风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船

摘要

本发明涉及一种风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船，主要包括：光伏与压电复合发电型风帆、驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线螺旋式风帆绳、波浪驱动式微纳米摩擦发电器；在风力较小时采用光电驱动航行模式，首先将自采集能量转换为电能，驱动电动机通过联动机构带动涡轮推进桨工作；在风力较大时采用风力驱动航行模式；本机帆船能够自采集来自太阳光能量、风力驱动航行能量、风力振动能量、机帆船航行振动能量、机帆船航行时波浪拍打造成的微纳米摩擦能量，并能够将自采集的多种能量转换为发电电能，还能够克服传统机帆船采用柴油机作为动力时对环境造成的空气污染问题。

权利要求

1.一种风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船，其特征在于：包括：光伏与压电复合发电型风帆、驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线螺旋式风帆绳、波浪驱动式微纳米摩擦发电器、风帆主杆、机帆船体；所述光伏与压电复合发电型风帆由多个光伏与压电复合发电型风帆单元有序排列构成；所述光伏与压电复合发电型风帆朝向太阳光或迎风方向设置；所述光伏与压电复合发电型风帆单元，包括：一个或多个压电发电器复合风帆弹性框角、太阳光伏电池复合风帆单元、风帆框杆；所述太阳光伏电池复合风帆单元固定装配在由压电发电器复合风帆弹性框角与风帆框杆共同构成的框架内；所述光伏与压电复合发电型风帆，通过驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线螺旋式风帆绳固定装配在风帆主杆与机帆船体上；所述风帆主杆的下端固定装配在机帆船体上靠近中部的位置；

所述波浪驱动式微纳米摩擦发电器固定装配在机帆船体外的两个侧面，并靠近机帆船体头部两边的迎波浪位置；

所述压电发电器复合风帆弹性框角，包括：外侧压电发电器、内侧压电发电器、风帆框角弹性金属基片、连接件、风帆刚性金属框架板；所述外侧压电发电器装配在风帆框角弹性金属基片的外表面；所述内侧压电发电器装配在风帆框角弹性金属基片的内表面；所述风帆框角弹性金属基片的两端分别通过连接件与风帆刚性金属框架板相连接；所述外侧压电发电器包括：第一内电极层、第一外电极层、第一压电薄膜层、第一外保护层；所述第一内电极层的一面通过绝缘粘性胶体与风帆框角弹性金属基片的一面相连接；所述第一内电极层的另一面与第一压电薄膜层的一面相连接；所述第一压电薄膜层的另一面与第一外电极层的一面相连接；所述第一外电极层的另一面与第一外保护层相连接；所述内侧压电发电器包括：第二内电极层、第二外电极层、第二压电薄膜层、第二外保护层；所述第二内电极层的一面通过绝缘粘性胶体与风帆框角弹性金属基片的另一面相连接；所述第二内电极层的另一面与第二压电薄膜层的一面相连接；所述第二压电薄膜层的另一面与第二外电极层的一面相连接；所述第二外电极层的另一面与第二外保护层相连接；所述风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船还包括蓄电池及电路；所述第一内电极层、第一外电极层、第二内电极层和第二外电极层均通过电路与蓄电池相连接；

所述驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线螺旋式风帆绳采用两根或多根驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线通过螺旋绞合制成；所述驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线，包括：柔性整流器件、微纳米多孔纤维驻极体、微纳米图案弹性间隔层、上电极层、上电极层引出电极、下电极与集流体公共层、下电极与集流体公共层引出电极、绝缘棉层、三层石墨烯/棉布复合织物层、隔膜层、集流体芯、集流体芯引出电极；所述集流体芯与集流体芯引出电极相连接；第一层已浸入电解质的石墨烯/棉布复合织物层位于集流体芯的外层；所述隔膜层位于第一层已浸入电解质的石墨烯/棉布复合织物层的外层；第二层已浸入电解质的石墨烯/棉布复合织物层位于隔膜层的外层；所述下电极与集流体公共层位于第二层已浸入电解质的石墨烯/棉布复合织物层的外层；所述下电极与集流体公共层与下电极与集流体公共层引出电极相连接；所述微纳米图案弹性间隔层位于下电极与集流体公共层的外层；所述微纳米多孔纤维驻极体层位于微纳米图案弹性间隔层的外层；所述上电极层位于微纳米多孔纤维驻极体层的外层；所述微纳米多孔纤维驻极体与上电极层紧密相连接；所述上电极层与上电极层引出电极相连接；第三层石墨烯/棉布复合织物层位于上电极层的外层；所述绝缘棉层位于第三层石墨烯/棉布复合织物层的外层。

