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초희 호
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포커스 무선충전시스템기술동향 박세환 * 모바일기기의작동에필요한전력및에너지공급을현재는유선이나 2 차전지를충전하여공급하고있다. 근래다종다양한모바일기기의급속한확산으로무선충전및전력전송에대한관심이크게증대하면서관련산업분야에새로운시장을창출하고있다.

1 포커스 무선충전시스템기술동향 박세환 * 모바일기기의작동에필요한전력및에너지공급을현재는유선이나 2 차전지를충전하여공급하고있다. 근래다종다양한모바일기기의급속한확산으로무선충전및전력전송에대한관심이크게증대하면서관련산업분야에새로운시장을창출하고있다. 무선전력전송은 100 여년전미국의니콜라테슬라에의해개념적인원리가개발된이후극히최근에와서유망기술로크게부각되면서거대수요가예상되고있다. 이연구에서는무선충전기술의원리와개발동향, 자기장통신및무선충전기시장에대한전망과아울러무선충전시스템의특허동향에대해살펴보고자한다. 무선충전기술의기반기술인자기장통신융합기술은전산업분야에적용될수있어세계시장선점을위한원천기술개발이시급한상황이다. 목 I. 기술개요 차 I. 기술개요 1. 무선충전기술의원리 II. 무선충전기술시장동향 III. 무선충전시스템특허동향 IV. 맺음말 * 한국과학기술정보연구원 ReSEAT/ 전문연구위원 무선충전방식은자기유도방식과자기공진방식으로나눌수있다. 자기유도방식은이미그기술이성숙단계에이르러다양한분야에응용되고있는상황이며, 자기공진방식은새로운무선충전방식으로기초연구가활발히진행되고있다 [1]. 공진자기유도에의한무선충전방식이개선될경우사용자에게보급될제품의형태는크게두가지이다. 한가지는패드형무선전력전송베이스스테이션과탈부착형충전기기를만들어서사용하는방법이며, 또하나는천장이나가구등에베이스스테이션을내장하는방법이다. 특히후자는가정이나사무환경에서모바일기기의무선충전, 차량에서휴대 1

주간기술동향 2011. 4. 1. 자기장 전력전송 무선통신 충전베이스스테이션 무선자기충전통신융합기술 충전기기 ( 그림 1) 무선자기충전기술의원리 폰 /PDA/ 네비게이션등의무선충전, 지하철같은공공장소에서의무선충전을효과적으로실행할 수있을것으로기대된다. 무선자기충전기술의원리를 ( 그림 1) 에나타낸다. 2. 무선전력전송의역사무선에너지전송은 100 여년전미국의니콜라테슬라에의해이미개념적인원리가개발되었다 [2],[3].

2 주간기술동향 자기장 전력전송 무선통신 충전베이스스테이션 무선자기충전통신융합기술 충전기기 ( 그림 1) 무선자기충전기술의원리 폰 /PDA/ 네비게이션등의무선충전, 지하철같은공공장소에서의무선충전을효과적으로실행할 수있을것으로기대된다. 무선자기충전기술의원리를 ( 그림 1) 에나타낸다. 2. 무선전력전송의역사무선에너지전송은 100 여년전미국의니콜라테슬라에의해이미개념적인원리가개발되었다 [2],[3] 년대초 150kHz 의전자파를이용하여전력전송을시도하였고, 1963 년마이크로파 (300MHz~300GHz) 를이용한무선전력전송에성공하게된다. 이후 1964 년 10 월미국의윌리엄브라운은 2.45GHz 마이크로파를이용하여무연료헬리콥터에무선전력공급에성공하게된다. 이러한연구들은 1979 년미국항공우주국 (NASA) 과에너지부의우주태양광발전소 (Solar Power Satellite) 프로젝트로연결되면서본격적인연구개발에착수하게되었다 [2]. 3. 국내외기술개발동향자기유도방식으로충전거리및충전효율을높이기위한방법으로자기장공진을일으키는무선충전기술에대한연구가진행되고있다. 이는충전베이스스테이션과충전기기간에자기장공진을일으켜충전하는방법으로기존의자기유도방식에비해충전효율이크게향상되는효과를기대할수있다. 현재까지개발된기술은 1m 의거리에서 5W 의전력을 70% 의효율로전송할수있는정도로서아직은모바일기기에적용하기에는어려운상황이다. 충전기크기의콤펙트화와방향성에따라급격히떨어지는충전효율향상에대한연구가절실하다. 아울러좀더많은전력을보다더먼거리까지인체에무해하게전송할수있는것이남은숙제이다. 한국전자통신연구원은 2008 년부터 IT 융합을위한무선전력기술개발에착수하였으며, LS 전선은 2009 년말자기공명무선전력기술사업화계획을밝힌바있다. 특히무선전력전송은거추장스러운전선이필요없다는점에서전자제품업체입장에서는에너지효율화에버금가는 2

