JP2013160267A - 電動機の軸受支持構造、電動機及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機のロータの振動が筐体等へ伝達されることを抑制しつつ、ロータの振れ回りに起因する作動音を低減すること。
【解決手段】この電動機の軸受支持構造４０は、電動機の筐体に取り付けられ、かつ電動機が有するロータに取り付けられた入出力シャフトを筐体に対して回転可能に支持する軸受４と、軸受４の径方向外側、かつ軸受４と筐体との間に配置されるＯリング４３と、軸受４と筐体との間に配置されて軸受４の径方向における動きを規制する板状部材４４と、を含む。
【選択図】図８

Description

本発明は、電動機の軸受支持構造、電動機及び電動パワーステアリング装置に関する。

電動機のロータが回転することに起因する振動が筐体等に伝達されることを抑制するため、外輪と、内輪と、両輪の間に配置された複数の転動体と、外輪外径および内輪内径のいずれか一方に設けられた環状の凹溝に嵌め入れられた環状の弾性体とを備える転がり軸受がある（例えば、特許文献１）。

特開２００５−１８８５２７号公報

特許文献１に記載された技術は、軸受の外輪とその取付対象との間に環状の弾性体を介在させるため、軸受の外輪とその取付対象との間には隙間が生じる。この隙間のため、ロータの振れ回りが大きくなる結果、この振れ回りに起因する作動音が大きくなる可能性がある。

本発明は、電動機のロータの振動が筐体等へ伝達されることを抑制しつつ、ロータの振れ回りに起因する作動音を低減することを目的とする。

本発明は、電動機の筐体に取り付けられ、かつ前記電動機が有するロータに取り付けられた入出力シャフトを前記筐体に対して回転可能に支持する軸受と、前記軸受の径方向外側、かつ前記軸受と前記筐体との間に配置される弾性体と、前記軸受と前記筐体との間に配置されて前記軸受の径方向における動きを規制する移動規制部材と、を含むことを特徴とする電動機の軸受支持構造である。

このような構造により、軸受の径方向外側に配置された弾性体がロータの振動が筐体等へ伝達されることを抑制するとともに、移動規制部材がロータの径方向における移動を抑制して、ロータの振れ回りを低減する。その結果、この電動機の軸受支持構造は、電動機のロータの振動が筐体等へ伝達されることを抑制しつつ、ロータの振れ回りに起因する作動音を低減することができる。

本発明において、前記移動規制部材は、前記弾性体よりも硬度が高いことが好ましい。このようにすれば、ロータの振れ回りをより効果的に抑制できる。

本発明において、前記軸受の外径は、前記筐体の前記軸受が取り付けられる部分における内径よりも２０μｍ以上３００μｍ以下小さいことが好ましい。このようにすることで、軸受の熱膨張の影響を考慮しつつ、電動機の筐体と軸受とをフローティングさせた構造を実現することができる。

本発明において、前記弾性体と前記移動規制部材とは、前記軸受の外周部に設けられた溝に配置されることが好ましい。このようにすることで、弾性体及び移動規制部材の位置ずれ及び脱落の可能性を低減できる。

本発明において、前記弾性体は、前記軸受の外周部に設けられた第１の溝に配置され、前記移動規制部材は、前記軸受の外周部に設けられた第２の溝に配置されることが好ましい。このようにすることで、弾性体と移動規制部材との干渉を抑制できる。

本発明において、前記移動規制部材は、前記軸受と一体不可分となって前記軸受の外周部から前記軸受の径方向外側に向かって突出することが好ましい。このようにすることで、移動規制部材を軸受に取り付ける手間を省くことができる。

本発明において、前記移動規制部材は、前記軸受の径方向と直交する方向における端面に取り付けられることが好ましい。このような構造により、軸受の外周部に移動規制部材をはめ込んで取り付ける場合と比較して、移動規制部材の取付けが容易になる。

本発明は、上述した電動機の軸受支持構造と、筒状の前記筐体の内側に環状に配置されるステータと、前記ステータの径方向内側に前記ステータと所定の間隔を有して配置される前記ロータと、前記ロータに取り付けられて前記ロータとともに回転する前記シャフトと、を含むことを特徴とする電動機である。この電動機は、上述した電動機の軸受支持構造を含むので、ロータの振動が筐体等へ伝達されることを抑制しつつ、ロータの振れ回りに起因する作動音を低減することができる。

本発明において、前記電動機はブラシモータであることが好ましい。ブラシモータのロータはイナーシャが大きいため、ロータに振れ回りも大きくなる傾向があるが、移動規制部材が振れ回りを抑制するので、ブラシモータが有するロータの振れ回りに起因する作動音を低減することができる。

本発明において、前記電動機はブラシレスモータであることが好ましい。ブラシレスモータのロータは比較的イナーシャが小さいが、高出力化に伴い、マグネットの磁束が高くなっているので、ブラシレスモータにおいても、移動規制部材が振れ回りを抑制するので、ロータの振れ回りに起因する作動音を低減することができる。

本発明は、前記電動機により補助操舵トルクを得ることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。この電動パワーステアリング装置は、上述した電動機の軸受支持構造を含む電動機により補助操舵トルクを得るので、振動及び作動音が低減されるという利点がある。

