(57)【要約】  本開示のモータは、ステータ、ロータ、筒形状のハウジングおよび所定の固有振動数を有するニュートラライザを備える。ニュートラライザは、ハウジングに直接または間接的に固定されるアウターカバーと、アウターカバーおよびハウジングの外側面によって形成される空間に収納されたインナーマスと、アウターカバーから空間に向けて延び、インナーマスをハウジングの周方向において振動可能に支持する少なくとも２つの弾性部材と、を有する。ロータの回転に応じて、モータには所定の周波数の振動が発生し、モータの振動源からモータと装置との結合部までの系は、所定の固有振動数における結合部の振動を抑制する特性を備えた伝達関数を有する。
2019244913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置に取り付けられるモータであって、
ステータと、
前記ステータに対して相対的に回転可能なロータと、
前記ロータの回転軸方向に延びる筒形状を有し、前記ステータおよび前記ロータを内部に収納するハウジングと、
前記ハウジングに設けられ、所定の固有振動数を有するニュートラライザと、
を備え、
前記ニュートラライザは、
前記ハウジングに直接または間接的に固定されるアウターカバーと、
前記アウターカバーおよび前記ハウジングの外側面によって形成される空間に収納されたインナーマスと、
前記アウターカバーから前記空間に向けて延び、前記インナーマスを前記ハウジングの周方向において振動可能に支持する少なくとも２つの弾性部材と、
を有し、
前記ロータの回転に応じて、前記モータには所定の周波数の振動が発生し、
前記モータの振動源から前記モータと前記装置との結合部までの系は、前記所定の固有振動数における前記結合部の振動を抑制する特性を備えた伝達関数を有する、モータ。
【請求項２】
前記アウターカバーは、前記ロータの回転軸方向から見たとき、略Ｕ字の形状を有する、請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記アウターカバーは、前記ハウジングの径方向において前記インナーマスと空隙を隔てて対向し、前記ハウジングの周方向に延びる蓋部、および、前記蓋部の両端から前記ハウジングの径方向に延びる一対の壁部であって、前記ニュートラライザを前記ハウジングに直接または間接的に固定するフランジ部を有する一対の壁部を備える、請求項２に記載のモータ。
【請求項４】
前記一対の壁部は、弾性部材から形成されている、請求項３に記載のモータ。
【請求項５】
前記モータに前記所定の周波数の振動が発生しているとき、前記アウターカバーは、前記ハウジングの周方向において振動し、かつ、前記インナーマスは、前記アウターカバーの振動方向と略同一の方向に振動する、請求項４に記載のモータ。
【請求項６】
前記少なくとも２つの弾性部材のそれぞれは、板ばねである、請求項１から５のいずれかに記載のモータ。
【請求項７】
前記ニュートラライザは、前記アウターカバーから前記空間に向けて前記ハウジングの径方向に延びる前記少なくとも２つの弾性部材を有し、さらに、前記アウターカバーから前記空間に向けて前記ハウジングの周方向に延びる少なくとも１つの他の弾性部材であって、前記インナーマスを前記ハウジングの周方向において振動可能に支持する少なくとも１つの他の弾性部材を有する、請求項１から６のいずれかに記載のモータ。
【請求項８】
前記ニュートラライザの前記所定の固有振動数は、前記少なくとも２つの弾性部材の弾性定数および前記インナーマスの質量に基づいて決定される、請求項１から７のいずれかに記載のモータ。
【請求項９】
前記ニュートラライザの前記所定の固有振動数は、前記モータが取り付けられる装置において低減させる振動の周波数と同じである、請求項１から７のいずれかに記載のモータ。
【請求項１０】
前記ニュートラライザは、前記装置において低減させる振動と同じ周波数の波動の、前記振動源から前記結合部への伝搬を抑制する、請求項９に記載のモータ。
【請求項１１】
前記ニュートラライザは、前記装置において低減させる振動と同じ周波数の波動を反射させる、請求項９または１０に記載のモータ。
【請求項１２】
前記装置は電動パワーステアリング装置であり、
前記モータは、前記電動パワーステアリング装置に取り付けられるモータであり、
前記ニュートラライザの固有振動数は、前記電動パワーステアリング装置において低減させる振動の周波数と同じである、請求項９から１１のいずれかに記載のモータ。
【請求項１３】
前記ニュートラライザの固有振動数は、前記電動パワーステアリング装置が備えるステアリングシャフトの固有振動数と同じである、請求項１２に記載のモータ。
【請求項１４】
前記モータの振動源から前記結合部までの系は、前記所定の固有振動数において前記結合部の振動を実質的にゼロにする特性を備えた伝達関数を有する、請求項１から１３のいずれかに記載のモータ。
【請求項１５】
外部から前記モータに電源を供給するために用いる電源コネクタをさらに備え、
前記ニュートラライザは、前記電源コネクタの一部である、請求項１から１４のいずれかに記載のモータ。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれかに記載のモータを備えた電動パワーステアリング装置。
【請求項１７】
振動源を有する第１装置が取り付けられる第２装置における所定の周波数の振動を低減させるニュートラライザであって、
前記第１装置に直接または間接的に固定されるアウターカバーと、
前記アウターカバーおよび前記第１装置の外側面によって形成される空間に収納されたインナーマスと、
前記アウターカバーから前記空間に向けて延び、前記インナーマスを前記第１装置の筒状のハウジングの周方向において振動可能に支持する少なくとも２つの弾性部材と、
前記所定の周波数に相当する所定の固有振動数と、
を備え、
前記第１装置の振動源から前記第１装置と前記第２装置との結合部までの系は、前記所定の固有振動数における前記結合部の振動を抑制する特性を備えた伝達関数を有する、ニュートラライザ。
【請求項１８】
前記所定の固有振動数は、前記第１装置が取り付けられる前記第２装置において低減させる振動の周波数と同じである、請求項１７に記載のニュートラライザ。
【請求項１９】
前記第２装置において低減させる振動と同じ周波数の波動の、前記振動源から前記結合部への伝搬を抑制する、請求項１８に記載のニュートラライザ。
【請求項２０】
前記第２装置において低減させる振動と同じ周波数の波動を反射させる、請求項１７または１８に記載のニュートラライザ。
【請求項２１】
前記第１装置の振動源から前記結合部までの系は、前記所定の固有振動数において前記結合部の振動を実質的にゼロにする特性を備えた伝達関数を有する、請求項１７から２０のいずれかに記載のニュートラライザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電動モータが取り付けられた装置において発生する振動を低減する技術に関する。本出願は、２０１８年６月２２日に提出された日本特許出願第２０１８−１１９０１６号に基づいている。本出願は、当該出願に対して優先権の利益を主張するものである。その内容全体は、参照されることによって本出願に援用される。
【背景技術】
【０００２】
自動車のパワーステアリングのアシスト機構の１つとして、電動パワーステアリングシステム（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｐｏｗｅｒ  ｓｔｅｅｒｉｎｇ、以下ＥＰＳと称する場合がある）がある（例えば、特許文献１参照）。ＥＰＳを採用することにより、車両の軽量化および燃費向上を図ることができる。【０００３】
しかしながら、このＥＰＳの動力源である電動モータ（以下モータと称する場合がある）の起振力によって励起された波動が車体を伝播し、固体音となって自動車内の運転者の耳に騒音として聞こえる場合がある。例えば、低速走行時に大きくハンドル操作を行う場合、および駐車時に停車したままステアリング操作を行う場合に、そのような騒音が聞こえる頻度が増える傾向にある。【０００４】
