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무선충전 기술의 한계

현재 무선충전은 전자기 유도 방식으로 이루어진다. 충전기와 전자기기에는 코일이 내장되어 있다. 여기서 코일은 자기장을 생성, 전달, 수신하는 안테나 역할을 수행한다. 전자기기를 생성ㆍ전달하는 쪽이 송신코일, 받는 쪽이 수신코일이다. 두 기기가 접합하면 충전기의 코일, 즉 송신코일에 전류가 흘러 자기장이 발생한다. 이 자기장이 전자기기의 코일인 수신코일에 전류를 발생시키면서 배터리를 충전하게 된다.

이러한 원리를 기반으로 한 무선충전 기술은, 그동안 하나의 송신기로 하나의 수신기만 충전하는 방식이었다. 송신기 한 개로 수신기 두 개를 충전하기 위해서는, 송신코일이 수신기보다 더 커야 했다. 이를 보편화하기에는 공간적으로도, 경제적으로도 효율적이지 않았다.

1:1이 아닌 1:2 무선충전 기술

듀얼사이드 무선충전 시스템을 이용, 2대의 운반로봇을 동시에 충전하는 모습

이에 ETRI가 「듀얼사이드 로봇 무선충전」 기술을 개발했다. 수신코일 크기와 동일한 송신코일 한 개를 이용해 송신코일의 양방향에서 동시에 무선으로 충전하는 기술이다. 연구진은 지름 20 cm 크기 동전 모양의 송신코일을 지면과 수직으로 배치했다. 이러한 송신코일의 양쪽 면을 활용하여 로봇 두 대를 무선충전할 수 있다. 이로써 기존 무선충전 기술보다 시스템 가격을 대폭 절감할 수 있다.

해당 기술은 7 cm의 전송 거리와 90 % 이상의 높은 효율을 자랑하는 세계 최고 수준의 전송 거리와 성능을 갖춘 무선충전 시스템이다. 더불어 국내 전자파 간섭 규격(KN 14-1^*)을 만족하여 상용화에 근접한 상태다.

*KN 14-1 : 가정용 전자기기 및 전동기기 장해방지시험방법

더욱 획기적인 무선충전 기술을 꿈꾸다

듀얼사이드 무선충전 시스템의 개선 방안에 대해 논의중인 ETRI 연구진

연구진은 동양이엔피㈜, ㈜디에스시동탄 등 중소·중견기업과 협력하여 2025년까지 기술이전 및 스마트 팩토리에서 실증을 진행하기로 했다. 이를 통해 무인운반로봇(AGV, Automated Guided Vehicle), 서비스 로봇과 같은 다양한 로봇 플랫폼에 적용할 수 있는 기술을 개발하여 본격적인 상용화를 추진할 계획이다.

ETRI 연구진은 현재 성과를 확장해, 하나의 송신기로 최대 6대의 서비스 로봇을 동시에 충전할 수 있는 군집 로봇 무선충전 시스템, 다양한 충전 환경에 대응할 수 있는 다중 전력 제어 기술도 개발하여 무선충전 시스템의 완성도를 제고할 계획이다.