一种用于检测智能锁具微型直流电机耐久寿命的装置

一种用于检测智能锁具微型直流电机耐久寿命的装置
作者：梁锡钊
来源：《经济技术协作信息》 2018年第18期
随着科技的进步，智能门锁即电子门锁越来越多地在家用市场所普及。

电子门锁其核心部
件是通过电路驱动微型直流电机或者小型电磁铁工作，继而带动执手插销机构或者锁芯传动机构，实现门锁的开启或者上锁功能。

为了保证电子门锁系统的长效待机要求，电路功耗有着严
格的参数限制，而微型直流电机在动态电流方面有较出色的表现，因此在电子门锁产品领域有
广泛的应用。

目前，电子门锁执行的是国家公共安全行业标准GA374-2001《电子防盗锁》和GA701-2007《指纹防盗锁通用技术条件》，对指纹锁及其它电子防盗锁的耐久性要求：在额定的电压和负
载电流下，进行3000 次的锁具启、闭操作，不应有电的器件损坏，也不应有机械零件的损毁
和粘连故障。

近年逐渐向机械防盗锁的使用寿命看齐，一般要求不少于10 万次。

而反观欧美地区，执行的产品标准就更为严格———如欧盟标准EN14846:2008提出的无故障循环寿命级别要达到10 万或者20 万次；北美国家实施的标准就属最严苛等级ANSI/BHMA-
A156.25-2007标准，耐久可靠性至少满足40 万次甚至50 万次的要求。

一、现状分析
微型直流电机的质量水平直接关系着电子门锁的耐久可靠性。

对于电机生产企业而言，他
们在设计时是以“无故障持续运转N 个100 小时”为时间单位参照，对电机的“电刷”和“换向器”进行质量控制要求。

而作为电子门锁厂家，关注的则是电机间歇式工作循环的无故障次数，因为在门锁执行启闭动作时，电机持续转动时间仅有2-3 秒，甚至是几百毫秒，电机频繁
地启停，在“电刷”和“换向器”之间所生产的电火花比持续转动时更明显，对电机零件的损
耗也就更大，前后两者不能直接以时间单位换算的方式求得智能门锁上的电机可靠性数据。

因此，电子门锁厂家需要一种简便且低成本的检测手段对微型直流电机进行来料监控。

按照试验要求，受检测电机将以“正转、停止、反转、停止”的方式循环工作。

控制器电
路原理图如（图1）。

SJ 为“双延时型时间继电器”，ZJ1、ZJ2 是“中间继电器”，KM1、
KM2 是“接触器”。

为了让控制器工作达到设定的耐久次数后自动停机，电路中还特别增加
“数显预置式计数器”JS，鉴于最大的耐久次数达到100 万次，推荐使用6 位式的计数器。

双延时型时间继电器SJ，有一组常开/ 常闭触头，可根据需要，实现触头在继电器通电时按设定
的时间延时吸合，再经历设定时间后断开；又或是通电时，触头先按设定的时间保持吸合后断开，再经过设定的时间后重新吸合，其目的是设定受检测电机在系统通电时的初始状态是通电
转动还是静止待机。

二、检测装置的工作原理
下文是以双延时型时间继电器SJ 使用常闭触头联接电路，按4 个测试工步进行介绍。

首先为了控制电路的安全，接触器KM1、KM2 各有一对常闭触头交叉地串联接入对方的线
圈回路中，实现“互锁”功能，确保二者不能同时得电。

在接通电源总开关后，SJ 触头处于吸合状态，中间继电器1 得电，ZJ1 常开触头吸合，接触器回路接通产生I2，KM1 得电，常开触头KM1a、KM1b 吸合；常闭触头KM1c 断开。

触头KM1a 吸合后，让KM1 回路处于“自锁”状态，
即KM1 线圈通电。

触头KM1b 吸合后，产生I3 中间继电器2 通电，ZJ2a 常开触头吸合，令
ZJ2 保持“自锁”状态。

由于KM1接通，所以受检电机“左端子”接入到直流稳压电源“+”极；电机“右端子”保持联接直流稳压电源“-”极，此时为第①测试工步，电机按正向转动。

第②测试工步：时间继电器的延时断开功能计时完毕，工作触头进入断开状态并同时开始
延时吸合动作的计时。

SJ 触头断开后，中间继电器1 失电，ZJ1 触头维持常开，接触器KM1、KM2 均处于断路状态，KM1 和KM2 的所有触头保持初始状态，受检电机“左端子”和“右端子”一并接入直流稳压电源的“-”极，电机无动作。

