테슬라가 꿈꾸어 오던 무선전력전송기술이 점차 우리 일상생활 속에서도 확산되고 있다. 최근 모바일 기기의 무선충전시스템이 보급되고 자동차, 가전제품, 의료기기 분야에서도 무선전력전송기술이 적용된 실용화 상품들이 소개되고 있다.
잠자리에 들기 전 늦은 밤, 스마트폰을 좋아하는 자녀는 무선충전 패드에 휴대전화를 올려놓고, 청력이 약한 할아버지는 보청기를 빼서 그릇 모양의 충전기에 충전한다. 다음날 출근을 준비하는 아버지는 전원 케이블의 연결 없이도 전기자동차를 충전하고 있다.
무선전력전송 기술 개발 동향
전자기파를 이용한 무선전력전송기술은 전기에너지를 무선으로 전력전송이 가능한 방사형(Radiative) 또는 비방사형 전자기파로 전기선 없이 전달하는 기술이다. 언제 어디서나 무선으로 전력 공급이 가능해 와이파이(Wi-Fi)처럼 무선 어댑터만으로 전기를 자유롭게 쓸 수 있는 와이파워(Wi-Power) 시대를 열 것으로 기대되고 있다.
미래창조과학부 산하 출연연구기관인 한국전기연구원(KERI, 원장 박경엽)은 원거리 전력전송을 위한 방사형 마이크로파 무선전력전송뿐 아니라 중·단거리까지 전력을 전달할 수 있는 자기 공진 무선전력전송시스템을 연구·개발하고 있다.
자기 공진 무선전력전송시스템은 자기유도방식처럼 1차 코일에 흐르는 전류로부터 발생하는 자기장이 2차 코일에 유도전류를 발생시키는 점은 유사하지만 1차 코일의 공진 주파수와 2차 코일을 공진 주파수를 동일하게 제작해 무선전력전송 결합 효율을 높일 수 있다.
사진 1. KERI가 개발한 접시형 다중기기 무선충전 시제품(1)
사진 2. KERI가 개발한 접시형 다중기기 무선충전 시제품(2)
KERI가 개발한 자기 공진 무선전력전송시스템은 6.78MHz 주파수를 이용한 자기 공진기를 사용해 송신기와 수신기의 배열에 상관없이 일정 범위 내에서 높은 전송 효율을 가진다.
특히 소형 모바일 기기에 내장하기 위한 고효율 초소형 수신 코일 및 다중 기기/부하에 효율적으로 전력을 전달할 수 있는 임피던스 정합 기술을 개발하여 최근 스마트폰 무선충전기로 사용되고 있는 전자기유도방식이 가지는 무선충전 거리 증가에 따른 급격한 효율 감소 문제를 어느 정도 해소할 수 있다.
또 충전 위치의 자유도 향상 및 다중기기의 동시 충전이 가능해 IT 기기, 의료기기 등 다양한 분야에 접목이 가능하다.
최근 모바일 기기의 무선충전시스템이 보급되고 있는 가운데 다양한 모바일 헬스 케어 기기, 인공심장 박동기, 인체 삽입형 신경 자극기와 같은 인체 부착/삽입형 첨단 의료기기 등 의료기기 분야에서도 무선전력전송기술에 대한 관심이 날로 높아지고 있다.
무선전력전송시스템을 연구하고 있는 KERI 융복합의료기기연구센터 박영진 센터장은 “KERI는 의료기기 분야에서 무선전력전송기술을 결합하는 첫 단추로 사용자 친화형 스마트 보청기 개발을 진행 중에 있으며, 이 기술이 개발되면 보청기의 주 사용층인 고령자들이 소형 보청기에 배터리를 교체하지 않고 손쉽게 충전할 수 있어 사용자의 편의를 크게 증대할 수 있고 소형 헬스 케어 기기의 무선충전시스템 기술 축적으로 신산업 발굴에도 크게 기여할 것”이라고 말했다.
한편, KERI는 1997년 100W급 마이크로파 무선전력전송장치 개발 및 시연을 시작으로 △세계 3번째로 10kW급 무선전력전송장치 개발(1999년) △국내 최초 고출력 비접촉 무선전원장치 기술이전(2005년) △국내 최초 200W 자기공진 WPT(Wireless Power Transfer, 무선전력전송) 시스템 개발(2010년) △소형 모바일 기기용 3차원 무선충전 시제품 개발(2013년) 등 무선전력전송기술 연구 성과를 창출하고 있다.
김혜숙 기자 (eltred@hellot.net)
