能源在推动人类发展和社会进步方面发挥着重要作用,随着经济发展,人类对能源的需求也越来越大;然而,地球上的化石资源有限且不可再生。能源过度开采和使用导致了很多环境问题,如全球气候变暖、冰川融化、海平面上升等,严重危及人类的生存安全。人们就节能问题进行了大量的研究,环境能量收集作为可持续的节能方式有着广泛适用场景和发展潜力。环境能量收集技术包括电磁式能量收集、静电式能量收集、压电式能量收集、磁致伸缩式能量收集、摩擦发电式能量收集和复合式能量收集等。其中电磁式能量收集技术作为传统的能量收集转换方式集结了工作稳定、输出功率高等特点;摩擦发电能量收集技术由于具有结构简单、可用材料范围广、制作简单、输出电压大等特点而被广泛研究;复合式能量收集技术通过结合其他两种以上能量收集方式更是具有其结合的能量收集方式的优点,因此受到越来越多研究者的关注。本文提出的非线性电磁-摩擦发电复合能量收集装置将电磁发电与摩擦发电相结合,利用较小的装置空间和有限材料获得更多电能。所涉及的工作包括先建立有限元仿真分析模型,从理论分析出发对电磁发电单元进行设计,以便规划出获得较大电能的最佳方案;然后从装置整体结构上进行剖析,以便充分利用电磁发电单元和摩擦发电单元工作原理进行结构的设计;并对装置的受力情况进行分析,以便同时保障能量收集装置具有良好的机械性能。最后根据设计制作出非线性电磁-摩擦发电复合能量收集装置样机并搭建实验台进行实验分析。实验测试得出本装置电磁发电单元在频率20Hz和激励加速度0.8g的条件下电压可达90V以上,电流2m A以上。对装置的应用测试表明,人体踩踏本装置可点亮100只发光二极管。这些结果证明了所设计的电磁-摩擦发电复合能量收集装置的应用可行性和其对环境能量收集使用的有效性。