(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータに隣り合って配置されたティースに巻回されたコイル間の間隙を測定する方法であって、
光照射手段が、相対的に光強度の大きな強発光帯域と相対的に光強度の小さな弱発光帯域とを交互に縞状に有する縞状パターン光を照射した前記ステータを、前記ステータを挟んで前記光照射手段と反対側に位置し、２次元状に配置された画素から構成される撮像手段が撮像して、第１の輝度分布を得る工程と、
前記光照射手段が、前記縞状パターン光の縞方向と相違する方向にずらせて前記縞状パターン光を照射した前記ステータを前記撮像手段が撮像して、第２の輝度分布を得る工程と、
前記第１の輝度分布と前記第２の輝度分布において画素毎の輝度の差分を算出する工程と、
前記差分を予め設定された閾値と比較し、前記差分が前記閾値を超える場合、当該差分を求めた前記画素に対応する前記ステータの部分は空隙であるとして、前記コイル間の間隙を測定することを特徴とするコイル間隙測定方法。
【請求項２】
前記縞状パターン光の縞方向は前記コイル間の間隙の長手方向と平行であり、前記光照射手段が前記縞状パターン光をずらす方向は、縞方向と直交する方向であることを特徴とする請求項１に記載のコイル間隙測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイル間の間隙を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の分割コアを円環状に配置して形成されるステータコアを備えたステータが組み込まれた回転電機が知られている。このようなステータでは、隣り合って配置されたティースにコイルが巻回されている。隣り合って配置されたティースに巻回されたコイルの間には間隙を設け、コイル間の絶縁を確保する必要がある。
【０００３】
現在、コイル間の間隙は、作業員の目視によって確認されることが多い。しかし、近年、回転電機の小型化の要請が大きく、コイル間の間隙が小さくなってきており、目視による確認が困難となっている。
【０００４】
なお、特許文献１には、回転子（ロータ）と固定子（ステータ）とのエアギャップ（間隙）を測定する技術が記載されている。この技術では、一方の外部に設けた光源装置からエアギャップを通過して他方の外部に光が届くように扇形のレーザビームを発射して、他方の外部に設けた受光装置でレーザビームを検出する。そして、検出されたレーザビームの横方向に位置を量子化し、量子化された光強度をサンプリングして、警報レベルと比較している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１９１５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
コイル間の間隙を自動的に測定しようとする場合、ステータに光を照射して、コイル間の間隙を通過した光を受光装置で検出することが想到され得る。
【０００７】
しかしながら、コイルは、金属等からなり曲面を有し、光を反射する。そのため、受光装置にはコイルで反射された光も入射されるので、誤検出が発生するおそれがある。
【０００８】
本発明は、以上の点に鑑み、コイルによる光の反射があっても、コイル間の間隙を正確に測定することが可能な方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のコイル間隙測定方法は、ステータに隣り合って配置されたティースに巻回されたコイル間の間隙を測定する方法であって、光照射手段が、相対的に光強度の大きな強発光帯域と相対的に光強度の小さな弱発光帯域とを交互に縞状に有する縞状パターン光を照射した前記ステータを、前記ステータを挟んで前記光照射手段と反対側に位置し、２次元状に配置された画素から構成される撮像手段が撮像して、第１の輝度分布を得る工程と、前記光照射手段が、前記縞状パターン光の縞方向と相違する方向にずらせて前記縞状パターン光を照射した前記ステータを前記撮像手段が撮像して、第２の輝度分布を得る工程と、前記第１の輝度分布と前記第２の輝度分布において画素毎の輝度の差分を算出する工程と、前記差分を予め設定された閾値と比較し、前記差分が前記閾値を超える場合、当該差分を求めた前記画素に対応する前記ステータの部分は空隙であるとして、前記コイル間の間隙を測定することを特徴とする。
