магнитомеханический замок (варианты)

Формула изобретения

1. Магнитомеханический замок, содержащий запирающий элемент в виде стержня, установленного с возможностью осевого перемещения вдоль плоскости створки, закрепленный на одном из его концов аксиально намагниченный постоянный магнит, выполненный из немагнитного материала запорный элемент с полостью для размещения этого конца стержня и ферромагнитную вставку, отличающийся тем, что в полости запорного элемента в притопленном относительно ее наружных краев положении расположен вспомогательный стержневой элемент, на обращенном к ферромагнитной вставке торце которого закреплен постоянный магнит, а на противоположном его торце закреплен либо постоянный магнит, либо этот конец стержня полностью или частично выполнен из магнитного материала.

2. Магнитомеханический замок, содержащий запирающий элемент в виде стержня, установленного с возможностью осевого перемещения вдоль плоскости створки, закрепленный на одном из его концов аксиально намагниченный постоянный магнит, выполненный из немагнитного материала запорный элемент с полостью для размещения этого конца стержня и ферромагнитную вставку, отличающийся тем, что с тыльной стороны запорного элемента на одном уровне с основным стержнем и под углом 90 градусов к нему установлен с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль оси дополнительный стержневой элемент и ферромагнитная вставка размещена на обращенном в сторону запираемого помещения его конце и располагается в полости запорного элемента только при закрытой створке, а в средней части этого стержня и на противоположном его конце закреплены постоянные магниты таким образом, что при полностью закрытой створке поверхности полюсов постоянного магнита, расположенного на рабочем конце основного стержня, имеют противоположную с ними полярность и не перекрывают их, а поверхности полюсов второго магнита перпендикулярны оси дополнительного стержня и одна из них, являющаяся торцевой его поверхностью, при указанном положении створки соприкасается или находится в непосредственной близости от специально введенной в конструкцию замка для удержания его в закрытом состоянии второй ферромагнитной вставки, закрепленной неподвижно относительно запорного элемента напротив торца дополнительного стержня.

Описание изобретения к патенту

Группа изобретений относится к области магнитомеханики, а более конкретно к магнитомеханическим запирающим устройствам, и может быть использована для запирания дверей квартир и хозяйственных построек, створок предметов мебели и сейфов, крышек шкатулок и тайников и т.д.

Известен магнитомеханический замок, содержащий запирающий элемент в виде стержня, установленного с возможностью осевого перемещения вдоль плоскости створки, закрепленный на одном из его концов постоянный магнит, выполненный из немагнитного материала запорный элемент с полостью для размещения этого конца стержня и расположенную в этой полости ферромагнитную вставку (RU 14777 U1, 27.08.2000).

Такое устройство замка обладает существенным недостатком, заключающимся в том, что пребывание его в полностью открытом состоянии крайне неустойчиво, так как обеспечивается только за счет сил трения боковой поверхности стержня о конструктивные элементы замка. По этой причине возможны случаи недопустимого по условию нормального функционирования замка выхода из него (из корпуса) запирающего элемента под действием случайных механических воздействий на створку при открытом ее положении, вследствие чего при закрытии створки могут произойти деформация стержня, поломка замка, повреждение лицевой стороны рамы (дверной коробки, стенок мебели и т.д.).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемым вариантам является магнитомеханический замок, содержащий запирающий элемент в виде стержня, установленного с возможностью осевого перемещения вдоль плоскости створки, закрепленный на одном из его концов аксиально постоянный магнит, выполненный из немагнитного материала запорный элемент с полостью для размещения этого конца стержня и расположенную в полости ферромагнитную вставку, при этом имеется средство удержания замка в открытом состоянии при утопленном в корпусе положении стержня, основанное на силе магнитного притяжения между двумя элементами, один из которых закреплен на стержне, а другой - на неподвижном относительно створки элементе замка, т.е. на его корпусе (US 3794366 А, 26.02.1974).

Приведенный магнитомеханический замок недостаточно надежен в работе.

Техническим результатом, достигаемым при реализации предложенных вариантов замка, является повышение его эксплуатационных качеств, увеличение срока службы и расширение области его применения.

Указанный технический результат достигается тем, что в магнитомеханическом замке, содержащем запирающий элемент в виде стержня, установленного с возможностью осевого перемещения вдоль плоскости створки, закрепленный на одном из его концов аксиально намагниченный постоянный магнит, выполненный из немагнитного материала запорный элемент с полостью для размещения этого конца стержня и ферромагнитную вставку, согласно изобретению по первому варианту в полости запорного элемента в притопленном относительно ее наружных краев положении расположен вспомогательный стержневой элемент, на обращенном к ферромагнитной вставке торце которого закреплен постоянный магнит, а на противоположном его торце закреплен либо постоянный магнит, либо этот конец стержня полностью или частично выполнен из магнитного материала.

