JP2006014470A - モータコイルの検査装置および検査方法 - Google Patents

モータコイルの検査装置および検査方法 Download PDF

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Abstract

【課題】挿入不良あるいは成形不良のモータコイルを自動的に抽出し,モータコイルの挿入性およびモータコイル間の絶縁品質を確保するモータコイルの検査装置および検査方法を提供すること。
【解決手段】本発明の検査装置では,拡張成形後の被検モータコイルのコイルエンド部を軸方向から撮影する。そして,撮影されたコイルエンド部の画像を基に,そのコイルエンド部のプロファイルを抽出する。また,検査装置では,あらかじめ,理想形状のコイルエンド部のプロファイルと,その理想プロファイルとのずれの許容範囲とが設定されている。そして,被検モータコイルのコイルエンド部のプロファイルと,理想プロファイルとを比較し,そのずれが許容範囲内であれば良品と判断し,許容範囲外であれば不良と判断する。
【選択図】 図12

Description

本発明は,モータコイルの検査装置および検査方法に関する。さらに詳細には,コイルエンド部の拡張成形後におけるコイルエンド部の成形形状の良否を検査するモータコイルの検査装置および検査方法に関するものである。
従来から,モータの組み立て方法として,モータの固定子スロットに多相のコイルを複数回に分けて挿入する方法が知られている。さらに,固定子スロット内の占積率を高めるために,モータコイルのコイルエンド部を外周側に成形(以下,「拡張成形」とする)する方法が知られている(例えば,特許文献1)。この方法では,固定子スロットに挿入されたモータコイルのコイルエンド部を外周側に押し広げることで,次に挿入されるモータコイルの挿入性を向上させている。
また,コイルエンド部を圧縮成形することにより,コイルエンド部の占積率を高め,モータ全体のコンパクト化を図る方法が知られている(例えば,特許文献2)。この方法では,テーパ状の外径成形型による圧縮成形,およびテーパ状の内径成形型による圧縮成形を組み合わせている。
特開平11−27889号公報 特開2002−272047号公報
これらモータコイルの挿入方法では,既に挿入されたコイルのコイルエンド部を拡張成形することで,次に挿入されるモータコイルの挿入性を向上させている。さらには,コイルエンド部を圧縮成形することでコイルエンド部のコンパクト化を図っている。しかしながら,モータコイルを構成する個々の銅線は,柔軟性が高いものであり,拡張成形後のコイルエンド部の形状にばらつきが生じることが予想される。そして,ばらつきが生じることによってコイルエンド部の拡張量が不十分となり,次に挿入されるモータコイルの挿入性が損なわれるおそれがある。
また,ハイブリッド自動車等に利用される高電圧モータの場合,拡張成形後に相間絶縁紙を組み付けてから次の相のモータコイルを挿入する。これにより,コイル(相)間の絶縁を確保する方法が採用されている。しかしながら,コイルエンド部の拡張が不十分であると,挿入後のモータコイルと挿入前のモータコイルとの間が完全に分離した状態となるように相間絶縁紙を組み付けることができず,モータコイル(相)間の絶縁が損なわれるおそれがある。
本発明は,前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは,挿入不良あるいは成形不良のモータコイルを自動的に抽出し,モータコイルの挿入性およびモータコイル間の絶縁品質を確保するモータコイルの検査装置および検査方法を提供することにある。
この課題の解決を目的としてなされたモータコイルの検査方法は,固定子コアのスロットに巻回されたモータコイルの検査方法であって,被検モータコイルのコイルエンド部の画像データを取得する画像データ取得ステップと,画像データ取得ステップにて取得した画像データを基に,被検モータコイルのコイルエンド部のプロファイルを抽出する成形形状抽出ステップと,成形形状抽出ステップにて抽出したコイルエンド部のプロファイルと,基準となるコイルエンド部のプロファイルとを比較し,その比較結果を基にコイルエンド部の成形形状の良否を判定する良否判定ステップとを含んでいる。
