DE102022122519A1

DE102022122519A1 - Control unit, actuator arrangement, and thermal management arrangement of a motor vehicle

Info

Publication number: DE102022122519A1
Application number: DE102022122519.4A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Flack; Jonas Gehring
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-09-06
Filing date: 2022-09-06
Publication date: 2024-03-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuereinheit (1) zur Ansteuerung einer Mehrzahl von Schrittmotoren (2), umfassend einen Microcontroller (3), welcher einen Treiber (4) zur Bestromung der Schrittmotoren (2) ansteuert, wobei zwischen dem Treiber (4) und den Schrittmotoren (2) jeweils ein Schalter (5) angeordnet ist, welcher die Schrittmotoren (2) mit dem Treiber (4) verbindet oder trennt.The invention relates to a control unit (1) for controlling a plurality of stepper motors (2), comprising a microcontroller (3), which controls a driver (4) for energizing the stepper motors (2), between the driver (4) and the stepper motors (2) a switch (5) is arranged in each case, which connects or disconnects the stepper motors (2) with the driver (4).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinheit zur Ansteuerung einer Mehrzahl von Schrittmotoren, umfassend einen Microcontroller, welcher einen Treiber zur Bestromung der Schrittmotoren ansteuert. Die Erfindung betrifft ferner eine Aktuatoranordnung und eine Thermomanagementanordnung eines Kraftfahrzeugs.The present invention relates to a control unit for controlling a plurality of stepper motors, comprising a microcontroller which controls a driver for energizing the stepper motors. The invention further relates to an actuator arrangement and a thermal management arrangement of a motor vehicle.

Bei Kraftfahrzeugen werden für den Antrieb verstärkt Elektromotoren eingesetzt, um Alternativen zu Verbrennungsmotoren zu schaffen, die fossile Brennstoffe benötigen. Um die Alltagstauglichkeit der Elektroantriebe zu verbessern und zudem den Benutzern den gewohnten Fahrkomfort bieten zu können, sind bereits erhebliche Anstrengungen unternommen worden.Electric motors are increasingly being used to drive motor vehicles in order to create alternatives to combustion engines that require fossil fuels. Significant efforts have already been made to improve the suitability of electric drives for everyday use and to offer users the usual driving comfort.

Bei der Entwicklung derartiger elektrischer Maschinen besteht ein anhaltendes Bedürfnis daran, deren Leistungsdichten zu steigern, so dass der hierzu notwendigen Kühlung eine wachsende Bedeutung zukommt. Aufgrund der notwenigen Kühlleistungen haben sich in den meisten Konzepten Hydraulikflüssigkeiten, wie Kühlöle, zum Abtransport von Wärme aus den thermisch beaufschlagten Bereichen einer elektrischen Maschine und/oder einem Getriebe und/oder Leistungselektronik durchgesetzt.When developing such electrical machines, there is a continuing need to increase their power densities, so that the cooling required for this is becoming increasingly important. Due to the necessary cooling performance, hydraulic fluids, such as cooling oils, have become established in most concepts for the removal of heat from the thermally affected areas of an electrical machine and/or a transmission and/or power electronics.

Derartige Kühlsysteme besitzen in der Regel verschiedene, teilweise miteinander thermisch gekoppelte Medienkreisläufe wie beispielsweise Wärme- bzw. Kühlkreisläufe. Diese Medienkreisläufe und deren Betriebsweise werden häufig auch unter dem Begriff Thermomanagement zusammengefasst. Innerhalb dieser Thermomanagementsysteme besteht ein hoher Bedarf, diese über steuerbare Aktuatoren, wie beispielsweise Ventile, zu steuern, wodurch ein nicht unerheblicher Aufwand an entsprechender Steuerungselektronik und Verkabelung notwendig wird.Such cooling systems usually have different media circuits, some of which are thermally coupled to one another, such as heat or cooling circuits. These media circuits and their mode of operation are often summarized under the term thermal management. Within these thermal management systems, there is a great need to control them via controllable actuators, such as valves, which requires a not insignificant amount of effort in the corresponding control electronics and cabling.