경쟁력의핵심포인트로여겨지고있다. 의료분야의경우생체조직에이식된보조기기의전력공급을위한새로운대안이될수도있다. 2009 년 8 월듀라셀은모바일기기를좀더오래, 좀더간편하게충전할수있는솔루션이포함된스마트파워제품을개발하였다.

전자부품연구원은삼성전자 /LG 전자 /LG 텔레콤 / 팬택 /KT/SK 텔레콤 / 인텔 / 퀄컴등과무선충전스페셜인터레스트그룹을형성하고공동연구를통해 2009 년 10 월국내최초로박막 / 소형의무선충전기를이용하여 50cm 떨어진전자기기에 0.6W 의전력을전송하는데성공하였다.

3 경쟁력의핵심포인트로여겨지고있다. 의료분야의경우생체조직에이식된보조기기의전력공급을위한새로운대안이될수도있다 년 8 월듀라셀은모바일기기를좀더오래, 좀더간편하게충전할수있는솔루션이포함된스마트파워제품을개발하였다. 이는 ( 그림 2) 듀라셀의마이그리드기기를패드에올려놓는것만으로도충전이되는이른바 마이그리드 (mygrid) 라는제품이다. 이제품은다수의모바일기기를한꺼번에충전할수있는방식으로어댑터를포함하여 달러에판매하고있다 (( 그림 2) 참조 ). 전자부품연구원은삼성전자 /LG 전자 /LG 텔레콤 / 팬택 /KT/SK 텔레콤 / 인텔 / 퀄컴등과무선충전스페셜인터레스트그룹을형성하고공동연구를통해 2009 년 10 월국내최초로박막 / 소형의무선충전기를이용하여 50cm 떨어진전자기기에 0.6W 의전력을전송하는데성공하였다. 이는공진자기유도기술에기반을두고있으며, 송 / 수신안테나가서로공진을일으키게함으로써에너지손실이거의없는고효율의전력전송을가능하다는평가를받고있다 년 7 월국민대학교연구팀은 USN 응용서비스의신뢰성확보및다양한산업분야적용을위해 원격에너지공급체인기반획득 / 충전기술 이라는연구를진행하고있다. 이는현재개발초기단계이지만, 다양한분야에적용가능성이큰것으로평가되고있어세계주요국가의전략사업으로추진되고있다 (( 그림 3) 참조 ). ( 그림 3) 무선원격전력공급시스템 3

