技術(shù)背景
       電磁門(mén)鎖大多采用電磁鐵加吸附鐵板的結(jié)構(gòu)型式，電磁鐵和吸附鐵板分別裝設(shè)于需要鎖閉的門(mén)框和門(mén)扇上，也稱(chēng)為磁力鎖。其中電磁鐵由電磁線圈和鐵芯組成，當(dāng)電磁線圈通電時(shí)產(chǎn)生電磁吸力，將吸附鐵板吸住，電磁門(mén)鎖鎖閉；當(dāng)電磁線圈斷電時(shí)電磁吸力消失，吸附鐵板可隨意脫離電磁鐵，電磁門(mén)鎖開(kāi)啟。
       此類(lèi)電磁門(mén)鎖具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、工作可靠、特殊（如火警）情況下可統(tǒng)一斷電開(kāi)鎖以確保安全等優(yōu)點(diǎn)，因此在建筑中得到了廣泛地應(yīng)用。據(jù)相關(guān)報(bào)道，目前全國(guó)此類(lèi)門(mén)鎖的年銷(xiāo)量有數(shù)千萬(wàn)把，保修量達(dá)到數(shù)億把。但是，此類(lèi)電磁門(mén)鎖也存在著明顯的缺陷——電磁門(mén)鎖處于鎖閉狀態(tài)時(shí)需保持持續(xù)通電，能量消耗很大。為此很多業(yè)內(nèi)人士對(duì)降低磁力鎖的能量消耗進(jìn)行了有益的探索。

案例分析
案例一
       中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?00510045781.7的《磁鎖》提出的解決方案是：在門(mén)扇和門(mén)框上分別裝設(shè)永久磁鐵和電磁鐵，并且使永久磁鐵的磁極與電磁鐵的銜鐵磁極對(duì)應(yīng)。工作時(shí)：利用永久磁鐵的磁力替代通常的電磁鐵的電磁力吸附銜鐵進(jìn)行鎖閉——鎖閉狀態(tài)下不耗電；根據(jù)“同性相斥、異性相吸”原理，利用電磁鐵產(chǎn)生與永久磁鐵同極性的電磁推力進(jìn)行開(kāi)鎖——開(kāi)鎖時(shí)短暫對(duì)電磁鐵通電。
       該方案較好地解決了功耗問(wèn)題。但也存在以下問(wèn)題。
       一般的永久磁鐵磁力有限，很難滿足安全要求；若使用特殊的強(qiáng)力永久磁鐵，又會(huì)給運(yùn)輸、安裝等帶來(lái)很大的不便。
       一旦發(fā)生電磁鐵線圈短路、開(kāi)路、系統(tǒng)斷電等意外情況時(shí)，門(mén)鎖將無(wú)法打開(kāi)，不符合中華人民共和國(guó)公共安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《樓寓對(duì)講系統(tǒng)及電控防盜門(mén)通用技術(shù)條件》（GA/T72－2005）中的“6.5.1.4電控鎖手動(dòng)開(kāi)啟功能：當(dāng)主、備電源同時(shí)斷電時(shí)，應(yīng)具備能實(shí)施手動(dòng)開(kāi)鎖的功能”的要求，從而可能造成另外的危險(xiǎn)發(fā)生（例如火災(zāi)時(shí)的逃生等）。
案例二
       中國(guó)專(zhuān)利號(hào)為ZL200810040417.5的《一種電磁門(mén)鎖的節(jié)能方法和裝置》提出的解決方案如下。
1、從人們對(duì)電磁門(mén)鎖的實(shí)際需求出發(fā)
       在受到欲非法打開(kāi)門(mén)的情況時(shí)，具有很強(qiáng)的抵抗力以阻止門(mén)被非法打開(kāi)——需要很大的電磁吸力。
       在有合法開(kāi)門(mén)需求時(shí)，門(mén)應(yīng)能輕易被打開(kāi)——不應(yīng)有電磁吸力。
       門(mén)已鎖閉而無(wú)上述二種情況時(shí)，門(mén)只需維持鎖閉狀態(tài)——僅需很小的電磁吸力。
2、應(yīng)用電磁力理論分析
       電磁鐵在未進(jìn)入磁飽和的情況下，其電磁力與電磁線圈的安匝數(shù)成正比，對(duì)于同一個(gè)電磁鐵，其電磁力與通過(guò)該電磁鐵線圈的電流成正比。換句話說(shuō)，電磁力需求越大則所需消耗的電能就越大，反之能耗降低。
