Zur Verbesserung des Energieumwandlungswirkungsgrads von einachsigen Piezogeneratoren und zur Erweiterung der Arbeitsrichtung wurde ein neuer dreidimensionaler Piezogenerator entworfen, der auf dem Mechanismus der Piezoelektrik, den Prinzipien von mehrachsigen Piezogeneratoren und den Prinzipien der Kraftverstärkungsstruktur basiert. Der Generator besteht aus zwei paarweise orthogonalen Auslegerbalken-Generatoren und einem Zug-Druck-Modus-Generator unter Verwendung des Prinzips der Kraftverstärkung. Durch Modellierung und Analyse in MATLAB/Simulink wurde der Einfluss der Anregungsparameter und der Strukturparameter auf die dynamische Systemantwort ermittelt. Auf dieser Basis wurde ein experimenteller Generatorprototyp hergestellt, und Experimente haben bestätigt, dass der entworfene Generator in der Lage ist, effektiv in den drei Richtungen XYZ elektrische Energie zu erzeugen, und dass die Strukturparameter (Abstand der Ausleger, Blockmasse und Federsteifigkeit) die Leistung des Generators beeinflussen. Experimente zeigten, dass in den Richtungen X und Y bei einem Widerstand von 15 kΩ die Ausgangsleistung 2,924 mW beträgt, was 22 LED-Leuchten zum Leuchten bringen kann, und in der Richtung Z bei einem Widerstand von 40 kΩ die Ausgangsleistung 4,871 mW beträgt, was 33 LED-Leuchten zum Leuchten bringen kann. Die Ergebnisse zeigen, dass der Generator in verschiedenen Vibrationsrichtungen eine stabile elektrische Energieausgabe erzielen kann, was ihn für die Unterstützung von energiesparenden drahtlosen Sensoren geeignet macht. Die Ergebnisse der Studie bieten eine theoretische Richtlinie für das Design neuer mehrachsiger Piezogeneratoren.

three degrees of freedom;vibration energy collection;force amplification structure;positive piezoelectric effect;tension-compression mode