2.根据权利要求1所述的风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船，其特征在于：所述太阳光伏电池复合风帆单元，包括：太阳光伏电池层、太阳光吸收层、风帆单元层；

所述太阳光吸收层的一面与太阳光伏电池层的一面相连接；所述太阳光伏电池层的另一面与风帆单元层一面相连接；所述太阳光伏电池层的两个电极通过电路与蓄电池相连接。

3.根据权利要求1所述的风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船，其特征在于，所述微纳米多孔纤维驻极体采用聚丙烯或聚丙烯共聚物微纳米纤维多孔膜驻极体、聚碳酸酯微纳米纤维多孔膜驻极体、氯化聚氯乙烯微纳米纤维多孔膜驻极体、聚四氟乙烯微纳米纤维多孔膜驻极体、含氟聚合物微纳米纤维多孔膜驻极体、聚酯微纳米纤维多孔膜驻极体、聚苯乙烯微纳米纤维多孔膜驻极体、聚偏氟乙烯微纳米纤维多孔膜驻极体、聚二甲基硅氧烷微纳米纤维多孔膜驻极体、聚酰亚胺微纳米纤维多孔膜驻极体、氟化乙丙烯共聚物微纳米纤维多孔膜驻极体、聚乙烯微纳米纤维多孔膜驻极体、聚乳酸微纳米纤维多孔膜驻极体、有机/无机复合微纳米纤维多孔膜驻极体、核壳结构复合材料微纳米纤维多孔膜驻极体中的任一种；所述下电极与集流体公共层、上电极层、集流体芯采用的材料为三维石墨烯、石墨烯/棉布复合织物、石墨烯/纤维素纤维复合织物、碳纳米管/棉布复合织物、碳纳米管/纤维素纤维复合织物、泡沫镍、泡沫铜、泡沫铝、泡沫金、泡沫银中的任一种。

4.根据权利要求1所述的风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船，其特征在于，所述波浪驱动式微纳米摩擦发电器，包括：内微纳米摩擦材料层、外微纳米摩擦材料层、第三内电极层、第三外电极层、内弹性支撑板、外弹性支撑板、内刚性连接件、外弹性连接件、固定件；所述内弹性支撑板的一面与机帆船体的一侧面相连接；所述内弹性支撑板的另一面与第三内电极层的一侧面相连接；所述第三内电极层的另一侧面与内微纳米摩擦材料层的一面相连接；所述内微纳米摩擦材料层的两端分别通过内刚性连接件与固定件相连接；所述内微纳米摩擦材料层的另一面与外微纳米摩擦材料层的一面相对应；所述外微纳米摩擦材料层的另一面与第三外电极层的一面相连接；所述第三外电极层的另一面与外弹性支撑板相连接；所述外微纳米摩擦材料层的两端分别通过外弹性连接件与固定件相连接；所述第三内电极层和第三外电极层通过电路与蓄电池相连接。

5.根据权利要求4所述的风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船，其特征在于，所述内微纳米摩擦材料层和外微纳米摩擦材料层采用的材料分别为两种不相同的高分子聚合物材料；两种不相同的高分子聚合物材料分别带上等量的异种电荷；所述高分子聚合物材料的表面进行微纳米结构化处理；所述微纳米结构化处理的方式为：在高分子聚合物材料的表面采用下列方法之一进行处理：干法蚀刻、湿法刻蚀、光刻蚀、电感耦合等离子体反应离子刻蚀、组装微纳米线阵列或微纳米棒阵列。

6.根据权利要求4所述的风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船，其特征在于，所述内微纳米摩擦材料层和外微纳米摩擦材料层采用的材料分别为高分子聚合物材料和金属材料；所述高分子聚合物材料和金属材料分别带上等量的异种电荷；所述高分子聚合物材料和金属材料的表面进行微纳米结构化处理；所述微纳米结构化处理的方式为：在高分子聚合物材料或金属材料的表面采用下列方法之一进行处理：干法蚀刻、湿法刻蚀、光刻蚀、电感耦合等离子体反应离子刻蚀、组装微纳米线阵列或微纳米棒阵列。

