| 研究課題/領域番号 |
21H01301
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21010:電力工学関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
五十嵐 一 北海道大学, 情報科学研究院, 教授 (90212737)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
2023年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2022年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
2021年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
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| キーワード | 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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| 研究開始時の研究の概要 |
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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| 研究成果の概要 |
本研究では永久磁石モータの新しい3次元構造を獲得するために，ガウス基底を用いたトポロジー最適化を行った．このためにモータを回転軸方向に数層に分け，それぞれの層で最適な断面形状を求めるトポロジー最適化を実現した．これにより，高い平均トルクと極めて低いトルクリプルを持つ新しい3次元回転子構造を見出すことができた．また回転軸方向に段スキューを導入した3次元構造の永久磁石モータを対象として，スキュー角度とフラックスバリア構造のパラメータ・トポロジー同時最適化を実現した．この結果，製造誤差に頑健かつトルクリプルの低いモータ構造を得ることができた．また深層学習によるトポロジー最適化の高速化法も開発した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
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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