一種新型電子機械鎖芯的設計

曹小霞

（中山市基信鎖芯有限公司，廣東中山 528415）

0 引言

中國鎖具歷史久遠，韶文化遺址發現了木鎖，西周出現了青銅鎖，到了東漢已普遍生產、使用金屬鎖。隨著時代進步，人們對于鎖具的需求也開始變化，從最初的傳統金屬鎖向智能鎖、電子鎖轉變[1]。當前，由于市面上的電子鎖多數是在鎖體上加上電子部分，在通電狀態下工作，當出現電池沒電或者停電狀況時，才使用鑰匙開門。故配置的機械鎖芯的結構也都是普通的，很容易打開，防盜性能極差[2]。針對此情況，本文設計了一款將電子部分植入鎖芯內部，將鎖芯的機械部分和電子部分結合起來，同時工作時才能打開門。在外觀上跟普通鎖芯幾乎一樣，但在安全性上有了更大的提高。

1 電子鎖芯的特點

以插芯鎖為例，普通坑型的插芯鎖的組成如圖1所示。

圖1 普通坑型的插芯鎖鎖芯

普通坑型的插芯鎖大多數都是單排的，大部分都不能防挑撥，用簡單的工具就能把鎖打開，防盜性能較差[3]。針對現目前電子鎖的這一弊端，將其電子模塊植入到機械鎖芯中，使電子模塊與機械部分同時發生作用。這種鎖芯具有如下特點：

（1）鎖膽坑型是我們常見的普通坑型；

（2）1排平珠中的大概中間位置的平珠或者靠后位置的平珠設計成T型，采用鐵材質，易于導電；

（3）能適用于各種形狀的坑形，不管是普通鑰匙，電腦鑰匙或是其它鑰匙的鎖芯，都可適用于此種結構；

（4）根據不同的場景判斷是否為正常開啟；

（5）外觀與機械鎖芯一樣，不易被識別；

（6）只需更換1個電子鎖芯，即可實現電子與機械防盜，無需更換門、鎖體。

當用錯誤的鑰匙或者用簡單工具開鎖時，T型平珠和活動珠的接觸，如圖2所示，至少會持續幾秒以上，只要T型平珠和活動珠一接觸，計時器就會開始工作；當接觸時間超過計時器設定的時間后，報警裝置就會開始工作，發出報警聲音，使小偷慌亂，同時也提醒周圍的人，使小偷無法在報警聲音中繼續挑平T型平珠后面的平珠，從而開不了鎖；而平常用正確的鑰匙開鎖時，一般只會用2～3 s就可以開鎖了，不會超過計時器設定的時間限制，所以報警鈴是不會響的。

2 電子鎖芯的原理

通過分析常規的鎖芯的結構形狀以及各部分功能以后，電子鎖芯是在原有普通平珠的結構上，將大概中間位置的或者靠后的平珠設計成由T型平珠和活動珠組成，活動珠與計時器相連接，計時器靠電池供電，耗電量小[4]。

電子鎖芯的開啟原理：用鑰匙將所有彈珠的頂部與鎖膽外圓齊平，就能開鎖。如圖2所示。

圖2 電子鎖芯原理圖

（1）當用非正確鑰匙或者簡單工具時，彈珠會在鑰匙或工具向上的力的作用下，往上移動，從而推動T型平珠向上移動；當移動到與活動珠接觸時，彈珠頂部與鎖膽外圓齊平，這時整個線路就接通了，計時器開始計時。由于T型平珠后面還有平珠2或者更多的平珠沒挑，所以還要繼續挑T型平珠后面的平珠，需要一定的時間；當時間達到計時器的限制時間時，報警鈴就開始報警了，小偷會慌亂，越慌亂越不易挑平，同時報警鈴響也會提醒周圍的人，所以起到防盜的作用[5]。

（2）當用正確鑰匙時，彈珠會在鑰匙向上的力的作用下，往上移動，從而推動T型平珠向上移動；當移動到與活動珠接觸時，彈珠頂部就與鎖膽外圓齊平了，這時整個線路就接通了，計時器開始計時。鑰匙插到位后，停留的時間幾乎不及秒，就會迅速轉動鎖膽，開啟門，整個過程中，T型平珠活動珠接觸的時間只有2～3 s，沒有達到計時器的限制時間，報警器是不會受到信號的，所以報警鈴不會響[6]。