本発明は、電動機のロータの振動が筐体等へ伝達されることを抑制しつつ、ロータの振れ回りに起因する作動音を低減することができる。

図１は、本実施形態に係る電動機を備える電動パワーステアリングの構成図である。 図２は、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置が備える減速装置の一例を説明する正面図である。 図３は、本実施形態に係る電動機の構造を示す断面図である。 図４は、図３のＸ−Ｘ断面を示す断面図である。 図５は、本実施形態に係る電動機の他の例を示す側面図である。 図６は、図３のＹ−Ｙ断面図である。 図７は、本実施形態に係る電動機の軸受支持構造を示す断面図である。 図８は、図７のＡ１で示す部分の拡大図である。 図９は、移動規制部材の正面図である。 図１０は、軸受の移動規制部材が取り付けられる部分を示す図である。 図１１は、本実施形態に係る軸受支持構造の他の例を示す図である。 図１２は、本実施形態に係る軸受支持構造において、軸受の径方向における移動量と軸受に作用するラジアル荷重との関係を示す図である。 図１３は、本実施形態の他の例に係る軸受支持構造を示す断面図である。 図１４は、図１３のＡ２で示す部分の拡大図である。 図１５は、本実施形態の他の例に係る軸受支持構造を示す断面図である。 図１６は、図１５のＡ３で示す部分の拡大図である。 図１７は、本実施形態の他の例に係る軸受支持構造を示す断面図である。 図１８は、図１７のＡ４で示す部分の拡大図である。 図１９は、本実施形態の他の例に係る軸受支持構造を示す断面図である。 図２０は、図１９のＡ５で示す部分の拡大図である。 図２１は、移動規制部材の正面図である。 図２２は、本実施形態の他の例に係る軸受支持構造を示す断面図である。 図２３は、図２２のＡ６で示す部分の拡大図である。

以下、この発明を実施するための形態（以下、実施形態という）につき図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜電動パワーステアリング装置＞
図１は、本実施形態に係る電動機を備える電動パワーステアリングの構成図である。まず、図１を用いて、本実施形態に係る電動機を備える電動パワーステアリング装置の概要を説明する。電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ：Electric Power Steering）１００は、操舵者から与えられる力が伝達する順に、ステアリングホイール１０１と、ステアリングシャフト１０２と、操舵力アシスト機構（補助操舵機構）１０３と、ユニバーサルジョイント１０４と、ロアシャフト１０５と、ユニバーサルジョイント１０６と、ピニオンシャフト１０７と、ステアリングギヤ１０８と、タイロッド１０９とを備える。また、電動パワーステアリング装置１００は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０と、トルクセンサ１１０とを備える。車速センサ１１６は、電動パワーステアリング装置１００が搭載される車両に備えられ、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信により車速信号ＶをＥＣＵ５０に入力する。

図１に示すように、電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングホイール１０１の操作によりステアリングシャフト１０２に発生する操舵トルクをトルク検出手段であるトルクセンサ１１０で検出し、その検出信号に基づいて、ＥＣＵ５０が電動機１を駆動制御し、電動機１が補助操舵トルクを発生して、ステアリングホイール１０１の操舵力を補助する。

ステアリングホイール１０１に連結されたステアリングシャフト１０２は、運転者の操舵力が入力される入力軸１０２ａと、入力された操舵力を出力する出力軸１０２ｂとを有する。本実施形態において、入力軸１０２ａ及び出力軸１０２ｂは、鉄等の磁性材料から形成されている。入力軸１０２ａと出力軸１０２ｂとの間には、トルクセンサ１１０及び減速装置１１１が設けられる。

ステアリングシャフト１０２の出力軸１０２ｂに伝達された運転者の操舵力は、操舵機構に伝達される。具体的には、出力軸１０２ｂに伝達された運転者の操舵力は、ユニバーサルジョイント１０４を介してロアシャフト１０５に伝達され、さらにユニバーサルジョイント１０６を介してピニオンシャフト１０７に伝達される。ピニオンシャフト１０７に伝達された前記操舵力は、ステアリングギヤ１０８を介してタイロッド１０９に伝達され、操舵輪を転舵させる。

ステアリングギヤ１０８は、ピニオンシャフト１０７に連結されたピニオン１０８ａと、ピニオン１０８ａに噛み合うラック１０８ｂとを有するラックアンドピニオン形式として構成される。このようなステアリングギヤ１０８によって、ピニオン１０８ａに伝達された回転運動をラック１０８ｂで直線運動に変換している。

ステアリングシャフト１０２の出力軸１０２ｂには、補助操舵トルクを出力軸１０２ｂに伝達する操舵力アシスト機構１０３が連結されている。操舵力アシスト機構１０３は、出力軸１０２ｂに連結された減速装置１１１と、減速装置１１１に連結されかつ補助操舵トルクを発生させる電動機１とを有している。なお、ステアリングシャフト１０２及びトルクセンサ１１０及び減速装置１１１によりステアリングコラムが構成されており、電動機１は、前記ステアリングコラムの出力軸１０２ｂに補助操舵トルクを与える。すなわち、本実施形態における電動パワーステアリング装置１００は、コラムアシスト方式となっている。

トルクセンサ１１０は、ステアリングホイール１０１を介して入力軸１０２ａに伝達された運転者の操舵力を操舵トルクとして検出するものである。電動機１の駆動を制御するＥＣＵ５０には、電源（例えば車載のバッテリ）１１５から電力が供給される。なお、イグニッションスイッチ１１４がオンの状態で、電源１１５からＥＣＵ５０へ電力が供給される。ＥＣＵ５０は、トルクセンサ１１０で検出された操舵トルクＴ及び車速センサ１１６で検出された車速信号Ｖに基づいてアシスト指令の補助操舵指令値を算出し、その算出された補助操舵指令値に基づいて電動機１への供給電流値を制御する。

図２は、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置が備える減速装置の一例を説明する正面図である。図２は、一部を断面として示してある。減速装置１１１はウォーム減速装置である。電動機１の入出力シャフト１Ｓにスプライン結合したウォーム１２１は、玉軸受１２２と、ホルダ１２５に保持された玉軸受１２３とで回転自在に減速装置ハウジング１２０に保持されている。ウォーム１２１の一部に形成されたウォーム歯１２１ａは、減速装置ハウジング１２０に回転自在に保持されたウォームホイール１２４に形成されているウォームホイール歯１２４ａに噛み合っている。電動機１の回転力は、ウォーム１２１を介してウォームホイール１２４に伝達され、ウォームホイール１２４を回転させる。ウォーム１２１及びウォームホイール１２４によって、電動機１のトルクが増加され、図１に示すステアリングコラムの出力軸１０２ｂに補助操舵トルクが与えられる。次に、電動機１の構成を説明する。

