于上锁设备内操控技术的改进方法和装置,其允许在具有有限空间的现有上锁设备内实现数字监控和电子致动。这种有限空间可能是由于更加紧凑的设计而造成的,或者甚至是由于那些现有机械锁机构具有的存在于锁内的提高和/ 或改进的技术进步消耗了其中更多的和/或相当部分的有价值空间而造成的。

发明内容
考虑到现有技术中的问题和缺陷,因此本发明的目标是提供用于将操控技术改造为具有嵌入在其中的电路的电气化操控技术的方法和装置。本发明的另一个目标是提供用于将现有的机械操作操控技术转化为数字监控以及电气控制和致动操控技术的方法和装置。本发明的另一个目标是提供用于将现有的用于门的机械操控技术设备转化为用于门的具有数字监控以及电子控制和电子致动能力的电气化操控技术设备的方法和装置。本发明的又一个目标是提供用于将现有的机械锁转化为具有数字监控和电子致动能力的电气化锁的方法和装置。本发明进一步的目标是提供用于将具有有限空间的现有操控技术(例如现有的机械锁)容易并且有效地电气化的方法和装置。本发明的再一个目标是提供用于通过将印刷电路板固定在机械锁壳体内从而容易和有效地使现有操控技术(例如现有的机械锁)具有更好性能的方法和装置。本发明的另一个目标是提供统一设计以允许研发实现不同功能(也就是模块化和前瞻性)的替换电路板。本发明的另一个目标是提供用于将现有操控技术(例如现有的机械锁)容易、有效和节约成本地电气化的方法和装置。本发明更多其他的目标和优点有一部分是显而易见的,还有一部分是可以根据说明书的内容而变得明显的。本发明中实现了对于本领域技术人员清楚的上述以及其他的目标,本发明涉及一种电气化操控设备,其包括具有至少一个侧部的壳体,侧部具有面向壳体内部的内表面,还包括驻留在壳体内部的操控设备。沟槽驻留在壳体内部至少一个侧部的内表面内,并且印刷电路板(PCB)驻留在壳体内的沟槽中。PCB具有与其相连的、用于使操控设备电气化的各种电气元件。在一个或更多个实施例中,操控设备可以是由PCB电气化的锁,由此为电气化锁提供数字监控和电子致动能力。这样的锁可以包括但不限于插芯锁、球形锁、圆柱形锁、弹子锁、辅助锁和呆锁。在可选实施例中,操控设备可以是逃生装置、电气化门锁、闭门器或门自动启闭装置。在一个或更多个实施例中,沟槽被嵌入在壳体侧部的内表面内,PCB因此而具有与嵌入沟槽结构相匹配的结构,以使得PCB被相配地嵌入在凹陷沟槽内。嵌入式PCB 的暴露面可以与至少一个侧部的表面平齐,由此使嵌入式PCB覆盖的距离大于壳体侧部内表面的表面区域上的对角线距离的50%。还是在一个或更多个实施例中,多条沟槽以及与多条沟槽中每一条的结构相对应的多块PCB可以驻留在壳体内部的至少一个侧部的内表面上。多块PCB可以被嵌入到壳体内部多条沟槽中各个沟槽内。各种电气元件可以被连接至多块嵌入式PCB,用于使操控设备电气化。在一个或更多个实施例中,连接至嵌入式PCB的各种电气元件可以包括但不限于一个或更多个传感器、致动器、表面安装连接件、信号输出设备、加速计、温度传感器、加热元件及其组合。在其他方面,本发明涉及一种用于门的电气化操控设备,其包括具有第一侧部和第二侧部的壳体,因此第一和第二侧部均具有相应的面向壳体内部的内表面,操控设备是驻留在壳体内部的锁。至少一条凹陷沟槽驻留在壳体的第一或第二侧部的内表面内,同时至少一块PCB被嵌入在壳体的第一或第二侧部的内表面中的凹陷沟槽内。各种电气元件被连接至PCB以使锁电气化。在本发明的一个或更多个实施例中,各种电气元件可以为电气化锁提供数字监控和/或电子致动能力,而电气化锁可以包括但不限于插芯锁、球形锁、圆柱形锁、弹子锁、辅助锁或呆锁。至少一块嵌入式PCB可以是具有正弦曲线形状的单块PCB,其覆盖的距离大于壳体侧部的嵌有PCB的内表面的表面区域上的对角线距离的50%。在一个或更多个实施例中,至少一条凹陷沟槽的暴露面可以在其中具有一个或更多个开口,以对至少一块PCB 的背面进行操作。至少一条凹陷沟槽以及至少一块嵌入式PCB可以具有匹配的结构,由此这些匹配的结构避免了影响到锁的工作部件和/或壳体内的开口。嵌入式PCB的暴露面可以与壳体侧部的嵌入了 PCB的内表面的暴露面平齐。