       已有的電磁門(mén)鎖為了確保安全性，都將電磁力設(shè)計(jì)得很大，因此能耗也很大。但在實(shí)際使用中，當(dāng)門(mén)鎖處于鎖閉狀態(tài)，若此時(shí)并無(wú)外力欲將其打開(kāi)，那么電磁力的大小對(duì)門(mén)鎖保持鎖閉狀態(tài)所做的貢獻(xiàn)并無(wú)多大差別；如果有外力欲打開(kāi)電磁門(mén)鎖，那么當(dāng)外力小于電磁門(mén)鎖的電磁力時(shí)，門(mén)鎖可保持鎖閉狀態(tài)，反之，當(dāng)外力大于電磁門(mén)鎖的電磁力時(shí)，門(mén)鎖將被強(qiáng)行打開(kāi)，這時(shí)電磁力的大小對(duì)門(mén)鎖的安全性起到了至關(guān)重要的作用。
3、自動(dòng)控制電磁鐵供給電流
       提出了在門(mén)已鎖閉而無(wú)外力欲將其打開(kāi)的的情況時(shí)，減小電磁鐵的供給電流以減小能耗；在門(mén)已鎖閉而有非法外力欲打開(kāi)門(mén)的情況時(shí)，加大電磁鐵的供給電流以滿足安全的要求的方法。提供了一個(gè)利用彈性材料和相關(guān)的位移傳感器或位置開(kāi)關(guān)來(lái)監(jiān)測(cè)非法外力的發(fā)生并對(duì)電磁鐵供給電流進(jìn)行自動(dòng)控制的實(shí)施案例。
       該方案較好地解決了電磁門(mén)鎖安全性和能量消耗的矛盾，在保證電磁門(mén)鎖安全性的前提下大大降低了電磁門(mén)鎖的能量消耗。但也存在以下問(wèn)題：
1、電磁門(mén)鎖的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，安裝調(diào)試精度要求較高；
2、在突發(fā)大力非法開(kāi)門(mén)的情況下，當(dāng)裝置監(jiān)測(cè)到外力并發(fā)出激磁電流增大控制信號(hào)后，由于電磁鐵的電磁常數(shù)較大，電流上升有一時(shí)間延遲，電磁力還沒(méi)來(lái)得及升到最大值時(shí)，門(mén)有可能已被非法打開(kāi)了。
案例三
       中國(guó)專(zhuān)利號(hào)為ZL201320018938.7的《一種節(jié)能型磁力鎖》提出的解決方案的基本原理同案例二，即在無(wú)非法外力欲打開(kāi)門(mén)時(shí)，采用較小的電磁鐵激磁電流，以節(jié)省能源；在有非法外力欲打開(kāi)門(mén)時(shí)，增大電磁鐵的激磁電流，增大電磁力，以提高安全性。但在實(shí)施方法上不同，案例二是利用位移傳感器或位置開(kāi)關(guān)來(lái)監(jiān)測(cè)非法外力，在整個(gè)監(jiān)測(cè)期間吸附鐵板與電磁鐵始終保持緊密吸合；而本案例是利用磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)門(mén)鎖是否已經(jīng)被非法外力打開(kāi)，即在吸附鐵板已經(jīng)離開(kāi)電磁鐵時(shí)才能監(jiān)測(cè)到非法外力，從而再加大電磁鐵的激磁電流，以期能使電磁門(mén)鎖再次鎖閉。
       該方案的優(yōu)點(diǎn)在于可在已有的電磁門(mén)鎖基礎(chǔ)上加裝該裝置。但該方案是利用磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感器對(duì)電磁鐵與吸附銜鐵分離時(shí)的漏磁進(jìn)行監(jiān)測(cè)以取得控制依據(jù)的，故存在以下問(wèn)題。
1、磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感器的安裝位置、安裝精度、監(jiān)測(cè)靈敏度的控制等都很難達(dá)到理想的要求。
2、眾所周知，電磁鐵的電磁力同電磁鐵與吸附銜鐵間隙的平方成反比，即在磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感器監(jiān)測(cè)到電磁鐵與吸附銜鐵分離時(shí)的漏磁時(shí)，電磁鐵與吸附銜鐵之間已經(jīng)有了較大的間隙，此時(shí)即使不考慮電磁鐵的電磁常數(shù)，電磁力也已大大降低，除非非法外力撤銷(xiāo)，否則無(wú)法使門(mén)鎖重新鎖閉。

解決方案
       從以上三個(gè)案例分析，除案例二外，案例一和案例三基本無(wú)實(shí)用價(jià)值，而案例二也存在一定的不足。本文筆者提出“一種節(jié)能型電磁門(mén)鎖”的技術(shù)方案，能集上述三個(gè)案例的優(yōu)點(diǎn)于一身，很好地解決安全與能量消耗的矛盾，并且還能很方便地在已有的電磁門(mén)鎖上改造實(shí)施。
