廖海強

（中山市基信鎖芯有限公司，廣東中山 528400）

0 引言

隨著生活水平的提高，家用鎖具也迎來了逐步的換代升級，電子鎖逐漸走入了大眾的視野[1]。電子智能鎖擺脫傳統(tǒng)開鎖方式，使用刷卡、指紋、刷臉、輸入密碼等方式開門，智能鎖安裝好以后只需要錄入指紋、人臉及密碼，家用智能鎖里面的程序會記錄好錄入的數(shù)據(jù)，當有感應到外界有數(shù)據(jù)輸入時，程序會自動比對，如果比對正確則向智能鎖里的電機發(fā)送指令，開啟智能鎖。相比于傳統(tǒng)機械鎖具，智能電子鎖更加地安全和便捷[2]。

智能電子鎖的系統(tǒng)一般是由智能監(jiān)控器和機械鎖具組成，智能監(jiān)控器供給電子鎖具所需的電源并接收其發(fā)送的報警信息和狀態(tài)信息。機械鎖具則作為開鎖動作的具體執(zhí)行單元[2]。在現(xiàn)有的智能電子鎖機械組成中，傳動裝置(電動離合裝置)大都是通過電機和傳動機構來實現(xiàn)的，為了將電機的轉(zhuǎn)動動作轉(zhuǎn)換成開鎖和解鎖的左右運動的動作，需要復雜的傳動機構來實現(xiàn)，并且，對于電機的正反轉(zhuǎn)的時間需要精確控制，不然容易造成傳動機構的損壞；由于很難對電機的正反轉(zhuǎn)時間進行精確的控制，所以如果采用螺桿傳動的話很容易就會傳動過位而形成空轉(zhuǎn)[3]?，F(xiàn)有大部分智能電子鎖鎖芯的傳動裝置的使用壽命都受到了一定影響，對智能電子鎖的廣泛普及使用帶來了巨大地負面影響。

本文在對現(xiàn)有電子鎖裝置研究的基礎上，對離合裝置的機械結構進行了優(yōu)化設計，采用螺桿傳動方式，加入了回位彈簧，有效提高電動離合裝置的穩(wěn)定性和使用壽命。

1 現(xiàn)有解決方案的技術分析

為了解決上述由于控制精度不足造成的螺桿傳動過位導致形成空轉(zhuǎn)的問題，使得智能電子鎖的電機和傳動機構可以精密配合，除了不斷提高電機的控制精度，還可以通過優(yōu)化電子鎖鎖芯離合裝置的機械傳動結構，從結構上實現(xiàn)本質(zhì)安全型產(chǎn)品?，F(xiàn)有技術中也出現(xiàn)了一些能夠解決上述問題的雙彈簧式電子鎖，如文獻[3]中采用的技術方案為：正反轉(zhuǎn)電機固定在電機外殼的安裝容腔內(nèi)；轉(zhuǎn)牙軸的一端與正反轉(zhuǎn)電機的輸出軸固定連接實現(xiàn)連動，如圖1所示；轉(zhuǎn)牙套筒的外徑小于電機外殼的伸出口直徑，轉(zhuǎn)牙套筒通過通孔套設在轉(zhuǎn)牙軸上使得轉(zhuǎn)牙軸上的螺紋一和轉(zhuǎn)牙套筒內(nèi)的螺紋二相互嚙合；內(nèi)轉(zhuǎn)牙彈簧套在轉(zhuǎn)牙軸上，并且內(nèi)轉(zhuǎn)牙彈簧的兩端位于正反轉(zhuǎn)電機和轉(zhuǎn)牙套筒之間；外轉(zhuǎn)牙彈簧套在轉(zhuǎn)牙套筒上，并且外轉(zhuǎn)牙彈簧的兩端位于轉(zhuǎn)牙套筒和電機外殼的內(nèi)壁之間；通過內(nèi)轉(zhuǎn)牙彈簧壓縮后反作用在轉(zhuǎn)牙套筒上，使轉(zhuǎn)牙套筒的螺紋二和轉(zhuǎn)牙軸上的螺紋一反向嚙合，一旦電機反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)牙套筒馬上螺紋傳動向外伸出而不會形成空轉(zhuǎn)，同理，當鎖合時，通過外轉(zhuǎn)牙彈簧壓縮后反作用在轉(zhuǎn)牙套筒上，使轉(zhuǎn)牙套筒的螺紋二和轉(zhuǎn)牙軸上的螺紋一反向嚙合，一旦電機反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)牙套筒馬上螺紋傳動向內(nèi)伸進而不會形成空轉(zhuǎn)。

圖1 某種鎖傳動裝置分解結構立體示意圖

該技術方案雖然通過增加兩個彈簧就解決了傳統(tǒng)螺桿和螺套容易形成空轉(zhuǎn)的難題，使得電子鎖不需要過于精確控制電機正反轉(zhuǎn)的時間，但其存在一些技術問題。

