WO2013004940A1 - Module for monitoring at least one physical quantity characteristic of the state of a member for guiding by contact, which is powered by a thermoelectric generator - Google Patents

Module for monitoring at least one physical quantity characteristic of the state of a member for guiding by contact, which is powered by a thermoelectric generator Download PDF

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WO2013004940A1
WO2013004940A1 PCT/FR2012/051432 FR2012051432W WO2013004940A1 WO 2013004940 A1 WO2013004940 A1 WO 2013004940A1 FR 2012051432 W FR2012051432 W FR 2012051432W WO 2013004940 A1 WO2013004940 A1 WO 2013004940A1
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WO
WIPO (PCT)
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bearing
monitoring module
box
thermoelectric converter
housing
Prior art date
Application number
PCT/FR2012/051432
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French (fr)
Inventor
Jean-Charles CHAILLOUT
Pascal Desbiolles
Sébastien Guillaume
Original Assignee
Ntn-Snr Roulements
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Filing date
Publication date
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D11/00Component parts of measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
    • G01D11/24Housings ; Casings for instruments
    • G01D11/245Housings for sensors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00Testing of machine parts
    • G01M13/04Bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/52Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C41/00Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
    • F16C41/004Electro-dynamic machines, e.g. motors, generators, actuators

Definitions

  • the invention relates to an autonomous module for monitoring a physical quantity, including a physical quantity characteristic of the state of a contact guide member.
  • contact guide member in the context of the present application means any sliding or rolling guide member for linear or rotary guidance.
  • smooth or rolling bearing bearings and in particular the bearings housed in bearing boxes, are particularly concerned.
  • Linear guidance devices are also targeted, in particular of the type comprising a plate running on a linear track by sliding a plate equipped with rollers rolling on a linear track. Also covered are linear bearings, linear bearings and ball screw nuts.
  • thermoelectric converter and its associated radiator are embedded on the rotating member, the rotation of the member ensuring a cooling air flow of the radiator.
  • thermoelectric converter and its radiator are fixed, the device further comprising a fan associated with the rotating member to generate a forced air stream at the radiator. This device is however not suitable for monitoring a bearing housed in a bearing box, such as an axle box or a gearbox, within which no thermal gradient is observed. sufficient.
  • DE 10 2007 017 461 describes an autonomous power supply module for an electrical circuit, including a thermoelectric generator taking advantage of a heat flux available in the environment of the electric circuit to generate by Seebeck effect. a voltage.
  • the module is further provided with a voltage stabilization circuit at the output of the thermoelectric generator. No provision is made to integrate this module into a housing allowing in situ use. The module is therefore not usable in a severe environment.
  • DE 10 2007 056 150 describes an autonomous module for measuring a physical quantity present in a medium delimited by a wall having a hole, comprising a sensor for measuring the physical quantity in question, a thermoelectric converter for supplying the sensor, a radiator connected to the thermoelectric converter and a screw intended to penetrate into the hole of the wall so as to allow the measurement of the physical quantity by the sensor, the screw constituting a thermal conductor between the middle and outside via the thermoelectric converter and the radiator. It is also envisaged means of wireless transmission measures. This experimental device proves however little exploitable in a severe industrial environment.
  • the invention aims to remedy all or part of the disadvantages of the state of the art identified above, and in particular to provide means for monitoring a guide member by contact and in particular a bearing housed in a bearing housing or a linear guide device, minimum energy cost, and preferably without external wire connection, and without significantly modifying the bearing housing or the linear guide device.
  • a bearing housing comprising a bearing box body defining a cavity for housing a bearing for guiding a rotating member, in particular an axle stub axle. , a bearing box cover closing the cavity, and an acoustic emission sensor attached to the outside of the bearing box and having an acoustic coupling face mechanically coupled to an outer face of a wall of the bearing box in such a way that the acoustic emission sensor is able to detect the transient elastic waves resulting from internal local micro-displacements of the bearing and propagating to the wall.
  • the positioning of the sensor on an outer wall of the axle box allows to consider a non-intrusive mounting on existing models of bearing boxes, which avoids a requalification of the bearing box.
  • the qualification of a bearing box particularly in the fields where the safety of the installations is essential, for example for railway or nuclear power applications, requires long and extensive tests on the load bench.
  • the positioning of the sensor also makes it possible to envisage a rise in renovation, on pre-existing bearing boxes. It is the experience that has revealed that against all odds an acoustic emission sensor is able to give a signal representative of the state of the bearing, even if it is disposed at a distance from it on a face of the bearing housing opposite to the cavity where the bearing is housed.
  • This type of sensor has a low power consumption, and is particularly suitable for the instrumentation of a bearing box without wired electrical connection with the outside.
  • the signal processing from such a sensor can also be simple, thus low energy consumption.
  • the fixed element of the bearing which is secured to the axle box and will be called in the following generically fixed ring, is not solicited uniformly around the rotation axis of the bearing, but instead the bulk of the load is on a restricted angular sector around the axis of rotation of the bearing, for example on a sector of less than 180 ° and in practice less than 120 °.
  • this observation is made for applications in which the axis of rotation of the bearing is horizontal or more generally inclined with the vertical axis determining the direction of gravity. This will be the case for example for an axle box, the angular sector then being generally open upwards and corresponding to the part of the outer ring of the bearing bearing the bulk of the vehicle weight.
  • the angular sector can then be turned down and correspond to the zone carrying the bulk of the weight of the rotating crew consisting of the primary shaft and the propeller of the wind turbine.
  • the acoustic coupling wall is located in the same angular sector as the charging zone, if possible in close proximity to the portion of the fixed ring corresponding to the charging zone.
  • the acoustic emission sensor comprises a piezoelectric transducer, particularly suitable for minimizing the power consumption, both by the sensor itself and in the subsequent processing of the signal. Indeed, such a sensor has an excellent signal-to-noise ratio, which allows a lower amplification of the signal.
  • the acoustic emission sensor may be integrated with a monitoring module comprising an electrical circuit for processing an acoustic emission signal emitted by the acoustic emission sensor to compare the acoustic emission signal with a signature. Bearing characteristic and issue a bearing diagnostic signal.
  • the module may advantageously comprise a sealed protective casing of the acoustic emission sensor and the electrical circuit, comprising at least one mechanical interface for fixing to the bearing box.
  • This monitoring module may further comprise a temperature sensor and / or a bearing rotational speed sensor (s) connected to the electrical processing circuit, the diagnostic signal of the bearing being a function of the temperature and / or the measured speed (s).
  • the characteristic signature of the bearing may depend on the temperature measured by the temperature sensor and / or the speed measured by the speed sensor.
  • the monitoring module may further comprise a power supply circuit connected to the processing circuit and the transmission circuit.
  • the monitoring module can also comprise: a thermoelectric converter integrated in the electrical supply circuit, a channeling sole of a thermal flow transiting the inside the bearing box to the thermoelectric converter, a cooling radiator positioned so as to protrude outside the bearing box to evacuate a thermally conductive thermal flux from the thermoelectric converter to the outside, at least one thermal insulation seal to isolate the soleplate on the outside. cooling radiator.
  • the soleplate will preferably be in contact with a thermal coupling wall of the bearing box.
  • the acoustic emission sensor can be directly coupled to the soleplate, which in this case has a dual function of mechanical interface coupling between the acoustic emission sensor and the wall of the bearing box, and heat conduction .
  • the instrumentation housing serves to accommodate both the acoustic emission sensor, the processing circuit, the thermoelectric converter, and possibly at least a portion of the transmission circuit.
  • This instrumentation box can at least partially be constituted by the radiator, the sole and the heat seal.
  • thermometric sensor it may advantageously be disposed on the sole. If necessary, it can be provided that the bearing box is provided with a passage so that the sole penetrates inside the housing cavity of the bearing.
  • the instrumentation housing may further comprise a body forming with the sole and the cooling radiator one or more hermetically sealed cavities housing the thermoelectric converter and the acoustic emission sensor.
  • the acoustic emission sensor is coupled to the body of the instrumentation box, which has the acoustic coupling face with the wall of the bearing box, for transmitting to the acoustic emission sensor the waves transient elastics resulting from internal local microdetrations of the bearing.
  • the sole has on its side a wall thermal interface with the bearing box, intended to come into contact with a hot outer face of the cover or the body of the bearing box. This thermal interface wall is preferably perpendicular to the acoustic coupling face of the body of the housing. This arrangement makes it possible to ensure good contact on the one hand between the sole plate and the bearing box for transmitting heat to the thermoelectric converter, and on the other hand between the wall of the bearing box and the acoustic coupling face.
  • the bearing box cover may advantageously comprise an open housing on the outside in which is housed at least a portion of the housing, the housing having at least two perpendicular faces constituted by the outer face of the thermal coupling wall. and the outer face of the acoustic coupling wall.
  • the heat insulation seal is preferably disposed between the body and the cooling radiator or between the body and the sole.
  • the body may itself be made of thermally insulating material, so as to form all or part of the insulation seal.
  • insulating material is meant here a material so the thermal conductivity is at least five times lower, and preferably at least ten times lower than the thermal conductivity of the materials of the sole and the radiator.
  • the material constituting the body of the instrumentation housing may be a stainless steel, having a thermal conductivity of the order of 26 Wm K, the soleplate being made of copper with a conductivity of the order of 390 Wm. K 4 and an aluminum radiator, having a thermal conductivity of the order of 230 Wm ⁇ 4 .
  • the soleplate an oxidizable material under the intended conditions of use, for example copper, it will be advantageous for the soleplate to be completely protected from the ambient air or more generally from the external environment. It is thus expected that the body of the instrumentation casing envelops the soleplate on all sides other than that in contact with the wall of the bearing box constituting the hot source, for example the coupling wall. In addition, you can provide a seal, if possible thermal insulation, disposed between the body of the instrumentation housing and the bearing box, to protect the sole of the hostile external environment.
  • the body of the instrumentation box is then preferably stainless, or at least stainless in depth, under the expected ambient operating conditions, especially in air between -40 and + 150 ° C.
  • the module may further comprise at least one adapting cushion of deformable thermal conductor material disposed between the cooling radiator and the thermoelectric converter or between the thermoelectric converter and the sole, or two cushions on both sides. thermoelectric converter, so that the thermoelectric converter, sandwiched between the radiator and the sole, is pinched with a controlled contact pressure, despite any dimensional tolerances manufacturing or assembly parts.
  • cushion a material preferably having a very low thermal contact impedance.
  • the sole, the possible cushion between sole and thermoelectric converter, the thermoelectric converter itself, the possible cushion between thermoelectric converter and radiator and the radiator are thermally arranged in series between the hot source constituted by the wall of the bearing box and the cold source constituted by the ambient air, and considering that each of these elements has a thermal impedance, it will be preferred for the adaptation pad or cushions materials whose thermal impedance is lower than that radiator, and preferably lower than that of the sole.
  • a flexible elastomer sheet loaded with metal particles may be chosen for an adaptation cushion. It will also be possible to choose a thermo-conductive grease loaded with metal particles.
  • a cushion capable of deforming elastically and / or plastically compressive to absorb a stroke greater than the maximum positioning tolerance between the radiator and the sole and the relative movements induced by the differential expansion of the materials in case thermal fluctuations.
  • Good results were obtained with a glass fiber filled 0.5 mm to 5 mm polymer sheet having a Young's modulus of 60 to 180 kPa and a Shore 00 hardness of 35 measured according to ASTM standard. D2240-02.
  • the monitoring module further comprises a radio transmission antenna and an electrical transmission circuit connected to the antenna.
  • This antenna can be housed in a cavity of the cooling radiator closed by a cover made of materials transparent to electromagnetic waves at least in a frequency range corresponding to a maximum gain of the antenna.
  • the antenna is protected, especially if the module is in a hostile environment such as a railway vehicle bogie.
  • it relates to a method of monitoring the state of wear of a bearing disposed in a bearing box comprising a box body in which the bearing is housed. and a can lid enclosing the can body, wherein an acoustic emission sensor is coupled to an outer wall of the can to measure transient elastic waves resulting from internal local micro-displacements of the bearing and propagating to the outer wall.
  • it aims to provide an autonomous monitoring module using exclusively the energy available in the direct environment of a rotary or linear guide member by contact such as a bearing rolling bearing or a sliding bearing, a linear guide device by rollers or by ball or roller pads, for monitoring the state of the guide member.
  • a module for monitoring at least one physical quantity characteristic of the state of a contact guiding member comprising: at least one state sensor for providing an electrical signal for measuring the physical quantity, an electrical circuit comprising: a polling circuit of the state sensor connected to the state sensor, a power supply circuit of the monitoring device, a thermoelectric converter integrated into the electrical supply circuit, a channel insulator, a thermal flow transiting from the guide member to the thermoelectric converter; - a cooling radiator for discharging a thermal flux passing through the thermal conduction of the thermoelectric converter outside, at least one thermal insulation seal to isolate the cooling radiator from the soleplate.
  • thermoelectric converter which has a cold source thanks to the radiator. cooling.
  • the module comprises an instrumentation housing for housing the electrical circuit at least partially constituted by the radiator, the soleplate and the heat seal, the instrumentation housing comprising at least one mechanical interface for fixing to a connected support. to the guide member.
  • This support may for example be a bearing box, for example an axle box, a gearbox, a crankcase or a wind turbine bearing box.
  • the support may also be constituted by a movable plate of a linear guide system, this plate being provided with rollers or a ball circulation circuit rolling on a fixed guide track.
  • the sole may be provided to come into direct contact with an outer wall of this box, or to get inside the box.
  • the first solution will be preferred in all situations where the bearing box pre-exists and is retrofitted with the module.
  • the instrumentation housing further comprises a body interposed between the soleplate and the radiator and forming with the soleplate and the radiator a housing cavity of the thermoelectric converter.
  • the heat insulation seal (s) can then be placed between the body and the cooling radiator and / or between the body and the soleplate.
  • the material constituting the body may be a thermal insulator, so that the body itself constitutes the thermal insulation seal or a part thereof.
  • insulating material is meant here, as indicated above, a material so the thermal conductivity is at least five times lower, and preferably at least ten times less than the thermal conductivity of the constituent materials of the soleplate and the radiator.
  • the soleplate an oxidizable material under the intended conditions of use, for example copper, it will be advantageous for the soleplate to be completely protected from the ambient air or, more generally, from the external medium. It is thus expected that the body of the instrumentation box of the monitoring module envelops the soleplate on all sides other than that in contact with the wall of the bearing box constituting the hot source, for example the coupling wall. In addition, there may be provided a seal, if possible thermal insulation, disposed between the body of the instrumentation box and the bearing box and surrounding the sole, to protect the sole of the hostile external environment.
  • thermoelectric converter is sandwiched between the soleplate and the radiator.
  • the latter may advantageously be provided with at least one adapter pad made of deformable thermal conductor material, arranged between the cooling radiator and the thermoelectric converter and / or between the thermoelectric converter and the soleplate.
  • the electric circuit further comprises a radio transmission antenna connected to an electrical transmission circuit.
  • the antenna can in particular be housed in a cavity of the cooling radiator closed by a cover of material transparent to electromagnetic waves at least in a frequency range corresponding to a maximum gain of the antenna.
  • the electrical circuit may comprise a power saving circuit connected to a displacement sensor of the guide member and able to put the interrogation circuit out of standby when a signal of the rotation sensor of the bearing exceeds a predetermined threshold for a given time.
  • This displacement or motion sensor can measure a speed of displacement of the guide member or any other physical quantity representative of the movement of the guide member, for example a vibration measured by a accelerometer, an acoustic emission measured by a high-frequency piezoelectric sensor, a temperature.
  • the electrical energy of the signal emitted by the rotation sensor will be used to supply power to the energy saving circuit and to cause the power supply circuit to be awakened.
  • the thermoelectric converter has a hot face facing the sole and a cold face opposite the hot face and facing the cooling radiator.
  • the thermal transfer between the soleplate and the radiator is thus ensured by conduction through the thermoelectric converter.
  • they can be arranged thermally in series or in parallel with each other, between the sole and the radiator.
  • the cooling radiator is preferably made of a metallic material, for example an aluminum alloy.
  • the soleplate is also preferably made of a metallic material, for example a copper alloy.
  • the body can be made of stainless steel.
  • the power supply circuit comprises an electrochemical accumulator, recharged by the thermoelectric converter.
  • the electrochemical accumulator is preferably placed in abutment on the cooling radiator or on a matching cushion of flexible material and good thermal conductor, the objective here being to cool as much as possible the electrochemical accumulator, the performance of which can be alter in case of too high temperature.
  • the physical quantity (s) includes at least the acoustic emission of the bearing, the temperature of the bearing or the vibration of the bearing.
  • the temperature is used in combination with one of the other two quantities to determine the state of the bearing.
  • a bearing box comprising: a box body defining a cavity for housing a bearing for guiding a rotating member, and a box lid closing the cavity, a monitoring module as described above, for monitoring at least one physical parameter characteristic of the state of the bearing, the sole of the monitoring module being in contact and bearing against a wall of the box body or the box lid, or through an opening of such a wall.
  • the bearing box is an axle box housing an axle stub, the cooling radiator having flat fins parallel to a horizontal axis perpendicular to the axis of rotation of the bearing.
  • the bearing box is a wind turbine bearing housing housing a wind turbine propeller axis, the cooling radiator preferably comprising flat fins arranged parallel to the direction of the air flow. .
  • the bearing may in particular be a rolling bearing or a plain bearing.
  • the box body or the box cover has a cavity open towards the outside of the box and constituting a housing for the monitoring module, the radiator protruding out of the cavity to the outside.
  • this cavity has a side wall perpendicular to an axis of rotation of the bearing and constituting the thermal coupling wall.
