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무선전력전송 세계 최장거리 신기록 세워
무선으로 전력을 전송하는 기술에서 세계 최장거리 신기록이 나왔다. 향후 충전할 필요 없이 무선으로 전력을 공급받는 전자기기 시대가 열릴 것으로 보인다.
우리 학교 원자력및양자공학과 임춘택 교수는 다이폴 코일 공진방식(DCRS, Dipole Coil Resonance System)을 사용해 5m 떨어진 곳에 209W(와트)를 무선으로 전송하는데 성공했다.
5m 거리에서 스마트폰 40대를 동시에 충전하거나 선풍기 5대를 켤 수 있으며 초대형 LED TV까지도 켤 수 있다.
장거리 무선전력 전송기술은 지난 2007년 미국 MIT에서 자기결합 공진방식(CMRS, Coupled Magnetic Resonance System)을 사용해 2.1m거리에서 60W 전력 전송에 성공한 이후 세계적으로 커다란 관심을 받았다.
그러나 이 기술은 △복잡한 코일구조(입력코일, 송신코일, 수신코일, 부하코일) △송수신코일의 큰 부피 △10MHz(메가헤르츠, 100만 헤르츠) 이상의 높은 동작주파수로 인한 낮은 효율 △온도변화 등 주변 환경 변화에 지나치게 민감한 특성 등의 문제로 개발된 지 6년이 지나도록 제대로 상용화되지 못했다.
임 교수팀은 기존 기술의 단점을 극복하기 위해 다이폴 코일 공진방식(DCRS)을 개발했다.
연구팀은 △코일 수를 2개(송신코일, 수신코일)로 줄이고 △최적화된 다이폴 구조의 고주파 자성체(페라이트 코어)를 사용해 부피(가로 3m × 세로 10cm × 높이 20cm)를 크게 줄였으며 △주파수 변동이 적어 주변 환경변화에는 기존기술보다 20배 이상 강인하면서도 △100kHz(킬로헤르츠, 1,000헤르츠)대의 낮은 주파수에서 동작해 효율이 상승, 실용화에 성큼 다가선 것으로 평가받고 있다.
연구팀은 ㈜한수원과 공동으로 원전 중대사고시 격납건물 필수계측기용 소형 비상전원을 개발하고 있는데 여기에도 이 기술을 적용해 지난 3월 7m 거리에 10W의 전력을 전송하는 실험에 성공하기도 했다.
일본 후쿠시마 원전 사고 시 계측기에 공급되는 전원이 상실되어 내부 상황을 정확히 알 수 없었기 때문에 피해가 더 커진 면이 있는데 이 기술을 원전에 도입하면 사고 시 대책마련에 크게 도움을 줄 수 있다고 연구팀은 전했다.
임춘택 교수는 이번 연구에 대해 “기존 기술에 비해 전송거리는 2배 이상, 전송전력은 3배 이상으로 높여 장거리 무선전력전송기술의 상용화를 앞당길 수 있게 됐다”고 연구 의의를 밝혔다.
이와 함께 “전기선으로 직접 연결해서 쓰는 것과 비교할 때 상대적으로 효율이 떨어지고 비싼 것은 사실”이라며 “하지만 와이파이 존(Wi-Fi Zone)처럼 특정 장소에 접근하면 별도의 충전기가 필요 없이 무선으로 전자기기를 사용할 수 있는 편리한 기술개발을 추진하고 있다”고 말했다.
산업통상자원부 지원을 받은 이번 연구 성과는 올해 3월 국제전기전자공학회 전력전자 저널(IEEE Trans. on Power Electronics)에 게재됐다.
▣ 용어설명
o 자기결합 공진방식 (CMRS: Coupled Magnetic Resonance System) MIT가 2007년, 2.1m 거리에 60W의 전력을 무선으로 전송하는 데 사용된 기술로, 고주파 전원과 연결된 입력코일, 입력코일과 강하게 자기결합 되어 자기장의 세기를 증폭시키는 송신코일, 송신코일에서 발생하는 자기장을 받아들이는 수신코일, 수신코일과 강하게 자기결합된 부하코일로 이뤄져 있다. 2,000이상의 높은 공진도(Q factor)의 공심코일(air coil)을 사용하여, 0.1%만 공진주파수가 변해도 전력이 잘 전달되지 않는 단점이 있다.
o 다이폴 코일 공진방식 (DCRS: Dipole Coil Resonance System) 페라이트코어를 사용한 쌍극자(dipole) 구조의 송신, 수신 코일 두 개로 이루어져 있다. 송수신단에 공진회로를 써서 큰 전력을 전송할 수 있으면서도, 공진도 Q가 통상 100 이하로서 1% 정도의 공진주파수 변동 시에도 전력이 전달되는 강인한 특성이 있다. 코어의 사용량을 절반 정도로 줄여주는 최적의 계단형 코어를 채택했으며, 인체나 금속파편이 주변에 산재하여도 무선전력 전송에는 아무런 지장이 없어 재난재해에 아주 강한 특성을 갖고 있다.
그림1. KAIST 유레카관 실험실에 설치된 200W급 DCRS. 5m 거리에서 LED TV를 켤 수 있다.
그림2. 2개의 다이폴 코일 공진 시 자장 분포도
그림3. 무선전력 전송 시 루프 코일(MIT방식)에 비해 다이폴 코일(KAIST 방식)이 더 우수하다는 것을 보여주는 그림(맨 위부터 루프코일, 다이폴코일, 거리별 전력전송능력 비교결과)
2014.04.17
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조영호 교수, PowerMEMS 국제학술대회 대회장 선임
우리학교 바이오및뇌공학과 조영호 교수(53)가 2011년 개최되는 파워멤스(PowerMEMS, Power Micro Electro Mechanical Systems) 국제학술대회의 대회장으로 선임됐다.
