Brevet FR2724506A1 — publié le 19960315

La présente invention concerne des généra- teurs électriques et plus particulièrement des généra- teurs comportant des paliers destinés à supporter l'arbre d'entraînement, et un système pour détecter la défail- lance imminente de tels paliers et la nécessité de remplacer les paliers. Dans des générateurs électriques, tels que ceux utilisés pour alimenter les systèmes électriques d'un avion, le générateur est raccordé au moteur princi- pal par un arbre d'entraînement. L'ensemble formant rotor est monté sur l'arbre et tourne dans l'ensemble formant stator. L'arbre est supporté de manière à tourner dans la carcasse du générateur, moyennant l'utilisation d'ensembles de paliers étanches comprenant des roulements à billes lubrifiés avec de la graisse. Lors du fonction- nement normal du générateur, les paliers sont soumis à une usure. Eventuellement, les paliers peuvent s'user suffisamment pour qu'il puisse se produire une défail- lance des paliers, ce qui entraîne un arrêt du fonction- nement du générateur. Si le générateur s'arrête de fonctionner, le système électrique de l'avion ne peut pas fonctionner. Pour empêcher une défaillance des paliers et maintenir un fonctionnement correct du générateur, les paliers sont habituellement remplacés à des intervalles prédéterminés de service. Les intervalles de remplacement des paliers sont déterminés sur la base des scénarios d'usure des paliers, apparaissant dans le pire des cas, et les paliers sont programmés pour être remplacés avant tout risque raisonnable d'apparition d'une défaillance des paliers. Il en résulte que les paliers sont habituel- lement remplacés bien avant qu'ils soient effectivement usés, et on démonte les générateurs et on leur applique une maintenance d'une manière inutile avant qu'il existe une nécessité de remplacement immédiat des paliers. Ceci conduit à une maintenance, à un coût et un temps d'arrêt de l'équipement, qui sont inutiles. En tout cas, cette maintenance inutile était encore mise en oeuvre étant donné qu'il n'y avait aucun moyen permettant de déterminer si les paliers étaient ou non proches d'être le siège d'une défaillance effective, et une maintenance préventive devait être exécutée pour empêcher un endommagement du générateur et l'apparition de pertes éventuelles de puissance électrique, qui se produirait si les paliers connaissaient une défaillance effective. La présente invention fournit des moyens installés à bord servant à déterminer si une défaillance des paliers est susceptible de se produire dans des générateurs d'avions afin qu'un remplacement correct des paliers puisse être exécuté lorsque cela est nécessaire. Sur la base de la présente invention, les paliers doivent être remplacés uniquement lorsque cela est nécessaire pour empêcher une défaillance effective de ces paliers. L'invention détermine qu'une défaillance des paliers est susceptible de se produire et fournit une indication du fait que les paliers doivent être rempla- cés. L'invention permet également d'obtenir un fonction- nement sûr du générateur pendant un intervalle de temps suffisant après qu'une indication de remplacement des paliers a été délivrée. Le détecteur de défaillance des paliers selon la présente invention est conçu de manière à supprimer la nécessité d'un remplacement automatique programmé des paliers conformément à un programme de maintenance, qui peut ne pas refléter la nécessité d'un remplacement effectif des paliers. Le détecteur de défaillance des paliers permet par conséquent aux paliers de fonctionner jusqu'à ce qu'ils s'approchent de la défaillance, instant auquel le détecteur délivre une indication du fait que les paliers sont susceptibles de tomber en panne et doivent être remplacés dans l'espace d'un certain nombre d'heures de fonctionnement. Cette indication peut être présente sous la forme d'un signal envoyé au cockpit pour informer le pilote de la nécessité d'un remplacement des paliers. Une fois que l'indication de remplacement des paliers a été délivrée, la présente invention utilise des paliers auxiliaires dans lesquels l'arbre tourne jusqu'à ce que les ensembles de paliers soient remplacés. Les paliers auxiliaires présentent un faible interstice entre leur pourtour intérieur et l'arbre du rotor et sont utilisés uniquement lorsque les paliers principaux sont usés au point que leurs jeux internes sont suffisamment accrus pour être égaux