Согласно изобретению по второму варианту выполнения магнитомеханического замка с тыльной стороны запорного элемента на одном уровне с основным стержнем и под углом 90 градусов к нему установлен с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль оси дополнительный стержневой элемент и ферромагнитная вставка размещена на обращенном в сторону запираемого помещения его конце и располагается в полости запорного элемента только при закрытой створке, а в средней части этого стержня и на противоположном его конце закреплены постоянные магниты таким образом, что при полностью закрытой сворке поверхности полюсов постоянного магнита, расположенного на рабочем конце основного стержня, имеют противоположную с ними полярность и не перекрывают их, а поверхности полюсов второго магнита перпендикулярны оси дополнительного стержня и одна из них, являющаяся торцевой его поверхностью, при указанном положении створки соприкасается или находится в непосредственной близости от специально введенной в конструкцию замка для удержания его в закрытом состоянии второй ферромагнитной вставки, закрепленной неподвижно относительно запорного элемента напротив торца дополнительного стержня.

Сущность изобретений поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен магнитомеханический замок изнутри запираемого помещения; на фиг.2, 3 показано взаимное расположение элементов замка соответственно при открытой и закрытой створке; на фиг. 4-7 представлены положения, последовательно занимаемые в конструкции замка по первому варианту основным и вспомогательным стержнями при переводе из открытого в закрытое положение; на фиг.8-10 показано взаимное расположение конструктивных элементов замка по его второму варианту соответственно при открытой створке, сразу после закрытия ее до упора в раму и непосредственно перед открытием створки.

Магнитомеханический замок выполнен в корпусном исполнении и содержит запирающий элемент в виде основного стержня 1, установленный с возможностью перемещения в отверстии корпуса 2. На лицевой стороне стержня 1 в отверстии закреплен намагниченный вдоль его оси постоянный магнит 3. Торцевые поверхности магнитных полюсов этого магнита расположены перпендикулярно оси стержня 1. Крепление постоянного магнита 3 в теле стержня 1 может быть осуществлено с помощью клея, установкой его в отверстии с гарантированным натягом, завальцовкой или другими способами. Корпус 2 установлен на створке 4 так, что осевая линия выполненного в нем отверстия под стержень 1, а следовательно, и сам стержень 1 расположены параллельно плоскости створки 4. Отверстие в корпусе 2 с тыльной стороны закрыто заглушкой 5, имеющей форму диска, а крепление ее к корпусу 2 обеспечивается теми же средствами, что и крепление постоянного магнита 3 на стержне 1.

Замок по первому его варианту (фиг.1-7) содержит также запорный элемент 6, выполненный из немагнитного материала с ферромагнитной вставкой 7 и закрепленный на торцевой стенке 8 так, что при полностью закрытой створке 4 напротив полости располагается намагниченный конец стержня 1. Корпус 2 замка крепится на створке 4 шурупами 9.

Для надежного удержания замка в открытом состоянии (или стержня 1 внутри корпуса 2) в нем предусмотрено специальное устройство, выполненное в виде двух расположенных друг против друга с тыльной стороны стержня ферромагнитных элементов: постоянного магнита 10, закрепленного на тыльном торце стержня 1 и перемещающегося вместе с ним, и пластины 11, выполненной из магнитомягкого материала и закрепленной на неподвижной относительно корпуса 2 и створки 4 заглушке 5.

Работа замка характеризуется поочередным перемещением стержня 1 между двумя крайними устойчивыми его положениями, одно из которых (исходное положение) он занимает при открытой створке 4 (фиг.2), что соответствует открытому состоянию замка, а другое - соответствующее закрытому состоянию замка - при закрытой створке (фиг.1 и 3).

При открытой створке стержень 1 по всей своей длине располагается в отверстии корпуса 2 и удерживается в нем не только за счет силы трения F_тр его о стенки этого отверстия, но и за счет дополнительной силы F₂ (фиг.2), обусловленной взаимодействием постоянного магнита 10 с пластиной 11. Поскольку расстояние между этими элементами при открытой створке мало и для гарантированного предотвращения выхода стержня за пределы корпуса при возможных в процессе эксплуатации механических воздействиях на створку требуются относительно небольшие усилия, значительно меньшей силы взаимодействия элементов силовой части замка - F₁ (F_1n, F₁ - нормальная и тангенциальная составляющие F₁), размеры и масса закрепленного на стержне 1 постоянного магнита 10 получаются небольшими и его присутствие в конструкции замка не оказывает ощутимого влияния на поведение стержня ни при переводе замка из исходного открытого состояния в закрытое, ни при возвращении его обратно в исходное состояние.