내년에 개최되는 제11차 PowerMEMS 국제학술대회는 2011년 11월 15일부터 18일까지 4일간에 걸쳐 서울 세종호텔에서 열릴 예정이다.
조 교수는 MEMS분야 미국 최초의 기계공학 박사로서 MEMS기술의 발생지인 미국 버클리 대학의 BSAC(Berkeley Sensor & Actuator Center) 설립 시 연구에 참여한 이래 극미세 기술분야를 선도해 온 1세대 연구자다.
PowerMEMS란, 일상 속에 존재하는 극미세 진동이나 환경으로부터 에너지를 생성하거나 식물의 광합성처럼 햇빛으로부터 에너지를 회수하고 변환하는 나노 및 마이크로 크기의 기계전자시스템으로 미래 녹색성장 및 차세대 친환경 에너지 기술의 핵심 분야다.
2000년 시작된 이 학술대회에서는 극미세 에너지 생성과 변환에 관한 전 세계 과학기술 전문가들이 참석해 우수논문 발표와 시상식을 갖는다.
2010.12.15
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KAIST, 과학기술의 사회통합을 위한 국제 학술회의 개최
- 오는 20일(목)부터 4일간‘ICISTS-KAIST 2009’ 개최
우리대학은 순수 비영리 학생단체인 ICISTS가 미래 과학기술의 전망을 예측해보고 토론하는 ’아이시스츠-카이스트 2009(ICISTS-KAIST 2009)‘를 오는 20일(목)부터 4일간 개최한다.
ICISTS-KAIST는 사회 속에서 접하고 있는 과학기술을 전문가와 대학생이 다양한 관점에서 토론할 수 있도록 마련한 자리다.
사회와 과학은 서로 상호적인 관계임과 동시에 생활 모든 곳에 녹아 있음에도 불구하고, 사회 속의 과학은 일부만이 공부하는 학문이라는 오명을 가지고 무관심으로 일관 되어왔다. 이러한 과학과 사회의 괴리를 느낀 KAIST학생들이 주체가 되어 ‘과학기술의 사회통합을 위한 국제 학술회의(International Conference for the Integration of Science and Technology into Society, ICISTS)’란 뜻의 ICISTS를 2005년 설립했다. 그 해 7월, 아시아에서는 최초로 대학생을 대상으로 하는 과학기술분야 국제 컨퍼런스 ‘ICISTS-KAIST 2005’를 성공적으로 주최한바 있다.
학술회의 관계자는 “과학기술에 정통한 전세계의 과학자들은 물론, 다양한 분야의 전문가를 초빙하여 그들의 높은 안목을 이해하고 의견을 교류함으로써 참가자 자신의 시야를 넓힐 수 있으며, 이를 통한 국제적인 인적, 지적 네트워크 형성은 미래 글로벌 리더의 초석이 될 것”이라고 말했다.
이번행사는 ‘Powered by Diversity, Harnessed by Unity‘주제아래 박찬모 한국연구재단 이사장이 기조연설자로 초청됐으며, 기후 변화(Climate Change), 인간과 컴퓨터의 상호작용(Human-Computer Interaction, HCI), 나노와 의료기술(Nano Clinic) 등에 대한 워크숍을 연다. 연사들의 강연을 듣는 것 외에도 연사와 학생이 주제와 관련된 주요 이슈들에 관해 토론하는 시간과 실제로 어떻게 응용되는지 확인 해보는 현장견학(Field Trip), 학생들이 함께 새로운 결과물을 내는 팀 프로젝트(Team Project) 등 보다 적극적으로 학생들이 참여할 수 있는 장이 준비되어 있다.
‘기후변화(Climate Change)’ 워크숍에서는 기후 변화를 다양한 과학적 관점에서 해석해보며, 향상된 기후 모델링 시스템의 필요성에 대해 알아본다. 또한 이 문제를 해결하기 위한 산업계와 정치계의 노력에는 어떤 것들이 있는지 짚어 본다. 주요 초청연사로는 옥스퍼드 대학 미래학자인 레이 하먼드(Ray Hammond), MIT의 진 마이클 캠핀(Jean_Michel Campin), 도쿄대 마사히로 와타나베(Masahiro Watanabe)등이 있다.
‘인간과 컴퓨터의 상호작용(Human-Computer Interaction, HCI)‘ 워크숍에서는 HCI의 현주소를 기업 제품 개발과 최근 이루어지고 있는 연구 등의 다양한 관점을 통해 살펴보고, HCI의 미래를 전망한다. 이를 통해 참가자들에게 HCI의 중요성을 환기시킨다. 키보드 입력 솔루션 개발 회사 모비언스 CEO 안재우 대표, 서울대 서진욱 교수, 한국 디자인학회 회장이자 KAIST 이건표 교수가 주요연사다.
‘나노와 의료기술(Nano Clinic)’ 워크숍에서는 나노 바이오 테크놀러지의 개념을 명확히 하고, 의료진단과 치료방법에 관해 현재 진행되고 있는 연구들을 살펴보고 잠재적인 나노 기술의 독성에 대해 토론한다. 주요연사로는 하버드 의대 윤석현 교수, 인도 나노 과학회의 창시자 알록 다완(Alok Dhawan), 포항공대 한세광 교수 등이 있다.
이 학술회의는 매년 세계 여러분야 전문가들이 강연하며 44여개국 200여명의 대학생들의 만남의 장으로 미래의 클로벌 리더들을 연결하는 네트워크다. KAIST ICISTS(‘International Conference for the Integration of Science and Technology into Society)가 주최하고 KAIST와 교육과학기술부가 후원한다.
2009.08.20
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