由于ZJ2a 仍处于“自锁”，因而使中间继电
器2的ZJ2b、ZJ2c 触头维持翻转状态，为系统的各个继电器的下一步动作做好准备。

第③测试工步：时间继电器的延时吸合功能计时完毕，SJ 触头重新进入吸合状态。

中间继电器1 再次得电，ZJ1 常开触头又再吸合，接触器回路再次接通产生I2。

在上一个测试工步中，ZJ2b 触头处于断开而ZJ2c 触头处于吸合，I2 便流过KM2 支路，KM2 得电，其工作触头KM2a、KM2b、KM2c 状态翻转。

KM2c 触头吸合令接触器KM2 维持“自锁”状态；KM2b 触头对KM1起“互锁作用”；KM2a 常闭触头断开，中间继电器2 失电，ZJ2 相关触头回复初始状态。

由于
KM2 接通，所以受检电机“左端子”保持联接直流稳压电源“-”极；电机“右端子”接入到直流稳压电源“+”极，此时电机将反向转动。

第④测试工步：时间继电器的延时断开功能又再计时完毕，SJ 触头再次进入断开状态，继而中间继电器1 重复第②测试工步的状态，ZJ1 触头维持常开，接触器KM1、KM2 均处于断路
状态；在第③工步中，中间继电器2 已经处于失电状态；所以系统里的中间继电器ZJ1、ZJ2
和接触器KM1、KM2 全部处于初始状态，受检电机端子接入直流稳压电源的状态与之前第②测
试工步相同，此时电机也不转动。

在整个工作循环中，中间继电器2 的常开触头只吸合一次，正好用来计算测试循环的工作
次数，将ZJ2d 触头串接入数显预置式计数器，每完成一个工作循环，计数器就累加1 次，到
达预设次数后，计数器常闭触头断开，整个后方电路停止工作。

三、检测装置所用的电路控制元件
在本项目中，由于被检测电机的工态电流较小(平均电流不超过2A“) 接触器”将由“小
型继电器”代替，材料费用可进一步降低。

电路控制元件明细：①数显循环时间继电器，规格：AC 220V 带循环延时功能，0.1s～99h 延时断开、延时闭合，数量 1 个；②中间继电器，规格：AC 220V 小型继电器_ 带灯，14 脚，4 常开、4 常闭，数量3 个；③中间继电器，规格：AC 220V 小型继电器_ 带灯，8 脚，2 常开、2 常闭，数量1个；④数显电子计数器，规格：AC 220V 6位式，计数频率不低于10 次/ 秒，数量1个；⑤小型断路器2P，规格：DZ47S 开关AC 220V 10A，数量1 个；⑥BVR 1 平方单塑多股电线，数量约3 米，根据需要剪裁分段用于电路元件联接；⑦小型开关电箱，18-20 位，铁壳，带安装导轨，数量1 个(也可以自制外壳)；⑧
稳压电源，输出：DC0～30V ，MAX 5A，根据电机功率选择。

前述继电器，均需配有底座，以方便安装固定；推荐选用带灯型，有明显的指示作用，万一电路出现故障也方便维修人员根据灯
光的亮灭情况判断控制元件是否损坏。

整个控制电路，建议购买现成商品化的铁壳小型开关电
箱(外壳接地)，把所有控制元件安装在内，既美观也省时省力。

四、实际使用效果
该套检测装置经试用验证，可极大地减轻品控测试的工作量，操作方法简单，仅需设定两
个时间参数，且拥有较高的测试效率。

如检测[N20]型电机，设定通电时间0.5s，停电间隙
2.5s，一分钟完成测试循环20 次，一天24 小时不停机，可完成耐久寿命测试约2.88 万次，
基本4 个工作日可出具检测报告，为以往同类测试项目提升近50%的效率，因此，该装置试机
成功后，即被复制出5 台，用于指纹锁电机组件、电子锁体电机组件、智能柜锁电机组件、全
自动锁电机组件的供货测试。

五、结束语
从应用场合来说，其实只要电机工作状态需要正转与反转，都能适用这套检测装置，例如：家用豆浆机、食物料理机、家用洗衣机等。

随着工业控制技术的进步，未来还会有更专业的
“集成式”控制器来实现这种简单的控制要求，届时整套电路将会进一步化简，使用与维护也
将变得更轻松，我们一起拭目以待。

(作者单位：1.江门市智能锁具工程技术中心；2.广东科裕智能科技有限公司)。