저주파, 광대역, 고강도 및 대진폭 진동 환경에서 신뢰성을 향상시키기 위해, 피에조 전기 진동 에너지 수확기인 방향 전환 자극식 에너지 수확기를 제안한다. 이 수확기는 진동 수집기와 변환기로 구성된다. 변환기의 진동 방향은 진동 수집기의 진동 방향(환경 진동 방향)에 수직이며, 진동 방향의 전환은 자기력 방향 전환 구조를 통해 이루어진다. 이 전환 구조는 외부 자극의 증가에 따라 응답 진폭이 계속 증가하지 않도록 하여 신뢰성을 높인다. 에너지 수확기의 동적 모델이 구축되었으며, 수치 시뮬레이션과 실험을 통해 관련 매개변수가 출력 특성에 미치는 영향이 얻어졌다. 시뮬레이션 및 실험 결과, 자극 주파수가 20Hz 미만일 때 이 자유도 2개의 시스템은 출력 전압이 피크에 도달하는 2차 공진 주파수를 가진다. 1차는 진동 수집기 공진 주파수이며, 2차는 변환기 공진 주파수이다. 진동 수집기 스프링 길이와 수집 질량이 증가함에 따라 1차 공진 주파수는 상승하고 해당 출력 전압은 거의 변하지 않으며, 2차 공진 주파수는 거의 변하지 않고 해당 출력 전압은 점차 증가하며, 작동 주파수 대역폭은 확장된다. 외부 자극 진폭이 임계값에 도달하면 변환기의 응답 진폭이 효과적으로 제어되어 출력 전압은 더 이상 증가하지 않는다. 최적 부하 저항은 540 kΩ이며, 이 때 최대 출력 전력은 0.4 mW이다. 실제 적용에서는 에너지 수확기의 구조 매개변수를 변경하여 공진 주파수 및 출력 전압을 조절하고 응답 진폭을 안전 영역 내로 제어함으로써 저주파, 광대역, 고강도 및 대진폭 작업 환경에 적응할 수 있다.

피에조전기; 진동 에너지 수확기; 저주파; 방향 전환 자극; 응답 한계