철도차량 모니터링을 위한 진동기반형 자가발전기의 내구성 평가

초록

진동기반형 자가발전기(vibration-based energy harvester, VEH)(1)는 다양한 구조 또는 구성요소에서 발생하는 진동(vibration)을 이용하며, 특히 전력생산 효율 향상을 위하여 대상 구조물 및 부품에서 발생하는 진동하중의 가진주파수와 VEH 자체의 고유 주파수와의 공진형상에 의하여 움직이는 부품의 변위를 극대화하여 발전을 하는 원리를 사용한다(2). 이러한 VEH는 데이터 계측 및 전송용 전원공급이 곤란한 철도 차량 및 풍력발전시스템 등과 같은 고위험 구조물의 핵심 구조 부품에 대한 모니터링 조건에 주로 적용된다(3). 따라서 고위험 구조물의 안정성을 지속적으로 모니터링하기 위해서는 일정 수준의 이상의 내구수명이 보장되어야 VEH가 실용성을 가질 수 있다. 따라서 고위험 구조물의 모니터링 조건에 사용되는 VEH이 실용성을 향상시키기 위해서는 이의 내구성 평가 등에 대한 연구사 절실히 필요하다. 본 연구의 목적은 램덤진동하중을 받는 진동기반형 자가발전기의 내구수명 평가 하는 것이다. 이를 위하여 먼저 VEH의 기본기능을 정의하고 주파수 도메인에서 이의 측정 하였다. 또한 이를 이용하여 PSD로 표현되는 램덤진동 하중들에 따른 VEH의 기능저하 및 내구수명을 측정 및 평가 할 수 있는 내구성능 시험을 제정하였다. 마지막으로 제정된 내구성능시험에 따라 VEH의 내구시스템을 구축하였으며, 이를 이용하여 진동기반형 자가발전기의 내구성능시험 평가하였다.