7.根据权利要求1所述的风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船，其特征在于，所述风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船，还包括：尾舵、推进器、推进器舱、智能控制器及设备、智能控制器及设备舱、蓄电池及电路舱、机帆船甲板、人员室、遮阳棚、风力传感器；所述尾舵装配在机帆船体的尾部下方，并与推进器相连接；所述推进器装配在推进器舱；所述推进器舱设置在机帆船体上靠近尾部的位置；所述推进器，包括：电动机及联动机构、涡轮推进桨；所述电动机及联动机构与涡轮推进桨相连接；所述智能控制器，包括：电脑处理器、数据存储器、数据接收器、数据发送器；所述智能控制器及设备装配在智能控制器及设备舱；所述智能控制器及设备舱设置在推进器舱旁；所述蓄电池及电路装配在蓄电池及电路舱内；所述蓄电池及电路舱靠近智能控制器及设备舱旁；所述机帆船甲板位于机帆船体的上部；所述遮阳棚设置在机帆船甲板的上方靠前端；所述人员室在设置机帆船甲板的上方靠后端；所述风力传感器装配在风帆主杆的顶端；所述风帆主杆固定装配在机帆船体的中部；所述风帆主杆包括：可折叠伸展机构、风帆杆、微电动机及控制电路；所述微电动机及控制电路与可折叠伸展机构相连接；所述可折叠伸展机构与风帆杆相连接。

8.根据权利要求7所述的风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船，其特征在于，所述机帆船甲板的表面、人员室的顶部和遮阳棚的顶部均装配太阳光伏电池板；所述太阳光伏电池板将太阳能光伏发电的电能通过电路及整流器件传送给蓄电池存储备用；所述光伏与压电复合发电型风帆、驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线螺旋式风帆绳、波浪驱动式微纳米摩擦发电器、太阳光伏电池板、电动机、微电动机、蓄电池及电路、可折叠伸展机构、风力传感器、尾舵、推进器，均分别与智能控制器相连接；所述蓄电池通过电路分别与光伏与压电复合发电型风帆、驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线螺旋式风帆绳、波浪驱动式微纳米摩擦发电器、太阳光伏电池板、电动机、微电动机、可折叠伸展机构、尾舵、推进器和风力传感器相连接，并提供工作电能。

说明书

风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船

技术领域

[0001] 本发明涉及机帆船应用领域，尤其涉及一种风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船。

背景技术

[0002] 机帆船，顾名思义就是带有发动机的帆船，它是通过人们在帆船上加装发动机改进而来的，不仅保留了帆船的风帆，而且增加了柴油或汽油发动机，从而实现两种动力系统
并存的效果。机帆船在顺风时可以使用风力作为推动力，逆风时则可以依靠发动机推进，这
就突破了帆船必须依赖风力行驶的障碍，使航海的时间选择不再完全受制于季节和天气的
影响，其结果是大大提升了海上航行或渔业作业的效率。

[0003] 机帆船与帆船相比具有以下特征：从形态上看，机帆船与帆船一开始并没有区别，也分为单桅机帆船、双桅机帆船和多桅机帆船，但是在使用过程中，机帆船发生了一定的变
化；从动力上看，早期的机帆船主要以风力为主，船用柴油机动力为辅，后来随着发动机的
发展和柴油供应的增加，机帆船的马力和吨位也不断增大，人们掌控发动机航行的能力越
来越强，机帆船上的风帆动力逐渐处于辅助地位；虽然，人们采用发动机增加了机帆船的机
动能力与航行能力，但发动机需要消耗大量不可再生的柴油，并会对环境也造成较严重的
污染；人们逐渐认识到：在机帆船航行过程中更多地采用风力，是能够节省大量柴油的有效
办法之一，也能够有利于环境；于是，开始恢复与发展机帆船的制造与生产，是当代人们在
水上航行的重要途径之一。

[0004] 在机帆船的进一步发展过程中，也存在着一些技术问题，如：如何进一步改进与提高机帆船的动力结构，如何在机帆船的航行过程中进一步避免对环境造成污染，如何充分
采集利用可再生的绿色能源，这些问题有待人们去解决。

发明内容

[0005] 针对当前机帆船发展过程中存在的系列技术问题，本发明提供一种风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船。

[0006] 一种风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船，采用风力驱动与光电驱动相结合，构成混合动力驱动航行多模式系统；所述多模式驱动系统，包括：光电驱动航行模
式、风力驱动航行模式；所述风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船，主要包括：
光伏与压电复合发电型风帆、驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线螺旋式风帆
绳、波浪驱动式微纳米摩擦发电器、风帆主杆、机帆船体；所述光伏与压电复合发电型风帆
由多个光伏与压电复合发电型风帆单元有序排列构成；所述光伏与压电复合发电型风帆朝
向太阳光或迎风方向设置；所述光伏与压电复合发电型风帆单元，包括：一个或多个压电发
电器复合风帆弹性框角、太阳光伏电池复合风帆单元、风帆框杆；所述太阳光伏电池复合风
帆单元固定装配在由压电发电器复合风帆弹性框角与风帆框杆共同构成的框架内；所述光
伏与压电复合发电型风帆，通过驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线螺旋式风帆
绳固定装配在风帆主杆与机帆船体上；所述风帆主杆的下端固定装配在机帆船体上靠近中
部的位置；所述波浪驱动式微纳米摩擦发电器固定装配在机帆船体外的两个侧面，并靠近
机帆船体头部两边的迎波浪位置。

