JP7451348B2 - ステータコイル端末の姿勢検査装置及び姿勢検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータを構成するステータの製造過程に係り、特に、ステータコイル端末の姿勢を適切に管理するため、コイル端末の姿勢を検査するステータコイル端末の姿勢検査装置及び姿勢検査方法に関する。

一般に、ステータコイルは、ステータコア（固定子鉄心）に複数のコイルが巻き付けられたものであり、ステータコアは、円環状の外形を有するとともに、その内側に複数のティース（内歯）を有する。ステータコイルは、隣り合うティース間に形成されるスロットに挿入され、ティースに巻き付けられる。

一般に、ステータコイルは、複数のセグメントコイルを有する。セグメントコイルは、予めコイル端末の絶縁被膜が剥離され、ステータコアのスロット内に挿入される。そして、セグメントコイルは、同相のコイル同士がコイル端末で重ね合わせられる。そして、コイル端末の先端部を溶接等によって接合して製造される。

コイル端末の姿勢を適切に管理することは、コイル同士の接触による短絡不具合及びモータ特性不安定を引き起こさないためと、後工程の組み立て不具合を引き起こさないために、非常に重要である。そして、コイル端末の姿勢は、目視による検査、電気的導通による検査、画像撮影及び処理による検査、レーザを照射した画像撮影による検査が知られている。

例えば、特許文献１は、コイル端末の先端部における位置精度を所定規準値内に納めるため、セグメントコイルをステータコアに組み付けた後、同相のコイル端末同士を接合する前に、画像計測により各コイル端末位置を計測して位置精度の良否を判定することを記載している。

また、特許文献２は、溶接した２つの端部同士の位置ずれ量を検出するため、溶接された２つの端部の先端面に対して、合わせ面を横切る第１、第２線上に斜め方向からレーザ光を照射し、撮像装置により撮像された画像から位置ずれ量を演算することが記載されている。

特開２０１４－１３５８１９号公報 特開２０２０－２８９０４号公報

上記従来技術において、目視による検査方法は、検査員の負担が重く、疲弊してくると、短絡につながるコイル端末同士の接触を見逃す虞がある。また、電気的導通による検査方法は、配線作業の規模により、時間的負荷が掛かる。また、仮に電気的導通による検査で合格であったとしても、コイル端末姿勢が分かるものでなく、後工程の組み立てにおいて不具合が生じるかどうかの良否判定まではできない。

特許文献１は、画像撮影及び処理によるため、単に、画像データを採取したとしても、光や影の影響で、正確にコイル端末の姿勢を捉えることは容易で無い。したがって、何らかの演算処理とアルゴリズムが必要になり、結果的に検査システムは、高価になってしまう。

また、特許文献２は、レーザを照射して画像撮影により検査するので、レーザの光量の調節が容易でなく、正確に検査することは困難であった。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、コイル端末の姿勢を検査することで、電気的な特性に影響するコイル同士の接触による不具合、及び後工程の組み立てにおいて不具合が生じるかどうかの良否判定可能なステータコイル端末の姿勢検査方法及び装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、モータを構成するステータのステータコアに巻き付けられたコイルのコイル端末の姿勢を検査するステータコイル端末の姿勢検査装置において、前記ステータを載置する回転台と、前記回転台を回転させる回転台モータと、前記コイル端末の姿勢を検査する検査用プローブと、前記検査用プローブの移動及び前記回転台モータの駆動を行い、前記検査用プローブを隣り合うコイル端末間すき間に通過させて、前記検査用プローブと前記コイル端末との接触有無を検出する制御装置と、を備えたものである。

さらに、上記のステータコイル端末の姿勢検査装置において、前記制御装置は、前記検査用プローブと前記コイル端末との接触を検出した場合、前記回転台の回転角度から位置を求め、記憶することが望ましい。

さらに、上記のステータコイル端末の姿勢検査装置において、前記検査用プローブは、前記コイル端末間すき間に対し所定の値だけ小さい値が設定されていることが望ましい。

さらに、上記のステータコイル端末の姿勢検査装置において、前記検査用プローブと前記コイル端末間の接触有無の検出は、前記検査用プローブの近くに設けられた近接ＳＷで前記検査用プローブの変位を検出することで行われることが望ましい。