【００１０】
本発明のコイル間隙測定方法によれば、異なる縞状パターン光が照射されたステータを撮像手段が撮像して２つの輝度分布を得て、これらの輝度分布における画素毎の輝度の差分を閾値と比較し、差分が閾値を超える場合、当該差分を求めた画素に対応するステータの部分は空隙であるとしている。
【００１１】
照射された光がコイル間隙を通過した場合、発光帯域からの光が直接撮像手段によって受光されるため、その光が強発光帯域から照射された光であるか弱発光帯域から照射された光であるかに応じて対応する画素で受光される輝度に大きな差が生じ、差分は大きくなり、閾値を超える。これに対して、照射された光がコイルで反射した場合、反射光は、発光帯域から直接受光されないため、光照射手段全体としての光量に大きな変化がない限り、画素で受光される輝度の差は少なくなり、差分は閾値以下となるからである。
【００１２】
よって、反射光による影響を排除することができ、コイル間の間隙を正確に測定することが可能となる。
【００１３】
なお、第１及び第２の輝度分布を得たときに照射されていた縞状パターン光とは縞方向と相違する方向にずらせて第３の輝度分布などの他の輝度分布を得ることも好ましい。この場合、前記差分は差分の積算値とすればよい。
【００１４】
本発明のコイル間隙測定方法において、前記縞状パターン光の縞方向は前記コイル間の間隙の長手方向と平行であり、前記光照射手段が前記縞状パターン光をずらす方向は、縞方向と直交する方向であることが好ましい。
【００１５】
この場合、反射光による影響をより効果的に排除することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係るコイル間隙測定方法で測定するステータの部分正面図。
【図２】本発明の実施形態に係るコイル間隙測定方法で好適に使用されるコイル間隙測定装置の概略側面図。
【図３】コイル間に縞状パターン光を照射した状態を説明する図。
【図４】本発明の実施形態に係るコイル間隙測定方法を説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態に係るコイル間隙測定方法について説明する。
【００１８】
本方法は、図１を参照して、ステータコアの隣り合うティースに巻回されるコイル１が異相となるように、コイル１が巻回された回転電機の突極集中巻きステータ２において、隣り合う異相のコイル１間の間隔を測定する方法である。ステータ２は、例えば、ハイブリッド車両の三相交流型の駆動用電動機に用いられる。
【００１９】
図１に示すように、ステータ２は、ステータホルダ（不図示）に、複数の分割コア３を円環状に取り付けたものである。分割コア３は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の各相の順に配置されている。
【００２０】
各分割コア３は、複数枚の略Ｔ字状の鋼板を一体化した積層鋼板からなるステータコア（不図示）と、ステータコアのティースに外嵌された絶縁性のボビン（インシュレータ）との組立体からなる巻枠４と、巻枠３に巻回されたコイル（巻線）１と、金属製の電極（ターミナル）とを有する。
【００２１】
次に、本発明の実施形態に係るコイル間隙測定方法を実施する際に好適に使用されるコイル間隙測定装置１０について説明する。
【００２２】
図２に示すように、コイル間隙測定装置１０は、光照射手段１１、撮像手段１２、及び制御手段１３を備えている。
【００２３】
光照射手段１１は、ここでは、ステータ２を水平に保持する保持具１４の下方に配置され、上方に配置されたステータ２に向けて光を照射する。
【００２４】
光照射手段１１は、相対的に光強度の大きな強発光帯域と相対的に光強度の小さな弱発光帯域とを交互に縞状に有する縞状パターン光をステータ２に照射する。図３を参照して、縞状パターン光の縞方向は、コイル１間の間隙の長手方向と平行、又は大略平行である。