振動の解析方法として、例えば、非特許文献１は、２つの分系の振動の連成関係を解析する手法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国公開公報：特開２００７−３１４０７０号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】城戸一郎、末岡淳男、“２つの分系が強く連成する振動系の解析法”、日本機械学会論文集（Ｃ編），  Ｖｏｌ．７１、  Ｎｏ．７１２  （２００５）、  ｐｐ．３３３５−３３４２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のような騒音の対策を技術的に考えた場合、加振点インピーダンスの大小に影響するモータが取り付けられるステアリングユニットに対する対策、および実際に音響的な放射を生じている自動車のパネル部材に対する対策が有効と考えられる。【０００８】
しかし、モータ・メーカの立場で騒音の対策を講じる場合、上記のような対策を講じることは困難である。モータ・メーカの研究により、騒音発生のメカニズムを解明でき、モータ以外の自社の担当範囲外の部材への対策が最も効率的と判断したとしても、モータ以外への対策を提案する事は困難である。【０００９】
また、自動車の車体は、高モード密度の構造物であり、そのロバスト性の低さなどから、個々の車体で振動特性が大きく異なるが、自社のモータへの構造変更だけで、任意の車体に効果的な対策を求められるという難しさがある。さらに、モータはステアリングユニットに剛結合されるために、モータと自動車の車体は強連成の状態にあり、振動低減に適切な構造変更を効率的に検討することは一般に困難である。【００１０】
モータに対策を施すことにより、様々な振動特性を有する任意の自動車に対して、その全系の振動・騒音を低減することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示の例示的な装置に取り付けられるモータは、ステータと、前記ステータに対して相対的に回転可能なロータと、前記ロータの回転軸方向に延びる筒形状を有し、前記ステータおよび前記ロータを内部に収納するハウジングと、前記ハウジングに設けられ、所定の固有振動数を有するニュートラライザと、を備え、前記ニュートラライザは、前記ハウジングに直接または間接的に固定されるアウターカバーと、前記アウターカバーおよび前記ハウジングの外側面によって形成される空間に収納されたインナーマスと、前記アウターカバーから前記空間に向けて延び、前記インナーマスを前記ハウジングの周方向において振動可能に支持する少なくとも２つの弾性部材と、を有し、前記ロータの回転に応じて、前記モータには所定の周波数の振動が発生し、前記モータの振動源から前記モータと前記装置との結合部までの系は、前記所定の固有振動数における前記結合部の振動を抑制する特性を備えた伝達関数を有する。【００１２】
本開示の例示的なニュートラライザは、振動源を有する第１装置が取り付けられる第２装置における所定の周波数の振動を低減させるニュートラライザであって、前記第１装置に直接または間接的に固定されるアウターカバーと、前記アウターカバーおよび前記第１装置の外側面によって形成される空間に収納されたインナーマスと、前記アウターカバーから前記空間に向けて延び、前記インナーマスを前記第１装置の筒状のハウジングの周方向において振動可能に支持する少なくとも２つの弾性部材と、前記所定の周波数に相当する所定の固有振動数と、を備え、前記第１装置の振動源から前記第１装置と前記第２装置との結合部までの系は、前記所定の固有振動数における前記結合部の振動を抑制する特性を備えた伝達関数を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本開示の実施形態によれば、モータに対策を施すことにより、モータが取り付けられる装置の振動を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、例示的な実施形態に係るアクティブ・パートとパッシブ・パートの自由体図である。
【図２】図２は、例示的な実施形態に係るアクティブ・パートとパッシブ・パートの周波数応答関数を説明する図である。
【図３】図３は、例示的な実施形態に係るニュートラライザの概念を示す図である。
【図４】図４は、例示的な実施形態に係るシミュレーションに用いた系を示す図である。
【図５】図５は、例示的な実施形態に係るシミュレーションに用いた系を示す図である。
【図６】図６は、例示的な実施形態に係るビームの断面形状を示す図である。
【図７】図７は、例示的な実施形態に係る板ばねの断面形状を示す図である。
【図８】図８は、例示的な実施形態に係る “ノード：１”をｘ方向に加振した際の、“ノード：４”におけるｘ方向のコンプライアンスを示す図である。
【図９】図９は、例示的な実施形態に係るアクティブ・パートに装着したニュートラライザの縦波に対する反射係数を計算した結果を示す図である。
【図１０】図１０は、例示的な実施形態に係るアクティブ・パートに装着したニュートラライザの縦波に対する透過係数を計算した結果を示す図である。
【図１１】図１１は、例示的な実施形態に係るニュートラライザが設けられたモータを示す斜視図である。
【図１２】図１２は、ロータ２０の回転軸方向から見たときのモータ１０の平面図である。
【図１３】図１３は、例示的な実施形態に係るモータの断面図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、ニュートラライザ４０の斜視図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、ロータ２０の回転軸方向から見たときのニュートラライザ４０の平面図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、アウターカバー４１の斜視図である。
【図１５】図１５は、ロータ２０の回転軸方向から見たときのニュートラライザ４０によるバリエーションの平面図である。
【図１６】図１６は、モータ１０の回転に連動して周方向に振動するインナーマス４２を説明するための模式図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、アウターカバー４１のＸ、Ｙ方向におけるそれぞれの寸法を示す平面図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、アウターカバー４１のＺ方向における寸法を示す平面図である。
【図１８】図１８は、有限要素法による振動低減効果の解析結果を示すグラフである。
【図１９】図１９は、自動車内の運転手の耳の位置において測定された騒音の音圧と周波数との関係を示すグラフである。
【図２０】図２０は、モータ回転方向の振動加速度と周波数との関係を示すグラフである。
【図２１】図２１は、ロータ２０の回転軸方向から見たときの電源コネクタ５０を備えるモータ１０の平面図である。
【図２２】図２２は、例示的な実施形態に係る電動パワーステアリング装置を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付の図面を参照しながら、本開示の振動低減方法、モータ、ニュートラライザおよび電動パワーステアリング装置の実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【００１６】
（実施形態１）
本実施形態では、モータから車両本体へ伝わる振動を低減させるために、ニュートラライザ（Ｎｅｕｔｒａｌｉｚｅｒ）を用いる。ニュートラライザは、騒音源となる振動（入力波）に対して、実質的な全反射によって位相が１８０度ずれた反射波を生成し、入力波に重畳する。これにより、振動を打ち消すことができる。
【００１７】
