可穿戴电子设备如智能耳机、智能体温贴、无线手环等极大方便了我们的生活,在未来也具有良好的应用前景。这些设备大都依赖电池供电,需要定期充电。电池的有限容量限制了这些设备更进一步的应用,尤其是在不易获得电源的多日探险中,用户不得不携带沉重的电池组,以确保充足的能量供应。人体在运动的过程中会产生大量的动能。大多数可穿戴设备的功耗都在瓦级甚至毫瓦级,如果我们能够从人体日常活动中获取部分动能,就足以为可穿戴电子设备供电了。本文针对人体日常运动低频、大振幅、随机的特点,提出一种新型的面向人体动能的低频振动电磁俘能器。根据集中参数模型对磁力耦合电磁俘能器进行研究,实验测试和数值仿真都证明俘能器可以有效俘获低频振动能量。在磁力耦合电磁俘能器的基础上进一步研究提出磁力耦合悬浮式电磁俘能器,并根据集中参数模型建立了磁力耦合悬浮式电磁俘能器的机电耦合数学模型。通过改变激振频率、激励加速度以及弹簧刚度,从多个方面分析了俘能器的动力学响应和发电性能。实验结果表明:加速度为0.5g时,磁力耦合电磁俘能器共振频率为10 Hz,最大输出功率可达3.6 mW。在加速度为0.5g时,悬浮式电磁俘能器的共振频率在8.8 Hz左右,最大输出功率约5.2 mW。弹簧刚度增大,俘能器共振频率增加但输出减小。对俘能器进行人体手持、腿部和背包激励实验。磁力耦合电磁俘能器进行手持激励实验时,步行和跑步两种状态分别可以获得最大0.42 V和0.86 V的瞬时电压。同等条件下磁力耦合悬浮式电磁俘能器步行和跑步分别可以获得最大1.2 V和2.6 V的瞬时电压。将俘能器安装在腿部,测试不同安装方式、运动状态的输出。俘能器垂直于腿安装比平行与腿安装更易于俘获腿部摆动能量。跑步状态与行走状态相比,俘能器在跑步状态下输出更高。将磁力耦合电磁俘能器平行于腿安装时,步行和跑步分别可以获得最大0.4 V和0.78 V的瞬时电压。将磁力耦合电磁俘能器垂直于腿安装时,步行和跑步分别可以获得最大0.42 V和0.8 V的瞬时电压。与磁力耦合电磁俘能器相比,在相同条件下磁力耦合悬浮式电磁俘能器的输出在平行与腿安装时提高100%,垂直与腿安装时提高200%。将俘能器安装在背包中,以7 km/h的运动速度运动时,磁力耦合电磁俘能器最大可获得1 mW的输出功率,磁力耦合悬浮式电磁俘能器最大可获得2.1 mW的输出功率。