【００２５】
光照射手段１１は、制御手段１３に接続されており、相対的に光量の大きな強発光帯域と相対的に光の小さな弱発光帯域とが交互に連続して縞状の光パターンを投射する表示することが可能となっている。
【００２６】
さらに、光照射手段１１は、制御手段１３によって、縞状パターン光の縞方向と相違する方向、ここでは、縞方向と直交する方向に縞状パターン光をずらせてステータ２に照射することが可能となっている。
【００２７】
光照射手段１１が縞状パターン光をずらす態様は限定されない。例えば、縞状パターン光を時間周期的に、時間離散的にずらせてもよい。
【００２８】
強発光帯域の幅と弱発光帯域の幅とは、同じであっても、異なっていてもよい。また、各強発光帯域及び各弱発光帯域の幅は同じであっても、異なっていてもよい。なお、各強発光帯域の幅と弱発光帯域の幅との和は、コイル間隔の最小設計値以下であることが好ましい。
【００２９】
光照射手段１１は、ここでは、点光源がマトリックス状に配置された面光源から構成されている。ただし、光照射手段１１の構成はこれに限定されない。例えば、光照射手段１１は、一様の光を投射する面光源と、面光源とステータ２との間に配置され、縞状のスリットを有するスリット板から構成され、スリット板が制御手段１３によって移動可能であるものであってもよい。
【００３０】
また、光照射手段１１は、一様の光を投射する複数の線光源が平行に配置されたものから構成され、これが制御手段１３によって移動可能であるものであってもよい。
【００３１】
また、各強発光帯域及び各弱発光帯域の発光強度は同一であり、縞状パターン光は２値的な輝度分布の縞模様であることが好ましい。さらに、強発光帯域と弱発光帯域との発光強度の差は大きいことが好ましい。弱発光帯域の発光強度は０、すなわち、弱発光帯域は暗帯域であってもよい。
【００３２】
撮像手段１２は、ステータ２を挟んで縞状パターン光投射手段１１と反対側に設置されている。撮像手段１２は、ここでは、ステータ２を水平に保持する保持具１４の上方にて、下方のステータ２を撮像するように配置されている。なお、撮像手段１２は、被写界深度の大きい撮影が可能であるテレセントリック光学系を備えることが好ましい。
【００３３】
撮像手段１２は、光照射手段１１から照射された光が、コイル間隙を通過した光、コイル１の表面で反射した光等の光を２次元に配置された複数の画素（撮像素子）を有するＣＣＤカメラ等で受光し、各撮像素子が受光した光の輝度を制御手段１３に出力する。
【００３４】
制御手段１３は、光照射手段１１を制御する光照射制御部２１、撮像手段１２の撮像を制御する撮像制御部２２の他に、輝度分布取得部２３、差分積算値取得部２４、判定部２５及び測定部２６を備える。
【００３５】
輝度分布取得部２３は、撮像手段１２で撮像された画像データから、画素毎の輝度を取得する。具体的には、撮像手段１２の撮像素子が検出した信号は、増幅器で増幅された後、Ａ／Ｄコンバータでデジタル値に変換された輝度データとして出力される。
【００３６】
差分積算値取得部２４は、輝度分布取得部２３で取得した画素毎の輝度データに基づき画素毎に輝度の差分を積算して、画素毎の差分積算値を取得する。
【００３７】
判定部２５は、差分積算値取得部２４が取得した画素毎の差分積算値と、予め設定された閾値との大小を比較し、差分積算値が閾値を超える場合、当該差分積算値を求めた画素に対応するステータ２の部分は空隙であると判定する。
【００３８】
測定部２６は、判定部２５がステータ２の部分は空隙であると判定した画素の配置に基づき、コイル間の間隙を求める。なお、撮像手段１２からステータ２までの距離は一定であり、１画素に対応するステータ２上での幅も一定であり、この幅は既知の技術によって簡易に求めることができる。
【００３９】
以下、コイル間隙測定装置１０を用いた本発明の実施形態に係るコイル間隙測定方法について図４を参照して説明する。
【００４０】
まず、光照射制御部２１によって光照射手段１１を制御して、ステータ２に向けて縞状パターン光を照射させる（ＳＴＥＰ１）。
【００４１】
