随着无线传感网络、便携电子以及可穿戴设备的快速发展,如何长期、稳定地为这些器件供电成为一个亟待解决的问题。目前化学电池是主要的能量供电方式,但是其寿命比较短、储能少,使用过程中需要定期的更换或者周期性充电,而且废旧电池处理不当将造成环境污染。另外对于大规模的无线传感网络来说,无线传感节点数目庞大、分布广泛,为这些节点更换电池和为电池充电是不现实的。振动能量收集器能够将周围环境中的振动能转化为电能为电子器件供能,有望实现长期、稳定地为电子设备供电的可能,正受到国内外学者的广泛关注。本文围绕基于抗磁稳定悬浮的电磁式振动能量收集器开展研究工作,在研究国内外现状的基础上,提出了一种具有多方向俘能特性和宽频响应特性的振动能量收集器的新结构,根据激励方向的不同,建立两套不同的动力学模型,分析了模型的振动特性,研究了抗磁稳定悬浮的静悬浮特性,对振动能量收集器的输出特性进行了分析,制作了实验样机,并测试了该振动能量收集器的输出性能,验证了振动能量收集的实用性。论文的主要工作如下:1.为了使振动能量收集器具有多方向俘能特性和宽频响应特性,设计了一种基于抗磁稳定悬浮的电磁式振动能量收集器新结构,其主要由抗磁稳定悬浮结构、感应线圈以及弹性膜组成,针对竖直方向的激励建立了二阶“弹簧—质量块—阻尼”动力学模型,针对水平方向的激励建立分段线性振动模型,分析了两种动力学模型的振动特性,介绍了感应电压计算方法,讨论了非线性振动能量收集器的优越性。2.提出了采用COMSOL与MATLAB联合仿真技术来计算微弱磁力和抗磁力的方法,通过仿真和实验研究了抗磁稳定悬浮结构的静悬浮特性,发现悬浮磁铁具有单稳态、双稳态以及非对称单稳态等多个稳定悬浮状态,利用田口方法(Taguchi method)分析了结构参数对悬浮磁铁的单稳态最大活动空间和双稳态最大活动空间的影响,分析结果表明悬浮磁铁内径、外径、厚度以及热解石墨板厚度是影响最大活动空间的重要因素。3.对振动能量收集器的结构参数进行了选择,确定了具有单稳态的抗磁稳定悬浮结构作为振动能量收集器的主体结构,利用龙格-库塔法(Runge-Kutta methods)研究了竖直激励状态下悬浮磁铁的运动状态以及激励加速度、热解石墨板间距和提升磁铁对输出电压的影响,测定了悬浮磁铁摆动时阻尼大小,分析了水平激励状态下输出电压解的稳定性,研究了提升磁铁、弹性膜刚度、碰撞间距、激励振幅以及激励加速度对输出电压的影响。4.制作了振动能量收集器的原理样机,设计了弹性膜测试装置,搭建了实验测试平台,完成振动能量收集器的输出性能测试与结果分析,制作了能量管理电路,验证了振动能量收集器的实用性。实验结果表明:本文所提出的振动能量收集器同时具有多方向俘能和宽频响应特性,当沿竖直方向的振动激励加速度为0.04m/s~2时,样机的最大开路电压为21.8mV,工作带宽为0.4Hz;当水平激励振幅为5mm时,系统的工作带宽达到3.2Hz,最大输出电压达到78mV,最大输出功率为56.3μW;当水平振动激励的加速度为3m/s~2时,样机的最大输出电压为44mV,输出功率为18μW,工作带宽达到2Hz。