Eine bekannte Möglichkeit der Betätigung eines Aktuators, wie beispielsweise eines Ventils, stellen Schrittmotoren dar. Schrittmotoren sind üblicherweise als Synchronmotoren konfiguriert, bei denen der Rotor des Schrittmotors durch ein gesteuertes, schrittweise rotierendes, elektromagnetisches Feld der Statorspulen um einen definierten Winkel (Schritt) gedreht werden kann.Stepper motors are a known way of operating an actuator, such as a valve. Stepper motors are usually configured as synchronous motors, in which the rotor of the stepper motor is rotated through a defined angle (step) by a controlled, step-by-step rotating electromagnetic field of the stator coils can.

Der hohe Kostendruck, wie er beispielsweise in der Automobilindustrie vorherrscht, erfordert ebenfalls Einsparpotentiale auf der Seite der elektronischen Hardware, so dass eine Ansteuerung der Schrittmotoren, beispielsweise in einem Aktuatorsystem, möglichst kostengünstig ausgeführt werden kann. Ein wesentlicher Kostentreiber bei bestückten Platinen ist bei Schrittmotoren die Ansteuerungselektronik bestehend Microcontroller und H-Brücken.The high cost pressure, such as that which prevails in the automotive industry, also requires savings potential on the electronic hardware side, so that control of the stepper motors, for example in an actuator system, can be carried out as cost-effectively as possible. A key cost driver for populated boards is the control electronics consisting of microcontrollers and H-bridges for stepper motors.

Statt für jeden Schrittmotor einen separaten Treiber zu verwenden, ist es auch bekannt, die Schrittmotoren über MOSFETs parallel auf das Ausgangssignal eines Treibers zu schalten. Somit kann jeder Schrittmotor, sofern er benötigt wird, zu einem beliebigen Zeitpunkt auf das Signal geschaltet und mit bewegt werden. Hierbei kann eine Bewegung der aktiven Schrittmotoren in der Regel nur in gleicher Richtung, mit gleicher Geschwindigkeit erfolgen. US4401931 A zeigt beispielsweise einen Treiber für mehrere Schrittmotoren, welche ausschließlich zu verschiedenen Zeiten bewegt werden. In der US5237250 A wird ein Treiber offenbart, der über Multiplexer auf die benötigten Schrittmotoren parallel aufgeschaltet wird, so dass hierdurch mehrere Schrittmotoren gleichzeitig in eine bestimmte Richtung drehen können.Instead of using a separate driver for each stepper motor, it is also known to connect the stepper motors in parallel to the output signal of a driver via MOSFETs. This means that every stepper motor, if required, can be switched to the signal at any time and moved along with it. The active stepper motors can generally only move in the same direction and at the same speed. US4401931 A For example, shows a driver for several stepper motors, which are only moved at different times. In the US5237250 A A driver is disclosed that is connected in parallel to the required stepper motors via multiplexers, so that several stepper motors can rotate in a specific direction at the same time.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuereinheit zur Ansteuerung einer Mehrzahl von Schrittmotoren bereitzustellen, die eine Ansteuerung mehrerer Schrittmotoren mit einer einzelnen Ansteuerungselektronik auf möglichst kostengünstige und einfache Weise erlaubt, sowie eine individuelle Ansteuerung der Drehrichtung der Schrittmotoren ermöglicht. Es ist ferner die Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Aktuatoranordnung und eine Thermomanagementanordnung eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen.The object of the invention is to provide a control unit for controlling a plurality of stepper motors, which allows a number of stepper motors to be controlled with a single control electronics in the most cost-effective and simple way possible, as well as enables individual control of the direction of rotation of the stepper motors. It is also the object of the invention to provide an improved actuator arrangement and a thermal management arrangement of a motor vehicle.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Steuereinheit zur Ansteuerung einer Mehrzahl von Schrittmotoren, umfassend einen Microcontroller, welcher einen Treiber zur Bestromung der Schrittmotoren ansteuert, wobei zwischen dem Treiber und den Schrittmotoren jeweils ein Schalter angeordnet ist, welcher die Schrittmotoren mit dem Treiber verbindet oder trennt.This object is achieved by a control unit for controlling a plurality of stepper motors, comprising a microcontroller which controls a driver for energizing the stepper motors, with a switch being arranged between the driver and the stepper motors, which connects or disconnects the stepper motors from the driver.

Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass mittels einer kostengünstig aufbaubaren Steuereinheit eine Mehrzahl von Schrittmotoren ansteuerbar sind. Hierdurch wären beispielsweise mehrere Ventile eines Thermomanagementaggregat über eine erfindungsgemäße Steuereinheit und durch an diese gekoppelte Schrittmotoren aktuierbar und könnten unabhängig voneinander schalten und wären darüber hinaus diagnosefähig in ihrer Gesamtheit.This has the advantage that a plurality of stepper motors can be controlled by means of a control unit that can be constructed cost-effectively. As a result, for example, several valves of a thermal management unit could be actuated via a control unit according to the invention and by stepper motors coupled to it and could switch independently of one another and would also be capable of diagnosis in their entirety.

Ein Treiber ist vorteilhafterweise so ausgebildet, dass er die maximale Stromstärke aller gleichzeitig betriebener Schrittmotoren leistet.A driver is advantageously designed so that it provides the maximum current of all stepper motors operated at the same time.

Eine Steuereinheit weist insbesondere einen kabelgebundenen oder kabellosen Signaleingang zum Empfang von insbesondere elektrischen Signalen, wie beispielsweise Sensorsignalen, auf. Ferner besitzt eine Steuereinheit ebenfalls bevorzugt einen kabelgebundenen oder kabellosen Signalausgang zur Übermittlung von insbesondere elektrischen Signalen, beispielsweise an elektrische Aktuatoren, wie die Schrittmotoren und/oder die Schalter.A control unit in particular has a wired or wireless signal input for receiving electrical signals, in particular, such as sensor signals. Furthermore, a control unit also preferably has one Wired or wireless signal output for transmitting, in particular, electrical signals, for example to electrical actuators, such as the stepper motors and/or the switches.

Innerhalb der Steuereinheit können Steuerungsoperationen und/oder Reglungsoperationen durchgeführt werden. Ganz besonders bevorzugt ist es, dass die Steuereinheit eine Hardware umfasst, die ausgebildet ist, eine Software auszuführen. Bevorzugt umfasst die Steuereinheit wenigstens einen elektronischen Prozessor zur Ausführung von in einer Software definierten Programmabläufen.Control operations and/or regulation operations can be carried out within the control unit. It is particularly preferred that the control unit comprises hardware that is designed to execute software. The control unit preferably comprises at least one electronic processor for executing program sequences defined in software.

Die Steuereinheit kann ferner einen oder mehrere elektronische Speicher aufweisen, in denen die in den an die Steuereinheit übermittelten Signalen enthaltenen Daten gespeichert und wieder ausgelesen werden können. Ferner kann die Steuereinheit einen oder mehrere elektronische Speicher aufweisen, in denen Daten veränderbar und/oder unveränderbar gespeichert werden können.The control unit can also have one or more electronic memories in which the data contained in the signals transmitted to the control unit can be stored and read out again. Furthermore, the control unit can have one or more electronic memories in which data can be stored in a changeable and/or unchangeable manner.

Eine Steuereinheit kann eine Mehrzahl von Steuergeräten umfassen, welche insbesondere räumlich getrennt voneinander angeordnet sind. Steuergeräte werden auch als Electronic Control Unit (ECU) oder Electronic Control Module (ECM) bezeichnet und besitzen bevorzugt elektronische Mikrocontroller zur Durchführung von Rechenoperationen zur Verarbeitung von Daten, besonders bevorzugt mittels einer Software. Die Steuergeräte können bevorzugt miteinander vernetzt sein, so dass ein kabelgebundener und/oder kabelloser Datenaustausch zwischen Steuergeräten ermöglicht ist. Insbesondere ist es auch möglich, die Steuergeräte über Bus-Systeme, wie beispielsweise CAN-Bus oder LIN-Bus, miteinander zu vernetzen.A control unit can comprise a plurality of control devices, which are in particular arranged spatially separated from one another. Control devices are also referred to as Electronic Control Unit (ECU) or Electronic Control Module (ECM) and preferably have electronic microcontrollers for carrying out arithmetic operations to process data, particularly preferably using software. The control devices can preferably be networked with one another, so that wired and/or wireless data exchange between control devices is possible. In particular, it is also possible to network the control devices with one another via bus systems, such as CAN bus or LIN bus.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Schalter wenigstens zwei der Schrittmotoren sequenziell auf den Treiber aufschalten. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass jeder der Schrittmotoren separat ein- und ausgeschaltet werden kann. Die entsprechenden Schalter werden dazu beispielsweise über Steuerleitungen des Microcontrollers angesteuert.According to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the switches connect at least two of the stepper motors sequentially to the driver. The advantage of this design is that each of the stepper motors can be switched on and off separately. The corresponding switches are controlled, for example, via control lines of the microcontroller.

Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Schalter wenigstens zwei der Schrittmotoren zeitgleich auf den Treiber aufschalten. Es kann hierdurch erreicht werden, dass die Schrittmotoren auch zeitgleich über einen Treiber angesteuert werden können. Auch hier kann diese Ansteuerung beispielsweise über Steuerleitungen des Microcontrollers erfolgen.According to a further preferred development of the invention, it can also be provided that the switches connect at least two of the stepper motors to the driver at the same time. This means that the stepper motors can also be controlled simultaneously via a driver. Here too, this control can take place, for example, via control lines of the microcontroller.

Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass wenigstens einer der Schalter wenigstens eine Wendeschaltung umfasst, mittels derer wenigstens eine Phase eines der Schrittmotoren umpolbar ist, so dass dieser Schrittmotor in einem ersten Schaltzustand der Wendeschaltung in einer ersten Drehrichtung und in einem zweiten Schaltzustand der Wendeschaltung in einer zweiten Drehrichtung dreht. Die vorteilhafte Wirkung dieser Ausgestaltung ist darin begründet, dass hierdurch zwei an einem Treiber angeschlossenen Schrittmotoren mit unterschiedlichen Drehrichtungen betrieben werden können, was die Flexibilität und die Einsatzmöglichkeiten der Steuereinheit weiter verbessert. Somit können also mehrere Schrittmotoren über einen Treiber gleichzeitig auch mit entgegengesetzter Drehrichtung betrieben werden. Um diese unterschiedlichen Drehrichtungen auch gleichzeitig zu ermöglichen, wird eine Phase des jeweiligen Schrittmotors gewendet, was bei gleichem Ansteuerungssignal in einer entgegengesetzten Drehrichtung resultiert.Furthermore, according to a likewise advantageous embodiment of the invention, it can be provided that at least one of the switches comprises at least one reversing circuit, by means of which at least one phase of one of the stepper motors can be reversed, so that this stepper motor is in a first switching state of the reversing circuit in a first direction of rotation and in a second switching state of the reversing circuit rotates in a second direction of rotation. The advantageous effect of this configuration is that two stepper motors connected to a driver can be operated with different directions of rotation, which further improves the flexibility and possible uses of the control unit. This means that several stepper motors can be operated simultaneously with the opposite direction of rotation via one driver. In order to enable these different directions of rotation at the same time, one phase of the respective stepper motor is reversed, which results in an opposite direction of rotation with the same control signal.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Schalter wenigstens zweier zeitgleich auf den Treiber aufgeschalteten Schrittmotoren so konfiguriert sind, dass einer der Schalter wenigstens für eine Schaltsequenz der Schrittmotoren eine Bestromung des ihm zugeordneten Schrittmotors aussetzt. Hierdurch lässt sich insbesondere der Wirkung erzielen, dass die Schrittmotoren gleichzeitig auch mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten betrieben werden können. Dies ist hierbei durch eine diskrete Geschwindigkeitssteuerung bzw., -reglung durch Aussetzen von „Schritten“ einzelner Schrittmotoren. Sollen also ein oder mehrere Schrittmotoren langsamer drehen als das angelegte Ansteuerungssignal mit seiner entsprechenden Schaltsequenz, so können diese für eine oder mehrere Schaltsequenzen vom Ansteuerungssignal abgeschaltet werden und zu Beginn der nächsten Schaltsequenz wieder aktiv geschaltet werden. Hieraus resultiert eine geringere Geschwindigkeit als bei einem durchgehend aktiv auf das Ansteuerungssignal geschalteten Schrittmotor. Die erfindungsgemäße Steuereinheit ist somit in der Lager, mehrere Schrittmotoren über einen Treiber gleichzeitig auch in entgegengesetzte Drehrichtungen zu betreiben und darüber hinaus auch mit einer diskreten Geschwindigkeitsregelung auszustatten, durch das Aussetzen von Schaltsequenzen einzelner Schrittmotoren.According to a further particularly preferred embodiment of the invention, it can be provided that the switches of at least two stepper motors connected to the driver at the same time are configured in such a way that one of the switches suspends energization of the stepper motor assigned to it at least for one switching sequence of the stepper motors. In this way, the effect can be achieved in particular that the stepper motors can be operated at different rotational speeds at the same time. This is done through discrete speed control or regulation by suspending “steps” of individual stepper motors. If one or more stepper motors are to rotate more slowly than the applied control signal with its corresponding switching sequence, they can be switched off from the control signal for one or more switching sequences and switched active again at the beginning of the next switching sequence. This results in a lower speed than with a stepper motor that is continuously actively switched to the control signal. The control unit according to the invention is therefore able to operate several stepper motors simultaneously in opposite directions of rotation via a driver and can also be equipped with a discrete speed control by suspending switching sequences of individual stepper motors.

