무선 전력 전송의 특허 환경 분석: 우리 삶의 전기화를 위한 다음 단계는 무엇일까요?

저전력 가전제품부터 소형 이식형 의료기기까지, 단거리 무선 전력 전송은 케이블이 없기 때문에 이미 중요하고 매우 유용한 이점을 갖고 있습니다. 그러나 우리의 특허 환경 분석은 수석 컨설턴트이자 Chemistry 실무 리더인 Nicolas Nowak이 설명하는 것처럼 우리가 전기를 사용하는 방식에 영원히 혁명을 일으킬 수 있는 기술의 가능한 미래를 보여줍니다.

지난 수십 년 동안 에너지와 데이터는 우리 일상 생활에 매우 중요해졌습니다. 전자 장치에 대한 우리의 사용과 의존도가 발전한 것처럼 기술도 발전하여 데이터가 '유선'에서 점점 '무선'으로 이동하고 정보에 대한 액세스가 민주화되었습니다. 에너지 접근에 대해서도 같은 일을 할 수 있다면 어떨까요?

무선 충전 기술의 향후 발전 가능성

상대적으로 새로운 기술인 무선 충전은 이 분야에서 더욱 획기적인 발전을 가져올 것으로 예상되는 다양한 개발을 진행하고 있습니다. 이제 주요 연구 및 개발(R&D) 과제는 다음과 같습니다.

• 여러 장치 충전 : 앞으로 무선 충전 시스템은 각 장치에 별도의 충전기가 필요 없이 여러 장치를 동시에 충전할 수 있는 기능을 갖게 될 것입니다. 이를 통해 스마트홈 기기, 전기차, 모바일 기기 등 다양한 기기를 충전할 수 있는 편의성이 높아질 것입니다.
• 충전 속도 및 전력 출력 개선: 이를 통해 사용자는 스마트폰, 전기 자동차 및 기타 전자 장치를 포함한 장치를 더 빠르게 충전할 수 있습니다.
• 전기 자동차의 안정적인 충전 : 전기 자동차 시장의 성장은 도로, 주차장, 차고에 무선 시스템을 내장할 수 있는 등 이 분야의 발전을 더욱 촉진할 것입니다.
• 공진 충전 사용 : 무선 전력 전송 기술은 계속 발전하여 충전 패드와 정밀하게 정렬할 필요 없이 매우 먼 거리에서도 충전이 가능하고 유연성이 향상됩니다. 그러나 추가적인 목표는 지구를 향해 전기를 보내는 우주 기반 태양광 발전 시스템과 같은 초장거리 전력 전송을 허용하는 것입니다.

성공한다면 이 마지막 개발 영역은 우주에서 전기를 생산함으로써 전 세계의 전기 공급망을 변화시킬 수 있습니다! 태양광 패널은 대기, 야간, 구름이 없기 때문에 지구상에서 가장 좋은 장소에 비해 효율성을 4배 높일 수 있습니다. 그러나 장거리 무선 전력 전송은 여전히 ​​크게 개선되어야 한다. 2021년에 한 연구팀이 1km 거리에 1.6kW의 전력을 보냈고 마이크로파에서 전기로의 변환 효율은 73%였지만 훨씬 적은 영향을 받는 저주파 마이크로파를 사용하여 추가 테스트를 완료해야 합니다. 우주 및 더 먼 거리에서의 대기 손실.

잠재적으로 파괴적인 이 기술의 중요한 측면은 이에 대한 경제적 분석입니다. 실제 크기의 태양광 시스템을 개발하고 발사하는 데 163억 파운드의 비용이 들고 연간 최소 투자 수익률이 20%라는 추정을 바탕으로 우주 기반 태양광 시스템이 다음과 같이 결론지었습니다. 전력 시스템은 대략 100년의 수명 동안 MWh당 £50의 비용으로 에너지를 생산할 수 있는데, 이는 대략 오늘날 유럽에서 사용하는 전기 비용과 비슷합니다.

그러나 분명히 해결해야 할 과제는 여전히 많고 중요합니다. 첫째, 모든 종류의 고전력 전달에 있어서 에너지 낭비와 발열을 최소화하기 위해서는 에너지 효율이 많이 향상되어야 한다. 그런 다음 안전 문제를 해결해야 합니다. 실제로 무선 전력 전송 방법이 장치와 인간 모두에게 안전한지 확인하는 것이 최우선입니다. 이러한 우려는 저전력 및 고전력 애플리케이션에 유효하지만 일상적인 사용의 경우에는 또 다른 측면을 해결해야 합니다. 호환성 문제를 피하기 위해 재료와 시스템을 표준화하는 것입니다.

무선 전력 전송의 특허 환경 분석

특허 출원 분석은 기술의 미래를 예측하는 데 도움을 주는 것을 포함하여 혁신에 대한 귀중한 통찰력을 제공합니다. 이 부분에서는 이 혁신적인 솔루션을 뒷받침하는 주요 업계 주체와 주요 R&D 시장을 포함하여 무선 충전 혁신에 대한 특허 출원을 통해 이 기술의 차세대 기술에 대해 알 수 있는 내용을 공유하겠습니다.