在本发明进一步的实施例中,各种电气元件包括驻留在PCB上并且被设置在PCB 上不同位置处的一个或更多个传感器,所述不同位置对应于一块或更多块磁铁驻留在锁的机械工作部件上的位置,由此使一个或更多个传感器感测一块或更多块磁铁以检测锁的机械工作部件的位置。这些传感器可以包括但不限于非接触式传感器、模拟传感器、霍尔传感器、电气开关、簧片开关、簧片传感器及其组合。这些传感器中的一个或更多个可以被升高远离PCB的暴露面以感测靠近壳体相对侧部驻留的一块或更多块磁铁。各种电气元件也可以包括不需要磁铁用于触发的一个或更多个传感器。在更进一步的实施例中,各种电气元件可以包括驻留在壳体内部并与PCB电气通信的致动器。该致动器可以是但不限于螺线管、电机、有刷直流电机、步进电机、压电电机和形状记忆致动器。各种电气元件还可以包括连接至PCB的一种或多种表面安装连接件。在一个或更多个实施例中,电气元件可以包括表面安装至PCB表面的一种或多种电气元件, 包括但不限于加速计、温度传感器、加热元件及其组合。电气元件还可以包括连接至PCB的一种或多种信号输出设备,由此信号输出设备将来自PCB的各种电气输出信号转化为一个或更多个数字输出信号。例如,信号输出设备可以是控制器板或线束。还是在一个或更多个实施例中,电气化操控设备可以包括凹入壳体的第一或第二侧部中的一个或多个内的多条沟槽以及与多条凹陷沟槽的结构相对应的多块PCB,由此多块PCB中的每一块都被嵌入在多条凹陷沟槽中的相应沟槽内。连接至多块嵌入式PCB的各种电气元件使锁电气化。所述多块嵌入式PCB可以单独驻留在壳体的第一侧部上、单独驻留在壳体的第二侧部上或者驻留在壳体的第一和第二侧部,由此使多块嵌入式PCB彼此电气通信以使锁电气化。在其他方面,本发明的一个或更多个实施例涉及一种通过如下步骤制造电气化锁的方法提供具有第一侧部的壳体,所述第一侧部具有面向壳体内部的内表面,以及在壳体内部提供机械锁。壳体的第二侧部被加工为具有驻留在其表面内的至少一条凹陷沟槽,以及具有各种电气元件的至少一块PCB被嵌入在第二侧部表面内的凹陷沟槽中,所述各种电气元件连接到所述PCB。通过将第二侧部连接至壳体而把机械锁转化为电气化锁,以使具有
7嵌入式PCB的第二侧部表面面向壳体的内部。


具体在所附权利要求中阐明了本发明被认为具有新颖性的特征以及本发明的元件特性。附图仅仅是用于说明性的目的而并非按比例绘制。但是,可以参照结合附图进行的详细说明来更好地理解既作为结构又作为操作方法的本发明自身,在附图中图IA是根据本发明的一个或更多个实施例的在其中具有凹口用于容纳印刷电路板(PCB)的上锁设备壳体侧部的顶部正视图。图IB是本发明的PCB的顶部正视图,具有被选择为避免影响机械锁设备内的任何机械工作部件的结构。各种电气元件被表面安装至PCB以使PCB的背面基本保持平整。图IC是示出了将图IB中的PCB设置在图IA中壳体侧部内的凹口上的顶部正视图。图ID是示出了将图IC中的PCB嵌入到壳体侧部的凹口内的顶部俯视图。图IE是示出了本发明的嵌入在上锁设备壳体的一个或更多个横向侧壁内的一块或更多块PCB的侧视图,其中嵌入式PCB彼此之间电气通信。如图所示,每一块PCB都具有与其对应的凹口深度相等的厚度,以使得在将PCB嵌入到凹口内之后,PCB的表面与在其中驻留PCB的侧部其余的内表面平齐,从而避免影响到锁的机械工作部件。图IF是根据本发明的一个或更多个实施例示出了嵌入到上锁设备壳体横向侧部内的单个PCB模块的另一侧视图,由此PCB可以具有靠近PCB表面的电气元件和/或伸入上锁设备内的电气元件用于检测这种锁的工作部件的运动和多个位置。图2A-B分别是侧部正视图和顶部俯视图,示出了根据本发明的一个或更多个实施例的采用表面安装技术的多块PCB可以被嵌入在上锁设备壳体内的一个或更多个侧壁中。图3A-C示出了本发明一个或更多个实施例的侧部正视图,本发明中的一块或更多块PCB由此被直接嵌入在插芯锁壳体内以将机械插芯锁转化为具有数字监控和电子致动能力的电气化插芯锁。