本実施形態では、モータから発生する振動（入力）が、車体における騒音（出力）として発生するまでの経路を、伝達関数を用いて表現する。まず、実施形態に係る伝達関数合成法に基づく振動低減方法を説明する。
【００１８】
上述したように、モータ・メーカの立場で騒音の対策を講じる場合、モータ以外の自社の担当範囲外の部材への対策を提案する事は困難である。本実施形態では、モータ・メーカとして変更できるモータをアクティブ・パート（Ａｃｔｉｖｅ  Ｐａｒｔ）とし、モータ・メーカとして変更できない車両のモータ以外の部分をパッシブ・パート（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｐａｒｔ）として区別する。そして、アクティブ・パートおよびパッシブ・パートの２分系が剛結合されるという条件下で、アクティブ・パートのみに構造変更を加える事により、アクティブ・パートとパッシブ・パートから成る全系の振動を低減させる。本実施形態では、アクティブ・パートのみしか構造変更できないという制約の中で、ターゲット周波数における全系の振動を、任意のパッシブ・パートに対して悪化させることなく低減させる。
【００１９】
（伝達関数合成法に基づく振動低減方法）
モータを備える自動車を、モータとそれ以外の部分の２分系に分割し、振動的な連成関係を解析する。非特許文献１は、伝達関数合成法に基づき、カーネル動剛性行列を指標として２分系の振動的な連成関係を解析する手法を開示している。
【００２０】
図１は、本実施形態に係るアクティブ・パートとパッシブ・パートの自由体図である。全系での加振自由度と応答評価自由度を図１の左側にそれぞれ“１”と“４”で示している。図１の右側は、全系を２分系に分割した自由体図を示している。加振自由度はアクティブ・パート側（モータ）にあり、応答評価自由度はパッシブ・パート側（車体）にある。アクティブ・パート側とパッシブ・パート側の結合自由度をそれぞれ“２”、“３”で示している。この分割における伝達関数合成法の基礎式（１）は以下に示すとおりである。
【数１】
2019244913.tif 000003
【００２１】
ここで、Ｆ１Ａは系に与える力である。Ｘ４ＡＢは、アクティブ・パートＡにおける加振自由度１に力Ｆ１Ａを与えたときの、パッシブ・パートＢにある応答評価自由度４の変位であり、周波数領域で表現している。Ｈはコンプライアンス（周波数応答関数）であり、下添字の左側の数字は応答側の自由度の番号を表し、右側の数字は加振側の自由度の番号を表している。右肩のＡ、Ｂは、分系Ａ、Ｂに関係する量であることを示しており、ＡＢとある場合は分系Ａと分系Ｂからなる全系に関係する量であることを示している。例えば、Ｈ２２Ａは、モータの自動車への取り付け部の加振点伝達関数である。Ｈ２１Ａは、モータの振動源からモータと自動車との結合部までの伝達関数である。
【００２２】
次に、共振形成条件を説明する。式（１）のうちの（Ｈ２２Ａ＋Ｈ３３Ｂ）−１は、カーネル（ｋｅｒｎｅｌ）動剛性である。Ｈ２２Ａ＋Ｈ３３Ｂは、カーネルコンプライアンス（ｋｅｒｎｅｌ  ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ）と呼ばれる。カーネル動剛性は、２分系の結合部の動剛性行列であり、全系の特性を含んでいる。カーネル動剛性は、物理的には、結合部の変位が結合部の内力である伝達力へ変換される際の増幅率と考えられる量である。この増幅率が無限大になるような場合に、全系が共振することがわかる。つまり、結合部の自由度をＮとすると、一般的に、次式（２）の条件を満たす場合に全系が共振する。
【数２】
2019244913.tif 000004
【００２３】
以下、このカーネルコンプライアンスの性質を利用して、上記の２分系中のアクティブ・パート側のみに振動対策を施す事により、全系の振動を低減できることを説明する。
【００２４】
図２は、アクティブ・パートとパッシブ・パートの周波数応答関数を示している。図２は、伝達関数の関係を実際のモータ（アクティブ・パート）と、自動車（パッシブ・パート）との関係として示している。モータ（アクティブ・パート）は、自動車（パッシブ・パート）と比較して非常に小さく、車体に比べて剛な構造である。そこで、モータの振動・騒音が問題となるような数百Ｈｚの帯域においては、アクティブ・パートのコンプライアンスは剛体モードに支配されて振動モードは存在しない。このような場合、結合部が多自由度結合であっても、全系の共振に関与する伝達力の支配的な自由度は少数自由度となる。このため、１〜２自由度程度が支配的であるとして設計しても、共振対策は可能である。
【００２５】
そこで、ある１自由度の伝達力が支配的であるとした場合を考える。振動を低減したいターゲット周波数において、伝達力は１自由度が支配的であるとする場合に、全系応答を低減するためのアクティブ・パートの構造変更について検討する。加振自由度も応答評価自由度も１とするならば、式（１）はスカラーで表現でき、次式（３）となる。
【数３】
2019244913.tif 000005
【００２６】
また、式（２）に対応する全系の共振条件は次式（４）となる。
【数４】
2019244913.tif 000006
【００２７】
この共振条件が成り立つ周波数では、カーネルコンプライアンスの逆数であるカーネル動剛性が無限大となり、ばね定数が無限大の結合ばねに変位を与えたのと同じ状態となって、全系は共振する。
【００２８】
式（３）において、Ｈ３３ＢおよびＨ４３Ｂは、実際にはモータ以外の自動車の部分に該当する事から、モータ・メーカの立場では変更を施す事は困難である。変更を施す事ができるのは、Ｈ２２Ａ（モータの自動車への取り付け部の加振点伝達関数）と、Ｈ２１Ａ（モータの振動源から、モータと自動車との結合部までの伝達関数）である。
【００２９】
しかし、Ｈ３３Ｂの情報を得られない以上、モータ・メーカが式（４）の共振条件を完全に回避するのは困難である。如何にＨ２２Ａを設計しようとも、Ｈ３３Ｂとの相性により、ターゲット周波数において式（４）を満たすことになれば、大きな伝達力が発生して共振してしまうことになる。しかし、通常はパッシブ・パート側に減衰がある為、共振することはない。
【００３０】
一方、Ｈ２１Ａはモータ・メーカが自在に設計できる。このことから、ターゲット角周波数をωｔとしたときに、Ｈ２１Ａ（ωｔ）＝０として、Ｈ２１Ａ（ωｔ）Ｆ１Ａ（ωｔ）＝０を実現することを考える。このとき、Ｈ４３Ｂが無限大の大きさにならず、式（４）の条件も満たされない限り、Ｘ４ＡＢ（応答評価自由度４の変位）は０になることがわかる。ターゲット角周波数ωｔにおける式（３）は式（５）のようになる。
【数５】
2019244913.tif 000007
【００３１】
この際、もしＨ４３Ｂが無限大の大きさとなる、もしくは式（４）の条件が成り立つ場合、式（５）は無限大と０の積となって、式（５）がどのような値になるかは簡単に推定できない。ただし、少なくとも、Ｈ２１Ａ（ωｔ）Ｆ１Ａ（ωｔ）が大きな値を持つ場合よりも、Ｈ２１Ａ（ωｔ）Ｆ１Ａ（ωｔ）＝０の場合の方が、応答評価自由度を小さくできることになる。このように、本願発明者は、Ｈ２１Ａ（ωｔ）の値を０に近づけることが、モータ・メーカが採れる効果的な振動低減方法であることを見出した。
【００３２】
（ニュートラライザ）
本実施形態では、モータの振動源からモータと車体との結合部までの系における伝達関数Ｈ２１Ａ（ωｔ）が、ターゲット周波数において結合部の振動を抑制する特性を備えるように、モータにニュートラライザを設ける。
【００３３】
アクティブ・パート（モータ）へのニュートラライザの設置により、アクティブ・パートを特定周波数で仮想接地する方法を説明する。仮想接地とは、周波数応答を０にすることを意味する。アクティブ・パートを特定周波数で仮想接地することにより、理論上、加振自由度と結合自由度の間の伝達を０にすることが可能となり、周波数応答関数Ｈ２１Ａの値を特定周波数で０にできる。
【００３４】