[0007] 上述方案中，所述压电发电器复合风帆弹性框角，包括：外侧压电发电器、内侧压电发电器、风帆框角弹性金属基片、连接件、风帆刚性金属框架板；所述外侧压电发电器装
配在风帆框角弹性金属基片的外表面；所述内侧压电发电器装配在风帆框角弹性金属基片
的内表面；所述风帆框角弹性金属基片的两端分别通过连接件与风帆刚性金属框架板相连
接；所述外侧压电发电器包括：第一内电极层、第一外电极层、第一压电薄膜层、第一外保护
层；所述第一内电极层的一面通过绝缘粘性胶体与风帆框角弹性金属基片的一面相连接；
所述第一内电极层的另一面与第一压电薄膜层的一面相连接；所述第一压电薄膜层的另一
面与第一外电极层的一面相连接；所述第一外电极层的另一面与第一外保护层相连接；所
述内侧压电发电器包括：第二内电极层、第二外电极层、第二压电薄膜层、第二外保护层；所
述第二内电极层的一面通过绝缘粘性胶体与风帆框角弹性金属基片的另一面相连接；所述
第二内电极层的另一面与第二压电薄膜层的一面相连接；所述第二压电薄膜层的另一面与
第二外电极层的一面相连接；所述第二外电极层的另一面与第二外保护层相连接；所述风
光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船还包括蓄电池及电路；所述第一内电极层、
第一外电极层、第二内电极层和第二外电极层通过电路均与蓄电池相连接；所述太阳光伏
电池复合风帆单元，包括：太阳光伏电池层、太阳光吸收层、风帆单元层；所述太阳光吸收层
的一面与太阳光伏电池层的一面相连接；所述太阳光伏电池层的另一面与风帆单元层一面
相连接；所述太阳光伏电池层的两个电极通过电路与蓄电池相连接。

[0008] 上述方案中，所述驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线螺旋式风帆绳采用两根或多根驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线通过螺旋绞合制成；所述驻极
体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线，包括：柔性整流器件、微纳米多孔纤维驻极体、
微纳米图案弹性间隔层、上电极层、上电极层引出电极、下电极与集流体公共层、下电极与
集流体公共层引出电极、绝缘棉层、三层石墨烯/棉布复合织物层、隔膜层、集流体芯、集流
体芯引出电极；所述微纳米多孔纤维驻极体、微纳米图案弹性间隔层、上电极层、上电极层
引出电极、下电极与集流体公共层、下电极与集流体公共层引出电极、绝缘棉层、两层石墨
烯/棉布复合织物层构成驻极体自发电部分；所述下电极与集流体公共层、一层石墨烯/棉
布复合织物层、隔膜层、集流体芯、集流体芯引出电极构成石墨烯超级电容储能部分；所述
驻极体自发电部分与石墨烯超级电容储能部分通过下电极与集流体公共层紧密相连接；所
述驻极体自发电部分的上电极层引出电极和下电极与集流体公共层引出电极，通过柔性整
流器件与石墨烯超级电容储能部分的集流体芯引出电极相连接，并构成整流电路；所述驻
极体自发电部分、石墨烯超级电容储能部分和柔性整流器件，共同构成驻极体自发电与超
级电容储能复合石墨烯棉线的一体化结构，并通过柔性整流器件能够对石墨烯超级电容存
储自发电电能。

[0009] 上述方案中，所述集流体芯与集流体芯引出电极相连接；第一层已浸入电解质的石墨烯/棉布复合织物层位于集流体芯的外层；所述隔膜层位于第一层已浸入电解质的石
墨烯/棉布复合织物层的外层；第二层已浸入电解质的石墨烯/棉布复合织物层位于隔膜层
的外层；所述下电极与集流体公共层位于第二层已浸入电解质的石墨烯/棉布复合织物层
的外层；所述下电极与集流体公共层与下电极与集流体公共层引出电极相连接；所述微纳
米图案弹性间隔层位于下电极与集流体公共层的外层；所述微纳米多孔纤维驻极体层位于
微纳米图案弹性间隔层的外层；所述上电极层位于微纳米多孔纤维驻极体层的外层；所述
微纳米多孔纤维驻极体与上电极层紧密相连接；所述上电极层与上电极层引出电极相连
接；第三层石墨烯/棉布复合织物层位于上电极层的外层；所述绝缘棉层位于第三层石墨
烯/棉布复合织物层的外层。

