电机控制器、电机校准装置、电机的控制方法和校准方法与流程

本申请涉及电机控制器、电机系统和操作电机的方法。

背景技术：

在电机领域，已知使用称为ec(电子换向，electronicallycommutated)或bldc(无刷直流)电机类型的所谓的无刷电机，该电机避免了经由电刷触点向电机的转子提供电流的需要。在这种电机中，通过向电机的定子的定子绕组提供变化的驱动信号来生成旋转磁场。该磁场也称为定子磁场。在典型的设计中，电机具有多个相，每个相对应于由驱动信号的相应分量供电的一组定子绕组。例如，在三相设计的情况下，电机具有三个定子区段，每个定子区段具有相应的一组定子绕组并且由驱动信号的三个分量中之一供电。

电机的转子设有一个或更多个永磁体，其也称为转子磁体。转子磁体生成磁场，该磁场也称为转子磁场。定子磁场引起转子磁体上的转矩。正是转子磁体上的转矩引起转子上的总转矩并且会导致转子旋转。可以通过生成具有相对于转子磁场的取向呈90°角的取向的定子磁场来实现转子上的最大转矩。

当转子旋转时，通常以使定子磁场与转子同步旋转为目的而生成驱动信号。这可以通过例如使用如us2016/0359442a1中描述的矢量控制方案、根据转子的估计的或测量的角位置而生成驱动信号来实现。

实际上，例如由于制造工艺的变化，电机通常不同于电机的理想实现。与理想实现的偏差可能涉及定子绕组或转子磁体。特别是在小功率和/或小尺寸电机中，有缺陷的定子绕组可能会使得实际定子磁场偏离如针对理想电机实现所假设的定子磁场。此外，一个或更多个转子磁体的形状、位置或磁化可能会偏离理想的电机实现，这使得转子磁场偏离如针对电机的理想实现所假设的定子磁场。由于定子磁场和/或转子磁场与理想实现的这些偏差，定子磁场和转子磁场相对于彼此的取向可能会在电机的一圈旋转中变化，这导致施加在转子上的相应变化。在电机的多个旋转中，转矩的变化的重复导致称为“转矩波动”的现象。

转矩波动可能会对电机效率产生不利影响，并且可能导致不期望的噪音。在一些情况下，转矩波动还可以具有刺激生成电机的驱动信号的控制电路的谐振行为的频率，并且因此可能会导致电机控制的不稳定性。因此，ec电机的定子绕组的缺陷和/或转子磁体的缺陷可能会对电机的工作特性产生不利影响。另一方面，在ec电机的制造期间避免这种缺陷可能会过于昂贵的。

技术实现要素：

根据一个实施方式，提供了一种电机控制器。电机控制器包括电机驱动电路和控制电路。电机驱动电路被配置成例如向电子换向(ec)电机提供驱动信号。控制电路被配置成基于校准数据来控制电机驱动电路。校准数据指示响应于驱动信号的电机的转子的实际角位置与响应于驱动信号的理想电机的转子的预期角位置之间的关系。

根据另一实施方式，提供了一种电机校准装置。电机校准装置包括控制电路，该控制电路被配置成控制提供给电机例如ec电机的驱动信号。此外，电机校准装置包括校准电路。校准电路被配置成接收响应于驱动信号的电机的转子的至少一个测量的角位置。此外，校准电路被配置成基于所述至少一个测量的角位置来确定校准数据。校准数据指示响应于驱动信号的转子的实际角位置与响应于驱动信号的理想电机的转子的预期角位置之间的关系。

根据另一实施方式，提供了一种控制电机的方法。该方法包括向ec电机提供驱动信号。此外，该方法包括基于校准数据来控制驱动信号。校准数据指示响应于驱动信号的电机的转子的实际角位置与响应于驱动信号的理想电机的转子的预期角位置之间的关系。

根据另一实施方式，提供了一种校准电机的方法。该方法包括控制提供给ec电机的驱动信号。此外，该方法包括接收响应于驱动信号的电机的转子的至少一个测量角位置，并且基于所述至少一个测量角位置来确定校准数据。校准数据指示响应于驱动信号的电机的转子的实际角位置与响应于驱动信号的理想电机的转子的预期角位置之间的关系。

上述概要不应被解释为是限制性的。根据本发明的其他实施方式，可以提供其他设备、系统或方法。根据以下结合附图的详细描述，这些实施方式将是显而易见的。

附图说明

图1a示意性地示出了根据实施方式的ec电机的理想实现的示例；

图1b示出了由于电机的定子绕组的缺陷而与图1a的理想实现的偏差的示例；

图2a示意性地示出了根据实施方式的ec电机的理想实现的另一示例；

图2b示出了由于电机的转子磁体的缺陷而与理想实现的偏差的示例；

图3a和图3b示出了电机的定子绕组和/或转子磁体的缺陷的影响；

图4示意性地示出了根据一个实施方式的电机系统；

图5示意性地示出了在图4的电机系统中所生成的驱动信号；

图6示意性地示出了根据实施方式的校准测量的示例；

图7示出了根据本发明的实施方式所使用的校准数据的示例，校准数据包括取决于测量转子角度的补偿角度

图8示出了根据实施方式所使用的校准数据的另一示例；

图9示出了根据实施方式的校准测量的结果的另一示例；

图10示出了根据实施方式的电机控制的进一步细节；

图11a示出了用于示意性说明根据实施方式的控制电机的方法的流程图；

图11b示出了用于示意性说明根据图11a的方法工作的电机控制器的框图；

图12a示出了用于示意性说明根据实施方式的校准电机的方法的流程图；

图12b示出了用于示意性说明根据图12a的方法工作的校准装置的框图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述各种实施方式。应注意，这些实施方式仅用作示例，而不应被解释为是限制性的。例如，尽管示出具有多个特征的实施方式，但是其他实施方式可以包括更少的特征和/或替选的特征。此外，除非另外特别说明，否则来自不同实施方式的特征可以彼此组合。

