Projeto de motor de máquina de venda automática: considerações de engenharia

Introdução

Máquinas de venda automática contam com motores elétricos para dispensar produtos, aceitar pagamentos e realizar outras operações mecânicas. O projeto do motor desempenha um papel crucial para garantir confiabilidade, eficiência e operação suave.

1. Critérios de seleção do motor central

Parâmetro	Requisito	Tipo de motor recomendado
Torque	0,5–5 N·m (dependente do produto)	Motor de engrenagem DC / passo a passo
Velocidade	10–100 RPM	Motor DC engrenado
Precisão de posição	±0,1° (para distribuição em espiral)	Passo/Servo
Ciclo de trabalho	Intermitente (5–20 segundos/operação)	Todos (com proteção contra sobrecarga)
Ruído		BLDC/Passo a passo

2. Subsistemas Críticos e Integração Motora

A. Mecanismo de distribuição em espiral

Motor: Passo bipolar (1,8°/passo)

Caixa de velocidades: 20:1 redutor planetário

Controle: Driver de micropasso (256 micropassos/passo)

Sensoriamento: Parada final óptica para homing

B. Sistemas de transportadores/correias

Motor: Motorredutor DC escovado (12V, relação 50:1)

Comentários: Codificador de quadratura (20 PPR)

Circuito de Acionamento: Ponte H + controle PWM

C. Distribuição Baseada em Elevador

Usa um servo ou motor de passo para levantar e soltar produtos.

Exemplo: Máquinas de venda automática de alta capacidade.

D. Seleção e posicionamento do braço robótico

Usa servo motores para seleção precisa do produto.

Exemplo: Máquinas de venda automática avançadas com vários tipos de produtos.

3. Projeto de gerenciamento de energia

Tensão: 12V/24V DC (apoiado por bateria)

Picos atuais:

• Steppers: 1,5× mantendo a corrente durante a aceleração

• Motores DC: 3× proteção contra corrente de parada (fusíveis PTC)

Recursos de economia de energia:

• Stepper: Redução automática de corrente no estado de espera

• BLDC: controle vetorial sem sensor para eficiência de marcha lenta

4. Melhores práticas de projeto mecânico

Material da engrenagem:

• Plástico (POM): Baixo ruído, econômico

• Metal (latão/aço): Para aplicações de alto torque (>3 N·m)

Seleção de rolamento:

• Rolamentos de esferas blindados (IP54) para ambientes empoeirados

Acoplamento do eixo:

• Acoplamentos de aranha flexíveis para absorver desalinhamentos

Gerenciamento Térmico:

• Carcaça do motor: Aletas de alumínio para resfriamento por convecção

5. Arquitetura do Sistema de Controle

[MCU (ARM Cortex-M4)]
│
├── Barramento CAN → Drivers de Motor (Stepper/BLDC)
│ ├── Detecção de Corrente (ACS712)
│ └── Monitoramento de temperatura (NTC)
│
└── GPIO → Drivers de motor CC (DRV8876)
└── Feedback do codificador (LS7366R)

6. Análise e mitigação do modo de falha

Modo de falha	Solução de projeto
Detecção de estol	Monitoramento Back-EMF no BLDC
Desgaste da engrenagem	Engrenagens de nylon com enchimento de vidro + reservatório de lubrificação
Queda de tensão	Buffer do supercapacitor (5–10 segundos)
Entrada de contaminantes	Carcaça do motor selada IP65

7. Conformidade e Padrões

Segurança: UL 1004-1 (Padrão de Motor)

EMC: FCC Parte 15/EN 55032 (Imunidade a ruído)

Energia: DOE Nível VI (para unidades alimentadas por CA)

Dicas de prototipagem

1. Teste de torque: Use a célula de torque para medir o torque de inicialização sob carga máxima do produto.

2. Validação do ciclo de vida: Teste acelerado (50 mil ciclos) com câmara ambiental (-10°C a 50°C).

3. Layout do PCB:

• Separe os traços de potência do motor dos sinais de controle

• Aterramento em estrela para CIs de driver

Conclusão

A escolha do motor certo para uma máquina de venda automática depende de fatores como torque, eficiência, precisão de controle e durabilidade. Os motores de passo são ideais para distribuição precisa, Motoredutores CC para movimento geral e servomotores para automação avançada. A seleção e manutenção adequadas do motor garantem um funcionamento suave e maior vida útil da máquina.