При относительно небольшой толщине стенки 8 и соответственно небольшой глубине полости h_n запорного элемента 6 перевод замка из открытого состояния в закрытое возможен без специально предусмотренных для этого средств (без магнитного ключа). Для перемещения стержня 1 из отверстия в корпусе 2 в полость запорного элемента 6 после закрытия створки в этом случае достаточно силы F₁, действующей на постоянный магнит 3 силовой части замка со стороны ферромагнитной вставки 7 при размещении этого магнита над полостью запорного элемента. Во всех других случаях выполнение этой процедуры требует приложения к стержню дополнительного внешнего усилия со стороны магнитного ключа 12.

Возвращение замка из закрытого в исходное открытое его состояние осуществляется только с помощью магнитного ключа 12 после размещения и соответствующей ориентации его полюсов в зоне чувствительности к ним постоянного магнита 3 и последующего открытия створки 4.

В связи с тем, что направление силового воздействия на стержень 1 со стороны устройства удержания замка в открытом состоянии зависит лишь от взаимного расположения образующих его ферромагнитных тел и практически не зависит от того, на каком из двух отведенных для размещения их мест закреплен каждый из них, все изложенное выше в полной мере справедливо и для замков, в которых постоянный магнит 10 размещен не на стержне 1, а на заглушке 5, а пластина 11 из магнитомягкого материала закреплена на стержне.

Применение магнитомеханических замков, выполненных в соответствии с фиг.1-3, эффективно при толщине стены запираемого объекта до 20-25 мм. При стенках большей толщины применение этих исключительно простых по конструкции и надежных в эксплуатации замков оказывается нецелесообразным из-за значительных размеров, массы и стоимости постоянного магнита 3, закрепленного на рабочем конце стержня 1, и магнитов, входящих в конструкцию магнитного ключа.

Расширить функциональные возможности предлагаемых магнитомеханических замков до уровня, обеспечивающего возможность эффективно использовать их при толщинах стенок запираемых объектов, значительно превышающих указанную выше их толщину (20-25 мм), можно за счет размещения в полости запорного элемента в притопленном относительно ее наружных краев положении вспомогательного стержневого элемента (стержня), на обращенном к ферромагнитной вставке торце которого закреплен постоянный магнит, а на противоположном его конце закреплен либо постоянный магнит, намагниченный встречно постоянному магниту запирающего элемента, либо этот конец вспомогательного стержня полностью или частично выполнен из магнитомягкого материала (см. фиг.4-7).

На фиг.4 показаны положения основного 1 и вспомогательного 13 стержней при открытой створке. Основной стержень по всей своей длине расположен в корпусе 2, а вспомогательный стержень 13 расположен в полости запорного элемента 6 в притопленном относительно ее краев положении. На обращенном к ферромагнитной вставке 7 торце вспомогательного стержня закреплен постоянный магнит 14, а второй конец этого стержня, обращенный в сторону основного стержня 1, в рассматриваемом варианте исполнения замка, как и вся средняя часть этого стержня, целиком выполнен из магнитомягкого материала. Расстояние h_n между торцом этого конца вспомогательного стержня и наружными краями полости запорного устройства равно требуемой для надежного запирания створки глубине погружения рабочего конца стержня 1 в полость запорного устройства 6. Ход стержня S (фиг.5) больше глубины погружения его в полость на длину технологического зазора (S=h_п+_т).

На фиг.5 показано положение стержней 1 и 13 в конструкции замка при закрытой створке 4, но не до упора внутренней ее поверхности о торец стенки 8, а только до такого его положения, при котором торец основного стержня полностью располагается напротив полости запорного элемента на расстоянии S=h_п+_т от нее.

Положение стержня 1 в корпусе 2 при этом остается тем же, что и в исходном положении. При таком взаимном расположении стержней на каждый из них действует сила взаимного притяжения - F₁’. Перемещению стержня 13 в сторону стержня 1 препятствует сила F₃ притяжения магнита 14 к ферромагнитной вставке 7, а перемещению стержня 1 в сторону стержня 13 -сила трения F_тр этого стержня о стенки отверстия в корпусе 2 и сила F₂ притяжения его к пластине 11. Геометрия, размеры и свойства ферромагнитных материалов стержней выбираются с таким расчетом, чтобы сила F₁’ была больше F_тp+F₂, а сила F₃ больше F₁’. При выполнении этого условия рабочий конец стержня 1 втягивается в полость запорного элемента 6 на глубину h_п (фиг.6), обеспечивая запирание створки 4. Замок переходит с этого момента в закрытое состояние, а стержни 1 и 13, начиная с него, при любом внешнем направленном вдоль оси силовом воздействии на них ведут себя как целостный стержень, осевая длина которого равна сумме длин составляющих его стержней.

