무선전력전송 및 무선충전기술
스마트폰, 스마트패드 등 모바일 기기가 대중화되면서 기기를 충전하는 방법에 대한 관심이 높아지고 있다.
현재 모바일 기기와 충전기를 연결하는 주요 방법은 충전단자를 이용하여 전선으로 연결하는 것이다.
최근 ‘MWC(모바일월드콩그레스) 2015’에서 삼성전자 스마트폰 S6에 자기유도방식을 채용한
무선충전기가 탑재될 것이라는 소식이 발표되자 더욱 모바일 기기를 선 없이 충전하는 방법에 대한 관심이 뜨거워졌다.
무선전력전송 기술
현재 연구 중인 무선전력전송 기술은 자기유도 방식(Inductive coupling),
자기공진 방식(resonant magnetic coupling), 전자기파 방식(RF-based wireless power) 등의 기술이 있다.
자기유도 방식은 도시에 전기가 공급되기 시작한 초기부터 변압기(Transformer) 등에 광범위하게 사용된 기술이다.
1차 코일에 전류의 변화가 자기장의 변화를 일으키고 2차 코일에 역기전력이 생기는 현상을 이용한다.
이 기술은 충전기와 배터리가 거의 맞닿아야만 충전이 되고, 모바일기기의 배치에 대한 자유도가 적다는 것이 특징이다.
자기공진 방식은 자기유도 방식의 거리제한을 보다 확장하기 위한 기술이다.
1차 코일에서 발생한 자기장이 2차 코일의 전류를 유도한다는 점에서 자기유도 방식과 같지만,
멀리 떨어진 코일의 공진 주파수가 일치하면 에너지가 보다 먼 거리로 전송될 수 있는 특징이 다르다.
반면, 공진 주파수가 일치하지 않는 코일은 이에 반응하지 않는다.
전자기파 방식은 방향성이 높은 안테나를 이용한 기술로 원역장을 활용해서 전송거리는 충분히 확보할 수 있지만,
근본적으로 에너지가 복사되는 원리를 이용하기 때문에 효율이 매우 낮고(전송효율 1%이하) 높은 주파수를 활용하는 특징이 있다.
무선충전 기술
ETRI는 전파기술, 무선전력송신, 에너지 하베스트 분야의 연구를 진행하고 있으며,
최근 안내용 로봇의 무선충전에 적용할 수 있는 60W급 자기공진방식 무선전력전송 기술을 개발하였다.
이번에 개발한 『로봇 무선충전 기술』은 24시간 서비스가 필요한 환경에서 유용하게 사용되며,
로봇 스스로의 판단에 따라 위치제어 알고리즘을 이용한 무선충전 기술이다.
송수신간 통신을 이용한 송신전력, 전송 주파수 제어 및 실시간 전송상태의 모니터링이 가능하며,
전송거리는 30cm로 시스템 효율(DC/DC 효율)이 52%이다.
자기공명기술 상용화 추진
ETRI는 향후 송수신, 공진부에 대한 효율개선연구와 미래에 도래할 다양한 IoT,
Wearable기기에 적용할 수 있는 전송거리 배가기술, 3차원 에너지 전송기술 등에 집중할 계획이다.
한편, 지난해 안내용 로봇의 무선충전을 위해 개발한 『60W급 자기공진방식 무선전력전송 기술』이
미래창조과학부가 선정하는 『2014년도 국가연구개발 우수성과 100선』에 선정되었다.
ETRI 전파기술연구부 최형도 부장은 “무선 에너지 전송 분야에서 산학연 연구를 통해 의미 있는 성과를 달성할 수 있도록 할 것이며,
국민과 소비자에게 좀 더 다가설 수 있는 무선전력전송 서비스의 실현을 추진할 수 있도록 하겠다”고 설명했다.
개발될 에너지 솔루션은 70%이상 효율과 다양한 응용이 가능한 기술이 될 것이다.
