Para melhorar a eficiência de conversão de energia do captador piezoelétrico de um grau de liberdade e ampliar as direções de operação da captura de energia, foi projetado um novo captador piezoelétrico de três graus de liberdade combinando o mecanismo de conversão de energia piezoelétrica, o princípio do captador piezoelétrico multi-graus de liberdade e o princípio da estrutura de amplificação de força. O captador é composto por dois captadores de viga em balanço ortogonais e um captador de modo tração-compressão com amplificação de força. Foi construído um modelo baseado em MATLAB/Simulink para análise de simulação, obtendo-se o impacto dos parâmetros de excitação e dos parâmetros estruturais na resposta dinâmica do sistema. Com base nisso, foi fabricado um protótipo experimental do captador e demonstrou-se experimentalmente que o captador projetado pode efetivamente gerar energia elétrica nas três direções XYZ, além de avaliar a influência dos parâmetros estruturais (distância entre vigas em balanço, massa do bloco e rigidez da mola) no desempenho do captador. Os experimentos mostraram que nas direções X e Y, com resistência de 15 kΩ, a potência de saída foi de 2,924 mW, podendo acender 22 LEDs, e na direção Z, com resistência de 40 kΩ, a potência de saída foi de 4,871 mW, podendo acender 33 LEDs. Os resultados indicam que o captador pode fornecer saída de energia estável em diferentes direções de vibração, demonstrando a viabilidade para alimentar sensores sem fio de baixo consumo. Os resultados da pesquisa oferecem uma orientação teórica para o design de novos captadores piezoelétricos multi-graus de liberdade.

Três graus de liberdade; coleta de energia vibracional; estrutura de amplificação de força; efeito piezoelétrico direto; modo tração-compressão