à cet interstice. Le détecteur de défaillance des paliers selon la présente invention comprend un disque situé à l'inté- rieur de la garniture du coussinet de palier à proximité directe des paliers auxiliaires et à proximité de l'emplacement des paliers principaux. Le disque du détecteur de défaillance des paliers comprend une bague électriquement conductrice qui est logée dans une couche isolante pour isoler électriquement par rapport à la carcasse du générateur. La bague est exposée au niveau du pourtour intérieur du disque du détecteur, mais la taille du diamètre intérieur est supérieure au jeu normal interne des paliers principaux de sorte que l'arbre n'est pas en contact avec la bague jusqu'à ce que les paliers soient suffisamment usés. La bague du détecteur est raccordée à une résistance possédant une valeur résistive élevée, qui est contrôlée à tout moment par un circuit de commande. Pendant le fonctionnement, lorsque les paliers principaux se rapprochent de l'état de défaillan- ce, l'ordre du générateur principal se déplace dans les limites du jeu interne accru des paliers. Eventuellement, l'arbre frotte contre le disque du détecteur, et la résistance électrique en travers des disques, qui est contrôlée par le circuit de commande, se rapproche de zéro. Le circuit de commande détecte cette réduction de valeur résistive en tant que variation de potentiel ou de courant et envoie les signaux appropriés au cockpit. A cet instant, l'arbre du générateur est supporté par les paliers auxiliaires, et toute détério- ration supplémentaire des paliers principaux est empê- chée. Par conséquent, les paliers des générateurs peuvent être remplacés uniquement lorsqu'ils sont proches d'une défaillance, conformément à la présente invention, et une maintenance programmée inutile du générateur est évitée. En outre, le générateur peut fonctionner de façon sûre après que l'indication de remplacement des paliers a été délivrée grâce à l'utilisation des paliers auxi- liaires. Ces avantages et d'autres avantages sont fournis conformément à l'invention dans un générateur électrique, qui comprend un ensemble formant carcasse, un ensemble formant stator qui est monté de façon fixe par rapport à l'ensemble formant carcasse. Un ensemble de paliers supporté par l'ensemble formant carcasse, et l'ensemble de paliers comprend des paliers principaux présentant un jeu interne. Un arbre est supporté de manière à pouvoir tourner dans l'ensemble de paliers et traverse l'ensemble formant carcasse. Un ensemble formant rotor est monté sur l'arbre de manière à tourner conjoin- tement avec ce dernier à l'intérieur de l'ensemble formant stator. Un détecteur de défaillance des paliers est monté au voisinage de l'ensemble des paliers. Le détecteur détecte un accroissement, d'une valeur prédéterminée, du jeu interne des paliers principaux, cet accroissement indiquant la nécessité d'un remplacement des paliers. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation latérale et en coupe d'un générateur comportant un détecteur de défaillance des paliers conforme à l'inven- tion; - la figure 2 est une vue en élévation latérale et en coupe, à plus grande échelle, de l'un des détecteurs de défaillance des paliers de la figure 1; et - la figure 3 est une vue en élévation en bout du détecteur de défaillance des paliers de la figure 2. En se référant plus particulièrement aux dessins et initialement à la figure 1, on y voit repré- senté un générateur 10 mettant en oeuvre la présente invention. Le générateur 10 est un générateur alternatif du type utilisé généralement dans de nombreux avions. La carcasse, le stator et le rotor du générateur 10 sont essentiellement identiques à ceux contenus dans un générateur modèle 30086-010 disponible auprès de la société dite Lucas Aerospacce Power Equipment Corpora- tion, de Aurora, Ohio, États-Unis d'Amérique. Uniquement à titre de commodité pour la description du générateur , l'extrémité de gauche du générateur telle que représentée sur la figure 1 sera désignée comme étant l'extrémité avant, et l'extrémité de droite du générateur tel que représenté sur la figure 1 sera désignée comme étant l'extrémité arrière. Le générateur 10 comprend un ensemble formant carcasse 13 comprenant un élément de carcasse cylindrique extérieur 14, un ensemble formant capot d'extrémité avant fixé à une extrémité de l'élément de carcasse 14,; un moyeu d'extrémité 16 fixé à l'autre