专利名称：电磁锁监视系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电磁锁，具体地说，涉及用于监视电磁锁的锁状态的仪器，更具体地 说，涉及一种使用多个霍尔效应传感器的改进的电磁锁监视系统。
背景技术：
在现有技术中，用于安全门或大门的电磁锁是众所周知的。在典型的装置中，磁敏 性锁舌片安装在门上，电磁铁安装在门框或门柱上。当电磁铁被通电、与锁舌片接触、且门 关闭时，锁舌片成为电磁铁的衔铁。磁流在电磁铁和衔铁之间通过，将衔铁吸引向电磁铁， 从而提供一种用于将门锁到门框上的机械装置。当衔铁和电磁铁连接形成闭合磁路时，磁 通密度达到最大。如果衔铁从电磁铁上分开，磁通量会根据两者间的距离减弱。因此，对于 电磁锁不能完全或适当保证安全的门或试图强制分离衔铁和电磁铁被强制打开的门来说， 一种能检测磁场强度的装置可以被配置为门的警报机构。 在现有技术中，使用基于霍尔效应的锁安全警报系统是众所周知的，其中，垂直于
磁场的电势与磁场强度成比例。现有装置典型地使用一个单一的霍尔效应装置。 上述现有系统中的一个重要问题在于，只有正好接近霍尔效应装置的磁场被实际
监视。因此，衔铁片可能横向偏移电磁铁多达数英寸使锁的总吸持力显著降低，但接近霍尔
效应装置处仍具有相同的磁强度。而且，由于现有技术电磁锁使用典型的E型磁核心，运行
中存在2个相互重叠的磁场，使用一个单一的霍尔效应装置可导致监视到的仅为实际获得
的磁场的一半。 本领域中需要的是，一种改进的霍尔效应锁安全系统，该系统确保电磁锁与衔铁 正确的三维对准和接触。 本发明的一个主要目的在于提高电磁锁将门锁到门框的可靠性。
发明内容
简单描述，本发明涉及的电磁锁监视系统监视机电锁内、当钢衔铁片正确地靠在 电磁铁上时产生的磁场强度。该系统利用多个霍尔效应装置，优选的为2个，霍尔效应装置 的设置使电磁铁的两端和两个磁场都被监视，且引起的监视有效地覆盖电磁铁和衔铁片间 的所有接触表面。 优选的，霍尔效应装置与一个继电器串联连接，并设置在E型电磁核心的中间元 件内的最大磁通密度的点上，在核心的相对末端。如果磁通量降至低于预先设定的极限，继 电器断开，触发一个警报，该警报可以是现有技术中已知的声音的，电子的，和/或可视的 警告。小至0.25英寸的锁错位可以被检测到。
以举例的方式，并参考相关附图描述本发明，其中，
图1为轴测示意图，显示霍尔效应是如何产生的。 图2为关在门框里的门的俯视图，该门被电磁锁锁住，该锁由本发明的电磁监视 系统监视。 图3为沿着图2中3-3线的截面图。
图4为沿着图2中4-4线的截面图。
图5为本发明的霍尔效应电磁锁监视系统的电路图。 图6和图9的视图分别与图2和图4中显示的视图相似，显示了在X方向上锁偏 移时的警报状态。 图7为与图2中显示的视图相似的视图，显示了在Y方向上锁偏移时的警报状态。
图8为与图4中显示的视图相似的视图，显示了在Z方向上锁偏移时的警报状态。
相应的附图标记显示在上述视图的相应部分。此处陈述的实例用于说明本发明优 选的实施例，此实例并不用于以任何方式限定本发明的范围。
具体实施例方式
参考图l，霍尔效应由于导体中的电流的特性产生。电流I由许多小的带电"粒 子"(典型的，但不是必须的，电子)的运动组成。当磁场B出现且与电荷运动不平行时，运 动的电荷受到一种被称为洛仑兹力的力。当该磁场消失后，电荷沿着近乎直的"视线"路径 IO前进。然而，当垂直的磁场B作用时，他们的路径为曲线12，以致运动电荷积累在材料的 一个面14上，留下等量的相反电荷暴露在另一面16上，在该处缺乏可移动的电荷。结果是 通过与"视线"路径10和应用的磁场B均垂直的霍尔元件18的电荷密度的不均匀分布。电 荷分离限定了阻止进一步的电荷迁移的电场，从而只要电荷移动，稳定的电势就可建立。对 于仅有一种带电粒子(电子)的简单的金属来说，霍尔电压VH通过下式得出
「 ，T/ _/跑 =-， 其中，I是通过金属片长度方向的电流，B是磁通密度，d是金属片厚度，e是电子 电荷，n是载流子电子的电荷载体密度。
霍尔系数定义如下
￡K 1 ^ =D ,0/^ '
其中，j是载流子电子的电流密度。
