"책상·바닥에 놔두면 무선충전" 국내 연구진 기술 개발

UNIST 변영재 교수팀, 평평한 페라이트 통해 자기장 전달해 전송효율 향상

대 면적(30×130㎠)에 다중 무선 충전 가능성을 가지는 자율 배치 무선 전력 전송 기술 실험 사진

자율 배치 무선 전력 전송 기술은 평면형 구조로 확장이 용이하며 여러 개의 수신기로 전력을 전송할 수 있는 가능성을 가진다./사진=UNIST

자율 배치 무선 충전 기술이 적용된 예 <br><br>자율 배치 무선 충전 기술은 평면구조에 적용가능하기 때문에 책상, 벽면, 바닥면 등에 적용되어 여러 개의 전자기기를 동시에 자유롭게 충전시킬 수 있다/사진=UNIST

국내 연구진이 책상이나 바닥 등 널찍한 평면 어디서든 무선충전이 가능한 기술을 개발했다. 기존 무선충전 방식은 스마트폰 등 디지털기기를 충전기 크기에 꼭 맞춰 올려놓아야만 가능했다.

울산과학기술원(UNIST) 전기전자컴퓨터공학부 변영재 교수 연구팀은 무선충전시 여러 개의 전자기기를 자유롭게 배치할 수 있고, 충전 면적도 넓힌 ‘대면적 자율배치 무선충전 기술’을 개발했다고 21일 밝혔다.

전력을 주고 받는 자기장 신호를 ‘공기’ 대신 ‘페라이트(ferrite)’라는 물질을 통해 보내는 게 이 기술의 핵심이다.

무선충전은 전류가 자기장을 일으키고, 거꾸로 자기장도 전류를 발생시키는 원리를 이용한다. 전원장치의 전류에서 발생된 자기장을 전자기기가 받아 다시 전류로 바꾸는 것이다.

기존 무선충전 기술은 자기장을 보내는 매질로 공기를 이용한다. 충전용 전선이 사라졌다는 점에서 편리하지만, 전자기기와 무선충전기의 배치가 고정된다는 제약이 따랐다. 둘의 배치가 조금이라도 빗겨나가거나 멀어지면, 충전효율이 급격히 떨어지거나 충전이 중단된다.

연구팀은 이런 제약을 해결하기 위해 자기장을 전파하는 매질을 공기 대신 ‘페라이트’로 바꿨다. 충전기기에 전달되는 자기장 세기를 극대화한 것이다.

자기장이 공기로 전달될 때는 ‘자기저항’이 커 전력손실이 크다. 하지만 페라이트의 자기저항은 공기보다 1000배 작아 전송 효율이 높아진다.


또 전원장치에서 자기장을 발생시키는 코일을 감는 방식도 달리해 전력전송 효율을 높였다. 연구진은 “판형 구조의 페라이트에 코일을 위 아래로 감으면, 판을 기준으로 위와 아래의 전류 방향 반대가 돼 자기장이 상쇄된다”면서 “이 문제를 풀기 위해 코일을 비스듬히 감는 방식을 사용했다”고 설명했다.

연구진에 따르면 이번 기술로 충전 범위가 크게 넓어지는 데다, 충전하고자 하는 휴대기기를 자유롭게 배치 가능하다. 또 시뮬레이션과 실험을 통해 인체에 유해할 수 있는 자기장과 전기장 노출 역시 국제기준을 통과한다는 것을 입증했다.

변 교수는 “아직 페라이트는 무겁고 가격이 비싸다는 게 한계가 있다”며 “페라이트를 대체할 물질을 찾고, 시스템을 최적화하는 연구를 추가로 진행할 것”이라고 말했다. 이어 “향후 책상과 탁자, 벽, 바닥 등에 적용돼 앞으로 다가올 사물인터넷(IoT) 시대의 견인차가 될 것”이라고 덧붙였다.