また、上記のステータコイル端末の姿勢検査装置において、前記ステータの周方向の検査を行う前記検査用プローブとして、周方向プローブが取り付けられ、上下左右方向に移動が可能とされている周方向ユニットと、前記ステータの径方向の検査を行う前記検査用プローブとして、径方向プローブが取り付けられ、上下左右方向に移動が可能とされている径方向ユニットと、を備えたことが望ましい。

さらに、上記のステータコイル端末の姿勢検査装置において、前記周方向プローブを複数本としたことが望ましい。

さらに、上記のステータコイル端末の姿勢検査装置において、前記周方向ユニットは、ガイド台からリニアモーションガイドで支持され、前記周方向プローブが取り付けられているプローブベースと、前記プローブベースから第２リニアモーションガイドで支持される支点プレートと、前記プローブベースと前記支点プレートとの間に設けられ、前記支点プレートを下方へ押し付けるばねと、前記支点プレートの変位を検出する手段と、を備えたことが望ましい。

上記目的を達成するため、本発明は、モータを構成するステータのステータコアに巻き付けられたコイルのコイル端末の姿勢を検査するステータコイル端末の姿勢検査方法であって、前記コイル端末の姿勢を検査する検査用プローブの移動及び前記ステータを載置する回転台を回転させる回転台モータの駆動を行い、前記検査用プローブを隣り合うコイル端末間すき間に通過させて、前記検査用プローブと前記コイル端末との接触有無を検出する。

また、上記のステータコイル端末の姿勢検査方法であって、前記検査用プローブと前記コイル端末との接触を検出した場合、前記回転台の回転角度から位置を求め、記憶することが望ましい。

また、上記のステータコイル端末の姿勢検査方法であって、前記ステータの周方向の検査を行う前記検査用プローブとして、周方向プローブが取り付けられた周方向ユニットと、径方向の検査を行う前記検査用プローブとして、径方向プローブが取り付けられた径方向ユニットと、を備え、前記ステータの周方向において、前記周方向プローブと前記コイル端末との接触有無を検出し、径方向において、前記径方向プローブと前記コイル端末との接触有無を検出することが望ましい。

本発明によれば、ステータコイル端末の姿勢検査装置は、コイル端末の姿勢を検査する検査用プローブの移動及び回転台モータの駆動を行い、検査用プローブを隣り合うコイル端末間に通過させて、検査用プローブとコイル端末との接触有無を検出するので、コイル端末の姿勢を直接的に検査できる。したがって、本発明は、後工程の組み立て不具合を判定して歩留まりを向上し、組み立てられたモータの信頼性を向上できる。

本発明の一実施形態による検査装置の主要部を示す斜視図 検査対象品となるモータを構成するステータ６の斜視図 一実施形態による検査部の詳細を示す拡大図 一実施形態による周方向の検査工程を示すフローチャート 一実施形態による径方向の検査工程を示すフローチャート 一実施形態による周方向ユニット３の詳細側面図 図６における周方向ユニット３のリリービング状態を示す詳細側面図 一実施形態による周方向検査部の詳細を示す部分拡大図 一実施形態によるコイル端末間すき間と周方向プローブ３－１、３－２との関係を示す拡大図 一実施形態による径方向検査部の詳細を示す部分拡大図 他の実施形態による径方向プローブ４－１を示す平面図 さらに、他の実施形態による周方向ユニット３の詳細側面図 図１２における他の実施形態による周方向ユニット３のリリービング状態を示す詳細側面図

図１は、検査装置の主要部を示す斜視図、図２は、検査対象品となるモータを構成するステータ６の斜視図である。回転台１は、ステータ６を載置してセットする。回転台モータ２は、ベルト２－１を介して回転台１を回転させる。検査装置は、金属又はプラスティック製で所定の大きさを有する棒形状の検査用プローブを隣り合うコイル端末６－６間に通過させる。そして、検査装置は、コイル端末の姿勢を検査する検査用プローブとコイル端末６－６との接触の有無を検出し、コイル端末６－６の姿勢を検査する。

