KAIST 임춘택 교수 “50㎝ 이내면 기기 위치·방향 관계없이 충전”

국내 연구진이 무선 충전기의 50㎝ 이내 범위에서는 휴대전화나 노트북을 사용하면서 충전도 할 수 있는 무선충전 기술을 개발했다.

한국과학기술원(KAIST·총장 강성모)은 원자력 및 양자공학과 임춘택 교수팀이 와이파이(Wi-Fi) 존과 같이 50㎝ 이내에서는 기기의 위치와 방향에 관계없이 충전할 수 있고, 인체에 무해한 낮은 자기장에서 작동하는 무선충전기술을 개발했다고 밝혔다.

이 연구 결과는 지난달 ‘국제전기전자공학회 전력전자 저널’(IEEE Trans. on Power Electronics)에 게재됐으며, 현재 KAIST 입주기업 ㈜테슬라스에 기술 이전돼 카페와 사무실 등에 적용할 수 있는 제품으로 개발 중이다.

임 교수는 “이 기술은 기존 무선충전의 고질적 문제였던 충전 거리와 방향 의존성을 상당 부분 해결했다”며 “이 무선충전장치가 설치된 공간에서는 충전에 대한 걱정 없이 스마트폰이나 노트북을 무제한 사용할 수 있다”고 말했다.

기존 무선충전 방식은 주로 송신기에 스마트폰을 고정하는 접촉식 충전방식이어서 충전 중 사용이 어렵다. 비접촉식 충전방식도 연구되고 있지만 10cm 이상 떨어지면 충전이 어렵고 특정 방향에서만 충전되는 한계가 있다.

임 교수팀은 이 문제를 지난해 5월 자체 개발한 쌍극형 코일 공진방식(DCRS)을 응용해 해결했다. 이는 평행한 일자구조였던 송신코일과 수신코일을 십자형으로 배치, 회전자기장을 발생시켜 어떤 방향에서도 전력을 송수신할 수 있게 만든 것이다.

연구진은 이를 이용해 부피를 거의 차지하지 않는 송수신 코일을 구현했으며, 50㎝ 안에서는 3차원 위치와 3축(XYZ) 방향에 상관없이 충전할 수 있는 6-자유도(Six degree of freedom) 무선충전 기술을 개발했다.

이 장치를 무선충전 탁자 등으로 사용할 수 있는 1㎡ 넓이의 평면형 송신기로 만들어 실험한 결과 50cm 안에 임의로 놓인 스마트폰에 1W씩 30대, 노트북에 2.4W씩 5대에 무선전력을 공급할 수 있었으며 최대 전력전달 효율은 34%로 측정됐다.

연구진은 또 독자 개발한 자기장 차폐기술을 적용해 무선충전 공간 내 자기장 수치를 국제 자기장 안전기준(ICNIRP guideline : 27마이크로테슬라(μT) 이하로 낮춰 안전성을 높였다. 이는 지구자기장(50μT)의 절반, 자기공명영상장치(MRI. 3∼7T)의 10만분의 1 이하 수준이다.

임 교수는 “이 기술은 실용화가 가능하고 위치·방향의 제약없이 충전할 수 있는 6-자유도를 구현했으며 자기장 수준을 인체에 무해한 수준으로 낮췄다는 점에서 의미가 있다”며 “1년 안에 제품 출시가 가능할 것으로 예상한다”고 말했다.

연합뉴스