[논문]무선 에너지 전송 기술

강승열; 김용해; 이명래; 정태형

doi:10.22648/etri.2008.j.230608

무선 에너지 전송 기술
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IT 혁명의 근간이 되는 무선통신기술은 개인간의 통신을 가능하게 하여, 단순 정보 전달에서 음성 및 화상 통화가 언제, 어느 곳에서도 가능하게 되었다. 그러나 이런 단말기를 작동하게 하는 전력 또는 에너지는 여전히 유선으로 공급하거나 전지를 충전하여 사용한다. 만일 무선 통신뿐만 아니라 무선 에너지 전송까지 가능하다면 IT 기술은 또 다른 도약을 하게 될 것이다. 무선 에너지 전송은 백 년 전의 테슬라로부터 시작되어 지금까지 지속되어온 인류의 꿈이었다. 본 기고문에서는 20세기 초 무선 에너지 전송을 상상한 테슬라로부터 근래의 다양한 무선 에너지 전송 기술을 소개한다. 전자기파 방사를 이용한 기술과 전자기 유도현상을 이용한 무선 에너지 전송 기술을 개괄하고, 이러한 기존 기술을 넘어 근거리에서 공진 현상을 이용한 비방사 방식으로 에너지를 전송하는 MIT의 무선 에너지 전송 기술을 소개한다.

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문제 정의

5 센티미터 두께의 이 제품도 휴대용 기기를 올려놓기만 하면 바로 충전을 시작하며 각기기에 부착하는 작은 어댑터와 함께 동작한다((그림 11) 참조). 기본적인 작동 방식은 자기 유도 현상이 아닌 금속 패드와 어댑터 사이의 접촉을 통한 충전이어서 무선 에너지 전송으로 보기는 어려우나 비슷한 패드 충전 방식과 비교하기 위하여 소개하였다. 현재 Motorola의 (레이저 (RAZR V3) 용 충전 패드와 어댑터를 우선 판매하고 있다.
한다. 먼저, 테슬라의 이야기로부터 출발해보자.
본기 고문은 다양한 무선전력 전송 기술에 대해언급하고 새로이 제안된 Marin Soljacic Group 의 Non-radiative Wireless Power Transfer 기술을소개하려고 한다. 먼저, 테슬라의 이야기로부터 출발해보자.

제안 방법

(1) 원거리 전송 : 전송거리가 수 km 에서 수백 km 까지의 영역을 원거리 전송으로 분류하였다. 위성에서 태양에너지로 전력을 생성하고이를 지상에 무선으로 에너지를 전달하는 기술이나 rectenna 를 이용하여 지상에서 무인비행기에 에너지를 공급하는 기술 등이 여기에 속한다.
(2) 근거리 전송 : 전송거리가 수m에서 10m 내외의 비교적 짧은 거리의 영역을 근거리 전송으로 분류하였다. 수십MHz의 주파수나 휴대폰에서 사용하는 수백 MHz 정도의 주파수를 사용할 수 있으며 출력은 1W 미만의 작은 에너지를 전송하게 된다.
Sheet에 coil array 를 제작하고 각각의 코일에 MEMS 스위치와 센서가 연결되도록 설계하였다. Sheet 위의 어느 위치에 전자기기가 놓이는가를 센서를 통해 인식하고 그 위치의 코일만이 MEMS 스위치를 이용하여 작동하도록 하였다. 그러므로 이러한 sheet를 벽지나 장판 형태로 설치하여 어느 곳에 전자기기를 놓더라도 자동으로 위치한 전자기기에 만 전력이 공급되도록 하였다.
실제로 21개의 LED 가 달린 크리스마스 트리를 작동시키는 데 성공하였다고 보고하고 있다((그림 13) 참조). Sheet에 coil array 를 제작하고 각각의 코일에 MEMS 스위치와 센서가 연결되도록 설계하였다. Sheet 위의 어느 위치에 전자기기가 놓이는가를 센서를 통해 인식하고 그 위치의 코일만이 MEMS 스위치를 이용하여 작동하도록 하였다.
이 기술은 자기 유도에 의한 에너지 전달을 보다 용이하고, 저가격으로 만들기 위해 plastic sheet 위에 유기반도체 트랜지스터 기술과 MEMS 기술을 융합한 것이다 [8]. 개발된 sheet는 마치 벽지나 방안의 장판지처럼 벽과 바닥에 부착『하여 가전기기가 전원 케이블이 없이도 동작이 가능하도록 설계하였다. 실제로 21개의 LED 가 달린 크리스마스 트리를 작동시키는 데 성공하였다고 보고하고 있다((그림 13) 참조).
무선기술의 시작에서부터 무선에너지 전송은 계획되었다. 테슬라의 시도는 여러 가지 이유로 실패로 끝났지만 통신과 에너지를 모두 무선으로 전송하려고 하였던 그의 꿈은 이제 서서히 실현의 단계에 다가가고 있다.
크리스마스 트리가 위치한 곳에서만 전력이 공급되도록 설계되었다.

대상 데이터

)[4] 가 개발한 스플래시 파워패드이다. 이 제품은 다양한 크기와 모양의 코일이 내부에 촘촘이 배열되어 있는 평판형의 패드로서 각 휴대용기기에 부착하게 되어 있는 스플래시 파워 모듈 내의 작은 코일을 통해 전력을 전달한다((그림 10) 참조). 충전패드에 만 전원을 연결시켜주면 패드의 표면 어디에서나 어떤 위치에 놓인 휴대용 기기들도 무선으로 동시에 충전이 가능하다.

성능/효과

(3) 비 접촉식 전송 : 전송거리가 수 mm 내외로 단지 전선으로 연결되지 않았다는 것뿐, 전력공급원과 기기가 거의 밀착되는 형태이다. 대부분 자기 유도 (inductive coupling) 현상을 이용하며 에너지 전송 효율이 뛰어나다.
도는 위성((그림 4) 참조에서 태양전지를 통해 전력을 생산하고 이를 지상에 전파의 형태로 전송하는 것으로 실현이 가능하다면 에너지를 공해 없이 무한정 얻을 수 있는 장점이 있다. 위성에 장착된 태양전지에서 변환된 에너지는 2.

후속연구

테슬라의 시도는 여러 가지 이유로 실패로 끝났지만 통신과 에너지를 모두 무선으로 전송하려고 하였던 그의 꿈은 이제 서서히 실현의 단계에 다가가고 있다. 기존의 많은 무선에너지, 무선전력전송 기술은 실용화 측면에서 많은 제약이 있었지만 새로이 개발되고 있는 기술은 향후 이러한 문제점들을 극복하고 새로운 무선기술로 발전하리라 기대한다.
다양한 코일 구조에서 실험을 수행하여 기초적인 결과들을 확보한 상태이며, 추후 수신부 코일의 소형화에 중점을 둔 개발계획을 가지고 있다.
만약이러한 전선들이 모두 제거되고 가전기기들이 전선의 길이에 따라 위치가 정해지지 않고 전기에너지가전달되는 영역 내에서 자유롭게 이동하여 사용할 수있다면 일상생활에서 지금까지와는 다른 변화가 있을 것이다. 조금 더 확대하여 사무실에서 나 산업체에서 에너지 전달이 무선으로 이루어질 수 있다면경제적, 산업적 측면에서 새로운 혁명적 변화가 있으리라 예상할 수 있을 것이다.

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