extrémité de l'élé- ment de carcasse 14, un capot de ventilateur 17 qui s'étend à partir de l'arrière du générateur au-delà du moyeu d'extrémité arrière 16. Un ensemble formant stator 18 est monté à l'intérieur de l'élément cylindrique de carcasse 14. L'ensemble formant stator 18 comprend un noyau de stator 19 et des enroulements statoriques 20. Le générateur est entraîné par un arbre rotatif 25 qui traverse l'ensemble formant carcasse 13. L'arbre 25 du rotor possède des cannelures situées sur l'extrémité avant et permettant sa fixation au dispositif d'entraînement principal du moteur de l'avion. Sur l'extrémité arrière de l'arbre 25, un ventilateur 30 est monté de manière à refroidir le générateur. Le ventilateur 30 est renfermé par le capot 17 du ventilateur. Un ensemble formant rotor 26 est monté sur l'arbre 25 de manière à tourner conjointement avec ce dernier. L'ensemble formant rotor 26 comprend un noyau de rotor 27 et des enroulements rotoriques 28. Hormis ce qui sera décrit ci-après, la plupart des éléments du générateur 10 sont connus et n'ont pas besoin d'être décrits ici d'une manière plus détaillée, étant donné qu'ils ne sont pas importants pour le fonctionnement de la présente invention. Une unité de commande 35 du générateur peut être prévue pour commander le fonctionnement du généra- teur 10. La fonction et la conception de l'unité de commande 35 du générateur sont décrites de façon plus détaillée dans la demande de brevet US N 08/131196, dont la description est incorporée ici par référence dans sa totalité. L'arbre 25 est maintenu en position dans l'ensemble formant carcasse 13 par un couple d'ensembles de paliers 38 et 39. L'ensemble de paliers avant 38 est logé dans une partie de l'ensemble formant capot d'extré- mité avant 15, l'ensemble de paliers arrière 39 est logé dans une partie du moyeu d'extrémité arrière 16. L'ensemble de paliers avant 38 comprend des paliers principaux 42, des paliers auxiliaires 43 situés à proximité des paliers principaux 42, et un détecteur 44 de défaillance des paliers. L'ensemble de paliers arrière 39 comprend des paliers principaux 45, des paliers auxiliaires 46 situés à proximité des paliers principaux 45, et un détecteur 47 de défaillance des paliers. Dans les paliers auxiliaires 43 et 46, il existe un faible interstice annulaire entre leur pourtour intérieur et l'arbre 25 du rotor, de sorte que les paliers auxiliaires 43 et 46 normalement ne sont pas en contact avec l'arbre 25, alors que l'arbre est correcte- ment centré dans les paliers principaux et que ces derniers ne sont pas excessivement usés. Les paliers auxiliaires 43 et 46 sont en contact avec l'arbre 25 uniquement lorsque les paliers principaux 40 et 45 sont usés au-delà d'une limite prédéterminée et que leur défaillance est imminente, comme cela sera décrit plus loin de façon plus détaillée. Les deux détecteurs 44 et 47 de défaillance des paliers sont essentiellement identiques et sont décrits tous deux en référence au détecteur 44 de défaillance des paliers représenté sur les figures 2 et 3. Comme cela est représenté notamment sur la figure 2, le détecteur 44 de défaillance des paliers est essentiel- lement un disque comprenant une bague conductrice 52, réalisée de préférence en un métal très conducteur tel que le cuivre. La bague 52 est logée dans une couche isolante 53. De préférence, une matière plastique isolante appropriée est moulée autour de la bague 52 de manière à former la couche 53. La matière plastique de la couche 53 peut être formée de n'importe quel matériau approprié, comme par exemple une polyéthercétone renfor- cée par des fibres de verre. La couche 53 isole électri- quement la bague 52 vis-à-vis des autres éléments du générateur. Une fois que la couche 53 du matériau isolant a été moulée autour de la bague 52, une ouverture 54 est formée au milieu du détecteur 44. L'ouverture centrale 54 est usinée de telle sorte que la périphérie intérieure de la bague métallique 52 est exposée à travers la couche 53 sur la périphérie de l'ouverture centrale. Le diamètre intérieur de l'ouverture centrale 54 du détecteur 44 est légèrement supérieur au diamètre extérieur de l'arbre 25 de sorte que, lorsque l'arbre est correctement centré dans les paliers principaux 42, l'arbre n'est pas en contact avec la bague métallique 52. Le diamètre inté- rieur de l'ouverture centrale 54 est également approxima- tivement égal au diamètre intérieur des