  • This coupling wall is preferably in the load zone of the bearing, which also corresponds to the maximum heat dissipation zone.
  • a power supply method of a monitoring module of at least one physical parameter characteristic of the state of a bearing housed in a box bearing according to which: transferring heat by thermal conduction from the inside of the bearing box to a hot face of a thermoelectric converter located outside the bearing box; transferring heat by thermal conduction from a cold side of the thermoelectric converter to a heat sink radiator thermally insulated from the bearing box and located in a forced ambient air flow; an electrochemical accumulator is charged with the thermoelectric converter, - an interrogation circuit of a sensor for measuring the physical quantity is supplied with the thermoelectric converter and / or the electrochemical accumulator.
  • thermoelectric converter may be interposed between the thermoelectric converter and the accumulator.
  • a transmission circuit connected to a radio-electric antenna is supplied with the thermoelectric converter and / or the electrochemical accumulator.
  • a monitoring module of at least one physical parameter characteristic of the state of a contact guiding member comprising: at least one state sensor to provide a electrical signal for measuring the physical quantity, an electric circuit comprising: a polling circuit of the state sensor connected to the state sensor, a power supply circuit of the monitoring device, and - a power saving circuit connected to a displacement sensor of the guide member by contact and able to put the interrogation circuit out of standby when a physical quantity characteristic of the movement of the contact guiding member measured by the displacement sensor of the contact guiding member is greater than a predetermined threshold during a predetermined time.
  • the energy saving circuit makes it possible to define an optimal power supply strategy for the interrogation circuit of the state sensor, minimizing the energy required by the module, which makes it possible, if necessary, to make the module autonomous, in the sense that it does not require external power supply.
  • the monitoring module is particularly suitable for monitoring a bearing.
  • the physical quantity characteristic of the rotation of the bearing can be the rotational speed of the bearing conventionally measured by a speed sensor, the temperature in the bearing box or on an outer wall of the bearing box, measured by a sensor of temperature, a vibration of the bearing housing or the bearing, measured by a sensitive accelerometric sensor, in particular in a frequency range of less than 20 kHz and preferably less than 100 Hz or acoustic emission.
  • the physical quantity characteristic of the linear movement may be the speed of a plate of the linear guiding system, measured in a conventional manner by a speed sensor, the temperature of the plate or of a guide rail on which the plate moves, measured by a temperature sensor, a vibration of the plate, measured by a sensitive accelerometric sensor, especially in a frequency range of less than 20 kHz and preferably less than 100 Hz or an acoustic emission.
  • a speed sensor the temperature of the plate or of a guide rail on which the plate moves
  • a temperature sensor measured by a temperature sensor
  • a vibration of the plate measured by a sensitive accelerometric sensor, especially in a frequency range of less than 20 kHz and preferably less than 100 Hz or an acoustic emission.
  • the standby of the circuit can take place automatically at the end of a measurement cycle, or when the physical quantity characteristic of the state of the guiding member measured by the state sensor passes below a predetermined threshold, or even when the characteristic magnitude of the movement of the guide member, measured by the movement sensor of the guide member, passes below a predetermined threshold for a predetermined time.
  • the power supply circuit comprises an electrochemical accumulator.
  • the power supply circuit may comprise at least one transducer adapted to convert into electrical energy a kinetic energy and / or thermal emitted by the guide member.
  • the transducer or transducers may in particular include a thermoelectric converter as described above in connection with other aspects of the invention, and for example a thermoelectric converter having a hot face connected by thermal conduction to a base of the module in contact with a wall of the guide member or through a wall of a housing of the guide member and a cold face connected by thermal conduction to a cooling radiator, preferably positioned in a flow of air.
  • the contact guiding member is a bearing housed in a bearing housing.
  • the at least one transducer includes at least one thermoelectric converter having, on the one hand, a hot face thermally conductive to a sole of the monitoring module in contact with a wall of the bearing box or through a wall of the bearing and diving box. inside the bearing box and on the other hand a cold face connected by thermal conduction to a cooling radiator.
  • the movement sensor of the guide member is connected to the supply circuit in such a way that when the guiding rotates, the movement sensor of the guide member generates a signal that supplies power to the supply circuit.
  • This provides a source of energy that can be used as a main or auxiliary source, for example in addition to a thermoelectric converter. This will be possible in particular with a polarized passive electromagnetic velocity sensor of the coil and phonic wheel or magnetic encoder type.
  • the monitoring module may further comprise a radio transmission antenna and a transmission circuit connected to the antenna. Still in a concern for energy control, it can be provided that the transmission circuit is able to be fed by the antenna when it is placed in an electromagnetic field of a remote transceiver device. In such a configuration, the transmission circuit can limit its use of the power supply circuit during the transmission phases, which is particularly advantageous, especially if the transmission phases take place at a standstill, for example in a maintenance phase, where the landing does not emit heat and does not turn.
  • the state sensor is an acoustic emission sensor able to detect the transient elastic waves. resulting from local micro-displacements internal to the guide member. Indeed, such a sensor is low energy consumption and does not require sophisticated signal processing, themselves energy consumers.
  • Other state sensors may however be envisaged, for example a temperature sensor or an accelerometric sensor.
  • a bearing box in particular an axle box, comprising: a bearing box body defining a cavity for housing a bearing for guiding an organ rotating, in particular an axle journal, and a bearing box cover closing the cavity, a monitoring module as described above, for monitoring at least one physical parameter characteristic of the state of the bearing.
  • the state sensor is preferably disposed outside the bearing box, preferably in a dedicated housing fixed to the bearing box.
  • the rotation sensor of the bearing can be arranged outside the bearing box (for example if it is a thermometric or accelerometric sensor). It can also penetrate inside the cavity through an opening in a wall of the bearing box body or the bearing box cover.
  • a bearing box cover in particular an axle box, comprising: means for fixing to a body of the bearing box, and a module for monitoring as described above, for monitoring at least one physical parameter characteristic of the state of the bearing, the sole of the monitoring module being in contact and bearing against a thermal and / or acoustic coupling wall of the box lid bearing, or through an opening in a wall of the bearing box cover.
  • an electrochemical accumulator is charged with at least one thermoelectric generator, an interrogation circuit of a state sensor is supplied to measure the physical quantity when the rotational speed of the bearing is greater than a first predetermined threshold; stopping supplying at least the interrogation circuit when the rotational speed of the bearing is less than a second predetermined threshold for a given time.
  • this energy saving measure allows greater autonomy of the monitoring module.
  • FIG. 1 a block diagram of a monitoring module according to a mode of embodiment of the invention
  • - Figure 2 a sectional view of a monitoring module according to one embodiment of the invention
  • Figure 3 a sectional view of the monitoring module of Figure 2 along a sectional plane parallel to that of Figure 2
  • Figure 4 is an exploded view of the monitoring module of Figure 2
  • - Figure 5 a sectional view of a bearing box, here an axle box, incorporating the monitoring module of Figure 2
  • Figure 6 is a sectional view of a module according to an alternative embodiment.
  • FIG. 1 is schematically illustrated a monitoring module 10 of a rotary bearing, consisting of several technological bricks, namely a brick 12 of energy recovery from the environment, a brick management and storage of this energy 14, a measurement brick 16 composed of one or more sensors for measuring one or more physical quantities characteristic of the state of the bearing, a signal processing brick 18 and a transmission brick 20 a diagnosis of the state of the bearing.
  • a monitoring module 10 of a rotary bearing consisting of several technological bricks, namely a brick 12 of energy recovery from the environment, a brick management and storage of this energy 14, a measurement brick 16 composed of one or more sensors for measuring one or more physical quantities characteristic of the state of the bearing, a signal processing brick 18 and a transmission brick 20 a diagnosis of the state of the bearing.
  • the bearing in question is a rolling bearing housed in a railway axle box, but this particular application is not necessarily of a limiting nature.
  • the energy recovery can take advantage of different energy sources present in the direct environment of the sensor, including the rotation of the shaft guided by the bearing or the temperature in the direct vicinity of the bearing.
  • Other available sources of energy such as the deformation of one of the bearing rings or solar energy, would in theory be conceivable.
  • the chosen choice must take into account the chosen mechanical integration and the system integrating the bearing to be instrumented.
  • the energy recovery brick implements at least one, and here in this case two thermoelectric converters 22, 24 placed in parallel in a stream
  • these thermoelectric converters 22, 24 each comprise, in known manner, a hot face and a cold face, which should be placed in a heat flow to obtain the desired thermoelectric effect.
  • these thermoelectric converters must also be mechanically protected from their potentially hostile environment, they are inserted into an instrumentation box 26 allowing this heat flow.
  • the housing comprises a metal soleplate 28, for example made of copper or a copper-based alloy, having a lateral external thermal coupling face 30 exposed to a heat source and an inner face 32 in contact and in abutment with a piece of metal.
  • adaptation 34 also copper, this part being directly in contact with the hot face of the thermoelectric converter.
  • the adapter piece 34 is fixed to the soleplate 28 by screws 35.
  • the housing also comprises a finned cooling radiator 36 of aluminum alloy, intended to be placed in a cold air flow, or at least relatively cold compared to the hot source.
  • a thermal path is made between the cold face of the thermoelectric converters 22, 24 and the cooling radiator 36 via a copper adapter piece 38 and an adaptation cushion 40.
  • the radiator 36 and the sole 28 do not come into direct contact with each other, but are instead separated by a body 41 of the housing, forming with the sole 28 and the radiator 36 a housing cavity 42 thermoelectric converters 22, 24, closed on one side by the radiator 36 and on the other by the soleplate 28.
  • the body 41 is made of a thermally insulating material and constitutes a heat seal insulating the radiator of the sole. It may also be a thermally conductive material, in which case a specific heat seal must be provided between the body 41 and the radiator 36, and / or between the body 41 and the soleplate 28.
  • the sole 28 is fixed to the body 41 preferably by fixing screws 47, visible in Figure 4.
  • the radiator 36 is preferably mounted on the body with the fixing screws 48.
  • a stainless steel body the sole being made of copper and the aluminum radiator. Seals 43, 44 are provided on the one hand between the sole 28 and the body 41, and on the other hand between the body 41 and the radiator 36.
  • a rigid plate of thermally insulating material 46 is also provided between the body and the radiator to form a heat seal.
  • the stainless steel body 41 envelops and completely covers the sole 28 on all sides other than the thermal coupling face.
  • thermoelectric converters are sandwiched between the adaptation parts 34, 38 and, ultimately, between the sole plate 28 and the radiator 36.
  • adaptation 40 disposed between the radiator 36 and the adaptation piece 38 is deformable and allows to perfectly control the contact pressure at the interfaces between the thermoelectric converter and the adaptation parts.
  • this adaptation cushion 40 is disposed between the radiator and the adapter 38 on the cold face side of the thermoelectric converters 22, 24 and the radiator 36, but could alternatively be positioned, following a variant, between the adapter 34 on the hot face side of the thermoelectric converters and the sole 28.
  • thermoelectric converters 22, 24 It is also possible to provide two adapter cushions on either side of the thermoelectric converters 22, 24, to protect both the face
  • the cushions are of deformable, good thermal conductor material, and have surface properties adapted to the parts between which they interpose, in order to maximize the contact surface and to minimize the thermal resistance of the thermocouple. contact at each interface.
  • the instrumentation box 26 accommodates not only the thermoelectric converters 22, 24, but also an electrical circuit of the monitoring module 10, embodied by one or more printed circuit boards 50 fixed to the body by screws 51 and incorporating the energy management and storage 14, measurement 16, signal processing 18 and transmission 20 management and storage bricks.
  • the electrical circuit comprises in particular a power supply management circuit, connected firstly to the thermoelectric converters 22, 24 and secondly to an electrochemical accumulator 52.
  • the electrochemical accumulator 52 can advantageously be thermally insulated. of the soleplate and thermally connected to the radiator, to ensure that the accumulator operates in a sufficiently low temperature range.
  • the power supply management circuit can advantageously include a circuit for determining the state of charge of the electrochemical accumulator.
  • the electrical circuit further comprises a polling circuit of the state of the bearing, connected to one or more sensors of physical quantities characteristic of the state of the bearing, in this case an acoustic emission sensor 54, a temperature sensor and, where appropriate, a speed sensor 58, or even other sensors, such as those envisaged in the document FR 2 944 875, the description of which is here incorporated by reference.
  • a polling circuit of the state of the bearing connected to one or more sensors of physical quantities characteristic of the state of the bearing, in this case an acoustic emission sensor 54, a temperature sensor and, where appropriate, a speed sensor 58, or even other sensors, such as those envisaged in the document FR 2 944 875, the description of which is here incorporated by reference.
  • the acoustic emission results from an energy release in the form of transient elastic waves in a material having irreversible degradation.
  • the acoustic emission of a plain bearing or rolling bearing part during the rotation makes it possible to determine the degradations such as cracks or spalling at the workpiece or, in the case of a plain bearing, state of lubrication or possible tearing of material. It is possible to determine, by experience, specific signatures of these impairments.
  • the acoustic emission sensor 54 is constituted by a piezoelectric transducer having a coupling face to the part to be monitored, and sensitive to vibrations in the ultrasonic field, and particularly in a vibratory range beyond 20 kHz.
  • This acoustic emission sensor 54 is disposed in the instrumentation box 26 of the monitoring module 10 and mechanically coupled directly to the sole plate 28 or to the body 41 of the instrumentation box.
  • the acoustic emission sensor 54 is more specifically fixed and coupled to the body 41 of the housing, plated on a thin wall 60 intended to come into direct contact with a wall of the box. bearing.
  • An electromagnetic shielding cover 62 is provided to isolate the acoustic emission sensor 54 from possible disturbances.
  • the thermometric sensor is positioned in contact with the hot face of the sole, directly near the hot face of the thermoelectric converter.
  • the interrogation circuit interrogates the thermometric sensor and the acoustic emission sensor 54, and transmits the data to a signal processing circuit. It is deliberately unsophisticated given the balance sheet system energy. Indeed, a simplification of this treatment is preferred to allow a higher measurement frequency.
  • the processing circuit also includes storing the data. Depending on the level of acoustic emission measured, the operating state of the bearing is represented by an indicator that can take three states:
  • the electrical circuit comprises a low-power radiofrequency transmission circuit connected to a transmission antenna 64.
  • the antenna 64 is housed in a cavity 66 formed in the radiator. This cavity is turned towards the outside and closed by a protective cover 68 made of material transparent to electromagnetic waves. Because of the metal mass constituted by the radiator 36, the design of the antenna 64 is specific and takes into account the electromagnetic characteristics of the material.
  • a conductive metal plate 70 is interposed between the antenna and the radiator to form a ground plane for increasing the performance of the antenna.
  • the monitoring module 10 can equip a bearing box, for example a rail vehicle axle box 72 as illustrated in Figure 5, consisting of a box body 74 closed by a cover of box 76, delimiting a sealed cavity 78 housing a bearing 80 for guiding an axle stub 82.
  • the bearing 80 is a rolling bearing, consisting of of a fixed outer ring 84 with two paths of oblique bearing, two inner rings 86 with oblique raceways and rolling bodies 88, in this case conical rollers, held in cages 90.
  • the fixed outer ring 84 is integral with the body 74 of the axle box, while the inner rings 86 are fitted on the axle stub 82 and held in position by a rocket cap 92.
  • the monitoring module 10 is positioned in a recess 94 of the cover 76, the side wall 30 of thermal coupling of the soleplate being pressed against a side wall 96 directly in the load zone of the bearing 80 94 to maximize heat transfer through this wall 96 which constitutes a thermal coupling wall.
  • the body 41 of the instrumentation box 26 of the monitoring module 10 is fixed to the recess 94 of the cover by four screws 98 (FIG. 4), so as to achieve a good contact pressure between the body 41 of the instrumentation box and the cover 76 of the axle box 72 at the recess 94, which also constitutes an acoustic coupling wall.
  • a seal 100 is provided between the body 41 of the instrumentation box and the bearing box 72, surrounding the soleplate 28, to protect the soleplate 28.
  • the acoustic coupling wall of the recess 94 and the wall thermal coupling 96 are perpendicular to each other, so that the chains of dimensions can be respected on the one hand between the body 41 and the acoustic coupling wall 94 and on the other hand between the sole and the wall of thermal coupling 96, despite possible mounting tolerances between the body 41 and the sole 28.
  • the speed sensor 58 passes through the recess wall through an orifice, to penetrate inside the axle box 78, facing and at a distance from the air gap of an encoder 104 secured to the rotating crew. , for example rocket cap 92, or one of the rotating inner rings 86 of the bearing.
  • the encoder 104 in question is a so-called "top tower” type encoder, which makes it possible to detect one or two changes of state at each turn. This information is sufficient because the speed sensor 58 is mainly used to manage the energy of the electrical circuit so as to minimize the energy consumption and for the diagnosis of the state of the bearing, which does not require a very precise knowledge of the speed.
  • a speed threshold off standby corresponding for example in the railway application considered at a speed of about 80 km / hour for the railway vehicle in question
  • the electrical circuit remains in deep sleep, the power consumption is very low or zero.
  • the speed of the axle 82 exceeds a given threshold, the voltage across the speed sensor 58 causes the electrical circuit to come out of its standby state, so that a monitoring cycle can begin.
  • Figure 6 is shown a variant without speed sensor.
  • the monitoring module 10 is adaptable not only to axle boxes but also to other types of rolling bearing or plain bearings, particularly for wind turbines or industrial machines, in applications where the there is sufficient heating of the bearing and a significant temperature difference between the inside of the bearing box and the external environment.
  • the housing can be formed without body, the radiator then being attached to the sole, with the interposition of a heat seal.
