단일 자유도 압전 에너지 포획기의 에너지 변환 효율을 향상시키고 에너지 포획 작동 방향을 확장하기 위해, 압전 에너지 변환 메커니즘, 다자유도 압전 에너지 포획기 원리 및 힘 증폭 구조 원리를 결합하여 새로운 3자유도 압전 에너지 포획기를 설계하였다. 포획기는 서로 직교하는 두 개의 캔틸레버 빔형 포획기와 힘 증폭 인장-압축 모드 포획기로 구성된다. MATLAB/Simulink를 기반으로 모델을 구축하여 시뮬레이션 분석을 수행하였고, 자극 매개변수 및 구조 매개변수가 시스템 동적 응답에 미치는 영향을 얻었다. 이를 바탕으로 포획기의 실험용 시제품을 제작하였으며, 설계된 포획기가 XYZ 세 방향 모두에서 효과적으로 전기를 출력할 수 있음을 실험적으로 검증하고, 구조 매개변수(캔틸레버 간격, 질량 블록 질량 및 스프링 강성)가 포획기 성능에 미치는 영향을 확인하였다. 실험 결과 X, Y 방향에서는 저항이 15kΩ일 때 출력 전력이 2.924mW로 22개의 LED를 점등할 수 있었으며, Z 방향에서는 저항이 40kΩ일 때 출력 전력이 4.871mW로 33개의 LED를 점등할 수 있었다. 결과적으로 서로 다른 진동 방향에서 포획기는 안정적인 전력 출력을 실현할 수 있으며, 저전력 무선 센서를 위한 에너지 공급 가능성을 제공한다. 본 연구 결과는 새로운 다자유도 압전 에너지 포획기 설계에 일정한 이론적 지침을 제공한다.

3자유도; 진동 에너지 수집; 힘 증폭 구조; 정압전 효과; 인장-압축 모드