如下所示的实施方式涉及电机控制器、控制电子换向(ec)电机的方法以及校准电机的方法。电机可以例如用在机动车辆领域中，例如用于驱动燃料泵或动力转向系统。然而，注意，所说明的电机、电机控制器、系统和方法也可用在各种其他领域中，例如用在家用电器等的泵中。

在下文中，将讨论第一示例性电机实现以及理想(完美)电机与实际电机之间的偏差。之后，将描述根据一些实施方式的用于减轻这种偏差的影响的技术。

图1a示意性地示出了ec电机的理想实现的示例。具体地，图1a是垂直于电机的驱动轴101的平面中的剖视图，并且示出了电机的转子110和定子120的实现。电机是三相电机，具有称为u、v和w的相。定子120具有三个定子区段。电机的第一定子区段对应于相u并且包括定子绕组121u。电机的第二定子区段对应于相v并且包括定子绕组121v。电机的第三定子区段对应于相w并且包括定子绕组121w。

在所说明的电机的理想实现中，定子区段以星形方式布置，其中在不同的定子区段之间具有120°的标称角偏移。这里使用的术语“标称”指示按电机的设计想要电机具有的性质。因此，在这种情况下，电机被设计成具有120°的偏移。因此，电机具有关于其定子120的三重对称性。然而，注意，下面进一步所说明的概念也可以应用于具有不同旋转对称性的其他电机设计。更一般地说，电机可以基于n个相并且具有关于定子的n重对称性。然后，n个定子区段以星形方式布置，其中定子区段之间具有360°/n的标称角偏移。

图1a中的实线箭头指示由定子区段提供的磁场的方向。具体地，由bu表示的箭头表示由对应于相u的定子区段提供的磁场的方向，由bv表示的箭头表示由对应于相v的定子区段所提供的磁场的方向，以及由bw表示的箭头表示由对应于相w的定子区段所提供的磁场的方向。

在所示的示例中，转子110包括具有北磁极元件111n和南磁极元件111s的单对转子磁极111n、111s。转子磁极111n、111s由布置在转子110上的一个或更多个永磁体形成，其在下文中也称为转子磁体。注意，也可以使用更多数量的磁极对。具有单对转子磁极111n、111s的转子110具有一重旋转对称性。在n个磁极对的情况下，转子110将具有n重旋转对称性。由于在图1a的示例中定子120具有比转子110更高的对称水平，因此电机的整体旋转对称性对应于定子120的旋转对称性，即三重旋转对称性。

在电机的实际实现中，通常存在与如图1a所示的理想实现即标称设计的偏差。具体地，这些偏差可能涉及定子绕组121u、121v、121w和/或转子磁极111n、111s。在图1b中示出这种偏差的示例。

在图1b的示例中，假设对应于相v的定子区段未对准。这种未对准可能是由于定子绕组121v的缺陷，例如由于制造误差或制造工艺的容许变化。定子绕组121v的缺陷可能是由于定子绕组121v的不均匀性，导致定子绕组121v的质量中心在定子120的周界上偏移。

在图1b的示例中，磁场bv的方向偏离如针对电机100的理想实现所预期的磁场bvi的理想方向。对应于相v的定子区段的未对准使得与图1a的理想实现相比，由对应于相u的定子区段所提供的磁场bu与由对应于相v的定子区段所提供的磁场bv之间的角度减小到115°，而由对应于相v的定子区段所提供的磁场bv与由对应于相w的定子区段所提供的磁场bw之间的角度增加到125°。

在图1b的示例中，对应于相u和相w的定子区段不存在未对准。然而，注意，在其他情形下，也可能存在不止一个的相的定子区段出现未对准。

图2a示意性地示出了ec电机的理想实现的另一示例。具体地，图2a是垂直于电机的驱动轴的平面的剖视图并且示出了电机的转子110和定子120的实现。转子110和定子120的实现类似于图1a的示例。然而，在图2a的示例中，转子110具有多对转子磁极111n、111s、112n、112s、113n、113s。第一对转子磁极111n、111s包括第一北磁极元件111n和第一南磁极元件111s。第二对转子磁极112n、112s包括第二北磁极元件112n和第二南磁极元件112s。第三对转子磁极113n、113s包括第三北磁极元件113n和第三南磁极元件113s。转子磁极111n、111s、112n、112s、113n、113s由一个或更多个转子磁体形成。具有三对转子磁极111n、111s的转子110具有三重旋转对称性。

图2b示出了可能在电机的实际实现中出现的涉及转子磁极111n、111s、112n、112s、113n、113s的偏差的示例。

在图2b的示例中，假设与图2a的理想实现相比，转子110的转子磁极113n、113s未对准。具体地，图2b的示例假设转子磁极113n、113s相对于其他转子磁极111n、111s、112n、112s存在角偏移，例如由于制造误差或制造工艺的容许变化。如果转子磁极111n、111s、112n、112s、113n、113s由单独的转子磁体形成，则未对准可能是由于转子磁体在转子110上的有缺陷的布置或者由于一个或更多个转子磁体的有缺陷的磁化。如果转子磁极111n、111s、112n、112s、113n、113s由单个转子磁体形成，则未对准可能是由于转子磁体的有缺陷的磁化或由于转子磁体的有缺陷的形状。

在图2b的示例中，假设转子磁极113n、113s的相对角偏移为5°，结果是转子磁极113n、113s的磁场方向与转子磁极111n、111s的磁场方向之间的角度减小到55°，而转子磁极113n、113s的磁场方向与转子磁极112n、112s的磁场方向之间的角度增加到65°。