특허 역학은 이 기술의 혁신 상태에 대해 무엇을 말해주는가?

이 기술의 혁신과 R&D 활동을 이해하기 위해 우리는 독점 IP 인텔리전스 소프트웨어를 사용하여 매크로 검색을 수행했습니다. IP 컨설팅 서비스 전문성을 활용하여 수집된 특허를 분석함으로써 우리는 이 분야의 연구 발전과 투자에 대한 매력적인 글로벌 통찰력을 창출할 수 있었습니다.

전체적으로 데이터베이스는 지난 20년 동안 제출된 50,000개 이상의 특허군으로 구성되어 있습니다. 특허 출원 역학에 따르면 20년 전에는 매년 200개가 넘는 특허가 채워졌지만 2021년에는 5,000개 이상이 채워져 연평균 성장률(CAGR)이 20%에 달하는 기하급수적 성장 기술이 드러났습니다. 그러나 2009년부터 2018년까지 CAGR이 거의 28%에 달하는 확장 단계에 비해 2019년부터 2021년까지 CAGR이 1%에 불과하기 때문에 지난 몇 년간 역학 관계가 둔화되는 것 같습니다.

무선 충전 혁신을 위한 지리적 핫스팟

우선 국가 출원은 R&D가 이루어진 국가에서 가장 자주 발생하므로 이 데이터를 보면 어느 국가가 가장 혁신적이고 어느 국가가 발명품을 보호하려고 하는지 알 수 있습니다. 종종 그렇듯이, 중국은 이러한 무선 충전 발명의 주요 원산지로 확인되며, 전체 특허 수의 약 45%를 차지합니다.

미국은 특허군 22%로 확고한 2위를 차지하고 있으며, 이는 고도로 기술적인 분야에서 더욱 혁신할 수 있는 미국의 회복력을 보여줍니다. 한국과 일본 기업이 뒤를 이어 약 10%의 특허를 이들 국가에서 먼저 출원하고 있습니다. 연구 활동에 대한 유럽의 기여는 아시아와 미국에 비해 아직 적으며, 주로 독일과 영국이 주도하고 있습니다.

아래 그래프는 중국을 제외한 주요 행위자의 특허 출원 추이를 보여줍니다. 이는 해당 기간의 첫 10년 동안 특허 출원을 보면 미국이 다른 국가에 비해 강력한 우위를 점했지만 일본, 한국 등 다른 국가에 비해 이러한 우위가 감소했으며 2021년 처음으로 한국 출원이 1위를 차지했다는 것을 보여줍니다. 미국보다 더 많습니다.

무선 충전 혁신을 위한 시장 범위

주요 혁신 국가인 중국과 미국에서 가장 많은 발명품이 출판된 것은 놀라운 일이 아닙니다. 그러나 유럽은 이미 매우 전기화되어 있고 많은 향후 개발을 통해 유럽에서 중요하고 발전된 성숙한 시장을 찾을 수 있기 때문에 여기서 유럽은 3위로 올라섰습니다.

무선 전력 전송: 특허 역학 및 최고의 플레이어

무선 충전 분야의 주요 혁신가 중에는 전자 및 반도체 업계의 주요 기업이 있습니다. Toyota Motors는 500개 이상의 특허군으로 구성된 탄탄한 포트폴리오를 보유한 상위 50개 특허 양수인 중 유일한 자동차 제조업체입니다.

주요 기여자는 삼성으로, 1,800개 이상의 특허군을 보유하고 있으며 그 중 1,600개는 아직 생존 중입니다. 그 뒤를 이어 LG Corporation이 삼성 특허 수의 절반도 안 되는 숫자를 보유하고 있습니다. WiTricity는 '미래형 무선 EV 충전 시스템'을 전문으로 하는 이 분야의 혁신적인 순수 기업입니다. 이 회사는 데이터베이스에 263개의 특허 계열을 보유하고 있으며 그 중 230개가 유효합니다. 이 회사는 특허 등록 비율이 가장 높으며 포트폴리오의 86%가 등록되었습니다.

다른 중요한 플레이어로는 Qualcomm, Apple, The State Grid Corporation of China(SGCC), Canon 및 Panasonic이 있습니다. 이들은 모두 이미 해당 분야에 진출하거나 해당 영역에서 눈에 띄는 플레이어로서 선두 위치를 확보하고 있는 대기업입니다. 다양한 애플리케이션에 대한 무선 충전의 다양한 측면에 대한 특허를 보유하고 있는 SGCC를 제외하고 이들 회사의 대부분은 주로 모바일 장치 충전 분야에서 활동하고 있습니다.

다음 표는 지난 6년간 일부 주요 행위자 의 특허 활동을 보여줍니다. 이 활동을 살펴보면 누가 도메인에 가입하거나 탈퇴하는지에 대한 흥미로운 통찰력을 얻을 수 있습니다. 아래 표에는 삼성이나 토요타 등 글로벌 활동을 고려했을 때 상대적으로 정규화된 특허 출원 분포를 보이는 주요 주체(지난 10년간 70%, 최근 6년간 약 40%)가 표시되지 않았습니다.

