1. 수행배경

• IT 기술의 발전에 따라 스마트폰과 태블릿 PC 등과 같은 휴대용 전자기기의 사용이 급격하게 늘었다. 사용자의 개인 성향 및 사용 용도에 따라 1인 사용자가 다수의 전자기기를 보유하는 경우도 적지 않다. 소비자의 욕구를 충족시키기 위한 기업의 노력이 더해져 제품 성능 향상 속도도 빠르다. 대표적인 예인 스마트폰은 2010년대에 처음 대중에게 선보인 이후 사용자의 기하급수적 증가, 생활 밀착형 콘텐츠 개발 및 보급을 통해 현대인들의 생활에 아주 깊숙이 자리잡게 되었고, 스마트폰은 단순 통신기기를 뛰어넘어 의식주와 같은 생활에 필수적인 휴대용 전자기기로 자리 잡았다. 그러나 이러한 휴대 기기들의 발전 및 보급률이 증가하는데 반해 작고 얇아지는 기기의 특성상 삽입되는 배터리의 크기 및 용량은 제한되어 사용 시간이 단축 될 수 밖에 없었다. 이를 극복하기 위한 소모전력을 최소화 하는 기술, 태양전지를 이용한 충전 등이 개발되었지만, 휴대용 전자기기의 사용 시간 연장을 위한 근본적인 해결책이 되지 못하였다. 이러한 문제는 앞으로 개발 될 기기들이 사용자와의 생활 밀착도가 높아지고, 다양한 기능 추가에 따른 사용 시간 및 전력소모 증가 할수록 심화 될 것이다. 이러한 문제의 해결책 중 하나가 무선전력전송 기술이다. 무선전력전송 기술은 1900년대 니콜라 테슬라(N. Tesla)에 의해 기초 이론이 정립되고 이후 전기 및 전자 관련 학계에서 많은 연구가 활발하게 진행 중이다. 또한 이를 응용한 산업 분야에서도 앞 다투어 무선전력전송 기술이 적용된 제품을 시장에 내놓고 있다.

•  본 과제에서는 무선전력 전송을 적용시켜 수업용도로 주로 사용되는 주로 사용되는 레이저 포인터용 무선전력전송 시스템을 제작하고자 한다. 레이저 포인터들은 건전지로 구동되는데 레이저포인터는 전력의 소모가 많기 때문에 건전지를 자주 바꿔 주어야하는 문제점이 있다. 하지만 제작하려는 무선전력수신용 레이저 포인터는 무선전력전송용으로 제작된 테이블위에 레이저포인터를 올리면 자동으로 충전되는 형태로 배터리를 매번 바꿔 주어야하는 번거로움을 해소할 수 있으며, 사용하지 않을 때 계속적인 충전을 함으로 사용 중 배터리 방전으로 인한 문제점을 해결할 수 있다.        

2. 수행기간

• 추진일정표	일련번호	주요내용	추진일정	기간 (주)
  	1	레이저 포인터용 안테나 시뮬레이션(HFSS)	6 월	2(주)
  	2	무선전력전송 시스템 제작 및 측정(네트웍분석기)	6 월	2(주)

• 현재 주로 사용되는 레이저포인터들은 건전지로 구동되는데 레이저포인터는 전력의 소모가 많기 때문에 건전지를 자주 바꿔 주어야하는 문제점이 있다. 하지만 제작하려는 무선전력수신용 레이저 포인터는 무선전력전송용으로 제작된 테이블위에 레이저포인터를 올리면 자동으로 충전되는 형태로 배터리를 매번 바꿔 주어야하는 번거로움을 해소할 수 있으며, 사용하지 않을 때 계속적인 충전을 함으로 사용 중 배터리 방전으로 인한 문제 점을 해결할 수 있다.

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• <개발 시스템 구성도>

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• 그림은 와이파이 존과 같이 자유롭게 어느 일정 공간에 놓여 진 모바일기기가 감추어져 있는 송신기 및 중계장치의 도움을 받아 자동으로 충전되는 상황 및 공간을 연출하는 것이다. 이때 통신을 통해 레이저 포인트가 없을 경우나 충전이 완료되었을 때는 전력전송을 멈출 수 있는 장치가 필요하며, 충전 시 방사되는 전력으로 인한 인체에 미치는 전자기파의 영향이 최소화 되어야 한다.

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[그림. 최종 시현]

두 번째 사진은 2개의 레이저용 포인터용 배터리, LED 2개 공진을 이용하여 4개의 모듈은 무선전력전송을 통해 구동하고 있는 사진이며, 테이블 안쪽뿐만 아니라 테이블 외각 10cm 정도 벗어나도 충전모듈 및 충전 안테나를 위로 들어도 충전이 되는 것을 확인 할 수 있었다. 제작 형태는 공진 안테나를 눈에 보일 수 있도록 투명아크릴로 제작하였으나, 실제 테이블에 다음과 같은 형태의 안테나를 내장하면, 무선충전 존 테이블로 이용할 수 있다.

4. 활용방안

• Wi-fi zone과 유사한 무선전력전송 zone을 형성하여 일정 zone에 접근한 모바일기기는 언제나 전력을 전달받아 사용하며 충전이 가능하게 되다. 이는 ‘케이블 프리’의 개념을 활용하여 진정한 무선 시스템을 활용하게 되며, 물리적으로 차단되어 있는 공간에서의 전력전달이 가능하여 신체내부, 진공상태, 수중상태 등의 새로운 분야에서 활용이 가능하다. 또한 기술의 지속적인 발전으로 전자기파(Microwave)를 이용한 대용량 원거리 전력전송의 꿈을 실현하는데 토대가 된다.

    

• 사용자의 인지와 상관없이 자동으로 배터리 충전을 가능하게 하며, 향후 배터리의 크기를 줄이고, 배터리 수명을 늘리는 중요한 역할을 한다. 전원공급을 위한 젠더가 없어지고 배터리의 크기를 줄일 수 있어 모바일기기의 소형화, 단순화, 표준화에 기여하게 되고 다양한 방면에서 기술의 활용이 가능하다.