技術(shù)背景
       電磁門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)于需要鎖閉的門框和門扇上，也稱為磁力鎖。其中電磁鐵由電磁線圈和鐵芯組成，當電磁線圈通電時產(chǎn)生電磁吸力，將吸附鐵板吸住，電磁門鎖鎖閉；當電磁線圈斷電時電磁吸力消失，吸附鐵板可隨意脫離電磁鐵，電磁門鎖開啟。
       此類電磁門鎖具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、工作可靠、特殊（如火警）情況下可統(tǒng)一斷電開鎖以確保安全等優(yōu)點，因此在建筑中得到了廣泛地應(yīng)用。據(jù)相關(guān)報道，目前全國此類門鎖的年銷量有數(shù)千萬把，保修量達到數(shù)億把。但是，此類電磁門鎖也存在著明顯的缺陷——電磁門鎖處于鎖閉狀態(tài)時需保持持續(xù)通電，能量消耗很大。為此很多業(yè)內(nèi)人士對降低磁力鎖的能量消耗進行了有益的探索。

案例分析
案例一
       中國專利申請?zhí)枮?00510045781.7的《磁鎖》提出的解決方案是：在門扇和門框上分別裝設(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應(yīng)。工作時：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行開鎖——開鎖時短暫對電磁鐵通電。
       該方案較好地解決了功耗問題。但也存在以下問題。
       一般的永久磁鐵磁力有限，很難滿足安全要求；若使用特殊的強力永久磁鐵，又會給運輸、安裝等帶來很大的不便。
       一旦發(fā)生電磁鐵線圈短路、開路、系統(tǒng)斷電等意外情況時，門鎖將無法打開，不符合中華人民共和國公共安全行業(yè)標準《樓寓對講系統(tǒng)及電控防盜門通用技術(shù)條件》（GA/T72－2005）中的“6.5.1.4電控鎖手動開啟功能：當主、備電源同時斷電時，應(yīng)具備能實施手動開鎖的功能”的要求，從而可能造成另外的危險發(fā)生（例如火災(zāi)時的逃生等）。
案例二
       中國專利號為ZL200810040417.5的《一種電磁門鎖的節(jié)能方法和裝置》提出的解決方案如下。
1、從人們對電磁門鎖的實際需求出發(fā)
       在受到欲非法打開門的情況時，具有很強的抵抗力以阻止門被非法打開——需要很大的電磁吸力。
       在有合法開門需求時，門應(yīng)能輕易被打開——不應(yīng)有電磁吸力。
       門已鎖閉而無上述二種情況時，門只需維持鎖閉狀態(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，對于同一個電磁鐵，其電磁力與通過該電磁鐵線圈的電流成正比。換句話說，電磁力需求越大則所需消耗的電能就越大，反之能耗降低。
       已有的電磁門鎖為了確保安全性，都將電磁力設(shè)計得很大，因此能耗也很大。但在實際使用中，當門鎖處于鎖閉狀態(tài)，若此時并無外力欲將其打開，那么電磁力的大小對門鎖保持鎖閉狀態(tài)所做的貢獻并無多大差別；如果有外力欲打開電磁門鎖，那么當外力小于電磁門鎖的電磁力時，門鎖可保持鎖閉狀態(tài)，反之，當外力大于電磁門鎖的電磁力時，門鎖將被強行打開，這時電磁力的大小對門鎖的安全性起到了至關(guān)重要的作用。
3、自動控制電磁鐵供給電流
       提出了在門已鎖閉而無外力欲將其打開的的情況時，減小電磁鐵的供給電流以減小能耗；在門已鎖閉而有非法外力欲打開門的情況時，加大電磁鐵的供給電流以滿足安全的要求的方法。提供了一個利用彈性材料和相關(guān)的位移傳感器或位置開關(guān)來監(jiān)測非法外力的發(fā)生并對電磁鐵供給電流進行自動控制的實施案例。
       該方案較好地解決了電磁門鎖安全性和能量消耗的矛盾，在保證電磁門鎖安全性的前提下大大降低了電磁門鎖的能量消耗。但也存在以下問題：
1、電磁門鎖的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，安裝調(diào)試精度要求較高；
2、在突發(fā)大力非法開門的情況下，當裝置監(jiān)測到外力并發(fā)出激磁電流增大控制信號后，由于電磁鐵的電磁常數(shù)較大，電流上升有一時間延遲，電磁力還沒來得及升到最大值時，門有可能已被非法打開了。
案例三
       中國專利號為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，即在無非法外力欲打開門時，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門時，增大電磁鐵的激磁電流，增大電磁力，以提高安全性。但在實施方法上不同，案例二是利用位移傳感器或位置開關(guān)來監(jiān)測非法外力，在整個監(jiān)測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強度傳感器來監(jiān)測門鎖是否已經(jīng)被非法外力打開，即在吸附鐵板已經(jīng)離開電磁鐵時才能監(jiān)測到非法外力，從而再加大電磁鐵的激磁電流，以期能使電磁門鎖再次鎖閉。
       該方案的優(yōu)點在于可在已有的電磁門鎖基礎(chǔ)上加裝該裝置。但該方案是利用磁場強度傳感器對電磁鐵與吸附銜鐵分離時的漏磁進行監(jiān)測以取得控制依據(jù)的，故存在以下問題。
1、磁場強度傳感器的安裝位置、安裝精度、監(jiān)測靈敏度的控制等都很難達到理想的要求。
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，即在磁場強度傳感器監(jiān)測到電磁鐵與吸附銜鐵分離時的漏磁時，電磁鐵與吸附銜鐵之間已經(jīng)有了較大的間隙，此時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，否則無法使門鎖重新鎖閉。

