一种新型电子机械锁芯的设计

曹小霞

（中山市基信锁芯有限公司，广东中山 528415）

0 引言

中国锁具历史久远，韶文化遗址发现了木锁，西周出现了青铜锁，到了东汉已普遍生产、使用金属锁。随着时代进步，人们对于锁具的需求也开始变化，从最初的传统金属锁向智能锁、电子锁转变[1]。当前，由于市面上的电子锁多数是在锁体上加上电子部分，在通电状态下工作，当出现电池没电或者停电状况时，才使用钥匙开门。故配置的机械锁芯的结构也都是普通的，很容易打开，防盗性能极差[2]。针对此情况，本文设计了一款将电子部分植入锁芯内部，将锁芯的机械部分和电子部分结合起来，同时工作时才能打开门。在外观上跟普通锁芯几乎一样，但在安全性上有了更大的提高。

1 电子锁芯的特点

以插芯锁为例，普通坑型的插芯锁的组成如图1所示。

图1 普通坑型的插芯锁锁芯

普通坑型的插芯锁大多数都是单排的，大部分都不能防挑拨，用简单的工具就能把锁打开，防盗性能较差[3]。针对现目前电子锁的这一弊端，将其电子模块植入到机械锁芯中，使电子模块与机械部分同时发生作用。这种锁芯具有如下特点：

（1）锁胆坑型是我们常见的普通坑型；

（2）1排平珠中的大概中间位置的平珠或者靠后位置的平珠设计成T型，采用铁材质，易于导电；

（3）能适用于各种形状的坑形，不管是普通钥匙，电脑钥匙或是其它钥匙的锁芯，都可适用于此种结构；

（4）根据不同的场景判断是否为正常开启；

（5）外观与机械锁芯一样，不易被识别；

（6）只需更换1个电子锁芯，即可实现电子与机械防盗，无需更换门、锁体。

当用错误的钥匙或者用简单工具开锁时，T型平珠和活动珠的接触，如图2所示，至少会持续几秒以上，只要T型平珠和活动珠一接触，计时器就会开始工作；当接触时间超过计时器设定的时间后，报警装置就会开始工作，发出报警声音，使小偷慌乱，同时也提醒周围的人，使小偷无法在报警声音中继续挑平T型平珠后面的平珠，从而开不了锁；而平常用正确的钥匙开锁时，一般只会用2～3 s就可以开锁了，不会超过计时器设定的时间限制，所以报警铃是不会响的。

2 电子锁芯的原理

通过分析常规的锁芯的结构形状以及各部分功能以后，电子锁芯是在原有普通平珠的结构上，将大概中间位置的或者靠后的平珠设计成由T型平珠和活动珠组成，活动珠与计时器相连接，计时器靠电池供电，耗电量小[4]。

电子锁芯的开启原理：用钥匙将所有弹珠的顶部与锁胆外圆齐平，就能开锁。如图2所示。

图2 电子锁芯原理图

（1）当用非正确钥匙或者简单工具时，弹珠会在钥匙或工具向上的力的作用下，往上移动，从而推动T型平珠向上移动；当移动到与活动珠接触时，弹珠顶部与锁胆外圆齐平，这时整个线路就接通了，计时器开始计时。由于T型平珠后面还有平珠2或者更多的平珠没挑，所以还要继续挑T型平珠后面的平珠，需要一定的时间；当时间达到计时器的限制时间时，报警铃就开始报警了，小偷会慌乱，越慌乱越不易挑平，同时报警铃响也会提醒周围的人，所以起到防盗的作用[5]。

（2）当用正确钥匙时，弹珠会在钥匙向上的力的作用下，往上移动，从而推动T型平珠向上移动；当移动到与活动珠接触时，弹珠顶部就与锁胆外圆齐平了，这时整个线路就接通了，计时器开始计时。钥匙插到位后，停留的时间几乎不及秒，就会迅速转动锁胆，开启门，整个过程中，T型平珠活动珠接触的时间只有2～3 s，没有达到计时器的限制时间，报警器是不会受到信号的，所以报警铃不会响[6]。