  • the speed sensor 58 can be used as a source of auxiliary or main electrical power of the monitoring module 10. To do this, the speed sensor 58 must be associated with a multipole encoder ring having a large number of poles, for example 32 poles per revolution, for generating an alternating current for supplying the electric circuit and the accumulator 52.
  • the adaptation pieces 34, 38, or at least one of them, may be omitted.
  • the number of thermal converters and their thermally arranged in series and / or in parallel, and electrically in series and / or in parallel, can be determined differently for each application, depending in particular on the volume constraints, the differential thermal source available in hot source and cold source and / or the voltage range to be generated to be compatible with the electrochemical accumulator.
  • the transmission circuit can be purely passive, so that the antenna 64 also serves to capture the electromagnetic energy emitted by a reading antenna arranged at a distance, this energy serving the transmission circuit for transmitting information on the status of the monitored landing.
  • the above description is also transposed to a linear guide system.

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Abstract

The invention relates to a module (10) for monitoring at least one physical quantity characteristic of the state of a member for guiding by contact, in particular a bearing (80), the monitoring module (10) comprising: at least one state sensor (54, 58) for providing an electric signal for measuring the physical quantity, and an electric circuit (50) comprising a circuit for querying the state sensor, which is connected to the state sensor (54, 58); and a circuit for supplying power to the monitoring module (10). The module further comprises at least one thermoelectric converter (22, 24) built into the power supply circuit, a base plate (28) for channeling a heat flow, moving by means of thermal conduction, from the bearing (80) to the thermoelectric converter (22, 24), a cooling radiator (36) for discharging a heat flow, moving by means of thermal conduction, from the thermoelectric converter (22, 24) toward the outside, and at least one insulating heat seal (46) for insulating the cooling radiator (36) from the base plate (28).

Description

MODULE DE SURVEILLANCE D'AU MOINS UNE GRANDEUR PHYSIQUE CARACTERISTIQUE DE L'ETAT D'UN ORGANE DE GUIDAGE PAR CONTACT,  MONITORING MODULE OF AT LEAST ONE PHYSICAL SIZE CHARACTERISTIC OF THE STATE OF A CONTACT GUIDE MEMBER,
ALIMENTE PAR UN GENERATEUR THERMOELECTRIQUE  POWERED BY A THERMOELECTRIC GENERATOR
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
[0001] L'invention se rapporte à un module autonome de surveillance d'une grandeur physique, notamment d'une grandeur physique caractéristique de l'état d'un organe de guidage par contact. On entendra par organe de guidage par contact dans le cadre de la présente de demande tout organe de guidage par glissement ou roulement pour un guidage linéaire ou rotatif. Sont en particulier visés les paliers rotatifs lisses ou à roulements, et notamment les paliers logés dans des boîtes de palier. Sont également visés les dispositifs de guidage linéaire, notamment du type comportant un plateau circulant sur une piste linéaire par glissement un plateau équipé de galets roulant sur une piste linéaire. Sont également visés les paliers linéaires, roulements linéaires et écrous de vis à billes.  The invention relates to an autonomous module for monitoring a physical quantity, including a physical quantity characteristic of the state of a contact guide member. The term "contact guide member" in the context of the present application means any sliding or rolling guide member for linear or rotary guidance. In particular, the smooth or rolling bearing bearings, and in particular the bearings housed in bearing boxes, are particularly concerned. Linear guidance devices are also targeted, in particular of the type comprising a plate running on a linear track by sliding a plate equipped with rollers rolling on a linear track. Also covered are linear bearings, linear bearings and ball screw nuts.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE STATE OF THE PRIOR ART
[0002] Dans certaines applications, notamment en matière de transports publics, de production énergétique ou industrielle, les exigences de fiabilité et de disponibilité des installations sont particulièrement sévères. Ces exigences se traduisent par un besoin de surveillance des éléments d'usure de ces installations, et notamment des paliers de guidage d'organes tournants, tels que des paliers d'arbres d'alternateurs, ou d'essieux ferroviaires.  In some applications, particularly in the field of public transport, energy production or industrial, the requirements of reliability and availability of facilities are particularly severe. These requirements result in a need for monitoring the wear elements of these installations, and in particular bearings for guiding rotating members, such as bearings of alternator shafts, or railway axles.
[0003] Or ces paliers ont une durée de vie potentielle extrêmement longue avant qu'un défaut n'apparaisse, qui peut par exemple être de plusieurs milliards de tours pour un palier à roulement, mais peut se trouver réduite dans des conditions de fonctionnement sévères. Le dysfonctionnement d'un palier à roulement peut avoir diverses origines, notamment un grippage, une usure, des fissures, des ruptures de cages, la corrosion ou l'écaillage, qui est une altération des surfaces des chemins de roulement ou des corps roulants, due à la fatigue de la matière. [0004] Dans un tel contexte, la maintenance préventive systématique qui consiste à démonter les paliers à intervalles réguliers pour en vérifier l'état présente un coût élevé d'immobilisation et une efficacité toute relative puisque la très grande majorité des paliers ainsi vérifiés sont sans défauts. [0005] La surveillance en continu des paliers constitue donc un enjeu majeur pour la sûreté de fonctionnement des installations, notamment en terme de disponibilité et de fiabilité. But these bearings have an extremely long potential life before a defect appears, which can for example be several billion revolutions for a rolling bearing, but can be reduced under severe operating conditions. . The malfunction of a rolling bearing may have various origins, including galling, wear, cracks, cage breaks, corrosion or flaking, which is an alteration of the surfaces of the raceways or rolling bodies, due to the fatigue of the material. In such a context, systematic preventive maintenance which consists of dismounting the bearings at regular intervals to check their condition has a high cost of immobilization and a relative efficiency since the vast majority of the bearings thus verified are without defaults. The continuous monitoring of the bearings is therefore a major issue for the operational safety of the facilities, particularly in terms of availability and reliability.
[0006] Dans le document DE 10 20080 46202 est proposé un module autonome de surveillance de l'état d'un organe tournant, mettant à profit la production thermique de l'organe tournant pour alimenter le circuit électrique du module de surveillance via un convertisseur thermoélectrique. Suivant un mode de réalisation, le convertisseur thermoélectrique et son radiateur associé sont embarqués sur l'organe tournant, la rotation de l'organe assurant un flux d'air de refroidissement du radiateur. Suivant un deuxième mode de réalisation, le convertisseur thermoélectrique et son radiateur sont fixes, le dispositif comportant en outre un ventilateur associé à l'organe tournant pour générer un courant d'air forcé au niveau du radiateur. Ce dispositif n'est toutefois pas adapté à la surveillance d'un palier logé dans une boîte de palier, telle qu'une boîte d'essieu ou une boîte de transmission, à l'intérieur de laquelle on n'observe pas de gradient thermique suffisant. [0007] Dans le document DE 10 2007 017 461 est décrit un module autonome d'alimentation d'un circuit électrique, incluant un générateur thermoélectrique tirant profit d'un flux de chaleur disponible dans l'environnement du circuit électrique pour générer par effet Seebeck une tension électrique. Le module est en outre pourvu d'un circuit de stabilisation de la tension en sortie du générateur thermoélectrique. Aucune disposition n'est prise pour intégrer ce module dans un boîtier permettant une utilisation in situ. Le module n'est donc pas utilisable dans un environnement sévère. In the document DE 10 20080 46202 is proposed an autonomous module for monitoring the state of a rotating member, taking advantage of the thermal output of the rotating member to supply the electrical circuit of the monitoring module via a converter thermoelectric. According to one embodiment, the thermoelectric converter and its associated radiator are embedded on the rotating member, the rotation of the member ensuring a cooling air flow of the radiator. According to a second embodiment, the thermoelectric converter and its radiator are fixed, the device further comprising a fan associated with the rotating member to generate a forced air stream at the radiator. This device is however not suitable for monitoring a bearing housed in a bearing box, such as an axle box or a gearbox, within which no thermal gradient is observed. sufficient. DE 10 2007 017 461 describes an autonomous power supply module for an electrical circuit, including a thermoelectric generator taking advantage of a heat flux available in the environment of the electric circuit to generate by Seebeck effect. a voltage. The module is further provided with a voltage stabilization circuit at the output of the thermoelectric generator. No provision is made to integrate this module into a housing allowing in situ use. The module is therefore not usable in a severe environment.
[0008] Dans le document DE 10 2007 056 150 est décrit un module autonome de mesure d'une grandeur physique présente dans un milieu délimité par une paroi présentant un trou, comportant un capteur pour mesurer la grandeur physique en question, un convertisseur thermoélectrique pour alimenter le capteur, un radiateur lié au convertisseur thermoélectrique et une vis destinée à pénétrer dans le trou de la paroi de façon à permettre la mesure de la grandeur physique par le capteur, la vis constituant un conducteur thermique entre le milieu et l'extérieur via le convertisseur thermoélectrique et le radiateur. Il est par ailleurs envisagé des moyens de transmission sans fil des mesures. Ce dispositif expérimental s'avère toutefois peu exploitable dans un environnement industriel sévère. DE 10 2007 056 150 describes an autonomous module for measuring a physical quantity present in a medium delimited by a wall having a hole, comprising a sensor for measuring the physical quantity in question, a thermoelectric converter for supplying the sensor, a radiator connected to the thermoelectric converter and a screw intended to penetrate into the hole of the wall so as to allow the measurement of the physical quantity by the sensor, the screw constituting a thermal conductor between the middle and outside via the thermoelectric converter and the radiator. It is also envisaged means of wireless transmission measures. This experimental device proves however little exploitable in a severe industrial environment.
[0009] Un constat similaire peut être fait concernant la surveillance de l'état d'organes de guidage linéaire, et notamment des dispositifs de guidage par galets ou par patins à billes. A similar observation can be made concerning the monitoring of the state of linear guide members, and in particular guide devices by rollers or ball bearings.
EXPOSE DE L'INVENTION SUMMARY OF THE INVENTION
[0010] L'invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l'état de la technique identifiés ci-dessus, et notamment à proposer des moyens pour permettre une surveillance d'un organe de guidage par contact et notamment d'un palier logé dans une boîte de palier ou d'un dispositif de guidage linéaire, à coût énergétique minimal, et de préférence sans liaison filaire extérieure, et sans modifier notablement la boîte de palier ou le dispositif de guidage linéaire.  The invention aims to remedy all or part of the disadvantages of the state of the art identified above, and in particular to provide means for monitoring a guide member by contact and in particular a bearing housed in a bearing housing or a linear guide device, minimum energy cost, and preferably without external wire connection, and without significantly modifying the bearing housing or the linear guide device.
[0011] Selon un aspect de l'invention, celle-ci a trait à une boîte de palier comportant un corps de boîte de palier définissant une cavité pour loger un palier pour le guidage d'un organe tournant, notamment une fusée d'essieu, un couvercle de boîte de palier fermant la cavité, et un capteur d'émission acoustique fixé à l'extérieur de la boîte de palier et présentant une face de couplage acoustique couplée mécaniquement à une face extérieure d'une paroi de la boîte de palier de telle manière que le capteur d'émission acoustique est apte à détecter les ondes élastiques transitoires résultant de micro-déplacements locaux internes du palier et se propageant jusqu'à la paroi. According to one aspect of the invention, it relates to a bearing housing comprising a bearing box body defining a cavity for housing a bearing for guiding a rotating member, in particular an axle stub axle. , a bearing box cover closing the cavity, and an acoustic emission sensor attached to the outside of the bearing box and having an acoustic coupling face mechanically coupled to an outer face of a wall of the bearing box in such a way that the acoustic emission sensor is able to detect the transient elastic waves resulting from internal local micro-displacements of the bearing and propagating to the wall.
[0012] Le positionnement du capteur sur une paroi extérieure de la boîte d'essieu permet d'envisager un montage non intrusif sur des modèles de boîtes de palier préexistants, ce qui permet d'éviter une requalification de la boîte de palier. Pour mémoire, la qualification d'une boîte de palier, notamment dans les domaines techniques où la sûreté des installations est essentielle, comme par exemple pour les applications ferroviaires ou électronucléaires, nécessite de longs et nombreux essais sur banc en charge. Le positionnement du capteur permet en outre d'envisager une monte en rénovation, sur des boîtes de palier préexistantes. [0013] C'est l'expérience qui a révélé que contre toute attente un capteur d'émission acoustique est en mesure de donner un signal représentatif de l'état du palier, même s'il est disposé à distance de celui-ci sur une face de la boîte de palier opposée à la cavité ou est logé le palier. The positioning of the sensor on an outer wall of the axle box allows to consider a non-intrusive mounting on existing models of bearing boxes, which avoids a requalification of the bearing box. For the record, the qualification of a bearing box, particularly in the fields where the safety of the installations is essential, for example for railway or nuclear power applications, requires long and extensive tests on the load bench. The positioning of the sensor also makes it possible to envisage a rise in renovation, on pre-existing bearing boxes. It is the experience that has revealed that against all odds an acoustic emission sensor is able to give a signal representative of the state of the bearing, even if it is disposed at a distance from it on a face of the bearing housing opposite to the cavity where the bearing is housed.
[0014] Ce type de capteur a une faible consommation énergétique, et est donc particulièrement adapté à l'instrumentation d'une boîte de palier sans liaison électrique filaire avec l'extérieur. Le traitement du signal issu d'un tel capteur peut également être simple, donc faiblement consommateur d'énergie. This type of sensor has a low power consumption, and is particularly suitable for the instrumentation of a bearing box without wired electrical connection with the outside. The signal processing from such a sensor can also be simple, thus low energy consumption.
[0015] Dans de nombreuses applications, on constate que l'élément fixe du palier, qui est solidarisé à la boîte d'essieu et qu'on appellera dans la suite de manière générique bague fixe, n'est pas sollicité uniformément autour de l'axe de rotation du palier, mais qu'au contraire l'essentiel de la charge porte sur un secteur angulaire restreint autour de l'axe de rotation du palier, par exemple sur un secteur de moins de 180° et en pratique de moins de 120°. En général, ce constat est fait pour des applications dans lesquelles l'axe de rotation du palier est horizontal ou plus généralement incliné avec l'axe vertical déterminant la direction de la pesanteur. Ce sera le cas par exemple pour une boîte d'essieu, le secteur angulaire étant alors généralement ouvert vers le haut et correspondant à la partie de la bague extérieure du palier sur laquelle porte l'essentiel du poids du véhicule. Ce sera également le cas pour un palier primaire d'arbre d'éolienne, le secteur angulaire pouvant alors être tourné vers le bas et correspondre à la zone portant l'essentiel du poids de l'équipage tournant constitué par l'arbre primaire et l'hélice de l'éolienne. Dans de telles circonstances, on aura intérêt à prévoir que la paroi de couplage acoustique soit localisée dans le même secteur angulaire que la zone de charge, si possible à proximité immédiate de la partie de la bague fixe correspondant à la zone de charge. [0016] Selon une mode de réalisation préféré, le capteur d'émission acoustique comporte un transducteur piézoélectrique, particulièrement adapté pour une minimisation de la consommation électrique, tant par le capteur lui-même que dans le traitement ultérieur du signal. En effet, un tel capteur présente un excellent rapport signal sur bruit, qui autorise une moindre amplification du signal. In many applications, we see that the fixed element of the bearing, which is secured to the axle box and will be called in the following generically fixed ring, is not solicited uniformly around the rotation axis of the bearing, but instead the bulk of the load is on a restricted angular sector around the axis of rotation of the bearing, for example on a sector of less than 180 ° and in practice less than 120 °. In general, this observation is made for applications in which the axis of rotation of the bearing is horizontal or more generally inclined with the vertical axis determining the direction of gravity. This will be the case for example for an axle box, the angular sector then being generally open upwards and corresponding to the part of the outer ring of the bearing bearing the bulk of the vehicle weight. This will also be the case for a primary wind turbine shaft bearing, the angular sector can then be turned down and correspond to the zone carrying the bulk of the weight of the rotating crew consisting of the primary shaft and the propeller of the wind turbine. In such circumstances, it will be advantageous to provide that the acoustic coupling wall is located in the same angular sector as the charging zone, if possible in close proximity to the portion of the fixed ring corresponding to the charging zone. According to a preferred embodiment, the acoustic emission sensor comprises a piezoelectric transducer, particularly suitable for minimizing the power consumption, both by the sensor itself and in the subsequent processing of the signal. Indeed, such a sensor has an excellent signal-to-noise ratio, which allows a lower amplification of the signal.
[0017] Le capteur d'émission acoustique peut être intégré à un module de surveillance comportant un circuit électrique de traitement d'un signal d'émission acoustique émis par le capteur d'émission acoustique pour comparer le signal d'émission acoustique à une signature caractéristique du palier et émettre un signal de diagnostic du palier. The acoustic emission sensor may be integrated with a monitoring module comprising an electrical circuit for processing an acoustic emission signal emitted by the acoustic emission sensor to compare the acoustic emission signal with a signature. Bearing characteristic and issue a bearing diagnostic signal.
[0018] Le module peut avantageusement comporter un boîtier étanche de protection du capteur d'émission acoustique et du circuit électrique, comportant au moins une interface mécanique de fixation à la boîte de palier. The module may advantageously comprise a sealed protective casing of the acoustic emission sensor and the electrical circuit, comprising at least one mechanical interface for fixing to the bearing box.
