무선충전 기술의 원리와 종류

요즘 "무선 충전기"들이 많이 보이는데
처음 제품을 봤을때는 정말 신기하고 어떻게
충전되는 것인지 상당히 궁금했습니다.

대부분의 제품들이 원거리는 아니고 근거리
즉 금속접점은 가지고 있지 않지만 무선 이라고
말하기 민망할정도의 가까운 거리에 놓아야
작동된다는 걸 고려하면 자기장이 형성되는
반경 안에서 뭔가가 이루어 지는구나 라는
막연한 추측만 했었습니다.

그런데 조금 더 생각해보니 
그러한 형태의 다른 무선 충전제품들이 주변에 또 있더군요.
바로 전동 칫솔이죠. 이 전동칫솔 이 가장 대중화되어 있는 무선 충전제품일것입니다.
(많은 분들이 이미 알고 계셨던 사실이겠지만... 전 얼마전에 전동칫솔이 무선충전이라는걸 알았습니다. ^^)

혹시 전동칫솔의 하단부를 살펴보신적 있나요?
처음에는 제대로 살펴보지도 않고 핸드폰 배터리 충전되듯이
어떤 금속 접촉부분이 있어서 그곳을 통해서 충될것이라고
생각했는데... 막상 살펴보니 금속 접촉 부분이 없더군요.

즉 금속 면끼리 직접 접촉하지 않아도 전동칫솔은 충전이
된다는 것입니다. 

스마트폰의 무선 충전이라는 타이틀을 통해서 신기하게만 생각해왔던 제품이 이미 실생활에서
적용되는곳이 있었다고 생각하니... 하루 10분안쪽으로 무심코 사용하고 던져놓는 전동칫솔이
새롭게 보이더군요.

이 무선 충전의 원리는 "전자기 유도현상" 인데... 발전기의 원리입니다.
전기가 흐르는 도선 주위에는 자기장이 만들어지는데... 이 도선을 코일모양으로 감게 되면 전류가
코일을 따라 둥글게 돌면서 자력이 발생합니다. 이때.. 코일의 중앙에 철심을 넣으면 철심을 이루는
전자들이 코일의 전류영향을 받아 전자들이 일정하게 운동하는 자석의 성질을 띄게는되는 것이 
전자석의 원리인 것은 누구나 다 알고 계실 것입니다.

전동칫솔 아래 부분에  오목한 구멍이 있고, 칫솔을 세워두는 곳에는 구멍에 맞는 작은 기둥이 솟아
있습니다. 칫솔의 구멍 주위와 칫솔 받침의 기둥 안에 각각 코일이 들어 있는데... 코일에 가정용
교류전원을 연결하면 시간에 따라 변하는 자기장이 생기고 전자기유도현상에 의해 칫솔의 코일에
낮은 전압의 교류전기가 발생해 충전되는 원리입니다.

이것은 교통카드에도 사용되고 있는데...
비접촉식 스마트카드라고도 불리는 교통카드는
라디오파 인식(RFID)이라는 기술을 이용합니다.
내장된 반도체 IC칩과 송수신용 안테나를 통해 단말기와 교신하고 정보를 기록한다. 요금을 처리하는 교통카드 단말기에는 교류가 흐르고 있어 계속 변하는 자기장이 발생합니다. 여기에 교통카드를 갖다 대면 교통카드 내부 모서리를 따라 여러 번 감겨 있는 코일에 유도전류가 흐르고 이 전류는 카드 내부를 충전시키고 메모리칩은 이 전기를 이용해 작동하게 됩니다.

위에서 언급한 방식은 무선이라고 하지만... 가까이 붙어야 된다는 전제 조건이 붙는데...
여기에서 한단계 더 발전한 것이 "자기공명형(magnetic resonant) 무선전력전송 시스템 기술" 입니다.

자기공명형(magnetic resonant) 무선전력전송 시스템 기술의 예

이 기술은 송·수신기를 같은 주파수로 공명시킨 상태에서 전력을 전달하는 게 특징입니다.
기존 기술은 송신기가 수신기에 자기장을 유도해 전력을 전달하던 방식으로 수mm이내 근거리에서만 작동한다는 한계가 있었지만,  "자기공명방식"은 자기공명 상태에서는 송신기에서 쏘는
전자기장이 수신기에 보더 효과적으로 전달되기 때문에 수m 떨어진 지점에서도 안정적으로
작동합니다. 그러나 이 기술은 2013년 상용화 된다고 하니... 참고하세요.

참고로 자기공명 그러면 MRI가 생각나실것인데...
대상을 공명시킨다는 점에서 유사하니 참고하시기 바랍니다.
자기 공명 영상 (MRI : Magnetic Resonance Imaging)은
영상 기술중 하나로 핵자기공명 원리를 사용합니다. 자기장을 발생하는 자기공명 촬영 장치에 인체를 넣고 고주파를 발생시키면 신체의 수소 원자핵이 공명하게되는데, 이때 나오는 신호의 차이를 측정하고 컴퓨터를 통해 재구성하여 영상화시키면 우리가 볼 수 있는 자기 공명 영상이 됩니다.