Introducción a los Solenoide de cierre magnético personalizado
Un solenoide de enclavamiento magnético personalizado es un actuador electromecánico que mueve un émbolo o armadura y lo mantiene en una posición determinada sin necesidad de alimentación eléctrica. La tecnología de actuación electromagnética con retención mediante imán permanente resulta muy eficaz para productos que requieren un movimiento lineal fiable con un bajo consumo energético.
La tecnología de cierre magnético encuentra aplicación en cerraduras inteligentes, sistemas de control de acceso, equipos médicos, automatización industrial, armarios electrónicos, dispositivos de medición, máquinas expendedoras, dispositivos de seguridad y dispositivos que funcionan con baterías.
Sin embargo, es posible que los solenoides estándar del catálogo no cumplan con los requisitos de los productos OEM.
Un solenoide de enclavamiento magnético personalizado proporcionará una mejor integración cuando un nuevo producto OEM requiera una carrera, fuerza, voltaje, fuerza de sujeción, forma del émbolo, disposición de montaje, conector y espacio de instalación especiales.
El desarrollo de un solenoide de enclavamiento magnético personalizado requiere una estrecha colaboración entre el departamento de ingeniería del fabricante de equipos originales (OEM) y el fabricante del solenoide. La combinación de aspectos mecánicos, eléctricos, magnéticos y de fabricación debe considerarse desde el inicio del diseño.
La guía incluye todos los pasos del desarrollo de un solenoide de enclavamiento magnético personalizado, desde la especificación y el diseño del prototipo hasta la validación y la producción en masa.
1. ¿Cuándo se necesita un solenoide de enclavamiento magnético personalizado?
En primer lugar, hay que tener en cuenta el solenoide estándar, ya que el uso de diseños prefabricados ayudará a reducir los costes de utillaje, el tiempo de desarrollo y los riesgos del proyecto.
La personalización puede resultar beneficiosa en los casos en que los productos estándar no puedan ofrecer una característica esencial.
Las razones típicas son:
Requiere menos espacio para la instalación.
Requisitos especiales para accidentes cerebrovasculares
Mayor fuerza inicial
fuerza de sujeción específica
Bajo voltaje de funcionamiento
Corriente máxima limitada
Forma especial del émbolo
Diferentes lugares de montaje
Requisitos de bajo ruido
Cables o conectores especiales
requisito de ciclo de vida alto
Presiones Ambientales
Por ejemplo, un fabricante de cerraduras inteligentes OEM dispone de un espacio de 30 × 20 × 18 mm para el actuador y una carrera de 5 mm, y requiere una fuerza de sujeción específica.
El desarrollo de un solenoide de cierre magnético personalizado podría ser más compacto y comercialmente viable que rediseñar toda la cerradura para integrar el componente estándar de mayor tamaño.
La personalización debe realizarse como solución a un problema de ingeniería y no como la creación de un componente único.
2. Comience con una solicitud completa. especificación
La calidad del actuador final depende en gran medida de la calidad de las especificaciones iniciales.
Solicitar algo como:
Necesitamos un solenoide de enclavamiento de 12V.
no es suficiente para el desarrollo de la ingeniería.
La especificación útil debe incluir:
Aplicación: ¿Cuál es la finalidad del solenoide de enclavamiento?
Voltaje: ¿Cuál es el rango de voltaje nominal y real?
¿Cuál es la corriente máxima que pueden suministrar los componentes electrónicos?
Carrera: ¿Hasta dónde llega el émbolo?
Fuerza. ¿Qué fuerza se ejerce en diferentes posiciones?
Fuerza de sujeción: ¿Cuál es la fuerza de sujeción necesaria?
Duración del pulso: ¿Cuánto tiempo podemos activar la bobina?
Frecuencia: ¿Con qué frecuencia se activa el actuador?
Ciclo de vida. ¿Cuántos ciclos debería tener?
Dimensiones: ¿Cuál es el volumen máximo que se puede instalar?
Entorno: ¿Qué temperatura, humedad o vibraciones se esperan?
La aportación de planos, modelos CAD, vídeos de mecanismos e información sobre cargas mejorará significativamente el proceso de diseño.
En función de esta información, el fabricante decidirá si es posible modificar la plataforma existente o si es necesario desarrollar una nueva arquitectura para el solenoide de enclavamiento magnético.
