전기를 동력으로 사용하는 구동 시스템은 탑재된 배터리를 활용하기 때문에 구동용 전동기의 성능을 향상시키는 것이 중요하다. 고출력 및 고효율의 특성을 필요로 하는 분야에서는 주로 영구자석형 동기전동기가 사용되고 있으며, 최근에는 평각동선을 활용한 연구가 활발히 진행되고 있다. 따라서, 본 논문에서는 구동용 전동기의성능 향상을 목표로 평각동선이 적용된 영구자석형 동기전동기에 대한 연구를 수행하였다. 목적 함수는 역기전력의 고조파 왜형률을 최소화하는 것이며, 제약 조건은 평균 토크, 토크 리플, 선간 전압으로 설정하였다. 민감도 분석을 통해 유의한 설계 변수를 선정하고, OLHD (Optimal Latin Hypercube Design) 샘플링 기법을 활용하여 실험계획을 수행하였다. 11개의 메타모델링 기법과 RMSE Test (Root Mean Square Error Test)를 통해 정확도가가장 높은 메타모델을 STDQAO (Sequential Two-point Diagonal Quadratic Approximate Optimization) 알고리즘 및 HMA (Hybrid Metaheuristic Algorithm) 알고리즘과 결합하여 최적점을 도출하였으며, 각 최적점에 대한 유한요소해석을 통해 메타모델 기반 최적 설계의 타당성을 검증하였다. 결과적으로 본 연구에서는 영구자석형동기전동기의 메타모델 기반 형상 최적 설계를 통해 제약 조건을 만족하면서 목적 함수인 역기전력의 고조파 왜형률의 최소화가 가능함을 알 수 있었으며, 제안하는 메타모델 기반 최적 설계기법이 친환경차 구동모터의 성능향상에 유용함을 확인하였다.