KR20150145773A - Power supply apparatus for Rotating machinery using piezoelectric element - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a power supply apparatus for a rotary machine using a piezoelectric element. According to the present invention, the power supply apparatus has the effect of supplying power to a demand side including a monitoring system of the rotary machine by converting vibrational energy generated by the vibrations of a rotor by using a piezoelectric element into electrical energy and storing the electrical energy.

Description

압전소자를 이용한 회전기계의 전력 공급 장치{Power supply apparatus for Rotating machinery using piezoelectric element}Technical Field [0001] The present invention relates to a power supply apparatus for a rotating machine using a piezoelectric element,

본 발명은 압전소자를 이용한 회전기계의 전력 공급 장치에 관한 것으로, 더 자세하게는 압전소자를 이용하여 로터의 회전에 의해 발생하는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하고 저장함으로써 회전기계의 모니터링 시스템을 포함하는 수요처에 전력을 공급할 수 있는 장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power supply apparatus for a rotating machine using a piezoelectric element, and more particularly to a power supply apparatus for a rotating machine including a monitoring system of a rotating machine by converting a vibration energy generated by rotation of the rotor into electric energy, And a device capable of supplying electric power to a customer.

회전 운동을 하는 회전기계에서는 로터의 회전 과정에서 일어나는 마찰 때문에 발생될 수 있는 부품 마모나 손상 문제, 소음 문제 등과 같은 문제들을 해소하기 위하여 다양한 종류의 베어링(Bearing)이 사용되고 있다. A variety of bearings are used in rotating machines that perform rotational motions to solve problems such as component wear and tear, noise problems, etc., which can be caused by friction occurring during the rotation of the rotor.

도 1은 회전기계의 로터와 베어링을 개략적으로 나타낸 도면으로, 베어링은 회전하는 로터를 지지하면서 로터가 손상되지 않고 원활하게 회전할 수 있도록 하는 역할을 하며, 로터에 걸리는 하중의 크기, 로터의 회전속도에 따라 그 종류가 다양하게 구분된다. FIG. 1 is a view schematically showing a rotor and a bearing of a rotating machine. The bearing serves to rotate the rotor smoothly without damaging the rotor while supporting the rotor. The size of the load applied to the rotor, There are various kinds according to the speed.

하지만, 로터의 자중의 불균형으로 인하여 로터는 회전하면서 진동이 항상 발생하게 되는데, 종래에는 이러한 로터의 진동 에너지를 제대로 활용하고 있지 못하다는 문제점이 있다.
However, due to the unbalance of the rotor's own weight, the rotor always rotates while the vibration is generated. However, conventionally, there is a problem that the vibration energy of the rotor can not be utilized properly.

등록특허 10-1067323호(2011.09.19)Patent No. 10-1067323 (September 19, 2011)

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 압전소자를 이용하여 로터의 진동에 의해 발생하는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하고 저장함으로써 회전기계의 모니터링 시스템을 포함하는 수요처에 전력을 공급할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide a monitoring system of a rotating machine by converting the vibration energy generated by the vibration of the rotor into electric energy by using a piezoelectric element, Which is capable of supplying electric power to a customer including the customer.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 압전소자를 이용한 회전기계의 전력 공급 장치는, 회전하는 로터로부터 베어링으로 전달되는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 압전소자; 상기 압전소자를 통해 생성되는 전기 에너지를 정류하는 정류부; 상기 정류부를 통해 정류된 전기 에너지를 저장하고 저장된 전기 에너지를 이용하여 전력을 공급하는 충전부: 및 상기 충전부의 충전 레벨을 모니터링하여 충전 레벨이 소정 레벨 이상이 되면 상기 충전부를 제어하여 수요처에 전력이 공급되도록 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a power supply apparatus for a rotating machine using a piezoelectric element, including: a piezoelectric element for converting vibration energy transferred from a rotating rotor to a bearing into electric energy; A rectifier for rectifying electric energy generated through the piezoelectric element; A charger for storing electric energy rectified through the rectifying unit and supplying electric power using stored electric energy; and a controller for monitoring the charge level of the charger and controlling the charger when the charge level is equal to or higher than a predetermined level, And a control unit for controlling the control unit.

