무선전력전송 방식

무선전력전송의 정의

무선전력전송은 전선 없이 공간을 통해 전기에너지를 보내는 기술이다.

작동 원리에 따라 자기유도, 자기공진, 전자기파 방식으로 나뉜다.

앞의 두 방식은 근거리장에서, 전자기파 방식은 원거리장에서 쓰인다.

자기유도 방식

자기유도 방식은 두 코일이 변압기처럼 짝을 이뤄 전력을 전달하는 방식이다.

송신 코일의 교류가 만든 진동 자기장이 수신 코일에 기전력을 유도한다. 패러데이 유도 법칙이 원리다.

전송 효율은 높지만 코일 간 거리는 수 mm에서 수 cm로 매우 짧다.

자기공진 방식

자기공진 방식은 송신 공진기와 수신 공진기를 같은 공진 주파수에 맞춘 방식이다.

각 공진기는 코일에 커패시터를 붙여 만든다. 공진이 맞으면 결합이 크게 강해진다.

높은 Q 인자 공진기는 내부 손실보다 빠르게 에너지를 주고받는다.

그래서 근거리장의 약한 자기장 꼬리를 이용해 코일 지름의 4~10배 거리까지 전송한다.

계산 예제: 전송 효율

전송 효율은 수신 출력을 송신 입력으로 나눈 값이다.

입력 150 W, 출력 60 W라면 60을 150으로 나누고 100을 곱해 40%가 된다.

이 값은 2007년 MIT 연구팀 사례의 약 40% 효율과 같다.

세 방식 비교

세 방식을 거리와 응용 기준으로 비교한다.

자기유도는 효율이 가장 높지만 거리가 가장 짧다. 근거리 효율은 90% 이상이다.

자기공진은 같은 근거리장 계열에서 거리를 늘린 방식이다.

전자기파는 수 km까지 가지만 빔 집속과 안전 관리가 필요하다.

헷갈리기 쉬운 점

가장 흔한 실수는 자기공진을 전자파처럼 원거리 복사로 쓰는 것이다.

자기공진은 근거리장의 비복사 방식이다. 원거리 복사는 마이크로파나 레이저 방식이다.

채점에서는 공진 주파수 일치와 코일 지름의 4~10배 범위를 쓰면 점수가 된다.

자기유도는 거리가 짧고, 자기공진은 주파수 일치가 필수다.

정리

지금까지 내용을 다섯 가지로 정리한다.

무선전력전송은 자기유도, 자기공진, 전자기파 방식으로 나뉜다.

방식별 거리와 원리를 구분하는 것이 시험 답안의 핵심이다.