Quadratur Encoder-Motor-Modifikation

[atzensepp]

Inzwischen habe ich mehrere Encoder-Motoren mit einem zweiten Hall-Sensor ausgestattet um ein Quadratur-Signal zu bekommen.
Für den mutigen Recken hier eine Anleitung. Der Mod ist m.E. relativ unkritisch aber etwas fummelig und auch reversibel. Aber die Anleitung ist ohne Gewähr.

Schritt 1:
Zuerst muss der Motor vorsichtig geöffnet werden

Encoder-Motor geöffnet

Motor-Mod1.jpg (734.45 KiB) 4616 mal betrachtet

Schritt 2:
Komplett ausgebaut mit Beschriftung für die Signale:

Encoder-Motor Platine

Motor-Mod2b.png (1 MiB) 4616 mal betrachtet

Schritt 3:
Der Digitale Hall-Sensor

Digital Hall-Sensor

Motor-Mod3.jpg (642.65 KiB) 4616 mal betrachtet

Das Pinout des Sensors:

Digital Hall-Sensor Pinout

Motor-Mod4.jpg (624.33 KiB) 4616 mal betrachtet

Hall-Sensor muss gekürzt werden:

Hallsensor gekürzt

Motor-Mod5.jpg (919.51 KiB) 4616 mal betrachtet

Schritt 4:
Der Pfostenfeld-Stift für den B-Ausgang muss eingelötet werden. Er muss ggf. auf der Platinen-Unterseite gekürzt werden, damit er nicht das Motorgehäuse berührt. Des weiteren ist eine Brücke gelötet, die das B-Signal auf den Pfostenfeld-Stift führt.

Stiftleiste und Brücke

Motor-Mod7.jpg (756.26 KiB) 4616 mal betrachtet

Schritt 5:
Der Hall-Sensor wird unter der Encoder-Scheibe platziert und auf die Landing-Pads gelötet.
VCC (rote Leitung) und GND (schwarze Leitung) muss an die Anschlüsse des Sensors gelötet werden.
Darauf achten, dass der Hall-Sensor nicht am Encoder-Rad schleift. ggf. muss die Motor-Platine etwas "tiefer gelegt" werden. Dazu die dicken Anschluss-Pads auflöten und die Platine leicht runter drücken.

Platine mit zusätzlichem Hall-Sensor

Motor-Mod8b.jpg (798.05 KiB) 4616 mal betrachtet

Schritt 6:
Nach dem Zusammenbau hat man einen Motor mit Quadratur-Ausgang:

Fertiger Motor mit Quadratur-Ausgang

Motor-Mod9.jpg (655.79 KiB) 4616 mal betrachtet

Schritt 7:
Nachweis des Quadratursignals mit dem Oszilloskop:

Quadratur-Signal

Motor-Mod10.jpg (782.07 KiB) 4616 mal betrachtet

[steffalk]

Tach auch!

Wenn ich höflich fragen darf: Willst Du diese ganz und gar großartige Aktion nicht in einem ft:pedia-Beitrag für die Ewigkeit schweißen?

Viele Grüße,
Stefan

[juh]

Super Mod und super Anleitung, Florian!

vg
Jan

[uffi]

Hallo Florian,

ich plane einen Nachbau.

Interessehalber noch Fragen:
1.) So wie die Platine aussieht, war sie vermutlich schon für die Bestückung für Quadratur-Encoder vorgesehen, nur mit anderen ICs. Hast Du eine Idee, was da vorgesehen war? Oder hat jemand evtl. ein Foto, wie diese Platine bei den 24V-Encoder-Motoren voll bestückt aussieht? Da ist ja ein Quadratur-Encoder implementiert.
2.) Denkst Du man könnte alternativ zum TLE4905L auch einen billigen Hall-Sensor wie den A3144 (Aliexpress) verwenden, der einen viel weiteren (schlechteren) Toleranzbereich für die magnetischen Feldstärken zum Schalten aufweist? Zum Vergleich:

Junction Temperature Tj = 25 °C
Angaben für B in [mT]

| Parameter | TLE4905 | A3144
| Tolerance | min/max | min/max
| BOP [mT] | 007 / 018 | 007 / 035
| BRP [mT] | 005 / 016 | 005 / 033
| ∆BH [mT] | 002 / 006 | 002 / n.a.

