在过去的十年中,振动能量采集技术受到了越来越多的关注。小型电子元器件的低功率化是促进这一研究领域发展的一个动力源,其优势在于不仅可以省去外部电源、降低由于周期性更换电池(组)带来的维护保养费用,还能减少传统电池造成的化学废弃物。振动-电能转换机制一般有三种,分别是磁电式、静电式以及压电式,其中压电式及电磁式相比于静电式俘能装置,俘能效率相对更高,同时不需要外接电源,进而得到了更多关注。本文回顾了压电式振动能量回收装置的研究现状,针对现有微型压电俘能装置共振频率单一、工作带宽范围有限、低频环境下能量采集效率不高的问题,提出并设计了一种新型的磁力调频压电电磁复合俘能装置,并对该俘能装置的发电性能分别从理论建模、仿真分析以及实验三个方面进行研究。首先,根据性能要求设计了一种磁力调频压电-电磁复合俘能装置,并建立该装置的三维模型。基于欧拉-伯努利梁理论和能量法,建立了压电-电磁复合俘能器的集中参数模型。为了达到拓宽复合俘能系统发电频带的目的,引入非线性磁力对系统进行调频,综合磁力模型,建立了磁力调频压电电磁复合俘能器的机电耦合数学模型。其次,对该磁力调频压电-电磁复合俘能装置的机电耦合模型进行求解,得到了系统输出功率频响应曲线,确定了系统的最优负载,证明了磁力调频作用能够拓宽系统的发电频带,并同时分析研究了负载电阻、质量比、固有频率比、机械阻尼比和磁铁中心距对磁力调频压电电磁复合俘能器谐振频率、输出功率的影响规律。然后,应用有限元仿真软件ANSYS workbench以及Ansoft Maxwell对该磁力调频复合俘能装置进行仿真分析。采用顺序耦合的方法,分别对压电部分和电磁部分进行谐响应分析及瞬态响应分析,得到了磁力调频复合俘能装置在单一压电俘能、单一电磁俘能以及压电-电磁复合俘能情况下的输出功率频响曲线。对曲线进行分析结果表明:压电电磁复合俘能的输出功率并不简单的等于单一压电俘能部分和单一电磁俘能部分输出功率的叠加,两者之间确实存在一种耦合,这与理论模型相符。同时也对磁铁中心距等参数对发电性能的影响进行了仿真分析,验证了磁力的引入可以达到调频的目的,与数值计算结果相吻合。最后,搭建了磁力调频压电-电磁复合俘能装置发电性能研究的实验平台。分别从有无磁力调频作用、单一压电俘能、单一电磁俘能、磁力调频复合俘能部分的发电特性进行实验并同时讨论了结构参数对该装置的影响。结果表明,在0.2g的加速度下,以磁铁中心距为36~46mm段为例,磁力调频压电-电磁复合俘能器与未具有磁力调频特征的俘能器相比总共拓宽4Hz频带,证明了磁力调频确实有拓宽发电频带的作用,并且能达到在低频频段工作的目的。另外,相较于单一发电,磁力调频复合俘能装置提高了能量采集效率,并解决了发电频段单一的问题。实验结果、理论建模和仿真分析结果基本吻合,验证了数值分析及仿真分析的准确性。本文基于理论建模、仿真分析及实验,提出并研究了一种宽频、高效、环境适应力强的磁力调频压电-电磁复合俘能装置,为小型电子元器件的振动能量采集提供了理论参考。