3 電子鎖芯的結構

3.1 T型平珠

電子鎖芯T型平珠材質采用鐵材質，導電性能好。形狀為T型，大頭是在鎖殼，鎖膽珠孔中，大小是根據常規彈珠直徑的設計；小頭是根據鎖殼珠孔的大小設計的，T型珠的內圈中保護中，上下移動，不傾斜。小頭圓弧R為了讓T型平珠與活動珠充分接觸。如圖3所示。

圖3 T型平珠結構圖

圖4 活動珠結構圖

3.2 活動珠

活動珠直徑大小是根據鎖殼珠孔大小來設計，通常設計是凹圓弧內孔，目的是讓T型平珠的圓弧面與活動珠充分接觸；深度0.5 mm，鎖定狀態下T型平珠與活動珠的分離距離是0.3 mm，所以凹圓弧的深度必須大于0.3 mm，才能保證T型平珠與活動珠的接觸部分為0.3 mm。如圖4所示。

3.3 塑料封珠

塑料封珠主起到絕緣不導電作用，中間有個直孔主要為引線用，大小根據線徑設計，保證線在孔中能順暢的上下移動。如圖5所示。

圖5 塑料封珠結構圖

圖6 塑料絕緣套結構

3.4 塑料絕緣套

塑料絕緣套主要起到絕緣不導電作用，中間大孔用于裝活動珠簧，中間小孔用于導向T型珠頭部的上下移動。如圖6所示。

3.5 彈珠

彈珠結構形狀為T型，如圖7所示。

圖7 彈珠結構圖

3.6 鎖膽珠孔

鎖膽珠孔是臺階狀的，保證T型珠與活動的分離距離為0.3 mm。如圖8所示。

圖8 鎖膽珠孔結構圖

3.7 鎖殼珠孔

鎖殼珠孔是臺階的，讓活動珠塑料套不會往下掉，與動珠塑料套是間隙配合。如圖9所示。

3.8 鑰匙

鑰匙的坑型，和打牙都是普通的，沒有任何的特別之處。如圖10所示。

圖10 鑰匙結構圖

4 電子鎖芯的功能

4.1 T型平珠與活動珠接觸狀態

（1）當正確鑰匙插入的過程中，由于鑰匙的每個牙的深度是深淺不一的，所以在還沒插到位的過程中，T型平珠和活動珠會有接觸，但是是斷斷續續的[7]，接觸時間是很短的，幾乎不及秒。

（2）當鑰匙插到位時，T型平珠和活動珠會完全接觸，但是由于插到位后，停留的時間幾乎為0，就會迅速轉動鎖膽，轉動的時間最多也就1～2 s時間就會開啟門；拔掉鑰匙，T型平珠就與活動珠分離，線路斷開，所以報警系統也是不會收到信號的，如圖11所示。

圖11 T型平珠與活動珠接觸圖

（3）如果主人忘了拔鑰匙，超過計時器的限制時間時，報警鈴就會響，這時主人只需按下門內的關掉報警鈴的按鈕即可，起到了提醒主人拔鑰匙的功能。

4.2 T型平珠與活動珠分離狀態

（1）當沒插入鑰匙時，T型平珠和平珠2一部分在鎖膽珠孔中，一部分在鎖殼珠孔中，鎖芯是處于鎖定狀態。

（2）T型平珠與活動珠的分離距離是0.3 mm，之所以設計0.3 mm，是因為常規的彈珠在鎖定狀態下一般是低于鎖膽外圓0.5 mm左右，也就說挑過程中還未挑平T型平珠時，線路就接通了，減小了留給挑平后面的平珠的時間[8]。如圖12所示。

圖12 T型平珠與活動珠分離圖

5 主要技術參數

設計時主要依據的鎖芯行業標準為EN1303標準。電子鎖鎖芯與歐洲EN1303標準中于保密性和安全性相關的參數[4]如表1、表2所示。

6 結束語

本文在鎖芯原有的結構基礎上增加了內部電子部分，結構簡單、制造成本低、集成度高，安全性高，可用于各種鎖具中，可方便地替換現有機械鎖芯，更換成本低，具有較大的市場潛力。同時此鎖芯結合了機械和電子技術，實現了功能的結合，給人們的生活帶來了極大的方便，增加了人們財產的安全性。與高保安的鎖體一起使用，增加了鎖的防盜性。目前還有一些不足之處，例如，鎖殼的珠孔與鎖膽珠孔的同心度要求高，塑料絕緣套的材料要求要有一定硬度，尺寸公差和形位公差較小，但是隨著各種高精度設備的普及和先進加工工藝出現，其加工難度和成本會大大降低，優勢會越來越明顯，競爭力會越來越強。

表1 鑰匙安全性能

表2 抗損壞性能