[0019] Ce module de surveillance peut comporter en outre un capteur de température et/ou un capteur de vitesse de rotation du palier relié (s) au circuit électrique de traitement, le signal de diagnostic du palier étant fonction de la température et/ou de la vitesse mesurée (s). En particulier, la signature caractéristique du palier peut dépendre de la température mesurée par le capteur de température et/ou de la vitesse mesurée par le capteur de vitesse. [0020] Le module de surveillance peut comporter en outre un circuit d'alimentation électrique relié au circuit de traitement et au circuit de transmission. Ces circuits sont avantageusement intégrés dans le boîtier étanche du module de surveillance. Suivant un mode de réalisation préféré mettant à profit la chaleur dissipée par la rotation du palier, le module de surveillance peut également comporter : un convertisseur thermoélectrique intégré au circuit d'alimentation électrique, une semelle de canalisation d'un flux thermique transitant de l'intérieur de la boîte de palier au convertisseur thermoélectrique, un radiateur de refroidissement positionné de sorte à faire saillie à l'extérieur de la boîte de palier pour évacuer un flux thermique transitant par conduction thermique du convertisseur thermoélectrique à l'extérieur, au moins un joint thermique d'isolation pour isoler de la semelle le radiateur de refroidissement. This monitoring module may further comprise a temperature sensor and / or a bearing rotational speed sensor (s) connected to the electrical processing circuit, the diagnostic signal of the bearing being a function of the temperature and / or the measured speed (s). In particular, the characteristic signature of the bearing may depend on the temperature measured by the temperature sensor and / or the speed measured by the speed sensor. The monitoring module may further comprise a power supply circuit connected to the processing circuit and the transmission circuit. These circuits are advantageously integrated in the waterproof housing of the monitoring module. According to a preferred embodiment taking advantage of the heat dissipated by the rotation of the bearing, the monitoring module can also comprise: a thermoelectric converter integrated in the electrical supply circuit, a channeling sole of a thermal flow transiting the inside the bearing box to the thermoelectric converter, a cooling radiator positioned so as to protrude outside the bearing box to evacuate a thermally conductive thermal flux from the thermoelectric converter to the outside, at least one thermal insulation seal to isolate the soleplate on the outside. cooling radiator.
[0021] On réalise ainsi une alimentation autonome de l'instrumentation de la boîte de palier, c'est-à-dire sans liaison filaire d'alimentation électrique de l'extérieur. Thus, an autonomous power supply of the instrumentation of the bearing box, that is to say without wired power supply connection from the outside.
[0022] La semelle sera de préférence en contact avec une paroi de couplage thermique de la boîte de palier. Le capteur d'émission acoustique peut être directement couplé à la semelle, qui dans ce cas présente une double fonction d'interface mécanique de couplage entre le capteur d'émission acoustique et la paroi de la boîte de palier, et de conduction de la chaleur. The soleplate will preferably be in contact with a thermal coupling wall of the bearing box. The acoustic emission sensor can be directly coupled to the soleplate, which in this case has a dual function of mechanical interface coupling between the acoustic emission sensor and the wall of the bearing box, and heat conduction .
[0023] Selon un mode de réalisation, le boîtier d'instrumentation sert à loger à la fois le capteur d'émission acoustique, le circuit de traitement, le convertisseur thermoélectrique, et le cas échéant une partie au moins du circuit de transmission. Ce boîtier d'instrumentation peut au moins partiellement être constitué par le radiateur, la semelle et le joint thermique. According to one embodiment, the instrumentation housing serves to accommodate both the acoustic emission sensor, the processing circuit, the thermoelectric converter, and possibly at least a portion of the transmission circuit. This instrumentation box can at least partially be constituted by the radiator, the sole and the heat seal.
[0024] Dans le cas où un capteur thermométrique est utilisé, celui-ci peut avantageusement être disposé sur la semelle. Le cas échéant, on peut prévoir que la boîte de palier soit pourvue d'une traversée pour que la semelle pénètre à l'intérieur de la cavité de logement du palier. In the case where a thermometric sensor is used, it may advantageously be disposed on the sole. If necessary, it can be provided that the bearing box is provided with a passage so that the sole penetrates inside the housing cavity of the bearing.
[0025] Le boîtier d'instrumentation peut en outre comporter un corps formant avec la semelle et le radiateur de refroidissement une ou plusieurs cavités hermétiquement fermées de logement du convertisseur thermoélectrique et du capteur d'émission acoustique. Selon un mode de réalisation préféré, le capteur d'émission acoustique est couplé au corps du boîtier d'instrumentation, qui présente la face d'accouplement acoustique avec la paroi de la boîte de palier, pour transmettre au capteur d'émission acoustique les ondes élastiques transitoires résultant de microdéplacements locaux internes du palier. La semelle comporte de son côté une paroi d'interface thermique avec la boîte de palier, destinée à venir au contact d'une face extérieure chaude du couvercle ou du corps de la boîte de palier. Cette paroi d'interface thermique est de préférence perpendiculaire à la face d'accouplement acoustique du corps du boîtier. Cette disposition permet d'assurer un bon contact d'une part entre semelle et boîte de palier pour transmettre la chaleur au convertisseur thermoélectrique, et d'autre part entre la paroi de la boîte de palier et la face de couplage acoustique. The instrumentation housing may further comprise a body forming with the sole and the cooling radiator one or more hermetically sealed cavities housing the thermoelectric converter and the acoustic emission sensor. According to a preferred embodiment, the acoustic emission sensor is coupled to the body of the instrumentation box, which has the acoustic coupling face with the wall of the bearing box, for transmitting to the acoustic emission sensor the waves transient elastics resulting from internal local microdetrations of the bearing. The sole has on its side a wall thermal interface with the bearing box, intended to come into contact with a hot outer face of the cover or the body of the bearing box. This thermal interface wall is preferably perpendicular to the acoustic coupling face of the body of the housing. This arrangement makes it possible to ensure good contact on the one hand between the sole plate and the bearing box for transmitting heat to the thermoelectric converter, and on the other hand between the wall of the bearing box and the acoustic coupling face.
[0026] Le couvercle de boîte de palier peut avantageusement comporter un logement ouvert sur l'extérieur dans lequel vient se loger au moins une partie du boîtier, le logement présentant au moins deux faces perpendiculaires constituées par la face extérieure de la paroi de couplage thermique et la face extérieure de la paroi de couplage acoustique. The bearing box cover may advantageously comprise an open housing on the outside in which is housed at least a portion of the housing, the housing having at least two perpendicular faces constituted by the outer face of the thermal coupling wall. and the outer face of the acoustic coupling wall.
[0027] Le joint d'isolation thermique est préférentiellement disposé entre le corps et le radiateur de refroidissement ou entre le corps et la semelle. Le corps peut lui-même être constitué en matériau thermiquement isolant, de façon à constituer tout ou partie du joint d'isolation. Par matériau isolant, on entend ici un matériau donc la conductivité thermique est au moins cinq fois inférieure, et de préférence au moins dix fois inférieure à la conductivité thermique des matériaux constitutifs de la semelle et du radiateur. [0028] On pourra par exemple retenir comme matériau constitutif du corps du boîtier d'instrumentation un acier inoxydable, ayant une conductivité thermique de l'ordre de 26 Wm K , la semelle étant en cuivre avec une conductivité de l'ordre de 390 Wm K4 et un radiateur en aluminium, présentant une conductivité thermique de l'ordre de 230 Wm ^4. [0029] Si l'on choisit pour la semelle un matériau oxydable dans les conditions prévues d'utilisation, par exemple du cuivre, on aura intérêt à ce que la semelle soit entièrement protégée de l'air ambiant ou plus généralement du milieu extérieur. On prévoit ainsi que le corps du boîtier d'instrumentation enveloppe la semelle sur toutes les faces autres que celle en contact avec la paroi de la boîte de palier constituant la source chaude, par exemple la paroi de couplage. De plus, on peut prévoir un joint d'étanchéité, si possible isolant thermique, disposé entre le corps du boîtier d'instrumentation et la boîte de palier, pour protéger la semelle du milieu extérieur hostile. Le corps du boîtier d'instrumentation est alors de préférence inoxydable, ou du moins inoxydable en profondeur, dans les conditions d'utilisation ambiantes prévues, notamment dans l'air entre -40 et +150°C. The heat insulation seal is preferably disposed between the body and the cooling radiator or between the body and the sole. The body may itself be made of thermally insulating material, so as to form all or part of the insulation seal. By insulating material is meant here a material so the thermal conductivity is at least five times lower, and preferably at least ten times lower than the thermal conductivity of the materials of the sole and the radiator. For example, the material constituting the body of the instrumentation housing may be a stainless steel, having a thermal conductivity of the order of 26 Wm K, the soleplate being made of copper with a conductivity of the order of 390 Wm. K 4 and an aluminum radiator, having a thermal conductivity of the order of 230 Wm ^ 4 . If one chooses for the soleplate an oxidizable material under the intended conditions of use, for example copper, it will be advantageous for the soleplate to be completely protected from the ambient air or more generally from the external environment. It is thus expected that the body of the instrumentation casing envelops the soleplate on all sides other than that in contact with the wall of the bearing box constituting the hot source, for example the coupling wall. In addition, you can provide a seal, if possible thermal insulation, disposed between the body of the instrumentation housing and the bearing box, to protect the sole of the hostile external environment. The body of the instrumentation box is then preferably stainless, or at least stainless in depth, under the expected ambient operating conditions, especially in air between -40 and + 150 ° C.
[0030] Le module peut comporter en outre au moins un coussin d'adaptation en matériau conducteur thermique déformable, disposé entre le radiateur de refroidissement et le convertisseur thermoélectrique ou entre le convertisseur thermoélectrique et la semelle, voire deux coussins de part et d'autre du convertisseur thermoélectrique, de sorte que le convertisseur thermoélectrique, pris en sandwich entre le radiateur et la semelle, soit pincé avec une pression de contact maîtrisée, malgré d'éventuelles tolérances dimensionnelles de fabrication ou de montage des pièces. The module may further comprise at least one adapting cushion of deformable thermal conductor material disposed between the cooling radiator and the thermoelectric converter or between the thermoelectric converter and the sole, or two cushions on both sides. thermoelectric converter, so that the thermoelectric converter, sandwiched between the radiator and the sole, is pinched with a controlled contact pressure, despite any dimensional tolerances manufacturing or assembly parts.
[0031] La présence de tels coussins permet, lors de la conception et de la réalisation du module, de découpler le dimensionnement des pièces du boîtier d'instrumentation devant assurer sa tenue mécanique dans un milieu vibratoire hostile, et celui des pièces devant assurer une bonne conduction thermique et/ou acoustique. The presence of such cushions makes it possible, during the design and production of the module, to decouple the dimensioning of the parts of the instrumentation casing to ensure its mechanical strength in a hostile vibratory environment, and that of the parts to ensure a good thermal and / or acoustic conduction.
[0032] On choisira pour coussin un matériau présentant de préférence une très faible impédance thermique de contact. En considérant que la semelle, l'éventuel coussin entre semelle et convertisseur thermoélectrique, le convertisseur thermoélectrique lui-même, l'éventuel coussin entre convertisseur thermoélectrique et radiateur et le radiateur sont disposés thermiquement en série entre la source chaude constituée par la paroi de la boîte de palier et la source froide constituée par l'air ambiant, et en considérant que chacun de ces éléments a une impédance thermique, on retiendra de préférence pour le ou les coussins d'adaptation des matériaux dont l'impédance thermique soit inférieure à celle du radiateur, et de préférence inférieure à celle de la semelle. [0033] On pourra notamment choisir pour coussin d'adaptation une feuille d'élastomère souple chargé en particules métalliques. On pourra également choisir une graisse thermo-conductrice chargée en particules métalliques. We will choose for cushion a material preferably having a very low thermal contact impedance. Considering that the sole, the possible cushion between sole and thermoelectric converter, the thermoelectric converter itself, the possible cushion between thermoelectric converter and radiator and the radiator are thermally arranged in series between the hot source constituted by the wall of the bearing box and the cold source constituted by the ambient air, and considering that each of these elements has a thermal impedance, it will be preferred for the adaptation pad or cushions materials whose thermal impedance is lower than that radiator, and preferably lower than that of the sole. In particular, a flexible elastomer sheet loaded with metal particles may be chosen for an adaptation cushion. It will also be possible to choose a thermo-conductive grease loaded with metal particles.
[0034] On préférera un coussin apte à se déformer en compression de manière élastique et/ou plastique pour absorber une course supérieure à la tolérance maximale de positionnement entre le radiateur et la semelle et aux mouvements relatifs induits par les dilatations différentielles des matériaux en cas de fluctuations thermiques. De bons résultats ont été obtenus avec une feuille de polymère de 0,5 mm à 5 mm chargé en fibres de verre, présentant un module d'Young compris entre 60 et 180 kPa, et une dureté Shore 00 de 35 mesurée suivant la norme ASTM D2240- 02. We prefer a cushion capable of deforming elastically and / or plastically compressive to absorb a stroke greater than the maximum positioning tolerance between the radiator and the sole and the relative movements induced by the differential expansion of the materials in case thermal fluctuations. Good results were obtained with a glass fiber filled 0.5 mm to 5 mm polymer sheet having a Young's modulus of 60 to 180 kPa and a Shore 00 hardness of 35 measured according to ASTM standard. D2240-02.
[0035] Selon un mode de réalisation, le module de surveillance comporte en outre une antenne de transmission radioélectrique et un circuit électrique de transmission relié à l'antenne. Cette antenne peut être logée dans une cavité du radiateur de refroidissement fermée par un couvercle en matériaux transparent aux ondes électromagnétiques au moins dans un domaine de fréquences correspondant à un gain maximal de l'antenne. Ainsi l'antenne est-elle protégée, notamment si le module se trouve dans un milieu hostile tel qu'un bogie de véhicule ferroviaire. According to one embodiment, the monitoring module further comprises a radio transmission antenna and an electrical transmission circuit connected to the antenna. This antenna can be housed in a cavity of the cooling radiator closed by a cover made of materials transparent to electromagnetic waves at least in a frequency range corresponding to a maximum gain of the antenna. Thus the antenna is protected, especially if the module is in a hostile environment such as a railway vehicle bogie.
[0036] Selon un autre aspect de l'invention, celle-ci a trait à un procédé de surveillance de l'état d'usure d'un palier disposé dans une boîte de palier comportant un corps de boîte dans lequel est logé le palier et un couvercle de boîte fermant le corps de boîte, procédé suivant lequel on couple un capteur d'émission acoustique à une paroi extérieure de la boîte pour mesurer des ondes élastiques transitoires résultant de micro-déplacements locaux internes du palier et se propageant jusqu'à la paroi extérieure. According to another aspect of the invention, it relates to a method of monitoring the state of wear of a bearing disposed in a bearing box comprising a box body in which the bearing is housed. and a can lid enclosing the can body, wherein an acoustic emission sensor is coupled to an outer wall of the can to measure transient elastic waves resulting from internal local micro-displacements of the bearing and propagating to the outer wall.
[0037] On peut avantageusement comparer les ondes élastiques mesurées à une signature caractéristique du palier pour procéder à un diagnostic de l'état du palier. [0038] On peut également mesurer une température à l'intérieur de la boîte, et procéder au diagnostic de l'état du palier en fonction des ondes élastiques et de la température mesurées. It is advantageous to compare the elastic waves measured at a characteristic signature of the bearing to carry out a diagnosis of the state of the bearing. One can also measure a temperature inside the box, and proceed to the diagnosis of the state of the bearing as a function of the elastic waves and the temperature measured.
[0039] On peut également mesurer une vitesse de rotation du palier, et cesser de procéder au diagnostic de l'état du palier lorsque la vitesse de rotation du palier reste inférieure à un seuil prédéterminé pendant un temps donné. It is also possible to measure a rotational speed of the bearing, and to stop diagnosing the state of the bearing when the speed of rotation of the bearing remains below a predetermined threshold for a given time.
[0040] Selon un autre aspect de l'invention, celle-ci vise à proposer un module de surveillance autonome utilisant exclusivement l'énergie disponible dans l'environnement direct d'un organe de guidage rotatif ou linéaire par contact tel qu'un palier à roulement ou un palier lisse, un dispositif de guidage linéaire par galets ou par patins à billes ou à rouleaux, pour surveiller l'état de l'organe de guidage. Plus spécifiquement est proposé un module de surveillance d'au moins une grandeur physique caractéristique de l'état d'un organe de guidage par contact, comportant : au moins un capteur d'état pour fournir un signal électrique de mesure de la grandeur physique, un circuit électrique comportant : un circuit d'interrogation du capteur d'état relié au capteur d'état, un circuit d'alimentation électrique du dispositif de surveillance, un convertisseur thermoélectrique intégré au circuit d'alimentation électrique, une semelle de canalisation d'un flux thermique transitant depuis l'organe de guidage jusqu'au convertisseur thermoélectrique, - un radiateur de refroidissement pour évacuer un flux thermique transitant par conduction thermique du convertisseur thermoélectrique à l'extérieur, au moins un joint thermique d'isolation pour isoler de la semelle le radiateur de refroidissement. According to another aspect of the invention, it aims to provide an autonomous monitoring module using exclusively the energy available in the direct environment of a rotary or linear guide member by contact such as a bearing rolling bearing or a sliding bearing, a linear guide device by rollers or by ball or roller pads, for monitoring the state of the guide member. More specifically, there is provided a module for monitoring at least one physical quantity characteristic of the state of a contact guiding member, comprising: at least one state sensor for providing an electrical signal for measuring the physical quantity, an electrical circuit comprising: a polling circuit of the state sensor connected to the state sensor, a power supply circuit of the monitoring device, a thermoelectric converter integrated into the electrical supply circuit, a channel insulator, a thermal flow transiting from the guide member to the thermoelectric converter; - a cooling radiator for discharging a thermal flux passing through the thermal conduction of the thermoelectric converter outside, at least one thermal insulation seal to isolate the cooling radiator from the soleplate.