＜電動機＞
図３は、本実施形態に係る電動機の構造を示す断面図である。図４は、図３のＸ−Ｘ断面を示す断面図である。電動機１は、ブラシレスモータである。図３に示すように、電動機１は、筐体である略円筒形のハウジング２Ａと、このハウジング２Ａの一方の開口端部を閉塞する略円板状のフロントブラケット２Ｂとを有している。ハウジング２Ａのフロントブラケット２Ｂが設けられた側とは反対側の端部には、この端部を閉塞するように、ハウジング２Ａと一体に底部２Ａｂが形成されている。なお、ハウジング２Ａを形成する磁性材料としては、例えばＳＰＣＣ（Steel Plate Cold Commercial）等の一般的な鋼材や、電磁軟鉄等が適用できる。また、フロントブラケット２Ｂは、電動機１を所望の機器に取り付ける際のフランジの役割を果たしている。

フロントブラケット２Ｂの略中央部分には軸受３が取り付けられている。ハウジング２Ａの内側であって、底部２Ａｂの略中央部分には軸受４が、それぞれ取り付けられている。本実施形態において、軸受３、４は、いずれも転がり軸受であり、本実施形態では、玉軸受が用いられる。軸受４が取り付けられるハウジング２Ａの部分（軸受取付部）２Ａｈは、ハウジング２Ａの内側から見た場合において、底部２Ａｂの略中央部分に設けられた凹部である。軸受４は、軸受取付部２Ａｈにハウジング２Ａの内側から挿入される。そして、軸受４は、本実施形態に係る電動機の軸受支持構造によってハウジング２Ａの底部２Ａｂに支持される。本実施形態に係る電動機の軸受支持構造については後述する。

軸受３は、ハウジング２Ａの内側に配置された入出力シャフト１Ｓの一端を回転可能に支持し、軸受４は、入出力シャフト１Ｓの他端を回転可能に支持している。本実施形態において、軸受３、４は、いずれも入出力シャフト１Ｓに圧入されている。入出力シャフト１Ｓの回転中心は、図３に示すＺｒであり、入出力シャフト１Ｓの中心軸に相当する。以下、入出力シャフト１Ｓの回転中心及び中心軸をＺｒで表す。なお、入出力シャフト１Ｓは、軸受３、４に支持されるので、軸受３、４の回転中心もＺｒとなる。

入出力シャフト１Ｓの一端は、フロントブラケット２Ｂに設けられた開口部から突出している。入出力シャフト１Ｓのフロントブラケット２Ｂから突出した部分に、電動機１の駆動対象が連結される。入出力シャフト１Ｓの一端、より具体的には、入出力シャフト１Ｓのフロントブラケット２Ｂから突出した部分は、入出力シャフト１Ｓ及び電動機１の入出力部１ＩＯとなる。軸受３は、入出力シャフト１Ｓを入出力部１ＩＯ側で支持し、軸受４は、入出力シャフト１Ｓを反入出力部１ＳＥ側で支持する。

入出力シャフト１Ｓの周囲には、円柱形状のロータコア６が配置されている。ロータコア６は、完全な円柱には限られず、マグネット５を配置するための溝があってもよい。また、ロータコア６の側面にマグネット５の底面を沿わせるための面が形成されて、ロータコア６の底面が多角形であってもよい。

ロータコア６は、電磁鋼板、冷間圧延鋼板等の薄板を、接着、ボス又はカシメ等の手段により積層して製造されている。ロータコア６は、金型の型内において順次積層され、金型から取り出される。入出力シャフト１Ｓは、ロータコア６と一体で成型してもよいし、入出力シャフト１Ｓをロータコア６に圧入してもよい。ロータコア６の外周部には、モータ駆動用の複数（２×ｎ個、ｎは整数）のマグネット５が設けられる。マグネット５は、ロータコア６の外周部に取り付けられ、図４に示すように、Ｓ極及びＮ極がロータコア６の周方向に交互に、かつ等間隔に着磁された永久磁石である。本実施形態において、マグネット５は、分割形状（セグメント構造）である。本実施形態においては、マグネット５とロータコア６とがロータ１０となる。

マグネット５は、円柱をその中心軸を含む平面と平行な平面で切断したときに得られる、底面が略半円形の柱であるが、これには限られない。例えば、マグネット５は、円管をその中心軸を含む平面で切断したときに生じる曲板であってもよい。マグネット５の長手方向は、ロータコア６の回転中心Ｚｒと平行である。本実施形態では、８本のマグネット５がロータコア６の外周部に等間隔で配列されている。隣接するマグネット５の間には、ロータコア６の側面が表れている。ロータコア６の側面とは、柱形状であるロータコア６が、ステータ９のコア（ステータコア）７と対向する面である。

図４に示すように、ハウジング２Ａの内周面には、ステータコア７がその全体が包囲された状態で固定されている。このステータコア７には、ロータコア６の周方向に配列されたマグネット５を包囲するように、例えば３相の励磁コイル８がインシュレータ１１を介して集中巻きされている。これらのステータコア７及び励磁コイル８によって電動機１のステータ９が構成されている。ステータ９は、ロータ１０の径方向外側に所定の間隔を有して環状に配置される。すなわち、ロータ１０は、ステータ９の径方向内側に、ステータ９と所定の間隔を有して配置されることになる。

ステータコア７は、例えば、等分割された複数（本実施形態では１２個）の分割ステータコア７Ａから作られている。それぞれの分割ステータコア７Ａは、組み立てられてステータコア７を構成した際に、円筒形のヨーク部となる円弧状の分割ヨーク１７と、この分割ヨーク１７の内周面からロータ１０に向かって延びる１本のティース１８とを備えている。各々の分割ステータコア７Ａのティース１８には、励磁コイル８がそれぞれ集中巻きされている。そして、複数の分割ステータコア７Ａが組み合わされてハウジング２Ａ内に圧入されて、環状のステータコア７を構成する。このように、分割ステータコア７Ａは、ハウジング２Ａ内に圧入されて、ハウジング２Ａに締結されて、ステータコア７を構成する。なお、ステータコア７とハウジング２Ａとは、圧入の他に接着や焼き嵌め等によって固定されてもよい。