そして、この状態で、撮像制御部２２によって撮像手段１２を制御して、ステータ２を撮像させて画像データを得る（ＳＴＥＰ２）。
【００４２】
次に、光照射制御部２１によって光照射手段１１を制御して、ステータ２に向けて、ＳＴＥＰ１とは縞方向と直交する方向にずれた縞状パターン光を照射させる（ＳＴＥＰ３）。
【００４３】
そして、この状態で、撮像制御部２２によって撮像手段１２を制御して、ステータ２を撮像して画像データを得る（ＳＴＥＰ４）。
【００４４】
そして、ＳＴＥＰ３とＳＴＥＰ４とを予め設定された回数繰り返す。この回数は、縞状パターン光のずれ量に基づき定めることが好ましい。すなわち、強発光帯域と弱発光帯域の幅が同じである場合、ずれ量が１／Ｎ周期であるとき、撮像回数はＮ回以上となる。例えば、ずれ量が半周期であるとき、撮像回数は２回以上、ずれ量が４分の１周期であるとき、撮像回数は４回以上であればよい。このように、ステータ２の全ての撮像部分に、強発光帯域と弱発光帯域とからそれぞれ照射される光がある場合が存在するように、回数を定めればよい。
【００４５】
所定の回数の撮像終了後（ＳＴＥＰ５：ＹＥＳ）、輝度分布取得部２３によって、ＳＴＥＰ２，４で撮像して得た画像データから、画素毎の輝度データを取得する（ＳＴＥＰ６）。
【００４６】
そして、差分積算値取得部２４によって、ＳＴＥＰ６で取得した画素毎の輝度データに基づき画素毎に輝度の差分を積算して、画素毎の差分積算値を取得する（ＳＴＥＰ７）。この差分は、例えば、１回前の撮像で得た輝度との差分であっても、最初の撮像で得た輝度との差分であってもよい。
【００４７】
そして、判定部２５によって、ＳＴＥＰ７で取得した画素毎の差分積算値と、予め設定された閾値との大小を比較し、差分積算値が閾値を超える場合、当該差分積算値を求めた画素に対応するステータ２の部分は空隙であると判定する（ＳＴＥＰ８）。
【００４８】
光照射手段１１から照射された光がコイル間隙を通過した場合、発光帯域からの光が直接撮像手段１２によって受光されるため、その光が強発光帯域から照射された光であるか弱発光帯域から照射された光であるかに応じて撮像手段１２の対応する画素で受光される輝度に大きな差が生じる。そのため、この場合、差分積算値は大きく、閾値を超える。
【００４９】
一方で、光照射手段１１から照射された光がコイル１で反射した場合、対応する領域がコイル１で遮蔽される領域である画素にも、その反射光が入光される。しかし、反射光は、発光帯域から直接受光されないため、光照射手段１１全体としての光量に大きな変化がない限り、輝度の変化は少なくなる。そのため、この場合、差分積算値は小さくなり、閾値未満となる。逆に言えば、このような反射光による影響を排除可能なように、実験やシミュレーション等によって閾値を定める。
【００５０】
次に、測定部２６によって、ＳＴＥＰ８でステータ２の部分は空隙であると判定した画素の配置に基づき、コイル間の間隙を求める（ＳＴＥＰ９）。なお、コイル間の間隙を数値的に求めるのではなく、所定の設定値を超えて正常であるか否かを検査するものであってもよい。
【００５１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。
【符号の説明】
【００５２】
１…コイル、  ２…ステータ、  ３…分割コア、  １０…コイル間隙測定装置、  １１…光照射手段、  １２…撮像手段、  １３…制御手段、  １４…保持具、  ２１…光照射制御部、  ２２…撮像制御部、  ２３…輝度分布取得部、  ２４…差分積算値取得部、  ２５…判定部、  ２６…測定部。
【図２】
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【図４】
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【図１】
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【図３】
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