（1）由于螺紋之間始終保持反向嚙合，不管電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)牙軸始終帶動轉(zhuǎn)牙套筒一起轉(zhuǎn)動；但當轉(zhuǎn)牙套筒與鎖內(nèi)其他機構出現(xiàn)機械卡死時，便會導致螺紋之間出現(xiàn)相對空轉(zhuǎn)滑絲等問題，嚴重時還會導致該傳動裝置損壞失效。

（2）該轉(zhuǎn)牙套筒的內(nèi)端面向外延伸有環(huán)形凸緣，外轉(zhuǎn)牙彈簧套在轉(zhuǎn)牙套筒上，并且外轉(zhuǎn)牙彈簧的兩端位于該環(huán)形凸緣和電機外殼的伸出口的內(nèi)端面之間；該結構的加工工藝較為復雜，且轉(zhuǎn)牙套筒的內(nèi)端面向外延伸有環(huán)形凸緣，導致轉(zhuǎn)牙套筒的尺寸變大，無法滿足小型鎖具的要求。

（3）對于本領域的技術人員來說，該傳動裝置結構復雜，特別是電機外殼由上殼體和下殼體相扣連接而成，該傳動裝置無法廣泛應用于所有鎖具中，特別是無法應用于采用彈子鎖鎖殼或葉片鎖鎖殼的電子鎖中。

為了改善上述情況，解決諸如螺紋滑絲、鎖具難以小型化、結構化設計不足等問題，對電子鎖的機械結構進行了重新設計調(diào)整，設計了新型的電子鎖芯的電動離合裝置。

2 智能電子鎖離合裝置

通過對現(xiàn)有技術方案的比較研究，本文所述智能電子鎖離合裝置將使用螺桿傳動，能夠有效簡化鎖具機械結構，避免空轉(zhuǎn)，延長鎖具的使用壽命。

2.1 整體結構設計

為方便整體鎖具的布局，離合裝置采用套筒型設計，如圖2所示，包括外轉(zhuǎn)軸與外轉(zhuǎn)鍵、蝸桿、電機、回位彈簧等部件。

圖2 離合裝置結構示意圖

電子鎖芯的電動離合裝置，包括設置在外轉(zhuǎn)軸上的外轉(zhuǎn)鍵和傳動電機，外轉(zhuǎn)鍵內(nèi)設置有傳動腔，傳動電機的輸出軸連接有伸入傳動腔內(nèi)的蝸桿，蝸桿上套裝有能夠與其螺紋連接的螺帽，蝸桿能夠帶動所述螺帽相對于外轉(zhuǎn)鍵軸向移動；蝸桿上還套裝有分別位于螺帽兩側(cè)的第一回位彈簧和第二回位彈簧，在傳動電機帶動所述蝸桿正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時螺帽壓縮第一回位彈簧，第一回位彈簧推動外轉(zhuǎn)鍵沿螺桿的旋轉(zhuǎn)軸向外側(cè)移動；在傳動電機帶動蝸桿反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)時螺帽壓縮第二回位彈簧，所述第二回位彈簧推動所述外轉(zhuǎn)鍵沿螺桿的旋轉(zhuǎn)軸向內(nèi)側(cè)移動。

2.2 優(yōu)化細節(jié)設計

2.2.1 傳動電機

該裝置的傳動電機選擇DCU10017系列有刷空心杯電機，空心杯電動機屬于直流永磁的伺服控制電動機，響應離合極快，也可以將其歸類為微特電機[5]?？招谋妱訖C具有突出的節(jié)能特性、靈敏方便的控制特性和穩(wěn)定的運行特性，技術先進性十分明顯。作為高效率的能量轉(zhuǎn)換裝置，在很多領域代表了電動機的發(fā)展方向?？招谋妱訖C在結構上突破了傳統(tǒng)電機的轉(zhuǎn)子結構形式，采用的是無鐵心轉(zhuǎn)子，也叫空心杯型轉(zhuǎn)子。這種新穎的轉(zhuǎn)子結構徹底消除了由于鐵心形成渦流而造成的電能損耗。同時其重量和轉(zhuǎn)動慣量大幅降低，從而減少了轉(zhuǎn)子自身的機械能損耗。由于轉(zhuǎn)子的結構變化而使電動機的運轉(zhuǎn)特性得到了極大改善，不但具有突出的節(jié)能特點，更為重要的是具備了鐵心電動機所無法達到的控制和拖動特性。能夠滿足鎖具要求的精密、安全、耐用等特性[5]。而且傳動電機可與現(xiàn)有技術中電子鎖芯的指紋識別器、NFC識別器、密碼識別器等電子鎖的驅(qū)動電路連接?？梢愿鶕?jù)實際情況，滿足各類定制化開鎖方案的需要。

