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아무렇게나 '휙' 던져놔도 충전 가능한 무선 충전 기술 나왔다

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아무렇게나 '휙' 던져놔도 충전 가능한 무선 충전 기술 나왔다

2019.10.21 12:00
가로세로의 길이가 30cm, 130cm인 커다란 공간에 ′대면적 자율배치 무선충전 시스템′을 적용해 실험하는 사진. 여러 개의 충전기기를 효율적으로 충전할 수 있다. UNIST 제공
가로세로의 길이가 30cm, 130cm인 커다란 공간에 '대면적 자율배치 무선충전 시스템'을 적용해 실험하는 사진. 여러 개의 충전기기를 효율적으로 충전할 수 있다. UNIST 제공

책상이나 바닥처럼 평평한 곳 어디에서든 무선으로 전자기기를 충전할 수 있는 기술이 나왔다.

 

울산과학기술원(UNIST)은 변영재 UNIST 전기전자컴퓨터공학부 교수와 서석태, 조현경 연구원팀이 위에 여러 개의 전자기기를 자유롭게 배치해 무선 충전할 수 있고, 충전 면적도 넓힌 '대면적 자율배치 무선충전 기술'을 개발하는 데 성공했다고 21일 밝혔다.

 

기존의 무선 충전 기술은 공기를 이용해 전력을 주고받는 자기장 신호를 전달해 충전한다. 그런데 공기는자기장을 가로막는 성질(자기저항)이 커서 거리가 멀어질수록 자기장의 세기가 급격히 떨어지는 단점이 있었다. 전자기기와 무선충전기가 조금만 멀어져도 충전이 어렵다는 뜻이다. 이 때문에 기존 무선 충전 기술은 반드시 정해진 자리에 고정해서 사용해야 했다.

 

연구팀은 이 한계를 극복하기 위해 자기장 신호를 보내는 매개체를 자성을 지닌 물질인 '페라이트'로 바꿨다. 페라이트는 자기저항이 공기의 1000분의 1에 불과해 전송 효율이 훨씬 크고 거리가 멀어져도 손실이 적다. 

 

연구팀은 전원장치에서 자기장을 발생시키는 코일을 감는 방식도 바꿨다. 판 모양 구조의 페라이트에 코일을 위아래로 감으면 판을 기준으로 위와 아래의 전류 방향이 반대가 돼 자기장이 상쇄된다. 그래서 연구팀은 코일을 비스듬히 감아 이런 한계를 해결했다. 

 

논문의 제1저자인 서석태 연구원은 "공기보다 자기저항이 매우 낮은 페라이트를 이용하고 구조 설계를 개선해 효율이 높은 무선충전 시스템을 개발했다"며 "충전할 수 있는 범위가 크게 넓어지는데다, 충전하려는 휴대기기를 자유롭게 배치할 수 있다"고 설명했다. 

 

연구팀은 실험과 시뮬레이션을 통해 실제로 이 무선충전 시스템이 기존 방식보다 훨씬 효율적으로 충전할 수 있음을 확인했다. 또 인체에 유해할 수 있는 자기장과 전기장 노출도 국제기준 이하로 낮다는 사실을 확인했다. 

 

변영재 교수는 "넓은 면적에서 여러 대의 충전기기를 자유롭게 충전할 수 있는 기술을 확보했다"며 "앞으로 책상과 탁자, 벽, 바닥 등에 적용돼 사물인터넷(IoT) 시대를 앞당기는 데 기여할 것"이라고 말했다. 

 

연구팀은 앞으로 여러 다른 대체물질을 연구해 성능을 향상시킬 계획이다. 논문의 공동 1저자인 조현경 연구원은 "아직은 페라이트가 무겁고 비싸다는 점이 한계"라며 "추후 페라이트를 대체할 물질을 찾아 시스템을 개선할 계획"이라고 밝혔다. 

 

이 연구 결과는 국제학술지 '국제전기전자공학회지' 온라인판 4일자에 발표됐다.

 

UNIST 연구팀이 무선충전시 여러 개의 전자기기를 자유롭게 배치할 수 있고, 충전 면적도 넓힌 ′대면적 자율배치 무선충전 기술′을 개발했다. 왼쪽부터 변영재 전기전자컴퓨터공학부 교수, 조현경 연구원, 서석태 연구원. UNIST 제공
UNIST 연구팀이 무선충전시 여러 개의 전자기기를 자유롭게 배치할 수 있고, 충전 면적도 넓힌 '대면적 자율배치 무선충전 기술'을 개발했다. 왼쪽부터 변영재 전기전자컴퓨터공학부 교수, 조현경 연구원, 서석태 연구원. UNIST 제공

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