임춘택 교수 연구팀은 지난해 5월 양쪽에 극을 갖는 다이폴 코일 공진방식(DCRS·Dipole Coil Resonance System)을 개발하고 이를 응용해 기술을 개발했다. 기존의 평행한 일자구조인 송신코일과 수신코일을 십자형으로 배치해 회전자기장을 발생시키면 어떤 방향에서도 전력을 송·수신할 수 있게 되는 원리다. 관련 연구결과는 국제전기전자공학회 전력전자저널(IEEE Trans. on Power Electronics)에 지난 6월 게재됐다.

스마트폰 무선충전기술은 기존에도 개발돼있었지만 송신기에 스마트폰을 고정시켜야만 충전이 가능해 충전 중에는 자유롭게 스마트폰을 사용하는데 한계가 있었다. 때문에 비접촉식 충전 방식에 대한 연구가 이뤄지고 있지만 10㎝ 이상의 거리에서는 충전이 어렵고, 특정 방향 밖에 충전이 안되는 등 어려움이 있었다.

연구팀은 다이폴 코일 공진방식을 이용해 회전자기장을 발생시키는 방식으로 부피를 거의 차지하지 않는 송·수신 코일을 구현했고 일정 공간 안에서 3차원 위치와 3축의 방향에 무관하게 6-자유도(Six degree of freedom)를 갖는 무선충전 기술 개발에 성공했다. 다이폴 코일공진방식은 공진도가 낮아서 다른 주위 방해물질의 영향을 받지 않기 때문에 거리가 떨어진 상태에서도 무선충전이 가능하다.

6-자유도는 모바일 기기를 자유롭게 사용할 수 있는 정도를 나타내는 척도다. 3차원 상의 임의좌표에서 3축 방향으로 회전했을 때 어떤 상태에서든 무선전력을 수신할 수 있으면 6-자유도를 갖는 것으로 볼 수 있다. 예를 들어 무선충전 기술이 적용된 갤럭시 S6의 경우 한 지점에 고정되어야만 무선충전이 가능하기 때문에 1-자유도를 갖는 셈이다.

이번에 개발된 기술은 1 ㎡의 평면형 송신기 위 50㎝ 내 거리에서는 임의로 놓인 30개의 스마트폰에 1 W 씩, 5대의 노트북에 2.4 W 씩 무선으로 전력을 공급할 수 있다. 최대 전력전달 효율은 34%다.

무선충전 기술의 논란거리 중 하나인 자기장의 경우 연구팀이 독자 개발한 자기장 차폐기술을 적용해 자기장 수치를 국제자기장 안전기준 이하까지 낮춰 안전성을 확보했다.

임춘댁 교수는 "기존 무선충전의 고질적 문제였던 충전 거리와 방향 의존성을 상당부분 해결했다"며 "스마트폰이나 노트북을 충전 걱정없이 자유롭게 사용할 수 있게 됐다"고 말했다.

연구팀은 기술을 KAIST 입주기업인 ㈜테슬라스(대표 한승훈)에 이전해 카페와 사무실에 적용 가능한 제품을 개발하고 있다. 오정연 기자

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