[0010] 上述方案中，所述微纳米多孔纤维驻极体采用聚丙烯或聚丙烯共聚物微纳米纤维多孔膜驻极体、聚碳酸酯微纳米纤维多孔膜驻极体(或掺入电气石粉)、氯化聚氯乙烯
(CPVC)微纳米纤维多孔膜驻极体、聚四氟乙烯(PTFE)微纳米纤维多孔膜驻极体、含氟聚合
物(CYTOP)微纳米纤维多孔膜驻极体、聚酯(PET)微纳米纤维多孔膜驻极体、聚苯乙烯微纳
米纤维多孔膜驻极体、聚偏氟乙烯(PVDF)微纳米纤维多孔膜驻极体、聚二甲基硅氧烷
(PDMS)微纳米纤维多孔膜驻极体、聚酰亚胺(PI)微纳米纤维多孔膜驻极体、氟化乙丙烯共
聚物(FEP)微纳米纤维多孔膜驻极体、聚乙烯(PE)微纳米纤维多孔膜驻极体、聚乳酸微纳米
纤维多孔膜驻极体、有机/无机复合微纳米纤维多孔膜驻极体、核壳结构复合材料微纳米纤
维多孔膜驻极体中的任一种；所述下电极与集流体公共层、上电极层、集流体芯采用的材料
为三维石墨烯、石墨烯/棉布复合织物、石墨烯/纤维素纤维复合织物、碳纳米管/棉布复合
织物、碳纳米管/纤维素纤维复合织物、泡沫镍、泡沫铜、泡沫铝、泡沫金、泡沫银中的任一
种；所述三维石墨烯采用三维多孔石墨烯骨架、三维多孔氧化石墨烯组装体、三维多孔石墨
烯复合材料、三维多孔石墨烯海绵、三维多孔石墨烯水凝胶、三维多孔石墨烯气凝胶、三维
多孔石墨烯泡沫中的任一种。

[0011] 上述方案中，所述波浪驱动式微纳米摩擦发电器，包括：内微纳米摩擦材料层、外微纳米摩擦材料层、第三内电极层、第三外电极层、内弹性支撑板、外弹性支撑板、内刚性连
接件、外弹性连接件、固定件；所述内弹性支撑板的一面与机帆船体的一侧面相连接；所述
内弹性支撑板的另一面与第三内电极层的一侧面相连接；所述第三内电极层的另一侧面与
内微纳米摩擦材料层的一面相连接；所述内微纳米摩擦材料层的两端分别通过内刚性连接
件与固定件相连接；所述内微纳米摩擦材料层的另一面与外微纳米摩擦材料层的一面相对
应，并保持一定的微小距离；所述外微纳米摩擦材料层的另一面与第三外电极层的一面相
连接；所述第三外电极层的另一面与外弹性支撑板相连接；所述外微纳米摩擦材料层的两
端分别通过外弹性连接件与固定件相连接；所述第三内电极层和第三外电极层通过电路与
蓄电池相连接。

[0012] 上述方案中，所述内微纳米摩擦材料层和外微纳米摩擦材料层采用的材料分别为两种不相同的高分子聚合物材料,或分别为高分子聚合物材料和金属材料；两种不相同的
高分子聚合物材料或高分子聚合物材料/金属材料，分别带上等量的异种电荷；所述高分子
聚合物材料或金属材料的表面进行微纳米结构化处理；所述微纳米结构化处理的方式为：
在高分子聚合物材料或金属材料的表面采用下列方法之一进行处理：干法蚀刻、湿法刻蚀、
光刻蚀、电感耦合等离子体反应离子刻蚀、组装微纳米线阵列或微纳米棒阵列。

[0013] 上述方案中，所述的风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船，还包括：尾舵、推进器、推进器舱、智能控制器及设备、智能控制器及设备舱、蓄电池及电路舱、机帆船
甲板、人员室、遮阳棚、风力传感器；所述尾舵装配在机帆船体的尾部下方，并与推进器相连
接；所述推进器装配在推进器舱；所述推进器舱设置在机帆船体上靠近尾部的位置；所述推
进器，包括：电动机及联动机构、涡轮推进桨；所述电动机及联动机构与涡轮推进桨相连接；
所述智能控制器，包括：电脑处理器、数据存储器、数据接收器、数据发送器；所述智能控制
器及设备装配在智能控制器及设备舱；所述智能控制器及设备舱设置在推进器舱旁；所述
蓄电池及电路装配在蓄电池及电路舱内；所述蓄电池及电路舱靠近智能控制器及设备舱
旁；所述机帆船甲板位于机帆船体的上部；所述遮阳棚设置在机帆船甲板的上方靠前端；所
述人员室设置在机帆船甲板的上方靠后端；所述风力传感器装配在风帆主杆的顶端；所述
风帆主杆固定装配在机帆船中部；所述风帆主杆，包括：可折叠伸展机构、风帆杆、微电动机
及控制电路；所述微电动机及控制电路与可折叠伸展机构相连接；所述可折叠伸展机构与
风帆杆相连接。