На фиг.7 показано положение этого стержня на промежуточном этапе перевода замка из закрытого состояния в открытое после введения в зону чувствительности замка магнитного ключа при закрытой створке. Положение стержней 1 и 13 характеризуется тем, что стержень 1 занимает свое исходное положение, а стержень 13 вытеснен из полости запорного устройства на расстояние, равное ходу S основного стержня.

На заключительном этапе перевода замка в открытое состояние, который начинается с момента открытия створки 4, стержень 1, не изменяя своего положения в перемещающемся вместе со створкой корпусе 2, смещается относительно вспомогательного стержня 13 в поперечном направлении и при выходе торца этого стержня за пределы контура полости он полностью освобождается от механического контакта с вспомогательным стержнем, а при полностью открытой створке 4 практически утрачивает и магнитную связь с ним. Ослабление силы магнитного взаимодействия между основным и вспомогательным стержнями по мере удаления их друг от друга приводит к нарушению баланса сил, действующих на вспомогательный стержень (сила F₃ становится больше силы F₁’), и при выводе магнитного ключа 12 из зоны чувствительности замка этот стержень возвращается в исходное свое положение (фиг.4).

Для того чтобы исключить возможность выпадания вспомогательного стержня из полости запорного элемента при открытой створке под действием магнитного ключа и одновременно обеспечить гарантированное возвращение этого стержня в исходное положение, в замке обязательно должен быть предусмотрен ограничитель хода вспомогательного стержня по типу, например, ограничителя хода основного стержня (фиг.1).

Область применения показанных на фиг.1-7 замков ограничена теми объектами запирания, створки которых прилегают к боковым их стенкам. При этом при переводе запирающего элемента (основного стержня) из одного устойчивого его положения в другое магнитный ключ располагается перед соприкасающейся со створкой боковой стенкой объекта и обращен активной своей поверхностью к торцу основного стержня.

Для обеспечения возможности управления предлагаемыми магнитомеханическими замками с наружной стороны створки, что осуществимо лишь при размещении активной поверхности ключа перпендикулярно торцевой (активной) поверхности основного стержня, предлагается с тыльной стороны запорного элемента на одном уровне с основным стержнем и под углом 90 к нему установить с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль оси дополнительный стержневой элемент (стержень) и на обращенном в сторону запираемого помещения конце его закрепить ферромагнитную вставку, переместив ее на это место с неподвижного относительно корпуса запорного элемента места крепления ее в варианте замка согласно фиг.1-7. Для обеспечения нормального функционирования замков при указанном размещении в них ферромагнитной вставки она обязательно должна быть расположена в полости запорного элемента только при закрытой створке.

Для решения той же задачи по второму варианту замка в средней части дополнительного стержня и на противоположном его конце предлагается закрепить постоянные магниты, причем таким образом, чтобы при полностью закрытой створке поверхности полюсов постоянного магнита, расположенного в средней части стержня, были параллельны поверхностям полюсов постоянного магнита, расположенного на рабочем конце основного стержня, имели противоположную с ними полярность и не перекрывали их. Поверхности полюсов второго магнита при этом должны быть перпендикулярны оси дополнительного стержня и перед одной из этих поверхностей, являющейся торцевой поверхностью этого стержня, обязательно должна быть расположена закрепленная неподвижно относительно запорного элемента ферромагнитная вставка (дополнительная вставка) (см. фиг.8-10).

На фиг.8-10 показано взаимное расположение конструктивных элементов замка соответственно при открытой створке 4, сразу после закрытия ее до упора в закрепленную в стенке 15 раму 16 и непосредственно перед открытием створки. Замок показан в варианте без вспомогательного стержня, что соответствует выполнению его согласно фиг.1-3.

Замок содержит силовую и управляющую части. Силовая его часть включает в себя основной стержень 1, перемещающийся в корпусе 2 параллельно плоскости створки 4 вместе с закрепленным на его рабочем конце постоянным магнитом 3, и запорный элемент в виде установленного на раме 16 пустотелого корпуса 17. Для надежного удержания стержня 1 в корпусе 2 при открытой створке 4 силовая часть замка снабжена ферромагнитными элементами 10 и 11.