图3a和图3b进一步示出了如图1b的示例中所说明的定子绕组的未对准或者如图2b的示例中所说明的转子磁极的未对准的影响。具体地，图3a示出了当假设电机完美实现而无定子绕组的任何未对准或转子磁极的任何未对准时转子110上的转矩生成。图3b示出了在具有定子绕组或转子磁极未对准的情形下的转矩生成。

在图3a和图3b的示例中，假设在上面参照图1a、1b和图2a、2b所讨论的ec电机的工作期间向电机提供驱动信号。驱动信号具有三个分量：第一分量对应于通过相u的定子绕组121u的电流iu，第二分量对应于通过相v的定子绕组121v的电流iv，以及第三分量对应于通过相w的定子绕组121w的电流iw。定子磁场被示出为具有二维表示的定子电流矢量is。定子磁场对应于由各个定子区段提供的磁场bu、bv、bw之和。定子电流矢量使用由iα和iβ表示的两个正交定子电流坐标表示。两个正交定子电流坐标iα和iβ可通过从驱动信号的三个分量iu、iv、iw进行坐标变换来导出的。图3a和图3b的示例进一步假设以在电机的转子110上生成最大转矩为目的而生成驱动电流。

此外，图3a和图3b通过示出矢量d和矢量q来示出转子110的取向，其中矢量d表示转子110的直(d)轴，即由转子110生成的磁通量的方向，矢量q表示转子110的转矩(q)轴，转矩(q)轴垂直于d轴。可以看出，在图3a的示例中，定子电流矢量is与矢量q对准，这意味着转子110上的转矩最大化。与此相比，在图3b的场景中，定子电流矢量is的方向相对于矢量q的方向存在未对准，这意味着与图3a的情形相比在转子110上生成的转矩减小。与图3a的示例相比，在如图3b的示例中所示的20°的角位移的情况下，转矩将减小10％。

图3b的示例中的未对准可能由于定子磁场的取向偏离如针对理想电机实现所预期的取向而产生、和/或是与如针对理想电机实现所预期的转子磁场取向偏离的结果。

如图2a的示例所示，某个定子区段可能覆盖与在理想电机实现中不同的角区域。此外，角覆盖的这种偏差可能对于每个定子区段都不同。例如，由两个相邻定子区段提供的磁场之间的角偏移可能大于针对电机的理想实现所假设的角偏移，如在图2b中的示例中在对应于相v的定子区段与对应于相w的定子区段之间那样。在这些定子区段之间，定子磁场的旋转将比针对电机100的理想实现所假设的更快。此外，由两个相邻定子区段提供的磁场之间的角偏移可能小于针对电机的理想实现所假设的，如在图2b的示例中在对应于相v的定子区段与对应于相u的定子区段之间那样。在这些定子区段之间，定子磁场的旋转将比针对电机的理想实现所假设的更慢。因此，即使转子110以恒定的角速度旋转并且根据转子110的这种旋转生成提供给定子的驱动信号，在转子的一个旋转期间定子磁场也将以一个非恒定的角速度旋转。定子磁场与转子110之间的角速度的差异进而又可能导致定子磁场相对于转子磁体的转子磁场的角度的角位置相关的变化。如结合图3a和图3b所说明的，这引起转子110上的转矩的变化。这些变化随着转子110的每圈旋转重复发生，即引起转矩波动。

如上面针对有缺陷的转子绕组的情况所说明的类似问题也可能在转子磁体的缺陷的情况下发生，例如在一个或更多个转子磁体的形状、位置或磁化偏离理想电机实现的情况下。这可能使得转子磁场具有偏离针对电机100的理想实现所假设的几何形状的有缺陷的几何形状。即使定子绕组121u、121v、121w是完美的并且定子磁场与转子110同步旋转，转子磁场的有缺陷的几何形状也可能使得在转子的一个旋转期间某个转子磁极与针对电机的理想实现所预期的相比更早或更晚通过某个定子区段。例如，当参照图2b的示例并且假设转子110顺时针旋转时，一对转子磁极113n、113s将与针对电机的理想实现所预期的相比更早通过定子区段。这导致定子磁场相对于转子磁场的角度的角位置相关的变化以及转子上的转矩的相应变化。因此，转矩波动也可能由于转子磁体的缺陷而产生。

为了有效地考虑如结合图1a至图3b所说明的电机的缺陷，下面所说明的构思涉及以至少部分地补偿定子磁场与转子磁场的相对取向的未对准为目的来校准电机。具体地，基于校准数据来操作电机，该校准数据指示响应于驱动信号的转子110的实际角位置与针对电机的理想实现所预期的响应驱动信号的转子110的预期角位置的关系。因此，校准数据描述了电机对驱动信号的响应如何偏离针对电机的理想实现所预期的响应。如下面更详细说明的，可以使用校准数据来校正驱动信号与转子110的角位置的相关性。

图4示意性地示出了根据一个实施方式实现对电机的缺陷的补偿的电机系统。电机系统包括电机100。电机100可以基于如图1a所示的理想实现或基于如图2a所示的理想实现。电机100可能具有例如结合图1a所说明的定子绕组的缺陷和/或例如结合图2b所说明的一个或更多个转子磁体的缺陷。

在图4的示例中，电机100用于驱动负载10。在机动车辆领域，负载10可以例如是泵，例如燃料泵或油泵(图3a和3b中未示出)。此外，负载10可以是动力转向系统的轴(图3a和3b中未示出)。此外，电机系统包括电机控制器200，该电机控制器200向电机100提供驱动信号。

如上所述，驱动信号具有三个分量，也称为相。这些驱动信号分量中的每一个被提供给在图4中由122u、122v、122w表示的电机100的定子区段中的相应一个。对应于相u的定子区段122u被提供有对应于相u的驱动信号分量，即电流iu。对应于相v的定子区段122v被提供有对应于相u的驱动信号分量，即电流iv。对应于相w的定子区段122w被提供有对应于相w的驱动信号分量，即电流iw。