すなわち,本発明のモータコイルの検査方法では,まず,画像データ取得ステップとして,被検モータコイルのコイルエンド部の画像データを取得している。画像データの取得方法としては,例えば検査カメラを検査対象ワークの中心軸上に設け,その検査カメラにて撮影された映像をデジタルデータに変換する方法がある。次に,成形形状抽出ステップとして,被検モータコイルのコイルエンド部の画像データを基に,そのコイルエンド部の成形形状,すなわちプロファイル(輪郭)を抽出する。例えば,モータコイルと他の部位との色合いの違いによってコイルエンド部のプロファイルを抽出することができる。次に,良否判定ステップとして,被検モータコイルのコイルエンド部のプロファイルと,基準となるコイルエンド部のプロファイルとを比較し,その比較結果を基にコイルエンド部の成形形状の良否を判定している。なお,基準となるコイルエンド部とは,モータコイルの挿入性およびモータコイル間の絶縁性が確保されているコイルエンド部のことである。そして,この基準となるコイルエンド部のプロファイルは検査装置にあらかじめ設定しておく。また,コイルエンド部の成形形状の良否判定は,例えば,被検モータコイルのコイルエンド部のプロファイルと,基準となるコイルエンド部のプロファイルとのずれの大きさによって判断することができる。
本発明のモータコイルの検査をモータコイルの挿入工程内で実施することにより,拡張成形が不十分のワークを自動的に抽出することができる。また,良品と判定されたワークにのみ相間絶縁紙や次のモータコイルを組み付ければよいことから,相間絶縁紙の組み付けが容易であり,絶縁不良が抑制される。また,不良ワークの後工程への流出を防ぐことができる。
また,本発明のモータコイルの検査方法は,基準となるコイルエンド部の画像データを基にそのコイルエンド部のプロファイルを抽出し,そのプロファイルを基に基準となるコイルエンド部とのずれの許容範囲を設定する許容範囲設定ステップを含み,良否判定ステップでは,成形形状抽出ステップにて抽出した被検モータコイルのコイルエンド部の輪郭部分の座標をサンプリングし,そのサンプリング値が許容範囲設定ステップにて設定された許容範囲内であるか否かによってコイルエンド部の成形形状の良否を判定するとするとよりよい。
すなわち,本発明のモータコイルの検査方法では,許容範囲設定ステップとして,コイルエンド部の成形形状の許容範囲を設定している。許容範囲の設定方法としては,例えば,基準となるコイルエンド部の輪郭部分の座標をサンプリングし,そのサンプリング値を基に回帰分析を行って基準となるコイルエンド部の輪郭部分の回帰式を算出し,その回帰式を基準として許容範囲を設定すればよい。
また,良否判定ステップでも,被検モータコイルのコイルエンド部の輪郭部分の座標をいくつかサンプリングし,そのサンプリング値がすべて許容範囲内であれば良品と判断し,1つでも許容範囲外であれば不良と判断するとよりよい。すなわち,被検モータコイルのコイルエンド部の形状と基準となるコイルエンド部の形状とを詳細に照合するのではなく,適当な座標を幾つか抽出してそれらの座標がすべて許容範囲内であれば良品であると推定している。これにより,コイルエンド部の成形形状の良否を簡単なアルゴリズムで判定することができてきる。よって,検査時間の短縮が図られる。
なお,サンプリングされる座標は,コイルエンド部の輪郭部分のうち,径方向の内側に位置する部分であることが望ましい。モータコイルの挿入性が確保されているか否かは,コイルエンド部の内側の位置によって判断されるためである。
また,本発明のモータコイルの検査装置は,固定子コアのスロットに巻回されたモータコイルの検査装置であって,モータコイルのコイルエンド部の画像データを取得する画像データ取得部と,画像データ取得部にて取得された画像データを基に,モータコイルのコイルエンド部のプロファイルを抽出する成形形状抽出部と,成形形状抽出部にて抽出された被検モータコイルのコイルエンド部のプロファイルと,基準となるコイルエンド部のプロファイルとを比較し,その比較結果を基にコイルエンド部の成形形状の良否を判定する良否判定部とを有するものである。
また,本発明のモータコイルの検査装置は,成形形状抽出部にて抽出されたコイルエンド部の座標をサンプリングするサンプリング部と,基準となるコイルエンド部とのずれの許容範囲を設定する許容範囲設定部とを有し,良否判定部は,サンプリング部にて被検モータコイルのコイルエンド部の輪郭部分の座標をサンプリングし,そのサンプリング値が許容範囲設定部にて設定された許容範囲内であるか否かによってコイルエンド部の成形形状の良否を判定することとするとよりよい。