本明細書では、ニュートラライザと動吸振器とを区別して説明する。波動の全反射器として１つの質点と１つのばねからなる１自由度振動系を対象構造に付加する場合に、この１自由度振動系をニュートラライザと呼ぶ。特定モードの振動を低減するために、１つの質点と１つのばねからなる１自由度振動系を用いる場合に、この１自由度振動系を動吸振器と呼ぶ。なお、本明細書におけるニュートラライザでは、質点およびバネのそれぞれは２つ以上であってもよい。
【００３５】
モータ内の振動源となる要素は、例えばロータ、ステータ、軸受等である。一般に、モータの振動源としては電磁加振力、軸受部の機械的な振動等があり、図２中の加振自由度１の位置を特定することは難しい。しかしながら、図２において、アクティブ・パート側とパッシブ・パート側の結合自由度よりも左側のアクティブ・パート側のどこかに加振自由度１があることだけは確かであり、以下、この加振自由度と結合自由度の間にニュートラライザを設置することとする。そして、このニュートラライザにより、加振自由度で生成されたターゲット周波数の波動を完全反射して、周波数応答関数の値を理論上０にする方法を説明する。
【００３６】
図３は、ニュートラライザ４０の概念を示す図である。本実施形態では、モータ１０から車体に垂直に入る縦方向の伝達力が支配的であるとして理論と数値例を示す。縦波とねじり波は同じ形の波動方程式で表現できるため、本実施形態の方法は、モータの回転軸まわりのねじりモーメントが支配的な伝達力となる場合にも同様に適用できる。また、本実施形態の方法は、曲げ波に関係する方向の伝達力が支配的な場合にも適用できる。
【００３７】
ニュートラライザ４０を波動伝播にとっての不連続部と見た際の波動の反射特性および透過特性を説明する。反射特性および透過特性は、ニュートラライザ取付断面（図３中のｘ＝０の位置）における変位の連続と力のつり合いを、変位および力と波動振幅との関係を用いて解くことで求まる。ニュートラライザ４０の運動に伴ってばねがモータ１０に与える力は、２自由度系の動吸振器と同じように計算できる。図３中に示したばね力の振幅ＦＮとニュートラライザ取付自由度の変位振幅Ｕとの関係はモード等価剛性κを用いて式（６）で表せる。
【数６】
2019244913.tif 000008
【００３８】
ここで、ニュートラライザ取付断面より左側の位置ｘにおける変位および内力をＵＬ（ｘ）、ＦＬ（ｘ）とする。ニュートラライザ取付断面より右側の位置ｘにおける変位および内力をＵＲ（ｘ）、ＦＲ（ｘ）とする。これらを波動振幅を用いて表すと式（７）から式（１０）のように表される。
【数７】
2019244913.tif 000009
【００３９】
ここで、位置ｘの左右で媒質は不変である。ｋはこの媒質の波数であり、Ｅはニュートラライザのヤング率であり、Ｓはニュートラライザのビーム（梁）の断面積であり、振動エネルギが伝達される通り道の断面積に該当する。位置ｘの左側での前進波と後退波の振幅をそれぞれａＬ、ｂＬとし、位置ｘの右側での前進波と後退波の振幅をそれぞれａＲ、ｂＲとした。このとき、ニュートラライザ取付断面（位置ｘ＝０）における変位の連続と力のつり合いは、式（１１）および式（１２）のように表せる。
【数８】
2019244913.tif 000010
【００４０】
これらの式（１１）および式（１２）に、式（６）から式（１０）を導入して、波動振幅の関係を式（１３）に示す散乱行列の形に整理する。
【数９】
2019244913.tif 000011
【００４１】
これにより、ニュートラライザ取付断面における縦波の反射係数および透過係数は、モード等価剛性κを用いて式（１４）および式（１５）のように表される。
【数１０】
2019244913.tif 000012
【００４２】
ここで、Ω＝ω／ωＮである。ωは調和加振力の角振動数であり、ωＮはニュートラライザ単体を地面に固定した際の固有角振動数である。ΩはωＮとωとの比である。
【００４３】
反射係数ｒＬＲおよびｒＲＬは、前進波（＋ｘ方向）と跳ね返った波（後退波（−ｘ方向））の振幅比“ｂＬ／ａＬ”および“ｂＲ／ａＲ”である。透過係数ｔＬＲおよびｔＲＬは、ｘ＝０を基準としたプラス側とマイナス側において同じ方向を進む波同士の振幅比“ａＲ／ａＬ”および“ｂＲ／ｂＬ”である。
【００４４】
全反射となる条件は、透過係数＝０、すなわち式（１５）の右辺の分子が０になることである。すなわち、全反射となる条件はω＝ωＮであり、ニュートラライザ単体を地面に固定した際の固有振動数と調和加振力の振動数とが同じになる場合である。このとき、（１−Ω２）＝０を式（１４）に代入すると、反射係数ｒＬＲ＝ｒＲＬ＝−１となり、仮想的な接地、つまり伝播波動にとっての固定端と同じ状況になる。すなわち、固定端において全反射が行われ、位相が１８０度ずれた波が反射していくこととなる。
【００４５】
このように、特定の周波数の波動を完全反射する装置が、アクティブ・パートの加振自由度１と結合部自由度２の間に設置されると、加振によって生成された波動が結合部自由度２までたどり着けず、波動の重畳で形成される２点間の周波数応答関数Ｈ２１Ａは、この周波数で理論上０になる。周波数応答関数Ｈ２１Ａはモータ・メーカで自在に設定でき、所望の周波数でＨ２１Ａの値を低減させることができる。
【００４６】
また、上記の方法において、ニュートラライザの設置位置は、加振自由度１と結合部自由度２の間であればよい。このため、モータを様々なシステムの限られたスペースに設置しなければならないモータ・メーカにとって、本実施形態の方法は非常に有用である。
【００４７】
（有限要素法によるシミュレーション）
ニュートラライザをモータに設けることにより、式（５）に示す応答評価自由度４の変位Ｘ４ＡＢ（ωｔ）を低減できることをシミュレーションにより検証した。
【００４８】
シミュレーションの対象は、ビーム（梁）構造の縦波（縦振動）とする。実際にはモータが生ずる振動が車両に伝達し、その振動が自動車内のパネル部材等に伝達し、そこで音響放射を生ずる事となるが、ここでは音響放射は考慮しない。
【００４９】
図４および図５は、シミュレーションに用いた系を示している。アクティブ・パートは、自動車のＥＰＳに取り付けられるモータを模している。パッシブ・パートは、自動車のモータ以外の部位を模している。
【００５０】
ビームの断面形状は、図６に示すように一辺が０．０１ｍの正方形とする。ビームのアクティブ・パートの長さを０．０５ｍ、パッシブ・パートの長さを１．０ｍとする。アクティブ・パートにはニュートラライザを設置した。
【００５１】
図４および図５に示す系の振動は、有限要素解析で求めた。有限要素モデルの設定にあたり、アクティブ・パートは、アルミニウム材であるとし、密度２６８０ｋｇ／ｍ３、ヤング率７．６０×１０１０Ｐａ、ポアソン比０．３３とした。アクティブ・パート単体の質量は０．０１３４ｋｇとした。パッシブ・パートは、軟鋼材であるとし、密度７９３０ｋｇ／ｍ３、ヤング率１．９７×１０１１Ｐａ、ポアソン比０．３０とした。パッシブ・パートの単体の質量は０．７９３ｋｇとした。
【００５２】
加振自由度は、図４に“ノード：１”と記された位置のｘの正方向に与えた。応答評価自由度は、図４に“ノード：４”と記された位置のｘの正方向とした。Ｈ２１Ａ（ωｔ）＝０とするために、アクティブ・パートの“ノード：２”の位置にニュートラライザを設置した。ニュートラライザは例えばバネ−マス系の構造を有する。ニュートラライザとして、ビームを挟んで対称にｘ方向に変形する２枚の板ばねを設置し、それら板ばねの先端のそれぞれに集中質量を結合している。２枚の板ばねのそれぞれは、図７に示すような厚さ０．００２ｍ、幅０．０１ｍのりん青銅板であるとした。りん青銅の材料特性として、密度８８００ｋｇ／ｍ３、ヤング率１．１０×１０１１Ｐａ、ポアソン比０．３３とした。２枚の板ばねの先端の集中質量は、２個ともに０．４６７ｇとした。ニュートラライザの質量はそれぞれ２．２３ｇである。ニュートラライザの固有振動数は、モータが取り付けられるＥＰＳにおいて低減させる振動の周波数（ターゲット周波数）と同じとする。例えば、ニュートラライザの固有振動数は、ＥＰＳが備えるステアリングシャフトの固有振動数と同じとする。ステアリングシャフトの固有振動数は、ここでは２４５０Ｈｚとした。