4 주간기술동향 MIT 의앤드리커스박사팀은 2m 떨어진거리에서 60W 전력을최대 40% 까지무선전송하는데성공했다고 2007 년 6 월 사이언스 지는밝힌바있다. 이기술은근접장자기공명현상을이용한것이다. 즉, 구리선을감은코일에전기장을걸면주위에자기장이발생하고, 반대로코일주변에자기장을걸어주면코일에전기가흐르는원리를이용한것이다. Marin Soljacic 의주도로진행되고있는 MIT 의프로젝트를기반으로창업된 WiTricity 는 2008 년 8 월부터 Intel 과공동으로무선전력프로젝트를진행하고있다 [4]-[6]. 이는자기장을통한무선에너지전송기술을이용하여전기자동차에무선으로전력을공급하는것을목표로하고있는것으로보인다. 특히신기술인공명결합 (resonant coupling) 현상을이용하여충전대상물이동일한주파수로공명을일으킬때만서로에너지를교환하게함으로써발생하는자기장이인체에거의무해한것으로알려져업계에주목받고있다. 노트북 / 넷북 / 태블릿 PC/ 휴대폰등에적용가능한제품을 2011 년말에는시장에출시할수있을것으로예상하고있다. II. 무선충전기술시장동향 1. 자기장통신기술시장전망무선충전기술의전방위시장인자기장통신융합시스템 ( 하드웨어 / 소프트웨어 / 서비스 ) 관련국내시장규모는 2007 년 2 조원에서 2016 년에는 32 조원의대규모시장을형성할것으로예상된다. 세계시장은 2007 년 404 억달러에서 2016 년에는 3,288 억달러의대규모시장성장이예상된다 [7](< 표 1> 참조 ). < 표 1> 자기장통신융합기술시장규모 구분 2007 년 2016 년 국내시장규모 ( 천억원 ) 세계시장규모 ( 억달러 ) 404 3,288 < 자료 >: 자기장통신융합기술, 전자부품연구원 재구성 2. 무선충전기시장전망 유선및무접점충전기세계시장규모는 2009 년 35 조원에서 2018 년에는 52 조원의대 규모시장형성이예상된다 [8]. 1) 특히공진자기유도기반의신기술개발로인해생성될총시장 1) Cahners In-Stat 의조사결과, 대상자의 40% 가 50 달러정도의비용이면무선충전기를구입할의사가있다고응답함으로써부품가격인하가대중화의관건이될것으로보인다. 아울러무선충전기는전체적용분야의 80% 가휴대용 IT 기기들이될것이며, 자동차의경우도이기술이적극활용될것으로예상된다. 4

5 규모는 2013 년 20 조원에서 2018 년에는 50 조원에이를것으로전망된다 [7](< 표 2> 참조 ) 아울러전세계무선충전기출하량은 2010 년 360 만대에서연평균 133.4% 의고성장을지속하여 2014 년에는그 65 배인 2 억 3,490 만대에이를것으로예상된다. 2) < 표 2> 무선충전기세계시장규모 유선및무접점충전기시장규모 2009 년 2018 년 ( 천억원 ) 공진자기유도기반신기술시장규모 2013 년 2018 년 ( 천억원 ) < 자료 >: 자기장통신융합기술, 전자부품연구원 재구성 III. 무선충전시스템특허동향 배터리에전력을무선으로공급하는것이주기술인무접점충전기관련국내특허출원은 2002 년까지는 29 건에불과하였으나, 2003~2007 년 11 월사이총 92 건이출원되어지속적인증가추세를보이고있다. 3) 이는정보통신기기산업이발전함에따라생활의편리성을추구하는소비니즈가유선충전기나방수등에영향을받지않는무선충전으로변화하고있기때문인것으로보인다. 기술별로보면전자기유도충전방식을전동칫솔 / 낚시찌 / 전자태그 / 휴대폰 / 조명장치 / 리모콘등의전자기기에적용한출원이가장많았으며, 최근에는마이크로파에전력을실어전자기기를충전하는무선전력전송방식의기술들이출원되고있다. 특허출원인별현황은대기업이전체의 36%, 개인출원이 34%, 중소기업이 28%, 기타출원이 2% 로뒤를잇고있다. 특히개인출원비율이중소기업에비해상대적으로높은것은개인이여가, 레저및생활방수제품에많은관심을갖고있기때문인것으로판단된다. 지금까지의출원은전자기유도를이용한방식이주류를이루고있으나, 최근국내외에서마이크로파를이용하여수십 m 거리에서무선전력전송실험에성공하면서가까운미래에언제어디에서나전선없이모든전자제품에무선으로전력을충전하는세상이열릴수있을것으로기대된다. 따라서무선전력전송및무선충전기술관련특허출원도지속적으로늘어날것으로 2) 2010 년부터무선충전기시장은본격개화하여향후 5 년간스마트폰을중심으로디지털카메라 /PMP/ 모바일 PC 등전방위로확산될것으로예상된다. 그러나무선충전기가본격대중화하기까지는다소시일이걸릴전망이다. 왜냐하면, 제조업체들이무선충전시스템을 PCB 의디자인에적용해야하며, 현재로서는제조원가도높은편이기때문이다. 다만제조업체및단말기종류별로호환되는범용무선충전기가출시된다면시장이크게증대될것으로보인다 ( 무선충전기시장, 2014 년에 2 억 3490 만대 65 배 / 전자신문, ). 3) 미국 / 일본 /EU 등선진국들은무선충전기술의전략적중요성을깨닫고일찍부터특허출원및전략적 R&D 에나서고있으나, 국내기술수준과 R&D 전략은상대적으로뒤처지고있는상황이다. 5

