웨어러블 시대, 자유로운 무선충전 가능해질까

[이데일리 이승현 기자] 글로벌 커피 체인점 스타벅스는 지난해 미국 샌프란시스코와 보스턴을 시작으로 올 들어 미국의 모든 매장들에 무선충전 시스템을 설치하고 있다. 스타벅스는 유럽과 아시아 매장에도 무선충전 서비스를 시범 도입할 계획이다. 무선 충전기를 설치한 테이블에 스마트폰이나 휴대용 배터리 충전기 등을 놔두면 저절로 충전이 된다.

스페인 바르셀로나에서 열린 ‘모바일 월드 콩그레스(MWC2015)’의 개막 전날인 지난 1일(현지시각) 삼성전자(005930)는 무선충전 기술이 내장된 신제품 스마트폰 ‘갤럭시S6’를 선보였다. 이 스마트폰은 무선충전 패드 위에 올려놓기만 하면 말 그대로 선 없이 충전된다.

그동안 무선충전 기술은 전동칫솔과 전기면도기 등 일부 제품에만 사용되는 정도였다. 세계적 히트상품인 삼성전자의 갤럭시 스마트폰이 이 기술을 채택하면서 앞으로 전기 콘센트와 여분의 배터리가 필요없는 무선충전 시대가 본격적으로 열릴 지 관심이 집중된다.

웨어러블(착용형) 시대와 사물인터넷(IoT) 시대의 대중화를 앞두고 충전문제는 반드시 해결해야 하는 과제이다. 유선충전과 전지(배터리)만으론 한계에 직면한 충전 문제에 무선충전이 새로운 대안이 될 지 기대감이 크다.

삼성전자의 신형 스마트폰 ‘갤럭시 S6’가 지난 1일 스페인 바르셀로나 컨벤션센터에서 열린 언팩 행사장에서 무선충전 패드 위에 놓인 채 선보이고 있다. 삼성전자는 갤럭시 S6에 무선충전 기능을 탑재했다. (삼성전자 제공)

자기장으로 전력생산해 선없이 충전

갤럭시 S6 등 현재 상용화된 무선충전 기술은 대부분 ‘자기유도방식’이다. 이 기술은 전력의 송신부 코일에서 자기장을 발생시키면 그 영향으로 수신부 코일에서 전류가 유도되는 고전 물리학 원리인 ‘전자기유도법칙’을 이용해 충전하는 것이다.

이 기술의 장점은 전력전송 효율이 유선충전에 비해 70~90%으로 매우 높다는 것. 반면 제품이 충전 패드에서 불과 수 mm의 거리에 있어야 충전이 가능하다. 단말과 충전기기가 항상 붙어있어야 한다.

현재 개발 중인 ‘자기공진방식’은 거리에서 상대적으로 자유롭다. 이 기술은 송신부 코일에서 공진주파수로 진동하는 자기장을 생성, 동일한 공진주파수로 설계된 수신부 코일에만 전력을 전달시켜 유효충전거리를 수 m급으로 늘렸다.

자기공진방식의 경우 상대적으로 자유롭게 무선충전이 가능하다. 다만 전송효율은 자기유도방식에 비해 많이 떨어진다.

임승옥 전자부품연구원 통신네트워크연구센터장은 “기술적으로 자기유도방식은 급속충전이나 고출력 충전용으로 쓰이고 자기공진방식은 자유로운 이동성이 중요한 웨어러블 기기 등에 쓰일 것이다”고 말했다.

자기장 안전성·충전효율 향상 등 과제 선결되야

무선충전은 앞으로 유효충전거리를 늘리는 방식으로 진화할 것이란 전망이 지배적이다. 이 경우 외부로 방출되는 전자기파의 인체영향을 무해한 수준으로 낮추는 게 관건이다.

임춘택 한국과학기술원(KAIST) 원자력및양자공학과 교수팀은 유효충전 거리를 1m로 확장한 기술을 개발, 스마트폰 등 적용을 위해 국내외 업체들과 논의하고 있다. 연구팀은 특히 이 기술이 3Khz~10Khz의 주파수 대에서 27μT(마이크로테슬라)의 자기장을 방출한다고 밝혔다. 지구 자기장(50μT)의 절반수준인 만큼 안전하다는 것.

무선충전의 폭넓은 상용화를 위해선 전자기파에 대한 기술적·제도적 차원의 안전성 확보방안이 필수적이라는 지적이 나온다. 임승옥 센터장은 “(무선충전 기기는) 전자파 인체흡수율(SAR) 기준을 충족해야 한다”며 “국제규정을 기준으로 시물레이션을 하면 100W 송신까지는 인체 유해성이 없는 것으로 나온다”고 말했다.

아울러 현재로선 유선충전보다 크게 떨어지는 충전효율을 향상시키고 송신부와 수신부 코일 등 무선충전기 소형화가 이뤄져야 상용화 시점이 빨라진다고 전문가들은 지적한다. 특허청 관계자는 “이들 기술이 연구개발될 수 있도록 강한 특허창출을 위한 특허확보전략 계획과 실행이 중요하다”고 말했다.

자료 : 특허청

일정공간서 완전한 무선충전.. IoT로 확산 전망

무선충전 기술은 궁극적으론 와이파이(Wi-Fi)처럼 일정한 공간 내에선 자유롭게 선없이 충전되는 ‘와이파워’(Wi-Power) 구축이 목표이다. 일반 사무실이나 카페, 상점, 전시장 등 특정 공간에만 있어도 저절로 충전되는 시대를 맞는 것이다.

전문가들은 무선충전이 스마트폰을 시작으로 웨어러블 기기와 IoT, 더 나아가 전기자동차 등으로 확산될 것으로 보고 있다. 시장조사회사인 마켓앤마켓에 따르면, 글로벌 무선충전 시장은 2020년까지 137억8000만달러(약 15조원) 규모로 성장할 전망이다.

임춘택 교수는 “IoT는 좋은 센서와 통신, 전력이 있으면 되는데, 에너지(전력) 공급이 문제이다”며 “이 문제를 무선충전으로 해결하고자 한다”고 말했다.

전자업계에 따르면 국내에서는 현재 100여개의 중소중견 기업들이 무선충전 기술을 개발하고 있다. 주로 스마트폰의 공급체인에서 소재와 부품, 안테나 모듈 분야를 맡는 것으로 알려졌다.

미국 캘리포니아주 샌프란시스코의 한 스타벅스 매장에 설치된 무선충전기들에 스마트폰들이 놓여 충전되고 있다. 스타벅스는 미국 전역은 물론 유럽과 아시아의 매장들에도 무선충전기를 들이겠다고 밝혔다.

<용어설명>

* 전자기유도법칙 - 자기장이 변화하면 그 영역 내의 도체에 전위차(전압)가 발생해 전기가 생겨나는 현상을 말한다. 영국의 물리학자 마이클 패러데이(1791-1867)가 발견한 법칙으로 발전기와 전동 모터, 변압기 등을 만드는 근본 원리를 제공했다.



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