FR3054388A3 - - Google Patents
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Abstract
Dans ses aspects, la présente invention divulgue un dispositif de surveillance d'état comprenant une pluralité de capteurs, y compris au moins une unité de mesure de champ magnétique destinée à mesurer une première valeur de la force du champ magnétique le long d'un premier axe sensiblement parallèle à l'axe du rotor d'une machine électrique et une seconde valeur de la force du champ magnétique le long d'un second axe, au moins un capteur de vibrations destiné à mesurer une première valeur des vibrations le long du premier axe et une seconde valeur des vibrations le long du second axe, un capteur de température destiné à mesurer la température d'une zone à proximité de la machine électrique ; et un capteur acoustique destiné à mesurer le bruit autour de la machine électrique. Le dispositif de surveillance d'état comprend également un ou plusieurs processeurs configurés pour recevoir des mesures venant de la pluralité de capteurs et pour déterminer l'état de la machine électrique sur la base des mesures reçues.
Description
La présente invention concerne le domaine de la surveillance d'état de machines électriques, et plus particulièrement la présente invention concerne la détection et la détermination de défauts dans un moteur au moyen d'un dispositif de surveillance d'état possédant une pluralité de capteurs.
Classiquement, l'évaluation de l'état et la détection des défauts sur un moteur se font au moyen d'une pluralité de dispositifs de diagnostics et différentes techniques ont été développées jusque-là. Parmi elles, celles qui sont le plus utilisées dans l'industrie sont la surveillance des vibrations et l'analyse de signature de courant.
Les méthodes sus-mentionnées reposent sur la mesure du courant et des vibrations du moteur pour détecter des défauts sur le moteur. Les méthodes sus-mentionnées, pour effectuer des mesures, nécessitent des capteurs et d'autres équipements qui peuvent être encombrants à installer, et qui coûtent cher. En outre, les capteurs de courant et de tension doivent être installés à l'intérieur de la boîte â bornes du moteur, ce qui est souvent une opération chronophage et qui nécessite d'arrêter le moteur. Qui plus est, une installation incorrecte des capteurs peut endommager le moteur, être la cause de surveillance défaillante ou compromettre la sécurité.
Il existe donc, à la lumière de ce qui précède, un besoin pour un dispositif qui résout les problèmes soulevés ci-dessus.
Les lacunes, inconvénients et problèmes sus-mentionnés sont abordés dans la présente, ce qui sera compris en lisant et et en comprenant le contenu de la description qui suit. D'un côté, la présente invention divulgue un dispositif de surveillance d'état pour la surveillance et évaluation de l'état d'une machine électrique. Le dispositif de surveillance d'état comprend un corps de boîtier apte à être fixé sur le corps d'une machine électrique. Le corps de boîtier abrite une pluralité de capteurs, y compris au moins une unité de mesure de champ magnétique, au moins un capteur de vibrations, un capteur acoustique et un capteur de température. L'unité de mesure de champ magnétique mesure une première valeur de la force du champ magnétique le long d'un premier axe sensiblement parallèle à l'axe du rotor de la machine électrique et une seconde valeur de la force du champ magnétique le long d'un second axe. Le second axe forme un angle avec le premier axe.
Le capteur de vibrations mesure au moins l'une d'une première valeur des vibrations le long du premier axe et d'une seconde valeur des vibrations le long du second axe. Le capteur de température mesure la température d'une zone à proximité de la machine électrique et un capteur acoustique sert à mesurer le bruit autour de la machine électrique.
Le dispositif de surveillance d'état comprend un ou plusieurs processeurs configurés pour recevoir des mesures venant de la pluralité de capteurs et pour déterminer l'état de la machine électrique sur la base des mesures reçues. De manière additionnelle, le dispositif de surveillance d'état comprend une interface réseau configurée pour la communication avec un serveur distant 130.
Selon un mode de réalisation, le corps de boîtier est fixé sur le corps de la machine électrique au moyen d'un adaptateur. Le corps de boîtier est vissé sur l'adaptateur. Selon un autre mode de réalisation, le corps de boîtier comprend également une tige apte à s'insérer entre deux nervures de la machine électrique afin de monter le corps de boîtier sur la machine électrique par emmanchement à force. Selon un autre mode de réalisation, le dispositif de surveillance d'état comprend une source d'énergie, logée dans le corps de boîtier, destinée à alimenter la pluralité de capteurs, le ou les processeurs et l'interface réseau. Selon un autre mode de réalisation, le dispositif de surveillance d'état comprend un module de récupération d'énergie destiné â récupérer de l'énergie d'au moins un champ de £uite magnétique de la machine électrique, et du flux de chaleur de la machine électrique.