3. ¿Cuál es el recorrido y el movimiento mecánico del solenoide de cierre magnético personalizado?
Uno de los primeros parámetros que los ingenieros deben determinar es la carrera.
El actuador debe tener el recorrido suficiente para que el mecanismo funcione de forma fiable, teniendo en cuenta las tolerancias de fabricación. Sin embargo, un recorrido adicional puede dar como resultado un solenoide más grande y más difícil de optimizar.
Consecuencias de una carrera más larga:
Fuerza inicial
Eficiencia magnética
Dimensiones de la bobina
Longitud del émbolo
Tiempo de respuesta
Demanda de energía eléctrica
Por lo tanto, los ingenieros del fabricante de equipos originales (OEM) deben determinar el recorrido mínimo que requiere el mecanismo.
Si el producto necesita un movimiento de 4 mm, entonces 10 mm solo para proporcionar un margen pueden reducir la eficiencia.
En cambio, los ingenieros deben analizar sistemáticamente las tolerancias mecánicas.
En el desarrollo de un solenoide de enclavamiento magnético personalizado, es necesario analizar tanto el recorrido como el mecanismo.
4. Definir la fuerza en la posición correcta del golpe.
Uno de los aspectos más importantes del diseño de solenoides personalizados es que la fuerza no se puede determinar como un solo número sin tener en cuenta la posición.
El entrehierro magnético cambia a medida que se mueve el émbolo. Esto significa que la fuerza del solenoide también cambia.
Por ejemplo, la especificación de la aplicación podría ser
Posición inicial: 8 N a 2 mm
Carrera media: 12 N, 3 mm
Posición final 20 N con compromiso casi total
Es información más útil que preguntar por "una fuerza de 20 N".
Además, los ingenieros deben tener en cuenta las fuerzas generadas por:
Muelles.
los arañazos
Gravedad
Palancas mecánicas.
Cerrado
Acelerar
Desalineación
Tolerancias de fabricación
El fabricante puede utilizar estos requisitos para optimizar la bobina, el circuito magnético, el émbolo y la geometría.
A continuación, las pruebas de fuerza versus carrera del prototipo verificarán el rendimiento del solenoide de enclavamiento magnético personalizado en el rango de funcionamiento.
5. Calcular la fuerza de sujeción necesaria
La fuerza de sujeción es una de las características importantes de un actuador de enclavamiento.
La fuerza del imán permanente ayudará a mantener el émbolo en la posición requerida una vez que se interrumpa el pulso eléctrico.
La fuerza de sujeción necesaria depende del mecanismo.
Los interruptores internos pequeños pueden requerir menos fuerza de sujeción. Un mecanismo de bloqueo, un pestillo industrial o un dispositivo de seguridad requerirán mucha más fuerza de sujeción.
Los ingenieros de los fabricantes de equipos originales (OEM) deben tener en cuenta lo siguiente:
Carga mecánica del exterior
Muelles de retroceso
Vibraciones
Choque mecánico.
Orientación al producto
tolerancias de la holgura de aire
Temperatura
Ciclo de vida del producto
Una fuerza de sujeción excesiva no siempre es beneficiosa.
Si la fuerza de sujeción es demasiado grande, puede que se necesite más energía eléctrica para desbloquear o invertir el mecanismo.
Por eso, en un solenoide de enclavamiento magnético bien diseñado, siempre existe un equilibrio entre la estabilidad de la sujeción y un rendimiento de conmutación fiable.
6. Seleccione los parámetros de voltaje, corriente y bobina del solenoide de enclavamiento magnético.
El diseño personalizado de la bobina ofrece a los ingenieros de los fabricantes de equipos originales la oportunidad de optimizar el actuador de acuerdo con el sistema eléctrico real.
Los voltajes de funcionamiento típicos son 5 VCC, 6 VCC, 12 VCC y 24 VCC, aunque son posibles otros valores.
El fabricante debe tener en cuenta lo siguiente:
Rango de voltaje de suministro
Resistencia de la bobina.
La corriente máxima
Diámetro del cable
Número de vueltas
Espacio de bobinado disponible
Duración del pulso
Aumento de temperatura
El voltaje mínimo de la batería es especialmente importante para los productos que funcionan con baterías.