[0014] 上述方案中，所述机帆船甲板的表面、人员室的顶部和遮阳棚的顶部均装配太阳光伏电池板；所述太阳光伏电池板将太阳能光伏发电的电能通过电路及整流器件传送给蓄
电池存储备用；所述光伏与压电复合发电型风帆、驻极体自发电与超级电容储能复合石墨
烯棉线螺旋式风帆绳、波浪驱动式微纳米摩擦发电器、太阳光伏电池板、电动机、微电动机、
蓄电池及电路、可折叠伸展机构、风力传感器、尾舵、推进器，均分别与智能控制器相连接；
所述蓄电池通过电路分别与光伏与压电复合发电型风帆、驻极体自发电与超级电容储能复
合石墨烯棉线螺旋式风帆绳、波浪驱动式微纳米摩擦发电器、装配的太阳光伏电池板、电动
机、微电动机、可折叠伸展机构、尾舵、推进器和风力传感器相连接，并提供工作电能。

[0015] 上述方案中，所述风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船在水中航行推进工作的混合动力驱动多模式系统，包括：光电驱动航行模式、风力驱动航行模式；所述光
电驱动航行模式为：首先光伏与压电复合发电风帆以及在机帆船上安装的太阳光伏电池
板，将自采集太阳光能量和振动压电能量转换为电能，并存入蓄电池；在智能控制器的指令
下，蓄电池通过电路向电动机供电，电动机通过联动机构带动涡轮推进桨工作；所述风力驱
动航行模式为：智能控制器根据风力传感器发来的有关风力与风向数据信息，通过运算处
理，指令风帆主杆中的微电动机及控制电路与可折叠伸展机构带动风帆杆进行迎风或朝向
太阳光方向展开，利用太阳光进行光伏发电或利用风力振动发电，并在风力驱动下推进机
帆船在水中航行。上述方案中，所述的太阳光伏电池板采用：柔性有机薄膜太阳能电池、柔
性非晶硅薄膜太阳电池、染料敏化纳米晶太阳电池、硅基薄膜太阳电池、叠层量子点太阳电
池、胶体量子点电池、聚合物太阳电池、无机‑有机杂化太阳能电池、聚光型太阳能电池或微
纳米阵列陷光结构型太阳电池中的任一种；所述叠层量子点太阳电池采用多结叠层太阳电
池、多带隙叠层太阳电池、量子点叠层太阳电池中的任一种；所述硅基薄膜太阳电池包括：
叠层非晶硅/微晶硅叠层电池组件；所述微纳米阵列陷光结构型太阳电池的表面具有微纳
米材料阵列结构，并具有减反射陷光功能。

[0016] 上述方案中，所述第一压电薄膜层和第二压电薄膜层采用的材料为聚偏氟乙稀(PVDF)、PZT压电薄膜、氧化锌(ZnO)薄膜、碳化铝(AlN)薄膜、钛酸钡、锆钛酸铅、铌酸盐钙钛
矿、含铋钙钛矿、钛锆酸铅镧、钛酸铅、铌锌锆钛酸铅、铌锑、铌镁酸铅、铌钴酸铅、LiNbO3、
LiTaO3、纳米压电材料或压电复合材料中的任一种。上述方案中，所述内弹性支撑板、外弹
性支撑板、外弹性连接件采用的材料为高可拉伸全碳气凝胶弹性体层、PDMS弹性体层、胶带
弹性层或导电双面胶带弹性层、强力弹性橡胶、高密度海绵、强力弹簧、弹力有机高分子材
料、硅胶、合成弹力材料或弹力复合材料中的任一种。上述方案中，所述第一内电极层、第一
外电极层、第二内电极层、第二外电极层、第三内电极层、第三外电极层采用的材料为Pt/Cr
金属、Pt/Ti金属、铝金属、铜金属、金或银中的任一种或几种。