具体实施例方式在此将参照附图中的图1A-3C来介绍本发明的实施例,其中类似的附图标记表示本发明中类似的特征。在一个或更多个实施例中,本发明将电路集成在现有和未来的上锁设备内。适合采用的上锁设备包括完全容纳或部分容纳在壳体内的那些种类,其中根据本发明的不同实施例可以嵌入一块或更多块电路板。这些上锁设备包括但不限于插芯锁、球形锁、圆柱形锁、电子锁、弹子锁、辅助锁和呆锁等。参照图1A-F,上锁设备壳体10的至少一个内表面11、13设有与相应印刷电路板 (PCB) 20的形状、尺寸和厚度相对应的沟槽12。在一个或更多个实施例中,沟槽12是驻留在壳体侧部厚度内的凹陷沟槽。上锁设备壳体10的内表面可以包括壳体10内的任何内表面,包括但不限于壳体第一侧部18的第一内表面11、壳体第二侧部19的第二内表面13 等。它们各自侧部的这些内表面中的至少两个或更多个可以彼此相对,例如侧部18的内表面11与侧部19的内表面13相对,并有锁的机械工作部件驻留在其间。具有对应形状和尺寸的凹陷沟槽12和PCB 20均被设置为使它们避免影响到上锁设备中的机械工作部件。机械工作部件包括碰簧销、锁定插销、圆筒锁机构、闭锁机构、轮轴、凸轮、锁杆等。凹陷沟槽12和PCB 20的这些形状和尺寸也避免了影响到壳体10内的任何开口,包括但不限于锁的柱状开口、螺杆或螺栓开口、锁轴开口、螺纹开口、闭锁开口等。凹陷沟槽12可以利用已知技术形成在壳体10的侧部18、19的一个或更多个内表面11、13内,已知技术包括例如压印、布线、机械加工、铸模等。凹陷沟槽12可以在侧部 18、19内被形成至深度“B”,深度B小于其相应侧部18、19的总厚度“A”。PCB 20被形成至与凹陷沟槽的深度“B”基本相等的厚度,以使得在将PCB20定位并嵌入到凹陷沟槽12内之后,PCB 20的表面与侧部18、19的PCB在其中驻留的内表面11、13基本平齐,正如图IE-F 中所示。根据本发明,在一个或更多个实施例中,第一侧部18可以单独设有嵌入式PCB 20,第二侧部19可以单独设有嵌入式PCB 20,或者可选地,上锁设备壳体10中的第一和第二侧部18、19均可设有一个或更多个嵌入式PCB 20。也就是说,参照图IE和2A-B,多条凹陷沟槽12a、12b、12c可以形成在壳体的一个或更多个侧部内,由此在其中设置和嵌入对应形状和尺寸的PCB 20a、20b、20c。这些多个PCB 20a、20b、20c可以在壳体10内彼此电气地线路连接,或者通过在对应的凹陷沟槽12a、12b、12c底部设置开口 30a、30b、30c并且通过使用导线32使得通过这些开口 30a、30b、30c在PCB 20a、20b、20c之间形成电气线路连接。作为多块嵌入式PCB 20a.20b.20c的替代方案,或者甚至是与其的结合,在一个或更多个实施例中,PCB可以是嵌入在上锁设备壳体10的一个或更多个侧部的内表面内的单块连续的电路板,如图IA-F所示。与多块嵌入式PCB 20a、20b、20c类似的,单块连续的 PCB被配置为具有不会影响到机械锁内的任何工作或移动部件的形状和厚度。例如,参照附图,PCB可以具有在锁的顶部16和底部17之间并且同时位于锁的左右横向侧部18、19之间承载电路板上的电气线路的形状。在一个或更多个实施例中,该形状可以是正弦形状,覆盖的距离大于该正弦形状的嵌入式PCB在其中驻留的侧部的表面区域上的对角线距离的 50%并且甚至是60%。再次参照多块嵌入式PCB 20a、20b、20c,这些PCB也在从锁的顶部16到底部17 以及从左横向侧部18到右横向侧部19的多块电路板之间提供电气线路连接。这样,多块 PCB覆盖的距离也可以大于多块这样的PCB在其中驻留的壳体侧部的表面区域上的对角线距离的50 %并且甚至是60 %。还应该理解,在上锁设备壳体10的两个或更多个内表面的每一个都包含一块或更多块嵌入式PCB时,嵌入在这些多个内表面内的电路板可以通过从壳体10的一侧延伸至壳体10另一测的线路被彼此电连接。该线路可以驻留在上锁设备壳体10内部(例如它可以被包含在另一块电路板内),或者它可以驻留在上锁设备壳体以外并通过驻留在凹陷沟槽12底部的开口 30将PCB彼此电连接。参照图1E-F,存在的PCB 20中的每一块的背面都基本上是平坦的。用这种方式, 在将PCB 20设置在也具有基本平坦的暴露面的凹陷沟槽12内时,就在凹陷沟槽的表面和 PCB的背面之间形成了平整的配合连接。