[0041] Ainsi est mise à profit l'énergie thermique générée par l'organe de guidage, énergie qui, transportée par le flux thermique canalisé par la semelle, est transformée par le convertisseur thermoélectrique qui dispose d'une source froide grâce au radiateur de refroidissement. Thus, the thermal energy generated by the guide member is used, energy which, transported by the thermal flux channeled by the soleplate, is transformed by the thermoelectric converter which has a cold source thanks to the radiator. cooling.
[0042] Préférentiellement, le module comporte un boîtier d'instrumentation pour loger le circuit électrique au moins partiellement constitué par le radiateur, la semelle et le joint thermique, le boîtier d'instrumentation comportant au moins une interface mécanique de fixation à un support lié à l'organe de guidage. On dispose ainsi d'un sous-ensemble unitaire qui peut être monté sur le support lié à l'organe de guidage. Ce support peut par exemple être une boîte de palier, par exemple une boîte d'essieu, une boîte de transmission, un carter moteur ou une boîte de palier d'éolienne. Le support peut également être constitué par un plateau mobile d'un système de guidage linéaire, ce plateau étant pourvu de galets ou d'un circuit de circulation de billes roulant sur une piste de guidage fixe. Preferably, the module comprises an instrumentation housing for housing the electrical circuit at least partially constituted by the radiator, the soleplate and the heat seal, the instrumentation housing comprising at least one mechanical interface for fixing to a connected support. to the guide member. There is thus a unitary subassembly that can be mounted on the support connected to the guide member. This support may for example be a bearing box, for example an axle box, a gearbox, a crankcase or a wind turbine bearing box. The support may also be constituted by a movable plate of a linear guide system, this plate being provided with rollers or a ball circulation circuit rolling on a fixed guide track.
[0043] Dans le cas où le support est une boîte de logement du palier, la semelle peut être prévue pour venir en contact direct avec une paroi extérieure de cette boîte, ou pour pénétrer à l'intérieur de la boîte. La première solution sera préférée dans toutes les situations où la boîte de palier préexiste et est équipée a posteriori avec le module. In the case where the support is a housing housing of the bearing, the sole may be provided to come into direct contact with an outer wall of this box, or to get inside the box. The first solution will be preferred in all situations where the bearing box pre-exists and is retrofitted with the module.
[0044] Selon un mode de réalisation préféré, le boîtier d'instrumentation comporte en outre un corps interposé entre la semelle et le radiateur et formant avec la semelle et le radiateur une cavité de logement du convertisseur thermoélectrique. Le ou les joints d'isolation thermique peuvent alors être disposés entre le corps et le radiateur de refroidissement et/ou entre le corps et la semelle. Le matériau constitutif du corps peut être un isolant thermique, de sorte que le corps constitue lui-même le joint d'isolation thermique ou une partie de celui-ci. Par matériau isolant, on entend ici, comme indiqué précédemment, un matériau donc la conductivité thermique est au moins cinq fois inférieure, et de préférence au moins dix fois inférieure à la conductivité thermique des matériaux constitutifs de la semelle et du radiateur. According to a preferred embodiment, the instrumentation housing further comprises a body interposed between the soleplate and the radiator and forming with the soleplate and the radiator a housing cavity of the thermoelectric converter. The heat insulation seal (s) can then be placed between the body and the cooling radiator and / or between the body and the soleplate. The material constituting the body may be a thermal insulator, so that the body itself constitutes the thermal insulation seal or a part thereof. By insulating material is meant here, as indicated above, a material so the thermal conductivity is at least five times lower, and preferably at least ten times less than the thermal conductivity of the constituent materials of the soleplate and the radiator.
[0045] Si l'on choisit pour la semelle un matériau oxydable dans les conditions prévues d'utilisation, par exemple du cuivre, on aura intérêt à ce que la semelle soit entièrement protégée de l'air ambiant ou plus généralement du milieu extérieur. On prévoit ainsi que le corps du boîtier d'instrumentation du module de surveillance enveloppe la semelle sur toutes les faces autres que celle en contact avec la paroi de la boîte de palier constituant la source chaude, par exemple la paroi de couplage. De plus, on peut prévoir un joint d'étanchéité, si possible isolant thermique, disposé entre le corps du boîtier d'instrumentation et la boîte de palier et entourant la semelle, pour protéger la semelle du milieu extérieur hostile. If one chooses for the soleplate an oxidizable material under the intended conditions of use, for example copper, it will be advantageous for the soleplate to be completely protected from the ambient air or, more generally, from the external medium. It is thus expected that the body of the instrumentation box of the monitoring module envelops the soleplate on all sides other than that in contact with the wall of the bearing box constituting the hot source, for example the coupling wall. In addition, there may be provided a seal, if possible thermal insulation, disposed between the body of the instrumentation box and the bearing box and surrounding the sole, to protect the sole of the hostile external environment.
[0046] Le convertisseur thermoélectrique est pris en sandwich entre la semelle et le radiateur. Pour assurer une bonne pression de contact entre ces éléments et faciliter le montage du module, ce dernier peut avantageusement être pourvu d'au moins un coussin d'adaptation en matériau conducteur thermique déformable, disposé entre le radiateur de refroidissement et le convertisseur thermoélectrique et/ou entre le convertisseur thermoélectrique et la semelle. The thermoelectric converter is sandwiched between the soleplate and the radiator. In order to ensure a good contact pressure between these elements and to facilitate mounting of the module, the latter may advantageously be provided with at least one adapter pad made of deformable thermal conductor material, arranged between the cooling radiator and the thermoelectric converter and / or between the thermoelectric converter and the soleplate.
[0047] Selon un mode de réalisation préféré, le circuit électrique comporte en outre une antenne de transmission radioélectrique reliée à un circuit électrique de transmission. Pour la protéger dans un environnement hostile, l'antenne peut notamment être logée dans une cavité du radiateur de refroidissement fermée par un couvercle en matériau transparent aux ondes électromagnétiques au moins dans un domaine de fréquences correspondant à un gain maximal de l'antenne. According to a preferred embodiment, the electric circuit further comprises a radio transmission antenna connected to an electrical transmission circuit. To protect it in a hostile environment, the antenna can in particular be housed in a cavity of the cooling radiator closed by a cover of material transparent to electromagnetic waves at least in a frequency range corresponding to a maximum gain of the antenna.
[0048] Avantageusement, le circuit électrique peut comporter un circuit d'économie d'énergie relié à un capteur de déplacement de l'organe de guidage et apte à mettre le circuit d'interrogation hors veille lorsqu'un signal du capteur de rotation du palier dépasse un seuil prédéterminé pendant un temps donné. Ce capteur de déplacement ou de mouvement peut mesurer une vitesse de déplacement de l'organe de guidage ou tout autre grandeur physique représentative du mouvement de l'organe de guidage, par exemple une vibration mesurée par un accéléromètre, une émission acoustique mesurée par un capteur piézo-électrique haute fréquence, une température. On s'attachera dans tous les cas à utiliser l'énergie électrique du signal émis par le capteur de rotation pour alimenter le circuit d'économie d'énergie et provoquer l'éveil du circuit d'alimentation électrique. [0049] Suivant un mode de réalisation, le convertisseur thermoélectrique présente une face chaude tournée vers la semelle et une face froide opposée à la face chaude et tournée vers le radiateur de refroidissement. On assure donc le transfert thermique entre la semelle et le radiateur par conduction au travers du convertisseur thermoélectrique. Dans le cas où plusieurs convertisseurs thermoélectriques sont nécessaires, ceux-ci peuvent être disposés thermiquement en série ou en parallèle les uns avec les autres, entre la semelle et le radiateur. Advantageously, the electrical circuit may comprise a power saving circuit connected to a displacement sensor of the guide member and able to put the interrogation circuit out of standby when a signal of the rotation sensor of the bearing exceeds a predetermined threshold for a given time. This displacement or motion sensor can measure a speed of displacement of the guide member or any other physical quantity representative of the movement of the guide member, for example a vibration measured by a accelerometer, an acoustic emission measured by a high-frequency piezoelectric sensor, a temperature. In any case, the electrical energy of the signal emitted by the rotation sensor will be used to supply power to the energy saving circuit and to cause the power supply circuit to be awakened. According to one embodiment, the thermoelectric converter has a hot face facing the sole and a cold face opposite the hot face and facing the cooling radiator. The thermal transfer between the soleplate and the radiator is thus ensured by conduction through the thermoelectric converter. In the case where several thermoelectric converters are necessary, they can be arranged thermally in series or in parallel with each other, between the sole and the radiator.
[0050] Le radiateur de refroidissement est préférentiellement réalisé en un matériau métallique, par exemple un alliage d'aluminium. La semelle est également réalisée de préférence en un matériau métallique, par exemple un alliage de cuivre. Le corps peut quant à lui être réalisé en acier inoxydable. The cooling radiator is preferably made of a metallic material, for example an aluminum alloy. The soleplate is also preferably made of a metallic material, for example a copper alloy. The body can be made of stainless steel.
[0051] Selon un mode de réalisation préféré, le circuit d'alimentation électrique comporte un accumulateur électrochimique, rechargé par le convertisseur thermoélectrique. L'accumulateur électrochimique est de préférence disposé en appui sur le radiateur de refroidissement ou sur un coussin d'adaptation en matériau souple et bon conducteur thermique, l'objectif étant ici de refroidir autant que possible l'accumulateur électrochimique, dont les performances peuvent s'altérer en cas de température trop élevée. According to a preferred embodiment, the power supply circuit comprises an electrochemical accumulator, recharged by the thermoelectric converter. The electrochemical accumulator is preferably placed in abutment on the cooling radiator or on a matching cushion of flexible material and good thermal conductor, the objective here being to cool as much as possible the electrochemical accumulator, the performance of which can be alter in case of too high temperature.
[0052] La ou les grandeurs physiques, incluent au moins l'émission acoustique du palier, la température du palier ou la vibration du palier. De préférence, la température est utilisée en combinaison avec l'une des deux autres grandeurs pour déterminer l'état du palier. The physical quantity (s) includes at least the acoustic emission of the bearing, the temperature of the bearing or the vibration of the bearing. Preferably, the temperature is used in combination with one of the other two quantities to determine the state of the bearing.
[0053] Selon un autre aspect de l'invention, celle-ci a trait à une boîte de palier comportant : un corps de boîte délimitant une cavité pour loger un palier pour le guidage d'un organe tournant, et un couvercle de boîte fermant la cavité, un module de surveillance tel que décrit précédemment, pour la surveillance d'au moins une grandeur physique caractéristique de l'état du palier, la semelle du module de surveillance étant en contact et en appui contre une paroi du corps de boîte ou du couvercle de boîte, ou traversant une ouverture d'une telle paroi. According to another aspect of the invention, it relates to a bearing box comprising: a box body defining a cavity for housing a bearing for guiding a rotating member, and a box lid closing the cavity, a monitoring module as described above, for monitoring at least one physical parameter characteristic of the state of the bearing, the sole of the monitoring module being in contact and bearing against a wall of the box body or the box lid, or through an opening of such a wall.
[0054] Selon une application particulière, la boîte de palier est une boîte d'essieu logeant une fusée d'essieu, le radiateur de refroidissement comportant des ailettes planes parallèles à un axe horizontal perpendiculaire à l'axe de rotation du palier. According to a particular application, the bearing box is an axle box housing an axle stub, the cooling radiator having flat fins parallel to a horizontal axis perpendicular to the axis of rotation of the bearing.
[0055] Selon une autre application, la boîte de palier est une boîte de palier d'éolienne logeant un axe d'hélice d'éolienne, le radiateur de refroidissement comportant de préférence des ailettes planes disposées parallèlement à la direction du flux d'air. According to another application, the bearing box is a wind turbine bearing housing housing a wind turbine propeller axis, the cooling radiator preferably comprising flat fins arranged parallel to the direction of the air flow. .
[0056] Le palier peut notamment être un palier à roulement ou un palier lisse. The bearing may in particular be a rolling bearing or a plain bearing.
[0057] On peut avantageusement prévoir que le corps de boîte ou le couvercle de boîte présente une cavité ouverte vers l'extérieur de la boîte et constituant un logement pour le module de surveillance, le radiateur faisant saillie hors de la cavité vers l'extérieur. De préférence, cette cavité présente une paroi latérale perpendiculaire à un axe de rotation du palier et constituant la paroi de couplage thermique. Cette paroi de couplage est de préférence dans la zone de charge du palier, qui correspond également à la zone de dissipation thermique maximale. It can advantageously be provided that the box body or the box cover has a cavity open towards the outside of the box and constituting a housing for the monitoring module, the radiator protruding out of the cavity to the outside. . Preferably, this cavity has a side wall perpendicular to an axis of rotation of the bearing and constituting the thermal coupling wall. This coupling wall is preferably in the load zone of the bearing, which also corresponds to the maximum heat dissipation zone.
[0058] Selon un autre aspect de l'invention, celle-ci a trait à un procédé d'alimentation électrique d'un module de surveillance d'au moins une grandeur physique caractéristique de l'état d'un palier logé dans une boîte de palier, procédé suivant lequel : on transfère de la chaleur par conduction thermique depuis l'intérieur de la boîte de palier jusqu'à une face chaude d'un convertisseur thermoélectrique situé à l'extérieur de la boîte de palier ; on transfère de la chaleur par conduction thermique depuis une face froide du convertisseur thermoélectrique jusqu'à un radiateur de refroidissement thermiquement isolé par rapport à la boîte de palier et situé dans un flux d'air ambiant forcé ; on charge un accumulateur électrochimique avec le convertisseur thermoélectrique, - on alimente avec le convertisseur thermoélectrique et/ou l'accumulateur électrochimique un circuit d'interrogation d'un capteur de mesure de la grandeur physique. According to another aspect of the invention, it relates to a power supply method of a monitoring module of at least one physical parameter characteristic of the state of a bearing housed in a box bearing, according to which: transferring heat by thermal conduction from the inside of the bearing box to a hot face of a thermoelectric converter located outside the bearing box; transferring heat by thermal conduction from a cold side of the thermoelectric converter to a heat sink radiator thermally insulated from the bearing box and located in a forced ambient air flow; an electrochemical accumulator is charged with the thermoelectric converter, - an interrogation circuit of a sensor for measuring the physical quantity is supplied with the thermoelectric converter and / or the electrochemical accumulator.
[0059] Un adaptateur de tension peut être interposé entre le convertisseur thermoélectrique et l'accumulateur. [0060] Préférentiellement, on alimente avec le convertisseur thermoélectrique et/ou l'accumulateur électrochimique un circuit de transmission relié à une antenne radio-électrique. A voltage adapter may be interposed between the thermoelectric converter and the accumulator. Preferably, a transmission circuit connected to a radio-electric antenna is supplied with the thermoelectric converter and / or the electrochemical accumulator.
[0061] Pour limiter la consommation, on peut prévoir de cesser d'alimenter au moins le circuit d'interrogation lorsque la vitesse de rotation du palier est inférieure à un seuil prédéterminé pendant un temps prédéterminé. To limit the consumption, it can be provided to stop supplying at least the interrogation circuit when the speed of rotation of the bearing is less than a predetermined threshold for a predetermined time.
[0062] Selon un autre aspect de l'invention est proposé un module de surveillance d'au moins une grandeur physique caractéristique de l'état d'un organe de guidage par contact, comportant : au moins un capteur d'état pour fournir un signal électrique de mesure de la grandeur physique, un circuit électrique comportant : un circuit d'interrogation du capteur d'état relié au capteur d'état, un circuit d'alimentation électrique du dispositif de surveillance, et - un circuit d'économie d'énergie relié à un capteur de déplacement de l'organe de guidage par contact et apte à mettre le circuit d'interrogation hors veille lorsqu'une grandeur physique caractéristique du mouvement de l'organe de guidage par contact mesurée par le capteur de déplacement de l'organe de guidage par contact est supérieure à une seuil prédéterminé pendant un temps prédéterminé. According to another aspect of the invention is provided a monitoring module of at least one physical parameter characteristic of the state of a contact guiding member, comprising: at least one state sensor to provide a electrical signal for measuring the physical quantity, an electric circuit comprising: a polling circuit of the state sensor connected to the state sensor, a power supply circuit of the monitoring device, and - a power saving circuit connected to a displacement sensor of the guide member by contact and able to put the interrogation circuit out of standby when a physical quantity characteristic of the movement of the contact guiding member measured by the displacement sensor of the contact guiding member is greater than a predetermined threshold during a predetermined time.
[0063] Le circuit d'économie d'énergie permet de définir une stratégie optimale d'alimentation du circuit d'interrogation du capteur d'état minimisant l'énergie nécessaire au module, ce qui permet le cas échéant de rendre le module autonome, au sens où il ne nécessite pas d'alimentation électrique extérieure. The energy saving circuit makes it possible to define an optimal power supply strategy for the interrogation circuit of the state sensor, minimizing the energy required by the module, which makes it possible, if necessary, to make the module autonomous, in the sense that it does not require external power supply.