6 주간기술동향 출원건수 개인 34% 기타 2% 대기업 36% ~ 출원연도 중소기업 28% ( 그림 4) 무선충전관련연도별특허출원및출원인비율 전망된다. 무선충전관련연도별특허출원동향을 ( 그림 4) 에나타낸다. IV. 맺음말 2005 년경부터다종다양한모바일기기의급속한확산, 2008 년미국 MIT 의 10 대미래유망신기술선정, 2009 년스마트폰의보급등으로인해무선충전및전력 ( 에너지 ) 전송에대한관심이크게증대하면서새로운시장을창출하고있다. 미국에서는 2010 년 7 월부터무선충전배터리를스마트폰에도입하여운영중이다 [8]. 이는머지않아국내에도상륙할것으로예상되어기반기술개발을서둘러야할시점임을시사하고있다. 미국 / 일본 /EU 등선진국들은무선충전기술을유비쿼터스컴퓨팅을실현하는핵심전략기술로선정하고, 원천기술선점및상용화에적극적으로나서고있어국내에서도산ㆍ학ㆍ연협업및공동연구를통한전략적인기술개발이필요하다. 무선충전및무선전력 ( 에너지 ) 전송기술의기반기술인자기장통신융합기술은모바일기기무선충전및스마트배터리무선충전, Built-in 형가정용및사무용무선충전, 휴대폰 /PDA/ 네비게이션등차량용무선충전, 공공장소옥외형원거리무선충전, 디지털카메라 /MP3 플레이어 / 전자시계등멀티미디어기기의표준무선충전, 의료용임플란트기기무선충전등다양한전산업분야에적용될수있어세계시장선점을위한원천기술개발이시급한상황이다 [9]. < 참고문헌 > [1] MIT Technology Review, Wireless Power,

7 [2] 강승열외, 무선에너지전송기술, 전자통신동향분석제 23 권제 6 호, 한국전자통신연구원, [3] 마가렛체니 ( 이경복옮김 ), 니콜라테슬라 과학문명을 1 백년앞당긴천재과학자, 양문출판사, [4] A.Kurs et al., Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances, Science, Vol.317, [5] W.Stewart, The Power to Set You Free, Science, Vol.317, [6] Intel Developer Forum(IDF) 2008, [7] 원윤재, 자기장통신융합기술, ICT Forum Korea 2010, 전자부품연구원 [8] 무선충전배터리, 이르면 7 월출시스마트폰부터도입될전망, 최신 IT 동향, 정보통신산업진흥원, [9] 김용균, 무선충전기 (Wireless Charger) 기술및시장동향, IT 부품 Monitoring Report 10-16, 정보통신산업진흥원, * 본내용은필자의주관적인의견이며 NIPA 의공식적인입장이아님을밝힙니다. 7

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