자기 공진 방식 무선 충전, 곧 상용화 될 미래의 충전 기술! (당신만 모름!)

이젠 전자기기 충전을 하지 않아도 될 것이다.

무선 전자기기가 무한대로 늘어나고 있다. 그 기기에는 배터리를 사용하여 휴대성을 올린 것이다. 배터리 성능도 좋아지고 있고, 가벼워 지고 있다.

 

그런데 이것의 단점이 있다. 바로 충전하기 귀찮아지기 시작한 것이다. 필자는 굳이 유선으로 연결해서 충전을 하지 않아도 되었으면 했다. 지금 무선 충전기도 있디만 이건 말만 무선이지 패드에 가져다 놓아야 한다.

 

이런 기술이 개발 중이라고 한다. 진화된 동물인 인간은 참으로 대단하다. 벌써 개발하고 있으니 말이다. 

다가오는 미래에는 어떤 미친 기술을 볼 수 있을까? 무척 궁금하다.

 

 

떨어져 있어도 충전이 가능한 자기 공진 방식 부선 충전에 대해 알아보자!

 

 

자기 공진 결합 방식이란?

자기 공진 결합 방식은 두 개의 코일이 동일한 공진 주파수로 조율되어 있을 때, 자기장을 통해 에너지를 효율적으로 전달하는 기술입니다. 이는 2007년 MIT의 마린 솔야칙(Marin Soljačić) 교수 연구팀이 제안한 개념으로, 기존의 유도 방식보다 더 먼 거리에서 에너지 전송이 가능하다는 점에서 큰 주목을 받았습니다1.

 

어떻게 작동할까?

1. 송신 코일(1차 코일): 전원에서 공급된 교류 전류가 흐르면 특정 주파수로 진동하는 자기장이 생성됩니다. 이 자기장은 공간에 퍼져나가며 에너지 전달의 매개체가 됩니다.
2. 수신 코일(2차 코일): 이 코일은 송신 코일과 동일한 공진 주파수로 설계되어 있으며, 송신 코일의 자기장 범위 내에 들어오면 강한 공진 현상이 발생합니다. 이를 통해 에너지를 효율적으로 수신합니다.
3. 에너지 전송: 공진 상태에서는 에너지 전송 효율이 크게 증가하여, 직접적인 전기적 연결 없이도 수 미터 거리에서 에너지를 전달할 수 있습니다.

 

웹 3.0(web 3.0), 웹 2.0, 웹 1.0의 차이점과 특징

 

 

자기 공진 결합 방식의 특징

 

장점

• 중거리 전송 가능: 일반적인 유도 방식은 몇 센티미터 이내의 거리에서만 효율적이지만, 자기 공진 결합 방식은 최대 몇 미터 거리에서도 에너지 전송이 가능합니다. 이는 실내 공간에서 무선 충전을 구현하는 데 큰 이점이 됩니다2.

• 높은 효율성: 공진 현상을 활용하여 에너지 손실을 최소화합니다. 실험 결과에 따르면, 2미터 거리에서도 40% 이상의 효율을 달성한 사례가 있습니다1.
• 유연한 배치: 수신 기기의 위치나 방향에 크게 제약받지 않아 사용자 편의성이 높습니다.

 

단점

• 거리 제한: 거리가 멀어질수록 효율이 급격히 감소합니다. 따라서 실용적인 에너지 전송을 위해서는 일정 거리 이내에서 사용해야 합니다.
• 환경 영향: 주변의 금속 물체나 다른 전자기 신호에 의해 간섭을 받을 수 있습니다. 이는 전송 효율 저하나 시스템 불안정성을 초래할 수 있습니다3.

• 비용 문제: 고품질의 코일과 정밀한 주파수 조절 장치가 필요하여 초기 비용이 높을 수 있습니다.

 

아인슈타인의 세상을 바꾼 명언은 무엇이 있을까?

 

 

응용 분야

• 전기 자동차 무선 충전: 주차장이나 도로에 충전 패드를 설치하여 차량을 무선으로 충전할 수 있습니다. 이는 충전의 편의성을 높이고, 전기 자동차 보급에 기여할 수 있습니다4.

• 가전 제품: 텔레비전, 조명, 스피커 등 가정용 기기에 무선으로 전원을 공급하여 깔끔한 실내 환경을 조성할 수 있습니다.
• 의료 기기: 심박 조율기나 인슐린 펌프와 같은 체내 이식형 기기를 외부에서 무선으로 충전함으로써, 배터리 교체를 위한 수술을 줄일 수 있습니다5.