paliers auxiliai- res 43 de sorte que l'arbre 25 peut être supporté par les paliers auxiliaires s'il est susceptible de venir en contact avec des détecteurs. Un fil conducteur 55 est raccordé à la bague métallique 52 par des moyens appro- priés, comme par exemple par brasage. Comme cela est représenté sur la figure 1, le fil conducteur 55, qui part du détecteur 44 de défail- lance des paliers ainsi que le fil conducteur correspon- dant 56 qui part de l'autre détecteur 47 de défaillance des paliers traversent une ouverture 57 aménagée dans l'élément de carcasse cylindrique 14 pour atteindre l'unité de commande 35 du générateur, ainsi que d'autres fils (non représentés) qui partent des composants opérationnels du générateur, comme par exemple le stator et les ensembles formant stator principal et stator excitateur. En fonctionnement, les paliers principaux 42 et 45 fonctionnant et supportant correctement l'arbre 25 du rotor, l'arbre tourne concentriquement dans les paliers auxiliaires 43 et 46, tout en étant séparé par un léger interstice, et l'arbre tourne concentriquement à l'intérieur des ouvertures centrales aménagées dans les détecteurs 44 et 47. Etant donné que le diamètre inté- rieur des paliers auxiliaires 44 et 46 est légèrement supérieur à celui des paliers principaux 42 et 45, seuls les paliers principaux supportent l'arbre 25, et l'arbre ne vient pas en conctact avec les paliers auxiliaires. De même, étant donné que le diamètre inté- rieur de l'ouverture centrale 54 dans les détecteurs 44 et 45 est légèrement supérieur au diamètre intérieur des paliers principaux 42 et 45, l'arbre 25 n'est pas en contact avec les détecteurs. Lorsque les paliers principaux 42 et 45 sont usés de façon importante, le jeu interne des paliers principaux augmente. Cela permet à l'arbre 25 de venir en contact avec les détecteurs 44 et 47 de défaillance des paliers. Lorsque l'arbre 25 est en contact avec la bague métallique 52 de l'un des détecteurs 44 et 47, la valeur résistive aux bornes de la bague diminue fortement en se rapprochant d'une valeur résistive nulle. Étant donné que la bague 52 est raccordée à l'unité de commande du générateur par les fils conducteurs 55 et 56, l'unité 35 contrôle cette forte réduction de résistance et par conséquent détecte le fait que les pieds princi- paux 42 et 45 se sont usés au point que l'arbre 25 peut venir en contact avec les détecteurs 44 et 47. Ceci indique que c'est le moment de remplacer les paliers principaux 42 et 45. La valeur résistive réduite, qui est détectée par l'unité de commande 35 du générateur, peut être utilisée pour envoyer un signal au cockpit pour avertir le pilote que les paliers principaux 42 et 45 doivent être remplacés dans les limites de l'intervalle de temps prédéterminé, comme par exemple 20 heures de fonctionnement. Le générateur 10 peut continuer à fonctionner sur les paliers auxiliaires 43 et 46, jusqu'à ce que les paliers principaux 42 et 45 soient remplacés. Les détecteurs 44 et 47 de défaillance des paliers permettent par conséquent un fonctionnement du générateur 10 jusqu'à ce que les ensembles de paliers soient sur le point d'être défaillants, et évitent la nécessité d'un remplacement périodique programmé des paliers, qui peut, par ailleurs, s'avérer inutile. Des détecteurs 44 et 47 des paliers auxiliaires 43 et 46 permettent également au générateur de fonctionner de façon sûre pendant un intervalle de temps suffisant après qu'une indication de remplacement ait été délivrée par le détecteur pour permettre le remplacement de l'ensemble des paliers. Bien que l'on ait décrit la structure et le fonctionnement de la présente invention en référence à l'unité de commande de générateur telle que décrite complètement dans la demande de brevet US NO 08/131196, on comprendra que l'unité de commande de générateur n'est pas nécessaire pour le fonctionnement de la présente invention et que l'utilisation de l'unité de commande de générateur est incluse dans la description uniquement pour illustrer une forme de réalisation préférée de l'invention et montrer d'autres avantages de l'unité de commande de générateur décrite dans la demande de brevet US NO de série 08/131196. L'invention peut également fonctionner en utilisant n'importe quel circuit approprié qui mesure une résistance, un courant ou un potentiel électrique et par conséquent détecte le fait que le disque du détecteur est venu en contact avec