为实现空间各方向振动能量的获取,设计了一种压电悬臂梁式三维振动能量采集器.系统动力学建模以及势函数和非线性磁铁力的分析,揭示了采集器通过双稳或单稳振荡特性而有效获取空间各方向振动能量的机制.仿真模拟和实验测试结果表明,对于一定带宽和强度的随机激励,系统至少存在一个最优的初始磁铁间距,可在两个坐标轴方向同时实现最优机电能量转换,同时保证第三个方向上的次优.对于实际振动环境,确定一个最优的初始磁铁间距,可实现高效的、结构间距无需实时调整的振动能量获取.