 

기술적 고려 사항

• 공진 주파수의 정밀성: 송신 코일과 수신 코일이 정확히 동일한 주파수로 공진해야 합니다. 주파수 오차가 발생하면 효율이 급격히 떨어지므로, 정밀한 주파수 제어 기술이 필요합니다.
• Q-팩터(Quality Factor): 코일의 Q-팩터는 에너지 저장 능력을 나타내며, 높을수록 에너지 전송 효율이 향상됩니다. 그러나 Q-팩터가 높으면 시스템이 주파수 변화에 민감해져 안정성이 떨어질 수 있습니다6.

• 코일 설계: 코일의 크기, 형태, 재질 등이 전송 효율과 범위에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 큰 코일은 더 먼 거리에서 전송이 가능하지만, 공간적 제약이 있을 수 있습니다.

 

 

안전성과 규제

• 인체 영향: 강한 자기장이 인체에 미치는 영향에 대한 연구가 진행되고 있습니다. 현재까지는 국제 비전리 방사선 보호위원회(ICNIRP)의 가이드라인을 준수하면 안전하다고 알려져 있습니다7.

• 전자기 간섭(EMI): 다른 전자 기기에 간섭을 줄 수 있으므로, 이를 방지하기 위한 차폐 및 필터링 기술이 필요합니다.
• 규제 준수: 각 국가의 전자파 방출 규제를 준수해야 하며, 인증 절차를 거쳐야 합니다.

 

최근 연구 동향

• 동적 무선 충전: 차량이 주행 중에도 충전할 수 있는 기술이 개발되고 있습니다. 이는 전기 자동차의 주행 거리를 획기적으로 늘릴 수 있는 방법으로 기대됩니다8.

• 다중 기기 충전: 하나의 송신 코일로 여러 기기를 동시에 충전하는 멀티 코일 시스템이 연구되고 있습니다. 이는 가정이나 사무실에서 다양한 기기를 편리하게 충전할 수 있게 해줍니다9.

• 효율 향상 기술: 메타물질이나 초전도체를 활용하여 에너지 전송 효율을 높이는 연구가 진행 중입니다. 이러한 기술은 전송 손실을 줄이고 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있습니다10

 

반응형

 

 

[참고 문헌]

 

• Kurs, A., Karalis, A., Moffatt, R., Joannopoulos, J. D., Fisher, P., & Soljačić, M. (2007). Wireless power transfer via strongly coupled magnetic resonances. Science, 317(5834), 83-86. ↩ ↩2
• Zhang, W., & Mi, C. C. (2016). Compensation topologies of high-power wireless power transfer systems. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 65(6), 4768-4778. ↩
• Sample, A. P., Meyer, D. A., & Smith, J. R. (2011). Analysis, experimental results, and range adaptation of magnetically coupled resonators for wireless power transfer. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 58(2), 544-554. ↩
• Bi, Z., Kan, T., Mi, C. C., Zhang, Y., Zhao, Z., & Keoleian, G. A. (2016). A review of wireless power transfer for electric vehicles: Prospects to enhance sustainable mobility. Applied Energy, 179, 413-425. ↩
• Jow, U. M., & Ghovanloo, M. (2007). Design and optimization of printed spiral coils for efficient transcutaneous inductive power transmission. IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems, 1(3), 193-202. ↩
• RamRakhyani, A. K., Mirabbasi, S., & Chiao, M. (2011). Design and optimization of resonance-based efficient wireless power delivery systems for biomedical implants. IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems, 5(1), 48-63. ↩
• International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection. (2010). Guidelines for limiting exposure to time-varying electric and magnetic fields (1 Hz to 100 kHz). Health Physics, 99(6), 818-836. ↩
• Shinohara, N. (2014). Wireless power transfer via microwave technology. Springer. ↩
• Kurs, A., & Soljačić, M. (2010). Wireless power transfer via strongly coupled magnetic resonances. Annals of Physics, 323(1), 34-48. ↩
• Urzhumov, Y., & Smith, D. R. (2011). Metamaterial-enhanced coupling between magnetic dipoles for efficient wireless power transfer. Physical Review B, 83(20), 205114. ↩

 

지잡대 흙수저의 인생을 연봉 9억으로 바꿔 줄 책 3권