Un algoritmo de sensor Hall 3D desarrollado en Maple produce un diseño de lavadora más eficiente

El Dr. Frank Allmendinger lidera un equipo de proyectos de I+D en Marquardt GmbH, una empresa alemana que desarrolla y produce sistemas conmutados y conmutadores. Durante los últimos tres años su equipo diseño un innovador sensor de carga y desequilibrio tridimensionl, que es utilizado en un nuevo modelo de lavadora de una bien conocida empresa del sector de electrodomésticos de gama blanca.

En la industria, la tendencia es moverse de lavadoras de tambor con capacidad de carga de lavado de 5 kg a tamaños mayores con una capacidad de 7 u 8 kg. Sin embargo, estos grandes tambores todavía se están montando en las carcasas de las lavadoras estándar con un ancho de 60 cm, lo que significa que hay mucho menos espacio libre entre el tambor y su alojamiento. En este caso las colisiones son más probables. Por lo tanto es necesario medir la posición relativa del tambor respecto a la caja, utilizar esta señal para identificar de antemano los impactos del tambor contra la caja, y reaccionar apropiadamante. El sensor de Marquardt se desarrolló para detectar la posición relativa en las tres dimensiones del tambor de la lavadora respecto a la caja.

Lavadora con sensor de desequilibrio: la distancia del tambor a la caja puede ser medida en tres dimensiones.

Imán y ASIC del sensor Hall 3D.
 

El equipo de Marquardt, en estrecha colaboración con el Instituto Fraunhofer de Circuitos Integrados, desarrolló un nuevo circuito integrado específico para aplicación (ASIC) para el sensor Hall 3D que mide las tres componentes del vector del campo magnético de un dipolo. El sistema de medida completo consta de un imán afijo al tambor en la lavadora y el ASIC sensor Hall 3D adherido a la caja. El sensor Hall mide tanto la dirección como la amplitud del campo magnético, determinando el movimiento relativo del imán simultáneamente en las tres dimensiones. Esta información entonces es comunicada al microcontrolador central, que utiliza un algoritmo propietario para determinar cómo controlar el movimiento del tambor.

Para desarrollar el algoritmo, el grupo de Marquardt utilizó Maple™. El Dr. Allmendinger encontró en Maple una herramienta valiosísima, que le permitió trabajar en problemas complejos tales como modelar los campos magnéticos, estimar las tolerancias permitidas pare el imán, y determinar cuándo la inclinación del módulo Sensor-Hall 3D estaba dentro de la pequeñísima tolerancia de aproximadamente dos grados. El algoritmo resultante se tradujo a código C para correr en el controlador.

Simulación de un campo magnetizado en la pared negra de acero de la lavadora.

 

 

 

 

 El Dr. Allmendinger trabajó inicialmente con Maple cuando estudiaba en la universidad. Quedó impresionado de las capacidades de Maple para trabajar con matemática simbólica, de sus potentes herramientas gráficas, su interfaz de documantación técnia y sus funcionalidades de exportación a otros lenguajes (como a C, MATLAB®, y Java™). El Dr. Allmendinger dijo, “Fue muy sencillo trabajar en Maple, incluso con la compleja matemática involucrada. Encontramos realmente fácil entrar y modificar ecuaciones, determinar si tenian una solución, y entonces volver atrás y hacer los cambios necesarios. Encontré la interfaz de usuario de Maple muy fácil de utilizar; especialmente las funcionalidades de exportación y la interoperabilidad con otros programas técnicos que se ha mejorado considerablemente, y ahora es valiosísima para el desarrollo rápido de soluciones.”

El nuevo algoritmo de posicionamiento 3D en el sensor Hall da lugar a varias ventajas. Primero, el montaje es sencillo porque no existe conexión mecánica entre el imán y el sensor. Como que los valores medidos de las tres componentes del campo magnético pueden ser grabados simultáneamente, el sistema del sensor también ofrece la opción de velocidad calculada. En general, el diseño permite que los recursos naturales sean manejados con mayor responsabilidad. El uso del modelado matemático del campo posibilita evitar las técnicas tradicionales de mapeo 3D y utiliza un menor, y más económico, microcontrolador. También, se utilizan menos recursos al crear un imán considerablemente menor.

En la actualidad Marquardt está discutiendo más aplicaciones para su sensor 3D con otros clientes bien conocidos. Estas aplicaciones incluyen monitorización de la posición general en producción regular y tecnología de automatización e interfaces multimedia en la industria de la automoción, como el sistema I-Drive en un automóvil BMW™. La empresa también está considerando un mayor desarrollo de este concepto innovador de sensor, ampliando sus capacidades para determinar no sólo la distancia 3D de un sensor Hall a un imán sino también el ángulo sólido 3D. Para este concepto de sensor será necesario medir el campo magnético en dos posiciones. Este problema involucrará un sistema de ecuaciones de seis dimensiones y Maple también se utilizará en el desarrollo de este proyecto.