随着集成电路技术的飞速发展与日趋成熟,医学植入、无线网络、嵌入式传感器和微系统等研究的不断深入,如何为这些低能耗、工况条件苛刻的器件供电已成为一个关键问题。能量采集技术,能够收集器件周围环境中广泛存在的各种能量并根据某种能量转换方式将其转换成电能,全天候地为各种低功耗的电子器件供电,体积小、工艺简单、可应用于各种恶劣环境,理论上可以无限期使用。与静电和压电的工作方式相比,电磁式能量采集器不需要外加电源,也易于采用微加工技术集成制作。本文即围绕电磁式振动能量采集器开展研究工作,在国内外相关研究工作基础上,发现非线性弹簧具有拓展采集频带宽度的效果。在此基础上提出了宽频的电磁式振动能量采集器的设计思路,通过优化弹簧的平面结构,增加采集器的工作带宽。采用新型MEMS微加工方法制作器件,以求在降低器件加工成本的同时提高器件的输出性能,最后完成对实验样机的全面测试与分析。论文的主要工作如下:首先确定采集器的工作形态与基本结构:由永磁体、平面镍弹簧、双层铜线圈组成,并通过SU-8胶垫片调节弹簧-永磁体与线圈之间的间距。通过研究电磁式振动能量采集器的工作原理,建立电磁式振动能量采集器的简化模型,导出系统的传递函数,继而求解拾振系统在由支承物运动引起的阻尼受迫振动下的响应特性以及电磁能量转换系统的电功率输出。然后讨论采集器拾振系统非线性振动的频率响应特点,以及各个参数包括非线性刚度、缓冲弹簧间隙、激振振幅以及阻尼系数对频响曲线的影响——响应带宽与弹簧非线性的强弱有关;运用ANSYS软件进行非线性静态仿真,并设计出不同形状的平面弹簧,比较同一线性刚度下的非线性特性,为综合提高振动能量采集器输出电压、频率、响应带宽奠定基础。选用NdFeB N-50作为永磁体材料,采用MEMS微加工技术制作铜平面线圈、四种平面镍弹簧和SU-8垫片并完成组装和全面的力学、电学测试。测试结果显示Z型样机具有兼顾幅值与带宽的性能,输出电压的最大峰峰值达到70mV,电压大于30mV的频率段为160Hz-193Hz。本文同时就器件的集成制造方法进行了单元工艺的试验,取得初步的实验成果。