Die Aufgabe der Erfindung kann auch gelöst werden durch eine Aktuatoranordnung umfassend eine Mehrzahl an Schrittmotoren und eine die Schrittmotoren ansteuernde Steuereinheit, mit einem Microcontroller und einem Treiber sowie einer Mehrzahl von Schaltern, die jeweils zwischen einem der Schrittmotoren und dem Treiber geschaltet sind, wobei der Schalter den ihm zugeordneten Schrittmotor mit dem Treiber verbindet oder trennt.The object of the invention can also be achieved by an actuator arrangement comprising a plurality of stepper motors and a control unit that controls the stepper motors, with a microcontroller and a driver as well as a plurality of switches, each of which is connected between one of the stepper motors and the driver, the switch connecting or disconnecting the stepper motor assigned to it from the driver.

Die Aktuatoranordnung kann beispielsweise zur Aktuierung von diversen Bauelementen innerhalb eines Kraftfahrzeugs verwendet werden. Diese können beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe der Ventile, Wärmepumpen, Rückfahrspiegel, Fensterheber und/oder elektrische Verstelleinrichtungen.The actuator arrangement can be used, for example, to actuate various components within a motor vehicle. These can, for example, be selected from the group of valves, heat pumps, rear-view mirrors, window regulators and/or electrical adjustment devices.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl der Schalter an und/oder in den Schrittmotoren angeordnet ist. Hierdurch kann ein modulartiger Aufbau der Schrittmotoren erreicht werden. Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass eine Mehrzahl der Schalter an und/oder in der Steuereinheit angeordnet ist, so dass auch konventionelle Schrittmotoren ohne Adaption direkt an die Steuereinheit angeschlossen werden können.In a likewise preferred embodiment variant of the invention it can also be provided that a plurality of the switches are arranged on and/or in the stepper motors. This allows a modular structure of the stepper motors to be achieved. It can also be advantageous to further develop the invention in such a way that a plurality of switches are arranged on and/or in the control unit, so that conventional stepper motors can also be connected directly to the control unit without adaptation.

Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl der Schrittmotoren, bevorzugt alle Schrittmotoren im Wesentlichen identisch sind. Hierdurch kann ein hoher Grad an Gleichteiligkeit erzielt werden, was zu einer kostengünstigen Fertigung der Aktuatoranordnung beiträgt. In diesem Zusammenhang kann es ebenfalls bevorzugt sein, dass die Schalter im Wesentlichen gleichteilig ausgebildet sind. Auch kann es weiter bevorzugt sein, dass die Wendeschaltungen im Wesentlichen gleichteilig ausgestaltet sind. Hierdurch kann der Grad der Gleichteiligkeit und die damit verbundenen Kostenersparnisse weiter gesteigert werden.According to a further preferred embodiment of the subject matter of the invention, it can be provided that a majority of the stepper motors, preferably all stepper motors, are essentially identical. In this way, a high degree of uniformity can be achieved, which contributes to cost-effective production of the actuator arrangement. In this context, it may also be preferred that the switches are designed to have essentially the same parts. It can also be further preferred that the reversing circuits are designed to have essentially the same parts. This allows the degree of uniformity and the associated cost savings to be further increased.