[0017] 本发明提供的一种风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船的工作过程如下：

[0018] 智能控制器发出风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船准备航行的指令，风力传感器将风速与风向的检测数据信息传送给智能控制器；智能控制器指令风光电
混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船选择风力驱动航行模式；智能控制器通过控制电
路向风帆主杆的可折叠伸展机构发出工作指令，蓄电池或者超级电容向微电动机提供工作
电能；微电动机带动可折叠伸展机构及风帆杆迎风或迎太阳光伸展开来；光伏与压电复合
发电型风帆开始工作；在风力驱动下，压电发电器复合风帆弹性框角开始工作；由于刮过来
的风对压电发电器复合风帆弹性框角产生力的作用，促使风帆框角弹性金属基片不断地产
生弹性形变，促使压电发电器复合风帆弹性框角也不断地产生微小形变，促使第一压电薄
膜层与第二压电薄膜层也不断地产生形变，则产生压电发电效应，通过第一内电极层、第二
内电极层、第一外电极层和第二外电极层将压电发电的电能传输给蓄电池存储备用。在太
阳光的辐照下，多个光伏与压电复合发电型风帆单元中的太阳光伏电池层进行光伏发电效
应，其发电电能通过太阳光伏电池层两个电极传输给蓄电池存储备用。

[0019] 在风力驱动作用下，驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线螺旋式风帆绳开始工作；由于驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线螺旋式风帆绳的两端分别被
固定在风帆主杆的顶端与机帆船甲板上，在风力作用下光伏与压电复合发电型风帆被一阵
阵风力鼓起，驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线螺旋式风帆绳的两端拉住整个
光伏与压电复合发电型风帆，但在一阵阵风力作用下会产生大的振动力，带动驻极体自发
电与超级电容储能复合石墨烯棉线螺旋式风帆绳不断地振动；由于驻极体自发电与超级电
容储能复合石墨烯棉线螺旋式风帆绳是采用双股或多股驻极体自发电与超级电容储能复
合石墨烯棉线绞合方式构成，在相互绞合编织、相互缠绕的驻极体自发电与超级电容储能
复合石墨烯棉线中，形成了一个具有螺旋结构的驻极体自发电器件；在风力作用下，缠绕圈
数及两条复合石墨烯棉线之间的间距被迫跟随产生不断地变化，因此形成了系列拱形柔性
驻极体发电机结构；当风力作用时，当驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线螺旋
式风帆绳受到风力作用的按压和抖动过程时，在微纳米图案弹性间隔层协同作用下，则会
导致驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线中微纳米多孔纤维驻极体与下电极与
集流体公共层的空气间隙厚度发生变化，从而导致上电极层和下电极与集流体公共层中的
感应电荷重新分布，两电极间的电势平衡遭到破坏，诱导电子在外部电路中来回流动，通过
柔性整流器件将风力振动产生的机械能转化成电能，并能够将驻极体自发电部分产生的发
电电能存储在石墨烯超级电容储能部分中。由于采用了微纳米多孔纤维驻极体结构，孔洞
中表面积较大，存储电荷能力及储电稳定性增强，因此驻极体自发电与超级电容储能复合
石墨烯棉线螺旋式风帆绳的采集风力自发电效率与储电能力都显著提高；由于采用了石墨
烯材料，提高了驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线螺旋式风帆绳的强度与韧
性。

[0020] 在风力驱动下，风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船在水中航行，水中的波浪不断地拍打装配在风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船两侧面装配
的波浪驱动式微纳米摩擦发电器；由于波浪驱动式微纳米摩擦发电器采用由内微纳米摩擦
材料层、外微纳米摩擦材料层、内电极层、外电极层、内弹性支撑板、外弹性支撑板、内刚性
连接件、外弹性连接件、固定件构成的结构；在波浪驱动下，内微纳米摩擦材料层和外微纳
米摩擦材料层共同构成垂直接触‑分离摩擦以及非对称弹性移动微纳米摩擦发电模式；在
电介质‑电介质材料结构中，由两种不同的介电材料作为摩擦接触面；当两种电介质摩擦材
料由于外波浪力作用相互接触时，会在摩擦接触表面形成符号相反的表面电荷，当外波浪
冲击力或振动力撤销时，摩擦接触表面在间隔弹性层作用下实现分离，两个碳纳米管纤维
束电极之间通过整流电路外接负载电阻上时，会由于电极间的感应电势差形成电流。当在
外波浪冲击力或振动力作用下，导致两个摩擦面再次接触时，由摩擦电荷形成的电势差消
失，形成方向相反的电流。波浪驱动式微纳米摩擦发电器构成的垂直接触‑分离摩擦以及非
对称弹性移动微纳米摩擦发电模式，可以用来有效地采集并转换波浪冲击力或振动力带来
的能量，并将此能量转换为电能；波浪驱动式微纳米摩擦发电器通过第三内电极层和第三
外电极层，将采集波浪能量发电电能传输给蓄电池存储备用。

[0021] 风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船在水中航行或在停泊时，由于太阳光辐照的影响，在风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船的机帆船甲板的表
面、人员室的顶部和遮阳棚的顶部装配的太阳光伏电池板，能够将太阳能光伏发电的电能
通过电路及整流器件传送给蓄电池存储备用。

