무선 충전; 선 없이 충전하다

무선 충전

무선 전력 전송 기법을 바탕으로 하는 무선 충전은 무선 전화, 전기면도기, 전동 칫솔 등의 기기에서 금속으로 된 접점이나 커넥터를 연결하지 않고 전력으로만 전송하여 충전하는 것을 말합니다. 전자 유도를 이용한 기술로 전자기학의 상호 유도 작용을 기본으로 하며 공진회로의 개념을 탑재하고 있다고 합니다.

 

공진회로

무선 충전이 되는 원리는 여러 가지가 있습니다. 가장 큰 틀의 개념으로는 공진회로 개념입니다. 전기 회로 중 코일과 콘덴서 간의 에너지 이동을 활용한 회로로 전기를 진동시키는 것을 공진회로라고 합니다. 코일과 특정 공진 주파수에서 서로의 전위를 상쇄하고 저항이 0Ω으로 보이며 콘덴서와 코일을 직렬로 접속한 공진 회로를 직렬 공진 회로라고 합니다.

 

또한, 콘덴서와 코일을 병렬로 접속한 공진 회로를 병렬 공진 회로라고 하는데 특정의 공진 주파수에서 서로의 전류를 상쇄하고 외부에서는 저항이 무한대로 보이는 특징을 가지고 있습니다.

 

전자기 유도 방식은 패러데이 법칙을 기반으로 한 방법으로 코일을 많이 감을수록 전기의 발생량이 증가하는 것을 관찰한 후 적용한 방법입니다. 전자기 유도 현상은 자기장에 의해 발생하는데 코일은 코일 자체의 상태를 보존하기 위해 자기장의 방해를 막으려 하는 관성을 가지고 있어 스스로 전류의 흐름을 만듭니다. 충전기에 삽입된 코일에 전류를 흘려주면 자석처럼 극성을 띠게 되며 이 극을 바꾸어 주면서 발생한 자기장의 방해를 막으려 하던 코일이 전류를 만들게 되는 원리입니다.

 

자기장 공진의 원리는 멀리 떨어진 음차가 동일한 공진 주파수에 의해 공명하는 성질을 이용한 것입니다. 코일과 콘덴서로 공진하는 2개의 공진기 사이에서 비 방사형 에너지 전달은 에바 네센트 테일 결합을 하고 공명장의 결합에 의해 비 방사의 전자기적 공명 에너지 터널이 발생합니다. 비 방사의 전자적 공명 에너지 터널을 이용하여 전력을 주고받으면 소 결합 상태여도 고효율로 송전할 수 있어 전자기 유도보다 긴 거리를 전송할 수 있습니다.

 

방사형으로 분류되는 방식으로는 송전에 레이저 광을 이용하는데 수 와트 정도의 마이크로파를 이용하며 자기장 공진보다 멀리 전력을 전송할 수 있는 기술입니다. 방사선 레이저를 제어하기 위해 어레이 안테나가 사용되며 무선 이어폰이나 스마트 워치 등의 기기를 전지 없이도 사용할 수 있도록 활용 예정이지만 인체의 유해성 문제를 피하기 힘들 것으로 예상하지만 유해성 문제만 없다면 인공 심장 박동기 외에 도로 위 전기차 충전 같은 기술 적용을 함으로써 다방면의 이점을 기대해 볼 수 있을 것으로 예상합니다. 

 

아직 무선 충전은 원거리 충전이 불가합니다. 하지만 원거리 충전을 위한 지속적인 연구개발이 진행되고 있으며, 많은 전자 기기들이 무선 충전을 지원하여 편리한 충전을 하고 있습니다.