本実施形態において、ステータコア７は、分割ステータコア７Ａを組み合わせたものであるが、これに限定されるものではない。例えば、ステータコア７を一体としたり、焼結したりしてもよい。励磁コイル８は、ステータコア７にインシュレータ１１を取り付けた後に、インシュレータ１１が取り付けられたステータコア７に巻き付けられる。ステータ９の片側端部には端子台が設けられる。端子台に挿入又はインサートモールドされたバスバー（パワーハーネスでもよい）と各層の励磁コイル８とは、ヒュージング又は抵抗溶接等で電気的に接続される。

電動機１を図１に示す電動パワーステアリング装置１００に適用する場合、入出力シャフト１Ｓの入出力部１ＩＯが、図２に示す減速装置１１１のウォーム１２１にスプライン結合される。なお、入出力シャフト１Ｓとウォーム１２１とは弾性カップリングで結合されてもよい。また、入出力シャフト１Ｓのフロントブラケット２Ｂ側には、ロータ１０の回転位置を検出するレゾルバ１４と、レゾルバ１４を支持する端子台１５が設けられている。レゾルバ１４は、入出力シャフト１Ｓの円周面に圧入等で取り付けられるレゾルバロータ１２と、このレゾルバロータ１２に所定間隔の空隙を介して対向配置されるレゾルバステータ１３とを備えている。

図５は、本実施形態に係る電動機の他の例を示す側面図である。図６は、図３のＹ−Ｙ断面図である。この電動機１ａは、ブラシモータである。図５に示すように、電動機１ａは、ハウジング２Ａａと、フロントブラケット２Ｂａと、マグネット２３と、ロータ１０ａと、入出力シャフト１Ｓと、ブラシ２９と、ブラシ保持手段としてのブラシホルダ３０とを含む。ハウジング２Ａａは、磁性材料で略円筒形である。ハウジング２Ａａを形成する磁性材料は、例えばＳＰＣＣ（Steel Plate Cold Commercial）等の一般的な鋼材又は電磁軟鉄等である。ハウジング２Ａａの一方の端部は、底部２Ａｂａにより閉塞される。底部２Ａｂａは、例えばハウジング２Ａａと一体に形成される。また、ハウジング２Ａａの他方（底部２Ａｂａとは反対側）の端部である開口は、フロントブラケット２Ｂａにより閉塞される。

マグネット２３は、ハウジング２Ａａの内側面にマグネットホルダ２３ａによって取り付けられる。マグネット２３は、２個設けられる。２つのマグネット２３は、互いに極性が逆に設けられる。マグネット２３は、マグネット飛散防止カバー２３ｂにより覆われる。このような構造により、マグネット飛散防止カバー２３ｂは、２個のマグネット２３の万一の飛散を防止する。ロータ１０ａは、ハウジング２Ａａ内に設けられる。ロータ１０ａは、入出力シャフト１Ｓによって中心を貫かれ、かつ、入出力シャフト１Ｓに固定される。

ロータ１０ａは、整流子２５と、コア２６と、コイル２７とを含む。整流子２５は、絶縁体で形成された円柱状の絶縁部の側面に、導電体で形成された複数の導電部２５ａが等間隔で平行に配置されているものである。コア２６は、磁性材料を用いて形成される。コア２６は、例えば、磁性材料としてケイ素鋼板が用いられ、ケイ素鋼板が積層されて形成される。ロータ１０ａのコア２６は、複数のスロット（溝）を有する。コイル２７は、前記スロットに巻き回されている。コイル２７の一端は、１個の導電部２５ａに接続されており、他端は別の導電部２５ａに接続されている。

入出力シャフト１Ｓは、軸受３と軸受４とによって、回転中心Ｚｒを中心に回転できるように支持される。軸受３は、ハウジング２Ａａの内側であって、フロントブラケット２Ｂａの略中央部分に設けられる。軸受４は、ハウジング２Ａａの内側であって、底部２Ａｂａの略中央部分に設けられた軸受取付部２Ａｈａに取り付けられる。回転中心Ｚｒは、入出力シャフト１Ｓの中心軸に相当し、ロータ１０ａの回転軸とも一致する。入出力シャフト１Ｓは、入出力部１ＩＯにジョイント２８ｃが取り付けられる。電動機１を図１に示す電動パワーステアリング装置１００に適用する場合、ジョイント２８ｃは、図２に示す減速装置１１１のウォーム１２１がスプライン結合される。なお、入出力シャフト１Ｓとウォーム１２１とは、弾性カップリングで結合されてもよい。

ブラシ２９は、ハウジング２Ａａ内で、整流子２５の径方向で整流子２５と対向する位置に複数設けられる。ブラシ２９は、略角柱、好ましくは四角柱状の多面体である。より好ましくは、ブラシ２９は、整流子２５と対向する面に含まれる４個の頂点のうち、フロントブラケット２Ｂａ側ではなく、コア２６側にある２つ頂点のいずれかが突出する形状である。ブラシ２９は、この突出している頂点が整流子２５と接する。このような構造により、電動機１ａは、ブラシ２９と整流子２５とが接触する位置が明確となる。その結果、電動機１ａは、ブラシ２９から整流子２５への電力の供給が安定する。また、電動機１ａのユーザーは、ブラシ２９の摩耗状態も容易に予測できる。

ブラシ２９は、接触抵抗が小さく機械的衝撃に耐えられる材料で作られる。例えば、ブラシ２９は、黒鉛を材料とする。ブラシ２９は、ブラシホルダ３０により支持される。ブラシ２９は、ピグテイル２９ａ（導線）が電気的に接続される。さらに、ピグテイル２９ａは、電力供給部材２９ｂと電気的に接続される。電力供給部材２９ｂは、図１に示すＥＣＵ５０の端子と接続され、ＥＣＵ５０により制御された電流値の電力をピグテイル２９ａに導く。ＥＣＵ５０からピグテイル２９ａを介してブラシ２９に供給された電流は、ブラシ２９と接触する整流子２５の導電部２５ａを通ってコイル２７に導かれる。コイル２７に導かれた電流は、コイル２７を通り、整流子２５の別の導電部２５ａに至って別のブラシ２９に流入する。電動機１ａは、コイル２７に電流が流れることによって磁界が発生する。電動機１ａは、この磁界と、マグネット２３の磁界との相互作用によりロータ１０ａが回転する。