また,その許容範囲設定部は,サンプリング部にて基準となるコイルエンド部の輪郭部分の座標をサンプリングし,そのサンプリング値を基に回帰分析し,その結果得られた回帰式を基に許容範囲を設定することとするとよりよい。
本発明によれば,被検モータコイルのコイルエンド部の成形形状と基準となるモータコイルのコイルエンド部の成形形状とを比較することにより,モータコイルの良否を判定している。この良否判定をモータコイルの挿入工程内で行うことにより,挿入不良あるいは成形不良のモータコイルを自動的に抽出することができる。よって,モータコイルの挿入性およびモータコイル間の絶縁品質を確保するモータコイルの検査装置および検査方法が実現されている。
以下,本発明を具体化した実施の形態について,添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお,本実施例は,ハイブリッド車,電気自動車等に搭載される車両駆動用モータ用のコイルの検査装置に本発明を適用したものである。
まず,モータコイルの挿入方法について,図1ないし図6を基に説明する。図1の下図は,固定子コア1を軸方向から見た図であり,図1の上図は,図1の下図のA−A断面を示す断面図である。なお,図2ないし図6も同様の構成である。
本形態では,あらかじめ所定の銅線を巻回して成形したモータコイルを3相分(以下,それぞれのコイルを「第1コイル」,「第2コイル」,「第3コイル」とする。)用意する。そして,これらのモータコイルを順次,固定子スロットに挿入する。本形態のモータの固定子コア1には,図1に示すようにモータコイルを挿入する固定子スロット21,22,23が設けられている。そして,各固定子スロットは,固定子スロット21が第1コイルに,固定子スロット22が第2コイルに,固定子スロット23が第3コイルにそれぞれ対応している。
まず,固定子コア1をコイル挿入装置の所定の保持台に設置する。そして,図2に示すように固定子コア1の固定子スロット21に第1コイル31を挿入する。第1コイル31の挿入直後は,図2の下図に示すように第1コイル31によって他の固定子スロットが覆い隠された状態になっている。すなわち,第1コイル31が固定子スロット22および固定子スロット23を塞いだ状態になっている。
次に,図3に示すように次に挿入すべき第2コイルの挿入スペースを確保するため,第1コイル31のコイルエンド部を固定子コア1の外周側に押し広げる。すなわち,第1コイル31のコイルエンド部の拡張成形を行う。これにより,図3の下図に示すように固定子スロット22および固定子スロット23が露出した状態になる。すなわち,第2コイルの挿入スペースが確保される。
次に,図4に示すように固定子コア1の固定子スロット22に第2コイル32を挿入する。第2コイル32の挿入直後は,図4の下図に示すように第2コイル32が第1コイル31を跨ぎ,さらに第2コイル32によって固定子スロット23が覆い隠された状態になっている。すなわち,第2コイル32が固定子スロット23を塞いだ状態になっている。なお,第2コイル32を挿入する前には第1のコイル31のコイルエンド部の表面上に相間絶縁紙が組み付けられるが,図面ではそれを省略している。
次に,図5に示すように次に挿入すべき第3コイルの挿入スペースを確保するため,第2コイル32のコイルエンド部を固定子コア1の外周側に押し広げる。すなわち,第2コイル32のコイルエンド部の拡張成形を行う。これにより,図5の下図に示すように固定子スロット23が露出した状態になる。すなわち,第3コイルの挿入スペースが確保される。
次に,図6に示すように固定子コア1の固定子スロット23に第3コイル33を挿入する。第3コイル33の挿入後は,図6の下図に示すように第3コイル33が第1コイル31および第2コイル32を跨ぎ,さらにすべての固定子スロット内にそれぞれ対応するモータコイルが挿入された状態になっている。これにより,モータコイルの挿入が終了する。なお,第3コイル33を挿入する前には第2のコイル32のコイルエンド部の表面上に相間絶縁紙が組み付けられるが,図面ではそれを省略している。
モータコイルの挿入後,第1コイル31および第2コイル32のコイルエンド部が拡張成形されているため,コイルエンド部が径方向の外周側に拡張された状態となっている。そこで,コイルエンド部のコンパクト化を図るために,拡張成形されたコイルエンド部の圧縮成形を行ってもよい。
