피에조 전력 발전기의 에너지 변환 효율을 향상시키고 에너지 수집 방향을 확대하기 위해, 피에조 전력 변환 메커니즘, 다자유도 피에조 전력발전기 설계 원리, 힘 증폭 구조 설계 원리를 결합하여 새로운 3자유도 피에조 전력 발전기를 설계하였다. 본 발전기는 두 개의 직교하는 나사형 보 범용 발전기와 힘 증폭 인장-압축 모드 발전기로 구성되어 있다. MATLAB/Simulink 모델링 및 시뮬레이션 분석을 통해 충격 매개 변수와 구조 매개 변수가 시스템의 동적 응답에 미치는 영향을 얻었다. 이를 기반으로 발전기의 실험 프로토타입을 제작하여 설계된 발전기가 XYZ 3방향에서 효과적으로 전기 에너지를 발생시키고 구조 매개 변수(나사 간격, 블록 질량 및 스프링 강성)가 발전기의 성능에 미치는 영향을 확인했다. 실험 결과, X 및 Y 방향에서 15 kΩ 옴 저항에서 출력 전력은 2.924 mW로, 22개의 LED를 점등할 수 있으며, Z 방향에서 40 kΩ 옴 저항에서 출력 전력은 4.871 mW로, 33개의 LED를 점등할 수 있음을 보여주었다. 이러한 결과는 발전기가 다양한 진동 방향에서 안정적인 전기 에너지 출력을 실현할 수 있음을 보여주며, 저전력 무선 센서의 에너지를 지원하기 위한 가능성을 제시한다. 연구 성과는 새로운 다자유도 피에조 전력 발전기의 설계에 대한 이론적 지침을 제공한다.

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