上述したように、本実施形態において、電動機はブラシレスモータでもよいしブラシレスモータでもよい。次に、本実施形態に係る電動機の軸受支持構造について説明する。

＜電動機の軸受支持構造＞
図７は、本実施形態に係る電動機の軸受支持構造を示す断面図である。図８は、図７のＡ１で示す部分の拡大図である。図９は、移動規制部材の正面図である。図１０は、軸受の移動規制部材が取り付けられる部分を示す図である。以下においては、図３、図４に示すブラシレスモータである電動機１を例として本実施形態に係る電動機の軸受支持構造を説明するが、図５、図６に示すブラシモータである電動機１ａも同様に電動機の軸受支持構造を適用できる。

電動機の軸受支持構造（以下、適宜、軸受支持構造という）４０は、軸受４と、弾性体としてのＯリング４３と、移動規制部材としての板状部材４４とを含む。軸受４は、上述したように、電動機１の筐体としてのハウジング２Ａに取り付けられ、かつ電動機１が有するロータ１０（図３参照）に取り付けられた入出力シャフト１Ｓを、筐体に対して回転可能に支持する。

Ｏリング４３は、軸受４の径方向外側、かつ軸受４と筐体としてのハウジング２Ａとの間に配置される。より具体的には、図８に示すように、Ｏリング４３は、軸受４の外周部（径方向外側における側面）４１ｓ、すなわち、外輪４１の外周部（径方向外側における側面）４１ｓに設けられた溝４２に配置されて、外輪４１とハウジング２Ａの軸受取付部２Ａｈとの間に配置される。溝４２は、外輪４１の外周部４１ｓに、周方向に向かって連続して設けられる。Ｏリング４３は、例えば、ゴム（例えば、ＮＢＲ：Nitrile butadiene rubber）、樹脂等である。Ｏリング４３は、ロータ１０の振れ回り等で発生する振動が、ステータコア７及びハウジング２Ａへ伝達することを抑制したり、軸受４とハウジング２Ａ（軸受取付部２Ａｈ）との隙間を埋めたりするために用いられる。

Ｏリング４３は、溝４２に配置された状態で、外輪４１の外周部４１ｓよりも径方向外側に突出するようになっている。すなわち、Ｏリング４３の直径ｄは、溝４２の深さｈよりも大きくなっている。このようにすることで、Ｏリング４３は、軸受４の外輪４１とハウジング２Ａの軸受取付部２Ａｈとの間をフローティングさせて、ロータ１０の振れ回り等に起因する振動が、ステータコア７及びハウジング２Ａへ伝達することを効果的に抑制することができる。

ロータ１０からの振動がステータコア７及びハウジング２Ａへ伝達することを抑制するためには、上述したように、軸受４の外輪４１とハウジング２Ａの軸受取付部２Ａｈとの間をフローティングさせる必要がある。このため、その背反としてロータ１０の振れ回りが大きくなる。軸受支持構造４０は、前述した振動の伝達を抑制しつつロータ１０の振れ回りを低減するため、板状部材４４を軸受４と筐体との間に配置して、軸受４の径方向における動きを規制する。本実施形態において、板状部材４４は、Ｏリング４３とともに溝４２に設けられて、軸受４の外輪４１とハウジング２Ａの軸受取付部２Ａｈとの間に配置される。

軸受支持構造４０は、上述した構造により、Ｏリング４３がロータ１０の振れ回り等に起因する振動がステータコア７及びハウジング２Ａへ伝達することを抑制し、板状部材４４がロータ１０の振れ回りによる軸受４の径方向への移動を抑制する。その結果、軸受支持構造４０は、ロータ１０からの振動の抑制と、ロータ１０の振れ回りに起因する作動音の低減及び振れ回りによる回転次数成分（特に６ｆ（６次）の成分、１ｋＨｚ以下）の振動の抑制との両立を図ることができる。電動機１はブラシレスモータであり、ロータ１０のイナーシャが小さいので、ロータ１０の振れ回りによる回転次数成分の振動の増加は比較的小さい。しかし、図５、図６に示す電動機１ａはブラシモータであり、ロータ１０ａのイナーシャが大きいので、ロータ１０ａの振れ回りによる回転次数成分の振動の増加は大きくなる。軸受支持構造４０は、ロータ１０の振れ回りによる回転次数成分の振動を効果的に抑制できるので、ブラシモータに好適である。

軸受支持構造４０において、Ｏリング４３の材料は特に限定されないが、ゴムを用いる場合、硬度は４０以上８０以下とすることが好ましく、５０以上８０以下がより好ましい。このようにすれば、ロータ１０の振動の伝達を効果的に抑制することができる。ゴムの硬度は、ＪＩＳ Ｋ ６２５３に規定されるものであって、デュロメータタイプＡで計測したもの（ショアＡ）である。本実施形態において、軸受支持構造４０は、１個のＯリング４３を有するが、Ｏリング４３の数はこれに限定されない。例えば、複数のＯリング４３を軸受４とハウジング２Ａとの間に配置してもよい。このようにすることで、Ｏリング４３の数を調整することで、Ｏリング４３が軸受４をハウジング２Ａに支持する際の支持力を調整することができる。

板状部材４４は、Ｏリングよりも硬度が高いことが好ましい。このようにすることで、軸受支持構造４０は、振れ回りによるロータ１０の径方向への移動を効果的に抑制できる。板状部材４４は、例えば、金属、制振材料（制振合金又は複合材料等）、ゴム、樹脂等を用いることができる。Ｏリング４３と板状部材４４とにゴムを用いる場合、上述したように、板状部材４４は、Ｏリング４３よりも硬度の高いゴムを用いることが好ましい。また、Ｏリング４３と板状部材とを用いる代わりに、硬度の異なるＯリングを用いてもよい。この場合、板状部材４４に代わって用いるＯリングは、Ｏリング４３よりも硬度を高くすることが好ましい。