可选地,可以在凹陷沟槽12的暴露面和PCB的背面之间设置隔离层,包括但不限于绝缘体、浆料、粘性剂等。同样,凹陷沟槽12的暴露面可以可选地具有一个或更多个穿过其中的开口 30。这些开口 30也允许将锁以外的电路通过布线连接至可以驻留在PCB背面上的与开口 30相对应的位置处的电气连接件。接地板也可以与一个或更多个电气连接件一起或者作为独立部件驻留在PCB背面。如图中所示,本发明各个实施例中的PCB均具有与在其中嵌入这些PCB的对应凹陷沟槽的厚度或深度基本相等的厚度。用这种方式,一旦被嵌入其中,PCB的暴露面以及凹陷部分在其中驻留的壳体侧部的暴露内表面就彼此基本平齐,如图IE-F中所示。通过提供与内部的壳体侧部平齐的表面,嵌入式PCB最小化或者整体上避免了对上锁设备的现有机械工作部件的修改和/或重新布置,避免了在上锁设备内移动部件,并且优化了传感器、磁铁和/或致动器在上锁设备内的位置,正如以下进一步讨论的那样。可选地,在不会影响到锁开口和/或工作部件的位置,通过将一块或更多块附加电路板安装在嵌入式PCB顶部来为电气化锁提供增强的处理能力,可以应用多表面安装技术。这些附加的表面安装电路板从嵌入式PCB的表面向上伸入上锁设备内(可以平行于或者垂直于嵌入式PCB)。在将PCB嵌入到壳体侧部内之前或之后,可在板上的战略性的(strategic)位置将各种电气元件表面安装至PCB。在一个或更多个实施例中,机械锁的工作部件可以在不同位置被设有磁铁阳。这些磁铁55可以驻留在工作部件的表面上,被插入工作部件的表面中,或者甚至被嵌入工作部件自身内部。驻留在锁的工作部件上的多块磁铁55提供了在多个位置监控工作部件以检测这些工作部件的多个位置(包括打开和关闭位置)的能力,而这与由于布线、尺寸和空间限制而只允许监控和检测打开和关闭位置的常规方法和手段相反。本发明中的PCB可以在PCB上的不同位置设有一个或更多个传感器50。旁路电容 52可以被连接至每一个传感器50以消除系统噪声并避免传感器振动。连接至PCB的传感器包括但不限于非接触式传感器、模拟传感器、霍尔传感器、电气开关、簧片开关等。这些传感器50被连接在与锁的机械工作部件上的磁铁相对应的位置处,用于检测这些不同的机械锁部件的位置。随着工作部件与其磁铁一起移动或旋转,磁铁就变为与安装在PCB上的传感器紧密接近或者脱离上述紧密接近,由此使得能够监控门和/或锁的移动以检测门的打开和关闭、对锁或门的影响和/或破坏、锁杆或锁栓的致动等。在某些实施例中,一个或更多个传感器51可以被升高远离PCB的表面,以使被升高的传感器向壳体的另一侧部延伸,用于检测驻留在壳体的该另一侧部上或该侧部附近的磁铁。作为备选,嵌入式PCB可以驻留在壳体的该另一侧部中并具有一个或更多个表面安装的传感器,用于检测该侧部附近的磁铁,由此相对侧部上的嵌入式PCB可通过电气线路被彼此连接。可以被安装至本发明的PCB的其他电气元件包括不需要用于触发的磁铁的传感器M。这些传感器可以包括但不限于机械式微开关、Magnasphere传感器、按钮、光学传感器等。致动器60也可以被连接至在其中驻留嵌入式PCB的壳体侧部,以驱动锁部件从而对锁进行加锁和/或解锁。致动器60被连接至壳体侧部的紧密接近PCB的位置,以使致动器 60由PCB通过连线和连接件供电。可选的,致动器可以被直接组装至PCB。适合在本发明各实施例中使用的致动器60包括但不限于螺线管、电机、有刷直流电机、步进电机、压电电机和形状记忆致动器等。如果需要例如通过使用螺线管致动器来增大电流,那么迹线可以被引导通过中间PCB层,或者板可以被共形地涂有绝缘层以保护外部电路和元件。