Danke und Gruß, Dirk

[atzensepp]

Hallo Dirk,

zu Deinen Fragen:

...
1.) So wie die Platine aussieht, war sie vermutlich schon für die Bestückung für Quadratur-Encoder vorgesehen, nur mit anderen ICs. Hast Du eine Idee, was da vorgesehen war? Oder hat jemand evtl. ein Foto, wie diese Platine bei den 24V-Encoder-Motoren voll bestückt aussieht? Da ist ja ein Quadratur-Encoder implementiert.
2.) Denkst Du man könnte alternativ zum TLE4905L auch einen billigen Hall-Sensor wie den A3144 (Aliexpress) verwenden, der einen viel weiteren (schlechteren) Toleranzbereich für die magnetischen Feldstärken zum Schalten aufweist? Zum Vergleich:
...

zu 1) Ich weiß nicht, welche ICs dafür gedacht waren. Ich habe mir ein paar wenige angesehen aber nichts Passendes gefunden.
Wenn ein Besitzer eines 24V-Motors mal ein Foto machen könnte, wäre das toll. Vlt. kaufe ich mir auch noch mal einen 24V-Motor.

zu 2) Der Hall-Sensor ist m.E. sehr unkritisch. Da sollte jeder digitale Typ gehen. Meinen ersten Mod habe ich mit einem von einem "Sensor Modules Kit for Arduino" gemacht. Das hat auch funktioniert.
(EDIT: Ich habe nachgesehen: es ist tatsächlich ein A3144)
Bei einem anderen Sensor kann die Anschlussbelegung möglicherweise anders sein.
Am besten einfach mal ausprobieren, extern verdrahten und unter das Encoder-Rad schieben. Wenn Du ein Oszi hast, siehst Du sofort, ob es funktioniert.

Viele Grüße
Florian

EDIT:
- Beim Löten drauf achten, dass die Lötspitze von den Magneten angezogen wird
- Statt Litzen kann man auch isolierten Kupferlackdraht verwenden

[uffi]

Hallo atzensepp,

danke für Deine Antworten, 10 Stück A3144 sind bestellt (für 68 cent + 88 cent Versand).

Gruß, uffi

[H.A.R.R.Y.]

Hallo zusammen,

das ist doch mal ein interessantes Reengineering. Ob vielleicht Sensoren in einem anderen Gehäuse besser ins Layout passen würden?

Im Foto ist jedenfalls ein schwarzes Motorgehäuse zu sehen. Ich bin nicht ganz auf der Höhe der Zeit, ich kenne nur die roten Encodermotore 135484 bzw, deren 9-V-Quadratur-Version 75150 (Knobloch Spezial als Ergänzung zum 144643 mit 24 V). Welche Artikelnummer haben diese (neuen?) schwarzen Encodermotore?

Übrigens: Die roten Encoder (beide) haben jeweils spezielle Stecker mit 3 bzw. 4 Polen und dafür passende Gehäuseausklinkungen. Mit 135484 ist so ein Umbau leider nicht möglich. Und die 75150 gab es meiner Erinnerung nach nur in streng limitierter Stückzahl.

Grüße
H.A.R.R.Y.

[atzensepp]

Hallo H.A.R.R.Y,

der schwarze Encodermotor heißt "Encodermotor Competition" und hat die Art.-Nr. 186175
https://www.fischertechnik.de/de-de/pro ... 9v-schwarz

Florian

[uffi]

Hallo H.A.R.R.Y.