周方向ユニット３は、ステータ６の周方向の検査を行う検査用プローブとして周方向プローブ３－１、３－２が取り付けられ、上下左右方向に移動が可能とされている。同様に、径方向ユニット４は、径方向の検査を行う検査用プローブとして径方向プローブ４－１が取り付けられ、上下左右方向に移動が可能とされている。なお、周方向プローブ３－１、３－２の上下移動は、エアシリンダ３－１５で行われ、径方向プローブ４－１の水平方向の移動は、エアシリンダ４－４で行われる。

ステータ６は、ステータコア６－１とステータコイル６－２とを備えている。ステータコア６－１には、円筒状の内周面６－３から径方向に複数個が穿設されたスロット６－４が周方向に等間隔で形成されている。スロット６－４には、平角線からなるＵ字状のステータコイル６－２が複数のセグメントコイルとされて径方向に複数層積層して挿入されている。

ステータコイル６－２は、ステータコア６－１の上端から、コイル端末６－６が上方へ所定長さ突出している。なお、ステータコイル６－２は、ステータコア６－１の下端から、コイル渡り部６－５が下方へ所定長さ突出している。また、コイル端末６－６は、異なるスロット６－４に挿入された同相のコイル端末６－６同士を接合するため、周方向へ捻じり成形されている。

図３は、検査部の詳細を示す拡大図である。本図は、ステータコイル６－２が径方向に３層として積層された例を示している。したがって、径方向のコイル端末６－６間すき間は、二か所なので周方向ユニット３は、２本の周方向プローブ３－１、３－２が支点３－５、３－６で取り付けられている。周方向プローブ３－１は、下端がコイル端末間すき間Ｂで上端は支点３－５より延長されている。また、下端から支点３－５までの長さは、支点３－５から上端までより長くされ、下端の変位は上端の近くに設けられた近接ＳＷ３－３で外周側の周方向プローブ３－２の変位が検出される。

内周側も同様であり、内周側の周方向プローブ３－１の下端変位は、上端に設けられた近接ＳＷ３－４で変位が検出される。３層以上に積層された場合は、周方向プローブ３－１、３－２の数を増やして、２本以上の複数本としても良い。また、図３では、周方向プローブ３－１、３－２の変位検出は、上端に設けられた近接ＳＷ３－３、３－４で行っているが、上端に限ること無く、支点３－５、３－６より、下端側あるいは水平位置で行っても良い。つまり、検査用プローブとコイル端末６－６間の接触有無の検出は、検査用プローブの近くに設けられた近接ＳＷ３－３、３－４で検査用プローブの変位を検出することで行われる。

同様に、径方向ユニット４は、径方向プローブ４－１が支点４－３で取り付けられている。下端から支点４－３までの長さは、支点４－３から上端までより長くされ、下端の変位は上端に設けられた近接ＳＷ４－２で径方向プローブ４－１の変位が検出される。なお、各周方向プローブ３－１、３－２、径方向プローブ４－１は金属製であり、各近接ＳＷ３－３、３－４、４－２は、磁気タイプの非接触型の変位センサが適している。

また、図示していないが、検査装置は、記憶装置を有した制御装置が設けられる。そして、制御装置は、周方向ユニット３、径方向ユニット４の移動、回転台モータ２の駆動を行い、周方向ユニット３、径方向ユニット４を隣り合うコイル端末６－６間に通過させる。そして、制御装置は、近接ＳＷ３－３、３－４、４－２等を入力として周方向プローブ３－１、３－２、径方向プローブ４－１とコイル端末６－６間の接触有無を検出し、接触有りの位置を記憶してアラームの発生等を行う。

図４は周方向、図５は径方向の検査工程を示すフローチャート、図６は、周方向ユニット３の詳細側面図、図７は、周方向ユニット３のリリービング状態を示す詳細側面図、図８は、周方向検査部の詳細を示す部分拡大図、図９は、コイル端末６－６間すき間と周方向プローブ３－１、３－２との関係を示す拡大図、図１０は、径方向検査部の詳細を示す部分拡大図である。