PCB还可以设有一个或更多个表面安装连接件70,所述表面安装连接件具有用于电连接至致动器60的输入。表面安装至驻留在锁内部的PCB表面的其他电子元件包括但不限于加速计、温度传感器、加热元件等。加速计使得能够测量或撞击门以检测门是否正在被关闭、门是否在被撞击或敲击(例如有人在破坏门)等。温度传感器使得能够测量锁内的温度。加热元件为锁内部供热以控制内部锁温,从而防止冻结并保持内部机械锁部件的工作能力。信号输出设备80可以被连接至PCB。该信号输出设备80可以是如图IB和ID中所示的控制板,或者可以是如图2B中所示的线束。信号输出设备80是PCB上的电子模块, 其从驻留在PCB 20上或与PCB 20电气通信的各种电子元件获取电信号输出,并将这些输入转化为可读的数字输出信号。例如,WIFI或通信模块(例如以太网、蓝牙等)可以被组装到安装在PCB上的设备80内以将PCB链接至中央锁控制系统。这样,该WIFI或通信模块就被嵌入到锁内。在当前的这些PCB上的不同位置处,选中的PCB或者每一块PCB都可以在PCB内被设有多个开口 90。这些开口 90可以驻留在PCB上的与锁的工作部件位置相对应的位置、 与外部设备可以被插入锁内的位置相对应的位置、与螺栓92可以被插入以将壳体侧部固定至其余的锁壳体的位置相对应的位置等。根据本发明的各种实施例,常规的机械上锁设备通过在其中设置本发明的一个或更多个嵌入式PCB而被转化为具有电子监控能力的电气化锁。这种PCB结构允许将复杂的电路集成到内部组件中,以及在一个或更多个实施例中允许将复杂的电路集成到单个内部组件中,用于将现有的普通机械锁容易且高效地转化为电气化锁。常规方法和手段为了使锁电气化,设置了开关和致动器并随后将单独的布线和/或线束引导并固定在锁内和锁外的多个位置用于在锁上的不同位置连接传感器并连接至外部线束或连接件,与上述常规方法和手段相比,本发明具有很多优点。这些优点中的一部分包括本发明提供了容易和有效的手段用于将现有的机械上锁机构电气化而无需过多的机械再设计、有难度的布线以及限制开关或致动器的定位。本发明降低了成本、简化了制造、提高了可以在现有机械锁内提供的性能,并且提供了能够快速和简易地被嵌入到锁壳体内的模块化组件。模块化子组件的外购也变得可行从而降低了成本。无论是将一块还是更多块PCB嵌入在锁设备壳体内,本发明都能够利用嵌入式 PCB(多个)在上锁机构内提供全部的电子功能以提高性能,提高的性能包括但不限于精确检测、致动、电路布线、有效的电连通性、信号调制(例如交流整流)、通信(例如WiFi、蓝牙等)、逻辑控制、能够调节输入或输出信号的微处理、发信号(例如LED、状态指示器等)以及到外部电路的标准化连接。本发明中的嵌入式PCB还可以装有可以连接至外部天线的无线或蜂窝电路。同样地,本发明中每一块PCB或PCB组合的尺寸和长度都允许电气布线可以被设置为从锁的一段到达锁的另一端(例如从锁的底部到顶部)。在一个或更多个实施例中, PCB (多个)被设置在锁的从顶部到底部的对角线距离上,并且反之亦然,由此多个传感器被战略性地设置在PCB上以检测驻留在机械工作部件内或机械工作部件上的磁铁从而检测其移动。由此,这些PCB就提供了锁壳体内的所有布线并且同时提供了对锁内的用于检测机械锁部件移动的各种传感器的定位。这就允许电路确定锁何时打开、锁定插销何时被操作、锁定插销何时运动等。通过将PCB (多个)嵌入在上锁设备壳体10的内表面内,本发明的各种实施例适于与具有有限空间的那些上锁设备一起使用。本发明将具有有限空间的上锁设备从严格的机械上锁设备转化为直接在上锁设备自身内部具有数字监控和电子致动能力的电气化锁。 这些具有有限空间的上锁设备可以包括具有更加紧凑设计的现有上锁设备,具有的驻留在锁内的提高和/或改进的技术进步消耗了锁内更多的和/或相当部分的有价值空间的现有机械上锁设备,甚至还包括被设置为具有有限空间的未来的锁设计。尽管不是为了限制本发明,但是本发明中的一个或更多个实施例适于与装有机械锁设备部件的上锁设备壳体10 —起使用。例如,一种这样的适用锁外壳是如图3A-C中所示的锁壳体110。插芯锁壳体110包括作为盖板的横向侧部119和外壳部分。插芯锁壳体的外壳部分包括顶壁160和底壁170、后壁140以及在组装壳体时与盖板横向侧部119相对的横向侧壁118。前板128与后壁140相对地驻留并且驻留在侧部118、119之间。同样地, 在一个或更多个实施例中,单独的第一横向侧壁118的内表面111、单独的盖板119的内表面113或者插芯壳体110的侧壁118和盖板119的内表面111、113都可以根据本发明设有一块或更多块嵌入式PCB 120。参照图3C,示出了本发明中的单块嵌入式PCB 20组件,由此PCB被嵌入在插芯锁内部工作部件后方的外壳横向侧壁118内。