最新版Ansys Maxwell 2021 R2是2021年的第二個版本，該版本主要增強了以下幾點功能：斜極建模功能增強、3D瞬態場求解器支持非線性阻抗邊界、DDM(區域分解）自動設置算法功能增強、支持溫度相關的BH退磁曲線、支持單個物體的渦流損耗和鐵耗輸出、集成了用于無線充電仿真的3D Components模型庫、A-Phi 求解器功能增強、多物理場耦合功能增強 、新3D AC Conduction求解(Beta)、Ansys Maxwell – PHI Mesh、推出電子桌面學生版等等。本文將對上述功能進行簡要介紹。

自2021 R2版本開始，軟件支持分別設置轉子及定子Skew，同時支持多種Skew形式，如Continuous(連續)、Step(一字分段)、V-Shape(V字分段)、User Defined(用戶自定義模式，允許用戶手動設置任意分段數和skew角度)，其中V形斜極和用戶自定義斜極，這對新能源電動汽車電機中的V型斜極等提供了方便，早前版本如用戶需要仿真V型分段斜極需要對多個不同算例進行結果后處理得到。

User defined Skew

Maxwell2D Skew功能支持基于MPI的HPC計算，軟件把斜極的每個分段的有限元計算分布到不同的HPC計算資源實現并行加速計算。設置方法：Tasks=Cores，Tasks數比分段數大1，同時在Job distribution 中勾選Skew Model。

Tasks=Cores，Tasks數比分段數大1

在Job distribution 中勾選Skew Model

以一個10分段Skew案例為例，軟件劃分了100048個單元，設置的時間步長為200，得到不同求解方法的仿真計算時間如下表。

從仿真計算時間來看，相比于傳統的Sequential方法而言，采用Skew Model (MPI)方法計算時間大大縮短，速度提升近6.2倍。

2021 R2版本將非線性阻抗邊界從頻域擴展到了時域，求解器采用的高精度創新算法，能大大縮短求解計算時間。對于一些實際的應用如變壓器等，采用高效的方法可以考慮非線性材料中的渦流和損耗。

以一變壓器為例，3D瞬態場中，早期版本箱體被認為是固體導體，從2021 R2版本開始可以將箱體當作阻抗邊界條件，以此來減少網格規模及加速求解速度。

把箱體包含進求解區域和把箱體當成阻抗邊界條件兩種情況的網格規模及求解時間仿對比如下。

感應電壓求解結果對比如下圖。

從上述結果來看，把箱體當成阻抗邊界條件后，網格規模大大減少，求解時間大幅縮短，求解結果可靠性高。

在DDM(區域分解)算法方面，2021 R2版本支持自動設置求解方法為DDM混合并聯，混合并聯自動分配硬件資源以提高計算速度，混合并聯是內存共享(OpenMP) 和分布內存MPI求解方法的組合，通過混合并聯后，HPC性能能夠顯著提升。對于采用多核計算的大問題，如百萬級網格以上的模型好處尤為明顯。

上述表格中計算的案例有8416548個網格(8.4 million)，從仿真時間對比來看，相比2021 R1版本而言，2021 R2采用DDM混合并聯方法后，速度提高近3倍，有效提高了計算效率。

永磁體在實際運行過程中，在不同溫度下的其退磁曲線是不同的。2021 R2版本能夠對溫度相關的退磁模式進行建模，該功能適用于釹鐵硼及鐵氧體等所有永磁體類型，使用該功能時，用戶需要輸入多條不同溫度下的退磁曲線。

不同溫度下的退磁曲線

2021 R2版本支持單個物體的渦流損耗和鐵耗輸出，用戶可以更加方便精準的查看到某一部件或某一物體的損耗結果，為進一步對其優化設計提供了參考。

設置方法需要在求解設置中勾選Output per object core loss及Output per object solid loss，這樣在后處理報告中即可單獨顯示每個物體的損耗。

