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평면 어디서나 무선충전 OK···"IoT 시대 앞당긴다"

변영재 UNIST 교수팀, '대면적 자율배치 무선충전 기술' 개발
"원천기술 확보 의미, 가격 비싼 페라이트 대체 물질 찾을 것"
변영재 UNIST 교수 연구팀이 책상이나 바닥 등 평면 어디서나 무선충전이 가능한 '대면적 자율배치 무선충전 기술'을 개발했다. 매질을 공기대신 페라이트를 활용해 무선충전 원천기술을 개발했다는데 의미가 있다. 다만 페라이트의 가격이 비싸고 무겁다는 단점이 있어 연구팀은 이를 대체할 물질을 찾고 시스템을 최적화하는 연구를 추가 진행할 예정이다.<사진= UNIST>변영재 UNIST 교수 연구팀이 책상이나 바닥 등 평면 어디서나 무선충전이 가능한 '대면적 자율배치 무선충전 기술'을 개발했다. 매질을 공기대신 페라이트를 활용해 무선충전 원천기술을 개발했다는데 의미가 있다. 다만 페라이트의 가격이 비싸고 무겁다는 단점이 있어 연구팀은 이를 대체할 물질을 찾고 시스템을 최적화하는 연구를 추가 진행할 예정이다.<사진= UNIST>

책상이나 바닥 등 평면 어디서나 무선충전이 가능해진다. 충전기에 꼭 맞춰 두던 기존 무선충전에서 진보한 방식이다. 사물인터넷과 5G 통신의 확산에 따라 연구팀의 기술이 주목된다.

UNIST(총장 직무대행 이재성)는 변영재 전기전자컴퓨터공학부 교수팀이 무선 충전시 여러개의 전자기기를 자유롭게 배치할 수 있고 충전 면적도 넓힌 '대면적 자율배치 무선충전 기술'을 개발했다고 21일 밝혔다.

연구팀의 기술은 전력을 주고받는 자기장 신호를 공기대신 페라이트(ferrite) 물질을 통해 보내는 점이 핵심이다. 기존 무선충전 기술은 자기장을 보내는 매질로 공기를 이용한다. 그러나 공기는 자기장을 가로막는 성질이 커서 전력손실이 크다.

충전용 전선이 사라졌다는 점에서 편리하지만 전자기기와 무선충전기의 배치를 고정해야 하는 제약이 있다. 또 둘의 배치가 멀어지면 충전효율이 떨어지거나 충전이 중단된다.

변영재 교수 연구팀은 이런 제약을 풀기 위해 자기장을 전파하는 매질을 바꿨다. 공기대신 페라이트를 사용해 충전기기에 전달되는 자기장 세기를 극대화했다. 페라이트의 자기저항은 공기보다 1000배 작아 전송 효율이 높아진다.

전원장치에서 자기장을 발생시키는 코일을 감는 방식도 달리해 전력전송 효율을 높였다. 판형 구조의 페라이트에 코일을 위아래로 감으면 판을 기준으로 위와 아래의 전류 방향이 반대되어 자기장이 상쇄된다. 연구팀은 이 문제를 풀기위해 코일을 비스듬히 감는 방식을 사용했다.

제1저자인 서석태 UNIST  연구원은 "공기보다 자기저항이 낮은 페라이트를 이용하는 동시에 구조적 설계를 개선한 무선충전 시스템을 개발했다"면서 "충전 범위가 크게 넓어지고, 충전하고자 하는 휴대기기를 자유롭게 배치 가능한게 장점"이라고 설명했다.

연구팀의 성과는 시뮬레이션과 실험으로 실현 가능성도 확인됐다. 인체에 유해할 수 있는 자기장과 전기장 노출 역시 국제기준을 통과했다. 조현경 연구원은 "새로운 무선충전 시스템은 충분히 실현 가능하지만 페라이트가 무겁고 가격이 비싼 문제가 있다"면서 "페라이트를 대체할 물질을 찾고 시스템을 최적화하는 연구를 추가 진행할 예정"이라고 말했다.

변영재 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 기대했다.

 이번 연구는 과학기술정보통신부와 IITP(정보통신기술진흥센터)의 대학ICT연구센터 육성지원사업의 지원으로 이뤄졌다. 연구결과는 국제전기전자공학회(IEEE)에서 발행하는 학술지 'IEEE Transactions on Power Electronics'에 10월 4일자로 온라인 공개됐다.
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