嵌入式PCB 20的暴露面与其中驻留有嵌入式 PCB的横向侧壁118的内表面111平齐,同时PCB 20的背面与其中驻留有PCB的侧部内凹陷/引出的凹口的内表面平齐。以表面安装技术设置PCB表面,这允许将布线和元件完全定位在锁内露出的PCB上表面。同样,PCB的背面可选地可以包括在侧部118、119内具有对应开口的接地板和/或连接件以允许将电气连接件从锁外部连接至PCB。嵌入式PCB 20被设置为具有不影响驻留在壳体110内的锁工作部件的定位并允许PCB在插芯锁内的各个开口通过的形状、尺寸和厚度。驻留在插芯锁内的这些工作部件包括连接至把手致动器用于转动(throw)呆锁以及由盖板支撑的各种枢轴以供部件在插芯锁内移动的部件。例如,工作部件可以包括但不限于控制轮132、心轴轮134、136、心轴开口 138、具有锁销尾部140的锁销142、由可旋转元件148转动的轴150、锁收缩杆162、可以转动控制轮132的锁柱状开口 60等。在本发明的各个实施例中,插芯锁工作部件中的一个或更多个甚至全部都可以在其表面上设有一块或更多块磁铁55或者设有插入其表面内的一块或更多块磁铁55。通过将PCB 20设置为避开插芯锁和这些工作部件内的开口,同时仍然与其紧密靠近地驻留,传感器50被战略性地设置在PCB表面上,以使传感器50紧靠各块磁铁55用于检测和监控锁中的这些工作部件的移动。部分传感器50可以驻留在PCB上,而其他的传感器51可以与引线连接以允许传感器51竖立并远离PCB的表面。用这种方式,传感器51朝向相对的侧壁伸入锁机构内以检测驻留在锁部件上的靠近或接近该相对侧壁驻留的磁铁55。例如,参照图3C,两个心轴轮134、136均具有包括磁铁55的对应椭圆形。最接近PCB的心轴轮136具有直接安装在 PCB表面上的对应传感器50,而距离PCB最远的心轴轮134则由升高远离PCB表面并且驻留在机械锁内的传感器51检测。一旦横向侧壁118的内表面、盖板119的内表面或者横向侧壁118和盖板119的内表面根据本发明被设有一块或更多块嵌入式PCB,那么当前电气化插芯锁即被固定在驻留于门200的正面214和背面212之间的插口沈0内。因此,本发明的各个实施例提供了从常规插芯锁到具有电子能力(特别是在上锁设备自身内具有数字监控和电子致动能力) 的电气化插芯锁的简便和有效的转化。在一个或更多个实施例中,本发明中的电气化插芯锁包括一块或更多块PCB,被设置用于承载从插芯锁的一部分到锁的另一部分的线路,用于驻留在PCB上的各种元件的电连接以为锁提供霍尔效应和/或簧片测量、用于电气化上锁和/或解锁插芯锁的螺线管致动、最小化机械修改、嵌入式磁铁、板载处理和/或链接至中央锁控制系统的通信等。应该理解,含有嵌入式PCB的壳体侧部可以被设置为通用的锁壳体侧部(例如通用的锁壳体盖板),用于安装在不具备电子元件的现有锁设备中。用这种方式,具有较低成本、大体积锁部件的常规非电子锁即可被转化为具有电气监控和致动能力的电气化锁。应该理解,在本发明的一个或更多个实施例中,PCB(Sf)可以被直接固定在包括例如圆柱形锁在内的其他类型的被包容的锁内。在这方面,圆柱形锁内的内表面(例如锁外部的柱面)可以被设有凹陷/引出的凹口用于容纳嵌入式PCB。可选地,圆柱形锁的内表面可以设有用于将PCB固定在锁内的底座。在任一方面,沟槽和PCB都被设置为避开锁内的任何开口和/或工作部件。PCB被固定在沟槽内以使得将常规圆柱形锁从非电气化锁转化为电气化圆柱形锁。例如,电气化的圆柱形锁可以包括开槽的底座、簧片传感器、板载桥式整流螺线管电路、电机电路、集成接地、公用线束连接等。尽管并未背离本发明中的新颖思想,但是该嵌入式PCB还可以被用于各种电子致动的操控设备中,包括但不限于,逃生装置、电气化门锁、闭门器、门自动启闭装置、圆柱形锁、弹子锁、辅助锁和呆锁等。例如,一块或更多块PCB可以被嵌入在逃生装置的轨道内,被嵌入在电气化门锁或闭门器的板内等。另外,该嵌入式PCB可以被用于采用了各种访问用户识别系统的各种电子致动操控设备中,所述访问用户识别系统包括但不限于钥匙、密码、 门卡(例如,锁将会包括用于将门卡直接插入锁内的读取器的槽)、磁性元件、键盘、指纹识别设备、RF卡读取器、遥控器识别系统等。