続いて,モータコイルのコイルエンド部の検査装置について説明する。本形態の検査装置40は,図7に示すように,検査対象ワーク100を軸方向から撮影する一対のカメラ41と,画像処理を行う画像処理部42と,コイルエンド部の良否判断を行う検査部43とを有している。検査装置40では,検査対象ワーク100が所定の保持台に設置され,その検査対象ワーク100の中心軸上にカメラ41が設置されている。さらに,全体の統括制御を行うとともに,オペレータによる操作や検査結果の表示等を行うコンピュータ端末50が設けられている。なお,検査装置40は,コイルエンド部の成形装置やモータコイルの挿入装置と一体化したものであってもよい。
また,検査装置40には,あらかじめモータコイルごとに,次に挿入されるモータコイルの挿入性およびモータコイル間の絶縁性が確保されるコイルエンド部の成形形状(以下,「理想形状」とする)のプロファイルと,その理想形状からのずれの許容範囲とが設定されている。
理想形状のプロファイル(以下,「理想プロファイル」とする)は,例えば次のようにして求められる。まず,理想形状のコイルエンド部の画像を読み撮り,その画像から色合いの違いによってモータコイルと他の部位との境界部分を抽出する。そして,その境界部分の幾つかの座標(R,θ)をサンプリングする。そして,それらを次の式(1)に当てはめて回帰分析を行う。
R=a1+a2・cos(4θ)+a3・cos(12θ)+a4・cos(20θ)+a5・sin(4θ)+a6・sin(12θ)+a7・sin(20θ) (1)
この回帰分析により,回帰式,すなわちコイルエンド部の理想プロファイルが求められる。さらに,この理想プロファイルを基に理想プロファイルからのずれの許容値±Rlim が設定される。
具体的には,図8に示すような理想形状の第1コイルの画像を取得する。理想形状の第1コイルは,コイルエンド部が径方向の外周側に押し広げられた形状になっており,その後に挿入される第2コイル用および第3コイル用の固定子スロットに干渉しないようになっている。この画像を基に第1コイルの径方向の内側の輪郭部分(以下,「内側プロファイル」とする)を抽出する。そして,その内側プロファイルのサンプリング点を抽出し,式(1)に当てはめて回帰分析を行った結果が次の式(2)である。
R=57.599+α(12.750・cos(4θ)+8.714・cos(12θ)+0.206・cos(20θ)+67.162・sin(4θ)+10.547・sin(12θ)+1.577・sin(20θ) (2)
式(2)中,sin(4θ)<0のときはα=−1であり,sin(4θ)≧0のときはα=+1である。
図9は,式(2)により求められた第1コイルの理想プロファイルおよび許容範囲を示している。すなわち,図9中,太線が理想プロファイルを示しており,破線が理想プロファイルからのずれの許容範囲を示している。
また,第2コイルについても同様に理想プロファイルと許容範囲とが設定される。具体的には,図10に示すような理想形状の第2コイルの画像を取得する。理想形状の第2コイルは,コイルエンド部が径方向の外周側に押し広げられた形状になっており,その後に挿入される第3コイル用の固定子スロットに干渉しないようになっている。この画像を基に第2コイルの内側プロファイルを抽出する。そして,その内側プロファイルのサンプリング点を抽出し,式(1)に当てはめて回帰分析を行った結果が次の式(3)である。
R=12.753+α(34.929・cos(4θ)+9.910・cos(12θ)+6.094・cos(20θ)+104.841・sin(4θ)+20.465・sin(12θ)+3.192・sin(20θ) (3)
式(3)中,sin(4θ)<0のときはα=−1であり,sin(4θ)≧0のときはα=+1である。
図11は,式(3)により求められた第2コイルの理想プロファイルおよび許容範囲を示している。すなわち,図11中,太線が理想プロファイルを示しており,破線が理想プロファイルからのずれの許容範囲を示している。このように検査装置40では,検査対象となるモータコイルごとに,理想プロファイルおよび許容範囲があらかじめ設定されている。
