CST電動汽車EMC仿真（一）- 電機(jī)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(tǒng)導(dǎo)致的整車EMC問題越來越嚴(yán)重。在對整車進(jìn)行EMC仿真分析時，要遵循從部件到系統(tǒng)、先分析噪聲源及路徑，然后再開始建模的思路?，F(xiàn)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(dá)索SIMULIA CST中國電磁團(tuán)隊也愿意全力配合中國的汽車行業(yè)客戶，共同探索最優(yōu)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(jī)是高壓電驅(qū)系統(tǒng)的核心部件之一，主要由定子（包括鐵芯和繞組）、轉(zhuǎn)子、端蓋、軸承、外殼、輸入cable等部件組成，今天我們從電機(jī)的3D建模開始。

電機(jī)定子的3D建模

定子是電機(jī)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(jī)為例，在開始3D建模之前，可以參考CST component library里面的電機(jī)模型，該模型都是參數(shù)化建模，雖然不能直接用于EMC仿真，但是對于創(chuàng)建電機(jī)的3D模型是非常有幫助的。

真實的電機(jī)繞組是由細(xì)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(jī)的R、L參數(shù)通過電路模型進(jìn)行補(bǔ)償。這樣做的好處既簡化了電機(jī)的3D模型，同時又確保電機(jī)參數(shù)符合要求。

電機(jī)轉(zhuǎn)子的3D建模

轉(zhuǎn)子是電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，由外圈的鐵芯和內(nèi)圈的傳動軸構(gòu)成，PMSM電機(jī)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(zhuǎn)子，使其能夠平穩(wěn)的轉(zhuǎn)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(yùn)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(nèi)外圈隔開，相當(dāng)于一個絕緣層。在電機(jī)靜止情況下，軸承內(nèi)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(guān)于軸承建模的細(xì)節(jié)，我們將在后續(xù)的文章中介紹。

電機(jī)外圍結(jié)構(gòu)和cable的3D模型

在內(nèi)部模型創(chuàng)建完畢之后，需要加上外圍的金屬結(jié)構(gòu)以及電機(jī)的輸入cable，這樣電機(jī)的3D結(jié)構(gòu)模型基本上創(chuàng)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(jìn)行了簡化處理，為了確保電機(jī)繞組的參數(shù)符合真實情況，需要在電路中添加R、L參數(shù)，對電機(jī)的繞組模型進(jìn)行補(bǔ)償。電機(jī)的R、L值需要根據(jù)測試得到。

電機(jī)繞組對地共模阻抗仿真

接下來利用CST的場路協(xié)同仿真，進(jìn)行電機(jī)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(jié)果進(jìn)行對比，如果一致性不好的話，可以調(diào)節(jié)繞組對機(jī)殼的間距或者材料參數(shù)，直到獲得比較滿意的結(jié)果。