Un actuador que funciona a la perfección puede volverse poco fiable al conectarse a una batería nueva, ya que el voltaje de la batería disminuye.
Por eso, el solenoide de enclavamiento magnético debe probarse en el rango real de tensiones de funcionamiento del producto, y no solo en la tensión nominal.
7. Optimizar el circuito magnético permanente
El imán permanente es la clave del mecanismo de cierre.
Pero no basta con cambiar el imán por uno más potente.
Tenemos que optimizar todo el circuito magnético.
Los factores importantes son
Material magnético
Tamaño del imán
Ubicación del imán
Material del pistón
Material básico
Circuito magnético
Espacios aéreos
Holguras mecánicas
Los ingenieros deben equilibrar la fuerza de actuación electromagnética con la fuerza de sujeción magnética permanente.
La variación en el proceso de fabricación también es importante, ya que los cambios en el entrehierro, el material magnético o las dimensiones de las piezas pueden influir en el rendimiento.
Por eso, el solenoide de enclavamiento magnético personalizado está diseñado con las dimensiones ideales para prototipos y las tolerancias reales de la producción en masa.
8. Diseño mecánico del émbolo y la interfaz
El émbolo convierte el movimiento electromagnético en el mecanismo del cliente.
Las posibles opciones de personalización son:
Longitud del eje
Diámetro del eje
Canales
Hilos de cuerda
Superficies planas
Formularios finales
Pin
Topes mecánicos
Funciones de conexión
La interfaz debe transferir la fuerza de forma eficiente, sin cargas laterales excesivas.
Las cargas laterales provocan un aumento de la fricción y del desgaste.
En un mundo ideal, el actuador debería moverse únicamente en la dirección lineal para la que fue diseñado, y cualquier otro movimiento mecánico debería ser proporcionado por una guía o articulación externa.
La interfaz mecánica de un solenoide de enclavamiento magnético también debe diseñarse para permitir una fácil instalación en productos OEM.
Un diseño técnico eficaz, pero complicado de instalar, aumentará el tiempo y el coste de fabricación.
9. Considerar el ruido y el impacto.
El ruido es un parámetro importante para las cerraduras inteligentes, los equipos médicos, los equipos de oficina, los productos para el hogar y los equipos de consumo de alta gama.
A menudo oímos el sonido del solenoide activándose cuando el émbolo golpea el tope mecánico.
Son posibles las siguientes formas de control del ruido:
Optimización de la velocidad del émbolo
Modificación de la geometría del tope
Reducción de la holgura por encima del límite
Incorporación de una amortiguación adecuada
Mejora de la alineación mecánica
Optimización de pulsos eléctricos.
Sin embargo, reducir demasiado el impacto puede impedir que el actuador complete el movimiento de forma fiable.
Por eso, es necesario encontrar un equilibrio entre la reducción del ruido, la fuerza de accionamiento y la fiabilidad del enclavamiento.
Si el ruido es un factor importante para usted, especifique un requisito medible en la especificación de desarrollo del solenoide de enclavamiento magnético personalizado y pruébelo en el ensamblaje final.
10. Crear un prototipo de solenoide de enclavamiento magnético personalizado para su validación.
Una vez finalizado el proceso de revisión de los requisitos técnicos, se podría iniciar el desarrollo del prototipo.
Siempre que sea factible, las primeras muestras deben desarrollarse sobre la base de la plataforma ya existente, en lugar de desarrollar de inmediato todo el equipo de producción.
El proceso de desarrollo de prototipos puede constar de varios pasos:
Especificación de la aplicación → Revisión por los ingenieros → Diseño inicial → Muestra → Pruebas → Modificación → Validación
El fabricante de equipos originales (OEM) debe validar el prototipo en el producto final.
Problemas con: las pruebas de laboratorio por sí solas podrían no revelar
Alineación mecánica • cargas de resorte de
- Vivienda resonante
Limitaciones de la fuente de alimentación.
- Temperatura •
- Espacios libres para el montaje
El equipo también debería averiguar las razones del fallo antes de realizar numerosos cambios.
Un enfoque sistemático para el desarrollo daría como resultado un diseño fiable del solenoide de enclavamiento magnético y evitaría cualquier reingeniería.