在所示的示例中，电机控制器200包括微控制器210、预驱动器220、输出级230、用于驱动信号分量iu、iv、iw中的每一个的相应电流传感器240u、240v、240w、用于感测转子110的角位置的角度传感器250(图4中未示出，但在图1a、1b和图2a、2b中示出)。如本领域普通技术人员已知的，角度传感器250可以例如基于一个或更多个霍尔器件、一个或更多个巨磁阻(gmr)器件、一个或更多个隧道磁阻(tmr)器件、机械编码器、磁解算器等。

如下面进一步说明的，角度传感器250能够在转子110的一整圈旋转中明确地解析转子110的角位置。换句话说，可以在转子110的一整圈旋转中明确地确定转子的角位置。由角度传感器250所测量的转子110的角位置在下文中也称为测量的转子角度如下面更详细说明的，电机控制器200可以根据测量的转子角度生成驱动信号分量iu、iv、iw。

如所示的，微控制器210使用测量的转子角度(也称为测量的角位置)作为输入参数来生成用于相u、v、w中的每一个的相应控制信号xu、xv、xw。控制信号xu、xv、xw可以指示用于驱动信号分量iu、iv、iw中的每一个的相应目标值。测量的转子角度用于控制这些目标值，以实现由驱动信号分量iu、iv、iw形成的电流矢量的旋转。

如进一步所示的，预驱动器级220可以使用来自电流传感器240的反馈来准确地将驱动信号iu、iv、iw控制到目标值。以这种方式，例如可以考虑由定子绕组121u、121v、121w的电感引起的延迟。预驱动器级220的用于相u、v、w的输出信号分别由xup、xvp、xwp表示。输出级230进而可以用于将预驱动器级220的输出信号xup、xvp、xwp放大到所需的功率电平，由此获得驱动信号分量iu、iv、iw。

为了补偿定子磁场相对于转子磁场的取向的未对准，电机控制器200设置有校正/校准电路260和校准数据存储器270。校准数据存储器270存储上面提到的指示响应于驱动信号的转子110的实际角位置与响应于驱动信号的转子110的预期角位置(即理想电机的角位置)之间的关系的校准数据。在图4的示例中，校正电路260使用存储在校准数据存储器270中的校准数据来根据测量的转子角度计算转子110的校正的角位置然后，电机控制器200基于校正的角位置例如使用下面讨论的矢量控制算法来生成用于电机100的驱动信号，在所述矢量控制算法中，根据校正的角位置旋转由驱动信号引起的定子磁场。

图5示意性地示出了由电机控制器200生成的驱动信号分量iu、iv、iw。这里，注意，为清楚起见，省略在图5中由预驱动器级220引入的对驱动信号的任何改变。

可以看出，在所示的示例中，驱动信号分量iu、iv、iw均是基于转子110的校正角位置的正弦函数并且相对于彼此相移120°。例如，驱动信号可以如下表示：

其中，a表示可以由微控制器210、预驱动器220和输出级230控制的幅值参数。

当转子110旋转时，电机控制器200根据角度传感器250所测量的测量转子角度——特别是取决于根据测量的转子角度计算的校正角位置——连续地调节驱动信号分量iu、iv、iw。

驱动信号与校正角位置的相关性提供了定子磁场的与转子磁场的旋转同步的旋转。基于校准数据对测量角位置的校正至少部分地补偿了由于定子绕组或转子磁体的缺陷引起的未对准。以这种方式，可以实现定子磁场具有沿转子110的q轴对准的取向。以这种方式，转子110上的转矩可以最大化。

图6示出了根据实施方式的可以用于校准过程的设置和示例性校准结果，即如何获得校准数据的示例。在校准过程期间，向电机100施加驱动信号，并且使用角度传感器250测量转子110响应于驱动信号的特定状态而达到的转子角度然后，将角位移确定为预期角位置与实际测量的转子角度之间的差。预期角位置对应于当假设电机100是理想实现时针对转子110响应于驱动信号的状态所预期的角位置。

在图6中，预期角位置由针对电机100的理想实现所假设的定子电流矢量isi的取向示出。实际测量的转子角度由矢量r示出。可以针对驱动信号的各种状态来执行这些测量，其中驱动信号的每个状态对应于不同的预期角位置并且使转子110达到不同的实际测量的转子角度因此可以根据测量的转子角度确定角位移

如从假设相v具有5°的未对准的图6的示例性校准结果可以看出，角位移根据测量的转子角度而变化。校准过程的结果可以例如以查找表600的形式被存储在校准数据存储器270中，以用于稍后在电机100的常规工作期间生成驱动信号时由校准电路260使用。校准数据可以指示取决于测量的转子角度的角位移在所存储的校准数据中，测量的转子角度对应于响应于驱动信号的转子的实际角位置，而角位移或预期转子角度指示这些实际角位置与响应于驱动信号的转子110的预期角位置的关系。

在校准过程期间，驱动信号iu、iv、iw的施加状态可以对应于驱动信号iu、iv、iw中的至少之一为零而其他驱动信号iu、iv、iw具有相同值例如单位值的基本矢量。当对驱动信号分量iu、iv、iw进行归一化时，这些基本矢量因此会是(1，0，0)、(1，1，0)、(0，1，0)、(0，1，1)、(0，0，1)和(1，0，1)。对于理想的电机实现，这些基本矢量将分别对应于0°、60°、120°、180°、240°和360°的预期转子角度。在校准过程期间，可以以静态方式施加驱动信号，其中电机100的转子110自由移动。响应于驱动信号iu、iv、iw的给定状态，转子110将移动到定子磁场的取向与转子110的d轴对准的位置。然而，定子电流矢量is的取向可能偏离转子110的测量取向。这可以在转子的一整圈旋转中逐步地完成。

在图6的示例中，针对驱动信号的六种不同状态即针对六个不同的角位置测量了角位移这可以使得能够准确地评估如在图1a和图2a的示例中示出的具有三重对称性的电机实现的未对准。