まず、検査作業者は、ステータコア６－１にステータコイル６－２を組み付け、コイル端末６－６を溶接した後の検査対象品であるステータ６を検査装置の回転台１にセットする。次に、周方向ユニット３は、エアシリンダ３－１５によって周方向プローブ３－１、３－２の下端がコイル端末間すき間Ｂの底部まで下降する。

周方向ユニット３は、図６に示すように、プローブベース３－１１は、ガイド台３－１０からリニアモーションガイド３－７で支持され、エアシリンダ３－１５で周方向プローブ３－１、３－２の上下移動が行われる。プローブベース３－１１は、近接ＳＷ３－３、３－４が取り付けられている。支点プレート３－１２は、プローブベース３－１１から第２リニアモーションガイド３－８で支持される。

ばね３－９は、プローブベース３－１１と支点プレート３－１２との間に設けられ、支点プレート３－１２を下方へ押し付けている。周方向プローブ３－１、３－２は、支点プレート３－１２の支点３－５で軸支持されている。第２近接ＳＷ３－１３は、支点プレート３－１２の変位を検出する。

図７は、周方向プローブ３－１、３－２の下端がコイル端末間すき間Ｂの底部まで下降できず、コイル端末６－６に接触した時の状態（リリービング状態）を示している。この状態は、支点プレート３－１２は、矢印に示すように上方に力が加わるが、ばね３－９でリリービング（緩衝）され、第２リニアモーションガイド３－８によって、周方向プローブ３－１、３－２が上方へ逃げる構造となっている。また、リリービング時は、支点プレート３－１２の変位を検出する手段としての第２近接ＳＷ３－１３がオフとなり、検出が可能となっている。

回転台１は、周方向プローブ３－１、３－２の下端がコイル端末間すき間Ｂの底部まで移動した後に、図８の矢印に示すように回転する。それによって、制御装置は、検査用プローブである周方向プローブ３－１、３－２を隣り合うコイル端末間すき間Ｂに通過させて、コイル端末６－６間の接触有無を検出して行く。周方向プローブ３－１、３－２は、コイル端末間すき間Ｂが不適切であり、周方向プローブ３－１、３－２がコイル端末６－６に接触した場合、支点３－５回りに回転する。この動きは、検出点３－１４が近接ＳＷ３－３、３－４から外れることによって検出される。

姿勢検査装置は、接触が検出された場合、ケース１として「検査を停止させ、アラームで知らせる」、ケース２としては「検査を継続して、全ての検査を終了後、アラームで知らせる」を選択可能とする。この選択は、客先等の要望に応じて決定する。また、制御装置は、接触を検出した時点での回転台１の回転角度から、ステータ６の回転方向の基準位置６－７から接触した位置を求め、記憶する。

制御装置は、回転台１を１回転させても接触が検出されない場合は、周方向において、コイル端末６－６の姿勢は良好であると判断して、周方向ユニット３をコイル端末６－６から上方向に移動し、元の位置に復帰させる。なお、回転台１の周方向回転は、１周で６秒以下としている。

図９に示すように、検査用プローブである周方向プローブ３－１、３－２は棒形状であり、その直径（プローブ径Ａ）は、コイル端末６－６の姿勢を適切に保つために、コイル端末間すき間Ｂに対し所定の値だけ小さい値が設定されている。なお、所定の値は、０．６から１．０ｍｍが好ましい。これらの値は、溶接部の幅のバラつきにより決定される。なお、径方向プローブ４－１も同様であり、その直径は、周方向プローブ３－１、３－２とほぼ同一である。

コイル端末間すき間Ｂは、コイル端末６－６の姿勢が不適切で、倒れやずれが生じた場合、周方向プローブ３－１、３－２の直径より小さくなる。したがって、周方向プローブ３－１、３－２は、コイル端末６－６に接触し、支点３－５回りに回転する。近接ＳＷ３－３、３－４は、周方向プローブ３－１、３－２の回転を検出してオンとなり、制御装置は不適合の判断を行い、検査対象物を不適合品として選別する。