11. Verificación y pruebas de ingeniería
Antes de la producción en masa, el actuador debe validarse en condiciones realistas y en el peor de los casos.
Las pruebas podrían incluir:
Prueba de fuerza: prueba de la fuerza de actuación sobre el recorrido requerido.
Prueba de fuerza de sujeción: prueba de la estabilidad del mecanismo de cierre.
Prueba de voltaje: voltaje mínimo, nominal y máximo.
Prueba de pulso. Límites de duración del pulso fiables.
Prueba de temperatura: verificación del funcionamiento dentro del rango de temperatura nominal.
Pruebas de vida útil: poner en marcha el actuador durante el tiempo de vida útil requerido.
Rendimiento acústico: realizar o evaluar el rendimiento acústico de acuerdo con las especificaciones.
Pruebas de vibración: imprescindibles para aplicaciones automotrices, móviles e industriales.
Prueba de aplicación: prueba del actuador en el montaje final.
La validación de un solenoide de enclavamiento magnético debe tener en cuenta las tolerancias de producción siempre que sea posible. Si bien el diseño puede funcionar con componentes prototipo seleccionados manualmente, aún no está listo para la producción en serie.
12. Diseño de fabricación
El actuador personalizado debe diseñarse para funcionar correctamente y fabricarse de forma fiable.
Esto implica que los equipos de ingeniería deben considerar:
- Disponibilidad del material
- Tolerancia de los componentes •
- Bobinado de la bobina
- Tecnologías de ensamblaje
- Instalación del imán
- Calibración del émbolo
- Tecnologías de inspección
- Herramientas necesarias
- Tiempo de producción
- Unos requisitos de tolerancia excesivos podrían conllevar un aumento innecesario de los costes de fabricación.
Por otro lado, unas tolerancias demasiado amplias pueden dar lugar a variaciones inaceptables en la fuerza o en el rendimiento de sujeción.
El diseño para la fabricación es una solución de compromiso práctica.
En programas de gran volumen, incluso pequeñas mejoras en el proceso de ensamblaje reducirían sustancialmente el coste de producción del solenoide de enclavamiento magnético.
13. Herramientas y programa piloto de fabricación
Si el diseño es razonable, podría ser necesario el utillaje de producción.
Dependiendo del diseño del actuador, las herramientas podrían incluir:
Herramientas de estampado
- Moldeo por inyección de la carcasa de plástico
- Soportes para bobinas
- Accesorios de montaje
Plantillas de soldadura
- Calibradores de inspección
- Equipo de prueba funcional
- Se recomienda encarecidamente realizar una prueba piloto antes de la producción a gran escala.
La producción piloto demostraría que el proceso de fabricación podía reproducir de forma consistente el diseño de ingeniería.
El comprador deberá comparar las unidades piloto con las muestras de ingeniería aprobadas y examinar parámetros críticos, como dimensiones, resistencia, fuerza, recorrido y capacidad de sujeción.
Este paso sería útil para detectar problemas de fabricación antes de la producción en masa del solenoide de enclavamiento magnético.
14. Establecer controles de calidad de producción
“Céntrese en las características que influyen en la funcionalidad para lograr la calidad necesaria en la producción en masa.”
Dependiendo del diseño, podrían incluir:
Resistencia de la bobina •
- Dimensiones críticas
Infarto De Miocardio
- Golpe del émbolo
- Rendimiento de actuación
Rendimiento de la tenencia
- Acústico
- Calidad del cable y del conector
Gráficos •
- Calidad de construcción
- No es necesario inspeccionar todas las características con la misma frecuencia ni con la misma precisión.
Los controles más estrictos deben aplicarse a las características que influyen en el funcionamiento del actuador.
Los fabricantes de equipos originales (OEM) también deben discutir con el fabricante la trazabilidad, el control de lotes y los procedimientos para productos no conformes.
Cuando el solenoide de enclavamiento magnético es el componente crítico de un producto más grande, la calidad debe ser constante.
15. Gestión del cambio en ingeniería
Un cambio en el material o en el proceso podría afectar al rendimiento sin necesidad de modificar el número de pieza.
Los cambios más importantes podrían incluir:
- Fabricante de imanes ·
- sustancia magnética
- bobina de alambre
- Materiales del pistón
- Tratamiento de superficies
*Primavera
- Adhesivo.
