전기전자/정보통신

Nikkei Electronics_2016.05. 특집 (p29-51)

무선급전, 급발진


Part. 1 시장동향편
길었던 “충전”이 완료, 과제해소로 시장확대에

5년 가까이 저공비행을 계속하고 있던 Wireless 급전 시스템시장이 급격하게 확대되기 시작했다. 와이어리스 급전시스템에 있어 몇 개의 과제가 해소될 기미로, 이용환경이 정리되어 왔다. 스마트폰에서 시작된 기세가 PC, 각종 가전, 산업기기, 의료기기, 그리고 전기자동차 (EV)에 까지 확대되는 예측이 나오기 시작했다.

전력을 무선으로 공급하는「와이어리스 급전 시스템」의 시장이 급격하게 늘어나기 시작했다. 일본에서 휴대전화기 등에 전자유도로 충전하는 기술의 관심이 높아지기 시작한 것은 10년 전의 2006년이다. 같은 해에 미 MIT의 연구자가 자계(磁界)및 전계(電界)의 공명(共鳴) 이라는 현상을 이용한 무선급전기술을 발표하는 등으로 와이어리스 급전기술에의 주목이 단숨에 모아졌다.

2008년 말에는 전자유도 형을 추진하는 기업단체인 Wireless Power Consortium (WPC)이 발족했다. 2010년 8월에는 그 업계 표준규격「Qi」가 발행되었다. 그런데 대응제품의 수가 늘어나도 기대만큼 시장은 늘어나지 않고, 철수하는 메이커도 나오고 있었다. 2015년이 되어서는 그 상황이 크게 변하였다.        

-- 시장규모는 향후 3년에 5배로 --
WPC에 의하면, Qi 규격대응의 제품출하 수는 2015년까지의 누계로 약 1억 5000천만대 이상. 미 IHI 사에 시장예측에서는, 2020년에 누계 약 23억대로 수십 배로 늘어난다. 금액베이스로는 2015년에 세계에서 약 2000억엔 정도의 시장규모는, 향후 년간 60%를 초과하는 성장으로, 2018년에는 5배인 1조엔 규모에 달할 것이라고 한다.  

시장의 급격한 확대의 계기로 무선급전시스템의 관계자가 지적하는 것은, 2015년 봄에 발매된 미 애플사의 스마트워치「Apple Watch」와 한국 삼성전자의 스마트폰「Galaxy S6」이다. 둘 다 무선급전대응으로, 특히 Galaxy S6는 Qi규격과, 전자유도 형의 규격「PMA+」의 양쪽으로 대응되어 있었다.

대응단말의 급증을 예지하고 있었던 것 같이, 길거리에서 무선급전이용이 가능한 환경도 정비되고 있다. PMA는 미 Powermat Technology사가 주도하고 있던 규격으로, 동사는 2014년부터 미 Starbucks사의 점포나 호텔 등에 PMA규격에 준거한 무선급전시스템을 전개하고 있었다. 현 시점에서 미국의 몇 개의 주요도시를 중심으로 약 1400개소, 충전기는 약 1만대 이상을 도입했다. Powermat사는 이들 시스템의 이용상황을 모니터하고 있어, 2016년 2월 시점에「누계 1억 5000만분의 이용이 있었다」(당사)고 발표했다. 이용자가 100만명으로 가정하면, 1인당 평균 2시간 반의 이용이라는 계산이다.

스웨덴의 가구메이커 IKEA사가 동사의 가구제품에 Qi규격대응의 충전기를 탑재하기 시작한 것도 커다란 움직임이다.「침대 옆에 있는 조명스탠드에 스마트폰을 놓아 두는 것만으로도 충전이 되므로, 팔리고 있다」고 한다. IKEA사는 일본에서도 2016년에는 대응제품을 발매할 것으로 보여진다.

출하 수가 늘어난 것과 함께, 충전기의 가격도 크게 싸지고 있다. 최근의 QI규격대응의 충전기 가격은 이전의 1대 5,000~1만엔 가까이에서, 1,000엔 전후로 낮아지고 있다.    

-- 드디어 iPhone 7도 대응에? --
향후도 시장은 확대할 것으로 예측되고 있다. 이유의 하나는, Apple사의「iPhone 7」이다. 2016년도 가을에 발매될 것으로 예상되는데, 무선급전기능에 대응한다는 소문이 돌고 있다. 실현되면, Apple사는 년간 약 20조엔의 매출을 가진 만큼, 시장에의 임팩트도 대단히 클 것이다. Apple사의 경우 Apple Watch와 같이 독자사양일 가능성이 높지만,「요소부품은 Qi나 PMA와 거의 같은 것으로 될 것으로」업체들은 예측하므로, Apple사의 동향은 부품메이커에 있어서는 커다란 관심사로 되어있다.

-- 규제완화나 기술향상이 진행 --
그러나, 만일 iPhone 7이 대응하지 않아도, 시장확대는 계속될 것이다. 무선급전의 실용화를 가로막는 복수의 과제가, 보조를 맞추듯이 해소가 될 것이기 때문이다. 예를 들면, (1)규제완화, (2)난립되어 있던 규격자체의 통합 또는 복수규격으로 동시 준거, (3)전송효율의 향상이나 전력의 증가 등의 기술향상, (4)용도의 대폭적인 확대, (5)전기자동차 (EV)용 표준화 작업, 등이 각각 진전되고 있는 것이다.

(1)의 규제완화는 특히 일본에서 진행되었다. 6.78MHz대와 400kHz대의 주파수를 무선급전시스템에 이용 가능하게 하는 법령개정이 2016년 3월 15일에 있었다.  

