CST电动汽车EMC仿真（一）- 电机的3D建模

作者 | Zhou Ming

前言：随着800V高压快充车型的不断增多，高压系统导致的整车EMC问题越来越严重。在对整车进行EMC仿真分析时，要遵循从部件到系统、先分析噪声源及路径，然后再开始建模的思路。现阶段整车EMC仿真还处于起步阶段，距离成熟还有较长的路要走。达索SIMULIA CST中国电磁团队也愿意全力配合中国的汽车行业客户，共同探索最优的整车EMC仿真方法，为提升整车EMC的仿真能力做出最大努力。

电机是高压电驱系统的核心部件之一，主要由定子（包括铁芯和绕组）、转子、端盖、轴承、外壳、输入cable等部件组成，今天我们从电机的3D建模开始。

电机定子的3D建模

定子是电机的主体部分，主要由铁芯和绕组组成。铁芯是由许多硅钢片叠压而成，绕组由铜线制而成。以PMSM电机为例，在开始3D建模之前，可以参考CST component library里面的电机模型，该模型都是参数化建模，虽然不能直接用于EMC仿真，但是对于创建电机的3D模型是非常有帮助的。

真实的电机绕组是由细的铜线绕制而成，在建模过程中，我们采用Hybrid混合建模的方法，把多圈的铜线简化成铜排，电机的R、L参数通过电路模型进行补偿。这样做的好处既简化了电机的3D模型，同时又确保电机参数符合要求。

电机转子的3D建模

转子是电机的旋转部分，由外圈的铁芯和内圈的传动轴构成，PMSM电机在铁芯中间埋有永磁体，因为要使用CST的高频F求解器，永磁体在建模时可以省略。

轴承的3D建模

轴承支撑转子，使其能够平稳的转动。对于EMC仿真来说，轴承是一条重要的共模路径。滚动的轴承在高速运行情况下，滚球上会有薄薄的润滑油膜，油膜将滚动体和轴承内外圈隔开，相当于一个绝缘层。在电机静止情况下，轴承内外圈之间也会有一定的阻抗存在。因此不论对于EMC仿真，还是轴电流仿真，轴承的3D建模都是非常重要的。关于轴承建模的细节，我们将在后续的文章中介绍。

电机外围结构和cable的3D模型

在内部模型创建完毕之后，需要加上外围的金属结构以及电机的输入cable，这样电机的3D结构模型基本上创建完毕。

在电路中添加R、L等效电路模型

前面在建模时，我们对绕组的3D模型进行了简化处理，为了确保电机绕组的参数符合真实情况，需要在电路中添加R、L参数，对电机的绕组模型进行补偿。电机的R、L值需要根据测试得到。

电机绕组对地共模阻抗仿真

接下来利用CST的场路协同仿真，进行电机绕组对地的阻抗仿真。如下图所示，仿真出来的共模阻抗曲线要和测试结果进行对比，如果一致性不好的话，可以调节绕组对机壳的间距或者材料参数，直到获得比较满意的结果。