Übrigens: Die roten Encoder (beide) haben jeweils spezielle Stecker mit 3 bzw. 4 Polen und dafür passende Gehäuseausklinkungen. Mit 135484 ist so ein Umbau leider nicht möglich.

Für den 2009 erschienenen roten Encodermotor 135484 mag das zutreffen, das kann ich nicht überprüfen. Dennoch die Frage: wie kommst Du zu Deiner Aussage? Und zur Not könnte man doch die Aussparung für die Stecker vergrößern.

Für den 2014 erschienenen roten Encodermotor 153422 stimme ich Dir nicht zu. Dieser hat die gleichen Aussparungen für den Encoder-Stecker wie der schwarze "Competition". Ebenso kann man durch diese Aussparung sehen, dass ein Steckplatz für einen Verbindungspin frei ist.

Gruß, uffi

[uffi]

Hab jetzt einen meiner beiden roten Encoder-Motoren 153422 (Typ aus dem TXT Discovery Set) geöffnet, die Platine sieht leicht anders aus, sollte aber ähnlich modifizierbar sein:

Encoder_Platine.jpg (309.9 KiB) 3565 mal betrachtet

[uffi]

Und so sieht es jetzt nach dem Umbau aus. Ich habe es bei den Landing-Pads etwas anders gemacht, um möglichst die 90° Phasenverschiebung zu schaffen. Der Vorlauf ist etwas geringer als 90°, eher so 60-70°. Aber das reicht ja.

Encoder_Platine_fertig.jpg (237.54 KiB) 3537 mal betrachtet

[atzensepp]

Hallo Dirk,

der Mod sieht sehr gut aus und Du kommst ohne Drähte aus, da Du Masse recycelst und VCC von "oben" holst.
Hast Du schon einen Servo damit gebaut?

Viele Grüße
Florian

[uffi]

Hallo Florian,

eine Drahtverbindung habe ich ja auch genutzt, nämlich für das Ausgangssignal. Allerdings könnte man auch diese noch einsparen, im dem man das Beinchen des A3144 entsprechend abwinkelt und direkt an den kleinen Pad dafür anlötet (anstatt auf den Landing Pad).

Servo habe ich noch nicht aufgebaut. Mein Plan ist der Einsatz der Encoder-Motoren in einem 2-Rad Balancierer, um auch die Encoder-Signale für das Balancieren zu nutzen. Das wird aber noch etwas Zeit dauern, da ich zur Zeit noch zwei andere Projekte in Arbeit habe.

Gruß, Dirk

[fishfriend]

Hallo...
Hmmm...
OK, das habe ich nicht verstanden.
Warum ist ein "Quadratur" Sensor dafür von nöten?
Es ist schon etwas her das ich mich damit beschäftigt habe, aber ich meine, die haben für die Regelung ganz normale Sensoren genommen.
Ich meine, auch die fertigen Lösungen, die es so zu kaufen gibt, haben soetwas nicht.
Mit freundlichen Grüßen
Holger

[uffi]

Hallo Holger,

es ist möglich, einen Zweirad-Balancierer ohne jegliche Encoder aufzubauen, nur auf Basis einer PWM Regelung durch Gyro- und Beschleunigungssensor-Daten.

Allerdings kann man die Regelung deutlich verbessern, indem man Encoder einsetzt und deren Daten in die erweiterte Regelungsgleichung einfließen lässt. Da die Regelung hochdynamisch ist, kann die aktuelle Drehrichtung des Motors aber nicht durch die am Motor anliegende Polung ermittelt werden, da die Richtungsumkehr verzögert stattfindet (Trägheit). Dafür braucht man Quadratur-Encoder.

