能源和社会发展是息息相关的。处理好能源和社会发展的关系,需要通过科学技术的持续升级来提高能源的供给,以保证社会发展的强劲动力。在微能源领域,随着人们对于微电子设备需求的日益增长,微能源的供给问题对于微电子设备的大规模使用提出了新的考验。传统的供能方式借助电池等储能元件能保障大规模微电子设备的正常运行,然而这种方式不符合环保理念且有使用寿命的限制,也不符合微电子设备的小型化、低功耗和长续航的要求。在微电子设备的供能问题日益突出的背景下,基于压电效应的振动能量采集器引起了相关领域的研究者们的大量关注,诸多研究学者提出不同的压电能量采集器解决方案,为微能源的采集和利用提供全新的思路。本课题基于压电能量采集原理,以辅磁旋转梁式压电能量采集器为研究对象,开展实验设计和实验研究,结合有限元仿真计算,分析研究对象的发电特性和振动力学行为,并设计相应的器件。本文的研究对象为辅磁旋转梁式压电能量采集器,将旋转压电悬臂梁与辅助磁体互相结合,借助磁体的磁力激励旋转压电悬臂梁产生振动,研究不同辅磁结构的发电特性,分析不同参数对辅磁旋转压电悬臂梁发电能力的影响,结合参数的影响可对辅磁旋转压电悬臂梁进行结构优化。进行辅磁旋转梁式压电能量采集器的有限元仿真研究,将旋转悬臂梁和旋转磁体的磁力分别进行模拟仿真得到旋转悬臂梁的力学特性和旋转磁体的磁力特性,将旋转磁体的磁力和旋转悬臂梁结合进行辅磁旋转梁式压电能量采集器的仿真研究,得到输出电压的仿真数据,与实验结果进行了对比分析,针对不同应用场景设计相应的器件。论文的主要研究内容分为以下几个部分:(1)依据本文的研究对象,进行实验设计。根据实验要求,拟定实验流程;设计实验专用夹具,进行实验设备选型,搭建实验平台;选定实验材料,设计一系列辅磁旋转压电悬臂梁的实验模型。(2)开展各个实验结构的发电特性实验,研究不同实验结构的输出电压的效果和变化趋势。进行不同物理参数对研究对象的发电特性的影响实验,并进行实验结构优化和分析实验结果。主要进行了磁间距离、末端质量、辅磁数量和梁体长度对于实验模型的发电特性的影响,分析各个参数对实验结果的影响,阐释实验结果。按照实验结果进行结构的优化,确定优化的物理参数。(3)对本文的研究对象进行模拟仿真研究。采取分步递进的思路,对旋转悬臂梁,旋转永磁体和辅磁旋转压电悬臂梁进行仿真。使用COMSOL Multiphysics仿真软件,分别对各部分的结构进行几何建模,合理划分网格,设置对应的材料参数,结合实验和理论进行仿真结果分析,对比仿真结果和实验结果,评价仿真的可信度以及进行误差分析。(4)结合实验结果和仿真结果,进行基于辅磁旋转压电悬臂梁结构的器件设计。对于不同应用场景的使用需求,主要设计了两个器件,分别是应用于户外的交变屈曲式风力压电能量采集器和应用于室内的旋转式自供能无线开关。两种器件的设计都具体参考了本文的辅磁旋转梁式压电能量采集器的发电特性以及力学特性,为能量采集器的器件设计提供了有价值的参考和全新的思路。