무선 전력 전송의 효율을 향상시키는 방법

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무선으로 전기 에너지를 전달하는 방식은 자기 유도 방식과 자기 공진 방식 및 전자기파 방식으로 구분할 수 있습니다. 자기 유도 방식은 송신부 코일과 수신부 코일 사이에서 전기가 유도되는 현상을 이용하여 전기 에너지를 전달합니다.

자기 공진 방식은 송신부 코일에서 공진 주파수로 진동하는 자기장을 생성하여 설계된 수신부 코일에 에너지를 전달합니다. 전자기파 방식은 송신부에서 발생한 전자기파를 수신부에서 안테나를 이용해 전자기파를 수신하여 전기 에너지로 변환하는 방식입니다.

최근에는 원거리 무선 충전을 위하여 비콘 측위기술 등을 바탕으로 배열 안테나의 3차원 빔패턴을 합성해 기기를 충전하는 방식이 제안되고 있습니다. 그러나 GPS나 비콘 신호 등을 이용한 3차원 위치 추정 기술은 아직 그 정확도가 낮기 때문에 수신전력이나 전송효율이 낮다는 문제점이 있습니다.

경희대학교 홍인기 교수 연구팀은 수신기의 위치를 정확하게 확인하고 해당 위치로 빔을 형성하여 무선 전력 전송 효율을 높일 수 있는 무선 전력 전송 장치를 발명했습니다.

무선 충전 패드에 기기를 충전합니다. 무선 충전 패드는 무선 전력 전송 장치와 연결되어 빔을 형성합니다. 이후 빔들에 대응하는 수신 전력을 산출합니다. 산출된 수신 전력에 기초하여 수신기의 위치를 추정합니다. 그리고 빔 폭을 조절하여 수신기의 위상을 정확하게 산출합니다. 이를 통해 주변 기기들에 대한 간섭을 줄일 수 있습니다. 연구팀은 무선전력 송신 및 수신기에 대한 시제품을 제작하고, 무선 전력 송수신 구현이 가능한 알고리즘까지 구축하여 성능 검증을 마무리 하는 등 시스템을 구축하고 고도화 하였습니다.

본 장치는 3차원 공간에서 수신기의 위치를 정확히 추정할 수 있어 가정, 사무실, 공항, 열차 등 복잡한 무선 채널 환경에서 유용하게 활용될 수 있습니다.

특히 국내외 5G 이동통신 시장 및 IoT 시장의 성장세와 맞물려 마이크로파 무선 전력 전송의 전력 전송 효율 개선을 통한 다중 장비의 동시 충전 및 회피 기술의 발전에 기여할 것으로 기대됩니다.

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