l'arbre, et qu'il délivre un signal d'avertissement approprié en tant que résultat d'une telle mesure. D'autres changements et modifications des formes de réalisation spécifiques ici représentées et décrites apparaîtront aux spécialistes de la technique et entrent toutes dans le cadre de la présente invention. Bien que l'on ait représenté et décrit des formes de réalisation particulières de l'invention, elles ont été indiquées uniquement à titre d'illustration et n'ont pas de caractère limitatif. Par conséquent, la portée de l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation spécifiques ici représentées et décrites, ni de quelque manière qui soit incompatible avec le degré de progression de la technique apporté par l'invention. REVENDICATIONS 1. Générateur électrique, caractérisé en ce qu'il comporte: un ensemble formant carcasse (13); un ensemble formant stator (18) monté fixe par rapport à l'ensemble formant carcasse; un ensemble de paliers (38,39) supporté par l'ensemble formant carcasse et comprenant des paliers principaux présentant un jeu interne; un arbre (25) supporté de manière à pouvoir tourner dans l'ensemble de paliers et s'étendant à travers l'ensemble formant carcasse; un ensemble formant rotor (26) monté sur l'arbre de manière à pouvoir tourner conjointement avec ce dernier à l'intérieur de l'ensemble formant stator; et un détecteur (44,47) de défaillance des paliers, monté au voisinage de l'ensemble de paliers, le détecteur détectant un accroissement, d'une valeur prédéterminée, du jeu interne des paliers principaux, cet accroissement indiquant la nécessité de remplacement des paliers. 2. Générateur électrique selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le détecteur (44,47) de défaillance des paliers comprend un disque qui entoure l'arbre. 3. Générateur électrique selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que le disque possède une ouverture centrale que traverse l'arbre. 4. Générateur électrique selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que le disque du détecteur (44) de défaillance des paliers comprend une bague électrique- ment conductrice (52), qui est en contact avec l'arbre lorsque le jeu interne des paliers principaux a augmenté de la valeur prédéterminée. 5. Générateur électrique selon la revendica- tion 4, caractérisé en ce que la bague (52) est contenue dans une couche (53) d'un matériau électriquement isolant servant à isoler la bague visà-vis de composants du générateur, autres que l'arbre. 6. Générateur électrique selon la revendica- tion 5, caractérisé en ce que la couche (53) de matériau électriquement isolant entoure complètement la bague (52) hormis au niveau de l'ouverture centrale (54), dans laquelle la bague est à même de venir en contact direct avec l'arbre. 7. Générateur électrique selon la revendica- tion 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (55,56) pour relier le détecteur à un circuit de commande (35) pour détecter électriquement un contact de l'arbre avec la bague. 8. Générateur électrique selon la revendica- tion 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour raccorder le détecteur à un circuit de commande (35) pour détecter électriquement le contact de l'arbre avec la bague, sur la base d'une réduction de résistance. 9. Générateur électrique selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que l'arbre possède un diamètre extérieur et l'ensemble de paliers comprend également des paliers auxiliaires, qui ont un diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur de l'arbre. 10. Détecteur de défaillance de paliers destiné à être monté sur un arbre (25), caractérisé en ce qu'il comporte: une bague conductrice (52) possédant un diamètre intérieur qui est légèrement supérieur au diamètre extérieur de l'arbre; une couche électriquement isolante (53) située autour de la bague, la couche isolante entourant la bague hormis au niveau du pourtour intérieur de la bague afin de permettre à cette dernière d'être en contact direct avec l'arbre; et des moyens (55, 56) pour raccorder la bague à un circuit de commande (35) pour déterminer si la bague est venue en contact avec l'arbre sous l'effet de variations des propriétés électriques de la bague. 11. Détecteur de défaillance de paliers selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des paliers auxiliaires (43, 46) servant à supporter l'arbre lorsque l'arbre est en contact avec la bague.