CST電動汽車EMC仿真（一）- 電機的3D建模

作者 | Zhou Ming

前言：隨著800V高壓快充車型的不斷增多，高壓系統導致的整車EMC問題越來越嚴重。在對整車進行EMC仿真分析時，要遵循從部件到系統、先分析噪聲源及路徑，然后再開始建模的思路。現階段整車EMC仿真還處于起步階段，距離成熟還有較長的路要走。達索SIMULIA CST中國電磁團隊也愿意全力配合中國的汽車行業客戶，共同探索最優的整車EMC仿真方法，為提升整車EMC的仿真能力做出最大努力。

電機是高壓電驅系統的核心部件之一，主要由定子（包括鐵芯和繞組）、轉子、端蓋、軸承、外殼、輸入cable等部件組成，今天我們從電機的3D建模開始。

電機定子的3D建模

定子是電機的主體部分，主要由鐵芯和繞組組成。鐵芯是由許多硅鋼片疊壓而成，繞組由銅線制而成。以PMSM電機為例，在開始3D建模之前，可以參考CST component library里面的電機模型，該模型都是參數化建模，雖然不能直接用于EMC仿真，但是對于創建電機的3D模型是非常有幫助的。

真實的電機繞組是由細的銅線繞制而成，在建模過程中，我們采用Hybrid混合建模的方法，把多圈的銅線簡化成銅排，電機的R、L參數通過電路模型進行補償。這樣做的好處既簡化了電機的3D模型，同時又確保電機參數符合要求。

電機轉子的3D建模

轉子是電機的旋轉部分，由外圈的鐵芯和內圈的傳動軸構成，PMSM電機在鐵芯中間埋有永磁體，因為要使用CST的高頻F求解器，永磁體在建模時可以省略。

軸承的3D建模

軸承支撐轉子，使其能夠平穩的轉動。對于EMC仿真來說，軸承是一條重要的共模路徑。滾動的軸承在高速運行情況下，滾球上會有薄薄的潤滑油膜，油膜將滾動體和軸承內外圈隔開，相當于一個絕緣層。在電機靜止情況下，軸承內外圈之間也會有一定的阻抗存在。因此不論對于EMC仿真，還是軸電流仿真，軸承的3D建模都是非常重要的。關于軸承建模的細節，我們將在后續的文章中介紹。

電機外圍結構和cable的3D模型

在內部模型創建完畢之后，需要加上外圍的金屬結構以及電機的輸入cable，這樣電機的3D結構模型基本上創建完畢。

在電路中添加R、L等效電路模型

前面在建模時，我們對繞組的3D模型進行了簡化處理，為了確保電機繞組的參數符合真實情況，需要在電路中添加R、L參數，對電機的繞組模型進行補償。電機的R、L值需要根據測試得到。

電機繞組對地共模阻抗仿真

接下來利用CST的場路協同仿真，進行電機繞組對地的阻抗仿真。如下圖所示，仿真出來的共模阻抗曲線要和測試結果進行對比，如果一致性不好的話，可以調節繞組對機殼的間距或者材料參數，直到獲得比較滿意的結果。