2.2.2 傳動部件

外轉(zhuǎn)軸上設置有位于傳動電機后端的防鉆銷。能夠防止電子鎖的外置識別器被破壞后，不法分子對電動離合裝置進行鉆破，有效提高電子鎖芯的安全性[6]。

如圖3所示，在傳動腔內(nèi)，設置有定位槽，螺帽的外側(cè)外凸形成與定位槽相適應的定位部，在螺帽沿螺桿的旋轉(zhuǎn)軸軸向移動時定位部沿定位槽滑動，螺帽的運動自由度將被嚴格地限制在傳動腔的定位槽內(nèi)，定位部與定位槽的配合使得螺帽只能沿所述螺桿的旋轉(zhuǎn)軸軸向移動，而不能發(fā)生周向轉(zhuǎn)動，對螺帽起到限位作用。防止螺桿發(fā)生打滑和空轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。

圖3 外轉(zhuǎn)軸結構示意圖

圖4 外轉(zhuǎn)鍵結構示意圖

2.2.3 回位彈簧

第一回位彈簧的一端與傳動腔的腔底相抵，另一端抵在螺帽上；傳動腔的腔口設置有能供蝸桿貫穿的回位彈簧擋板，第二回位彈簧的一端與回位彈簧擋板相抵，另一端抵在螺帽上。外轉(zhuǎn)鍵結構如圖4所示。外轉(zhuǎn)鍵內(nèi)設置有傳動腔，傳動電機的輸出軸連接有伸入傳動腔內(nèi)的蝸桿，蝸桿上套裝有能夠與其螺紋連接的螺帽，蝸桿能夠帶動螺帽相對于外轉(zhuǎn)鍵軸向移動；蝸桿上還套裝有分別位于螺帽兩側(cè)的第一回位彈簧和第二回位彈簧，在傳動電機帶動蝸桿正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時螺帽壓縮第一回位彈簧，第一回位彈簧推動外轉(zhuǎn)鍵沿螺桿的旋轉(zhuǎn)軸向外側(cè)移動；在傳動電機帶動蝸桿反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)時螺帽壓縮第二回位彈簧，第二回位彈簧推動外轉(zhuǎn)鍵沿螺桿的旋轉(zhuǎn)軸向內(nèi)側(cè)移動。第一回位彈簧和第二回位彈簧均設置在外轉(zhuǎn)鍵內(nèi)，能夠降低產(chǎn)品空間要求，大大縮小產(chǎn)品尺寸，使得該電動離合裝置更加小巧，便于與各種裝配在各種電子鎖中進行應用。第一回位彈簧的一端與傳動腔的腔底相抵，另一端抵在螺帽上；蝸桿上設置有與螺帽螺紋連接的螺紋部，當螺帽位于螺紋部的外側(cè)時，第一回位彈簧被壓縮的行程大于螺帽移動的行程，此時第一回位彈簧能夠推動螺帽的一側(cè)與蝸桿保持嚙合。傳動腔的腔口設置有能供蝸桿貫穿的回位彈簧擋板，第二回位彈簧的一端與回位彈簧擋板相抵，另一端抵在螺帽上；當螺帽位于螺紋部的內(nèi)側(cè)時，第二回位彈簧被壓縮的行程大于螺帽移動的行程，此時第二回位彈簧能夠推動螺帽的另一側(cè)與蝸桿保持嚙合。

在智能鎖離合裝置的工作過程中，傳動電機帶動螺帽在螺桿內(nèi)軸向移動，使其能夠借助第一回位彈簧或第二回位彈簧的彈性推動外轉(zhuǎn)鍵與內(nèi)轉(zhuǎn)鍵發(fā)生接合聯(lián)動或分離，結構簡單。第一回位彈簧或第二回位彈簧能夠在外轉(zhuǎn)鍵與內(nèi)轉(zhuǎn)鍵出現(xiàn)機械卡死時，起到緩沖作用，防止螺帽與螺桿之間出現(xiàn)相對空轉(zhuǎn)滑絲等問題，設計巧妙，有效提高電動離合裝置的使用壽命。另外，第一回位彈簧和第二回位彈簧能夠促使螺帽與螺桿嚙合，提高工作的穩(wěn)定性。離合裝置側(cè)面剖視圖如圖5所示。

圖5 離合裝置側(cè)面剖視圖

3 結束語

本文在分析現(xiàn)有電子鎖傳動裝置不足之處的基礎上，改進了電子鎖離合裝置的機械結構，可應用于現(xiàn)有技術中多種電子鎖內(nèi)，加入的第一回位彈簧或第二回位彈簧能夠在外轉(zhuǎn)鍵與內(nèi)轉(zhuǎn)鍵出現(xiàn)機械卡死時，起到緩沖作用，防止螺帽與螺桿之間出現(xiàn)相對空轉(zhuǎn)滑絲等問題，設計巧妙，有效提高電動離合裝置的使用壽命。另外，第一回位彈簧和第二回位彈簧能夠促使螺帽與螺桿保持嚙合，提高電動離合裝置的穩(wěn)定性。