环境中广泛存在的低频机械能量是低功耗电子设备的潜在能源之一,但是如何高效地采集这些低频机械能量一直是一项巨大的挑战。为了解决这一问题,本文提出了一种双向旋转式转子结构,旨在构造一种能够高效采集低频机械能量的旋转式俘能器(Rotational Energy Harvester,REH)。该转子结构由转轴、盘状转子、非弹性缆绳和弹性缆绳组成,可以将低频振动或线性往复运动转化为转子的双向旋转运动而无需借助复杂的传动机构。在双向旋转式转子结构的基础上,我们设计了一种双向旋转电磁式俘能器,并且建立了相应的理论模型。该电磁式俘能器具有结构简单、易与实现、适用性强等优点,有望替代传统化学电池,实现自供电的电子设备。通过理论仿真及实验验证,证明了俘能器在低频周期性激励下的高输出性能,在5 Hz的振动激励下,俘能器可产生大约12 m W的输出功率。同时,分析了不同参数变化对俘能器性能的影响,确定了俘能器的优化方向。此外,俘能器还被应用于人体运动能量收集和波浪能收集,并成功驱动一个温湿度计,证明了俘能器可以成为传统化学电池的潜在替代品,实现了俘能器的设计预期。针对双向旋转式转子结构转速较低的缺点,我们提出一种新的转子结构,名为单向旋转式转子结构,该转子结构包括转轴部分和棘轮部分。提出的转子结构可以将低频振动或线性往复运动转换为棘轮的单向旋转运动而无需借助复杂的传动机构,有望实现比双向旋转式转子结构更好的性能。为了验证单向旋转式转子结构的性能,我们设计了对应的单向旋转电磁式俘能器,并且建立了相应的理论模型。通过理论仿真和实验验证测试了俘能器的性能,实验及仿真结果均证明了俘能器在低频激励下具有比双向旋转电磁式俘能器更出色的输出性能,在7 Hz的振动激励下,俘能器可产生7.8V的开路电压和46 m W的输出功率。同时,分析了不同参数变化对俘能器性能的影响,确定了俘能器的优化方向。此外,俘能器还被应用于人体运动和低频振动环境(跑步机)中,并成功驱动了一些低功耗电子设备。实验结果不仅证明了单向旋转式转子结构在采集低频机械能量方面优于双向旋转式转子结构的性能,还证明了单向旋转电磁式俘能器替代传统化学电池的潜力,实现了俘能器的设计预期。本文的研究为高效率采集环境低频机械能量提供了新的思路,证明了从周围低频振动或线性往复运动收集能量来实现自供电电子设备的潜力。