| Project/Area Number |
21H01301
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21010:Power engineering-related
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
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| Keywords | トポロジー最適化 / 最適設計 / 深層学習 / 電磁界解析 / 永久磁石モータ / モンテカルロ木探索 / 機械学習 / 遺伝的アルゴリズム |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，鉄心形状および永久磁石形状および配向を，モータ断面内のみならず，モータ軸方向にも変化させて最適構造を探索する3次元トポロジー最適化を実現する．本研究により，たとえば軸方向に回転子が磁石埋め込み型から表面磁石型に変化するような，全く新しいモータ3次元構造を獲得する．本手法の確立により，モータ性能の飛躍的向上を目指す．さらに深層学習による3次元トポロジー最適化の高速化を実現する．
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| Outline of Final Research Achievements |
In this study, topology optimization using the Gaussian basis was performed to obtain a new three-dimensional structure for permanent magnet motors. For this purpose, the motor was divided into several layers in the direction of the axis of rotation, and topology optimization was performed to find the optimal cross-sectional shape for each layer. This resulted in a new three-dimensional rotor structure with high average torque and extremely low torque ripple. For a three-dimensional permanent magnet motor with a stepped skew in the axial direction, simultaneous parameter and topology optimization of the skew angle and flux barrier structure was achieved. As a result, a motor structure with low torque ripple and robustness to manufacturing errors was obtained. A method to accelerate topology optimization by deep learning was also developed.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究では，永久磁石モータの回転子構造の3次元トポロジー最適化を行った．本最適化では，回転子を複数の層に分割し，それぞれの層で独立に永久磁石構造を変化させることで，モータ全体の平均トルクを最大化しつつ，トルクリプルを最小化した．最適化により見出した各層で異なる永久磁石構造を持つモータは，これまで報告がなく，学術的な新規性を有する．また本研究では，スキュー角と回転子の磁気トポロジーを同時に最適化する新しい手法を開発した．これら研究成果は，電気自動車用モータなど高い性能が要求されるモータの開発に有効である．
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