Schließlich kann die Aufgabe der Erfindung auch gelöst werden durch eine Thermomanagementanordnung eines Kraftfahrzeugs mit einer Mehrzahl von Ventilen, welche jeweils von einem Schrittmotor aktuierbar sind, wobei die Schrittmotoren mit einer Steuereinheit nach Anspruch 1-5 angesteuert werden.Finally, the object of the invention can also be achieved by a thermal management arrangement of a motor vehicle with a plurality of valves, each of which can be actuated by a stepper motor, the stepper motors being controlled with a control unit according to claims 1-5.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below using figures without restricting the general idea of the invention.

Es zeigt:

1 eine erste Ausführungsform einer Steuereinheit mit einer Mehrzahl an Schrittmotoren in einem schematischen Blockschaltbild,
2 eine erste Ausführungsform der Steuereinheit in einem elektrischen Schaltbild,
3 eine zweite Ausführungsform einer Steuereinheit mit einer Mehrzahl an Schrittmotoren in einem schematischen Blockschaltbild,
4 ein Schaltbild einer Ausführungsform einer Wendeschaltung,
5 zwei Ansteuerungsdiagramme von zwei mit unterschiedlicher Drehgeschwindigkeit betriebener Schrittmotoren,
6 einer erste Ausführungsform einer Aktuatoranordnung bei der die Schalter an und/oder in der Steuereinheit angeordnet ist.
7 einer zweite Ausführungsform einer Aktuatoranordnung bei der die Schalter an und/oder in den Schrittmotoren angeordnet ist.

It shows:

1 a first embodiment of a control unit with a plurality of stepper motors in a schematic block diagram,
2 a first embodiment of the control unit in an electrical circuit diagram,
3 a second embodiment of a control unit with a plurality of stepper motors in a schematic block diagram,
4 a circuit diagram of an embodiment of a reversing circuit,
5 two control diagrams of two stepper motors operated at different rotation speeds,
6 a first embodiment of an actuator arrangement in which the switch is arranged on and/or in the control unit.
7 a second embodiment of an actuator arrangement in which the switches are arranged on and/or in the stepper motors.

Die 1 zeigt eine Steuereinheit 1 zur Ansteuerung einer Mehrzahl von Schrittmotoren 2, umfassend einen Microcontroller 3, welcher einen Treiber 4 zur Bestromung der Schrittmotoren 2 ansteuert. Zwischen dem Treiber 4 und den Schrittmotoren 2 ist jeweils ein Schalter 5 angeordnet ist, welcher die Schrittmotoren 2 mit dem Treiber 4 verbindet oder trennt. Die Schalter 5 sind hierzu über die gestrichelt dargestellten und nicht näher bezeichneten Steuerleitungen mit dem Microcontroller 3 verbunden, welcher ein Auf- oder Abschalten eines Schalters 5 und somit eines Schrittmotors 2 bewirkt.The 1 shows a control unit 1 for controlling a plurality of stepper motors 2, comprising a microcontroller 3, which controls a driver 4 for energizing the stepper motors 2. A switch 5 is arranged between the driver 4 and the stepper motors 2, which connects or disconnects the stepper motors 2 with the driver 4. For this purpose, the switches 5 are connected to the microcontroller 3 via the control lines shown in dashed lines and not specified in more detail, which causes a switch 5 and thus a stepper motor 2 to be switched on or off.

Mit dieser Schaltungsarchitektur wird es möglich, dass die Schalter 5 wenigstens zwei der Schrittmotoren 2 sequenziell und/oder zeitgleich auf den Treiber 4 aufschalten. 2 zeigt einen möglichen Aufbau der Schalter 5.This circuit architecture makes it possible for the switches 5 to connect at least two of the stepper motors 2 to the driver 4 sequentially and/or at the same time. 2 shows a possible structure of the switch 5.