- Resina plástica
- Proceso de producción
Los compradores OEM deben establecer un proceso para notificar los cambios de ingeniería.
Cualquier cambio que pueda afectar la fuerza de accionamiento, la fuerza de sujeción, la resistencia, las dimensiones o la vida útil debe verificarse antes de su implementación.
Una buena gestión del cambio en ingeniería es tan crucial para el proyecto OEM a largo plazo como la aprobación de las muestras.
16. Evaluar la capacidad del fabricante antes de la producción en masa.
Seleccionar un fabricante de actuadores a medida es mucho más que comparar presupuestos.
Lo que los compradores deben saber:
- Capacidad de ingeniería •
- Experiencia con productos similares
- Capacidades de creación de prototipos
- personalización
- Equipo de prueba
Sistema de calidad
- Capacidad de fabricación
- Fiabilidad de la cadena de suministro
- Gestión del Cambio
- Comunicación
– Tiempo de comercialización
Estructura de costo
* Pregunte al proveedor sobre la transición de su proyecto desde las muestras de ingeniería hasta la producción en volumen.
Un fabricante que sepa diseñar y fabricar podría minimizar las diferencias de rendimiento entre el prototipo y el producto final.
17. Evaluar el costo total del proyecto.
El precio más bajo por componente no es necesariamente la solución de menor coste.
El coste total del proyecto podría incluir:
- Ingeniería de diseño
- Hardware.
- Muestras de prototipado.
Verificación.
- Costo unitario
- Comprobar
- Conoce A
- Inventario de existencias
- Fallos de calidad
Reclamaciones en garantía
- Reemplazable en campo
El uso del actuador de mayor coste, que es más fácil de ensamblar y funciona de forma fiable, podría reducir el coste total del producto.
El solenoide de enclavamiento magnético debe considerarse parte del producto OEM completo y no como un componente independiente adquirido por separado.
18. ¿Qué debe incluir un comprador en una solicitud de cotización?
Detalles de la solicitud de cotización para una cotización más precisa y una mejor comunicación técnica.
Por ejemplo:
Producto: Enclavamiento de actuador magnético personalizado
Aplicación: Cerradura inteligente para armarios
Voltaje: 12 V CC (G)
Corriente máxima disponible: 1.5 A pico
Carrera: 5 mm
Fuerza inicial: 5 mm, 10 N
Fuerza de sujeción requerida: 25 N
Duración del pulso: máx. 200 ms
Temperatura de funcionamiento: -20 ° C a + 60 ° C
Vida útil prevista: 500 000 ciclos
Dimensiones máximas: 32 × 24 × 20 mm
Ruido: Prefiero un nivel de ruido bajo.
Demanda anual: 150,000 unidades.
Producción prevista: tercer trimestre
Incluya, si es posible, dibujos, archivos CAD, datos cargados y fotografías de la aplicación.
Esto permitiría al fabricante evaluar mejor la viabilidad, el coste, las herramientas, el plazo de entrega y los precios de producción.
Resumen: El diseño personalizado de un solenoide de enclavamiento magnético debe ser un proyecto completo de ingeniería electromecánica, no una simple modificación de la bobina y el émbolo.
Los actuadores bien diseñados logran un equilibrio entre la carrera, la fuerza de actuación, la fuerza de sujeción, el voltaje, la corriente, la duración del pulso, las propiedades del imán permanente, la integración mecánica, el ruido, la temperatura y la vida útil.
19. Las consideraciones de fabricación son igualmente importantes.
El actuador debe diseñarse de tal manera que el bobinado de la bobina y los componentes magnéticos, así como las dimensiones del émbolo y el proceso de ensamblaje, puedan controlarse de forma fiable en la producción en serie.
El proceso de desarrollo más eficiente para los compradores OEM es aquel que comienza con la especificación detallada y la colaboración entre el diseñador del producto y el fabricante del solenoide.
A continuación, las muestras prototipo deben someterse a pruebas en el mecanismo real bajo cargas, límites de voltaje y entornos realistas.
La validación del diseño debe completarse durante la fase de ingeniería, y la verificación del diseño debe realizarse durante la producción piloto antes de que comience la producción a gran escala.
