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브레이크 패드 마모도 정전기로 실시간 확인하세요!
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  • 이지원
  • 승인 2021.09.30 09:11
  • 댓글 0
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경희대 기계공학과 최동휘 교수 연구팀 스마트 브레이크 패드 개발
연구 결과 에너지 분야 세계적인 학술지 『나노 에너지』 온라인판 게재

브레이크는 움직이는 기계장치의 속도를 조절하는 장치로 사용자 안전과 장치 성능 유지에 필수이다.

가장 대중적인 브레이크 방식은 디스크와 마찰 패드 간 마찰력을 이용하는 ‘디스크 브레이크 시스템’이다. 이 방식은 브레이크 패드가 사용에 따라 마모돼, 일정 시점이 지나면 패드를 교체해야 한다.

따라서 브레이크의 적절한 성능을 유지하기 위해서는 브레이크 패드의 마모 정도를 실시간으로 아는 것이 매우 중요하다.

하지만 브레이크 패드의 마모 상태는 기계장치를 열거나 소음으로 확인해 정확하게 파악하기 어렵다.

경희대(총장 한균태) 기계공학과 최동휘 교수 연구팀이 이러한 문제점에 주목해 ‘스마트 브레이크 패드’를 개발했다.

마모도를 확인하기 어려운 현재 현재 브레이크 패드의 단점을 극복하기 위한 노력의 결과물이다.

최동휘 교수는 “현재 브레이크 패드 마모도를 확인하는 방법은 정확성이 떨어지고 비용 측면에서도 바람직하지 않다”며 연구의 이유를 밝혔다.

연구 결과는 에너지 분야 세계적인 학술지 『Nano Energy, IF : 17.881』에 온라인 게재됐다.

연구팀은 브레이크 패드와 디스크가 일으키는 정전기를 활용해 외부 전원 없이 마모도를 확인할 수 있는 ‘자가 발전 센서 기술’을 개발했다.

이를 위해 ‘접촉 대전 현상’을 이용했다. 이 현상은 최근 자가발전 센서 및 신재생 에너지 수확 기술의 기본 원리로 주목받고 있다.

연구를 진행한 김민창(기계공학과 석사 4기) 학생은 “접촉 대전은 서로 다른 두 물질이 접촉하고 분리할 때 서로 다른 전하로 대전하는 현상으로, 우리 주변에서 흔히 일어나 다양한 방면으로 응용할 수 있다”고 설명했다.

서로 다른 두 재료가 접촉하며 발생하는 정전기는 재료에 따라 크기가 달라진다.

연구팀은 두 가지 재료가 비대칭 형상을 띄도록 브레이크 패드를 설계했다.

디스크와 접촉하는 브레이크 패드 접촉면이 마모됨에 따라 노출면적이 변화하는 원리를 고안해 제작했다.

라윤상(기계공학과 박사 2기) 학생은 “마찰이 반복해서 일어나면 접촉면에 노출되는 두 재료의 면적 비율이 변화하고, 이에 따른 정전기 양도 달라진다. 달라진 정전기 양은 브레이크 패드 마모도와 선형적 연관관계를 보여 마모 정도를 비교적 정확하게 평가할 수 있다”고 말했다.

연구팀이 제안한 스마트 브레이크 시스템과 브레이크 패드의 각 마모 정도에 따른 표면 전위 차이. 사진=경희대
연구팀이 제안한 스마트 브레이크 시스템과 브레이크 패드의 각 마모 정도에 따른 표면 전위 차이. 사진=경희대

해당 연구는 자연 발생하는 정전기의 특성으로 다른 센서와는 달리 추가 전력 없이 활용할 수 있다는 장점이 있다.

최동휘 교수는 “외부 전원 없이 자가 발전으로 구동되는 센서다. 향후 연구를 지속해 기계 장비의 모니터링에 필요한 비용에 대한 효율성을 높이고, 더 나아가 자가 진단해 유지보수하는 독립형 IoT 센서로까지 센서의 활용 범위를 넓히겠다”는 목표를 밝혔다.

해당 연구는 한국연구재단 신진연구자지원사업, 4단계 BK21사업의 지원으로 수행됐다.


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