Des systèmes de portée différente sont décrits dans ce document. En plus des aspects et des avantages décrits dans ce réBumé, d'autres aspects et avantages apparaîtront par référence aux dessins et à la description détaillée qui suit. L'objet de l'invention sera expliqué plus en détail dans le texte qui suit en faisant référence à des exemples de modes de réalisation préférentiels, qui sont illustrés dans les dessins, dans lesquels:
La figure 1 montre un moteur avec un dispositif de surveillance d'état monté sur le corps du moteur, selon divers modes de réalisation de la présente invention ;
La figure 2 montre une pluralité de configurations pour le montage du dispositif de surveillance d'état sur le corps du moteur, selon divers modes de réalisation de la présente invention;
La figure 3 montre les divers composants du dispositif de surveillance d'état, selon divers modes de réalisation de la présente invention ; et
La figure 4 montre un adaptateur fixé sur le corps de la machine électrique, selon divers modes de réalisation de la présente invention.
Dans la description détaillée qui suit, il est fait référence aux dessins qui accompagnent et font partie intégrante de la présente description, et dans lesquels sont illustrée des modes de réalisation spécifiques qui peuvent être mis en œuvre. Ces modes de réalisation sont décrits de manière suffisamment détaillée pour permettre â un homme du métier de mettre en œuvre lesdits modes de réalisation, et il est entendu que d'autres modes de réalisation peuvent être utilisés et que des modifications logiques, électriques et mécaniques peuvent être effectuées sans s'éloigner de la portée des modes de réalisation. La description détaillée qui suit ne doit donc pas être considérée comme ayant un sens limitatif.
La figure 1 montre un dispositif de surveillance d'état 120 pour la surveillance et l'évaluation de l'état d'une machine électrique 110 (également appelé moteur 110), monté sur le corps de la machine électrique 110. Le dispositif de surveillance d'état 120 comprend un corps de boîtier apte à être fixé sur le corps ou le carter d'une machine électrique 110.
Le corps de boîtier abrite une pluralité de capteurs (montrée dans la figure 3) . La pluralité de capteurs comporte une unité de mesure de champ magnétique 330, un capteur de vibrations 340, un capteur acoustique 350, et un capteur de température 360. L'unité de mesure de champ magnétique 330 mesure une première valeur de la force du chanp magnétique le long d'un premier axe (illustré dans la figure 2 comme l'axe 260) sensiblement parallèle à un axe du rotor (illustré dans la figure 2 comme l'axe 230) de la machine électrique 110. De manière additionnelle, l'unité de mesure de champ magnétique 330 mesures une seconde valeur de la force du champ magnétique le long d'un second axe (illustré dans la figure comme l'axe 270) & un point de référence, où le second axe 270 forme un angle avec le premier axe 260. L'homme du métier notera qu'alors que la présente invention divulgue une seule unité de mesure de champ magnétique prévue pour mesurer la force du champ selon selon deux axes, une telle unité de mesure de champ magnétique peut comporter deux ou plusieurs capteurs de champ magnétique, chacun prévu pour mesurer la force du champ magnétique le long d'un axe. Selon un autre mode de réalisation, l'unité de mesure de champ magnétique comprend deux ou plusieurs éléments capteurs magnétiques (par exemple des bobines) accompagnés d'un seul émetteur. Selon un autre mode de réalisation, l'unité de mesure de champ magnétique peut déterminer la force du champ magnétique au moyen de deux composants le long du premier et du second axe.
Le capteur de vibrations 340 mesure une première valeur des vibrations le long du premier axe 260 et/ou une seconde valeur des vibrations le long du second axe 270. Le capteur de température 360 mesure la température d'une zone â proximité de la machine électrique 110.
Le capteur acoustique 350 mesure le bruit autour de la machine électrique 110, en particulier le bruit autour du côté entraînement du moteur 110. Pour distinguer le bruit de £ond du bruit généré par le moteur, en particulier le palier, des valeurs correspondant à des fréquences qui ne sont pas en relation avec le palier sont filtrées pour les exclure.
Selon un mode de réalisation, un ou plusieurs capteurs parmi la pluralité des capteurs sont des capteurs numériques aptes à prendre des échantillons â des intervalles périodiques régulièrement espacés. Selon un autre mode de réalisation un ou plusieurs des capteurs parmi la pluralité des capteurs sont des capteurs analogiques ayant un convertisseur analogique-numérique intégré.