注意，校准过程不限于使用静态施加的基本矢量。相反，还可以例如根据式(4)、式(5)、式(6)生成具有与转子110的其他预期角位置相对应的状态的驱动信号：

因此，也可以基于用于在电机100的工作期间生成驱动信号所使用的类似算法来生成在校准期间使用的多组驱动信号，然而其具有90°的相移以考虑对于驱动信号的静态施加状态，转子110的d轴将与定子磁场对准，而在电机100的常规工作期间，通常将以使定子磁场与转子110的q轴对准为目的而生成驱动信号。

在校准期间，可以针对在转子110的一整圈旋转中所分布的转子110的多个角位置来测量角位移然后，例如通过近似函数例如通过插值或外推来获得角位移的中间值。这里，注意，这种近似函数可以用于提供同样用于与在校准期间测量的转子角度不同的转子角度的校准数据。例如，通过对查找表中展示的数据进行插值或外推，也可以为测量的转子角度之间的区间中的转子角度提供校准数据。另外或作为替选，在电机100的工作期间也可以使用近似函数来计算用于不同于校准数据中包括的实际转子角度的测量转子角度的校正转子角度

接下来，将更详细地讨论在电机100的正常工作期间对校准数据的使用。在电机100的工作期间，校准/校正电路260可以使用校准数据来根据当前测量的转子角度计算校正的角位置。具体地，校准/校正电路260可以根据式(7)使用映射至给定测量转子角度的角位移来计算校正角位置

可以类似地使校准数据指示映射至测量转子角度的预期角位置并且基于这种映射来计算校正角位置而不是通过根据关系式(7)加上补偿角度来计算校正的角位置在这种情况下，预期角位置可以直接用作校正角位置

如果在电机100的工作期间当前测量的转子角度不同于在校准数据中考虑的测量转子角度则校正/校准电路260可以选择与校准数据中考虑的测量转子角度对应的角位移中的与校准数据中考虑的当前测量的转子角度最佳匹配的角位移例如，如果当前测量的转子角度是则校正/校准电路260可以从存储的校准数据中选择对应于的角位移并且基于当前测量的转子角度和所选择的最佳匹配角位移来计算校正的转子角度此外，可以使用接下来将说明的近似函数。

图7示出了在角位移的测量值之间使用线性插值以由此获得对用于任何测量的转子角度的角位移的估计的示例。在图7的示例中，在校准期间测量的转子角度的角位移的值由实线框表示。对于其他转子角度可以基于这些值之间的线性插值函数来估计角位移这里，注意，也可以使用其他类型的近似函数，例如校准期间测量的数据的正弦近似。

此外，校准还可以例如通过使用具有基于对应于用于预期旋转角度的1°或甚至更小的小步长的驱动信号的状态的测量来利用角位移的非常精细的粒度的测量。在图8中示出精细粒度映射的相应示例，其中角位移根据测量的转子角度以正弦方式平滑地变化。

对于例如在图2a和图2b的示例中具有多于两对的转子磁极的电机100的实现，也可以进行未对准的校准和补偿。在这种情况下，转子110的一整圈机械旋转将对应于定子电流矢量is的n整圈旋转。这可以通过定义对应于n倍的测量机械转子角度的电转子角度φm和对应于n倍预期机械转子角度的相应预期电转子角度φe来考虑。

图9示出了针对假设三对转子磁极的场景的校准结果的示例。在这种情况下，可以区分预期机械转子角度和预期电转子角度φe，该预期电转子角度φe是预期机械转子角度的三倍(模360°)。此外，可以将测量电角度φe定义为对应于测量机械转子角度的三倍(模360°)。此外，可以将电角位移δφ定义为对应于机械角位移的三倍。

从图9的示例可以看出，在转子110的一整圈机械旋转中存在电转子角度φe、φm和由驱动信号分量iu、iv、iw限定的定子电流矢量is的三圈旋转。在图9中，电转子角度φe、φm和定子电流矢量is的这些重复模式由虚线分开。在图9的示例中，在转子110的一圈机械旋转中，角位移示出了电转子角度φe、φm和定子电流矢量is的每圈旋转的不同特性。这可能是由于如图2b的示例中所示的转子磁极对的未对准造成的。如果在电机100的校准期间在转子110的一圈机械旋转中测量转子角度被唯一地解析，则可以有效地考虑转子110的一圈机械旋转内的这些变化。

图10示出了用于进一步说明根据实施方式的电机控制的框图。特别地，图10示出了可以用于生成用于电机100的驱动信号的矢量控制电路。在图10的示例中，假设电机100是动力转向系统的一部分。如示意性示出的，动力转向系统包括方向盘1001，方向盘1001经由扭杆1002连接至用于控制车辆的至少一个转向轮1005的转向轴1003。电机100用于向转向轴1003提供额外的动力。在图10的示例中，如上所述地基于测量转子角度来控制电机100。转子角度由角度传感器1011测量。此外，基于由耦接至方向盘1001的转矩传感器1012所提供的转矩需求tsteer并且基于由电流传感器1013、1014、1015所提供的电流反馈来控制电机100，其中电流传感器1013、1014、1015分别感测驱动信号分量iu、iv、iw的电流。

如所示出的，在电机100的工作期间，当前测量的转子角度被提供给角度校正块1030。利用如上文所说明的校准过程的结果，角度校正块1030根据测量的转子角度计算经校正的转子角度这可以基于式(7)通过加上映射至测量的转子角度的补偿角度来实现。

在图10的矢量控制电路中，测量的电流被提供给克拉克(clarke)变换块1040，该克拉克变换块1040实现从三维坐标空间到使用两个正交坐标iα和iβ的二维坐标空间的转换。两个正交坐标iα和iβ被提供给派克(park)变换块1050，该派克变换块1050使用经校正的转子角度作为输入并且实现坐标iα和iβ到旋转了校正的转子角度的坐标系的转换。结果，派克变换块提供了与转子的d轴对准的第一坐标id和与转子110的q轴对准的第二坐标iq。

