DE102009027701A1

DE102009027701A1 - Anordnung mit Elektromotoren und Treibern

Info

Publication number: DE102009027701A1
Application number: DE200910027701
Authority: DE
Inventors: Yvan Bourqui; Eric Bochud; Philippe Bruegger
Original assignee: Johnson Electric Switzerland AG
Current assignee: Johnson Electric Switzerland AG
Priority date: 2008-08-13
Filing date: 2009-07-15
Publication date: 2010-02-18

Abstract

Die Anordnung umfasst - einen ersten Elektromotor (12), - einen ersten Treiber (11) zum Bestromen des ersten Elektromotors, - einen zweiten Elektromotor (22, 32), - einen zweiten Treiber (21, 31) zum Bestromen des zweiten Elektromotors, und - eine integrierte Schaltung (10), welche eine Steuerung (1) zum Steuern der Treiber (11, 21, 31) aufweist. Mindestens einer (21, 31) der beiden Treiber (11, 21, 31) ist außerhalb der integrierten Schaltung (10) angeordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung mit Elektromotoren und Treibern gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1.
Anordnungen mit Elektromotoren und Treibern sind z. B. aus der JP 10 153046 A , EP 0 507 273 A1 , EP 0 825 425 A2 , EP 0 505 336 A1 und JP 2000 287476 A bekannt.
Aus der EP 1 264 731 A1 , EP 1 431 118 A2 und DE 10 2006 034 568 A1 der gleichen Anmelderin sind Anordnungen bekannt, bei denen für jeden Elektromotor eine Leiterplatte mit einer integrierten Schaltung vorgesehen ist, die in einem Chipgehäuse angeordnet ist und eine Steuerung sowie einen Treiber aufweist. Mittels der Steuerung werden Eingangssignale verarbeitet und Steuersignale für den Treiber erzeugt. Dieser liefert in Abhängigkeit der Steuersignale den Elektromotor mit der nötigen Energie, um den Rotor in der berechneten Weise zu drehen. Das Vorsehen einer Steuerung für jeden Treiber macht den Aufbau relativ teuer und kompliziert und erschwert einen zuverlässigen Betrieb der Anordnung.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Anordnung der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, dass der Betrieb zuverlässiger ist.
Eine Anordnung, die diese Aufgabe löst, ist im Anspruch 1 angegeben. Die weiteren Ansprüche geben bevorzugte Ausführungen der Anordnung und eine Komponente in einem Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemässen Anordnung an.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren erläutert. Es zeigen
1 schematisch eine erfindungsgemässe Anordnung; und
2 eine erweiterte Ausführungsform der Anordnung gemäss 1.
1 zeigt schematisch eine Anordnung mit einer Steuerung 1, drei Treibern 11, 21, 31 und drei Elektromotoren 12, 22, 32. Die Steuerung 1 ist an eine Busleitung 2 angeschlossen, um Signale zu senden und/oder zu empfangen, beispielsweise von einer anderen Steuerung, einer zentralen Kontrolleinheit, einem Sensor, etc. und über Versorgungsleitungen 3a und 3b mit einer Stromversorgungseinheit z. B. in Form einer Batterie verbunden. Wird ein LIN-Bus (”Local Interconnect Network”) verwendet, genügt eine einzige Busleitung 2.
Die Steuerung 1 umfasst eine Busschnittstelle 4 (z. B. LIN-Busschnittstelle), einen Speicher 5 (z. B. ROM), in welchem die zum Betrieb nötigen Daten und/oder Programme gespeichert sind, sowie einen Prozessor 6 (zentrale Rechnereinheit, z. B. Mikroprozessor), welcher zur Versorgung der Treiber 11, 21, 31 mit Steuersignalen dient. Die Steuerung 1 ist Teil einer integrierten Schaltung, die in einem Chipgehäuse 10 mit Kontaktbeinchen angeordnet und z. B. als ASIC (”Application Specific Integrated Circuit”) ausgebildet ist. Die Steuerung 1 erzeugt Steuersignale für die Treiber 11, 21, 31, indem sie u. a. Eingangssignale an der Busschnittstelle 4, die von der zentralen Kontrolleinheit, einer anderen Steuerung und/oder einem Sensor geliefert werden, in vorgegebener Weise verarbeitet.
Die Treiber 11, 21, 31 sind über eine Steuerleitung 7, z. B. in Form einer Busleitung mit dem Prozessor 6 verbunden. Im Weiteren sind sie über die Versorgungsleitungen 3a, 3b an die Stromversorgungseinheit angeschlossen und sind demnach im Stromkreis des jeweiligen Elektromotors 12, 22, 32 angeordnet.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der erste Treiber 11 in die integrierte Schaltung integriert und befindet sich im Chipgehäuse 10, während der zweite 21 und dritte Treiber 31 ausserhalb der integrierten Schaltung angeordnet sind. Diese ist so gestaltet, dass der erste Treiber 11 wie bei den externen Treiber 21, 31 über die Versorgungsleitungen 3a, 3b an die Stromversorgungseinheit angeschlossen und über eine Steuerleitung mit dem Prozessor 6 verbunden ist.
Das Chipgehäuse 10 und die Treiber 21, 31 sind z. B. auf einer Leiterplatte (PCB, ”Printed Circuit Board”) angeordnet, welche mit geeigneten Leitverbindungen versehen ist, um die Verbindungen zwischen den einzelnen Komponenten 10, 12, 21, 22, 31, 32 zu gewährleisten.
Die Treiber 11, 21, 31 dienen zum Bestromen des jeweiligen Elektromotors 12, 22, 32 und vermeiden eine direkte Belastung der Steuerung 1 durch den Stromfluss der Elektromotoren 12, 22, 32. Im Betrieb wird die Betriebsspannung des Elektromotors 12, 22, 32 an den Treiber 11, 21, 31 angelegt und die Steuerung 1 schaltet auf der Eingangsseite mit vorhersehbarem Stromfluss diese Betriebsspannung auf die Ausgangsseite des Treibers 11, 21, 31 durch. Vorzugsweise umfasst der jeweilige Treiber 11, 21, 31 eine Schaltung mit Transistoren, die mittels der von der Steuerung 1 erzeugten Steuersignalen zeitlich koordiniert geöffnet bzw. gesperrt werden, um den Rotor des jeweiligen Elektromotors 12, 22, 32 anzutreiben.
Der jeweilige Elektromotor 12, 22, 32 ist beispielsweise als bürstenloser Motor bekannter Art, wie Schrittmotor oder bürstenloser Gleichstrommotor, ausgebildet, der Statorwicklungen und einen Permanentmagneten als Rotor aufweist. Zur Ansteuerung werden die Statorwicklungen mittels des Treibers 11, 21, 31 in einer bestimmten zeitlichen Folge bestromt, um ein sich änderndes Magnetfeld zu erzeugen und dadurch den Rotor in Drehung zu versetzen.
Anstelle von mehreren Steuerungen wird bei der Anordnung gemäss 1 eine einzige Steuerung 1 verwendet, um die Treiber 11, 21, 31 zu steuern. Dies bringt verschiedene Vorteile mit sich bringt:

