무선충전의 원리 및 개념도

요즘은 스마트폰, 태블릿PC(아이패드나 갤럭시탭 등 등)을 쓰면서 정말 빨리 닳는 배터리를 보면서 충전하지 않고 배터리를 오래 사용할 수 있지 않을까? 라는 생각이 든다. 이러한 우리의 소원을 들어줄만한 신기술이 개발되었다. 바로 무선 충전기술이다. 무선 충전 기술은 말이 신기술이지 매우 오래된 기술이다. 1893년 니콜라 테슬라라는 미국의 과학자가 수십cm 떨어진 네온등에 불을 키는데 성공했다. 그는 전기를 고주파 전파로 바꾸어 전송한 후 수신 장치에서 다시 전기로 바꾸었다. 그 후 미국 NASA도 모하비 사막에서 거대한 전기 수신 장치를 이용해 1.4km 떨어진 곳까지 30kw의 전기를 송신한 적이 있다. 그러나 이렇게 몸에 해로운 고출력전파를 일상생활에 사용하는 것은 불가능하므로 미래에 우주에서 생산한 전기를 지구로 송신할 때 이용될 전망이다.

그래서 개발된 것이 전자기 유도를 이용한 것이다. 전자기 유도는 일반적으로 코일에 자석을 넣었다가 빼서 자기장의 변화가 생기면 코일에 전류가 생기는 원리이다. 그래서 전자기유도 충전기술도 같은 원리이다. 아래에 넓은 판속에 있는 코일에 전류가 흘러 자기장이 생기면 바로 위에 있는 코일에 자기장의 변화가 가해진다. 이로 인해 위의 코일에도 전류가 흘러서 충전이 된다. 이러한 기술은 이미 10년 전부터 전동칫솔의 충전기에 도입이 되었다.(충전기에는 휴대폰과 같이 쇠로 된 부분이 없고 플라스틱만 있는데, 충전이 되는 원리가 바로 무선충전기술의 원리이다.)

그러나 단점이 있는데 충전할 수 있는 거리가 몇 cm가 한계이고 그 길이를 길게 하려면 전류를 더 세게 흘려 보내야하는데 이는 전자파의 세기를 증가시켜 건강에 해롭기 때문에 전자파를 차단하는 기술이 시급하다.

그렇다면 이렇게 몇 cm말고 와이파이처럼 특정한 위치 말고 아무 곳이나 충전 할 수 있는 방법은 없는 것일까?

그 해답은 바로 공진을 이용하는 것이다. 공진은 외부에서 발생한 주파수가 어떤 물체가 갖고 있는 고유의 주파수와 같아지면 에너지가 갑자기 커지는 것이다. 그 예로 소프라노 가수가 유리잔을 깨트리거나 군인들이 발을 맞추어 오래된 다리를 건너는데 다리가 붕괴되거나, 새로 만든 다리가 산들바람에 의해 생긴 주파수로 붕괴되는 것이다. 이 기술을 사용하려면 충전기와 충전하려는 기기에 공진 코일을 장착하면 된다. 그러면 자기장처럼 거리가 멀어지면 약해지지 않고 강한 자기장을 유지할 수 있어서 거실에서 휴대폰을 가만 나두어도 자동으로 충전이 된다.

2007년 MIT연구진은 2m 떨어진 곳에 전구에 공진 방식으로 키는 것에 성공하였고, 한국 전기연구원은 1.5m 거리에 75%의 효율로 전기를 보내는 기술을 개발하였다. 그리고 LS전선도 LED등과 넷북을 1m거리에서 작동하는 것에 성공하였다.

이렇게 나날이 발전하는 무선충전기술에 미래에는 충전기라는 개념이 없어지고 현재의 와이파이존처럼 무선충전 존이 생겨날 것을 기대하면서 이 기사를 마무리한다.

지금까지 Beaker and Flask 오늘의 신기술 코너였습니다.-JWK-

전자기유도로 무선충전하는 원리입니다.

현재시판중인 무선 충전패드

3D 안경 무선충전

무선 충전 스마트폰.(특수케이스를 사용해야만한다.)

자세한 정보는 맥과이어님 블로그 참조

[출처] 무선충전 원리 개념도|작성자 맥과이어