然后，在基于外部控制块1060、用于iq坐标的pi(比例积分)控制块1061和用于id的pi控制块1062的控制算法中使用坐标id和iq作为反馈。外控制块1060使用转矩需求tsteer与参考转矩tref(例如，tref＝0)之间的差值作为输入来设置用于iq坐标的目标值iq，set。用于iq坐标的pi控制块1061使用用于iq坐标的目标值iq，set与用于iq坐标的反馈之间的差值来设置相应的输出电压vq。用于id坐标的pi控制块1062使用用于id坐标的id，set与用于id坐标的反馈之间的差值来设置相应的输出电压vd。鉴于使定子场矢量与转子的q轴保持对准，目标值id，set为零。在根据经校正的转子角度旋转的坐标系中定义输出电压vd和vq。

pi控制块1061、1062的输出电压vd和vq被提供给逆派克变换块1070，该逆派克变换块1070实现到非旋转坐标vα和vβ的转换。类似于派克变换块1050，逆派克变换块1070使用校正的转子角度作为输入。逆派克变换块1070的操作引入了驱动信号分量iu、iv、iw的上述正弦变化。

坐标vα和vβ被提供给笛卡尔(cartesian)至极坐标变换块1080，该笛卡尔至极坐标变换块1080提供用作svm(空间矢量调制)和pwm(脉冲宽度调制)块1090的输入的极坐标θ和|u|下的输出信号，该svm与pwm块900输出用于电机100的驱动信号iu、iv、iw。如果svm/pwm块1080可以使用笛卡尔坐标作为输入，则也可以省略笛卡尔至极坐标变换块1080。由于角度校正块1030，驱动信号iu、iv、iw使定子磁场与转子磁场同步旋转，而不管定子绕组或转子磁极的可能未对准。

图11a示出了用于说明可以用于基于如前所述的构思来操作ec电机的方法的流程图。ec电机可以例如对应于上述电机100。图11a的方法可以由电机控制器例如上述电机控制器200来执行。

在1110处，向电机提供驱动信号。这可以由电机驱动电路来实现，电机驱动电路例如是图4的微控制器210、预驱动器220和输出级230或者如图10所示的控制块1040、1050、1060、1061、1062、1070、1080、1090。

基于校准数据来控制驱动信号，该校准数据指示电机转子的响应于驱动信号的实际角位置与理想电机转子的响应于驱动信号的预期角位置之间的关系。可以依据预期角位置与实际角位置之间的差或者依据预期角位置至实际角位置的映射来指示该关系。

校准数据可以包括转子的多个角位置。针对电机转子的响应于驱动信号的的多个不同实际角位置中的每个实际角位置，校准数据可以指示各个实际角位置与理想电机转子的响应于驱动信号的相应预期角位置之间的关系。对于电机的n重旋转对称性，多个不同角位置中的数量可以是至少m，其中m/n是正整数。这里，注意，如参照图1a、1b和图2a、2b所说明的，电机的n重对称性可以对应于电机的定子的n重对称性和/或电机的转子的n重对称性。如果电机的定子和转子具有不同的对称性级别，则电机的n重对称性可以由定子和转子中的具有较高对称性级别的一个来限定。

可以基于转子的测量角位置来控制驱动信号。在1120处可以接收转子的测量角位置。可以从传感器元件接收转子的测量角位置，该传感器元件被配置成在转子的一整圈旋转中明确地解析测量角位置。例如，可以从上述角度传感器250或上述角度传感器1011接收测量角位置。

在1130处，可以基于由校准数据指示的关系来计算校正角位置。可以通过例如使用上述关系式(4)将由校准数据指示的补偿角度与测量的角位置相加来计算校正角位置。补偿角度可以对应于预期角位置与实际角位置之间的差。

在1140处，可以基于校正角位置来控制驱动信号。这可以涉及基于校正角位置来执行矢量旋转。

如果校准数据包括转子的多个角位置，则可以基于针对多个不同实际角位置中的与电机转子的测量角位置最佳匹配的实际角位置而指示的关系，来控制驱动信号。

对于电机转子的偏离多个不同实际角位置的测量角位置，该方法可以包括确定由校准数据指示的关系中的至少一些关系的近似函数(例如，插值)并且基于该近似函数在测量角位置处的值来控制电机驱动电路。

图11b示出了用于说明被配置成根据图11a的方法工作的电机控制器1150的框图。电机控制器1150可以基于如图4或图10所示的架构。如所示出的，电机控制器1150用于控制ec电机1160。电机1160可以例如对应于上述电机100。传感器元件1170提供电机1160的转子的测量角位置传感器元件1170可以例如对应于上述角度传感器250或1011。

电机控制器1150设置有电机驱动电路1151、控制电路1152和校准数据存储器1153。

电机驱动电路1151被配置成向电机1160提供驱动信号。控制电路被配置为基于校准数据来控制电机驱动电路1151。校准数据存储器1153可以用于存储校准数据。如上所述，校准数据指示电机转子的响应于驱动信号的实际角位置与理想电机转子的响应于驱动信号的预期角位置之间的关系。如进一步所示的，电机控制器1150具有被配置成接收测量角位置的输入。控制电路1152可以被配置成根据测量角位置计算校正角位置如进一步所示的，然后，控制电路1152可以基于校正角位置来控制电机驱动电路1151。

图12a示出了用于说明可以用于基于如前所述的构思来校准ec电机的方法的流程图。具体地，图12的方法可以用于获得上述校准数据。ec电机可以例如对应于上述电机100。图12a的方法可以由电机控制器例如上述电机控制器200来执行。然而，注意，在一些情形下图12a的方法还可以由与电机控制器分开的校准装置来执行，例如由在最终制造阶段中在将电机与电机控制器组装之后使用的测试系统的部件来执行。