Selon un mode de réalisation, afin de garantir que les mesures soient prises pendant que le moteur 110 est en état de fonctionnement, des valeurs mesurées sont comparées à des seuils prédéterminés. Les mesures sont enregistrées uniquement lorsqu'elles dépassent ces seuils prédéterminés. Selon un mode de réalisation, les seuils prédéterminés sont fixés par expérimentation. Selon un autre mode de réalisation, les seuils prédéterminés sont déterminés lors de l'installation du moteur.
Selon un autre mode de réalisation, l'unité de mesure de champ magnétique 330, le capteur acoustique 350 et le capteur de température 360 enregistrent et transmettent des données relatives aux mesures à la réception d'un signal venant du capteur de vibrations 340 ou d'un entraînement du moteur indiquant que le moteur 110 a été démarré.
Selon un mode de réalisation, lorsque le taux d'échantillonnage de l'unité de mesure de champ magnétique 330 n'est pas constant ou lorsque les échantillons des premier et second axes sont pris pendant des périodes d'échantillonnage différentes, une interpolation (linéaire, cubique ou spline) est effectuée, afin d'obtenir, à intervalles réguliers, des données de champ magnétique simultanément pour les forces du champ magnétique des premier et second axes. Une fois que des données continues interpolées de champ magnétique pour les premier et second axes sont obtenues, les données de champ magnétique sont extraites pour éliminer le flux magnétique statique ambiant et la dérive subie par les unités de mesure de champ magnétique. L'extraction des données est réalisée au moyen de procédures connues dans l'état de la technique.
Le dispositif de surveillance d'état 120 comprend un ou plusieurs processeurs 320 configurés pour recevoir des mesures venant de la pluralité de capteurs et pour déterminer l'état de la machine électrique 110 sur la base des mesures reçues. Selon un mode de réalisation, les processeurs 320 acquièrent de façon périodique des données venant de la pluralité des capteurs. Selon un mode de réalisation envisageable, lorsque la machine électrique 110 est un moteur à induction, les processeurs 320 reçoivent des données de champ magnétique, effectuent une transformée de Fourier sur les données reçues concernant les deux axes et vérifient le déséquilibre dans l'amplitude de la fréquence de glissement sur les deux axes. Si le déséquilibre dépasse un seuil prédéterminé, un défaut sera détecté.
Selon un mode de réalisation, & la détection d'un défaut, les processeurs 320 sont configurés pour classer le défaut et pour déterminer la gravité du défaut détecté. Toujours selon l'exemple de mode de réalisation concernant les données de champ magnétique, le défaut détecté est classé par la suite comme une barre de rotor cassée ou un désalignement en vérifiant si le composant dominant est présent dans le champ magnétique axial ou radial, ha gravité du défaut est directement proportionnelle à la grandeur du déséquilibre présent dans le champ magnétique à la fréquence de glissement.
De manière additionnelle, le dispositif de surveillance d'état 120 comporte une interface de réseau 370 configurée pour la communication avec un serveur distant 130 et un module de mémoire couplé de façon opérationnelle au processeur ou aux processeurs 320. La gravité du défaut indiqué est stockée dans la mémoire associée aux processeurs 320 et transmise à un serveur distant sur demande. Selon un mode de réalisation, l'interface réseau 370 comporte une antenne 380 de forme particulière permettant la communication par rayonnement EM tout en étant à proximité immédiate de surfaces métalliques. A la suite de l'analyse le processeur ou les processeurs 320 communiquent, par l'interface réseau 370, avec un serveur distant et un concentrateur de données pour indiquer l'état de la machine électrique 110. L'interface réseau 370 est capable de communiquer par réseaux sans fil tels que Bluetooth, passerelle sans fil HART, etc.
Le concentrateur de données transmet des données relatives à l'état de la machine électrique reçues du dispositif de surveillance d'état 120 vers un serveur d'historisation pour stockage distant.
Selon un mode de réalisation, le corps de boîtier est en matière plastique ou métallique non ferromagnétique. Lorsque le corps de boîtier est en matière métallique non ferromagnétique, selon un mode de réalisation, le corps de boîtier comporte une fenêtre non métallique ou en matière plastique pour permettre à la communication par radiofréquence (venant de l'interface réseau) de passer.
Selon un mode de réalisation, un adaptateur 410 (tel que montré dans la figure 4) est fourni pour fixer le corps de boîtier sur le corps du moteur 110. Selon un mode de réalisation, l'adaptateur est fixé sur le corps du moteur 110 par des mécanismes adhésifs ou de serrage connus dans l'état de la technique. Le corps de boîtier est fixé sur l'adaptateur en vissant le corps de boîtier sur l'adaptateur.