Управляющей частью замка является размещенный в немагнитном корпусе 18 на одном уровне с основным стержнем 1 и под углом 90° к нему дополнительный стержень 19, также выполненный из немагнитного материала и имеющий только одну степень свободы перемещения - вдоль собственной оси. Исключение возможности поворота этого стержня вокруг оси достигается либо за счет соответствующего выбора формы поперечных сечений стержня и корпуса 18 (например, за счет выполнения их прямоугольной формы), либо другими известными способами.

На обращенном в сторону запираемого помещения конце дополнительного стержня размещена ферромагнитная вставка 20. Место размещения ее на стержне 19 выбирается с таким расчетом, чтобы при закрытой створке 4 и отсутствии магнитного ключа в зоне чувствительности к нему замка она обязательно располагалась в нижней части полости запорного элемента (в дальнейшем просто в полости запорного элемента). В средней части стержня 19 и на противоположном его конце закреплены постоянные магниты 21 и 22 таким образом, что при сформулированном выше условии поверхности полюсов постоянного магнита 17, расположенного в средней части стержня 19, параллельны поверхностям полюсов постоянного магнита 3, расположенного на рабочем конце основного стержня 1, имеют противоположную с ними полярность (М.Д.С. магнитов 21 и 3 направлены встречно) и не перекрывают их (фиг.9). Поверхности полюсов второго магнита (магнита 22) при этом перпендикулярны оси дополнительного стержня, а одна из этих поверхностей, являющаяся торцевой поверхностью стержня 19, соприкасается (может не соприкасаться, а находиться вблизи) со специально введенной в конструкцию замка для удержания его в закрытом состоянии второй для него ферромагнитной вставкой 23, закрепленной на раме 16 (неподвижно относительно запорного элемента) напротив торца дополнительного стержня. Для ограничения хода S₁ этого стержня в корпусе 18 запрессован штифт 24.

Работа этого замка так же, как и работа рассмотренных выше его вариантов, характеризуется перемещением запирающего элемента 1 между двумя крайними устойчивыми его положениями, соответствующими открытому и закрытому состоянию замка.

При открытой створке 4 (фиг.8) основной стержень 1 по всей своей длине расположен в корпусе 2. Дополнительный стержень 19 занимает при этом прилегающую к основанию внутреннюю полость корпуса 18 и удерживается в таком положении силой магнитного притяжения, действующей на постоянный магнит 22, следовательно, и на сам стержень со стороны дополнительной ферромагнитной вставки 23.

Перевод замка из этого открытого его состояния в закрытое происходит при закрытии створки. Для гарантированного осуществления этой процедуры желательно ввести в зону чувствительности замка магнитный ключ 12 (фиг.9) и расположить поверхности его полюсов в этой зоне таким образом, чтобы сила их взаимодействия с магнитом 22 была направлена согласно с силой взаимодействия его с ферромагнитной вставкой 23.

При этих условиях во время закрытия створки 4 дополнительный стержень 19 надежно удерживается в исходном, показанном на фиг.8 и 9, своем положении и при размещении основного стержня 1 над полостью запорного элемента 17 он под действием силы притяжения постоянного магнита 3 к ферромагнитной вставке 20 втягивается в эту полость и занимает в ней показанное на фиг.9 положение. Процедура перевода замка в закрытое положение на этом завершается. Магнитный ключ 12 может быть выведен из зоны чувствительности к нему замка.

Для возвращения запирающего элемента замка (стержня 1) в исходное положение, соответствующее открытому состоянию замка, в зону чувствительности его вносится магнитный ключ с такой ориентацией его полюсов относительно полюсов постоянного магнита 22, при которой направление силы взаимодействия его с этим магнитом меняется на противоположное. Под действием этой силы стержень 19, преодолевая силу притяжения постоянного магнита 22 дополнительной вставкой 23 и силу трения стержня о внутренние боковые стенки корпуса 18, перемещается в сторону запираемого помещения до упора об ограничительный штифт 24. Основной стержень 1 при этом под действием силы взаимодействия закрепленного на рабочем его конце постоянного магнита 3 с постоянным магнитом 21, расположенным в средней части дополнительного стержня, и силы притяжения ферромагнитных элементов 10 и 11 вдавливается внутрь корпуса 2 и занимает в нем исходное положение (фиг.10), освобождая створку от препятствующей ее открытию механической связи с неподвижной рамой 16. После открытия створки 4 и выведения ключа 12 из зоны чувствительности к нему замка дополнительный стержень 19 под действием силы притяжения его к дополнительной ферромагнитной вставке 23 возвращается в исходное, показанное на фиг.8 и 9, положение.