전력 송전 시 그리드 와이어의 저항으로 인해 약 24%(세계자원연구소 기준)의 전력 손실이 발생합니다. 니콜라 테슬라가 제안한 무선 전력 전송(WPT, Wireless Power Transfer) 시스템은 전자기 유도 방식을 이용해 전기를 전송함으로써 에너지 손실을 줄이고 효율적인 에너지 전송을 실현하고자 합니다.
WPT 기술은 공진(resonance), 태양전지(solar cells), 마이크로파 전력 전송(microwave power transmission)의 세 가지 시스템을 사용합니다.
무선 전력 전송/무선 에너지 전송은 연결선이나 물리적 링크 없이 전원에서 전기 부하 또는 수신 장치로 전기 에너지를 전송하는 기술입니다. 빠르고 신뢰성이 높으며, 단거리 및 장거리 전송 모두 가능합니다.
갈바닉 절연(galvanic isolation) 특성으로 감전 위험이 낮아 노트북 등 무선 기기 충전에 권장됩니다.
WPT 시스템은 송신기(transmitter), 매질(medium), 수신기(receiver)로 구성되며 유도 결합(inductive coupling) 전력 전송 원리로 동작합니다.
단순 회로는 수신부와 송신부 두 부분으로 구성됩니다.
AC 전원이 송신 코일을 구동해 주변에 전자기장 생성. 구리 코일 센터 탭 시 양쪽에 전하 발생. 회로도에서 코일 한 쪽은 NPN 트랜지스터 컬렉터에, 다른 쪽은 저항에 연결.
충전 시 베이스 저항이 도통해 트랜지스터 턴온. 이후 이미터가 접지 연결되며 인덕터 방전. 동시 충방전으로 고주파 AC/발진 신호 생성 → 자기장 전송.
수신 코일이 송신기의 고주파 자기장 감지 → 기전력(EMF) 전압 생성 → LED 점등. 수신 코일 동작은 패러데이 유도 법칙 지배.
WPT 효율은 약 10% 이하로 추정됩니다.
공식: 효율 = (출력 전력 / 입력 전력) × 100%, 전력 = 전압 × 전류
큰 효율 손실로 인해 고전력 기계(전기차 등)가 아닌 저전력 애플리케이션(전동 칫솔 등)에 적용하기 쉽습니다. 또한 대규모 사용 시 친환경적이지 않습니다. 기기 시동에 최대 10배 전력 필요 → 전력 생산 증가 → 지구와 인체에 유해.
다행히 모든 무선 전력 전송 유형은 인체 사용에 유리한 규제를 따릅니다.
오늘은 무선 전력 전송의 기초와 과제, 응용, 이점을 다뤘습니다. WPT는 전기차, 휴대용 기기, 휴대폰 등 다양한 기술 시스템 충전에 활용 가능합니다.
전류 감지 피드백을 가진 파워 효율적 스위치 모드 앰프의 패리티-타임 대칭성 덕분에 강력하고 효율적인 무선 전력 전송 달성이 가능해졌습니다. 이는 비방향성 문제 해결에 도움이 됩니다.
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산업기술
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