3 电子锁芯的结构

3.1 T型平珠

电子锁芯T型平珠材质采用铁材质，导电性能好。形状为T型，大头是在锁壳，锁胆珠孔中，大小是根据常规弹珠直径的设计；小头是根据锁壳珠孔的大小设计的，T型珠的内圈中保护中，上下移动，不倾斜。小头圆弧R为了让T型平珠与活动珠充分接触。如图3所示。

图3 T型平珠结构图

图4 活动珠结构图

3.2 活动珠

活动珠直径大小是根据锁壳珠孔大小来设计，通常设计是凹圆弧内孔，目的是让T型平珠的圆弧面与活动珠充分接触；深度0.5 mm，锁定状态下T型平珠与活动珠的分离距离是0.3 mm，所以凹圆弧的深度必须大于0.3 mm，才能保证T型平珠与活动珠的接触部分为0.3 mm。如图4所示。

3.3 塑料封珠

塑料封珠主起到绝缘不导电作用，中间有个直孔主要为引线用，大小根据线径设计，保证线在孔中能顺畅的上下移动。如图5所示。

图5 塑料封珠结构图

图6 塑料绝缘套结构

3.4 塑料绝缘套

塑料绝缘套主要起到绝缘不导电作用，中间大孔用于装活动珠簧，中间小孔用于导向T型珠头部的上下移动。如图6所示。

3.5 弹珠

弹珠结构形状为T型，如图7所示。

图7 弹珠结构图

3.6 锁胆珠孔

锁胆珠孔是台阶状的，保证T型珠与活动的分离距离为0.3 mm。如图8所示。

图8 锁胆珠孔结构图

3.7 锁壳珠孔

锁壳珠孔是台阶的，让活动珠塑料套不会往下掉，与动珠塑料套是间隙配合。如图9所示。

3.8 钥匙

钥匙的坑型，和打牙都是普通的，没有任何的特别之处。如图10所示。

图10 钥匙结构图

4 电子锁芯的功能

4.1 T型平珠与活动珠接触状态

（1）当正确钥匙插入的过程中，由于钥匙的每个牙的深度是深浅不一的，所以在还没插到位的过程中，T型平珠和活动珠会有接触，但是是断断续续的[7]，接触时间是很短的，几乎不及秒。

（2）当钥匙插到位时，T型平珠和活动珠会完全接触，但是由于插到位后，停留的时间几乎为0，就会迅速转动锁胆，转动的时间最多也就1～2 s时间就会开启门；拔掉钥匙，T型平珠就与活动珠分离，线路断开，所以报警系统也是不会收到信号的，如图11所示。

图11 T型平珠与活动珠接触图

（3）如果主人忘了拔钥匙，超过计时器的限制时间时，报警铃就会响，这时主人只需按下门内的关掉报警铃的按钮即可，起到了提醒主人拔钥匙的功能。

4.2 T型平珠与活动珠分离状态

（1）当没插入钥匙时，T型平珠和平珠2一部分在锁胆珠孔中，一部分在锁壳珠孔中，锁芯是处于锁定状态。

（2）T型平珠与活动珠的分离距离是0.3 mm，之所以设计0.3 mm，是因为常规的弹珠在锁定状态下一般是低于锁胆外圆0.5 mm左右，也就说挑过程中还未挑平T型平珠时，线路就接通了，减小了留给挑平后面的平珠的时间[8]。如图12所示。

图12 T型平珠与活动珠分离图

5 主要技术参数

设计时主要依据的锁芯行业标准为EN1303标准。电子锁锁芯与欧洲EN1303标准中于保密性和安全性相关的参数[4]如表1、表2所示。

6 结束语

本文在锁芯原有的结构基础上增加了内部电子部分，结构简单、制造成本低、集成度高，安全性高，可用于各种锁具中，可方便地替换现有机械锁芯，更换成本低，具有较大的市场潜力。同时此锁芯结合了机械和电子技术，实现了功能的结合，给人们的生活带来了极大的方便，增加了人们财产的安全性。与高保安的锁体一起使用，增加了锁的防盗性。目前还有一些不足之处，例如，锁壳的珠孔与锁胆珠孔的同心度要求高，塑料绝缘套的材料要求要有一定硬度，尺寸公差和形位公差较小，但是随着各种高精度设备的普及和先进加工工艺出现，其加工难度和成本会大大降低，优势会越来越明显，竞争力会越来越强。

表1 钥匙安全性能

表2 抗损坏性能