板状部材４４の厚さＷは、Ｏリング４３の直径（幅）ｄ以下であることが好ましい。板状部材４４は、外輪４１の外周部４１ｓに設けられた溝に取り付けられるので、図９に示すように環状かつ板状の形状である。本実施形態において、板状部材４４は、環状の部材の一部に切り欠き４４ｃを有する、Ｃリングである。板状部材４４にＣリングを用いる場合、切り欠き４４ｃの間隔を大きくするように板状部材４４を開いて内径Ｄ１を大きくした上で、外輪４１の溝４２にはめ込む。板状部材４４はＣリングに限定されるものではなく、切り欠き４４ｃを有さないリングであってもよい。この場合、板状部材４４を加熱して内径Ｄ１を大きくした上で、外輪４１の溝４２にはめ込む。

軸受支持構造４０は、図８に示すように、板状部材４４とハウジング２Ａの軸受取付部２Ａｈとの間に所定の隙間Δｔを有している。所定の隙間Δｔにより、軸受４の外輪４１とハウジング２Ａの軸受取付部２Ａｈとの間をフローティングさせて、Ｏリング４３によってロータ１０からの振動の伝達を抑制する。所定の隙間Δｔの大きさにより、板状部材４４が軸受４の径方向への移動を抑制する程度を調整することができる。

本実施形態において、板状部材４４は、外輪４１との間に径方向への相対的な移動がないように溝４２に取り付けられる。このため、板状部材４４の内径Ｄ１は、外輪４１が有する溝４２の溝底４２ｓの径（溝底径）Ｄ３（図１０参照）よりも小さい。このようにすることで、板状部材４４の内周部４４ｉは、溝４２の溝底４２ｓと接して、板状部材４４と外輪４１との間における径方向への相対的な移動が発生しなくなる。この場合、図８に示すように、板状部材４４の外周部４４ｓは、外輪４１の外周部４１ｓよりも径方向外側に配置される。このため、板状部材４４の外径Ｄ２は、外輪４１の外径Ｄ４よりも大きくなっている。ハウジング２Ａの軸受取付部２Ａｈの内径（内面２Ａｉの直径）Ｄ５と板状部材４４の外径Ｄ２と所定の隙間Δｔとの関係は、Ｄ５＝Ｄ２＋Δｔとなる。

軸受４は、軸受４の外輪４１とハウジング２Ａの軸受取付部２Ａｈとの間がフローティングするように、軸受取付部２Ａｈに取り付けられる。このため、軸受４の外径、より具体的には、外輪４１の外径Ｄ４は、ハウジング２Ａの軸受４が取り付けられる部分、すなわち軸受取付部２Ａｈにおける内径Ｄ５よりも小さくなっている。この場合、外輪４１の外径Ｄ４は、軸受取付部２Ａｈの内径Ｄ５よりも２０μｍ以上３００μｍ以下小さいことが好ましい。このようにすることで、軸受４の熱膨張の影響を考慮しつつ、フローティング構造を実現することができる。

図１１は、本実施形態に係る軸受支持構造の他の例を示す図である。図１１は、図７のＡで示す部分に相当する部分を示している。上述した軸受支持構造４０は、外輪４１に板状部材４４が取り付けられているが、図１１に示す軸受支持構造４０ａは、軸受取付部２Ａｈの内面２Ａｉに板状部材４４が取り付けられている。このように、本実施形態において、板状部材４４は、外輪４１又は軸受取付部２Ａｈのいずれかに取り付けられていればよい。

軸受支持構造４０ａは、板状部材４４の内周部４４ｉと、外輪４１、より具体的には外輪４１が有する溝４２の溝底４２ｓとの間に所定の隙間Δｔが設けられる。軸受支持構造４０ａの他の構造は、軸受支持構造４０と同様である。このようにしても、軸受支持構造４０ａは、軸受支持構造４０と同様に、板状部材４４がロータ１０の振れ回りによる軸受４の径方向への移動を抑制することができる。この場合、板状部材４４の内径Ｄ１（図９参照）は、外輪４１が有する溝４２の溝底径Ｄ３（図１０参照）よりも大きい。また、板状部材４４の外径Ｄ２（図９参照）は、軸受取付部２Ａｈの内径Ｄ５よりも大きい。このようにすることで、板状部材４４の外周部４４ｓが軸受取付部２Ａｈの内面２Ａｉに接して、板状部材４４が軸受取付部２Ａｈに取り付けられる。また、板状部材４４と外輪４１との間に所定の隙間Δｔが設けられる。板状部材４４の内径Ｄ１と、溝４２の溝底径Ｄ３と、所定の隙間Δｔとの関係は、Ｄ１＝Ｄ３＋Δｔとなる。

図１２は、本実施形態に係る軸受支持構造において、軸受の径方向における移動量と軸受に作用するラジアル荷重との関係を示す図である。図１２の縦軸は、軸受４に作用するラジアル荷重（径方向における力）Ｆであり、横軸は、軸受４の径方向における移動量Ｘである。一点鎖線ｈはＯリング４３の変形によるラジアル荷重Ｆと移動量Ｘとの関係を示し、二点鎖線ｊは板状部材４４がＯリング４３よりも硬度の高いゴム等である場合における板状部材４４の変形によるラジアル荷重Ｆと移動量Ｘとの関係を示している。実線ｉは板状部材４４が剛体（例えば、切り欠きのない環状の金属部材）である場合における板状部材４４の変形によるラジアル荷重Ｆと移動量Ｘとの関係を示している。移動量０の位置は、外輪４１の一部がハウジング２Ａの軸受取付部２Ａｈに接触した位置である。

軸受４の外輪４１が径方向に移動すると、移動量Ｘが増加する。軸受支持構造４０、４０ａは、外輪４１と軸受取付部２Ａｈとの間にＯリング４３が介在しているので、移動量Ｘの増加とともにＯリング４３は弾性変形し、外輪４１はＯリング４３からラジアル荷重Ｆを受ける。Ｏリング４３の弾性変形によるラジアル荷重Ｆは、Ｏリング４３の変形量に比例するので、軸受４の径方向への移動量Ｘが増加すると、ラジアル荷重Ｆも増加する。