In 2 generiert der Treiber 4 ein Ansteuersignal. Die jeweils benötigten Schrittmotoren 2 können durch Aktivierung der jeweiligen Schalter 5 auf dieses Ansteuersignal aufgeschaltet werden. Dabei werden pro Phase zwei MOSFETs eingesetzt. MOSFETs sind unidirektionale Schalter und können Spannung somit nur in einer Richtung sperren. Wird eine Spannung in entgegengesetzter Richtung angelegt, so wird die intrinsische Body-Diode des MOSFETs leitend. Liegt an Anschluss A 12 V und an B GND, fließt der Strom über die Body-Diode von MOSFET A und kann von MOSFET B gesperrt oder durchgelassen werden. Liegt an Anschluss B 12 V und an A GND , fließt der Strom über die Body-Diode von MOSFET B und kann von MOSFET A gesperrt oder durchgelassen werden.In 2 the driver 4 generates a control signal. The required stepper motors 2 can be connected to this control signal by activating the respective switches 5. Two MOSFETs are used per phase. MOSFETs are unidirectional switches and can therefore only block voltage in one direction. If a voltage is applied in the opposite direction, the intrinsic body diode of the MOSFET becomes conductive. If there is 12 V at connection A and GND at B, the current flows through the body diode of MOSFET A and can be blocked or let through by MOSFET B. If there is 12 V at connection B and GND at A, the current flows through the body diode of MOSFET B and can be blocked or let through by MOSFET A.

Wie in der 3 dargestellt, können die Schalter 5 eine Wendeschaltung 6 umfassen, mittels derer wenigstens eine Phase eines der Schrittmotoren 2 umpolbar ist, so dass dieser Schrittmotor 2 in einem ersten Schaltzustand der Wendeschaltung 6 in einer ersten Drehrichtung und in einem zweiten Schaltzustand der Wendeschaltung 6 in einer zweiten Drehrichtung dreht, so dass die entsprechenden Schrittmotoren 2 individuell hinsichtlich ihrer Drehrichtung ansteuerbar sind. Eine mögliche Ausführungsform einer Wendeschaltung 6 zeigt die 4.Like in the 3 shown, the switches 5 can include a reversing circuit 6, by means of which at least one phase of one of the stepper motors 2 can be reversed, so that this stepper motor 2 in a first switching state of the reversing circuit 6 in a first direction of rotation and in a second switching state of the reversing circuit 6 in a two th direction of rotation rotates, so that the corresponding stepper motors 2 can be controlled individually with regard to their direction of rotation. A possible embodiment of a reversing circuit 6 is shown 4 .

Die 5 zeigt zwei Ansteuerungsdiagramme, bei denen die Schalter 5a, 5b wenigstens zweier zeitgleich auf den Treiber 4 aufgeschalteten Schrittmotoren 2a,2b so konfiguriert sind, dass einer der Schalter 5b wenigstens für eine Schaltsequenz 7 der Schrittmotoren 2a,2b eine Bestromung des ihm zugeordneten Schrittmotors 2b aussetzt (unteres Diagramm). Hierdurch dreht der Schrittmotor 2b des unteren Diagramms nur noch halb so schnell, wie der Schrittmotor 2a des oberen Ansteuerungsdiagramms. Selbstverständlich kann ein Schrittmotor 2 auch ein Vielfaches einer Schaltsequenz 7 aussetzen, so dass die Umdrehungsgeschwindigkeit dieses Schrittmotors 2 nur noch ½, 1/3 , ½ usw. der Umdrehungsgeschwindigkeit eines mit einer Schaltsequenz 7 angesteuerten Schrittmotors 2 entspricht.The 5 shows two control diagrams in which the switches 5a, 5b of at least two stepper motors 2a, 2b connected to the driver 4 at the same time are configured in such a way that one of the switches 5b suspends energization of the stepper motor 2b assigned to it at least for a switching sequence 7 of the stepper motors 2a, 2b (bottom diagram). As a result, the stepper motor 2b in the lower diagram only rotates half as fast as the stepper motor 2a in the upper control diagram. Of course, a stepper motor 2 can also expose a switching sequence 7 to a multiple, so that the rotational speed of this stepper motor 2 only corresponds to ½, 1/3, ½, etc. of the rotational speed of a stepper motor 2 controlled with a switching sequence 7.

In den 6-7 ist eine Aktuatoranordnung 10 gezeigt, umfassend eine Mehrzahl an Schrittmotoren 2 und eine die Schrittmotoren 2 ansteuernde Steuereinheit 1, mit einem Microcontroller 3 und einem Treiber 4 sowie einer Mehrzahl von Schaltern 5, die jeweils zwischen einem der Schrittmotoren 2 und dem Treiber 4 geschaltet sind, wobei der Schalter 5 den ihm zugeordneten Schrittmotor 2 mit dem Treiber 4 verbindet oder trennt. Die Schrittmotoren 2 sind hierbei im Wesentlichen identisch ausgebildet.In the 6-7 an actuator arrangement 10 is shown, comprising a plurality of stepper motors 2 and a control unit 1 controlling the stepper motors 2, with a microcontroller 3 and a driver 4 as well as a plurality of switches 5, each of which is connected between one of the stepper motors 2 and the driver 4, wherein the switch 5 connects or disconnects the stepper motor 2 assigned to it with the driver 4. The stepper motors 2 are designed essentially identically.