次に,本形態の検査装置40を利用したコイルエンド部の検査手順について説明する。本検査では,第1コイルの拡張成形後(図3参照)および第2コイルの拡張成形後(図5参照)にそれぞれコイルエンド部の成形形状を検査する。以下,図12のフローチャートを基に,第1コイルのコイルエンド部の検査手順を説明する。
まず,検査カメラ41にて第1コイルの拡張成形が行われた直後(図3参照)のコイルエンド部を撮影する(S1)。撮影されたコイルエンド部の映像はデジタルデータに変換され,画像データとして画像処理部42に送られる。
次に,画像処理部42にて第1コイルの輪郭部分を抽出する(S2)。より具体的には,コイルエンド部の内側プロファイルが抽出される。モータコイルの内側プロファイルは,S1の処理にて撮影された画像を基に,例えばそのモータコイルとその他の部分との色合いの違いによって抽出することが可能である。
次に,理想プロファイルと同様に,抽出された内側プロファイルのサンプリング点の抽出を行う(S3)。そして,抽出されたサンプリング点が許容範囲であるか否かを判別する(S4)。すなわち,サンプリング点R(θi )が次の式(4)を満たしているか否かを判別する。
R*(θi )−Rlim ≦R(θi )≦R*(θi )+Rlim (4)
式(4)中のR*(θi )は,理想プロファイルを意味している。
S4の処理では,抽出されたすべてのサンプリング点について判別する。そして,すべてのサンプリング点が理想プロファイルの許容範囲内(S4:YES)であれば良品と判定し(S5),1つでも許容範囲外(S4:NO)であれば不良と判定する(S6)。これにより,第1コイルのコイルエンド部の検査が終了する。その後,良品であれば引き続き第2コイルを挿入する。そして,第2コイルのコイルエンド部の挿入後もコイルエンド部の検査として同様の処理を行う。
以上詳細に説明したように本形態のモータコイルの検査装置40では,カメラ41にて拡張成形後の検査対象ワーク100を撮影することとしている。そして,撮影されたコイルエンド部の画像を基にそのコイルエンド部のプロファイルを抽出することとしている。また,本形態のモータコイルの検査装置40では,あらかじめ,理想プロファイルと,その理想プロファイルとのずれの許容範囲とが設定されている。そして,検査対象ワーク100のコイルエンド部のプロファイルと,あらかじめ設定されている理想プロファイルとを比較し,そのずれが許容範囲内であれば良品と判断し,許容範囲外であれば不良と判断している。これにより,コイルエンド部の拡張成形形状の検査が実現している。そしてこの検査を,拡張成形後であって次のモータコイルを挿入する前に行うことにより,モータコイルの挿入工程内で不良ワークの抽出を自動的に行うことができる。そのため,モータコイルの挿入性の悪化を防ぐことができるとともに,不良ワークの後工程への流出を防ぐことができる。よって,挿入不良あるいは成形不良のモータコイルを自動的に抽出し,モータコイルの挿入性およびモータコイル間の絶縁品質を確保するモータコイルの検査装置および検査方法が実現している。
また,本形態のモータコイルの検査装置40では,検査対象ワーク100の詳細な成形形状を抽出して複雑な照合処理を実施しているのではなく,幾つかの座標をサンプリングし,そのサンプリング点についてのみ良否判断している。すなわち,コイルエンド部の成形形状の良否を簡単なアルゴリズムで判定している。そのため,短時間で検査を行うことができる。
なお,本実施の形態は単なる例示にすぎず,本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に,その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良,変形が可能である。例えば,実施の形態では,モータコイルを3回に分けて挿入するモータに本発明を適用しているが,これに限るものではない。すなわち,モータコイルを同心状に複数回に分けて挿入するモータであれば適用可能である。
また,本実施の形態では,コイルエンド部のプロファイルをカメラ41にて撮影した画像データを基に抽出しているが,これに限るものではない。例えば,レーザセンサを使用した形状測定によってもコイルエンド部のプロファイルを抽出することができる。
また,本実施の形態では,車両駆動用モータ用のコイルについてコイルエンド部の成形を行っているが,これに限るものではない。例えば,家電製品用モータに利用されるコイルエンド部の成形装置に本発明を適用してもよい。
