무선충전 원리

무선충전 원리

 

1831년 영국의 물리학자 마이클 페러데이(Michael Faraday, 1791~1867)에 의해서 발표된 전자기 유도 현상은 전류가 흐를수 있는 폐회로으 내부를 통과하는 가지 선속량의 변화가 생기면 그에 따라 폐회로에 기전력이 유도된다는 법칙이다.

 

쉽게 말해 이 법칙은 우리의 삶에 중추적인 역할을 하고 있는 발전기의 작동 원리인데 자석의 주변 공간에 철못 등이 근처에 있으면 자기력의 영향력을 받아 자석에 끌려가게 된다. 이렇게 자석이 그 공간에 얼마만크의 영향(자기력)을 미칠 수 있는가를 나타내는 물리량을 바로 자기장이라고 한다. 이렇게 자기장이 형성되어 있는 공간 내부에 전기가 흐를 수 있는 회로를 위치시키고, 회로 가운데 부분을 통과하는 자기장의 세기를 변화시키거나, 자기장이 뚫고 지나가는 공가느이 크기를 변화시키면 그 회로에 전기가 흐르게 된다는 것이 전자기 유도 현상이다.

 

발전기는 커다란 자석과 그 안쪽에 전기가 흐를수 있는 코일이 있고 그 코일의 중심축은 회전할 수 있는 터빈에 연결되어 있는데, 이 터빈을 어떤 동력에 의해서 회전시키느냐에 따라 발전기의 종류가 정해진다.

 

 

물의 낙차를 이용하여 그 터빈을 돌리게 되면 수력발전이고, 석탄이나 석유를 태워 만들어지는 증기를 이용해 터빈을 돌리면 화력발전이 되는 것이다. 이 뿐만 아니라 아이들 장난감 손전등이나 자전거 바퀴에 연결되어 계속 불이 들어오게 하는 장치들도 크기가 작을 뿐 같은 원리에 의해 작동이 되는 것들이다.

이렇듯 우리들의 삶 속에 깊숙히 들어와 있는 페러데이의 전자기 유도 법칙이 새로운 기술에 응용되면서 주목받고 있는데 그것이 바로 무선 충전의 원리이다.

 

최근에 나오는 핸드폰들은 충전기를 꽂을 필요 없이 패드 위에 접촉만 시키면 충전이 되는 무선충전 원리를 적용하면서 점점 대중화 되고 있다. 하지만, 전자기 유도 현상을 이용하여 무선충전을 하는 것은 사실 아주 오래 전부터 우리의 생활에서 사용이 되고 있었는데 바로 무선 전동 칫솔이다.

 

 

전동칫솔을 이용하는 사람들은 유심히 전동칫솔을 살펴보면 칫솔과 거치대의 연결부분에 플러그에 해당하는 전극이 전혀 없음을 알 수 있다. 이는 물에 노출되기 쉬워 감전의 위험을 가지고 있던 전동칫솔의 문제점을 전극을 제거하고 무선충전 방식을 사용함으로써 해결한 것인데, 거치대에 위치한 전자석의 자기장이 변화를 일으키면 칫솔의 하단부에 들어있는 코일에 전기가 유도되고, 이렇게 유도되어진 전기를 배터리에 충전시키는 방법을 사용하는 것이다.

 

하루 종일 거치대 위에 있는 전동칫솔은 십분도 사용되지 않는 많지 않은 전력을 충전하는 것 만으로도 사용하는데 문제가 없었기 때문에 꽤 오래전부터 실용화되어 사용이 되어 왔던것과는 달리 매우 많은 양의 전기를 빠른 시간안에 충전해야 하는 스마트폰의 경우 원리는 동일하지만 그 기술을 응용함에 있어서 오랜 연구와 노력이 필요했었다.

 

하지만 이런 자기유도방식의 자기장의 변화는 만들어내는 부분과 전기가 유도되는 코일에 매우 가깝게 위치해야 하기 때문에, 단지 전극을 사용하지 않는다는 것 뿐, 지정된 패드위에 위치해야만 하는 불편함이 있다.

자기 유도 방식에 의한 이러한 근거리 충전의 문제점을 해결하고자 멀지 않은 미래에 실용화될 것으로 기대되는 원거리 무선 충전 방식으로는 자기 공진(magnetic Resonance) 방식이 있다. 이것은 진단 의학에 사용되는 자기 공명 단층 촬영기(MRI)와 비슷한 원리를 이용하는 것으로 실내의 한부분 플러그에 꽂혀있는 자기 공명 장치에서 자기장을 공진주파수에 맞춰 진동시키면 수 미터내의 거리에 있는 특수 코일에 자기 공명에 의해 전기가 유도되고, 충전할 수 있는 원리이다.

 

플러그에 꼽아도 되지 않고, 그냥 테이블 위에 올려놓기만 해도 스마트폰이 충전이 되고, 더 나아가 그냥 집안에 들어오기만 하면 그 어디에 있던지 태블릿, 노트북, 스마트폰이 자동으로 충전되고, 전기 자동차가 특수한 판이 심어져 있는 기 위를 지나가기만 해도 전력을 공급받을 수 있는 미래 영화의 이야기들이 현실화되는 것이 앞으로 얼마 남지 않았다. 재미있는것은 이런 모든 기술이 가능하도록 하는 물리법칙은 이미 200여년 전부터 밝혀져 있었던 원리라는 것이다.

지금까지 무선충전 원리에 대해 알아보았다.