[0064] Le module de surveillance est particulièrement adapté à la surveillance d'un palier. La grandeur physique caractéristique de la rotation du palier peut être la vitesse de rotation du palier mesurée de façon classique par un capteur de vitesse, la température dans la boîte de palier ou sur une paroi extérieure de la boîte de palier, mesurée par un capteur de température, une vibration de la boîte de palier ou du palier, mesurée par un capteur accélérométrique sensible notamment dans un domaine fréquentiel inférieur à 20kHz et de préférence inférieur à 100 Hz ou une émission acoustique. De manière analogue, dans le cas de la surveillance d'un organe de guidage linéaire, la grandeur physique caractéristique du mouvement linéaire peut être la vitesse d'un plateau du système de guidage linéaire, mesuré de façon classique par un capteur de vitesse, la température du plateau ou d'un rail de guidage sur lequel le plateau se déplace, mesurée par un capteur de température, une vibration du plateau, mesurée par un capteur accélérométrique sensible notamment dans un domaine fréquentiel inférieur à 20 kHz et de préférence inférieur à 100 Hz ou une émission acoustique. [0065] On peut choisir un éveil immédiat du circuit d'interrogation dès dépassement du seuil, auquel cas, le temps d'attente est nul. The monitoring module is particularly suitable for monitoring a bearing. The physical quantity characteristic of the rotation of the bearing can be the rotational speed of the bearing conventionally measured by a speed sensor, the temperature in the bearing box or on an outer wall of the bearing box, measured by a sensor of temperature, a vibration of the bearing housing or the bearing, measured by a sensitive accelerometric sensor, in particular in a frequency range of less than 20 kHz and preferably less than 100 Hz or acoustic emission. Similarly, in the case of the monitoring of a linear guiding member, the physical quantity characteristic of the linear movement may be the speed of a plate of the linear guiding system, measured in a conventional manner by a speed sensor, the temperature of the plate or of a guide rail on which the plate moves, measured by a temperature sensor, a vibration of the plate, measured by a sensitive accelerometric sensor, especially in a frequency range of less than 20 kHz and preferably less than 100 Hz or an acoustic emission. One can choose an immediate awakening of the interrogation circuit when the threshold is exceeded, in which case, the waiting time is zero.
[0066] La mise en veille du circuit peut avoir lieu automatiquement à la fin d'un cycle de mesure, ou lorsque la grandeur physique caractéristique de l'état de l'organe de guidage mesurée par le capteur d'état passe en-deçà d'un seuil prédéterminé, ou bien encore lorsque la grandeur caractéristique du mouvement de l'organe de guidage, mesurée par le capteur de mouvement de l'organe de guidage, passe en-deçà d'un seuil prédéterminé pendant un temps prédéterminé. The standby of the circuit can take place automatically at the end of a measurement cycle, or when the physical quantity characteristic of the state of the guiding member measured by the state sensor passes below a predetermined threshold, or even when the characteristic magnitude of the movement of the guide member, measured by the movement sensor of the guide member, passes below a predetermined threshold for a predetermined time.
[0067] Selon un mode de réalisation préféré, le circuit d'alimentation électrique comporte un accumulateur électrochimique. According to a preferred embodiment, the power supply circuit comprises an electrochemical accumulator.
[0068] Le circuit d'alimentation électrique peut comporter au moins un transducteur apte à transformer en énergie électrique une énergie cinétique et/ou thermique émise par l'organe de guidage. Le ou les transducteurs peuvent notamment inclure un convertisseur thermoélectrique tel que décrit précédemment en liaison avec d'autres aspects de l'invention, et par exemple un convertisseur thermoélectrique présentant une face chaude reliée par conduction thermique à une semelle du module en contact avec une paroi de l'organe de guidage ou traversant une paroi d'un boîtier de l'organe de guidage et une face froide reliée par conduction thermique à un radiateur de refroidissement, de préférence positionné dans un flux d'air. The power supply circuit may comprise at least one transducer adapted to convert into electrical energy a kinetic energy and / or thermal emitted by the guide member. The transducer or transducers may in particular include a thermoelectric converter as described above in connection with other aspects of the invention, and for example a thermoelectric converter having a hot face connected by thermal conduction to a base of the module in contact with a wall of the guide member or through a wall of a housing of the guide member and a cold face connected by thermal conduction to a cooling radiator, preferably positioned in a flow of air.
[0069] Suivant un mode de réalisation préféré, l'organe de guidage par contact est un palier logé dans une boîte de palier. Le ou les transducteurs incluent au moins un convertisseur thermoélectrique présentant d'une part une face chaude reliée par conduction thermique à une semelle du module de surveillance en contact avec une paroi de la boîte de palier ou traversant une paroi de la boîte de palier et plongée à l'intérieur de la boîte de palier et d'autre part une face froide reliée par conduction thermique à un radiateur de refroidissement. According to a preferred embodiment, the contact guiding member is a bearing housed in a bearing housing. The at least one transducer includes at least one thermoelectric converter having, on the one hand, a hot face thermally conductive to a sole of the monitoring module in contact with a wall of the bearing box or through a wall of the bearing and diving box. inside the bearing box and on the other hand a cold face connected by thermal conduction to a cooling radiator.
[0070] On peut également envisager que le capteur de mouvement de l'organe de guidage soit relié au circuit d'alimentation de telle manière que lorsque l'organe de guidage tourne, le capteur de mouvement de l'organe de guidage génère un signal qui alimente en énergie le circuit d'alimentation. On obtient ainsi une source d'énergie utilisable à titre principal ou auxiliaire, par exemple en complément d'un convertisseur thermoélectrique. Ceci sera possible en particulier avec un capteur de vitesse électromagnétique passif polarisé du type à bobine et roue phonique ou codeur magnétique. It can also be envisaged that the movement sensor of the guide member is connected to the supply circuit in such a way that when the guiding rotates, the movement sensor of the guide member generates a signal that supplies power to the supply circuit. This provides a source of energy that can be used as a main or auxiliary source, for example in addition to a thermoelectric converter. This will be possible in particular with a polarized passive electromagnetic velocity sensor of the coil and phonic wheel or magnetic encoder type.
[0071] Le module de surveillance peut comporter en outre une antenne de transmission radioélectrique et un circuit de transmission relié à l'antenne. Toujours dans un soucis de maîtrise de l'énergie, on peut prévoir que le circuit de transmission soit apte à être alimenté par l'antenne, lorsque celle-ci est placée dans un champ électromagnétique d'un dispositif émetteur-récepteur distant. Dans une telle configuration, le circuit de transmission peut limiter son recours au circuit d'alimentation lors des phases de transmission, ce qui est particulièrement avantageux notamment si les phases de transmission ont lieu à l'arrêt, par exemple dans une phase de maintenance, où le palier n'émet pas de chaleur et ne tourne pas. The monitoring module may further comprise a radio transmission antenna and a transmission circuit connected to the antenna. Still in a concern for energy control, it can be provided that the transmission circuit is able to be fed by the antenna when it is placed in an electromagnetic field of a remote transceiver device. In such a configuration, the transmission circuit can limit its use of the power supply circuit during the transmission phases, which is particularly advantageous, especially if the transmission phases take place at a standstill, for example in a maintenance phase, where the landing does not emit heat and does not turn.
[0072] Par ailleurs, toujours dans un soucis de minimisation des besoins énergétiques et de maximisation de l'autonomie du module de surveillance, on peut prévoir que le capteur d'état soit un capteur d'émission acoustique apte à détecter les ondes élastiques transitoires résultant de micro-déplacements locaux internes à l'organe de guidage. En effet, un tel capteur est peu consommateur d'énergie et ne nécessite pas de traitements du signal sophistiqué, eux-mêmes consommateurs d'énergie. D'autres capteurs d'état peuvent toutefois être envisagés, par exemple un capteur de température ou un capteur accélérométrique. Moreover, always in a concern of minimizing the energy requirements and maximizing the autonomy of the monitoring module, it is possible for the state sensor to be an acoustic emission sensor able to detect the transient elastic waves. resulting from local micro-displacements internal to the guide member. Indeed, such a sensor is low energy consumption and does not require sophisticated signal processing, themselves energy consumers. Other state sensors may however be envisaged, for example a temperature sensor or an accelerometric sensor.
[0073] Selon un autre aspect de l'invention celle-ci a trait à une boîte de palier, notamment boîte d'essieu, comportant : un corps de boîte de palier définissant une cavité pour loger un palier pour le guidage d'un organe tournant, notamment une fusée d'essieu, et un couvercle de boîte de palier fermant la cavité, un module de surveillance tel que décrit précédemment, pour la surveillance d'au moins une grandeur physique caractéristique de l'état du palier. According to another aspect of the invention, it relates to a bearing box, in particular an axle box, comprising: a bearing box body defining a cavity for housing a bearing for guiding an organ rotating, in particular an axle journal, and a bearing box cover closing the cavity, a monitoring module as described above, for monitoring at least one physical parameter characteristic of the state of the bearing.
[0074] Le capteur d'état est de préférence est disposé à l'extérieur de la boîte de palier, de préférence dans un boîtier dédié fixé à la boîte de palier. Le capteur de rotation du palier peut être disposé à l'extérieur de la boîte de palier (par exemple s'il s'agit d'un capteur thermométrique ou accélérométrique). Il peut également pénétrer à l'intérieur de la cavité par une ouverture d'une paroi du corps de boîte de palier ou du couvercle de boîte de palier. [0075] Selon un autre aspect de l'invention celle-ci a trait à un couvercle de boîte de palier, notamment de boîte d'essieu, comportant : des moyens de fixation à un corps de la boîte de palier, et un module de surveillance tel que décrit précédemment, pour la surveillance d'au moins une grandeur physique caractéristique de l'état du palier, la semelle du module de surveillance étant en contact et en appui contre une paroi de couplage thermique et/ou acoustique du couvercle de boîte de palier, ou traversant une ouverture d'une paroi du couvercle de boîte de palier. The state sensor is preferably disposed outside the bearing box, preferably in a dedicated housing fixed to the bearing box. The rotation sensor of the bearing can be arranged outside the bearing box (for example if it is a thermometric or accelerometric sensor). It can also penetrate inside the cavity through an opening in a wall of the bearing box body or the bearing box cover. According to another aspect of the invention, it relates to a bearing box cover, in particular an axle box, comprising: means for fixing to a body of the bearing box, and a module for monitoring as described above, for monitoring at least one physical parameter characteristic of the state of the bearing, the sole of the monitoring module being in contact and bearing against a thermal and / or acoustic coupling wall of the box lid bearing, or through an opening in a wall of the bearing box cover.
[0076] Cette solution est particulièrement adaptée à un contexte de rénovation de matériel existant, la seule pièce existante de la boîte de palier devant être modifiée étant le couvercle, ce qui ne nécessite pas de requalification de l'ensemble de la boîte. This solution is particularly suitable for an existing hardware renovation context, the only existing part of the bearing box to be modified being the lid, which does not require requalification of the entire box.
[0077] Selon un autre aspect de l'invention, celle-ci a trait à un procédé de gestion de l'alimentation électrique d'un module de surveillance d'au moins une grandeur physique caractéristique de l'état d'un palier logé dans une boîte de palier, procédé suivant lequel : on charge un accumulateur électrochimique avec au moins un générateur thermoélectrique, on alimente un circuit d'interrogation d'un capteur d'état pour mesurer la grandeur physique lorsque la vitesse de rotation du palier est supérieure un premier seuil prédéterminé ; on cesse d'alimenter au moins le circuit d'interrogation lorsque la vitesse de rotation du palier est inférieure à un deuxième seuil prédéterminé pendant un temps donné. According to another aspect of the invention, it relates to a method for managing the power supply of a monitoring module of at least one physical parameter characteristic of the state of a housed landing. in a bearing box, according to which: an electrochemical accumulator is charged with at least one thermoelectric generator, an interrogation circuit of a state sensor is supplied to measure the physical quantity when the rotational speed of the bearing is greater than a first predetermined threshold; stopping supplying at least the interrogation circuit when the rotational speed of the bearing is less than a second predetermined threshold for a given time.
[0078] Comme expliqué précédemment, cette mesure d'économie d'énergie permet une plus grande autonomie du module de surveillance. As explained above, this energy saving measure allows greater autonomy of the monitoring module.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
[0079] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : la figure 1, un schéma de principe d'un module de surveillance selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2, une vue en coupe d'un module de surveillance selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 3, une vue en coupe du module de surveillance de la figure 2 suivant un plan de coupe parallèle à celui de la figure 2 ; la figure 4, une vue éclatée du module de surveillance de la figure 2 ; - la figure 5, une vue en coupe d'une boîte de palier, ici une boîte d'essieu, incorporant le module de surveillance de la figure 2 ; la figure 6, une vue en coupe d'un module selon une variante de réalisation.  Other characteristics and advantages of the invention will emerge on reading the description which follows, with reference to the appended figures, which illustrate: FIG. 1, a block diagram of a monitoring module according to a mode of embodiment of the invention; - Figure 2, a sectional view of a monitoring module according to one embodiment of the invention; Figure 3, a sectional view of the monitoring module of Figure 2 along a sectional plane parallel to that of Figure 2; Figure 4 is an exploded view of the monitoring module of Figure 2; - Figure 5, a sectional view of a bearing box, here an axle box, incorporating the monitoring module of Figure 2; Figure 6 is a sectional view of a module according to an alternative embodiment.
[0080] Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l'ensemble des figures. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION For clarity, identical or similar elements are identified by identical reference signs throughout the figures. DETAILED DESCRIPTION OF AN EMBODIMENT
[0081] Sur la figure 1 est illustré de manière schématique un module de surveillance 10 d'un palier rotatif, composé de plusieurs briques technologiques, à savoir une brique 12 de récupération d'énergie issue de l'environnement, une brique de gestion et de stockage de cette énergie 14, une brique de mesure 16 composée d'un ou plusieurs capteurs de mesure d'une ou plusieurs grandeurs physiques caractéristiques de l'état du palier, une brique de traitement du signal 18 et une brique 20 de transmission d'un diagnostic de l'état du palier. Dans la suite, on supposera à titre illustratif que le palier en question est un palier à roulement logé dans une boîte d'essieu ferroviaire, mais cette application particulière n'a pas nécessairement de caractère limitatif.  In Figure 1 is schematically illustrated a monitoring module 10 of a rotary bearing, consisting of several technological bricks, namely a brick 12 of energy recovery from the environment, a brick management and storage of this energy 14, a measurement brick 16 composed of one or more sensors for measuring one or more physical quantities characteristic of the state of the bearing, a signal processing brick 18 and a transmission brick 20 a diagnosis of the state of the bearing. In the following, it will be assumed by way of illustration that the bearing in question is a rolling bearing housed in a railway axle box, but this particular application is not necessarily of a limiting nature.
[0082] La récupération d'énergie peut tirer partie de différentes sources énergétiques présente dans l'environnement direct du capteur, notamment la rotation de l'arbre guidé par le palier ou la température au voisinage direct du palier. D'autres sources d'énergie disponibles, telle que la déformation d'une des bagues du palier ou l'énergie solaire, seraient en théorie envisageables. Le choix retenu doit tenir compte de l'intégration mécanique choisie et du système intégrant le palier à instrumenter. The energy recovery can take advantage of different energy sources present in the direct environment of the sensor, including the rotation of the shaft guided by the bearing or the temperature in the direct vicinity of the bearing. Other available sources of energy, such as the deformation of one of the bearing rings or solar energy, would in theory be conceivable. The chosen choice must take into account the chosen mechanical integration and the system integrating the bearing to be instrumented.
[0083] Dans le mode de réalisation illustré plus spécifiquement sur les figures 2 à 5, la brique de récupération d'énergie met en œuvre au moins un, et ici en l'occurrence deux convertisseurs thermoélectriques 22, 24 placés en parallèle dans un flux thermique, comme représenté schématiquement sur la figure 2. Ces convertisseurs thermoélectriques 22, 24 comportent chacun, de manière connue, une face chaude et une face froide, qu'il convient de placer dans un flux de chaleur pour obtenir l'effet thermoélectrique recherché. Dans la mesure où ces convertisseurs thermoélectriques doivent par ailleurs être protégés mécaniquement de leur environnement potentiellement hostile, ils sont insérés dans un boîtier d'instrumentation 26 permettant ce flux de chaleur. Le boîtier comporte une semelle métallique 28, par exemple en cuivre ou en un alliage à base de cuivre, présentant une face extérieure latérale 30 de couplage thermique exposée à une source de chaleur et une face intérieure 32 en contact et en appui contre une pièce d'adaptation 34 également en cuivre, cette pièce étant directement en contact avec la face chaude du convertisseur thermoélectrique. De préférence, la pièce d'adaptation 34 est fixée à la semelle 28 par des vis 35. Le boîtier comporte également un radiateur de refroidissement à ailettes 36 en alliage d'aluminium, destiné à être placé dans un flux d'air froid, ou du moins relativement froid par rapport à la source chaude. Un chemin thermique est réalisé entre la face froide des convertisseurs thermoélectrique 22, 24 et le radiateur de refroidissement 36 par l'intermédiaire d'une pièce d'adaptation 38 en cuivre et d'un coussin d'adaptation 40. In the embodiment illustrated more specifically in Figures 2 to 5, the energy recovery brick implements at least one, and here in this case two thermoelectric converters 22, 24 placed in parallel in a stream As shown schematically in FIG. 2, these thermoelectric converters 22, 24 each comprise, in known manner, a hot face and a cold face, which should be placed in a heat flow to obtain the desired thermoelectric effect. Insofar as these thermoelectric converters must also be mechanically protected from their potentially hostile environment, they are inserted into an instrumentation box 26 allowing this heat flow. The housing comprises a metal soleplate 28, for example made of copper or a copper-based alloy, having a lateral external thermal coupling face 30 exposed to a heat source and an inner face 32 in contact and in abutment with a piece of metal. adaptation 34 also copper, this part being directly in contact with the hot face of the thermoelectric converter. Preferably, the adapter piece 34 is fixed to the soleplate 28 by screws 35. The housing also comprises a finned cooling radiator 36 of aluminum alloy, intended to be placed in a cold air flow, or at least relatively cold compared to the hot source. A thermal path is made between the cold face of the thermoelectric converters 22, 24 and the cooling radiator 36 via a copper adapter piece 38 and an adaptation cushion 40.
