무선전력전송

  2012년도 방송과기술 Way to Eng 기고

 

1. 무선전력전송 (Wireless Power Transfer)

 

▶무선전력전송 기술은 전기에너지를 무선전송에 유리한 마이크로파로 변환시켜 에너지를 전달하는 개념의 전력전송 방식입니다.

▶실제로 무선전력전송 기술은 이미 100년 전에 구현되어 실제 제품에 활용되고 있는 기술입니다. 다만, 여러 가지 기술적 한계로 각종 전기전자제품의 전원케이블을 대체할 수 있을 정도로 활발히 이용되지 못하였습니다.

▶최근 기존 무선전력전송 기술의 한계를 극복한 자기 공명 방식(Resonant Magnetic Coupling) 의 등장에 따라 진정한 무선전력전송의 확대가 기대되고 있습니다.

 

2. 무선전력전송 기술 분류

▶기존에 사용되던 무전전력전송 기술에는 자기유도 방식과 전자기파 방식이 있으며 최근(2007년) MIT 연구소에서 소개된 자기공명 방식이 있습니다. 주요 특징은 다음과 같습니다.

 

▶자기유도 방식 (Magnetic Induction)

전력 송신부 코일에서 자기장을 발생시키면, 그

         자기장의 영향으로 수신부 코일에서 전기가

유도되는 전자기 유도원리를 이용한 방식.

1800년대 후반부터 전기 모터나 변압기 등에 이용됨.

 

전력 전송 효율이 90% 이상으로 매우 높으나 수cm 이상 떨어지거나 송신코일과 수신코일의 중심이 정확하게 일치하지 않으면 효율이 급격히 저하되어 유선 전력전송과 차이가 없음.

 

▶전자기파 방식 (Microwave)

송신부에서 전자기파를 발생시키면 수신부에서는 여러 개의 렉테나 (Rectenna)를 이용하여 전자기파를 수신한 후 전력으로 변환하여 사용하는 방식

* Rectenna : 정류기(Rectifier)와 안테나(Antenna)를 조합하여 마이크로파를

 

직접 전력으로 변환하는 소자

1890년 경 니콜라 테슬라에 의해 구현되어

온도, 습도 센서와 같이 낮은 전력을 사용하는 일부

소형 센서에 사용됨

 

전자기파 방식은 수십Km이상 떨어진 곳에 수십KW

이상의 높은 전력을 송신할 수 있으나 전력의 상당

부분이 흩어져버려 전송 효율이 매우 낮으며 인체에

해로울 수 있다는 단점이 있음.

 

 

▶자기공명 방식 (Resonant Magnetic Coupling)

 

여러 개의 다양한 소리굽쇠 중에 하나를 두드리면 동일한 고유진동수를 가지는 소리굽쇠만 진동하는 물리적 현상인 공명을 이용한 기술로, 송신부 코일에서 공진주파수로 진동하는 자기장을 생성하여 동일한 공진 주파수로 설계된 수신부 코일에만 에너지가 집중적으로 전달되도록 하는 방식

 

자기유도 방식과 다르게 송신부와 수신부 사이에 벽과 같은 장애물이 있어도 전송이 가능하여 1m 내외에서는 약 90%의 높은 효율로, 2m에서도 약 40%의 효율로 전력전송이 가능함.

 

또한 전자기파 방식과 달리 인체에 거의 흡수

되지 않는 자기장만을 이용하여 에너지를

전송하기 때문에 인체에 무해함.

 

2012년 말경에는 각종 환경 변화에 관계없이

수십cm 거리에서 80~90% 효율로 일정하게

전력을 전송할 수 있는 수준의 상용 제품이

등장할 것으로 전망됨.

 

 

 

 

참고문헌

 

- 무선전력전송 (LG 경제연구소 김종대 책임)

- 선 없이 전기를 전달한다 (KT 종합기술원)