尽管并未背离本发明中将一块或更多块PCB驻留在上锁设备自身内而不是将板嵌入上锁设备壳体侧部内的新颖思想,但是底座或线束仍然可以被固定到上锁设备壳体的内表面。这些底座或线束可以驻留在不会影响各个锁开口或锁的工作部件的位置。该PCB 随即可以被嵌入在驻留于壳体内表面上的底座或线束内,以使PCB驻留在上锁设备壳体自身的内部。可选地,锁内的一个或更多个工作部件可以被机械加工以去除一部分工作部件的厚度,从而防止和/或避免与安装在该壳体侧部内表面上的PCB相接触。尽管已经结合具体的优选实施例详细介绍了本发明,但是很显然的是在上述说明内容的教导下,多种替代方案、修改和变形对于本领域技术人员来说将会是显而易见的。因此应该理解所附权利要求应涵盖了落入本发明真正保护范围和实质内的所有这样的替代方案、修改和变形。
权利要求
1.一种电气化操控设备,包括包含至少一个侧部的壳体,所述侧部具有面向所述壳体内部的内表面; 驻留在所述壳体内部的操控设备;驻留在所述壳体内部的所述至少一个侧部的所述内表面上的沟槽;以及驻留在所述壳体内的所述沟槽内的印刷电路板PCB,所述PCB具有与其相连的、用于使所述操控设备电气化的各种电气元件。
2.如权利要求1所述的电气化操控设备,其中所述操控设备包括由PCB电气化的锁,电气化锁被提供有数字监控和电子致动能力。
3.如权利要求2所述的电气化操控设备,其中所述电气化锁从由插芯锁、球形锁、电控锁、圆柱形锁、弹子锁、辅助锁和呆锁构成的组中选出。
4.如权利要求1所述的电气化操控设备,其中所述操控设备从由逃生装置、电子门锁、 门自动启闭装置和闭门器构成的组中选出。
5.如权利要求1所述的电气化操控设备,其中所述沟槽凹入所述壳体内部的所述至少一个侧部的所述内表面内,所述PCB具有与凹入沟槽的结构相匹配的结构,以使所述PCB被相配地嵌入在所述凹陷沟槽内。
6.如权利要求5所述的电气化操控设备,其中所述嵌入式PCB的暴露面与所述至少一个侧部的表面平齐。
7.如权利要求6所述的电气化操控设备,其中所述嵌入式PCB覆盖的距离大于所述壳体的所述至少一个侧部的所述内表面的表面区域上的对角线距离的50%。
8.如权利要求1所述的电气化操控设备,进一步包括驻留在所述壳体内部的所述至少一个侧部的所述内表面上的多条沟槽; 与所述多条沟槽中每一条的结构相对应的多块PCB,由此所述多块PCB被嵌入到所述壳体内部的所述多条沟槽中的各个沟槽内;以及所述各种电气元件被连接至多块嵌入式PCB用于使所述操控设备电气化。
9.如权利要求1所述的电气化操控设备,其中所述各种电气元件是从由一个或更多个传感器、致动器、表面安装连接件、信号输出设备、加速计、温度传感器、加热元件及其组合构成的组中选出的。
10.一种用于门的电气化操控设备,包括具有第一侧部和第二侧部的壳体,所述第一和第二侧部均具有相应的面向所述壳体内部的内表面;操控设备,其是驻留在所述壳体内部的锁;至少一条凹陷沟槽,驻留在所述壳体的所述第一或第二侧部的所述内表面内; 至少一块印刷电路板PCB,被嵌入在所述壳体的所述第一或第二侧部的所述内表面中的所述凹陷沟槽内;各种电气元件,被连接至所述PCB以使所述锁电气化。
11.如权利要求10所述的电气化操控设备,其中所述各种电气元件为所述电气化锁提供数字监控和电子致动能力。
12.如权利要求10所述的电气化操控设备,其中所述电气化锁是从由插芯锁、球形锁、 圆柱形锁、弹子锁、辅助锁和呆锁构成的组中选出的。
13.如权利要求10所述的电气化操控设备,其中所述至少一块嵌入式PCB包括具有正弦曲线形状的单块PCB,其覆盖的距离大于所述壳体侧部的嵌有所述PCB的所述内表面的表面区域上的对角线距离的50%。
14.如权利要求10所述的电气化操控设备,在所述至少一条凹陷沟槽的暴露面内进一步包括一个或更多个开口,以对所述至少一块PCB的背面进行操作。
15.如权利要求10所述的电气化操控设备,其中所述至少一条凹陷沟槽以及所述至少一块嵌入式PCB具有匹配的结构。
16.如权利要求15所述的电气化操控设备,其中所述至少一条凹陷沟槽以及所述至少一块嵌入式PCB的所述匹配结构避免了影响到所述锁的工作部件和所述壳体内的开口。