[0084] Le radiateur 36 et la semelle 28 ne viennent pas directement en contact l'un de l'autre, mais sont au contraire séparés par un corps 41 du boîtier, formant avec la semelle 28 et le radiateur 36 une cavité 42 de logement des convertisseurs thermoélectriques 22, 24, fermée d'un côté par le radiateur 36 et de l'autre par la semelle 28. De préférence, le corps 41 est constitué d'un matériau thermiquement isolant et constitue un joint thermique isolant le radiateur de la semelle. Il peut également s'agir d'un matériau thermiquement conducteur, auquel cas un joint thermique spécifique doit impérativement être prévu entre le corps 41 et le radiateur 36, et/ou entre le corps 41 et la semelle 28. The radiator 36 and the sole 28 do not come into direct contact with each other, but are instead separated by a body 41 of the housing, forming with the sole 28 and the radiator 36 a housing cavity 42 thermoelectric converters 22, 24, closed on one side by the radiator 36 and on the other by the soleplate 28. Preferably, the body 41 is made of a thermally insulating material and constitutes a heat seal insulating the radiator of the sole. It may also be a thermally conductive material, in which case a specific heat seal must be provided between the body 41 and the radiator 36, and / or between the body 41 and the soleplate 28.
[0085] La semelle 28 est fixée au corps 41 de préférence par des vis de fixation 47, visibles sur la figure 4. Le radiateur 36 est de préférence monté sur le corps à l'aide de vis de fixation 48. Dans l'exemple de réalisation, et pour tenir compte des contraintes mécaniques importantes de l'application envisagée pour équiper une boîte d'essieu ferroviaire, on prévoit un corps en acier inoxydable, la semelle étant réalisée en cuivre et le radiateur en aluminium. Des joints d'étanchéité 43, 44 sont prévus d'une part entre la semelle 28 et le corps 41, et d'autre part entre le corps 41 et le radiateur 36. Une plaque rigide en matériau thermiquement isolant 46 est également prévue entre le corps et le radiateur pour y constituer un joint thermique. Pour éviter une quelconque oxydation de la semelle 28, le corps en acier inoxydable 41 enveloppe et recouvre complètement la semelle 28 sur toutes les faces autres que la face de couplage thermique. [0086] Lors de l'assemblage du boîtier d'instrumentation 26, les convertisseurs thermoélectriques se trouvent pris en sandwich entre les pièces d'adaptation 34, 38 et, de manière ultime, entre la semelle 28 et le radiateur 36. Le coussin d'adaptation 40 disposé entre le radiateur 36 et la pièce d'adaptation 38 est déformable et permet de parfaitement maîtriser la pression de contact aux interfaces entre le convertisseur thermoélectrique et les pièces d'adaptation. Dans l'exemple illustré sur les figures, ce coussin d'adaptation 40 est disposé entre le radiateur et l'adaptateur 38 du côté de la face froide des convertisseurs thermoélectriques 22, 24 et le radiateur 36, mais pourrait alternativement être positionné, suivant une variante, entre l'adaptateur 34 du côté de la face chaude des convertisseur thermoélectriques et la semelle 28. On peut également prévoir deux coussins d'adaptation de part et d'autre des convertisseurs thermoélectriques 22, 24, pour protéger à la fois la face froide et la face chaude des convertisseurs thermoélectriques 22, 24. Ces coussins sont en matériau déformable bon conducteur thermique, et présentent des propriétés de surface adaptées aux pièces entre lesquelles ils s'interposent, pour maximiser la surface de contact et minimiser la résistance thermique de contact à chaque interface. The sole 28 is fixed to the body 41 preferably by fixing screws 47, visible in Figure 4. The radiator 36 is preferably mounted on the body with the fixing screws 48. In the example embodiment, and to take into account the significant mechanical constraints of the application envisaged to equip a railway axle box, there is provided a stainless steel body, the sole being made of copper and the aluminum radiator. Seals 43, 44 are provided on the one hand between the sole 28 and the body 41, and on the other hand between the body 41 and the radiator 36. A rigid plate of thermally insulating material 46 is also provided between the body and the radiator to form a heat seal. To avoid any oxidation of the sole 28, the stainless steel body 41 envelops and completely covers the sole 28 on all sides other than the thermal coupling face. During assembly of the instrumentation housing 26, the thermoelectric converters are sandwiched between the adaptation parts 34, 38 and, ultimately, between the sole plate 28 and the radiator 36. adaptation 40 disposed between the radiator 36 and the adaptation piece 38 is deformable and allows to perfectly control the contact pressure at the interfaces between the thermoelectric converter and the adaptation parts. In the example illustrated in the figures, this adaptation cushion 40 is disposed between the radiator and the adapter 38 on the cold face side of the thermoelectric converters 22, 24 and the radiator 36, but could alternatively be positioned, following a variant, between the adapter 34 on the hot face side of the thermoelectric converters and the sole 28. It is also possible to provide two adapter cushions on either side of the thermoelectric converters 22, 24, to protect both the face The cushions are of deformable, good thermal conductor material, and have surface properties adapted to the parts between which they interpose, in order to maximize the contact surface and to minimize the thermal resistance of the thermocouple. contact at each interface.
[0087] Le boîtier d'instrumentation 26 permet de loger non seulement les convertisseurs thermoélectriques 22, 24, mais également un circuit électrique du module de surveillance 10, matérialisé par une ou plusieurs plaques de circuits imprimés 50 fixées au corps par des vis 51 et incorporant les briques de gestion et de stockage de l'énergie 14, de mesure 16, de traitement du signal 18 et de transmission 20. The instrumentation box 26 accommodates not only the thermoelectric converters 22, 24, but also an electrical circuit of the monitoring module 10, embodied by one or more printed circuit boards 50 fixed to the body by screws 51 and incorporating the energy management and storage 14, measurement 16, signal processing 18 and transmission 20 management and storage bricks.
[0088] Le circuit électrique comporte notamment un circuit de gestion de l'alimentation électrique, relié d'une part aux convertisseurs thermoélectriques 22, 24 et d'autre part à un accumulateur électrochimique 52. L'accumulateur électrochimique 52 peut avantageusement être isolé thermiquement de la semelle et relié thermiquement au radiateur, ceci pour s'assurer que l'accumulateur fonctionne dans une plage de température suffisamment basse. Le circuit de gestion de l'alimentation électrique peut avantageusement inclure un circuit de détermination de l'état de charge de l'accumulateur électrochimique. [0089] Le circuit électrique comporte en outre un circuit d'interrogation de l'état du palier, relié à un ou plusieurs capteurs de grandeurs physiques caractéristiques de l'état du palier, en l'occurrence un capteur d'émission acoustique 54, un capteur de température et le cas échéant un capteur de vitesse 58, voire d'autres capteurs, tels que ceux envisagés dans le document FR 2 944 875, dont la description est ici intégrée par référence. The electrical circuit comprises in particular a power supply management circuit, connected firstly to the thermoelectric converters 22, 24 and secondly to an electrochemical accumulator 52. The electrochemical accumulator 52 can advantageously be thermally insulated. of the soleplate and thermally connected to the radiator, to ensure that the accumulator operates in a sufficiently low temperature range. The power supply management circuit can advantageously include a circuit for determining the state of charge of the electrochemical accumulator. The electrical circuit further comprises a polling circuit of the state of the bearing, connected to one or more sensors of physical quantities characteristic of the state of the bearing, in this case an acoustic emission sensor 54, a temperature sensor and, where appropriate, a speed sensor 58, or even other sensors, such as those envisaged in the document FR 2 944 875, the description of which is here incorporated by reference.
[0090] L'émission acoustique résulte d'une libération d'énergie sous forme d'ondes élastiques transitoires au sein d'un matériau présentant une dégradation irréversible. L'émission acoustique d'une pièce de palier lisse ou de palier à roulement lors de la rotation permet de déterminer les dégradations telles que des fissures ou l'écaillage au niveau de la pièce ou, dans le cas d'un palier lisse, l'état de lubrification ou les possibles arrachements de matière. Il est possible de déterminer, par l'expérience, des signatures spécifiques de ces dégradations. Le capteur d'émission acoustique 54 est constitué par un transducteur piézoélectrique présentant une face de couplage à la pièce à surveiller, et sensible à des vibrations dans le domaine ultrasonore, et particulièrement dans un domaine vibratoire au-delà de 20 kHz. Ce capteur d'émission acoustique 54 est disposé dans le boîtier d'instrumentation 26 du module de surveillance 10 et couplé mécaniquement directement à la semelle 28 ou au corps 41 du boîtier d'instrumentation. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures, le capteur d'émission acoustique 54 est plus spécifiquement fixé et accouplé au corps 41 du boîtier, plaqué sur une paroi 60 de faible épaisseur destinée à venir en contact direct avec une paroi de la boîte de palier. Un capot de blindage électromagnétique 62 est prévu pour isoler le capteur d'émission acoustique 54 de perturbations éventuelles. [0091] Le capteur thermométrique est quant à lui positionné au contact de la face chaude de la semelle, directement à proximité de la face chaude du convertisseur thermoélectrique. The acoustic emission results from an energy release in the form of transient elastic waves in a material having irreversible degradation. The acoustic emission of a plain bearing or rolling bearing part during the rotation makes it possible to determine the degradations such as cracks or spalling at the workpiece or, in the case of a plain bearing, state of lubrication or possible tearing of material. It is possible to determine, by experience, specific signatures of these impairments. The acoustic emission sensor 54 is constituted by a piezoelectric transducer having a coupling face to the part to be monitored, and sensitive to vibrations in the ultrasonic field, and particularly in a vibratory range beyond 20 kHz. This acoustic emission sensor 54 is disposed in the instrumentation box 26 of the monitoring module 10 and mechanically coupled directly to the sole plate 28 or to the body 41 of the instrumentation box. In the embodiment illustrated in the figures, the acoustic emission sensor 54 is more specifically fixed and coupled to the body 41 of the housing, plated on a thin wall 60 intended to come into direct contact with a wall of the box. bearing. An electromagnetic shielding cover 62 is provided to isolate the acoustic emission sensor 54 from possible disturbances. The thermometric sensor is positioned in contact with the hot face of the sole, directly near the hot face of the thermoelectric converter.
[0092] Le circuit d'interrogation interroge le capteur thermométrique et le capteur d'émission acoustique 54, et transmet les données à un circuit de traitement du signal. Celui-ci est volontairement peu sophistiqué compte tenu du bilan énergétique du système. On privilégie en effet une simplification de ce traitement pour permettre une fréquence de mesure plus importante. Le circuit de traitement comporte également le stockage des données. Selon le niveau d'émission acoustique mesuré, l'état de fonctionnement du palier est représenté par un indicateur pouvant prendre trois états : The interrogation circuit interrogates the thermometric sensor and the acoustic emission sensor 54, and transmits the data to a signal processing circuit. It is deliberately unsophisticated given the balance sheet system energy. Indeed, a simplification of this treatment is preferred to allow a higher measurement frequency. The processing circuit also includes storing the data. Depending on the level of acoustic emission measured, the operating state of the bearing is represented by an indicator that can take three states:
Vert : le roulement est sain Green: the bearing is healthy
Orange : un début d'écaillage est détecté. Il est nécessaire de programmer une opération de maintenance pour le replacer. Celle-ci pourra être réalisée en même temps que la prochaine échéance de maintenance programmée. Orange: a start of flaking is detected. It is necessary to program a maintenance operation to replace it. This can be done at the same time as the next scheduled maintenance deadline.
Rouge : l'état d'écaillage est avancé. Il est urgent de changer le palier concerné pour éviter un risque de surchauffe, et de casse éventuelle. Red: The chipping condition is advanced. It is urgent to change the bearing concerned to avoid a risk of overheating, and possible breakage.
[0093] Selon l'état de l'indicateur, il est possible de faire un relevé des mesures enregistrées à la demande pour une analyse plus approfondie. [0094] Le circuit électrique comporte enfin un circuit de transmission par radiofréquence basse consommation relié à une antenne de transmission 64. L'antenne 64 est logée dans une cavité 66 ménagée dans le radiateur. Cette cavité est tournée vers l'extérieur et fermée par un couvercle de protection 68 en matériau transparent aux ondes électromagnétiques. Du fait de la masse métallique constituée par le radiateur 36, la conception de l'antenne 64 est spécifique et tient compte des caractéristiques électromagnétiques du matériau. Une plaque métallique conductrice 70 est interposée entre l'antenne et le radiateur pour constituer un plan de masse permettant d'augmenter les performances de l'antenne. Depending on the state of the indicator, it is possible to make a record of the measurements recorded on demand for a more in-depth analysis. Finally, the electrical circuit comprises a low-power radiofrequency transmission circuit connected to a transmission antenna 64. The antenna 64 is housed in a cavity 66 formed in the radiator. This cavity is turned towards the outside and closed by a protective cover 68 made of material transparent to electromagnetic waves. Because of the metal mass constituted by the radiator 36, the design of the antenna 64 is specific and takes into account the electromagnetic characteristics of the material. A conductive metal plate 70 is interposed between the antenna and the radiator to form a ground plane for increasing the performance of the antenna.
[0095] Le module de surveillance 10 ainsi défini peut équiper une boîte de palier, par exemple une boîte d'essieu de véhicule ferroviaire 72 telle qu'illustrée sur la figure 5, constituée d'un corps de boîte 74 fermé par un couvercle de boîte 76, délimitant une cavité étanche 78 de logement d'un palier 80 de guidage d'une fusée d'essieu 82. En l'occurrence, et sans que ceci ait un caractère limitatif, le palier 80 est un palier à roulement, constitué d'une bague extérieure fixe 84 à deux chemins de roulement obliques, de deux bagues intérieures 86 à chemins de roulement obliques et de corps roulants 88, en l'occurrence des rouleaux coniques, maintenus dans des cages 90. La bague extérieure fixe 84 est solidaire du corps 74 de la boîte d'essieu, alors que les bagues intérieures 86 sont emmanchées sur la fusée d'essieu 82 et maintenues en position par un chapeau de fusée 92. The monitoring module 10 thus defined can equip a bearing box, for example a rail vehicle axle box 72 as illustrated in Figure 5, consisting of a box body 74 closed by a cover of box 76, delimiting a sealed cavity 78 housing a bearing 80 for guiding an axle stub 82. In the present case, and without this having a limiting character, the bearing 80 is a rolling bearing, consisting of of a fixed outer ring 84 with two paths of oblique bearing, two inner rings 86 with oblique raceways and rolling bodies 88, in this case conical rollers, held in cages 90. The fixed outer ring 84 is integral with the body 74 of the axle box, while the inner rings 86 are fitted on the axle stub 82 and held in position by a rocket cap 92.
[0096] Comme illustré sur la figure, le module de surveillance 10 est positionné dans un renfoncement 94 du couvercle 76, la paroi latérale 30 de couplage thermique de la semelle étant plaquée contre une paroi latérale 96 directement dans la zone de charge du palier 80 94 pour maximiser le transfert de chaleur au travers de cette paroi 96 qui constitue une paroi de couplage thermique. Le corps 41 du boîtier d'instrumentation 26 du module de surveillance 10 est fixé au renfoncement 94 du couvercle par quatre vis 98 (figure 4), de manière à réaliser une bonne pression de contact entre le corps 41 du boîtier d'instrumentation et le couvercle 76 de la boîte d'essieu 72 au niveau du renfoncement 94, qui constitue également une paroi de couplage acoustique. Un joint d'étanchéité 100 est prévu entre le corps 41 du boîtier d'instrumentation et la boîte de palier 72, entourant la semelle 28, pour protéger la semelle 28. De manière remarquable, la paroi de couplage acoustique du renfoncement 94 et la paroi de couplage thermique 96 sont perpendiculaires l'une à l'autre, de sorte que les chaînes de cotes puisse être respectées d'une part entre le corps 41 et la paroi de couplage acoustique 94 et d'autre part entre la semelle et la paroi de couplage thermique 96, malgré d'éventuelles tolérances de montage entre le corps 41 et la semelle 28. As illustrated in the figure, the monitoring module 10 is positioned in a recess 94 of the cover 76, the side wall 30 of thermal coupling of the soleplate being pressed against a side wall 96 directly in the load zone of the bearing 80 94 to maximize heat transfer through this wall 96 which constitutes a thermal coupling wall. The body 41 of the instrumentation box 26 of the monitoring module 10 is fixed to the recess 94 of the cover by four screws 98 (FIG. 4), so as to achieve a good contact pressure between the body 41 of the instrumentation box and the cover 76 of the axle box 72 at the recess 94, which also constitutes an acoustic coupling wall. A seal 100 is provided between the body 41 of the instrumentation box and the bearing box 72, surrounding the soleplate 28, to protect the soleplate 28. Remarkably, the acoustic coupling wall of the recess 94 and the wall thermal coupling 96 are perpendicular to each other, so that the chains of dimensions can be respected on the one hand between the body 41 and the acoustic coupling wall 94 and on the other hand between the sole and the wall of thermal coupling 96, despite possible mounting tolerances between the body 41 and the sole 28.