최근 활발한 활동을 펼치고 있는 배우들을 중심으로 보면, 우리는 Oppo, Xiaomi, Huawei 및 Vivo Mobile과 같은 중국 소형 전자 기업을 주목합니다. 이들 4개 기업 모두 지난 10년 동안 포트폴리오의 95% 이상, 지난 6년 동안 80% 이상을 출원했습니다. 이는 미국 및 한국의 모바일 장치 제조업체와 경쟁하기 위해 높은 가치를 지닌 제품을 혁신하고 제안하려는 이들 회사의 열망을 보여줍니다.

지난 10년 동안 포트폴리오의 85% 이상을 채운 다른 최근 신규 기업으로는 소규모 기업인 WiTricity, WiTS, NuCurrent, Energous 및 AMOSENSE가 있습니다. 그들의 활동은 지난 5년 동안 감소했습니다.

• NuCurrent는 가전제품, 웨어러블 기기, 의료 기기, 자동차, 산업 자동화 및 IoT(사물 인터넷) 장치에 적용할 수 있는 자기 유도 및 자기 공명 원리를 기반으로 하는 무선 전력 전송 기술을 개발합니다.
• Energous 는 무선 충전 및 원격 전력 공급 기술 분야의 선도적인 개발업체입니다. WattUp 플랫폼은 스마트폰, 웨어러블, IoT 기기 등 다양한 기기에 대한 무선 주파수(RF) 기반 무선 충전을 가능하게 합니다.
• 아모센스 는 초박형 자기장 차폐시트, 무선전력전송 안테나 모듈 등 무선충전기용 부품을 전문 기술로 개발하는 소재 전문기업이다.
• 와이츠(주) . ㈜삼성전기는 모바일 무선전력전송 사업을 인수해 2019년 4월 설립됐다. 이후 스마트폰용 안테나를 탑재한 무선전송 수신모듈, 무선충전패드용 안테나를 탑재한 무선전송 모듈, NFC 칩 안테나 등을 개발해왔다.

이 표에 있는 다른 유형의 회사를 살펴보면 10년 전에는 활동했지만 더 이상 해당 분야에 관심이 없는 것 같은 유명 기업이 있음을 알 수 있습니다. 이 범주에는 Intel, Qualcomm, Robert Bosch 및 Panasonic과 같은 회사를 배치할 수 있습니다.

Qualcomm의 전략은 살펴보는 것이 흥미롭습니다. 우리 소프트웨어는 특허의 자기 인용이 아닌 횟수와 영향력을 보여줄 수 있기 때문입니다. 예를 들어 Samsung과 Qualcomm 포트폴리오를 비교할 때 이러한 수치는 매우 흥미롭습니다.

이 표를 보면 퀄컴이 보유하고 있는 특허는 삼성전자의 3분의 1에 불과하지만, 비자기인용 건수는 미국 기업이 한국 기업보다 높다. 이는 위의 빨간색으로 표시된 "평균 특허 강도" 열에서 고려되며, 삼성보다 Qualcomm의 특허군 평균 강도가 거의 50% 더 높은 것으로 표시됩니다. 우리는 Qualcomm이 이제 연간 유지 관리 비용이 미화 140만 달러가 넘는 특허를 계속 출원하는 대신 자신의 강점을 활용하고 포트폴리오의 가치를 높이려고 한다고 가정할 수 있습니다.

앞서 언급한 우주 응용 분야를 간략하게 살펴보면 Pr.이 이끄는 California Institute of Technology 팀의 몇 가지 특허가 있습니다. 이 주제에 관해 매우 흥미로운 TED 강연을 한 Ali Hajimiri3. 이번 승인된 특허는 우주 배치를 목표로 하는 대규모 태양광 발전소에 관한 것으로, 생성된 전력은 마이크로파나 빛과 같은 무선 신호를 통해 지구로 전송될 수 있습니다.

무선 에너지 전송에 관한 50,000개 이상의 특허 데이터베이스에는 NASA, RTX, Astrium, Redwire Space 및 사라진 회사 Escape Dynamics와 같은 양수인의 특허 출원을 포함하여 우주 기반 애플리케이션에 초점을 맞춘 80개 특허 계열만 있습니다.

Nicolas Nowak 은 IP 전략 및 혁신 부문 수석 컨설턴트이자 Chemistry 팀 실무 리더입니다. 분석 Chemistry 및 품질 관리 석사 학위와 재료 화학 박사 학위를 보유한 Nicolas는 무기 화학, 프로젝트 관리 및 컨설팅 활동 분야에서 16년 이상의 경험을 보유하고 있습니다. 그 중에서도 Nicolas는 COLAS SA에서 시각화 및 보안 응용 분야를 위한 유리 기반 복합 재료 분야에서 근무했으며 Johnson Matthey에서는 태양 전지 응용 분야용 새로운 유리 및 금속화 은 페이스트 분야의 선임 과학자로 근무했습니다.