17.如权利要求10所述的电气化操控设备,其中所述嵌入式PCB的暴露面与所述壳体侧部的嵌入有所述PCB的所述内表面的暴露面平齐。
18.如权利要求10所述的电气化操控设备,其中所述各种电气元件包括驻留在所述 PCB上并且被设置在所述PCB上不同位置处的一个或更多个传感器,所述不同位置对应于一块或更多块磁铁驻留在所述锁的机械工作部件上的位置,由此使所述一个或更多个传感器感测所述一块或更多块磁铁以检测所述锁的所述机械工作部件的位置。
19.如权利要求18所述的电气化操控设备,其中所述一个或更多个传感器是从由非接触式传感器、模拟传感器、霍尔传感器、电气开关、簧片开关、簧片传感器及其组合构成的组中选出的。
20.如权利要求18所述的电气化操控设备,其中所述一个或更多个传感器中的至少一个被升高远离所述PCB的暴露面,以感测邻近所述壳体相对侧部驻留的所述一块或更多块磁铁。
21.如权利要求10所述的电气化操控设备,其中所述各种电气元件包括不需要磁铁用于触发的驻留在所述PCB上的一个或更多个传感器。
22.如权利要求10所述的电气化操控设备,其中所述各种电气元件包括驻留在所述壳体内并与所述PCB电气通信的致动器。
23.如权利要求22所述的电气化操控设备,其中所述致动器是从由螺线管、电机、有刷直流电机、步进电机、压电电机和形状记忆致动器构成的组中选出的。
24.如权利要求10所述的电气化操控设备,其中所述各种电气元件包括连接至所述 PCB的一种或多种表面安装连接件。
25.如权利要求10所述的电气化操控设备,其中所述各种电气元件包括表面安装至所述PCB表面的一种或多种电气元件,所述电气元件是从由一种或多种传感器、致动器、表面安装连接件、信号输出设备、加速计、温度传感器、加热元件及其组合构成的组中选出的。
26.如权利要求10所述的电气化操控设备,其中所述各种电气元件包括连接至所述 PCB的一种或多种信号输出设备,所述一种或多种信号输出设备将来自所述PCB的各种电气输出信号转化为一个或更多个数字输出信号。
27.如权利要求沈所述的电气化操控设备,其中所述一种或多种信号输出设备是从由控制器板和线束构成的组中选出的。
28.如权利要求10所述的电气化操控设备,进一步包括凹入所述壳体的所述第一或第二侧部中的一个或多个内的多条沟槽;与所述多条凹陷沟槽的结构相对应的多块PCB,各个所述多块PCB被嵌入在所述多条凹陷沟槽中的各个凹陷沟槽内;以及连接至所述多块嵌入式PCB以使所述锁电气化的所述各种电气元件。
29.如权利要求观所述的电气化操控设备,其中所述多块嵌入式PCB单独驻留在所述壳体的所述第一侧部上、单独驻留在所述壳体的所述第二侧部或者驻留在所述壳体的所述第一和第二侧部上,由此使所述多块嵌入式PCB彼此电气通信,以使所述锁电气化。
30.一种制造电气化锁的方法,包括提供具有第一侧部的壳体,所述第一侧部具有面向所述壳体内部的内表面;在所述壳体内部提供机械锁;制造所述壳体的第二侧部,所述第二侧部具有驻留在其表面内的至少一条凹陷沟槽;将具有各种电气元件的至少一块印刷电路板PCB嵌入在所述第二侧部的所述表面内的所述至少一条凹陷沟槽中,所述各种电气元件连接到所述至少一块印刷电路板PCB;并且通过将所述第二侧部连接至所述壳体而将所述机械锁转化为电气化锁,以使具有至少一块所述嵌入式PCB的所述第二侧部的所述表面面向所述壳体的内部。
全文摘要
本发明涉及一种具有嵌入式电路板的上锁设备。具体来说,本发明涉及用于门的电气化操控设备,特别是用于门的电气化锁,在其中具有嵌入式电路,及其制备方法。具有各种电路的一块或更多块印刷电路板(PCB)被固定在封装操控设备特别是门锁的壳体内。一块或更多块PCB可以被嵌入在壳体的内表面上以使嵌入式PCB和锁自身一起驻留在壳体内。一块或更多块嵌入式PCB避免了影响到壳体内锁中的任何工作部件以及驻留在壳体内的任何开口。
文档编号H05K5/02GK102170765SQ20111004285
公开日2011年8月31日 申请日期2011年2月17日 优先权日2010年2月25日
发明者D·J·皮卡德, R·C·亨特, S·B·洛德 申请人:萨金特制造公司

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