実施の形態にかかる固定子コアを示す図である。 実施の形態にかかる第1コイルの挿入後の状態を示す図である。 実施の形態にかかる第1コイルの拡張成形後の状態を示す図である。 実施の形態にかかる第2コイルの挿入後の状態を示す図である。 実施の形態にかかる第2コイルの拡張成形後の状態を示す図である。 実施の形態にかかる第3コイルの挿入後の状態を示す図である。 実施の形態にかかる検査装置の検査構成を示す図である。 第1コイルの拡張成形後の検査対象ワークの映像を示す図である。 第1コイルの拡張成形後の理想プロファイルとその許容範囲とを示す図である。 第2コイルの拡張成形後の検査対象ワークの映像を示す図である。 第2コイルの拡張成形後の理想プロファイルとその許容範囲とを示す図である。 実施の形態にかかる検査装置の検査手順を示すフローチャートである。
符号の説明
1 固定子コア
21 固定子スロット
22 固定子スロット
23 固定子スロット
31 第1コイル
32 第2コイル
33 第3コイル
40 検査装置
41 カメラ
42 画像処理部
43 検査部
100 検査対象ワーク

Claims (6)

  1. 固定子コアのスロットに巻回されたモータコイルの検査方法において,
    被検モータコイルのコイルエンド部の画像データを取得する画像データ取得ステップと,
    前記画像データ取得ステップにて取得した画像データを基に,被検モータコイルのコイルエンド部のプロファイルを抽出する成形形状抽出ステップと,
    前記成形形状抽出ステップにて抽出したコイルエンド部のプロファイルと,基準となるコイルエンド部のプロファイルとを比較し,その比較結果を基にコイルエンド部の成形形状の良否を判定する良否判定ステップとを含むことを特徴とするモータコイルの検査方法。
  2. 請求項1に記載するモータコイルの検査方法において,
    基準となるコイルエンド部の画像データを基にそのコイルエンド部のプロファイルを抽出し,そのプロファイルを基に基準となるコイルエンド部とのずれの許容範囲を設定する許容範囲設定ステップを含み,
    前記良否判定ステップでは,前記成形形状抽出ステップにて抽出した被検モータコイルのコイルエンド部の輪郭部分の座標をサンプリングし,そのサンプリング値が前記許容範囲設定ステップにて設定された許容範囲内であるか否かによってコイルエンド部の成形形状の良否を判定することを特徴とするモータコイルの検査方法。
  3. 請求項2に記載するモータコイルの検査方法において,
    前記許容範囲設定ステップでは,基準となるコイルエンド部の輪郭部分の座標をサンプリングし,そのサンプリング値を基に回帰分析し,その結果得られた回帰式を基に許容範囲を設定することを特徴とするモータコイルの検査方法。
  4. 固定子コアのスロットに巻回されたモータコイルの検査装置において,
    モータコイルのコイルエンド部の画像データを取得する画像データ取得部と,
    前記画像データ取得部にて取得された画像データを基に,モータコイルのコイルエンド部のプロファイルを抽出する成形形状抽出部と,
    前記成形形状抽出部にて抽出された被検モータコイルのコイルエンド部のプロファイルと,基準となるコイルエンド部のプロファイルとを比較し,その比較結果を基にコイルエンド部の成形形状の良否を判定する良否判定部とを有することを特徴とするモータコイルの検査装置。
  5. 請求項4に記載するモータコイルの検査装置において,
    成形形状抽出部にて抽出されたコイルエンド部の座標をサンプリングするサンプリング部と,
    基準となるコイルエンド部とのずれの許容範囲を設定する許容範囲設定部とを有し,
    前記良否判定部は,前記サンプリング部にて被検モータコイルのコイルエンド部の輪郭部分の座標をサンプリングし,そのサンプリング値が前記許容範囲設定部にて設定された許容範囲内であるか否かによってコイルエンド部の成形形状の良否を判定することを特徴とするモータコイルの検査装置。
  6. 請求項5に記載するモータコイルの検査装置において,
    前記許容範囲設定部は,前記サンプリング部にて基準となるコイルエンド部の輪郭部分の座標をサンプリングし,そのサンプリング値を基に回帰分析し,その結果得られた回帰式を基に許容範囲を設定することを特徴とするモータコイルの検査装置。
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