Selon un autre mode de réalisation, le corps de boîtier est fixé sur le corps de la machine électrique 110 au moyen d'une tige apte à s'insérer entre deux nervures de la machine électrique pour monter le corps de boîtier sur la machine électrique par emmanchement à force.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de surveillance d'état comprend une source d'énergie 310, logée dans le corps de boîtier, destiné à alimenter la pluralité de capteurs, le ou les processeurs 320 et l'interface réseau 370. En ayant une source d'énergie 310 à l'intérieur du dispositif de surveillance d'état 120 et une interface réseau sans fil 370, la nécessité de câblages est éliminée. Selon un mode de réalisation, un module de récupération d'énergie (tel qu'un générateur thermoélectrique ou similaire) est fourni pour récupérer de l'énergie d'au moins un champ de fuite magnétique de la machine électrique, et l'énergie thermique de machine électrique, afin de charger la source d'énergie.
Tout l'ensemble est conçu pour permettre la production, l'assemblage et l'installation à coût réduit. Afin de faciliter autant que possible l'installation en éliminant tout besoin de câblages, le dispositif est alimenté par batterie. L'objectif de surveillance d'état à coût réduit est ainsi atteint.
Selon la présente invention, pour effectuer la surveillance de l'état d'une machine électrique 110, l'opérateur doit simplement installer le dispositif de surveillance d'état 120 sur le bâti de la machine électrique 110, de la même manière qu'une plaque signalétique.
La présente description écrite utilise des exemples pour décrire l'objet de la présente, y compris le meilleur mode de réalisation, et également pour permettre à tout homme du métier de fabriquer et utiliser l'objet de la présente. La portée de l'objet brevetable est définie par les revendications, et peut comporter d'autres exemples qui viendront à l'esprit d'hommes du métier. Il est prévu que d'autres exemples entrent dans le cadre des revendications s'ils n'ont pas d'éléments structurels qui diffèrent de l'expression littérale des revendications, ou s'ils comportent des éléments structurels ayant des différences négligeables de l'expression littérale des revendications.
Claims (5)
- Revendications Dispositif de surveillance d'état (120) pour la surveillance et l'évaluation de l'état d'une machine électrique (110), ledit dispositif de surveillance d'état (120) comprenant : a. un corps de boîtier apte à être fixé sur le corps d'une machine électrique (110) ; b. une pluralité de capteurs logée dans le corps de boîtier, ladite pluralité de capteurs comprenant : i. au moins une unité de mesure de champ magnétique (330) destinée à mesurer une première valeur de la force du champ magnétique le long d'un premier axe sensiblement parallèle à l'axe du rotor de la machine électrique et une seconde valeur de la force du champ magnétique le long d'un second axe, oû le second axe forme un angle avec le premier axe ; ii. au moins un capteur de vibrations (340) destiné à mesurer au moins l'une d'une première valeur des vibrations le long du premier axe et d'une seconde valeur des vibrations le long du second axe. iii. un capteur de température (360) destiné à mesurer la température d'une zone à proximité de la machine électrique ; et iv. un capteur acoustique (350), destiné â mesurer le bruit de la machine électrique (110) ; c. un ou plusieurs processeurs (320) configurés pour recevoir des mesures venant de la pluralité de capteurs, et à déterminer l'état de la machine électrique (110) sur la base des mesures reçues ; d. une interface de réseau (370) configurée pour la communication avec un serveur distant 130 ; et e. Un module de mémoire couplé de façon opérationnelle au processeur ou aux processeurs.
- 2. Dispositif de surveillance d'état (120) selon la revendication 1, dans lequel le corps de boîtier comprend également une tige apte à s'insérer entre deux nervures de la machine électrique (110) pour monter le corps de boîtier sur la machine électrique (110) par emmanchement à force.
- 3. Dispositif de surveillance d'état (120) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le corps de boîtier est apte â être fixé sur un adaptateur attaché au corps de la machine électrique.
- 4. Dispositif de surveillance d'état (120) selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, dans lequel le dispositif de surveillance d'état (120) comprend une source d'énergie (310), logée dans le corps de boîtier, destinée à alimenter la pluralité de capteurs, le ou les processeurs (320) et l'interface réseau (370).
- 5. Dispositif de surveillance d'état (120) selon l'une des revendications 1, 2, 3 ou 4, comprenant également un module de récupération d'énergie destiné à récupérer de l'énergie d'au moins un champ de fuite magnétique de la machine électrique (110) et du flux de chaleur de la machine électrique (110).
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