[0097] Le capteur de vitesse 58 traverse la paroi du renfoncement par un orifice, pour pénétrer à l'intérieur 78 de la boîte d'essieu, en regard et à distance d'entrefer d'un codeur 104 solidaire de l'équipage tournant, par exemple du chapeau de fusée 92, ou d'une des bagues intérieures tournantes 86 du palier. Le codeur 104 en question est un codeur de type dit « top tour », qui permet de détecter un ou deux changements d'état à chaque tour. Cette information est suffisante, car le capteur de vitesse 58 est essentiellement utilisé pour gérer l'énergie du circuit électrique de manière à minimiser la consommation énergétique et pour le diagnostic de l'état du palier, qui ne nécessite pas une connaissance très précise de la vitesse. [0098] Tant que la vitesse de l'essieu est inférieure à un seuil de vitesse de mise hors veille, correspondant par exemple dans l'application ferroviaire considérée à une vitesse de l'ordre de 80 km/heures pour le véhicule ferroviaire en question, le circuit électrique reste en veille profonde, la consommation électrique étant très faible ou nulle. Lorsque la vitesse de l'essieu 82 dépasse un seuil donné, la tension aux bornes du capteur de vitesse 58 fait sortir le circuit électrique sort de son état de veille, de sorte qu'un cycle de surveillance peut commencer. The speed sensor 58 passes through the recess wall through an orifice, to penetrate inside the axle box 78, facing and at a distance from the air gap of an encoder 104 secured to the rotating crew. , for example rocket cap 92, or one of the rotating inner rings 86 of the bearing. The encoder 104 in question is a so-called "top tower" type encoder, which makes it possible to detect one or two changes of state at each turn. This information is sufficient because the speed sensor 58 is mainly used to manage the energy of the electrical circuit so as to minimize the energy consumption and for the diagnosis of the state of the bearing, which does not require a very precise knowledge of the speed. As long as the speed of the axle is less than a speed threshold off standby, corresponding for example in the railway application considered at a speed of about 80 km / hour for the railway vehicle in question , the electrical circuit remains in deep sleep, the power consumption is very low or zero. When the speed of the axle 82 exceeds a given threshold, the voltage across the speed sensor 58 causes the electrical circuit to come out of its standby state, so that a monitoring cycle can begin.
[0099] Inversement, lorsque la vitesse de l'essieu 82 décroit sous un deuxième seuil prédéterminé, éventuellement égal au premier seuil, et y reste pendant une durée supérieure à un temps prédéterminé, le circuit électrique entre dans l'état de veille profonde. Conversely, when the speed of the axle 82 decreases under a second predetermined threshold, possibly equal to the first threshold, and remains there for a duration greater than a predetermined time, the electric circuit enters the deep sleep state.
[00100] Naturellement, diverses variantes sont envisageables. Of course, various variants are conceivable.
[00101] Sur la figure 6 est représentée une variante sans capteur de vitesse. On peut alors envisager différentes stratégies de minimisation de l'énergie consommée par le module : il est possible de ne prévoir des interrogations espacées dans le temps, par exemple une fois par jour ; si d'autres capteurs sont présents dans le module, il est également possible de prévoir un circuit de réveil en fonction d'un signal suffisamment énergétique délivré par l'un de ces capteurs et caractéristique de la rotation du palier, par exemple un signal de température ou une valeur RMS de vibration mesurée. [00101] In Figure 6 is shown a variant without speed sensor. One can then consider different strategies for minimizing the energy consumed by the module: it is possible to provide for interrogations spaced apart in time, for example once a day; if other sensors are present in the module, it is also possible to provide a wake-up circuit according to a sufficiently energetic signal delivered by one of these sensors and characteristic of the rotation of the bearing, for example a signal of temperature or a measured vibration RMS value.
[00102] Le module de surveillance 10 est adaptable non seulement à des boîtes d'essieux mais également à d'autres type de boîtes de palier à roulement ou de palier lisses, notamment pour éolienne ou pour des machines industrielles, dans des applications où l'on constate un échauffement suffisant du palier et une différence de température importante entre l'intérieur de la boîte de palier et le milieu externe. [00103] Le boîtier peut être constitué sans corps, le radiateur étant alors fixé à la semelle, avec interposition d'un joint thermique. The monitoring module 10 is adaptable not only to axle boxes but also to other types of rolling bearing or plain bearings, particularly for wind turbines or industrial machines, in applications where the there is sufficient heating of the bearing and a significant temperature difference between the inside of the bearing box and the external environment. The housing can be formed without body, the radiator then being attached to the sole, with the interposition of a heat seal.
[00104] Le capteur de vitesse 58 peut être mis à profit comme source d'énergie électrique auxiliaire ou principale du module de surveillance 10. Pour ce faire, le capteur de vitesse 58 doit être associé à un anneau codeur multipolaire présentant un grand nombre de pôles, par exemple 32 pôles par tour, pour générer un courant alternatif servant à alimenter le circuit électrique et l'accumulateur 52. The speed sensor 58 can be used as a source of auxiliary or main electrical power of the monitoring module 10. To do this, the speed sensor 58 must be associated with a multipole encoder ring having a large number of poles, for example 32 poles per revolution, for generating an alternating current for supplying the electric circuit and the accumulator 52.
[00105] Les pièces d'adaptation 34, 38, ou au moins l'une d'entre elles, peuvent être omises. [00106] Le nombre de convertisseurs thermiques et leur disposition thermiquement en série et/ou en parallèle, et électriquement en série et/ou en parallèle, peuvent être déterminés de façon différente pour chaque application, en fonction notamment des contraintes de volume, du différentiel thermique disponible en source chaude et source froide et/ou de la gamme de tension à générer pour être compatible avec l'accumulateur électrochimique. [00105] The adaptation pieces 34, 38, or at least one of them, may be omitted. The number of thermal converters and their thermally arranged in series and / or in parallel, and electrically in series and / or in parallel, can be determined differently for each application, depending in particular on the volume constraints, the differential thermal source available in hot source and cold source and / or the voltage range to be generated to be compatible with the electrochemical accumulator.
[00107] Le circuit de transmission peut être purement passif, de manière à ce que l'antenne 64 serve également à la captation de l'énergie électromagnétique émise par une antenne de lecture disposée à distance, cette énergie servant au circuit de transmission pour transmettre l'information sur l'état du palier surveillé. [00108] La description ci-dessus se transpose également à un système de guidage linéaire. The transmission circuit can be purely passive, so that the antenna 64 also serves to capture the electromagnetic energy emitted by a reading antenna arranged at a distance, this energy serving the transmission circuit for transmitting information on the status of the monitored landing. The above description is also transposed to a linear guide system.

Claims

REVENDICATIONS
Module (10) de surveillance d'au moins une grandeur physique caractéristique de l'état d'un organe de guidage par contact (80), le module de surveillance (10) comportant : Module (10) for monitoring at least one physical parameter characteristic of the state of a contact guiding member (80), the monitoring module (10) comprising:
au moins un capteur d'état (54, 58) pour fournir un signal électrique de mesure de la grandeur physique,  at least one state sensor (54, 58) for providing an electrical signal for measuring the physical quantity,
un circuit électrique (50) comportant :  an electrical circuit (50) comprising:
un circuit d'interrogation du capteur d'état relié au capteur d'état (54, 58),  an interrogation circuit of the state sensor connected to the state sensor (54, 58),
un circuit d'alimentation électrique du module de surveillance (10),  a power supply circuit of the monitoring module (10),
caractérisé en ce que le module comporte en outre : characterized in that the module further comprises:
au moins un convertisseur thermoélectrique (22, 24) intégré au circuit d'alimentation électrique,  at least one thermoelectric converter (22, 24) integrated in the power supply circuit,
une semelle (28) de canalisation d'un flux thermique transitant de l'organe de guidage (80) au convertisseur thermoélectrique (22, 24), un radiateur de refroidissement (36) pour évacuer un flux thermique transitant par conduction thermique du convertisseur thermoélectrique (22, 24) à l'extérieur, et  a sole (28) for channeling a heat flux passing from the guide member (80) to the thermoelectric converter (22, 24), a cooling radiator (36) for discharging a thermally conductive thermal flow of the thermoelectric converter. (22, 24) outside, and
au moins un joint thermique d'isolation (46) pour isoler de la semelle (28) le radiateur de refroidissement (36).  at least one thermal insulation seal (46) for insulating the cooling radiator (36) from the sole (28).
Module de surveillance (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un boîtier (26) de logement du circuit électrique (50), le boîtier (26) étant au moins partiellement constitué par le radiateur de refroidissement (36), la semelle (28) et le joint thermique (46), le boîtier (26) comportant au moins une interface mécanique (98) de fixation à un support (72) lié à l'organe de guidage. Monitoring module (10) according to claim 1, characterized in that it comprises a housing (26) housing the electrical circuit (50), the housing (26) being at least partially formed by the cooling radiator (36) , the sole (28) and the heat seal (46), the housing (26) having at least one mechanical interface (98) for attachment to a support (72) connected to the guide member.
3. Module de surveillance (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le boîtier (26) comporte en outre un corps (41) interposé entre la semelle (28) et le radiateur (36) et formant avec la semelle (28) et le radiateur (36) une cavité (42) de logement du convertisseur thermoélectrique (22, 24). 3. Monitoring module (10) according to claim 2, characterized in that the housing (26) further comprises a body (41) interposed between the sole (28) and the radiator (36) and forming with the sole (28). ) and the radiator (36) a housing cavity (42) of the thermoelectric converter (22, 24).
4. Module de surveillance (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que la semelle (28) est en cuivre ou alliage à base de cuivre, le corps (41) est en acier inoxydable et le radiateur (36) est en aluminium. 4. Monitoring module (10) according to claim 3, characterized in that the sole (28) is copper or copper-based alloy, the body (41) is stainless steel and the radiator (36) is aluminum .
5. Module de surveillance (10) selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que le corps (41) constitue une enveloppe dans laquelle est logée la semelle (28). 5. Monitoring module (10) according to claim 3 or claim 4, characterized in that the body (41) constitutes an envelope in which is housed the sole (28).
6. Module de surveillance (10) selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le ou les joints d'isolation thermique (46) sont disposés entre le corps (41) et le radiateur de refroidissement (36) et/ou entre le corps (41) et la semelle (28). 6. Monitoring module (10) according to any one of claims 3 to 5, characterized in that the heat insulation seal (s) (46) are arranged between the body (41) and the cooling radiator (36). and / or between the body (41) and the sole (28).
7. Module de surveillance (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de surveillance (10) comporte en outre au moins un coussin d'adaptation (40) en matériau conducteur thermique déformable, disposé entre le radiateur de refroidissement (36) et le convertisseur thermoélectrique et/ou entre le convertisseur thermoélectrique et la semelle. 7. Monitoring module (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the monitoring module (10) further comprises at least one adapter pad (40) of deformable thermal conductive material, disposed between the cooling radiator (36) and the thermoelectric converter and / or between the thermoelectric converter and the soleplate.
8. Module de surveillance (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit électrique (50) comporte en outre une antenne de transmission radioélectrique (64) reliée à un circuit électrique de transmission. 8. Monitoring module (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the electrical circuit (50) further comprises a radio transmission antenna (64) connected to an electrical transmission circuit.
9. Module de surveillance (10) selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'antenne (64) est logée dans une cavité (66) du radiateur de refroidissement (36) fermée par un couvercle (68) en matériau transparent aux ondes électromagnétiques au moins dans un domaine de fréquences correspondant à un gain maximal de l'antenne. 10. Module de surveillance (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit électrique (50) comporte un circuit d'économie d'énergie relié à un capteur de déplacement (58) de l'organe de guidage et apte à mettre le circuit d'interrogation hors veille lorsqu'un signal du capteur de de déplacement dépasse un seuil prédéterminé pendant un temps prédéterminé. 9. Monitoring module (10) according to claim 8, characterized in that the antenna (64) is housed in a cavity (66) of the cooling radiator. (36) closed by a cover (68) of material transparent to electromagnetic waves at least in a frequency range corresponding to a maximum gain of the antenna. 10. Monitoring module (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the electrical circuit (50) comprises a power saving circuit connected to a displacement sensor (58) of the body of guiding and able to put the interrogation circuit out of standby when a signal of the displacement sensor exceeds a predetermined threshold for a predetermined time.
11. Module de surveillance (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le convertisseur thermoélectrique (22, 24) présente une face chaude tournée vers la semelle (28) et une face froide opposée à la face chaude et tournée vers le radiateur de refroidissement (36). 11. Monitoring module (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the thermoelectric converter (22, 24) has a hot face facing the sole (28) and a cold face opposite the hot face and turned towards the cooling radiator (36).
12. Module de surveillance (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le radiateur de refroidissement (36) est réalisé en un matériau métallique. 12. Monitoring module (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the cooling radiator (36) is made of a metallic material.
13. Module de surveillance (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation électrique comporte un accumulateur électrochimique (52), rechargé par le convertisseur thermoélectrique (22, 24). 13. Monitoring module (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the power supply circuit comprises an electrochemical accumulator (52), recharged by the thermoelectric converter (22, 24).
14. Module de surveillance (10) selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'accumulateur électrochimique (52) est disposé en appui sur le radiateur de refroidissement (36). 15. Module de surveillance (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la ou les grandeurs physiques, incluent au moins une des grandeurs physiques suivantes : une émission acoustique de l'organe de guidage, une température de l'organe de guidage, une vibration. 14. Monitoring module (10) according to claim 13, characterized in that the electrochemical accumulator (52) is arranged in abutment on the cooling radiator (36). 15. Monitoring module (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the physical quantity (s) include at least one at least one of the following physical quantities: an acoustic emission of the guide member, a temperature of the guide member, a vibration.
Boîte de palier (72) comportant : un corps de boîte (74) délimitant une cavité (78) pour loger un palier (80) pour le guidage d'un élément tournant (82), et un couvercle de boîte (76) fermant la cavité (78), caractérisée en ce que la boîte de palier (72) est équipée d'un module de surveillance (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour la surveillance d'au moins une grandeur physique caractéristique de l'état du palier (80), la semelle (28) du module de surveillance étant en appui contre une paroi de couplage thermique (96) du corps de boîte (74) ou du couvercle de boîte (76) ou traversant une ouverture d'une paroi du corps de boîte ou du couvercle de boîte. A bearing box (72) comprising: a box body (74) defining a cavity (78) for housing a bearing (80) for guiding a rotating member (82), and a box lid (76) closing the cavity (78), characterized in that the bearing box (72) is equipped with a monitoring module (10) according to any one of the preceding claims, for monitoring at least one physical parameter characteristic of the state of the bearing (80), the sole (28) of the monitoring module being in abutment against a thermal coupling wall (96) of the can body (74) or the can lid (76) or passing through an opening of a wall of the box body or box lid.
Boîte de palier (72) selon la revendication 16, caractérisé en ce que la boîte de palier (72) est une boîte d'essieu logeant une fusée d'essieu (82), le radiateur de refroidissement (36) comportant des ailettes planes parallèles à un axe horizontal perpendiculaire à l'axe de rotation du palier (80). Bearing box (72) according to claim 16, characterized in that the bearing box (72) is an axle box housing an axle stub (82), the cooling radiator (36) having parallel plane wings to a horizontal axis perpendicular to the axis of rotation of the bearing (80).
Boîte de palier selon la revendication 16, caractérisé en ce que la boîte de palier est une boîte de palier d'éolienne logeant un axe d'hélice d'éolienne. Bearing box according to claim 16, characterized in that the bearing box is a wind turbine bearing housing housing a wind turbine propeller shaft.
Boîte de palier selon l'une quelconque des revendications 16 à 18, caractérisée en ce que le corps de boîte (74) ou le couvercle de boîte (76) présente une cavité ouverte vers l'extérieur de la boîte (72) et constituant un logement pour le module de surveillance, la cavité présentant une paroi latérale (96) perpendiculaire à un axe de rotation du palier et constituant la paroi de couplage thermique, le radiateur (36) faisant saillie hors de la cavité vers l'extérieur. 20. Boîte de palier selon la revendication 19, caractérisée en ce que la cavité est constituée dans le couvercle (76) de boîte de palier. Procédé d'alimentation électrique d'un module de surveillance d'au moins une grandeur physique caractéristique de l'état d'un palier (80) logé dans une boîte de palier (72), caractérisé en ce que : Bearing box according to one of Claims 16 to 18, characterized in that the box body (74) or the box cover (76) has a cavity open towards the outside of the box (72) and constituting a housing for the monitoring module, the cavity having a side wall (96) perpendicular to an axis of rotation of the bearing and constituting the thermal coupling wall, the radiator (36) projecting out of the cavity to the outside. 20. Bearing box according to claim 19, characterized in that the cavity is formed in the cover (76) of bearing box. Method for powering a monitoring module of at least one physical parameter characteristic of the state of a bearing (80) housed in a bearing box (72), characterized in that:
l'on transfère de la chaleur depuis l'intérieur (78) de la boîte de palier (72) jusqu'à une face chaude d'un convertisseur thermoélectrique (22, 24) situé à l'extérieur de la boîte de palier (72) ;  heat is transferred from the inside (78) of the bearing box (72) to a hot face of a thermoelectric converter (22, 24) located outside the bearing box (72). );
on transfère de la chaleur par conduction thermique depuis une face froide du convertisseur thermoélectrique jusqu'à un radiateur de refroidissement (36) thermiquement isolé par rapport à la boîte de palier (72) et situé dans un flux d'air ambiant forcé ;  transferring heat by thermal conduction from a cold side of the thermoelectric converter to a heat sink (36) thermally insulated from the bearing box (72) and located in a forced ambient air flow;
on charge un accumulateur électrochimique (52) avec le convertisseur thermoélectrique (22, 24),  an electrochemical accumulator (52) is charged with the thermoelectric converter (22, 24),
on alimente avec le convertisseur thermoélectrique (22, 24) et/ou l'accumulateur électrochimique (52) un circuit d'interrogation d'un capteur d'état (54, 58) de mesure de la grandeur physique.  a interrogation circuit of a state sensor (54, 58) for measuring the physical quantity is supplied with the thermoelectric converter (22, 24) and / or the electrochemical accumulator (52).
Procédé de surveillance selon la revendication 21, caractérisé en ce que l'on alimente avec le convertisseur thermoélectrique (22, 24) et/ou l'accumulateur électrochimique (52) un circuit de transmission relié à une antenne radio- électrique (64). Monitoring method according to claim 21, characterized in that a transmission circuit connected to a radio-electric antenna (64) is supplied with the thermoelectric converter (22, 24) and / or the electrochemical accumulator (52).
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