압전 외팔보 진동 에너지 수확 장치의 형상 인자 및 전기-역학 특성 (Shape Factor and Electro-Mechanical Properties of a Cantilevered Piezoelectric Vibration Energy Harvester)

서지정보

· 발행기관 : 대한기계학회
· 수록지 정보 : 대한기계학회논문집 A / 45권 / 10호 / 875 ~ 885페이지
· 저자명 : 김재은

초록

외팔보의 진동 방향에 수직인 면이 끝단으로 갈수록 좁아지는 사다리꼴 형상일 경우, 보 길이 방향의 변형률 분포가 보다 군일해진다는 것은 잘 알려진 사실이다. 이는 압전 진동 에너지 수확 장치의 설계에 있어서도 피로 파손의 신뢰성 측면에서 분명 매우 유리한 구조이다. 그러나 발생 전력량을 고려하면 직사각형에 구조에 비해 항상 유리하지는 않다. 즉, 균일한 변형률 분포가 반드시 압전 외팔보 진동 에너지 수확 장치의 발생 전력량의 증가를 보장하지는 않는다. 본 연구에서는 어떠한 형상 조건에서 변형률의 균일도 및 발생 전력량의 증가를 동시에 얻을 수 있는지에 대해 살펴보았다. 이를 위해 형상인자 값의 변화에 따른 변형률 분포를 살펴본 후 유한요소해석을 이용하여 고유 진동수의 변화 및 전기 출력 특성을 비교하였다.

영어초록

It is well known that strain distributions become more uniform as a cantilever has a trapezoidal shape that narrows toward the free end. In terms of the reliability issues related to fatigue failure, this shape is also obviously favorable for the design of a piezoelectric vibration energy harvester. It should be noted, however, that cantilevered piezoelectric vibration energy harvesters of this shape do not always generate more power than those with rectangular shapes, i.e., more uniform strain distributions do not always guarantee increase in the generated power. This work investigates the conditions related to the shape factor for which increase in the generated power as well as more uniform strain distributions can be attained. To this end, strain distributions, variations in the resonant frequencies, and properties of the electrical outputs are explored and compared either analytically or using finite element analysis.

참고자료

· 없음