Un algoritmo sviluppato da Maple per il sensore 3-D Hall permette un design più efficiente per le lavatrici

Nell’industria, il trend è quello di passare da lavatrici con una capacità del cestello di 5 kg di biancheria a modelli più grandi, con una capacità di 7 o 8 kg. Tuttavia, questi cestelli più grandi sono stati posizionati nella struttura delle lavatrici standard con una larghezza di 60 cm, il che significa che c’è molto meno spazio disponibile tra il cestello e la struttura. Ciò vuol dire che sono molto probabili delle collisioni. È perciò necessario misurare la posizione del cestello in relazione alla struttura, usare questo segnale per identificare a priori possibili impatti del cestello contro il case, e agire di conseguenza. Il sensore Marquardt è stato sviluppato per rilevare nelle tre dimensioni l’esatta posizione del cestello della lavatrice verso il case.

La possibilità di misurare la posizione del cestello dà parecchi altri vantaggi; per esempio, è possibile percepire gli scompensi e rilevare frequenze sonore del sistema meccanico durante il ciclo di centrifuga della macchina. Questi scompensi possono essere ridotti rallentando la velocità di rotazione e distribuendo il peso più uniformemente. Diventa perfino possibile misurare il peso dei vestiti quando vengono posizionati nella lavatrice e suggerire quanto detersivo usare!

Il team Marquardt, in stretta collaborazione con il Fraunhofer Institute for Integrated Circuits, ha sviluppato una nuova applicazione di sensore 3-D Hall specifica integrata nel circuito (ASIC) che misura i tre componenti vettore di un campo magnetico dipolo. Il sistema di misura completo consiste in un magnete affisso al cestello nella lavatrice e in un sensore 3-D Hall ASIC attaccato all’unità di alloggiamento. Il sensore Hall misura sia la direzione che la forza del campo magnetico, determinando simultaneamente il movimento relativo del magnete in tutte e tre le dimensioni. Queste informazioni vengono poi comunicate al microcontrollore di bordo, che utilizza un algoritmo proprietario per determinare come controllare il movimento del cestello.

Per sviluppare l’algoritmo il gruppo Marquardt ha usato MapleTM. Il Dr. Allmendinger ha giudicato Maple un tool prezioso, che gli ha permesso di lavorare su problemi complessi come la modellazione dei campi magnetici, stimando le tolleranze consentite per il magnete, e determinando se l’inclinazione del modulo sensore 3-D-Hall era entro una tolleranza molto piccola di circa due gradi. L’algoritmo risultante è stato tradotto in linguaggio C per poter girare sul controllore.

Il Dr. Allmendinger ha lavorato per la prima volta con Maple mentre studiava all’università. È rimasto colpito dall’abilità di Maple di lavorare con la matematica simbolica, dai suoi potenti strumenti grafici, dalla sua interfaccia di documentazione tecnica, e dalla sua capacità di esportare in altri linguaggi (come C, MATLAB^®, e JavaTM). Il Dr. Allmendinger dice che, “è stato molto semplice lavorare in Maple, anche quando era coinvolta matematica complessa. Abbiamo trovato abbastanza facile entrare e modificare le equazioni, determinare se avessero una soluzione, poi tornare indietro e apportare i cambiamenti necessari. Ho trovato l’interfaccia utente di Maple molto semplice e agevole da utilizzare; specialmente le capacità di esportazione e interoperabilità con gli altri programmi tecnici sono molto miglioriorate, ed è ora prezioso nello sviluppo di una soluzione rapida.”

Il nuovo algoritmo di posizionamento 3D nel sensore Hall produce numerosi vantaggi. Innanzitutto, l’assemblaggio è semplice poiché non ci sono connessioni meccaniche tra il magnete e il sensore. Poiché i valori misurati dei tre componenti del campo magnetico possono essere registrati simultaneamente, il sistema sensore offre anche l’opzione del calcolo della velocità. Complessivamente, il design permette che le risorse naturali vengano gestite con maggior responsabilità.

L’uso di modelli di campo matematico permette di eliminare le tradizionali tecniche di mapping 3D e di utilizzare un microcontrollore più piccolo ed efficace dal punto di vista dei costi. Inoltre, vengono usate meno risorse creando un magnete considerevolmente più piccolo.

Marquardt sta attualmente discutendo ulteriori applicazioni del suo sensore 3D con altri clienti molto noti. Queste applicazioni includono la rilevazione di posizione generale nelle tradizionali tecnologie di produzione e automazione e nelle interfacce multimediali nell’industria automobilistica, come il sistema I-Drive in un’auto BMWTM. L’azienda sta anche considerando ulteriori sviluppi di questo innovativo concetto di sensore, estendendone le capacità fino a determinare non solo la distanza 3D di un sensore Hall da un magnete ma anche l’angolo solido 3D. Per questo concetto di sensore sarà necessario misurare il campo magnetico in due posizioni. Questo problema coinvolgerà un sistema di equazioni a sei dimensioni, e Maple sarà usato anche per lo sviluppo di questo progetto.

SENSOR.jpeg: Il magnete e il sensore 3-D Hall ASIC.
WITH_IMBALANCE_SENSOR.jpeg: lavatrice con un sensore di “scompenso”, la distanza tra il cestello e la struttura può essere misurata in tre dimensioni.
MagnField1.jpeg: simulazione di un campo magnetizzato sul pannello posteriore in acciaio di una lavatrice.