본 발명에 의하면, 압전소자를 이용하여 회전하는 로터의 진동에 의해 발생하는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하고 저장함으로써 회전기계의 모니터링 시스템을 포함하는 수요처에 전력을 공급할 수 있는 효과가 있다.
According to the present invention, there is an effect that power can be supplied to a customer including a monitoring system of a rotating machine by converting and storing vibration energy generated by vibration of a rotating rotor using a piezoelectric element into electric energy.

도 1은 회전기계의 로터와 베어링을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전소자를 이용한 회전기계의 전력 공급 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a schematic view of a rotor and a bearing of a rotating machine.
2 is a schematic view of a power supply apparatus of a rotary machine using a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the technical idea of the present invention.

본 발명의 바람직한 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하거나 간략하게 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

본 발명을 설명하기에 앞서, 본 발명의 기본 개념에 대하여 간략하게 설명하면 다음과 같다.Before describing the present invention, the basic concept of the present invention will be briefly described as follows.

전술한 바와 같이 회전 운동을 하는 회전기계의 로터에서는 진동이 항상 발생하게 되는데, 종래에는 이러한 로터의 진동 에너지를 제대로 활용하고 있지 못하다는 문제점이 있다.As described above, in the rotor of the rotating machine that performs rotational motion, vibration is always generated. However, conventionally, there is a problem that the vibration energy of the rotor can not be utilized properly.

이를 위해 본 발명에서는 압전소자를 이용하여 회전하는 로터의 진동에 의해 발생하는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하고 저장함으로써 수요처에 전력을 공급할 수 있도록 하며, 이러한 본 발명의 특징은 이하에서 설명되는 실시예를 통해 보다 더 명확하게 이해될 수 있을 것이다.To this end, in the present invention, the vibration energy generated by the vibration of the rotating rotor using a piezoelectric element is converted into electrical energy and stored, thereby enabling power to be supplied to a customer. Which can be understood more clearly.

설명의 편의를 위해 본 발명에서는 일반적인 부하 조건에서 고속회전하는 로터에 주로 적용되는 틸팅 패드 베어링에 압전소자를 설치한 구조를 예로 들어 설명하며, 본 발명에서 제시하는 압전소자를 이용한 회전기계의 전력 공급 장치는 사용되는 베어링의 종류와 관계없이 적용될 수 있다.For convenience of explanation, the present invention will be described by taking as an example a structure in which a piezoelectric element is installed in a tilting pad bearing which is mainly applied to a rotor rotating at high speed under a general load condition. In the present invention, The device can be applied regardless of the type of bearing used.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전소자를 이용한 회전기계의 전력 공급 장치를 개략적으로 나타낸 도면으로, 회전기계의 틸팅 패드 베어링에 압전소자를 설치하여 로터의 진동에 의해 발생하는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하고 저장하여 수요처에 전력을 공급하는 회전기계의 전력 공급 장치를 나타낸 것이다. FIG. 2 is a schematic view of a power supply apparatus of a rotating machine using a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention. In FIG. 2, a piezoelectric element is installed in a tilting pad bearing of a rotating machine, And converts the electric energy into electric energy, stores it, and supplies electric power to the customer.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 회전기계의 전력 공급 장치는 회전하는 로터(5)를 지지하기 위한 틸팅 패드 베어링(10)과, 상기 로터(5)로부터 틸팅 패드 베어링(10)으로 전달되는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 압전소자(20)와, 상기 압전소자(20)를 통해 생성되는 전기 에너지를 정류하는 정류부(30)와, 상기 정류부(30)를 통해 정류된 전기 에너지를 저장하고 저장된 전기 에너지를 이용하여 전력을 공급하는 충전부(40)와, 상기 충전부(40)의 충전 레벨을 모니터링하여 충전 레벨이 소정 레벨 이상이 되면 충전부(40)를 제어하여 수요처에 전력이 공급되도록 하는 제어부(50)를 포함하여 구성된다.2, a power supply apparatus for a rotating machine according to the present invention includes a tilting pad bearing 10 for supporting a rotating rotor 5 and a tilting pad bearing 10 for transmitting the tilting pad bearing 10 from the rotor 5 A rectifier 30 for rectifying the electric energy generated through the piezoelectric element 20; and a rectifier 30 for storing the electric energy rectified through the rectifier 30, A controller 40 for monitoring the charge level of the charger 40 and controlling the charger 40 when the charge level is equal to or higher than a predetermined level, (50).