周方向ユニット３が元の位置に復帰した後は、図５のフローチャートに示すように径方向ユニット４は、コイル端末６－６まで、径方向プローブ４－１の下端がコイル端末間すき間Ｃ１の底部まで下降する。そして、初期位置において、径方向プローブ４－１は、径方向に図１０に示すように往復移動される。これにより、制御装置は、検査用プローブである径方向プローブ４－１を隣り合うコイル端末間すき間Ｃ１からＣ３（図１１参照）に通過させて、コイル端末６－６との接触有無を検出する。初期位置が終了した後は、回転台１を所定角度で回転させ、接触有無の検出を全周で終了するまで繰り返す。

なお、径方向プローブ４－１及び回転台１を回転させるスピードは、全周の検査時間が、３０秒以下に収まるように調整する。一般的には６０秒から７０秒以下が望ましい。径方向の最内周側のコイル端末間すき間Ｃ1は、外周側に比べて最も狭く、製造上、外周側に比較して不適合が出やすいため、径方向プローブ４－１径については、最内周側のコイル端末間すき間Ｃ1を基準に設定を行う。

周方向と同様に、姿勢検査装置は、接触が検出された場合、ケース１として「検査を停止させ、アラームで知らせる」、ケース２としては「検査を継続して、全ての検査を終了後、アラームで知らせる」を選択可能とする。そして、制御装置は、接触した時点での回転台１の回転角度から、ステータ６の回転方向の基準位置６－７から接触した位置を求め、記憶する。

ステータコイル６－２の検査が全て終了後は、その結果として、合格品ならばその旨出力する。また、接触が検出された場合は、接触した位置を出力する。なお、上記の説明は、周方向の検査工程を径方向の検査工程よりも先に行うとして説明したが、順番は逆に径方向の検査工程を周方向の検査工程よりも先に行っても良い。いずれにしても、本検査方法は、コイル端末６－６の姿勢そのものが直接的に判定できるので、モータを組み立てる上で歩留まりが向上し、最終的に組み立てられたモータの信頼性を向上できる。

図１１は、径方向プローブ４－１の他の実施形態を示す平面図である。図１０で示した径方向プローブ４－１は、最内周側のコイル端末間すき間Ｃ1を基準に設定され、内側から外周側へ至るまで同じ直径の径方向プローブ４－１で接触の有無を検出している。例えば、図１０で示した径方向プローブ４－１の直径は、最内周側のコイル端末間すき間Ｃ１－（０．６～１）ｍｍとすることが好ましい。しかし、外周側も検査を行うこと、つまり、外周側のコイル端末６－６の倒れが無いことを確認する場合は、径方向プローブ４－１を平面視で台形にすることが良い。

図１１に示すように径方向プローブ４－１を台形にした場合、最内周のプローブ径Ａ１は、最内周側のコイル端末間すき間Ｃ１－（０．６～１）ｍｍ、中間のプローブ径Ａ２は、中間のコイル端末間すき間Ｃ２－（０．６～１）ｍｍ、最外周のプローブ径Ａ３は、最外周側のコイル端末間すき間Ｃ３－（０．６～１）ｍｍとすることが好ましい。もちろん、径方向プローブ４－１の台形形状は、Ｃ１＜Ｃ２＜Ｃ３なので、Ａ１＜Ａ２＜Ａ３となる。

図１２は、周方向ユニット３の他の実施形態を示す詳細側面図、図１３は、周方向ユニット３の他の実施形態によるリリービング状態を示す詳細側面図である。図６との違いは、周方向プローブ３－１、３－２の下端は、コイル端末間すき間Ｂから支点３－５までで、支点３－５、３－６より反対側は、水平方向へ延長されている点にある。そして、近接ＳＷ３－３、３－４の位置は、支点３－５、３－６より、水平位置で行っている。

これにより、近接ＳＷ３－３、３－４は、支点プレート３－１２の変位を検出する手段としても機能する。したがって、第２近接ＳＷ３－１３は、省略してもリリービング状態を検出することができる。図１３のリリービング状態の動きは、周方向プローブ３－１、３－２の検出点３－１４が近接ＳＷ３－３、３－４から外れることによって行われる。周方向プローブ３－１、３－２がコイル端末６－６に接触した場合は、支点３－５回りに回転し、検出点３－１４が近接ＳＷ３－３、３－４から外れることによって検出される。