       整個(gè)系統(tǒng)由門(mén)框、門(mén)扇、機(jī)械閉門(mén)器、電磁鐵、吸附鐵板、門(mén)鎖鎖閉探測(cè)器以及人體探測(cè)器、激磁控制裝置等組成。其中門(mén)框、門(mén)扇、機(jī)械閉門(mén)器、電磁鐵、門(mén)鎖鎖閉探測(cè)器、人體探測(cè)器等都是目前常用的形式，吸附鐵板宜采用硬磁材料制成，激磁控制裝置見(jiàn)圖1。其中電磁鐵、門(mén)鎖鎖閉探測(cè)器可為一般市售的組合產(chǎn)品，安裝于門(mén)框上；吸附鐵板安裝于門(mén)扇上；人體探測(cè)器可為市售的紅外微波雙鑒器（也可為其他種類(lèi)的人體探測(cè)器），安裝于門(mén)的外側(cè)，以監(jiān)測(cè)進(jìn)入開(kāi)門(mén)區(qū)域的人員，激磁控制裝置可集成到門(mén)禁開(kāi)門(mén)控制器中。系統(tǒng)的工作過(guò)程描述如下。
關(guān)門(mén)
       在無(wú)人出入時(shí)，門(mén)扇在閉門(mén)器的作用下自動(dòng)關(guān)閉。門(mén)扇完全關(guān)閉后，門(mén)鎖鎖閉探測(cè)器動(dòng)作并向激磁控制器發(fā)出信號(hào)，激磁控制器收到該信號(hào)后控制T1、T3導(dǎo)通，T2、T4截止，電磁鐵L得電，吸住吸附鐵板并對(duì)其充磁。延時(shí)一段時(shí)間后，控制T1～T4全部截止，此時(shí)裝置基本不消耗電能，門(mén)扇依靠閉門(mén)器和吸附鐵板的剩磁維持吸附鐵板與電磁鐵的緊密貼合及門(mén)扇的鎖閉?？刂茣r(shí)序見(jiàn)圖2的I段。
門(mén)外有人靠近時(shí)
       當(dāng)門(mén)外有人靠近時(shí)，人體探測(cè)器動(dòng)作并向激磁控制器發(fā)出信號(hào)，激磁控制器收到該信號(hào)后控制T1、T3導(dǎo)通，T2、T4截止，電磁鐵L得電，使電磁門(mén)鎖的吸附力增強(qiáng)。由于從人體探測(cè)器監(jiān)測(cè)到人員進(jìn)入開(kāi)門(mén)區(qū)域到人員實(shí)施開(kāi)門(mén)動(dòng)作需一小段時(shí)間，而這段時(shí)間足以讓電磁鐵的電磁吸力達(dá)到最大值，因此裝置能有效防止門(mén)扇被非法打開(kāi)；在門(mén)外人員離開(kāi)后，激磁控制器控制T1?T4全部截止，恢復(fù)關(guān)門(mén)后裝置基本不消耗電能的狀態(tài)?？刂茣r(shí)序見(jiàn)圖2的II段。
合法開(kāi)門(mén)
       當(dāng)門(mén)內(nèi)按鈕開(kāi)門(mén)或門(mén)外通過(guò)門(mén)禁開(kāi)門(mén)時(shí)，按鈕開(kāi)門(mén)或門(mén)禁開(kāi)門(mén)的信號(hào)送達(dá)激磁控制器，激磁控制器收到該類(lèi)信號(hào)時(shí)，短暫控制T1、T3截止，T2、T4導(dǎo)通，給電磁鐵L反向通電，使電磁鐵L產(chǎn)生的磁場(chǎng)與吸附鐵板的剩磁形成“同性相斥”作用力，把門(mén)扇推開(kāi)；若吸附鐵板未被推開(kāi)，控制T1、T3和T2、T4交替導(dǎo)通與截止，為電磁鐵提供交變電流，對(duì)吸附鐵板消磁，以使合法人員能方便地出入?？刂茣r(shí)序見(jiàn)圖2的III段。

效益分析
       從以上介紹可知，“一種節(jié)能型電磁門(mén)鎖”能在門(mén)扇正常關(guān)閉情況下，不給電磁鐵供電，以節(jié)約能源；在門(mén)有被非法打開(kāi)的可能時(shí)，提供足夠大的電磁力，以確保安全性。裝置在整個(gè)使用期間，僅在開(kāi)、閉鎖瞬間及門(mén)外人員接近并且門(mén)鎖閉時(shí)才有已有電磁門(mén)鎖的耗電量，其余時(shí)間幾乎不耗電。總的耗電量小于已有電磁門(mén)鎖的10％。若以全國(guó)電磁門(mén)鎖保有量1億把計(jì)算，每把已有電磁門(mén)鎖平均耗電量10W計(jì)算，每年消耗的電量＝10W×24小時(shí)×365天×1億把＝87億6千萬(wàn)度，若全部按本文介紹的技術(shù)方案進(jìn)行改造，則全國(guó)每年可節(jié)約近80億度電！