-- 규격은 난립에서 통합으로 --
(2)에서 눈에 띄는 것은, 2015년 11월에 업계단체인 PMA와 A4WP+가 통합되어 AirFuel Alliance가 발족한 것이다. 그리고 이것 이외에도, 전자유도 형을 추진하던 WPC의 Qi규격이 공명 형 기술을 일부 도입하는 등, 사양의 상호도입이 진행되었다. AirFuel Alliance는, 마이크로파나 초음파, 거기에 레이저 광선을 사용한, 전자(電磁)계의 결합을 사용하지 않는 무선급전기술「uncoupled」의 규격화도 시작하고 있다.

1대의 수전기가 복수의 규격에 대응하는 것으로, 이용자로서는 규격간의 호환성의 문제도 해소될 것 같다. Qi와 PMA의 양쪽에 준거한 듀얼모델의 대응은 이미 일반적으로 되어 있다. 가까운 장래에 원래의 A4WP의 규격「Rezence」에도 대응한 시험모드 대응제품도 등장할 예상이다.

-- 유선의 “급속충전”을 따라간다 --
(3)의 기술향상도 커다란 변화의 하나이다. 15W전후의 중 전력에 대응한 제품이 2016년도에 계속 등장할 예상이다. 당초의 휴대전화기나 스마트폰용의 무선급전기능은,「5W를 급전 가능하다고 내세우기는 했지만, 실제로는 1W 정도 밖에 급전되는 것이 많았었다. 이것이 무선급전시스템 당초의 고객체험을 크게 파손했었다」(어느 업체기술자). 시장이 성장정체에 있었던 커다란 요인이었을 가능성이 있다.

그러나, 유선의 USB케이블에 의한 급전에서는, 미 Qualcomm사가 개발한「Quick Charge」기술로, 10W이상의「급속충전」이 보급되어, 5W의 무선급전은 그다지 관심을 끌지 못했다. 15W 전후의 무선급전시스템이 등장하면, 편리성도 대폭 향상되어, 유선과의 차이를 한꺼번에 줄일 수 있다.

-- 2kW의 대 전력으로 가전에 급전도 --
(4)의 용도확대는, 지금까지 시장규모가 큰 스마트폰용 시스템의 개발에 주력하고 있던 메이커들이, 다른 용도에 눈을 돌리기 시작하면서이다. 그 견인 역이 스마트워치이다. Apple Watch의 등장 이후, 스마트워치의 대부분이 무선급전대응으로 바뀌어가고 있다.

그리고 수급전력이 높아져 온 것은 태블릿 단말이나 노트북, 거기에 키보드나 마우스 등의 PC주변기기도 무선급전의 대상이 되어 왔기 때문이다. 향후의 용도는 IT기기를 넘어 대폭적으로 확대될 예상이다. 그 하나가 대 전력으로 움직이는 가전제품이다. WPC는 2kW대응으로 자계공명형 사양의 규격화 작업을 시작하고 있다. 「Food Processor 등의 대형조리가전에 책상 밑에서의 급전을 상정하고 있다」(WPC일본지부대표로, Phillips Electronics Japan 지적재산·시스템표준본부 구로다씨)

-- 무거운 케이블 대체로 성 에너지 --
공장의 각종산업기기에의 보급도 진행될 것 같다. 일본자동차 부품종합연구소, DENSO 및 DENSO Wave는, 2016년 3월의 전자정보통신학회 종합대회에서, 케이블베어 라 불리는, 기계의 가동 부에 접속하는 전원케이블을 무선급전시스템으로 변환한 반송로봇을 발표했다.

그것의 의외의 효과는 성 에너지화이다.「전력전송효율은 80% 이상에서 최대 85%. 무게 5Kg의 케이블베어가 불필요하고 가동부의 중량이 반감하여, 구동모터의 소형화가 가능했다. 그 결과, 전체적인 소비전력은 케이블베어를 사용한 경우와 비교하여 20% 저감되었다」(일본자동차 부품연구소, 스기노계장) 

화제성이 높은 드론에의 무선급전을 제안하는 곳은, 와세다대학 환경종합연구센터 객원연구원 타카하시 씨다.「드론은 일정한 높이까지 상승할 때와 지상에 하강할 때의 소비전력이 크다. 빌딩옥상에서의 무선급전이나, 유선으로 연결된 공중의 드론으로부터 급전을 받을 수 있게 된다면, 드론의 전력상의 제약이 크게 완화된다」(타카하시 씨)

이 외에도 케이블로 급전하는 것이 어려운, 의료용 체내 삽입 디바이스에의 급전, 그리고 향후 용도의 커다란 축이 될 것이 확실한 전기자동차 (EV)에의 무선급전. 나아가서 고속도로 등에서의 주행 중 급전 등에의 대응도 진전되어 가고 있다. 무선급전은 우리들 생활이나 사회를 크게 변화시켜 갈 것으로 보인다.


Part. 2 민생용의 개발기술
제품개발경쟁은 제 2막, 일본메이커도 역전을 노림

-- 15W 대응 IC가 계속 발표 --

-- 도시바는 저 발열로 승부 --

-- Try Mode는 안테나가 열쇠 --

-- 금속케이스 자체가 수전 안테나? --

-- 웨어러블 단말의 박형화 경쟁 -- 

--「올려놓지 않아도 충전」을 모색 


Part. 3 EV 에의 정차 중 급전
EV에 무선급전은 이미 실현, 2018년의 표준화로 보급에


Part. 4 주행 중 급전
도로가 “전원”으로 되는 날, 2020년에 일부에서 실용화 될까?


   -- 끝 --