因此，作为测量载流子密度或磁场的方法，霍尔效应非常有用。对磁场强度的敏感
性在本发明中用于监视是否在X， Y和Z方向上磁敏性锁舌片与电磁锁适当对齐。 参考图2-4，本发明涉及一种用于紧靠固定的门框114的安全大门，门或其他关闭
物112(在这里，涉及的地方统一使用"门")的电磁锁系统110的监视系统100。锁110包
括一个电磁铁116，优选地安装在门框114上，和一个衔铁片118，优选地安装在门112上。
由于易于给安装在固定的门框上的电磁铁提供电能，该安装方式是优选的，但是当然，当电磁铁安装在门上(图未示)而衔铁片安装在门框上(图未示)时，发明是等效的。
为确保在两个元件116,118间提供最大的吸持力，必须在所有的三个相互垂直的 方向上达到和维持电磁铁116和衔铁片118间适当的对齐，将于下文详细描述。如前所述， 在现有技术中使用一个单一霍尔效应传感器不能可靠地显示非对齐的不可接受的状况。因 而，依照本发明，多个霍尔效应装置被间隔设置在磁场中，从而使霍尔效应装置中的任何一 个检测到磁场强度低于预先设定的警报水平时，建立警报状态。 霍尔效应传感器，优选为2个，120a， 120b，如图所示优选地设置在电磁铁116的末 端附近，并集中在"E型"磁核心的中间元件116a。在该点，磁通量122被最大地集中，因此 如果衔铁片在核心表面上未对准可提供最明显的通量减少的指示。124处被选择用于在核 心最大通量集中的点上放置霍尔效应装置120a， 120b。 霍尔效应装置120a， 120b与一个控制装置126相连接，其中，装置120a， 120b与下 面所描述的一个继电器串联连接，限定锁监视系统100。当且仅当每个霍尔效应装置附近的 磁场具备足够的强度形成与每个装置相关的一个电路时，继电器才被激活。如果当门112 处于关闭位置时电路没有闭合，错误信号产生。 参考图5，霍尔效应装置，例如Allegro零件号码A3240,获自美国马萨诸塞州伍斯 特市Allegro微系统公司，其操作如下当一个预先设定的低水平磁场出现时，在插脚130a 提供从输入插脚132，(从Vcc 134)，获得的一个正电压；当一个预先设定的高磁场出现时， 提供获自GND插脚136a的一个接近零的输出电压。当一个足够强度的磁场出现时，第一霍 尔效应装置120a在插脚130a提供一个低电压输出，依次提供接地电路给第二霍尔效应装 置120b，然后第二霍尔效应装置120b在其插脚130b提供一个低电压输出，从而为继电器 138提供接地电路。继电器线圈140的另一面维持在电压Vcc，且继电器被供电。在霍尔效 应装置120a，120b中的任一个缺乏足够强度的磁场时，继电器138断电，其输出触点切换。 当继电器138断电时，继电器138的输出触点可被用于通过使用红或绿LEDs提供门被正确 或不正确锁上的可视信号142，或通过蜂鸣器提供听觉信号。 在图2中显示监视系统127与具有电磁体116和衔铁118的机电锁合作。优选的， 衔铁的中部和磁铁的中部成一直线，且衔铁非常接近于磁铁。参考图6-9，衔铁118相对于 磁铁116的位置变化超过确定的参数将启动一个信号，即锁没有产生十足的吸持力。上述 变化可能发生在三个相互垂直的方向X(图6和9，变化极限150) ， Y(图7，变化极限152) 和Z(图8，变化极限154)的任何一个上。 可见，X方向上超限时，霍尔效应装置120a， 120b中的任意一个检测到的磁场达到 了 2个装置的警报极限。Y方向上超限时，装置120a继续体验良好的磁场，但装置120b没 有，从而导致警报状态。Z方向上超限时，电极116c偏移衔铁118，与衔铁118形成不充分 连接，从而减少通过电极116b的总磁通量，导致警报状态。 也应当意识到，电磁铁相对于衔铁的倾翻导致的衔铁相对于电磁铁的面在X， Y或 Z方向的一个或多个方向上的有角度的偏斜可以被该装置检测到。 因此目前公开的实施方式提供了一种积极而可靠的在电磁铁和衔铁片之间三维 方向的任意一个方向上衔铁片位移的信号。额外的霍尔效应装置可以使用在本发明的系统 上，但考虑到相对于由于更多的核心被移除导致的额外磁场损失来说磁场检测能力的极微 提高，通常不使用。
