1. 무선충전기술(WPT)이란 무엇인가
일상생활에서 사용하는 거의 모든 가전제품이나 휴대기기, 사무용 기기들을 대부분 유선으로 공급되는 전기에너지를 사용합니다. 하지만 휴대기기의 발달과 광범위한 사용으로 유선 전력 공급방식에 한계를 느끼게 되었고 전기차의 발전이나 휴대폰과 같은 충전장비가 발전함에 따라 무선충전 기술이 중요해지게 되었습니다. 무선충전기술(WPT: Wireless Power Transfer)은 전기 에너지를 무선 전송이 가능한 전자기파 또는 광파로 변환하여 무선으로 전력을 전달하는 기술을 말합니다.
이 문서에서는 무선충전 기술의 주요 방식을 설명하고 무선충전 기술을 응용한 산업분야에는 어떠한 것이 있는지 기술되어 있습니다.
2. 무선충전기술은 어떠한 방식으로 동작하는가
무선충전기술은 투과성이 우수하고 상대적으로 인체에 영향이 적은 라디오 주파수(Radion Frequency:RF)를 이용하는 방식이며, 전송 전력과 전송거리의 관점에서 크게 전자기 유도방식, 자기 공명 방식, 마이크로 웨이브 방식의 3가지로 분류됩니다.
2-1. 전자기 유도방식의 동작원리
전자기 유도방식은 전류가 흐르면서 생긴 자기장이 새로운 전류를 만드는 원리를 이용한 기술입니다. 중전 패드의 전원을 켜면 내부의 1차 코일이 자기장을 발생시키고 스마트폰, 태블릿 PC 등의 케이스에 내장된 2차 코일이 유도 전류를 만들어 배터리를 충전하는 방식입니다. 무선상에서 에너지 전송 효율이 우수하지 못해서, 전동칫솔 등 주로 접촉에 가까운 근접거리에서 충전을 하는 것이 효과적입니다.
2-2. 자기 공명 방식의 동작원리
자기 공명 방식은 송신부 코일에서 공진(공명) 주파수로 진동하는 자기장을 생성하여 동일한 공진주파수로 설계된 수신부 코일에만 에너지가 전달되도록 하는 자기공명(Magnetic Resonance) 기술입니다. 자기유도 방식이 거리가 멀어질수록 급격하게 전송 효율이 줄어드는 문제점을 해결할 수 있는 무선충전 기술입니다. 여러 기기를 동시에 충전할 수 있고, 이동 편의성이 증가되었지만 인체 무해성 등 사용화는 검증 단계에 있습니다.
2-3. 전자기파 방식의 동작원리
전자기파 방식은 마이크로파를 이용하여 안테나를 통해 마이크로파 신호를 공기 중에 방사하여 전력을 전달하는 기술입니다. 마이크로파는 라디오파와 적외선 사이의 파장과 주파수를 가지고 있는 전자기파를 말합니다. 주로 원거리 전력 전송에 활용되고 있습니다. 위성과 지구 간 전력 전송을 할 만큼 원거리 전력 전송이 가능하지만 인체에 유해하다는 단점을 가지고 있습니다.
3. 무선충전기술은 어떠한 사업에 응용되고 있는가
무선충전기술은 전기자동차나 스마트폰 등 휴대용 기기에 광범위하게 활용되고 있습니다. 무선 홈가전을 위한 청소기, TV, 프린터, 모니터 등과 같은 전자제품에도 적용 가능합니다. 가정의 PC나 TV 전원에 연결해 1m 내에 있는 모든 기기를 무선으로 충전하는 기술을 개발할 수 있고, 가까운 거리에서 디스플레이, 스피커를 유선 연결 없이 전력 및 데이터를 전송할 수 있게 하여 편리한 가전 생활을 누릴 수 있게 해 줍니다. 원거리 전력 전송기술을 이용하면 우주 태양광 발전에도 활용될 수 있습니다. 공공분야에서도 경전철이나 지하철을 무선으로 충전하는 기술로 발전시킬 수 있고 가정용, 군용 로봇의 무선충전을 지원하는 등 다양한 분야에서 무선충전 분야는 더욱 발전할 것으로 예상됩니다.