解決方案
       從以上三個案例分析，除案例二外，案例一和案例三基本無實用價值，而案例二也存在一定的不足。本文筆者提出“一種節(jié)能型電磁門鎖”的技術(shù)方案，能集上述三個案例的優(yōu)點于一身，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鎖上改造實施。
       整個系統(tǒng)由門框、門扇、機械閉門器、電磁鐵、吸附鐵板、門鎖鎖閉探測器以及人體探測器、激磁控制裝置等組成。其中門框、門扇、機械閉門器、電磁鐵、門鎖鎖閉探測器、人體探測器等都是目前常用的形式，吸附鐵板宜采用硬磁材料制成，激磁控制裝置見圖1。其中電磁鐵、門鎖鎖閉探測器可為一般市售的組合產(chǎn)品，安裝于門框上；吸附鐵板安裝于門扇上；人體探測器可為市售的紅外微波雙鑒器（也可為其他種類的人體探測器），安裝于門的外側(cè)，以監(jiān)測進入開門區(qū)域的人員，激磁控制裝置可集成到門禁開門控制器中。系統(tǒng)的工作過程描述如下。
關(guān)門
       在無人出入時，門扇在閉門器的作用下自動關(guān)閉。門扇完全關(guān)閉后，門鎖鎖閉探測器動作并向激磁控制器發(fā)出信號，激磁控制器收到該信號后控制T1、T3導(dǎo)通，T2、T4截止，電磁鐵L得電，吸住吸附鐵板并對其充磁。延時一段時間后，控制T1～T4全部截止，此時裝置基本不消耗電能，門扇依靠閉門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扇的鎖閉?？刂茣r序見圖2的I段。
門外有人靠近時
       當門外有人靠近時，人體探測器動作并向激磁控制器發(fā)出信號，激磁控制器收到該信號后控制T1、T3導(dǎo)通，T2、T4截止，電磁鐵L得電，使電磁門鎖的吸附力增強。由于從人體探測器監(jiān)測到人員進入開門區(qū)域到人員實施開門動作需一小段時間，而這段時間足以讓電磁鐵的電磁吸力達到最大值，因此裝置能有效防止門扇被非法打開；在門外人員離開后，激磁控制器控制T1?T4全部截止，恢復(fù)關(guān)門后裝置基本不消耗電能的狀態(tài)?？刂茣r序見圖2的II段。
合法開門
       當門內(nèi)按鈕開門或門外通過門禁開門時，按鈕開門或門禁開門的信號送達激磁控制器，激磁控制器收到該類信號時，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)生的磁場與吸附鐵板的剩磁形成“同性相斥”作用力，把門扇推開；若吸附鐵板未被推開，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，對吸附鐵板消磁，以使合法人員能方便地出入?？刂茣r序見圖2的III段。

效益分析
       從以上介紹可知，“一種節(jié)能型電磁門鎖”能在門扇正常關(guān)閉情況下，不給電磁鐵供電，以節(jié)約能源；在門有被非法打開的可能時，提供足夠大的電磁力，以確保安全性。裝置在整個使用期間，僅在開、閉鎖瞬間及門外人員接近并且門鎖閉時才有已有電磁門鎖的耗電量，其余時間幾乎不耗電?？偟暮碾娏啃∮谝延须姶砰T鎖的10％。若以全國電磁門鎖保有量1億把計算，每把已有電磁門鎖平均耗電量10W計算，每年消耗的電量＝10W×24小時×365天×1億把＝87億6千萬度，若全部按本文介紹的技術(shù)方案進行改造，則全國每年可節(jié)約近80億度電！