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대충 둬도 충전되는 무선충전 기술 개발…국내연구진, IoT 시대 앞당겨

UNIST 변영재 교수팀, 평평한 페라이트로 자기장 전달, 전송효율 향상

2019-10-21박응서 기자

UNIST 연구진이 다중 무선 충전 기능을 지닌 자율 배치 무선 전력 전송 기술을 실험하고 있다. 사진제공 UNIST

책상이나 바닥 등 평평한 곳에 대충 둬도 무선충전할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

UNIST는 전기전자컴퓨터공학부 변영재 교수팀이 여러 전자기기를 자유롭고 넓은 면적에서 충전할 수 있는 ‘대면적 자율배치 무선충전 기술’을 개발했다고 21일 밝혔다.

무선충전은 전류가 자기장을 일으키고, 거꾸로 자기장도 전류를 발생시키는 원리를 이용한다. 전원장치에서 발생된 자기장을 전자기기가 받아 다시 전류로 바꾼다. 이때 자기장이 세면 전류도 세져, 전원장치와 전자기기가 멀어도 충전된다.

기존 무선충전 기술은 자기장을 보내는 매질로 공기를 이용한다. 전선이 사라져 편리하다. 하지만 전자기기와 무선충전기 배치가 고정되고, 배치가 조금이라도 벗어나면 충전효율이 크게 떨어지거나 충전이 중단된다.

변영재 교수팀은 이런 단점을 해결하고자 매질을 바꿨다. ‘페라이트’를 사용해 충전기기에 전달되는 자기장 세기를 높인 것이다. 자기장이 공기로 전달될 때는 자기저항이 커서 전력손실이 크다. 하지만 페라이트 자기저항은 공기보다 1000배 작아 전송효율이 높다. 페라이트는 산화철 자성체 세라믹이다.

또 전원장치에서 자기장을 발생시키는 코일을 감는 방식도 바꿔 전류전송 효율을 높였다. 판형 구조의 페라이트에 코일을 위아래로 감으면, 판을 기준으로 위와 아래의 전류 방향 반대가 돼 자기장이 상쇄된다. 이 문제를 풀기 위해 코일을 비스듬히 감는 방식을 사용한 것이다.

이 장치의 유효성은 시뮬레이션과 실험으로 확인됐다. 또 인체에 유해할 수 있는 자기장과 전기장 노출 역시 국제기준에 부합했다.

자율 배치 무선 충전 기술이 적용된 예시. 사진제공 UNIST

변영재 교수는 “넓은 면적에서 자유롭게 배치할 수 이는 무선충전 원천기술을 확보했다”며 “앞으로 책상과 탁자, 벽, 바닥 등에 적용해 사물인터넷(IoT) 시대를 견인할 것”이라고 기대했다.

이 연구결과는 국제전기전자공학회(IEEE)에서 발행하는 학술지 ‘IEEE Transactions on Power Electronics’ 10월 4일자 온라인에 게재됐다.

 

박응서  테크엠 기자  gopoong@techm.kr