在1210处，控制提供给电机的驱动信号。具体地，可以将驱动信号控制到一个或更多个状态。这种状态的示例是上述基本矢量。驱动信号可以由电机驱动电路提供，电机驱动电路例如是图4的微控制器210、预驱动器220和输出级230或者如图10所示的控制块1040、1050、1060、1061、1062、1070、1080、1090。

在1220处，接收电机转子的响应于驱动信号的至少一个测量角位置。在一些情形下，可以接收电机转子的响应于驱动信号的不同状态的多个测量角位置。驱动信号的不同状态可以例如对应于如结合图6所说明的基本矢量。可以从传感器元件接收转子的测量角位置，该传感器元件被配置成在转子的一整圈旋转中明确地解析测量角位置。例如，可以从上述角度传感器250或上述角度传感器1011接收测量角位置。

在1230处，基于在1220处接收的至少一个测量角位置来确定校准数据。校准数据指示电机转子的响应于驱动信号的实际角位置与理想电机转子的响应于驱动信号的预期角位置之间的关系。可以依据预期角位置与实际角位置之间的差或者依据预期角位置至实际角位置的映射来指示该关系。

如果在1220处接收到电机转子的多个测量角位置，则可以根据多个测量角位置来确定校准数据。在这种情况下，校准数据可以针对电机转子的响应于驱动信号的多个不同实际角位置中的每个实际角位置指示各个实际角位置与理想电机转子的响应于驱动信号的相应预期角位置之间的关系。对于电机的n重旋转对称性，多个不同角位置的数量可以是至少m，其中m/n是正整数。

在一些场景下，实际角位置中的至少一个偏离测量角位置。对于该至少一个实际角位置，可以基于测量角位置中的至少一些来确定近似函数。近似函数可以例如基于测量角位置中的至少一些的插值或外推。然后可以基于近似函数来确定实际角位置与相应预期角位置的关系。

图12b示出了用于说明被配置成根据图12a的方法工作的电机校准装置1250的框图。电机校准装置1250可以是电机控制器例如结合图4、图10或图11a所说明的电机控制器的一部分。然而，也可以通过由在最终制造阶段中例如在将电机与电机控制器组装之后使用的测试系统中的部件来与电机控制器分开地实现电机校正装置。

如所示的，电机校准装置1250用于校准ec电机1260。电机1260可以例如对应于上述电机100或1160。传感器元件1270提供电机1260的转子的测量角位置传感器元件1270可以例如对应于上述角度传感器250、1011或1170。电机驱动电路1280用于向电机1260提供驱动信号。电机驱动电路1280可以是电机控制器例如结合图4、图10或图11a所说明的电机控制器的一部分。

电机校准装置1250设置有控制电路1251、校准电路1252和校准数据存储器1253。

控制电路1251被配置成控制提供给电机1260的驱动信号。具体地，控制电路可以刺激电机驱动电路1280以生成驱动信号的一个或更多个不同状态，例如结合图6所说明的基本矢量。

校准电路1252被配置成接收转子的响应于驱动信号的至少一个测量角位置并且基于该至少一个测量角位置来确定校准数据。如上所述，校准数据指示转子的响应于驱动信号的实际角位置与理想电机转子的响应于驱动信号的预期角位置之间的关系。然后，校准电路1252可以将校准数据存储在校准数据存储器1253中。

一些非限制性实施方式是根据以下示例提供的：

示例1.一种电机控制器，包括：

电机驱动电路，其被配置成向电子换向电机提供驱动信号；以及

控制电路，其被配置成基于校准数据来控制所述电机驱动电路，所述校准数据指示所述电机的转子的响应于所述驱动信号的实际角位置与理想电机的转子的响应于所述驱动信号的预期角位置之间的关系。

示例2.根据示例1所述的电机控制器，还包括：

输入端，其配置成接收所述电机的转子的测量的角位置，

其中，所述控制电路被配置成：

-基于由所述校准数据指示的所述关系而根据所述测量的角位置计算校正的角位置，以及

-基于所述校正的角位置来控制所述电机驱动电路。

示例3.根据示例2所述的电机控制器，

其中，所述控制电路被配置成通过将由所述校准数据指示的补偿角度与所述测量的角位置相加来计算所述校正的角位置，所述补偿角度对应于所述预期角位置与所述实际角位置之间的差。

示例4.根据示例1至3中任一个所述的电机控制器，

其中，针对所述电机的转子的响应于所述驱动信号的多个不同实际角位置中的每个实际角位置，所述校准数据指示各个实际角位置与所述理想电机的转子的响应于所述驱动信号的相应预期角位置之间的关系。

示例5.根据示例4的电机控制器，

其中，所述控制电路被配置成基于针对所述多个不同实际角位置中的与所述电机的转子的测量的角位置最佳匹配的那个实际角位置所指示的关系，来控制所述电机驱动电路。

示例6.根据示例4的电机控制器，

其中，对于所述电机的转子的偏离所述多个不同实际角位置的测量的角位置，所述控制电路被配置成：

-确定由所述校准数据指示的所述关系中的至少一些关系的近似函数，以及

-基于所述近似函数的在所述测量的角位置处的值来控制所述电机驱动电路。

示例7.根据示例4至6中任一个所述的电机控制器，

其中，对于所述电机的n重旋转对称性，所述多个不同实际角位置的数量至少为m，其中m/n是正整数。

示例8.根据示例1至7中任一个所述的电机控制器，还包括：

校准电路，所述校准电路被配置成：

-接收所述电机的转子的响应于所述驱动信号的至少一个测量的角位置；以及

-基于所述至少一个测量角位置来确定所述校准数据。

示例9.根据示例1至8中任一个所述的电机控制器，还包括：

传感器元件，所述传感器元件被配置成在所述转子的一整圈旋转中明确地解析所述测量的角位置。

示例10.一种电机校准装置，包括：

控制电路，其被配置成控制提供给电子换向电机的驱动信号；以及

校准电路，其被配置成：

-接收所述电机的转子的响应于所述驱动信号的至少一个测量的角位置；以及

-基于所述至少一个测量的角位置来确定校准数据，所述校准数据指示所述转子的响应于所述驱动信号的实际角位置与理想电机的转子的响应于所述驱动信号的预期角位置之间的关系。

