[설명환의 IT읽기] 전력의 무선 혁명, '무선충전'

최영무 2017-02-01  
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'토마스 에디슨과 니콜라 테슬라, 노벨 물리학상 공동 수상자 결정'

1915년 11월 6일, 뉴욕타임즈에 실린 기사다.

그러나 두 사람 모두 수상 받지 못했다. 이유는 테슬라가 에디슨과 함께 수상하기를 거부했기 때문이다.

니콜라 테슬라(Nikola Tesla)는 동시대를 함께한 토머스 에디슨으로부터 가장 많은 시기와 질투를 받은 발명가다. 현대 전기 문명의 근간이 되는 교류 발명과 세계 6대 전기 발명품 중 하나인 유도전동기를 비롯해 테슬라 코일, 수력발전 등 인류의 삶을 획기적으로 바꾼 '거의 모든 것'을 발명했다.

테슬라는 19세기 말과 20세기 초 전자기학의 혁명적인 발전을 가능케 한 인물이었지만 유별난 성격과 과학, 기술 발전에 대한 기괴한 주장은 미친 과학자로 간주됐다. 결국 국외로 추방됐고 빈털터리 신세로 뉴욕의 한 호텔에서 86세의 나이로 생을 마쳤다. 지금은 자속밀도를 재는 SI 단위(T・테슬라)만이 그의 이름을 남기고 있다.

(사진설명: 최초의 교류 유도전동기를 개발한 미국의 전기공학자 니콜라 테슬라(Nikola Tesla, 1856~1943). 출처= google.com)

120여 년이 지난 지금, 천재 테슬라의 업적이 주목받고 있다. 1890년 테슬라에 의해 처음 소개된 무선충전기술 때문이다.

무선충전기술(무선 전력 송·수신 기술)은 전기에너지를 선(線) 없이 전달하는 기술로 전기 에너지를 전자기파로 변환해 무선으로 전력을 전달하고 전송된 전기 에너지를 배터리에 저장'하는 기술이다.

이 기술은 일반적으로 자기유도와 자기공명(공진) 방식으로 나뉜다.

자기유도(inductive charging)방식은 전류가 흐르면 자기장이 생기는 원리로 전력 송신부에 달린 1차 코일이 전력 수신부 2차 코일에 전자기 유도를 일으키는 원리다.

스마트폰을 예로 들면 충전패드가 코일에서 자기장을 만들고 자기장이 스마트폰에 내장된 또 다른 코일에서 유도 전류를 만들면 배터리가 충전된다.

(사진설명: 자기유도방식 충전기를 통해 무선 충전 중인 Apple Watch. 출처= apple.com)

충전효율은 90% 이상으로 좋지만 충전패드와 스마트폰의 전송거리가 수㎜ 이내로 짧다. 거리가 떨어지면 충전이 안돼서 `접촉식` 무선충전이라고도 불린다.

충전하려는 대상의 위치가 패드 위로 한정되고 패드 위에서 특정 위치(1차 코일과 2차 코일의 방향)를 벗어나면 발열이 심해지는 단점이 있지만, 현재 가장 많이 활용되고 있다.

자기공명(resonant inductive coupling)방식은 주파수를 이용해 전력을 전달하는 원리다.

충전 패드 송신부가 자기장을 만들면 같은 주파수를 가진 송신부 코일이 전력을 받는다. 무선 주파수를 이용하기 때문에 충전 패드와 스마트폰 사이에 동전 같은 장애물이 있어도 충전이 가능하고 한 번에 여러 대의 충전이 가능하다.

이 방식은 사용하기 편리하지만 충전 효율이 낮고 전송거리 1m에서 충전효율 90%, 2m에서 40%의 충전효율을 보인다. 둘 사이가 약간 떨어져 있어도 충전이 되기 때문에 `비접촉식` 충전이라고도 한다.

(사진설명: 자기공명방식으로 무선 충전중인 전기자동차. 출처= Evatran)

자기공명 방식은 무선주파수를 사용하기 때문에 출력을 높이면 기존 설비의 무선신호와 충돌을 일으킬 수 있는 점과 유해 전자파 논란은 해결해야 할 과제다.

무선충전 시장은 현재 자기유도형 위주로 형성됐지만 충전 수요가 많아지면 자기공명형 기술 채택은 불가피하다. 중국 대표 IT도시인 선전에는 자기공명형 무선충전 생태계가 조성되고 있다.

무선충전기술은 각종 전선으로부터 자유로움을 가져온 혁신적인 기술로 평가 받고 있다.

사물인터넷(IoT)이나 웨어러블 기기와 같은 개인용 기기뿐 아니라 전기자동차, 가전기기, 드론, 의료용 인체삽입 기기, 산업용 로봇 등 다양한 분야에 적용할 수 있어 활용 가능성이 무한하다.
특히, 스마트폰 시장에서 `무선충전`은 뜨거운 관심사다. 스마트폰에서 무선충전은 대세`로 굳어지는 중이다.

애플은 아이폰 출시 10주년을 맞아 내년 공개할 아이폰8에 상당한 거리에서도 충전이 가능한 무선충전 모듈 탑재를 확정한 것으로 알려졌다.

전력을 보내주는 무선충전기 형태는 무한 진화하고 있다. 가장 기본적인 건 패드 형태지만 이 패드가 빌트인(Built-in)형 가정용 및 사무용가구 곳곳에 들어가게 되면서 무선충전 기능 제품들이 속속 등장하고 있다. 이케아, 퍼시스 등이 회의용 탁자, 탁상 스탠드 등에 무선충전기를 내장해 스마트폰을 올려두면 충전되는 가구를 내놓았다.

또, 무선충전을 지원하는 자동차는 경북 구미시와 서울대공원에서 상용서비스를 제공하고 있다.

시장조사기관 IHS에 따르면 무선충전을 지원하는 기기 출하량은 2014년 5,500만대에서 2024년 20억 대로 40배 증가하고, 세계시장 규모는 올해 16억 달러에서 2020년에는 170억 달러까지 성장할 것으로 전망했다.

과거 유선에서 무선통신으로 발전하면서 이동의 자유를 누렸듯이 무선충전기술을 통해 이용자가 더욱 편리한 생활을 누릴 수 있는 세상이 열리고 있다.

니콜라 테슬라는 "내가 노벨 물리학상을 수상한다면 무선으로 에너지를 전송하는 기술을 개발했기 때문일 것이다"라고 말한 바 있다.

무선 전력은 120여년 전, 천재과학자의 예견대로 세상을 바꾸고 있다.

 

* 설명환 칼럼니스트

설명환 칼럼니스트는 반도체, IoT, 플랫폼 등 IT분야에 대한 폭넓은 지식의 IT(정보기술)전문가다. 현재 세계 5위권 메모리카드 전문 제조기업의 커뮤니케이션팀장으로 재직하고 있다. 2010년부터 문화체육관광부 KOREPA 전문위원과 서울특별시교육청 자문위원으로 활동하며 청소년 진로교육에 대한 종합적인 조언과 강의를 해오고 있다. 이메일 pr1st@naver.com

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