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虽然，本发明已经通过参考多个特别的实施例进行了描述，但应当理解，在本发明 的概念所描述的精神实质和范围内，众多变化也是有可能的。因此，本申请不应局限于被描 述的实施例，而是具有权利要求的文字限定的全部范围。
权利要求
一种用于监视电磁锁的锁定状态的系统，其特征在于，所述系统包括多个间隔设置的霍尔效应传感器，以当所述电磁铁被通电时，所述霍尔效应传感器位于所产生的磁场内。
2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个霍尔效应传感器电连接，以便于当 所述传感器中的任何一个检测到磁场强度低于预先设定的极限时，建立警报状态。
3. 如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括一个与所述多个霍尔效应 传感器串联连接的继电器。
4. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个霍尔效应传感器中的至少一个设 置在所述电磁铁的核心内。
5. 如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述电磁铁核心包括形成E型的3个核心元件。
6. 如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述多个霍尔效应传感器中的至少一个位 于所述3个核心元件的中间核心元件内。
7. 如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述多个霍尔效应传感器的第一和第二霍 尔效应传感器位于所述中间核心元件内的相对的纵向末端附近。
8. 如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一和第二霍尔效应传感器位于所述 中间核心元件内的最大磁通密度区域。
9. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个霍尔效应传感器的数量是2个。
10. —种用于将门与门框锁定的电磁锁系统，其特征在于，所述系统包括a) —个电磁铁，安装于所述门和门框中的一个上；b) —个磁敏性锁舌片，安装于所述门和门框中的另一个上；禾口c) 多个间隔设置的霍尔效应传感器，以当所述电磁铁通电时，所述霍尔效应传感器位 于所产生的磁场内。
11. 如权利要求io所述的电磁锁系统，其特征在于，所述多个霍尔效应传感器的数量是2个。
12. 如权利要求IO所述的电磁锁系统，其特征在于，所述多个霍尔效应传感器电连接， 以便于当所述传感器中的任何一个检测到的磁场强度低于预先设定的极限时，建立警报状 态。
13. 如权利要求IO所述的电磁锁系统，其特征在于，所述电磁铁的一个核心包括形成 E型的3个核心元件，且所述多个霍尔效应传感器的第一和第二霍尔效应传感器位于所述3 个核心元件的中间元件内相对的纵向末端附近。
14. 如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述第一和第二霍尔效应传感器位于所 述中间核心元件内的最大磁通密度区域。
全文摘要
一种电磁锁监视系统，用于监视当钢衔铁片靠在电磁铁上时，机电锁内形成的磁场强度。该系统利用了2个霍尔效应装置，其设置使电磁铁的两端和两个磁场都被监视，且引起的监视有效地覆盖电磁铁和衔铁片间的所有接触表面。优选的，霍尔效应装置串联设置在E型电磁核心的中心元件内的最大磁通密度的点上，在与核心相对的末端。如果磁通量低于预先设定的极限，同样串联的一个继电器断开，触发一个警报，该警报可以是现有技术中已知的声音的，电子的和/或可视的警报。
文档编号E05B47/00GK101770000SQ20091017772
公开日2010年7月7日 申请日期2009年9月15日 优先权日2008年12月30日
发明者乔纳森·金, 罗伯特·C·亨特 申请人:电子防护系统磁锁公司