전남대 이동원 교수 (기계공학부)

타이어 압력 모니터링 시스템(TPMS)에 영구적으로 전원을 공급할 수 있는 차량용 나노 발전기(V-TENG)를 전남대 연구팀이 개발하는데 성공했다.

전남대 이동원 교수(사진. 기계공학부) 연구팀은 타이어 내부 압력을 실시간으로 측정해 타이어 파열 등으로 인한 자동차 사고를 방지하는데 쓰이는 TPMS에 배터리 없이 영구적으로 전원을 공급할 수 있는 ‘차량용 마찰 대전형 나노 발전기(V-TENG)’를 개발했다고 밝혔다.

TPMS는 타이어 내부 압력을 실시간으로 측정해 타이어의 파열 등을 막는 시스템으로 미국, 유럽에서는 신규 자동차 장착이 법적으로 강제되고 있는 핵심부품 중 하나이다.

기존의 TPMS는 타이어 내부에 코인 형태의 배터리를 사용하므로 인해 교환비용이 많이 들고, 배터리 수명 자체가 TPMS의 효율을 저해하는 문제를 안고 있었다.
또 코인 배터리를 대체할 초소형 발전기 연구가 진행되고 있지만, 극한 환경에서의 전원공급에 한계를 노출해 왔다.

이동원 교수팀이 개발한 V-TENG은 타이어의 기계에너지를 전기에너지로 전환해 사용할 수 있게 함으로써, 이같은 문제점을 해소했다.

V-TENG는 시소 형태의 구조체가 고속으로 회전하는 바퀴의 원심력에도 균형상태를 유지하게 한다. 또 브레이크 캘리퍼에 장착된 비접촉 자석을 통해 시소 구조체가 스윙 모션 운동을 발생시키는데, 이때 시소 구조체 상·하부에 부착된 고분자 필름이 접촉함으로써 에너지가 발생되도록 고안됐다.

더구나 V-TENG은 높은 내구성과 신뢰성으로 장기간 휠 허브에 장착돼 극한의 환경에서도 구동이 가능하고, 기존 연구에 비해 최대 316V, 22.3 mW의 높은 전기 출력을 나타낼 정도로 효율성이 뛰어나다.

이같은 연구성과는 에너지분야 국제학술지인 ‘나노 에너지’ 온라인 판 4월호에 게재된데 이어, 오는 7월 1일 자에 ‘무전지 타이어 압력 모니터링 시스템을 위한 마찰대전 나노 발전기’란 논문제목으로 게재될 예정이다.

이동원 교수는 “V-TENG를 이용한 무선 전원공급 장치는 TPMS에 영구적인 전원 공급뿐만 아니라, 실시간으로 타이어 내부온도를 운전자가 계기판에서 알 수 있게 하는 등 무선 센서의 차세대 발전 장치라고 할 수 있다“고 설명했다.