軸受４の径方向への移動量Ｘが上述した所定の隙間Δｔに達すると、外輪４１と、板状部材４４と、軸受取付部２Ａｈとが接する。この状態になると、板状部材４４が軸受４の径方向への移動を規制する機能を発揮する。板状部材４４が剛体である場合（図１２の実線ｉ）、外輪４１と、板状部材４４と、軸受取付部２Ａｈとが接した後は、板状部材４４はほとんど変形しないので、軸受４は移動量Ｘ＝Δｔの位置で径方向への移動が阻止される。板状部材４４がＯリング４３よりも硬度の高いゴムである場合（図１２の二点鎖線ｊ）、外輪４１と、板状部材４４と、軸受取付部２Ａｈとが接した後でも板状部材４４は変形するが、移動量Ｘに対するラジアル荷重Ｆの増加率はＸ≦Δｔのときよりも大きくなる。このため、軸受４は移動量ＸがΔｔよりも大きくなると、径方向への移動が抑制される。

図１３は、本実施形態の他の例に係る軸受支持構造を示す断面図である。図１４は、図１３のＡ２で示す部分の拡大図である。この例に係る軸受支持構造４０Ａは、上述した軸受支持構造４０、４０ａと同様であるが、軸受４Ａの外周部、より具体的には外輪４１Ａの外周部４１Ａｓに設けられた第１の溝４２Ａ１に弾性体としてのＯリング４３が配置され、軸受４Ａの外周部、より具体的には外輪４１Ａの外周部４１Ａｓに設けられた第２の溝４２Ａ２に移動規制部材としての板状部材４４が配置される点が異なる。

第１の溝４２Ａ１と第２の溝４２Ａ２とは、外輪４１Ａの径方向と直交する方向（軸方向）に隣接している。軸受支持構造４０Ａは、Ｏリング４３と板状部材４４とをそれぞれ別個の第１の溝４２Ａ１と第２の溝４２Ａ２とに配置している。このようにすることで、Ｏリング４３と板状部材４４との干渉を抑制することができるので、両者の機能を最大限に発揮させることができる。このような軸受支持構造４０Ａは、上述した軸受支持構造４０、４０ａと同様の作用、効果を奏する。

図１５は、本実施形態の他の例に係る軸受支持構造を示す断面図である。図１６は、図１５のＡ３で示す部分の拡大図である。この例に係る軸受支持構造４０Ｂは、上述した軸受支持構造４０、４０ａと同様であるが、移動規制部材として、複数（この例では２個）の板状部材４４Ｂ１、４４Ｂ２を備える点が異なる。２個の板状部材４４Ｂ１、４４Ｂ２は、外輪４１Ｂが有する溝４２Ｂに、外輪４１Ｂの径方向と直交する方向に向かって配列されるとともに、Ｏリング４３を挟んで配置される。このように、軸受支持構造４０Ｂは、複数の板状部材４４Ｂ１、４４Ｂ２を有することにより、軸受４Ｂの径方向への移動をより確実に抑制することができる。複数の板状部材４４Ｂ１、４４Ｂ２と軸受取付部２Ａｈとの間に形成される所定の隙間Δｔの大きさは、複数の板状部材４４Ｂ１、４４Ｂ２の間で同一であってもよいし、異なっていてもよい。このような軸受支持構造４０Ｂは、上述した軸受支持構造４０、４０ａと同様の作用、効果を奏する。

図１７は、本実施形態の他の例に係る軸受支持構造を示す断面図である。図１８は、図１７のＡ４で示す部分の拡大図である。この例に係る軸受支持構造４０Ｃは、上述した軸受支持構造４０、４０ａと同様であるが、移動規制部材は、軸受４Ｃ、より具体的には外輪４１Ｃと一体不可分となって軸受４Ｃの外輪４１Ｃの外周部４１Ｃｓから軸受４Ｃの径方向外側に向かって突出する突起部４４Ｃである点が異なる。

軸受支持構造４０Ｃは、軸受４Ｃの外輪４１Ｃの外周部４１Ｃｓに、Ｏリング４３を配置するための溝４２Ｃを有している。突起部４４Ｃは、溝４２Ｃに隣接して配置される。突起部４４Ｃは、外輪４１Ｃと一体に作られており、両者は一体不可分となっている。突起部４４Ｃは、切削加工、鋳造又は鍛造等によって外輪４１Ｃと一体に形成されてもよいし、外輪４１Ｃの外周部４１Ｃｓに環状の部材を溶接等によって接合することによって形成されてもよい。突起部４４Ｃは、外輪４１Ｃの周方向に向かって延在している。突起部４４Ｃは、外輪４１Ｃの周方向に向かって連続していてもよいし、不連続であってもよい。

軸受支持構造４０Ｃにおいて、軸受取付部２Ａｈの内径（内面２Ａｉの直径）Ｄ５と突起部４４Ｃの外径Ｄ２と所定の隙間Δｔとの関係は、Ｄ５＝Ｄ２＋Δｔとなる。このような軸受支持構造４０Ｃは、上述した軸受支持構造４０、４０ａと同様の作用、効果を奏する。また、軸受支持構造４０Ｃは、外輪４１Ｃと突起部４４Ｃとが一体不可分になっているので、板状部材４４を溝４２に取り付ける手間を省くことができる。また、軸受支持構造４０Ｃは、突起部４４Ｃを外輪４１Ｃと一体不可分とすることにより、軸受支持構造４０のように板状部材４４を溝４２に配置する場合と比較して、突起部４４Ｃの径方向における寸法を溝４２の深さ分、小さくすることができる。このようにすることで、突起部４１Ｃが座屈する可能性を低減することができる。

図１９は、本実施形態の他の例に係る軸受支持構造を示す断面図である。図２０は、図１９のＡ５で示す部分の拡大図である。図２１は、移動規制部材の正面図である。この例に係る軸受支持構造４０Ｄは、軸受４Ｄの径方向と直交する方向（軸方向）における端面４１ＤＴｅに、移動規制部材としての板状部材４４Ｄ取り付けられる。