Zwei Beispiele:

https://www.youtube.com/watch?v=yGFDb7vhQFs

https://www.youtube.com/watch?v=EN3P0bz2q-4

Gruß, uffi

[fishfriend]

Hallo...
Ich habe so eine Regelung noch nie gesehen.
Zum einen hat man zwei um 90° versetzte Impulse und zum anderen weiss ich ja, wie rum ich den Motor ansteuere.
Ich gebe zu, dass meine Regeltechnik schon ewig her ist.
Andererseits gibt/gab es z.B. den Tumbller von Ellego. Den kann man 1:1 mit ft aufbauen.
Zumindest hatte ich das mal angefangen. Ich wollte das mit dem ftduino machen, hab es aber nicht fertiggestellt.
Da waren eher die Schwierigkeiten welche Werte man für die PID Regler nimmt.
Irgendwie war da auch was mit dem Abstand der Impulse... und und und.
Mal schauen...
Mit freundlichen Grüßen
Holger

[atzensepp]

Mit 2 Encodern kann man den Getriebe-Schlupf kompensieren, wie hier gezeigt:
https://www.youtube.com/watch?v=eSRe2VaM3dw
Im Balancer-Fall ist der eine Encoder ein Quadratur-Encoder vor dem Getriebe (also der im Encodermotor) und der zweite Sensor könnte der von Dirk erwähnte Lagesensor sein.

Florian

[atzensepp]

Ich interpretiere mal kurz - weil es gut dazu passt - den Titel dieses Threads etwas um in Quadratur-Encoder Motor Upgrade

Auch wenn es "unsportlich" ist, aber ein Fertig-Encoder eignet sich hervorragend für Motor-Regelung. Die hier gezeigte Combo ist ein sehr schneller und sauber arbeitender Servo mit einem Standrad ft-Motor:

WP_20230726_21_13_40_Pro.jpg (831.94 KiB) 2982 mal betrachtet

Mann kann damit fast aus jedem ft-Motor einen Servo machen. Der hier eingesetzte Drehgeber hat 600 Counts per Revolution, was dann eine feine Auflösung von 2400 Flanken je Umdrehung liefert. Es tritt bei mir gegenüber AS6500-Magnet-Encoder kaum Zittern auf.
Ein Vorteil gegenüber einer diskreten Lösung ist, dass man sich um Zentrierung der Encoderscheibe und Justage der Sensoren keine Gedanken machen muss. Ein weiterer Vorteil ist, dass es keinen Eingriff am Motor braucht.
Die Nachteile sind:
- der relativ hoher Preis des Drehgebers um die 20 EUR
- dass ein Achs-Adapter von 6mm auf 4mm notwendig ist
- größeres Volumen und Gewicht (für Fahrzeuge unschön)

Die (modifizierten) Encoder-Motoren sind natürlich kostenmäßig interessant. Man bekommt ja für ca. 15 EUR Motor mit Encoder.

[Karl]

Hallo Florian,
gehe mal im Musteraufbau davon aus, Schneckentrieb mit Encoder, Schnecke einfach und Schneckenrad 40 Zähne.
Wenn gleicher Motor, gleicher Encoder, aber mit Stirnradgetriebe 40 : 1 , gleiches Verhalten ?
Versuche evtl. bei beiden Getriebearten mit diversen Lasten an der Abtriebswelle ?

[atzensepp]

Hallo Florian,
gehe mal im Musteraufbau davon aus, Schneckentrieb mit Encoder, Schnecke einfach und Schneckenrad 40 Zähne.
Wenn gleicher Motor, gleicher Encoder, aber mit Stirnradgetriebe 40 : 1 , gleiches Verhalten ?
Versuche evtl. bei beiden Getriebearten mit diversen Lasten an der Abtriebswelle ?

Hallo Karl,
Mein Aufbau hat ein maximales Drehmoment von 3,4 Ncm bei 6.9 V am Motor-Treiber.
Mit Z10 in Verlängerung der Schnecke und Z40 schafft es der Motor nicht.
Mit Getriebekasten (40:1) gleiches Verhalten wie mit Schnecke auf Z40.