示例11.根据示例10所述的电机校准装置，

其中，所述校准电路被配置成：

-接收所述电机的转子的响应于所述驱动信号的不同状态的多个测量的角位置；以及

-根据所述测量的角位置来确定所述校准数据，以针对所述电机的转子的响应于所述驱动信号的多个不同实际角位置中的每个实际角位置而指示各个实际角位置与所述理想电机的转子的响应于所述驱动信号的相应预期角位置之间的关系。

示例12.根据示例11所述的电机校准装置，

其中，所述实际角位置中的至少一个偏离所述测量的角位置，并且对于所述至少一个实际角位置，所述校准电路被配置成：

-基于所述测量的角位置中的至少一些来确定近似函数；以及

-基于所述近似函数来确定所述至少一个实际角位置与所述相应预期角位置的关系。

示例13.根据示例11或12所述的电机校准装置，

其中，对于所述电机的n重旋转对称性，所述多个不同实际角位置的数量至少为m，其中m/n是正整数。

示例14.根据示例10至13中任一个所述的电机校准装置，还包括：

传感器元件，所述传感器元件被配置成在所述转子的一整圈旋转中明确地解析所述测量的角位置。

示例15.一种控制电机的方法，所述方法包括：

-向电子换向电机提供驱动信号；以及

-基于校准数据来控制所述驱动信号，所述校准数据指示所述电机的转子的响应于所述驱动信号的实际角位置与理想电机的转子的响应于所述驱动信号的预期角位置之间的关系。

示例16.根据示例15所述的方法，包括：

-接收所述电机的转子的测量的角位置；

-基于由所述校准数据指示的关系，根据所述测量的角位置而计算校正的角位置；以及

-基于所述校正的角位置来控制所述驱动信号。

示例17.根据示例16所述的方法，包括：

-通过将由所述校准数据指示的补偿角度与所述测量的角位置相加来计算所述校正的角位置，所述补偿角度对应于所述预期角位置与所述实际角位置之间的差。

示例18.根据示例16或17所述的方法，

其中，所述测量的角位置在所述电机的转子的一整圈旋转中被明确地解析。

示例19.根据示例15至18中任一个所述的方法，

其中，针对所述电机的转子的响应于所述驱动信号的多个不同实际角位置中的每个实际角位置，所述校准数据指示各个实际角位置与所述理想电机的转子的响应于所述驱动信号的相应预期角位置之间的关系。

示例20.根据示例19所述的方法，包括：

-基于针对所述多个不同实际角位置中的与所述电机的转子的测量的角位置最佳匹配的那个实际角位置所指示的关系，来控制所述驱动信号。

示例21.根据示例19所述的方法，包括：

-对于所述电机的转子的偏离所述多个不同实际角位置的测量的角位置，确定由所述校准数据指示的关系中的至少一些关系的近似函数，以及基于所述近似函数的在所述测量的角位置处的值来控制所述驱动信号。

示例22.根据示例19至21中任一个所述的方法，

其中，对于所述电机的n重旋转对称性，所述多个不同实际角位置的数量至少为m，其中m/n是正整数。

示例23.一种校准电机的方法，所述方法包括：

-控制提供给电子换向电机的驱动信号；

-接收所述电机的转子的响应于所述驱动信号的至少一个测量的角位置；以及

-基于所述至少一个测量的角位置来确定校准数据，所述校准数据指示所述电机的转子的响应于所述驱动信号的实际角位置与理想电机的转子的响应于所述驱动信号的预期角位置之间的关系。

示例24.根据示例23所述的方法，包括：

-接收所述电机的转子的响应于所述驱动信号的不同状态的多个测量的角位置；以及

-根据所述多个测量的角位置来确定所述校准数据，以针对所述电机的转子的响应于所述驱动信号的多个不同实际角位置中的每个实际角位置而指示各个实际角位置与所述理想电机的转子的响应于所述驱动信号的相应预期角位置之间的关系。

示例25.根据示例24所述的方法，

其中，所述实际角位置中的至少一个偏离所述测量的角位置，并且对于所述至少一个实际角位置，所述方法包括：

-基于所述测量的角位置中的至少一些来确定近似函数；以及

-基于所述近似函数来确定所述至少一个实际角位置与所述相应预期角位置的关系。

示例26.根据示例24或25所述的方法，

其中，对于所述电机的n重旋转对称性，所述多个不同实际角位置的数量至少为m，其中m/n是正整数。

示例27.根据示例23至26中任一个所述的方法，

其中，所述至少一个测量的角位置在所述转子的一整圈旋转中被明确地解析。

要理解，上述构思和示例易于进行各种修改。例如，该构思可以在包括用于测量转子角度的角度传感器的电机控制器中实现，或者在具有用于连接到用于测量转子角度的外部角度传感器的接口的电机控制器中实现。此外，所示构思可以应用于各种类型的电机和对这种电机的利用，例如，用于油泵、燃料泵、雨刷、加热或空调系统、电动涡轮驱动、混合动力涡轮驱动、电动阻尼系统或电动制动助力器的电机。此外，所示构思可以应用于非自动车情形，例如机器人或家用电器。更进一步地，注意，所示的控制电路可以基于硬连线电路、基于可编程处理器电路例如微控制器、基于专用集成电路(asic)或其组合来实现。