상기 틸팅 패드 베어링(10)은 원통관 형태의 하우징(1) 내부에 설치된 다수개의 패드(3)와, 상기 패드(3)가 로터(5)의 회전속도와 하중 방향에 따라 기울어질 수 있도록 하는 피벗(4)을 포함하여 구성되며, 패드(3) 사이에서 공급되는 오일에 의해 회전하고 있는 로터(5)와 패드(3) 간에 유막이 형성되어 로터(5)가 지지되는 구조를 갖는다.The tilting pad bearing 10 includes a plurality of pads 3 provided in a housing 1 in the form of a circular tube and a plurality of tilting pads 3 that are slidable along the rotational direction and the load direction of the rotor 5 And a structure in which the rotor 5 is supported by the oil film formed between the rotor 5 and the pad 3 rotated by the oil supplied between the pads 3 and the pads 4.

상기 압전소자(20)는 하우징(1)을 둘러싸는 유연한 원통관 형상으로 형성되며, 틸팅 패드 베어링(10)으로 전달되는 로터의 진동 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 상기 압전소자(20)의 기계적 특성은 로터-베어링 시스템의 동역학적 특성이 저해되지 않으며 반복되는 동하중에 대해 충분한 내구성을 갖도록 설계한다.The piezoelectric element 20 is formed in a flexible circular tube shape surrounding the housing 1 and converts the vibration energy of the rotor transmitted to the tilting pad bearing 10 into electric energy. The mechanical characteristics of the piezoelectric element 20 are designed so that the dynamic characteristics of the rotor-bearing system are not impaired and that sufficient durability is obtained for repeated dynamic loads.

여기에서, 상기 압전소자(20)는 세라믹, 폴리머 혹은 세라믹-폴리머의 복합재료로 구성되며 Pb(납), Zr(지르코늄), Ti(티타늄) 등으로 이루어진 강유전체 물질인 것이 바람직하다. Here, the piezoelectric element 20 is preferably a ferroelectric material composed of a composite material of ceramic, polymer or ceramic-polymer and made of Pb (lead), Zr (zirconium), Ti (titanium)

상기 정류부(30)는 상기 압전소자(20)를 통해 생성되는 전기 에너지를 정류하여 정전압을 생성한다. 이를 위하여, 상기 정류부(30)는 정전압을 생성하는 정류회로 및 각종 구동회로를 포함할 수 있다.The rectifying unit 30 rectifies the electric energy generated through the piezoelectric element 20 to generate a constant voltage. For this, the rectifying unit 30 may include a rectifying circuit for generating a constant voltage and various driving circuits.

상기 충전부(40)는 상기 정류부(30)를 통해 정류된 전기 에너지를 저장하고 저장된 전기 에너지를 이용하여 전력을 공급한다. The charging unit 40 stores electric energy rectified through the rectifying unit 30 and supplies electric power using the stored electric energy.

상기 제어부(50)는 상기 충전부(40)의 충전 레벨을 모니터링하여 충전 레벨이 소정 레벨 이상이 되면 충전부(40)를 제어하여 수요처에 전력이 공급되도록 한다.The controller 50 monitors the charge level of the charger 40 and controls the charger 40 to supply electric power to the consumer when the charge level reaches a predetermined level or higher.

