편하게 충전하고
손쉽게 사용하는
미래형 E-zone
무선 충전 기술

외부 자기장을 받아 자연스럽게 진동하는 자기공명 현상 원리로 작동하는 E-zone 무선전력전송기술. 이는 무선랜과 같이 일정 지역이나 컵홀더, 책장 형태의 충전장치에 전기/전자기기를 둘 경우 자동으로 전기가 충전되는 미래형 무선 충전 기술이다. 기존에 개발된 자기공명 방식보다 훨씬 작은 크기의 안테나를 통해 140㎑ 주파수를 이용하기 때문에 매우 효율적이다. 뿐만 아니라 충전기 크기 역시 줄일 수 있다는 특징을 가지고 있다.

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분야를 망라한
충전 기술

스마트폰과 청소기 등을 전기 플러그에 꽂지 않고 전자기장 현상을 이용해 배터리를 충전하는 무선전력기술이 확산되고 있다. 최근에는 레저 및 산업에서 사용하는 드론(무인항공기)에서도 무선충전기술을 도입하려는 움직임이 활발하다. 현재 스마트폰 등에서 사용하는 무선충전 기술은 자기유도방식이 활용된 것이다. 자기유도방식은 물이 묻어도, 열을 받아도 원만한 작동이 이루어진다. 평면 형태의 패드 위에서 충전하는 이 방식은 패드 위에 전류가 흐를 때 전자기장이 발생하면 휴대폰 속 수신부 코일에 전류가 흐르며 전기가 충전되는 전자기 유도현상을 이용한다. 하지만 충전기와 스마트폰이 맞닿아 있거나 1㎝ 이내 거리에 있어야 충전되므로 사용자가 핸드폰을 들고 이동할 경우 충전하기가 어렵다. 또한 충전 중에는 전화통화를 할 수 없는 것이 단점으로 꼽힌다. 때문에 원거리에서도 사용 가능한 자기공명방식이 미래형 무선 충전 기술로 주목받기 시작한 것이다.
ETRI 연구진은 거듭된 연구 끝에 자기공명방식을 이용해 충전 장치를 나란히 배치하면 송신전력을 제어하여 코일 사이에 에너지 밀도가 일정한 균일장이 만들어져 어떤 방향에서도 충전 효율이 유지되는 사실을 알아냈다. 또 스마트폰이 들어가는 컵홀더 형태의 차량용 입체 무선충전기를 개발해 2017년 미국 라스베이거스에서 열리는 세계 최대 전자쇼 CES에 선보여 많은 관심과 기대를 받았다.

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집념과 의지로
탄생한 기술

유선충전회로와 같은 개념으로 무선전력전송 시스템을 개발할 당시 연구원들은 크고작은 일들을 겪으며 한층 더 성장했다. 한 번은 전력을 무선으로 공급받는 대상물로 PC용 모니터를 1차 선정해 정격전압과 전류를 계산한 후 그에 맞는 회로를 구현했다. 그 과정에서 실험 도중, 흰 연기가 모락모락 나면서 ‘펑!’하는 소리와 함께 기기가 파손 되고 말았다. 모니터 소비전력 변화에 따라 적절한 전압과 전류를 공급해 주지 못한 것이 그 원인이었다. 이후 연구진은 이러한 안전사고를 방지하고, 부족한 부분을 대체할 수 있는 다양한 대책을 강구하기 시작했다. 그리고 끊임없이 노력을 기울이고, 연구를 수행한 끝에 전력제어 및 안정화 회로를 구현함으로써 무사히 시연을 마칠 수 있었다. E-zone 무선전력전송기술은 ETRI 연구진들의 몸을 사리지 않는 연구에 대한 집념과 의지로부터 탄생한 기술인 것이다.

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미래 지향형 기술

최근 스마트 시계를 비롯한 가상현실(VR)기기, 전기자전거 등 스마트기기의 형태가 다양해지면서 무선충전 기술에 대한 기업의 관심이 점차 높아지고 있다. 이러한 맥락에서 무선전력전송기술은 사물인터넷(IoT), 웨어러블(Wearable), 의료용 인체삽입 기기 등 미래 무선 통신기기에 가장 적합하다. 자기공명 방식은 공명 현상을 이용해 전력전송 거리를 늘렸을 뿐만 아니라 효율성에 있어서도 자기유도 방식을 뛰어넘는다. 그러나 코일의 크기 자체가 자기유도 방식보다 크기 때문에 소형화하기 어렵다는 점, 코일을 설계하는 것, 전자파 등에 있어 극복해 나아갈 부분이 있다. 기술상의 문제만 극복된다면 전력전송은 이제 더 이상 전선을 통해 이루어지지 않을 것이라는 예측이다. 기술이 성공적으로 상용화될 경우, 가장 큰 수혜를 누릴 분야는 IoT 및 Wearable 기기와 의료용 인체삽입 기기 분야일 것으로 전망된다. 심장박동기를 비롯한 무선전력전송기술이 절실한 기기에게 해당 기술 개발은 매우 반가운 소식일 것이다. ETRI 연구진의 말에 따르면 다가오는 2021년, 무선충전기술 시장은 약 50조3000억 원에 이를 것으로 전망된다. IoT 시대가 도래함과 동시에 다양한 형태의 기기가 개발되고 있다. 이에 따라 입체 공간 무선충전기술의 활용 범위가 확대될 것으로 기대를 모으고 있다.