勾選Output per object core loss及Output per object solid loss

后處理報告中單獨顯示每個物體的損耗

無線能量傳輸(WPT)是指發射和接收單元之間的能量傳輸，這項技術主要用于對電子設備進行無線充電，比如手機和電動汽車。雖然無線能量傳輸可以帶來多項優勢，但它仍面臨一些亟待解決的難題，這時就可以借助仿真的力量。Maxwell 2021 R2版本集成了用于無線充電仿真的3D Components模型庫，方便用戶進行學習及分析，目前該模型庫僅支持Maxwell3D渦流場求解器。導入方法：選擇菜單Draw -> 3D Component Library -> Browse… 默認路徑為C:\Program Files\AnsysEM\AnsysEM21.2\Win64\syslib\3DComponents\Maxwell3D\Qi Wireless Power Transfer System

無線充電仿真3D Components模型庫

A-Phi求解器主要是用在開關電源里面或者一些PCB板求解計算當中。2021 R2版本對A-Phi求解器功能也進行了增強，主要包含電容矩陣增強 (DC+Static)、支持端口輸出電流/電壓、支持用戶控制程序用于電壓/電流激勵、支持基于部件或單元（表面和體積）的諧波力計算，包含第三方工具鏈接接口、支持多物理域仿真時基于時間平均的場量（損耗密度）、支持矢量磁位A用于后處理等等。

電容矩陣增強(DC+Static)

端口輸出電流/電壓

多物理場耦合功能主要增強以下幾點。NVH中的DFT窗口函數可選，覆蓋更多的實際應用情況；支持任意斜極模型中基于單元的諧波力計算；支持溫度相關的多條退磁曲線；為增強型磁致伸縮力模型增加各向異性彈性屬性。

2021 R2版本支持轉子分段斜極(一字、V字和用戶自定義斜極) 的電磁力映射，Maxwell2D skew功能可處理多個slice上的電磁力并自動映射到諧響應, 大幅加快了永磁電機轉子分段斜極的NVH分析。軟件支持集中力和分布力的加載方式。

一字斜極

多個slice上的電磁力并自動映射到諧響應

ERP求解結果

2021 R2版本新3D AC Conduction求解功能支持非線性材料、各向異性材料、熱耦合功能。該功能主要應用在如PCB板、電路參數抽取、有損材料高壓應用及醫療應用比如電阻抗斷層成像等場合。

各向異性材料避雷器應用

各向異性FR4材料的PCB通孔應用

Maxwell 2021 R2版本中，新增了Phi Mesh網格剖分方法。Phi Mesh特別適合于PCB類平面疊層結構模型，根據此類模型的特點即每一層的厚度相同的特點進行網格剖分，采用先進行面網格剖分，再取點生成體網格的方式，可以提升此類模型的網格剖分效率40-60倍。

Phi Mesh網格剖分方法主要應用于PCB如功率分布分析、電介質擊穿分析、因交流損耗產生的溫升分析及PCB機械性能和NVH分析等等。

PHI Mesh在PCB分析中的應用

Ansys推出Electronics Desktop學生版產品，讓學生群體能夠更容易地獲取電子仿真軟件，為未來工程師推動新一代創新提供所需的技能。此次新發布的學生版軟件可讓學生免費使用Ansys行業領先的Electronics產品線，進一步豐富且多樣化現有的學生產品，諸如Ansys Mechanical、Fluids、Discovery和SCADE產品。

使用Ansys Electronics Desktop學生版產品，學生可通過13種相關的Ansys創新課程（Ansys Innovation Courses）進行課堂內外的自主學習。免費的軟件下載和課程不僅能讓學生自主學習，同時也方便教育工作者介紹和強化各種物理概念。

Electronics Desktop學生版產品支持Windows系統，按年提供軟件，便捷的安裝方式。軟件包含HFSS、Maxwell、Q3D、Icepak等功能模塊，支持Geometry (DXF and STEP) import，支持仿真本地功能，最大支持4核心。需要注意的是，電子桌面學生版存在網格規模限制，同時場后處理也有一定的網格規模限制。

Ansys Electronics Desktop學生版

Ansys Electronics Desktop學生版功能模塊