１…回転台
２…回転台モータ
２－１…ベルト
３…周方向ユニット
３－１、３－２…周方向プローブ
３－３、３－４、４－２…近接ＳＷ
３－５、３－６…支点
３－１５、４－４…エアシリンダ
３－７…リニアモーションガイド
３－８…第２リニアモーションガイド
３－９…ばね
３－１０…ガイド台
３－１１…プローブベース
３－１２…支点プレート
３－１３…第２近接ＳＷ
３－１４…検出点
４…径方向ユニット
４－１…径方向プローブ
４－３…支点
６…ステータ
６－１…ステータコア
６－２…ステータコイル
６－３…内周面
６－４…スロット
６－５…コイル渡り部
６－６…コイル端末
６－７…基準位置
Ａ、Ａ１、Ａ２、Ａ３…プローブ径
Ｂ、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３…コイル端末間すき間

Claims (10)

1. モータを構成するステータのステータコアに巻き付けられたコイルのコイル端末の姿勢を検査するステータコイル端末の姿勢検査装置において、
   前記ステータを載置する回転台と、
   前記回転台を回転させる回転台モータと、
   前記コイル端末の姿勢を検査する検査用プローブと、
   前記検査用プローブの移動及び前記回転台モータの駆動を行い、前記検査用プローブを隣り合うコイル端末間すき間に通過させて、前記検査用プローブと前記コイル端末との接触有無を検出する制御装置と、
   を備えたことを特徴とするステータコイル端末の姿勢検査装置。
2. 前記制御装置は、前記検査用プローブと前記コイル端末との接触を検出した場合、前記回転台の回転角度から位置を求め、記憶することを特徴とする請求項１に記載のステータコイル端末の姿勢検査装置。
3. 前記検査用プローブは、前記コイル端末間すき間に対し所定の値だけ小さい値が設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のステータコイル端末の姿勢検査装置。
4. 前記検査用プローブと前記コイル端末間の接触有無の検出は、前記検査用プローブの近くに設けられた近接ＳＷで前記検査用プローブの変位を検出することで行われることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のステータコイル端末の姿勢検査装置。
5. 前記ステータの周方向の検査を行う前記検査用プローブとして、周方向プローブが取り付けられ、上下左右方向に移動が可能とされている周方向ユニットと、
   前記ステータの径方向の検査を行う前記検査用プローブとして、径方向プローブが取り付けられ、上下左右方向に移動が可能とされている径方向ユニットと、
   を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のステータコイル端末の姿勢検査装置。
6. 前記周方向プローブを複数本としたことを特徴とする請求項５に記載のステータコイル端末の姿勢検査装置。
7. 前記周方向ユニットは、ガイド台からリニアモーションガイドで支持され、前記周方向プローブが取り付けられているプローブベースと、
   前記プローブベースから第２リニアモーションガイドで支持される支点プレートと、
   前記プローブベースと前記支点プレートとの間に設けられ、前記支点プレートを下方へ押し付けるばねと、
   前記支点プレートの変位を検出する手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項５又は６に記載のステータコイル端末の姿勢検査装置。
8. モータを構成するステータのステータコアに巻き付けられたコイルのコイル端末の姿勢を検査するステータコイル端末の姿勢検査方法であって、
   前記コイル端末の姿勢を検査する検査用プローブの移動及び前記ステータを載置する回転台を回転させる回転台モータの駆動を行い、前記検査用プローブを隣り合うコイル端末間すき間に通過させて、前記検査用プローブと前記コイル端末との接触有無を検出することを特徴とするステータコイル端末の姿勢検査方法。
9. 前記検査用プローブと前記コイル端末との接触を検出した場合、前記回転台の回転角度から位置を求め、記憶することを特徴とする請求項８に記載のステータコイル端末の姿勢検査方法。
10. 前記ステータの周方向の検査を行う前記検査用プローブとして、周方向プローブが取り付けられた周方向ユニットと、径方向の検査を行う前記検査用プローブとして、径方向プローブが取り付けられた径方向ユニットと、
    を備え、前記ステータの周方向において、前記周方向プローブと前記コイル端末との接触有無を検出し、径方向において、前記径方向プローブと前記コイル端末との接触有無を検出することを特徴とする請求項８又は９に記載のステータコイル端末の姿勢検査方法。