【００５３】
図８は、“ノード：１”をｘ方向に加振した際の、“ノード：４”におけるｘ方向のコンプライアンスを示している。横軸は周波数を表し、縦軸は位相およびマグニチュードを表している。破線はニュートラライザ未装着時のコンプライアンスを示しており、実線はニュートラライザ装着時のコンプライアンスを示している。ニュートラライザ未装着時と比較して、ニュートラライザ装着時では、ターゲット周波数である２４５０Ｈｚにおいて、コンプライアンスの値は大きく低減されていることが分かる。
【００５４】
図９は、アクティブ・パートに装着したニュートラライザの縦波に対する反射係数を、式（１４）に従って計算した結果を示している。図１０は、アクティブ・パートに装着したニュートラライザの縦波に対する透過係数を、式（１５）に従って計算した結果を示している。図９および図１０の横軸は周波数を表し、縦軸は位相およびマグニチュードを表している。
【００５５】
ターゲット周波数２４５０Ｈｚにおける反射係数は１、透過係数は０となっており、アクティブ・パートに装着したニュートラライザにより２４５０Ｈｚの波動は、加振自由度から結合自由度に伝播する途中で遮断されていることがわかる（仮想接地）。すなわち、理論上、ターゲット周波数２４５０ＨｚにおいてＨ２１Ａ＝０となっている。
【００５６】
このように、ニュートラライザをモータに設けることにより、モータとＥＰＳとの結合部におけるターゲット周波数の振動を低減することができる。これにより、車内（応答評価自由度４）におけるターゲット周波数の振動を低減することができる。
【００５７】
図１１から図１６を参照して、モータ１０に取り付けられるニュートラライザ４０の具体的な構造例を説明する。図１１は、ニュートラライザ４０を取り付けたモータ１０を示す斜視図である。図１２は、ロータ２０の回転軸方向から見たときのモータ１０の平面図であり、とりわけ、ハウジング３０の外側面に取り付けられるニュートラライザ４０の様子を模式的に示している。図１２では図面が煩雑になることを避けるために、ニュートラライザ４０以外の内部構造の図示は省略し、その輪郭のみを示している。図１３は、モータ１０の断面図である。モータ１０の内部を分かり易く説明するために、図１３ではニュートラライザ４０の図示は省略している。
【００５８】
本明細書では、モータ１０の中心軸Ｊ１と平行な方向を「軸方向」と呼ぶ。モータ１０の中心軸Ｊ１に直交する方向を「径方向」と呼ぶ。モータ１０の中心軸Ｊ１を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」と呼ぶ。また、この例では、便宜上、軸方向を上下方向として、各部材の形状および位置関係を説明する。ただし、これは、あくまで説明の便宜のために上下を定義したものであって、モータ１０の使用時の向きを限定するものではない。
【００５９】
本願発明者の知見によれば、ＥＰＳ用のモータ１０に起因する自動車等の車体内の振動および騒音は、モータ１０における回転方向の振動とトルクリップルに相関がある。そこで、本実施形態では、モータ１０の回転方向の振動を抑制することにより、車体内の振動および騒音を抑制する。
【００６０】
本実施形態におけるモータ１０は、いわゆるインナーロータ型のモータである。モータ１０は、ステータ１１と、ロータ２０と、ハウジング３０とを有する。
【００６１】
ハウジング３０は、軸方向に延びる筒状の部材である。ハウジング３０は、例えば、アルミニウム（アルミニウム合金を含む）やＳＵＳなどの金属材料を有する。ハウジング３０は、その内部にロータ２０とステータ１１とを収容する。ハウジング３０は、筒部３６と、底部３４と、蓋部３２とを有する。筒部３６は、軸方向に延びる筒状の部材である。底部３４は、筒部３６の軸方向下側に配置され、筒部３６の軸方向下側の開口を覆う。底部３４には、下側ベアリング３７が取り付けられる。底部３４の外側面には、径方向外側に向かって延びる複数の底部フランジ部３４２が配置される。底部フランジ部３４２には、軸方向に貫通する少なくとも１つの底部貫通孔３４４が形成される。
【００６２】
蓋部３２は、筒部３６の軸方向上側に配置され、筒部３６の軸方向上側の開口を覆う。蓋部３２には、上側ベアリング３８が取り付けられる。上側ベアリング３８および下側ベアリング３７は、ロータ２０を回転可能に支持する。蓋部３２の外側面には、径方向外側に向かって延びる複数の蓋部フランジ部３２２が設けられる。蓋部フランジ部３２２には、軸方向に貫通する少なくとも１つの蓋部貫通孔３２４が形成される。なお、底部３４または蓋部３２のいずれか一方は、筒部３６と一体に形成されてもよい。
【００６３】
ステータ１１は、ステータコア１２、インシュレータ１３、コイル１４を備える。ステータコア１２は、例えば、複数枚の電磁鋼板が軸方向に積層された積層鉄心である。ステータコア１２は、圧分磁心などを備えていてもよい。ステータコア１２は、環状のコアバックと、複数のティースとを有する。複数のティースは、コアバックから径方向内側に延び、周方向に間隔を空けて配置される。インシュレータ１３は、ステータコア１２の表面を被覆する絶縁体である。
【００６４】
ロータ２０は、ステータ１１の径方向内側に配置され、ティースと径方向に対向する。ロータ２０は、シャフト２１、ヨーク２２、ロータマグネット２３、カバー部材２４を備える。シャフト２１は、中心軸Ｊ１を中心として軸方向に延びる。シャフト２１は、中実であってもよいし、中空であってもよい。ヨーク２２は、略円筒状であり、シャフト２１に固定される。ヨーク２２は、例えば薄板状の磁性鋼板が積層されて形成される。ロータマグネット２３は、ステータ１１の内側に配置され、ヨーク２２の外側面に例えば接着剤により固定される。カバー部材２４は、ロータマグネット２３の外側を覆う。
【００６５】
図１４Ａは、ニュートラライザ４０の斜視図である。図１４Ｂは、ロータ２０の回転軸方向（Ｚ軸方向）から見たときのニュートラライザ４０の平面図である。図１４Ｃは、ニュートラライザ４０のアウターカバー４１の斜視図である。
【００６６】
ハウジング３０、より具体的には筒部３６の外側面にニュートラライザ４０は取り付けられる。ニュートラライザ４０は、筒部３６の外側面のあらゆる位置に固定され得る。ニュートラライザ４０は、アウターカバー４１、インナーマス４２および２つの弾性部材４３を有する。ただし、本開示のニュートラライザは、少なくとも２つの弾性部材、例えば３つまたは４つの弾性部材を有し得る。
【００６７】
アウターカバー４１は、後述する一対のフランジ部４７によってハウジング３０に直接または間接的に固定される。アウターカバー４１は、軸方向から見たとき、例えば略Ｕ字の形状を有する。アウターカバー４１は、蓋部４５および一対の壁部４６を有する。蓋部４５は、ハウジング３０の径方向においてインナーマス４２と空隙を隔てて対向し、かつ、周方向に延びる部材である。本実施形態では、アウターカバー４１には、２つの弾性部材４３を取り付けるための、軸方向に延びる２つの溝４９が設けられている。
【００６８】
一対の壁部４６は、蓋部４５の両端からハウジング３０の径方向内側に延びる。一対の壁部４６は、ニュートラライザ４０をハウジング３０に直接または間接的に固定する一対のフランジ部４７を有する。一対のフランジ部４７は、図１４Ｂに示すようにハウジング３０の周方向に互いに逆に延びる。
【００６９】
蓋部４５および一対の壁部４６は、プレス加工、切削加工または鋳造などによって１つの部材として一体的に形成され得る。蓋部４５および一対の壁部４６は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、鉄、または鉄合金などの金属材料から形成される。または、一対の壁部４６は、蓋部４５とは異なり、例えば板ばねなどの弾性部材から形成され得る。さらに、一対の壁部４６同士は、互いに異なる材料から形成されてもよい。個別の部材は、例えば溶接または接着によって繋ぎ合わすことができる。
【００７０】
