키워드 : 자기유도, 자기공명, WPC, Qi마크, 무선충전기술표준, EMF 노출·방사·측정, 무선충전 하이프 사이클(Hype Cycle), 무선충전기술 특허동향

※ 이 원고는 필자가 2016년 5월 특허청심사관신기술교육센터에서 강의한 내용을 요약한 것으로서 무선충전(무선전력전송) 기술 및 산업에 대한 이해를 제고하는 차원에서 기고한 것임

무선 네트워크에 연결된 다양한 디지털기기의 전원은 대부분 기기에 내장된 2차전지에 전력을 충전해 이용하고 있다. 스마트 미디어기기의 급속한 대중화로 인해 무선충전(무선충전, 무선 에너지 전송, 무선 전력전송 등의 용어로 사용되고 있으나 모두 같은 의미다)에 대한 수요가 확대되면서 현재까지 다양한 무선충전 기술이 개발됐지만 일부 비접촉식 유도결합(Induction coupling) 방식을 제외하고는 아직까지 본격 대중화되지 못하고 있다.

무선충전 기술의 핵심 이슈는 충전방식, 충전시간, 충전용량, 사용시간, 전력전송 거리 및 무선충전기의 휴대성 등을 들 수 있다. 이러한 핵심 요인을 충족할 수 있는 수요가 모바일기기는 물론 u-홈 지향의 홈 어플라이언스 더 나아가 전기자동차 등에 확산되면서 관련 시장의 블루오션으로 자리매김 되고 있다.

이 연구에서는 WPC(Wireless Power Consortium)를 중심으로 추진되고 있는 자기유도 방식 표준화 동향과 EMF 노출·방사·측정 표준화동향 중심의 자기유도 무선충전기술 표준화동향, WPC(Wireless Power Consortium), A4WP(Alliance for Wireless Power), PMA(Power Matters Alliance)를 중심으로 경쟁이 가속되고 있는 자기유도방식의 표준화동향 중심의 자기유도 무선충전 산업동향, 무선충전 기술의 핵심인 자기유도 방식과 자기공진 방식에 대한 특허동향에 대해 설명한다.

자기유도 무선충전기술 표준화 동향

자기유도 방식 표준화 동향 = WPC (Wireless Power Consortium : 무선전력컨소시엄)는 2008년 12월에 설립된 민간표준화단체로서 2010년 9월 기준 10개의 정회원 기업, 48개의 준회원 기업이 등록돼 있다. 10개의 정회원 기업은: 컨비넌트파워(Convenient Power), 펄톤(Fulton), 내셔널세미컨덕터(National Semiconductor), 올림푸스, 노키아, 필립스, 리서치인모션, 상페이(Sang Fei), 산요 및 TI이며 한국은 삼성전자, 와이즈파워, LG전자, LS전선 및 한림포스텍 등 5개사가 등록돼 있다.

이러한 WPC를 중심으로 손전등, 전동칫솔, 휴대용 안마기, 보온 슬리퍼 및 LED 캔들 등 다양한 상용제품에 무선충전 사업화를 진행중이다. WPC는 2010년 9월 치(Qi) 1.0 표준을 발표했다. 치는 ‘기(氣)’의 중국식 발음으로 WPC 표준을 따르는 무선충전기와 호환성을 보장하는 의미를 담고 있는데 치마크를 획득한 충전장치는 제품간 비 호환성으로 인한 시장분할 위험을 줄일 수 있다.

무선충전 시장규모가 연간 10만대에서 1억대로 확대될 수 있을 것으로 예상되며 치마크를 통해 휴대폰 제조업체들은 무선 전력 수신기를 통합하고 반도체 업체는 해당 기능을 자사 칩셋(chip-set)에 통합해 표준화했다. 인프라 공급사는 가정·사무실·전기자동차·호텔·정보가전 등에 무선충전 시스템 구축 기반을 마련했다.

WPC에서 제정한 자기유도방식 국제표준 치는 WPC표준에 인정받으면 전세계 109개 업체에서 사용을 할 수 있고 충전효율성이 높다는 정점을 가지고 있다. 반면 치는 비접촉식이긴 하지만 4㎜ 이내 거리에서 충전이 진행되기 때문에 사실상 유선과 다를 바 없다는 단점도 존재한다. 2016년 1월 현재 41㎜까지 충전거리가 늘어났지만 여전히 길다고 볼 수는 없다.

한편 삼성전자·LG전자·코잇·한림포스텍·와이즈파워 등이 자기유도 방식의 국내 표준을 주도하고 있다. 이들은 WPC 무선충전기 인터페이스 표준 규격(ver 1.0) 발표한 바 있다.

EMF 노출·방사·측정 표준화 동향 = EMF (Electro-Magnetic Field : 전자기장) 표준은 무선충전기의 방사 및 노출한계(방사와 노출표준이 적합한지를 확인하는 표준, 충전기의 전자기장에 인체가 노출되는 최대허용 수준)에 대한 표준으로 ICNIRP(International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection) 및 IEEE(The Institute of Electrical and Electronic Engineers)/ICES( International Committee on Electromagnetic Safety) 등에서 개발했다.
EMF 측정표준은 IEEE C95.1-005에 의한 제어상황 하의 최대 허용 노출한계(MPE)는 6분간이며 비 제어상황 하의 최대 허용 노출한계(MPE)는 30분간이다. 

무선전력전송 ‘하이프 사이클’