Special Issue  ______  3차원 공간 무선충전(E-Cup)

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충전에 자유로운 날개를 달다!

거리와 위치 제약을 해소한 컵홀더 무선충전기

스마트 폰, 태블릿PC 등 모바일 전자기기의 보급대수가 전 세계 인구수를 넘어섰다. 모바일 관련 기술이 발달하면서 일상생활도 점점 편리해지고 있다. 한 사람이 스마트 폰과 태블릿PC 여러 대의 전자기기를 사용하기도 한다. 그런데, 한 사람이 보유한 모바일 전자기기의 수가 점점 늘어나면서 반대로 불편한 것은 충전이다. 충전을 하려면 콘센트를 찾아야 해 장소가 한정적이고, 콘센트에 꽂을 수 있는 충전기도 제한되었다.
이러한 불편함을 해소하는 기술이 무선충전 기술이다. 스마트 폰에 직접 충전기를 꽂지 않고 충전을 할 수 있는 것이다. 현재 스마트 폰의 무선충전기는 2차원 패드 방식으로, 무선충전을 하려면 충전 패드 위에 스마트 폰을 정확하게 밀착시켜야 한다. 이 또한 많은 제약이 따른다.
ETRI 연구진은 3차원 공간에서 위치와 방향에 관계없이 자유롭게 충전이 가능한 컵홀더 형태의 무선충전기 ‘E-Cup’을 개발했다. 기존 2차원 패드 구조의 무선충전기술이 가진 단점을 극복하기 위해 특정 공간에 자기장의 분포를 균일하게 유지할 수 있는 균일 장을 생성하는 기술이다. E-Cup은 직경 약 10cm 컵 공간 내에서 여러 개의 스마트 기기를 동시에 충전할 수 있고, 어떤 방향으로 스마트 폰을 놓아도 일정한 충전 효율을 유지한다.

자기공명 방식으로 균일한 자기장 활용

최근 자기장을 이용한 스마트 기기 무선충전에 대한 관심이 증대되고 있다. ETRI는 기존 패드 형식의 자기유도 방식이 아닌 자기공명 방식을 활용했다. 스마트 폰을 무선충전 패드에 밀착하지 않아도 떨어진 거리에서 에너지를 효율적으로 전달할 수 있는 기술 개발을 계속해서 진행 중이다.
ETRI는 지난 2014년, 자기공명을 이용한 무선전력전송 기술을 처음 적용했다. 안내용 로봇이 24시간 서비스할 수 있도록 배터리 무선충전 기술을 개발한 바 있다. 아울러, 2015년에는 자기공명 방식으로 X축과 Y축의 2차원 전기자전거 무선충전기술도 개발했다.
이번 무선충전 기술은 X축과 Y축, Z축을 모두 활용해, 3차원 무선충전을 구현한 사례이다. E-cup에 사용한 기술은 유선충전과 같은 전력 충전 속도를 가지며 전력 충전 효율성은 유선충전 대비 약 60% 내외이다. 현재 세계 최고 수준으로, ETRI 연구진은 상용화 수준을 70%로 내다보고 있다. 상용화 시에는 추가로 칩에 핵심기술을 내장하는 기술도 필요하다.

향후 방 안에서 무선충전이 가능한 기술 연구

미국 시장조사기관인 마켓 앤 마켓(Markets and Markets) 보고서에 따르면 향후 무선충전 기술을 이용한 무선충전기 시장은 오는 2022년까지 13조 원까지 확대될 것으로 예상했다. ETRI 연구진은 무선충전 기술이 전 산업에 응용 가능한 기반기술이 될 것으로 보고 있다.
또한, 스마트 폰이 들어가는 컵홀더 형태의 차량용 무선충전기를 개발해 지난 1월, 미국 라스베이거스에서 열린 세계 최대 전자제품전시회(CES 2017)에서 큰 관심을 받았다.
아울러 ETRI가 개발한 무선충전 기술은 지난해 12월, 국제경쟁력 제고에 기여한 공로로 제25회 다산기술 상을 수상했다. 지난 5월 24일에는 정보통신·방송 R&D 우수성과 과제로 선정되어 미래창조과학부 장관상을 받았다.
향후 ETRI는 지속적인 연구 개발을 통해 거실과 같은 일반 생활공간인 룸 구조(5m x 5m)에서 무선충전이 가능한 기술 개발에 주목하고 있다. 생활공간에서 더욱 효율적이고 새로운 에너지 전송방식과 전송 시스템의 고효율화, 소형화, 인체·기기 안전성 등의 기술을 확보하고, 상용화와 표준화에 박차를 가할 계획이다.