板状部材４４Ｄは、図２１に示すように、円形の開口部４４ＤＨを有する板状かつ環状の部材である。板状部材４４Ｄは、入出力シャフト１Ｓの反入出力部１ＳＥにおける端面１ＳＥＴ側に配置されており、軸受取付部２Ａｈと対向している。板状部材４４Ｄは、軸受４Ｄの外輪４１Ｄの端面４１ＤＴｅに溶接等によって取り付けられている。

図２２は、本実施形態の他の例に係る軸受支持構造を示す断面図である。図２３は、図２２のＡ６で示す部分の拡大図である。この例に係る軸受支持構造４０Ｄ’は、上述した軸受支持構造４０Ｄと同様であるが、板状部材４４Ｄが入出力シャフト１Ｓの入出力部１ＩＯ側（図３参照）に配置されてロータ１０と対向する点が異なる。軸受支持構造４０Ｄ’は、軸受４Ｄの外輪４１Ｄの端面４１ＤＴｉに溶接等によって取り付けられている。

板状部材４４の外径Ｄ２は、軸受取付部２Ａｈの内径（内面２Ａｉの直径）Ｄ５よりも小さく、板状部材４４と軸受取付部２Ａｈの内面２Ａｉとの間には所定の隙間Δｔが形成される。上述したように、Ｄ５＝Ｄ２＋Δｔとなる。板状部材４４Ｄは、軸受４Ｄの外輪４１Ｄに取り付けられるため、軸受４Ｄの内輪４５Ｄと干渉しないように、内径Ｄ１が内輪４５Ｄの外径Ｄ６よりも大きくなっている。このようにすることで、外輪４１Ｄに取り付けられた板状部材４４Ｄと内輪４５Ｄとの干渉が回避される。このような軸受支持構造４０Ｄ、４０Ｄ’は、上述した軸受支持構造４０、４０ａと同様の作用、効果を奏する。また、板状部材４４Ｄは、外輪４１Ｄの端面４１ＤＴｅ、４１ＤＴｉに取り付けられるので、外輪４１Ｄの外周部に板状部材４４Ｄをはめ込んで取り付ける場合と比較して、容易に板状部材４４Ｄを取り付けることができる。

このように、本実施形態は、ロータを回転可能に支持する転がり軸受の外輪と、電動機の筐体の転がり軸受が取り付けられる部分との間に、弾性体と転がり軸受の径方向における動きを規制する移動規制部材とを配置する。このような構造により、弾性体がロータの振動が筐体等へ伝達されることを抑制し、移動規制部材がロータの径方向における移動を抑制してロータの振れ回り低減する。その結果、本実施形態は、電動機のロータの振動が筐体等へ伝達されることを抑制しつつ、ロータの振れ回りに起因する作動音を低減することができる。

以上、本実施形態について説明したが、上述した内容に本実施形態が限定されるものではない。また、上述した実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

１、１ａ 電動機
１Ｓ 入出力シャフト
１ＩＯ 入出力部
１ＳＥ 反入出力部
２Ａ、２Ａａ ハウジング
２Ｂ、２Ｂａ フロントブラケット
２Ａｈ、２Ａｈａ 軸受取付部
２Ａｂ、２Ａｂａ 底部
３、４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ 軸受
９ ステータ
１０、１０ａ ロータ
２９ ブラシ
３０ ブラシホルダ
４０、４０ａ、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ、４０Ｄ’ 軸受支持構造
４１、４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄ 外輪
４１ｓ、４１Ａｓ、４１Ｃｓ 外周部
４１ＤＴｅ、４１ＤＴｉ 端面
４１Ｃ 突起部
４２、４２Ｂ、４２Ｃ 溝
４２Ａ１ 第１の溝
４２Ａ２ 第２の溝
４２ｓ 溝底
４３ Ｏリング
４４、４４Ｂ１、４４Ｂ２、４４Ｄ 板状部材
４４ｓ 外周部
４４ｉ 内周部
４４Ｃ 突起部
４４ＤＨ 開口部
４５Ｄ 内輪
１００ 電動パワーステアリング装置
１１１ 減速装置

Claims (11)

1. 電動機の筐体に取り付けられ、かつ前記電動機が有するロータに取り付けられた入出力シャフトを前記筐体に対して回転可能に支持する軸受と、
   前記軸受の径方向外側、かつ前記軸受と前記筐体との間に配置される弾性体と、
   前記軸受と前記筐体との間に配置されて前記軸受の径方向における動きを規制する移動規制部材と、
   を含むことを特徴とする電動機の軸受支持構造。
2. 前記移動規制部材は、前記弾性体よりも硬度が高い、請求項１に記載の電動機の軸受支持構造。
3. 前記軸受の外径は、前記筐体の前記軸受が取り付けられる部分における内径よりも２０μｍ以上３００μｍ以下小さい、請求項１又は２に記載の電動機の軸受支持構造。
4. 前記弾性体と前記移動規制部材とは、前記軸受の外周部に設けられた溝に配置される、請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機の軸受支持構造。
5. 前記弾性体は、前記軸受の外周部に設けられた第１の溝に配置され、
   前記移動規制部材は、前記軸受の外周部に設けられた第２の溝に配置される、請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機の軸受支持構造。
6. 前記移動規制部材は、前記軸受と一体不可分となって前記軸受の外周部から前記軸受の径方向外側に向かって突出する、請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機の軸受支持構造。
7. 前記移動規制部材は、前記軸受の径方向と直交する方向における端面に取り付けられる、請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機の軸受支持構造。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の電動機の軸受支持構造と、
   筒状の前記筐体の内側に環状に配置されるステータと、
   前記ステータの径方向内側に前記ステータと所定の間隔を有して配置される前記ロータと、
   前記ロータに取り付けられて前記ロータとともに回転する前記シャフトと、
   を含むことを特徴とする電動機。
9. 前記電動機はブラシモータである、請求項８に記載の電動機。
10. 前記電動機はブラシレスモータである、請求項８に記載の電動機。
11. 請求項８から１０のいずれか１項に記載の電動機により補助操舵トルクを得ることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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