즉, 로터(5)의 회전에 의하여 틸팅 패드 베어링(10)에 진동 에너지가 전달되면, 압전소자(20)에서는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 출력하며 그 변환된 전기 에너지를 이용하여 회전기계의 모니터링 시스템을 포함하는 수요처에 전력을 공급할 수 있다.That is, when the vibration energy is transmitted to the tilting pad bearing 10 by the rotation of the rotor 5, the piezoelectric element 20 converts the vibration energy into electrical energy and outputs the converted electrical energy. Power can be supplied to the customer including the monitoring system.

따라서, 본 발명에 의하면 버려지는 로터의 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 활용할 수 있으며, 이에 따라 회전기계의 모니터링 시스템을 구동하기 위한 전력비를 절감할 수 있다는 이점이 있다.Therefore, according to the present invention, the vibration energy of the discarded rotor can be converted into electric energy and utilized, thereby reducing the power ratio for driving the monitoring system of the rotating machine.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것으로, 본 발명의 범위가 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 여러 가지 다른 형태로 변형이 가능함은 물론이다.
The preferred embodiments of the present invention have been described above. It is to be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and alternative arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Of course.

1 : 하우징
3 : 패드
4 : 피벗
5 : 로터
10 : 틸팅 패드 베어링
20 : 압전소자
30 : 정류부
40 : 충전부
50 : 제어부1: Housing
3: Pad
4: Pivot
5: Rotor
10: Tilting Pad Bearing
20: piezoelectric element
30: rectification part
40:
50:

Claims (4)

회전하는 로터로부터 베어링으로 전달되는 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 압전소자;
상기 압전소자를 통해 생성되는 전기 에너지를 정류하는 정류부;
상기 정류부를 통해 정류된 전기 에너지를 저장하고 저장된 전기 에너지를 이용하여 전력을 공급하는 충전부: 및
상기 충전부의 충전 레벨을 모니터링하여 충전 레벨이 소정 레벨 이상이 되면 상기 충전부를 제어하여 수요처에 전력이 공급되도록 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 회전기계의 전력 공급 장치.
A piezoelectric element for converting vibrational energy transmitted from the rotating rotor to the bearing into electric energy;
A rectifier for rectifying electric energy generated through the piezoelectric element;
A charging unit that stores electric energy rectified through the rectifying unit and supplies electric power using stored electric energy; and
And a control unit for monitoring the charge level of the charging unit to control the charging unit to supply electric power to a customer when the charging level becomes a predetermined level or higher.
청구항 1에 있어서,
상기 베어링은 원통관 형태의 하우징 내부에 설치된 다수개의 패드와, 상기 패드가 로터의 회전속도와 하중 방향에 따라 기울어질 수 있도록 하는 피벗을 포함하는 틸팅 패드 베어링으로 구성되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 회전기계의 전력 공급 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the bearing comprises a plurality of pads provided inside a housing of a cylindrical shape and a tilting pad bearing including a pivot for allowing the pads to be tilted in accordance with a rotation speed and a load direction of the rotor, The power supply of rotary machine used.
청구항 1에 있어서,
상기 압전소자는 상기 베어링을 둘러싸는 유연한 원통관 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 회전기계의 전력 공급 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the piezoelectric element is formed in a flexible circular tube shape surrounding the bearing.
청구항 3에 있어서,
상기 압전소자는 세라믹, 폴리머 혹은 세라믹-폴리머의 복합재료로 구성되며 Pb(납), Zr(지르코늄), Ti(티타늄) 중 적어도 어느 하나의 물질로 이루어진 강유전체 물질인 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 회전기계의 전력 공급 장치.
The method of claim 3,
Wherein the piezoelectric element is a ferroelectric material composed of a composite material of ceramic, polymer or ceramic-polymer and made of at least one of Pb (lead), Zr (zirconium) and Ti (titanium) Power supply for rotating machinery.
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