一対の壁部４６、つまり、アウターカバー４１は、例えば、ねじ止め、溶接、接着、かしめなどにより、一対のフランジ部４７においてハウジング３０の外側面に固定される。一対の壁部４６は、切削加工または鋳造などによって、ハウジング３０と一体に形成されてもよい。
【００７１】
インナーマス４２は、アウターカバー４１およびハウジング３０の外側面によって形成される空間Ｓに収納される。インナーマス４２は、例えば略直方体のおもりであるが、例えば三角柱または円柱状のおもりであってもよい。周方向および径方向におけるインナーマス４２の側面は、アウターカバー４１およびハウジング３０の外側面によって空隙を介して囲われる。モータ１０の外側からニュートラライザ４０を見たとき、インナーマス４２の少なくとも一部がアウターカバー４１によって覆われていればよく、例えば、インナーマス４２は、アウターカバー４１から図中の±Ｚ方向の少なくとも一方向にはみ出していてもよい。
【００７２】
インナーマス４２は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、鉄、または鉄合金などの金属材料から形成される。例えば、インナーマス４２には、２つの弾性部材４３を取り付けるための２つの溝（不図示）が蓋部４５と同様に設けられている。
【００７３】
弾性部材４３は、例えば板ばねである。２つの弾性部材４３は、アウターカバー４１から空間Ｓに向けて径方向内側に延び、かつ、インナーマス４２をハウジング３０の周方向（図１４ＢのＸ方向）において振動可能に支持する。例えば、弾性部材４３は、アウターカバー４１およびインナーマス４２のそれぞれの溝に接着剤を用いて取り付けることができる。または、弾性部材４３は、アウターカバー４１およびインナーマス４２に、溶接または圧入などの他の方法によって取り付けられてもよい。
【００７４】
例えば、弾性部材として板ばねを用いる場合、２つの弾性部材４３として同じばね定数を有する２つの板ばねを用いることができる。
【００７５】
本明細書において、アウターカバー４１、インナーマス４２および２つの弾性部材４３を有するニュートラライザ４０の構造を「２重スプリング・ハウジング構造」と呼ぶこととする。
【００７６】
図１５は、ロータ２０の回転軸方向（Ｚ軸方向）から見たときのニュートラライザ４０のバリエーションの平面図である。図示するように、ニュートラライザ４０は、アウターカバー４１から空間Ｓに向けてハウジング３０の周方向に延びる２個の他の弾性部材４８をさらに有していてもよい。他の弾性部材４８は、例えば板ばねであり、弾性部材４３と共に、周方向においてインナーマス４２を振動可能に支持する。図示する例に限られず、ニュートラライザ４０は、２個の他の弾性部材４８のうちの少なくとも１個を備え得る。さらに、ニュートラライザ４０は、３個以上の弾性部材４８を備えていてもよい。また、ニュートラライザ４０において、弾性部材４３は設けずに他の弾性部材４８だけを設けることによりインナーマス４２を支持してもよい。
【００７７】
ニュートラライザ４０を構成する部材のサイズ、材料、質量、または、蓋部４５およびインナーマス４２に弾性部材４３を取り付ける位置などは、例えば有限要素法を用いて設計時などに適宜決定される。本実施形態では、図１４Ｂの平面図において、アウターカバー４１およびインナーマス４２を貫く中心線（図中の一点鎖線）を対称軸として、ニュートラライザ４０は、実質的に線対称の形状を有する。蓋部４５およびインナーマス４２のそれぞれの２つの溝は、対称軸から等しい距離に設けられており、２つの弾性部材４３を支持する。
【００７８】
上述したニュートラライザ４０の２重スプリング・ハウジング構造によれば、ニュートラライザ４０の振動低減効果のパラメータである弾性定数（例えば、ばね定数）およびマス（ｍａｓｓ）が確保される。低減させたい周波数領域は、ニュートラライザ４０の固有振動数によって決定される。その固有振動数は、弾性部材４３の弾性定数およびインナーマス４２の質量に基づいて決定される。例えば、ニュートラライザ４０のサイズを大きくしてインナーマス４２の質量を増やすと、ニュートラライザ４０の固有振動数は小さくなる。また、弾性部材４３の数によって固有振動数を調整できる。例えば、弾性部材４３の使用数を増やすほど、固有振動数を大きくすることが可能となる。
【００７９】
ニュートラライザ４０の固有振動数は、モータ１０が取り付けられる車体において低減させる振動の周波数（「ターゲット周波数」と呼ぶ。）と同じ周波数に設定する。例えば、ニュートラライザ４０の固有振動数は、ＥＰＳのステアリングシャフトの固有振動数と同じ振動数に設定される。これにより、モータ１０とＥＰＳとの結合部におけるターゲット周波数の振動が低減され、その結果、車内におけるターゲット周波数の振動を低減することができる。
【００８０】
図１６は、モータ１０の回転に連動して周方向に振動するインナーマス４２を説明するための模式図である。
【００８１】
本実施形態では、２つの弾性部材４３を介してインナーマス４２は、アウターカバー４１に接続される。そのため、ニュートラライザ４０には、図中において破線で囲んだ２つの作用点が構成される。ニュートラライザ４０は、アウターカバー４１の２自由度の振動系と、インナーマス４２の２自由度の振動系とを連結させた振動系と見なすことができる。
【００８２】
ハウジング３０の外側面に直接または間接的に固定される一対の壁部４６は、アウターカバー４１の蓋部４５から径方向内側に向けて延びている。このため、モータ１０が駆動しているときに振動がハウジング３０から一対の壁部４６に伝わると、一対の壁部４６はハウジング３０の周方向（Ｘ方向）に振動を開始する。そして、蓋部４５もその振動に同調して周方向に振動を開始する。換言すると、蓋部４５は周方向に平行移動を繰り返す。
【００８３】
上述したとおり、ニュートラライザ４０には２つの作用点が構成される。その結果、インナーマス４２は、蓋部４５と同様に、周方向に平行移動を繰り返す。このように、モータ１０に振動が発生しているとき、アウターカバー４１は、ハウジング３０の周方向において振動し、かつ、インナーマス４２は、アウターカバー４１の振動方向と略同一の方向に振動する。
【００８４】
モータ１０が駆動した際に、モータ１０からは、径方向における振動と周方向における振動とが発生する。上述のように、ハウジング３０の外側面には、ニュートラライザ４０が取り付けられている。２個の２自由度の振動系を連結させることにより、インナーマス４２を周方向に振動させることができる。これにより、モータ１０の回転方向の振動成分を打ち消す量は増幅され、その結果、周方向の振動成分を効果的に打ち消すことが可能となる。
【００８５】
モータ１０から発生した周方向の振動はニュートラライザ４０へと伝わり低減される。これにより、モータ１０（すなわちハウジング３０）における回転方向の振動が抑制され、その結果、自動車の運転手等へ伝わる騒音を抑制することができる。
【００８６】
（実施例）
本願発明者は、本実施形態による２重スプリング・ハウジング構造を有するニュートラライザ４０の振動低減効果を有限要素法を用いて解析し、また、ニュートラライザ４０を試作してその試作品を実際の自動車に搭載し、振動および騒音の低減効果の測定を行った。
【００８７】
以下、有限要素法による解析条件を記載する。使用ツール：ＡＮＳＹＳ  Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ；解析方法：周波数応答解析（フル解析）；解析範囲０〜１８００〔Ｈｚ〕；分解能：１８０；荷重方法：モータハウジングの外周にｚ軸（明細書中の回転軸に相当）を軸とした１〔Ｎ・ｍ〕のモーメントを与える；応答点：モータハウジングの外周におけるある節点の回転方向；モータハウジングの質量／節点／要素：４９０〔ｇ〕／１４２６３／７１２６；モータハウジングの材料物性：密度（７９００〔ｋｇ／ｍ３〕）、ヤング率（２．０９Ｅ＋１１〔Ｐａ〕）、ポアソン比（０．３）。
【００８８】