In der Ausführungsform der 6 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der alle Schalter 5 an und/oder in der Steuereinheit 1 angeordnet sind. In der Ausführung der 7 sind die Schalter 5 hingegen an und/oder in den Schrittmotoren 2 angeordnet.In the embodiment of 6 An embodiment is shown in which all switches 5 are arranged on and/or in the control unit 1. In the execution of the 7 However, the switches 5 are arranged on and/or in the stepper motors 2.

Die Aktuatoranordnungen 10 der 6-7 bilden jeweils eine Thermomanagementanordnung eines Kraftfahrzeugs mit einer Mehrzahl von Ventilen 23, welche jeweils von einem Schrittmotor 2 aktuierbar sind und welche von einer Steuereinheit 1 angesteuert werden.The actuator arrangements 10 of 6-7 each form a thermal management arrangement of a motor vehicle with a plurality of valves 23, which can each be actuated by a stepper motor 2 and which are controlled by a control unit 1.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.The invention is not limited to the embodiments shown in the figures. The foregoing description is therefore not to be viewed as limiting but rather as illustrative. The following patent claims are to be understood as meaning that a stated feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of other features. If the patent claims and the above description define 'first' and 'second' features, this designation serves to distinguish two similar features without establishing a ranking.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11: SteuereinheitControl unit
22: Schrittmotorstepper motor
33: MicrocontrollerMicrocontrollers
44: Treiberdriver
55: SchalterSwitch
66: WendeschaltungReversing switch
77: SchaltsequenzSwitching sequence
1010: Aktuatoranordnung Actuator arrangement
2323: VentileValves

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 4401931 A [0007]
US 5237250 A [0007]

Claims

Control unit (1) for controlling a plurality of stepper motors (2), comprising a microcontroller (3) which controls a driver (4) for energizing the stepper motors (2), characterized in that between the driver (4) and the stepper motors ( 2) a switch (5) is arranged in each case, which connects or disconnects the stepper motors (2) with the driver (4).

Control unit (1). Claim 1 , characterized in that the switches (5) connect at least two of the stepper motors (2) sequentially to the driver (4).

Control unit (1). Claim 1 or 2 , characterized in that the switches (5) connect at least two of the stepper motors (2) to the driver (4) at the same time.

Control unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the switches (5) comprises at least one reversing circuit (6), by means of which at least one phase of one of the stepper motors (2) can be reversed, so that this stepper motor (2) in a first switching state of the reversing circuit (6) rotates in a first direction of rotation and in a second switching state of the reversing circuit (6) in a second direction of rotation.

Control unit (1) according to one of the Claims 3 - 4 , characterized in that the switches (5a, 5b) of at least two stepper motors (2a, 2b) connected to the driver (4) at the same time are configured in such a way that one of the switches (5b) is at least for one switching sequence (7) of the stepper motors (2a ,2b) suspends energization of the stepper motor (2b) assigned to it.

Actuator arrangement (10) comprising a plurality of stepper motors (2) and a control unit (1) that controls the stepper motors (2), with a microcontroller (3) and a driver (4) and a plurality of switches (5), each between one the stepper motors (2) and the driver (4) are connected, the switch (5) connecting or disconnecting the stepper motor (2) assigned to it with the driver (4).

Actuator arrangement (10). Claim 6 , characterized in that a plurality of switches (5) are arranged on and/or in the stepper motors (2).

Actuator arrangement (10). Claim 6 or 7 , characterized in that a plurality of the switches (5) are arranged on and/or in the control unit (1).

Actuator arrangement (10) according to one of the Claims 6 - 8th , characterized in that a majority of the stepper motors (2), preferably all stepper motors (2), are essentially identical.

Thermal management arrangement of a motor vehicle with a plurality of valves (23), each of which can be actuated by a stepper motor (2), the stepper motors (2) being connected to a control unit (1). Claim 1 - 5 be controlled.