경북 구미시에 있는 국립금오공과대학교는 12일 기계공학부 정지훈, 황희재 교수 연구팀이 회전 기계의 마찰 에너지로 전기를 생산하는 동시에 베어링 고장을 진단하는 ‘스마트 스러스트 베어링(TBB-TENG)’을 개발했다고 발표했다. 마찰전기 나노발전기(Triboelectric nanogenerator, TENG)는 버려지는 마찰 에너지를 전기에너지로 바꾸는 기술이다.
특히, 모터와 기어, 터빈과 같은 회전 기계에서 발생하는 회전 에너지를 별도의 전원 없이 전기로 변환하는 사물인터넷(IoT) 기기나 스마트 공장의 자가발전 센서 전원 기술이다. 기존 TENG(마찰전기를 이용한 나노발전)는 출력 성능이 제한되고, 장기간 사용하기 어려워 산업 현장에 적용하지 못했다.
이에 연구팀은 새로운 스러스트 베어링 기반 구조를 개발해 기존의 한계점을 해결했다.
연구팀이 개발한 기술은 실험 결과, 패턴이 없는 기존 구조보다 출력 전압이 76% 증가했다.
또 50 MΩ 부하 조건에서 최대 2.71 mW 의 출력을 보였으며, 10만회 구동 시험에서도 성능 저하나 표면 손상 없이 안정적으로 동작함을 입증했다. 또한, 최적화된 소자는 50개의 LED를 동시에 켤 수 있어, 실제 전원 가능성도 함께 검증했다.
특히, 베어링에서 발생할 수 있는 여섯 가지 핵심 고장 상태(정상·과윤활·부족윤활·윤활 누락·윤활 오염·볼 결함)를 97.5%의 높은 정확도로 분류해 고장을 미리 예측할 수 있는 다기능 자가발전 베어링 플랫폼으로서의 가능성을 제시했다. 이번 연구를 주도한 정지훈 교수는 “이번 성과는 회전 기계의 마찰을 에너지원으로 전환하면서 동시에 설비 진단까지 가능케 한 다기능 플랫폼이라는 점에서 의의가 크며, 향후 다양한 산업 회전 설비로의 확장 적용을 기대한다”고 밝혔다.
관련 연구의 논문은 화학공학 분야의 세계적 학술지인 ‘Chemical Engineering Journal(IF 13.2, JCR 3%)’에 5월 11일자로 온라인 게재됐다.
특히, 모터와 기어, 터빈과 같은 회전 기계에서 발생하는 회전 에너지를 별도의 전원 없이 전기로 변환하는 사물인터넷(IoT) 기기나 스마트 공장의 자가발전 센서 전원 기술이다. 기존 TENG(마찰전기를 이용한 나노발전)는 출력 성능이 제한되고, 장기간 사용하기 어려워 산업 현장에 적용하지 못했다.
이에 연구팀은 새로운 스러스트 베어링 기반 구조를 개발해 기존의 한계점을 해결했다.
연구팀이 개발한 기술은 실험 결과, 패턴이 없는 기존 구조보다 출력 전압이 76% 증가했다.
또 50 MΩ 부하 조건에서 최대 2.71 mW 의 출력을 보였으며, 10만회 구동 시험에서도 성능 저하나 표면 손상 없이 안정적으로 동작함을 입증했다. 또한, 최적화된 소자는 50개의 LED를 동시에 켤 수 있어, 실제 전원 가능성도 함께 검증했다.
특히, 베어링에서 발생할 수 있는 여섯 가지 핵심 고장 상태(정상·과윤활·부족윤활·윤활 누락·윤활 오염·볼 결함)를 97.5%의 높은 정확도로 분류해 고장을 미리 예측할 수 있는 다기능 자가발전 베어링 플랫폼으로서의 가능성을 제시했다. 이번 연구를 주도한 정지훈 교수는 “이번 성과는 회전 기계의 마찰을 에너지원으로 전환하면서 동시에 설비 진단까지 가능케 한 다기능 플랫폼이라는 점에서 의의가 크며, 향후 다양한 산업 회전 설비로의 확장 적용을 기대한다”고 밝혔다.
관련 연구의 논문은 화학공학 분야의 세계적 학술지인 ‘Chemical Engineering Journal(IF 13.2, JCR 3%)’에 5월 11일자로 온라인 게재됐다.