ニュートラライザ４０は、モータハウジングにボンド接続で固定した。ここで、「ボンド」とは、面または辺の間では滑り・分離は起きない状態を表す。ボンド接続の領域は接着した状態であると考えてよい。有限要素法による解析では、ターゲット周波数を８４０〔Ｈｚ〕とした。従って、ニュートラライザ４０の固有振動数は、８４０〔Ｈｚ〕に設定される。
【００８９】
＜１．アウターカバー４１＞
図１７Ａ、図１７Ｂは、アウターカバー４１の、Ｘ、ＹおよびＺ方向におけるそれぞれの寸法を示している。
【００９０】
図１７Ａに示すアウターカバー４１のＸ方向における長さａは、３０．２ｍｍである。２つの溝４９の中心の間隔ｂは、１８．６ｍｍである。Ｘ方向における厚さｃは、０．９ｍｍである。Ｙ方向における長さｄ、ｅはそれぞれ、６．５ｍｍ、１７ｍｍである。図１７Ｂに示すアウターカバー４１のＺ方向における長さｆは、３０ｍｍである。アウターカバー４１の質量は６０〔ｇ〕である。材料物性は、密度：７９００〔ｋｇ／ｍ３〕、ヤング率：２．０９Ｅ＋１１〔Ｐａ〕、ポアソン比：０．３である。
【００９１】
＜２．インナーマス４２＞
インナーマス４２は略直方体のおもりであり、Ｘ、ＹおよびＺ方向における長さは、２５．７ｍｍ×７．０ｍｍ×３０ｍｍである。インナーマス４２の質量は、４１〔ｇ〕である。材料物性は、アウターカバー４１と同じである。
【００９２】
＜３．弾性部材４３＞
弾性部材４３は、略直方体の板ばねであり、Ｘ、ＹおよびＺ方向における長さは、０．６ｍｍ×１３．６ｍｍ×３０ｍｍである。弾性部材４３の質量は、２．３〔ｇ〕である。材料物性は、密度：８８００〔ｋｇ／ｍ３〕、ヤング率：１．１０Ｅ＋１１〔Ｐａ〕、ポアソン比：０．３８である。
【００９３】
図１８は、有限要素法による振動低減効果の解析結果を示している。
【００９４】
グラフの縦軸は、モータ回転方向の振動加速度〔ｄＢ〕であり、横軸は、周波数［Ｈｚ］である。グラフには、ニュートラライザ４０を設けていないモータ単体の解析結果を比較例として破線で示している。解析結果に示されるように、本開示のニュートラライザをモータに取り付けることにより、モータ単体と比べて、ターゲット周波数：８４０〔Ｈｚ〕において約４１ｄＢの振動の低減効果が確認された。
【００９５】
上述した解析条件と同様のサイズおよび材料物性を有するニュートラライザ４０を試作し、ＥＰＳのモータにそれを取り付けた。ニュートラライザ４０を取り付けたモータを実際の自動車に搭載し、自動車内の運転手の耳の位置における音圧、および、モータの外側面（インターフェースフランジ）に取り付けた３軸加速度センサを用いてモータ回転方向の振動加速度を測定した。試作品のニュートラライザ４０の質量は、１０４〔ｇ〕である。
【００９６】
２重スプリング・ハウジング構造を有するニュートラライザ４０を取り付けたモータと、ニュートラライザを取り付けていないモータ単体の間で、騒音および振動の低減効果を比較した。具体的には、自動車のステアリングシャフトを左右に４回据え切りさせて、１０秒間の平均値を用いて両者を比較した。
【００９７】
図１９は、自動車内の運転手の耳の位置において測定された騒音の音圧と周波数との関係を示している。図２０は、モータ回転方向の振動加速度と周波数との関係を示している。図１８の縦軸は音圧［ｄＢ］であり、横軸は周波数［Ｈｚ］である。図１９の縦軸は加速度［ｄＢ］であり、横軸は周波数［Ｈｚ］である。
【００９８】
図１９の音圧の測定結果に示されるように、本開示のニュートラライザをモータに取り付けることにより、モータ単体と比べて、約１５ｄＢの音圧の低減効果が確認された。また、図２０の振動加速度の測定結果に示されるように、ニュートラライザをモータに取り付けることにより、モータ単体と比べて、約１６ｄＢの振動加速度の低減効果が確認された。このように、２重スプリング・ハウジング構造を有するニュートラライザをモータに取り付けることにより、モータ１０における回転方向の振動は適切に抑制され、その結果、運転手等へ伝わる騒音を抑制できていることがわかる。
【００９９】
以上、例示的な実施形態を説明したが、本開示は上記の実施形態に限定されない。
【０１００】
図１１に示す例では、ニュートラライザ４０は、モータ１０のハウジング３０に１つのみ取り付けられている。しかしながら、ニュートラライザ４０の数は１つに限られず、複数のニュートラライザ４０がモータ１０に取り付けられてもよい。複数のニュートラライザ４０が取り付けられる場合、軸方向に並んで配置されてもよいし、周方向に間隔を空けて配置されてもよい。
【０１０１】
ニュートラライザ４０は、筒部３６に固定されるだけでなく、蓋部３２や底部３４などに少なくとも一部が固定されてもよい。
【０１０２】
ハウジング３０の外側面には、ニュートラライザ４０を覆うカバー部材（不図示）が取り付けられてもよい。カバー部材がニュートラライザ４０を覆うことにより、ニュートラライザ４０の取り付け後のモータ１０を搬送する場合などにおいて、ニュートラライザ４０の破損や変形などを防止することができる。カバー部材は、ニュートラライザ４０の全体を覆ってもよいし、ニュートラライザ４０の一部のみを覆ってもよい。カバー部材は、筒部３６と、例えば、溶接、接着、かしめ、ねじ止めなどの方法により、直接または間接的に固定される。
【０１０３】
モータ１０は、例えば自動車に搭載され、ＥＰＳの駆動力を発生させるために使用される。ただし、モータ１０は、他の既知の用途に使用されるものであってもよい。例えば、モータ１０は、自動車の他の部位、例えばエンジン冷却用ファンの駆動源として使用されるものであってもよい。また、モータ１０は、家電製品、ＯＡ機器、医療機器等に搭載され、各種の駆動力を発生させるものであってもよい。
【０１０４】
本開示のニュートラライザは、モータ以外の、振動源を有し得るあらゆる装置、例えば発電機に取り付けることが可能である。モータと同様に、ターゲット周波数における振動を低減できることが期待される。
【０１０５】
本開示の一態様におけるニュートラライザは、振動源を有する第１装置が取り付けられる第２装置における所定の周波数の振動を低減させる。例えば、第１装置は、筒状のハウジングを有するモータであり、第２装置はＥＰＳである。ニュートラライザ４０は、第１装置に直接または間接的に固定されるアウターカバー４１と、アウターカバー４１および第１装置の外側面によって形成される空間Ｓに収納されたインナーマス４２と、アウターカバー４１から空間Ｓに向けて延び、第１装置の筒状のハウジングの周方向においてインナーマス４２を振動可能に支持する少なくとも２つの弾性部材４３と、所定の周波数に相当する所定の固有振動数と、を備える。第１装置の振動源から第１装置と第２装置との結合部までの系は、所定の固有振動数における結合部の振動を抑制する特性を備えた伝達関数を有する。
【０１０６】
本開示の一態様におけるニュートラライザは、電源コネクタの一部であり得る。例えばＥＰＳ用のモータは、外部から電源を供給するために用いる電源コネクタをハウジングの外側面に備える。電源コネクタはハーネスによって外部電源に接続され、モータに駆動電源が供給される。
【０１０７】
図２１は、ロータ２０の回転軸方向から見たときの電源コネクタ５０を備えるモータ１０の平面図であり、とりわけ、電源コネクタ５０の構造を模式的に示している。
【０１０８】
モータ１０は、電源コネクタ５０をさらに備える。図示するように、電源コネクタ５０は、アウターカバー４１、インナーマス４２、２つの弾性部材４３および複数の電源端子５１を有する。このように、ニュートラライザ４０は、電源コネクタ５０の一部の部材であり得る。例えば、電源端子５１を保護する、従来の樹脂製カバー部材の形状をニュートラライザ４０のアウターカバー４１と同様の形状に変更することにより、ニュートラライザおよび電源端子を兼用する電源コネクタ５０が得られる。
【０１０９】
電源コネクタ５０のうちの少なくともニュートラライザ４０の部分は、例えば、上述したニュートラライザ４０と同じ金属材料から形成される。各部材は、互いに異なる材料から形成され得る。電源端子５１を保護するカバー部材は、例えば樹脂材料から形成されてもよい。個別の部材は、例えば溶接または接着によって繋ぎ合わすことができる。
【０１１０】
