As most infrastructure have low natural frequency for vibration, an energy harvester to operate wireless sensors for them should be aimed to low frequency and have high output efficiency. This study proposes the energy harvester with parallel-connected single crystal ceramic for low frequency in order to gain enhanced efficiency. The performance is confirmed by the experiment using the acceleration data of hangers in Yeongjong Bridge.

토목구조물의 유지관리가 중요해짐에 따라 계측 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 현재 대부분 유선계측이 많이 이용되고 있으나, 무선 통신기술의 발전으로 인해 무선 계측 기술도 발전하고 있다. 그러나 접근성이 용이하지 못한 지역에 위치한 토목구조물의 경우에는 주기적인 전력원의 교체가 어렵기 때문에 무선 계측 기술의 적용이 제한되고 있다. 이의 대안으로 기계적 진동을 이용할 수 있는 진동형 압전 에너지 하비스터에 대한 관심이 확대되고 있는데 현재까지 기술로는 무선 계측장비의 전력을 충족시키기에 부족하다. 따라서 기존의 압전 에너지 하비스터보다 우수한 진동형 압전 에너지 하비스터의 제작이 필요한 상황이다. 본 논문에서는 진동을 진동형 에너지 하비스터의 전력 생산 효율을 증가시키기 위해 단결정 세라믹을 이용한 고효율 진동형 에너지 하비스터를 제작하고 실험을 통해 그 성능을 확인하였다.

본 연구에서는 진동-충격 영향을 고려한 비선형 해석을 통하여 스탑퍼의 유/무에 따른 켄틸레버형 압전 에너지 하비스터의 응답 특성을 해석하였다. 실험을 통하여 각 케이스에 따라 발생하는 전력을 측정하여 스탑퍼의 유/무가 압전 에너지 하비스터의 동적 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 본 연구에서 제안한 압전 에너지 하비스터 모델은 1차 모드에서 공진주파수가 9Hz에서 8Hz로 감소했고 에너지 발생 효율은 저항이 800㏀에서 0.42mW가 0.58mW로 향상 되었다. 연구결과를 토대로 스탑퍼는 효율적인 변위제어를 통하여 취성 재료인 압전세라믹의 내구성을 향상 시키고 보호하는 역할을 함을 알 수 있었다.