Unas buenas especificaciones de aplicación, una validación de ingeniería y un diseño para la fabricación, así como un control de calidad riguroso, podrían ayudar a los fabricantes de equipos originales a diseñar un actuador a medida que proporcione un rendimiento fiable desde el primer prototipo hasta la producción en masa a largo plazo.
20. Solenoides de enclavamiento magnético: Lo que los compradores OEM deben saber – Preguntas frecuentes
1. ¿Qué información necesito para pedir un solenoide de enclavamiento magnético a medida?
Los compradores deben especificar: • Aplicación • Voltaje • disponible actualmente • Carrera requerida • Fuerza en los puntos de impacto adecuados • Requisito de fuerza de sujeción • Duración del pulso • Frecuencia de operación • Vida útil • Dimensiones disponibles • Rango de temperatura • Volumen anual. Puede utilizar planos, archivos CAD y vídeos del mecanismo para evaluar a los proveedores.
2. ¿Cantidad mínima de pedido para un solenoide de cierre magnético personalizado?
La cantidad mínima de pedido (MOQ) depende del nivel de personalización, el proceso de fabricación, los requisitos de utillaje y el proveedor. Puede reducir los requisitos de volumen modificando la plataforma existente en lugar de desarrollar un nuevo diseño. Se recomienda solicitar la MOQ para el prototipo, la producción piloto y la producción en masa por separado.
3. ¿Cuál es el costo de las herramientas personalizadas?
El costo del utillaje depende del diseño. Un proyecto basado en componentes estándar modificados podría no requerir utillaje especial. El estampado personalizado, los componentes de plástico, las carcasas o los procesos de ensamblaje especiales requerirían nuevos moldes, matrices y accesorios. “Pida a los proveedores que desglosen los costos del utillaje del precio unitario para que pueda comparar el costo total del proyecto”.
4. ¿Cuánto tiempo tarda el desarrollo a medida?
El plazo de entrega depende de la complejidad del diseño, las herramientas de muestreo, la disponibilidad de componentes y los requisitos de prueba. Modificar el diseño existente suele ser más rápido que diseñar una estructura magnética completamente nueva desde cero. Solicite al proveedor un cronograma de desarrollo que incluya la revisión de ingeniería, las muestras, las revisiones, la validación, la producción piloto y la producción en masa.
5. ¿Cómo comparar presupuestos de diferentes proveedores?
Recuerde el precio unitario. Verifique que cada cotización se base en el mismo voltaje, fuerza, carrera, fuerza de sujeción, vida útil, materiales, pruebas, volumen anual y requisitos de calidad. Compare también los honorarios de ingeniería, los costos de herramientas, los costos de muestras, los plazos de entrega y las políticas de control de cambios.
6. ¿Qué datos de calidad necesito antes de aprobar la producción en masa?
Los compradores deben buscar los datos relevantes para las características importantes del producto. Esto puede incluir dimensiones, resistencia de la bobina, resultados de pruebas funcionales, fuerza, rendimiento de sujeción, pruebas de aislamiento y resultados de pruebas de vida útil, según el diseño. Las muestras de producción piloto para los proyectos OEM críticos deben evaluarse antes de la aprobación de la producción en volumen.
7. ¿Cómo reducir el coste del solenoide de enclavamiento magnético personalizado?
Si pudiera partir de la plataforma del fabricante existente, sería de gran ayuda. Deben evitarse los recorridos excesivos, los requisitos de fuerza elevados, las tolerancias estrictas y los materiales exóticos cuando no aporten un beneficio claro al producto. El uso de cables, conexiones y sistemas de montaje estándar también podría generar ahorros. Si se analiza el diseño para la fabricación en el momento oportuno, se pueden encontrar ahorros adicionales antes de la fabricación de las herramientas.
8. ¿Cómo seleccionar un buen fabricante de solenoides de enclavamiento magnético?
Evalúe la capacidad de ingeniería además del costo de producción. El buen fabricante debe saber cómo diseñar el circuito magnético, la bobina, las tolerancias mecánicas, las pruebas de fuerza y fuerza de sujeción, las pruebas de vida útil y la producción en volumen. Los compradores también deben considerar la capacidad de respuesta del prototipo, el control de calidad, la capacidad de producción, la gestión del cambio, la comunicación y el largo plazo.
