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탁자 위에 자석 깔아 대면적 무선충전기로
UNIST,‘대면적 자율배치 무선충전 기술’ 개발
2019년 10월 21일 오후 12:00
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[아이뉴스24 최상국 기자] 책상이나 바닥 등 널찍한 평면에 자성물질을 깔아 여러 대의 전자기기를 동시에 충전할 수 있는 무선충전 기술이 선보였다.

UNIST 전기전자컴퓨터공학부 변영재 교수팀은 무선충전시 여러개의 전자기기를 자유롭게 배치할 수 있고, 충전 면적도 넓힌 ‘대면적 자율배치 무선충전 기술’을 개발했다고 발표했다.

자율 배치 무선 충전 기술은 평면구조에 적용가능하기 때문에 책상, 벽면, 바닥면 등에 적용되어 여러 개의 전자기기를 동시에 자유롭게 충전시킬 수 있다. [UNIST]


이 기술은 산화철계 자성재료인 페라이트를 자기장을 전달하는 매체로 활용한 것이 핵심이다. 연구팀은 "전력을 주고받는 자기장 신호를 ‘공기’ 대신 ‘페라이트’를 통해서 전달한 것"이라고 설명했다. 쉽게 말해 탁자 위에 자석을 깔고 여기에 자기장을 전달한 것이다.

무선충전은 전류가 자기장을 일으키고, 거꾸로 자기장도 전류를 발생시키는 원리를 이용한다. 충전장치의 전류에서 발생된 자기장을 전자기기가 받아 다시 전류로 바꾸는 것이다. 자기장 크기가 클수록 전류량도 커진다.

기존 무선충전 기술은 충전용 전선이 사라졌다는 점에서는 편리해진 면이 있지만 전자기기와 무선충전기의 배치가 고정된다는 제약이 있다. 둘의 배치가 조금이라도 빗겨나가거나 멀어지면, 충전효율이 급격히 떨어지거나 충전이 중단된다.

왼쪽에 감겨 있는 송신 코일(Tx coil)에서 자기장이 발생하며, 이 자기장이 판 모양의 페라이트를 통해 전달된다. 송신 코일의 감는 방법을 조정(skew)해(코일을 비스듬히 감음) 자기장 상쇄를 줄이고, 길어지는 코일에서 오는 발열을 고려해 코일 모양을 최적화했다 [UNIST]


변영재 교수팀이 개발한 기술은 페라이트 판에 자기장을 전달해 충전기기에 전달되는 자기장 세기를 극대화한 것이다. 페라이트는 희토류 자석이 등장하기 전까지 가장 흔히 사용되던 영구자석 재료이다. 자기저항이 낮아 전력손실이 거의 없이 자기장을 전달할 수 있다.

연구팀은 전력전송 효율을 높이기 위해 자기장을 발생시키는 코일을 비스듬히 감는 방식으로 최적화했다. 인체에 유해할 수 있는 전자파 노출도 국제기준에 만족했다.

다만 무겁고 비싼 페라이트를 사용한다는 점에서 상용화를 기대하기는 힘들 것으로 보인다.

연구팀은 "충전 범위가 크게 넓어지는 데다, 충전하고자 하는 휴대기기를 자유롭게 배치할 수 있게 하는 무선충전 원천기술을 확보한 것”에 의미를 부여하면서 "페라이트를 대체할 물질을 찾고, 시스템을 최적화하는 연구를 추가로 진행할 것”이라고 밝혔다.

대 면적(30×130㎠) 페라이트 판을 이용한 자율 배치 무선 전력 전송 기술 실험 사진 [UNIST]


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

◇논문명: Free Arrangement Wireless Power Transfer System with a Ferrite Transmission Medium and Geometry-Based Performance Improvement

/최상국 기자 skchoi@inews24.com

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