例えば、電源端子５１をハウジング３０から径方向外側に引き出し、９０°折り曲げて軸方向に延ばす。電源端子５１を軸方向に通す貫通穴をアウターカバー４１に設ける。そして、径方向外側からハウジング３０の外側面にアウターカバー４１を取り付ける。アウターカバー４１の貫通穴から露出して見える電源端子５１などの導電部は、絶縁性の樹脂などで覆っておくことが好ましい。このように、ニュートラライザ４０および電源端子５１を一体にすることができる。これにより、部品点数や実装面積を増やすことなく、モータにニュートラライザを取り付けることができる。
【０１１１】
ニュートラライザ４０の部分の材料は、金属材料に限定されず、他の材料であってもよい。アウターカバー４１の材料は、電源端子５１を保護するカバー部材と同じであってもよい。また、電源コネクタ５０は、ニュートラライザ４０の部材として、アウターカバー４１のみを有し、インナーマス４２および弾性部材４３を有していなくてもよい。
【０１１２】
（実施形態２）
次に、ＥＰＳの一例を説明する。ＥＰＳは、運転者がステアリングハンドルを操作することによって発生するステアリング系の操舵トルクを補助するための補助トルクを生成する。補助トルクは、補助トルク機構によって生成され、運転者の操作の負担を軽減することができる。例えば、補助トルク機構は、操舵トルクセンサ、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）、モータおよび減速機構などを備える。操舵トルクセンサは、ステアリング系における操舵トルクを検出する。ＥＣＵは、操舵トルクセンサの検出信号に基づいて駆動信号を生成する。モータ１０は、駆動信号に基づいて操舵トルクに応じた補助トルクを生成し、減速機構を介してステアリング系に補助トルクを伝達する。
【０１１３】
モータ１０は、ＥＰＳに好適に利用される。図２２は、本実施形態による電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）５００の典型的な構成を模式的に示している。ＥＰＳ５００は、ステアリング系５２０および補助トルク機構５４０を備える。
【０１１４】
ステアリング系５２０は、例えば、ステアリングハンドル５２１、ステアリングシャフト５２２（「ステアリングコラム」とも称される。）、自在軸継手５２３Ａ、５２３Ｂ、回転軸５２４（「ピニオン軸」または「入力軸」とも称される。）、ラックアンドピニオン機構５２５、ラック軸５２６、左右のボールジョイント５５２Ａ、５５２Ｂ、タイロッド５２７Ａ、５２７Ｂ、ナックル５２８Ａ、５２８Ｂ、および左右の操舵車輪（例えば左右の前輪）５２９Ａ、５２９Ｂを備える。ステアリングハンドル５２１は、ステアリングシャフト５２２と自在軸継手５２３Ａ、５２３Ｂとを介して回転軸５２４に連結される。回転軸５２４にはラックアンドピニオン機構５２５を介してラック軸５２６が連結される。ラックアンドピニオン機構５２５は、回転軸５２４に設けられたピニオン５３１と、ラック軸５２６に設けられたラック５３２とを有する。ラック軸５２６の右端には、ボールジョイント５５２Ａ、タイロッド５２７Ａおよびナックル５２８Ａをこの順番で介して右の操舵車輪５２９Ａが連結される。右側と同様に、ラック軸５２６の左端には、ボールジョイント５５２Ｂ、タイロッド５２７Ｂおよびナックル５２８Ｂをこの順番で介して左の操舵車輪５２９Ｂが連結される。ここで、右側および左側は、座席に座った運転者から見た右側および左側にそれぞれ一致する。
【０１１５】
ステアリング系５２０によれば、運転者がステアリングハンドル５２１を操作することによって操舵トルクが発生し、ラックアンドピニオン機構５２５を介して左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂに伝わる。これにより、運転者は左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂを操作することができる。
【０１１６】
補助トルク機構５４０は、例えば、操舵トルクセンサ５４１、ＥＣＵ５４２、モータ５４３、減速機構５４４および電力変換装置５４５を備える。補助トルク機構５４０は、ステアリングハンドル５２１から左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂに至るステアリング系５２０に補助トルクを与える。なお、補助トルクは「付加トルク」と称されることがある。
【０１１７】
モータ５４３として、上述したニュートラライザ４０が設けられたモータ１０を用いることができる。
【０１１８】
操舵トルクセンサ５４１は、ステアリングハンドル５２１によって付与されたステアリング系５２０の操舵トルクを検出する。ＥＣＵ５４２は、操舵トルクセンサ５４１からの検出信号（以下、「トルク信号」と表記する。）に基づいてモータ５４３を駆動するための駆動信号を生成する。モータ５４３は、操舵トルクに応じた補助トルクを駆動信号に基づいて発生する。補助トルクは、減速機構５４４を介してステアリング系５２０の回転軸５２４に伝達される。減速機構５４４は、例えばウォームギヤ機構である。補助トルクはさらに、回転軸５２４からラックアンドピニオン機構５２５に伝達される。
【０１１９】
ＥＰＳ５００は、補助トルクがステアリング系５２０に付与される箇所によって、ピニオンアシスト型、ラックアシスト型、およびコラムアシスト型等に分類することができる。図２２には、ピニオンアシスト型の電動パワーステアリング装置５００を例示している。ただし、電動パワーステアリング装置５００は、ラックアシスト型、コラムアシスト型等であってもよい。
【０１２０】
ＥＣＵ５４２には、トルク信号だけでなく、例えば車速信号も入力され得る。外部機器５６０は例えば車速センサである。または、外部機器５６０は、例えばＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の車内ネットワークで通信可能な他のＥＣＵであってもよい。ＥＣＵ５４２のマイクロコントローラは、トルク信号や車速信号などに基づいてモータ５４３をベクトル制御またはＰＷＭ制御することができる。
【０１２１】
ＥＣＵ５４２は、少なくともトルク信号に基づいて目標電流値を設定する。ＥＣＵ５４２は、車速センサによって検出された車速信号を考慮し、さらに角度センサによって検出されたロータの回転信号を考慮して、目標電流値を設定することが好ましい。ＥＣＵ５４２は、電流センサ（不図示）によって検出された実電流値が目標電流値に一致するように、モータ５４３の駆動信号、つまり、駆動電流を制御することができる。
【０１２２】
ＥＰＳ５００によれば、運転者の操舵トルクにモータ５４３の補助トルクを加えた複合トルクを利用してラック軸５２６によって左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂを操作することができる。特に、モータ５４３として、ニュートラライザ４０が設けられたモータ１０を用いることにより、モータとＥＰＳとの結合部（例えば、モータ５４３と減速機構５４４との結合部）におけるターゲット周波数の振動を低減することができる。これにより、車内における騒音を低減することができる。
【０１２３】
本開示の実施形態は、電動パワーステアリング装置、掃除機、ドライヤ、シーリングファン、洗濯機、冷蔵庫などの、各種モータを備える多様な機器に幅広く利用され得る。
【符号の説明】
【０１２４】
１０  モータ、１１  ステータ、１２  ステータコア、１３  インシュレータ、１４  コイル、２０  ロータ、２１  シャフト、２２  ヨーク、２３  ロータマグネット、２４  カバー部材、３０  ハウジング、３２  蓋部、３４  底部、３６  筒部、３７  下側ベアリング、３８  上側ベアリング、４０  ニュートラライザ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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