– Es kann Platz eingespart werden.
– Die Anzahl der benötigten Einzelteile sowie der externen Anschlüsse ist verringert, was zu einer verbesserten Zuverlässigkeit im Betrieb beiträgt.
– Bei der Fabrikation können Kosten und Zeit eingespart werden, und es sind weniger Funktionstests erforderlich.

Im Weiteren befinden sich die Treiber 21, 31 ausserhalb der integrierten Schaltung im Chipgehäuse 10 und können daher benachbart zum jeweiligen Elektromotor 22, 32 angeordnet werden. Die Verbindungsleitungen zwischen Treiber 21, 32 und Elektromotor 22, 32 können dadurch kurz gehalten werden, was Verluste und Störungen im Signal vermindert.
Zur Bildung eines Aktuators in Form eines Linearantriebs oder Drehantriebs wirkt der jeweilige Elektromotor 12, 22, 32 auf ein Stellelement in Form einer linear verschiebbaren Stellachse bzw. einer Drehwelle.
Die Anordnung gemäss 1 ist vielseitig einsetzbar, u. a. in Komponenten eines Kraftfahrzeugs wie Scheinwerfer, Lüftungs-, Heiz- und/oder Klimaanlage, etc.
Beispielsweise ist die Anordnung bei einem Scheinwerfer eines Kraftfahrzeuges einsetzbar, welcher einen Reflektor, insbesondere elliptischen Reflektor, eine Lichtquelle in Form einer Xenonlampe und eine Linse aufweist. Der Scheinwerfer ist z. B. so ausgebildet, dass das von der Lichtquelle erzeugte Lichtstrahlenbündel wie folgt veränderbar ist:

– Der Reflektor ist zusammen mit der Lichtquelle um eine horizontale Achse schwenkbar, um z. B. die Beladung oder eine Nickbewegung des Fahrzeugs auszugleichen und dadurch u. a. ein Blenden von entgegenkommenden Fahrern zu verhindern. Für diese Schwenkbewegung dient beispielsweise ein Linearantrieb, der den ersten Elektromotor 12 umfasst.
– Der Reflektor ist zusammen mit der Lichtquelle um eine vertikale Achse schwenkbar, um z. B. beim Fahren einer Kurve das Lichtstrahlenbündel zu schwenken und so die Fahrstrasse besser auszuleuchten. Für diese Schwenkbewegung dient z. B. ein Drehantrieb, der den zweiten Elektromotor 22 umfasst.
– Die Blende ist in Bezug auf die Lichtquelle bewegbar, um z. B. Fernlicht, Abblendlicht oder ein anders Lichtverteilungsmuster einzustellen. Für diese Blendenbewegung dient z. B. ein Drehantrieb, der den dritten Elektromotor 32 umfasst.

