摘要
単一自由度圧電エネルギーハーベスターのエネルギー変換効率を向上させ、ハーベスト動作方向を拡大するために、圧電エネルギー変換メカニズム、多自由度圧電エネルギーハーベスターの原理、および力増幅構造の原理を組み合わせて新しい三自由度圧電エネルギーハーベスターを設計した。ハーベスターは、相互に直交する2つの片持ち梁型ハーベスターと力増幅の引張圧縮モードハーベスターで構成されている。MATLAB/Simulinkを用いてモデルを構築し、シミュレーション分析を行い、励起パラメータおよび構造パラメータがシステムの動的応答に与える影響を得た。この基礎の上にハーベスターの実験用試作機を作成し、設計したハーベスターがXYZの三方向において有効に電力を出力できること、および構造パラメータ（片持ち梁間隔、質量塊の質量、ばね剛性）がハーベスター性能に及ぼす影響を実験的に検証した。実験ではX、Y方向において抵抗15kΩのとき出力電力2.924mWで22個のLEDを点灯でき、Z方向では抵抗40kΩのとき出力電力4.871mWで33個のLEDを点灯できた。結果は異なる振動方向においてハーベスターが安定した電力出力を実現でき、低消費電力無線センサーへの電源供給の可能性を示した。研究成果は新しい多自由度圧電ハーベスターの設計に一定の理論的指針を提供する。
关键词
三自由度;振動エネルギー収集;力増幅構造;正圧電効果;引張圧縮モード
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