송전선 주변에서 발생하는 미약한 자기장을 전력으로 바꾸는 기술이 국내 연구진에 의해 구현됐다. 전력 공급이 어려운 초소형 드론이나 야외 IoT 센서 등에 적용할 수 있는 차세대 자가전원 기술로 주목받는다.

한국생산기술연구원(생기원)은 송전선 주변의 원형 자기장을 효율적으로 수집해 전기로 변환하는 에너지하베스팅 기술을 개발했다고 9일 밝혔다. 생기원 에너지나노그룹 윤승하 수석연구원 연구팀은 기존 방식보다 전력 생산량을 크게 높일 수 있는 새로운 구조를 구현하는 데 성공했다.


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연구팀 사진. 좌측부터 박재우 연구원, 윤승하 수석연구원, 양연희 연구원. 생기원 제공


대칭 진동 구조로 기존 대비 2배 전력 확보
에너지하베스팅은 주변 환경의 물리적 에너지를 전력으로 전환하는 기술로, 이번 연구는 송전선에서 생 사이다릴게임 성되는 교류(AC) 자기장의 변화를 활용한다. 자기장이 바뀔 때 자석에 작용하는 힘이 달라지고, 이 힘이 피에조(Piezoelectric) 소재를 휘게 하면서 전기가 만들어진다. 피에조는 반복적 변형이 클수록 전기 출력이 증가하기 때문에 공진 상태를 유지하는 것이 중요하다.
연구팀은 기존 방식에서 한쪽 자석만 움직이던 구조를 개선해 피에조 모바일바다이야기하는법 를 중앙에 고정하고 양쪽에 반대 극성의 자석을 배치한 '대칭 진동 구조'를 새롭게 설계했다. 송전선 주변의 교류 자기장이 방향을 바꿀 때마다 두 자석이 동일한 방향으로 진동하며 피에조 변형을 극대화해 기존 방식보다 약 두 배의 전력을 생산할 수 있었다.
또한 자석 주변에 자기장을 집중시키는 자속 집중 장치(Magnetic Flux Conc 황금성오락실 entrator, MFC)를 적용해 약한 자기장에서의 전력 변환 효율을 20% 이상 향상시켰다.
연구팀은 헬름홀츠 코일을 이용해 10가우스(Gauss) 이하의 송전선 주변과 유사한 자기장 환경을 구현해 성능을 검증했다. 실험 결과, 개발된 하베스터는 5.4Gauss 수준의 미약한 자기장에서도 25.2mW/㎤의 전력 생성이 가능한 것으로 나 릴게임야마토 타났다.
이번 기술 성과는 생기원 대표과제로 수행됐으며, 관련 기술에 대한 국내 특허 2건이 등록됐다. 연구 결과는 센서·액추에이터 분야 국제 저명 학술지 '센서스 앤드 액추에이터스 A: 피지컬(Sensors and Actuators A: Physical)'에 게재됐다.
윤승하 수석연구원은 "송전선 주변의 미약한 자기장만으로도 전력을 얻을 수 있는 기술"이라며 "향후 송전설비 주변 IoT 센서나 초소형 드론 등에 적용해 상시 운용 가능한 자가전원 플랫폼으로 발전시킬 계획"이라고 말했다.
김종화 기자 justin@asiae.co.kr