Durch Anordnen der Komponenten 10, 12, 21, 22 und 31 im selben Gehäuse, welches in 1 durch die gestrichelte Linie 40 angedeutet ist, lässt sich ein kompakter Aktuator bilden. Der dritte Motor 32 ist z. B. mittels flexiblen Kabeln mit den Anschlüssen des dritten Treibers 31 verbunden.
Je nach dem Anwendungszweck der Anordnung gemäss 1 kann die Anzahl der Elektromotoren zwei, drei oder mehr betragen. Die Anordnung ist auch anderweitig anwendbar, um eine oder mehrere Stellelemente gesteuert zu bewegen.
Es ist auch denkbar, einen Steckverbinder 41 (z. B. einen Stecker mit Stiften) vorzusehen, wie dies in 2 schematisch dargestellt ist. Der Steckverbinder 41 ist an die Versorgungsleitungen 3a, 3b angeschlossen und über die Steuerleitung 7 mit dem Prozessor 6 verbunden. Am Stecker 41 ist ein mit einem weiteren Treiber verbundenes Kabel anschliessbar, um mit derselben Steuerung 1 einen weiteren Elektromotor anzusteuern.
Aus der vorangehenden Beschreibung sind dem Fachmann zahlreiche Abwandlungen zugänglich, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, der durch die Ansprüche definiert ist.
So ist es z. B. denkbar, alle Treiber ausserhalb der integrierten Schaltung anzuordnen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 10153046 A [0002]
- EP 0507273 A1 [0002]
- EP 0825425 A2 [0002]
- EP 0505336 A1 [0002]
- JP 2000287476 A [0002]
- EP 1264731 A1 [0003]
- EP 1431118 A2 [0003]
- DE 102006034568 A1 [0003]

Claims

Anordnung umfassend einen ersten Elektromotor (12), einen ersten Treiber (11) zum Bestromen des ersten Elektromotors, einen zweiten Elektromotor (22, 32) und einen zweiten Treiber (21, 31) zum Bestromen des zweiten Elektromotors, gekennzeichnet durch eine integrierte Schaltung (10), welche eine Steuerung (1) zum Steuern der Treiber (11, 21, 31) aufweist, wobei mindestens einer (21, 31) der beiden Treiber (11, 21, 31) ausserhalb der integrierten Schaltung (10) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei der erste Treiber (11) Teil der integrierten Schaltung (10) ist und der zweite Treiber ausserhalb der integrierten Schaltung (10) angeordnet ist.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die integrierte Schaltung (10) in einem Chipgehäuse angeordnet ist.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die integrierte Schaltung (10) einen Prozessor (6), einen Speicher (5) und/oder eine Busschnittstelle (4) umfasst.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei derselbe Prozessor (6) der integrierten Schaltung (10) zum Steuern der Treiber (11, 21, 31) dient.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (1) und die Treiber (11, 21, 31) auf einer Leiterplatte angeordnet sind.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mindestens einer der Treiber mittels einer flexiblen Verdrahtung mit Anschlüssen der Steuerung (1) verbunden oder verbindbar ist.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem Steckverbinder (41) zum Anschluss eines weiteren Treibers, wobei der Steckverbinder (41) mit der Steuerung (1) und Stromversorgungsleitungen (3a, 3b) verbunden ist.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der jeweilige Elektromotor (12, 22, 32) an ein Stellelement gekoppelt ist zur Bildung eines Linear- oder Drehantriebs.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem Gehäuse (40), in welchem die Elektromotoren (12, 22), die Treiber (11, 21) und die Steuerung (1) angeordnet sind.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit mindestens einem dritten Elektromotor (32) und mindestens einem dritten Treiber (31), der ausserhalb der integrierten Schaltung (10) angeordnet ist.
Komponente in einem Kraftfahrzeug, mit einer Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Komponente nach Anspruch 12, welche einen Scheinwerfer bildet.
Komponente nach Anspruch 13, wobei die vom Scheinwerfer erzeugte Lichtstrahlcharakteristik mittels der Elektromotoren (12, 22, 32) veränderbar ist.
Komponente nach Anspruch 13, mit einem Reflektor, der um mindestens eine Achse schwenkbar ist, und/oder mit einer Blende, die in Bezug auf die Lampe bewegbar ist.
Komponente nach Anspruch 12, welche eine Lüftungs-, Heiz- und/oder Klimaanlage bildet.
Kraftfahrzeug mit einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und/oder einer Komponente nach einem der Ansprüche 12 bis 16.