'책상이나 바닥도 OK' 평면서 자유롭게 무선충전

UNIST 전기전자컴퓨터공학부 변영재 교수팀 개발

페라이트 충전, '대면적 자율배치 무선충전 기술'

울산CBS 반웅규 기자

사진 왼쪽부터 UNIST 변영재 교수, 조현경 연구원, 서석태 연구원.(사진=UNIST 제공)

충전기 위에서만 가능했던 무선 충전이 책상이나 바닥 등 널찍한 평면 어디에서도 가능해 질 것으로 보인다.

유니스트(UNIST, 울산과학기술원) 전기전자컴퓨터공학부 변영재 교수팀은 "여러 개의 전자기기를 자유롭게 무선 충전 할 수 있는 '대면적 자율배치 무선충전 기술'을 개발했다고 21일 밝혔다.

전력을 주고받는 자기장 신호를 '공기' 대신 '페라이트(ferrite)' 라는 물질을 통해 보내는 게 연구의 핵심이다.

기존 무선충전 기술은 자기장을 보내는 매질로 '공기'를 이용한다.

충전용 전선이 사라졌다는 점에서 편리하지만 전자기기와 무선충전기의 배치가 고정된다는 제약이 있었다.

둘의 배치가 조금이라도 빗겨나가거나 멀어지면 충전효율이 급격히 떨어지거나 충전이 중단된다.

변영재 교수팀은 이런 제약을 풀기 위해 자기장을 전파하는 매질을 바꿨다.

망간-아연(Mn-Zn), 니켈-아연과 같은 산화철계 자성체 세라믹인 페라이트를 사용한 거다.

자기장이 공기로 전달될 때는 자기장을 가로 막는 '자기저항'이 커서 전력손실이 크다.

하지만 페라이트의 자기저항은 공기 보다 1000배 작아 전송효율이 높아진다.

또 전원장치에서 자기장을 발생시키는 코일을 감는 방식도 달리해 전력전송 효율을 높였다.

판형 구조의 페라이트에 코일을 위 아래로 감으면 판을 기준으로 위와 아래의 전류 방향 반대가 되어 자기장이 상쇄된다.

다중 무선 충전 가능성을 가지는 자율 배치 무선 전력 전송 기술 실험 사진.(사진=UNIST 제공)

이 문제를 풀기 위해 코일을 비스듬히 감는 방식을 사용했다.

제1저자인 서석태 유니스트 연구원은 "공기보다 자기저항이 매우 낮은 페라이트를 이용하는 동시에 구조적 설계를 개선한 무선충전 시스템을 개발했다"며 "충전 범위가 크게 넓어지는 데다 충전하고자 하는 휴대기기를 자유롭게 배치 가능한 게 장점"이라고 말했다.

이번 기술은 시뮬레이션과 실험에서도 확인됐다.

인체에 유해할 수 있는 자기장과 전기장 노출 역시 국제기준을 통과한다는 것도 입증됐다.

공동 1저자인 조현경 UNIST 연구원은 "새로운 무선충전 시스템은 충분히 실현 가능하지만 페라이트가 무겁고 가격이 비싸다는 게 한계"라며 "페라이트를 대체할 물질을 찾고 시스템을 최적화하는 연구를 추가로 진행할 것"이라고 했다.

변 교수는 "넓은 면적에 자율배치가 가능한 무선충전 원천기술을 확보한 점에서 의미가 있다"며 "향후 책상과 탁자, 벽, 바닥 등에 적용돼 앞으로 다가올 IoT 시대의 견인차가 될 것"이라고 말했다.

연구결과는 세계적인 권위의 국제전기전자공학회(IEEE)에서 발행하는 학술지 'IEEE Transactions on Power Electronics'에 지난 4일자로 온라인 공개됐다.

저작권자 © CBS 노컷뉴스 무단전재 및 재배포 금지