[0022] 当智能控制器发出风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船准备航行指令，风力传感器将风速与风向的检测数据信息传送给智能控制器；智能控制器通过数据信
息处理，发现风力过小，还不能够足以驱动风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆
船在水中航行，指令风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船选择光电驱动航行模
式；蓄电池将已经存储的光伏发电电能通过电路，向电动机输送电能，电动机进行旋转并通
过联动机构带动推进器与尾舵进行工作；风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船
在光电驱动模式下，在水中进行航行。

[0023] 实施本发明的风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船具有以下有益效果：

[0024] a、本发明风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船，采用的在水中航行推进工作的混合动力驱动多模式系统，包括：光电驱动航行模式、风力驱动航行模式；在风力
较小时采用光电驱动航行模式，首先光伏与压电复合发电风帆以及在机帆船上安装的其它
光伏电池，将自采集太阳光能量转换为电能，并存入蓄电池；在智能控制器的指令下，蓄电
池通过电路向电动机供电，电动机通过联动机构带动涡轮推进桨工作，驱动机帆船在水中
航行；在风力较大时采用风力驱动航行模式，首先智能控制器根据风力传感器发来的有关
风力与风向数据信息，通过运算处理，指令风帆主杆中的微电动机及控制电路与可折叠伸
展机构带动风帆杆进行迎风方向展开，利用风力驱动机帆船在水中航行；本发明采用的混
合动力驱动多模式系统，能够克服传统机帆船采用柴油机作为动力时对环境造成的空气污
染问题。

[0025] b、本发明的风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船，采用：光伏与压电复合发电型风帆、驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线螺旋式风帆绳、波浪驱动
式微纳米摩擦发电器、机帆船甲板表面设置太阳光伏电池板、人员室顶部设置太阳光伏电
池板和遮阳棚顶部设置太阳光伏电池板等系列装置，能够自采集来自太阳光能量、风力驱
动航行能量、风力振动能量、机帆船航行振动能量、机帆船航行时波浪怕打造成的微纳米摩
擦能量，并能够将自采集的多种能量进行转换，产生系列的发电效应，因此能够解决机帆船
的电能自供给问题。

[0026] c、本发明采用了光伏与压电复合发电型风帆，在风力驱动下，压电发电器复合风帆弹性框角开始工作；由于刮过来的风对压电发电器复合风帆弹性框角产生力的作用，使
风帆框角弹性金属基片不断地产生弹性形变，使压电发电器复合风帆弹性框角也不断地产
生微小形变，促使第一压电薄膜层与第二压电薄膜层也不断地产生形变，则产生压电发电
效应；在太阳光的辐照下，光伏与压电复合发电型风帆的多个太阳光伏电池层进行光伏发
电效应；因此，具有光伏发电与压电发电的综合效应。

[0027] d、本发明采用了驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线螺旋式风帆绳，受到风力作用的按压和抖动过程时，在微纳米图案弹性间隔层协同作用下，则会导致驻极体
自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线中微纳米多孔纤维驻极体与下电极与集流体公共
层的空气间隙厚度发生变化，从而导致上电极层和下电极与集流体公共层中的感应电荷重
新分布，两电极间的电势平衡遭到破坏，诱导电子在外部电路中来回流动，产生发电效应，
并能够通过柔性整流器件对石墨烯超级电容存储自发电电能；由于采用了石墨烯材料，提
高了驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线螺旋式风帆绳的强度与韧性。

[0028] e、本发明在机帆船两侧面采用了波浪驱动式微纳米摩擦发电器，当在外波浪冲击力或振动力作用下，导致两个摩擦面再次接触时，由摩擦电荷形成的电势差消失，形成方向
相反的电流。波浪驱动式微纳米摩擦发电器构成的垂直接触‑分离摩擦以及非对称弹性移
动微纳米摩擦发电模式，可以用来有效地采集并转换波浪冲击力或振动力带来的能量，并
将此能量转换为电能。

附图说明

[0029] 图1是本发明的风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船的结构示意图；

[0030] 图2是本发明采用的压电发电器复合风帆弹性框角的结构示意图。

[0031] 图3是本发明采用的太阳光伏电池复合风帆单元的结构示意图；

[0032] 图4是本发明采用的驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线的层状结构示意图；

[0033] 图5是本发明采用的驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线的结构示意图；

[0034] 图6是本发明采用的驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线螺旋式风帆绳的结构示意图；

[0035] 图7是本发明采用的波浪驱动式微纳米摩擦发电器的结构示意图。

[0036] 图中：光伏与压电复合发电型风帆‑1、光伏与压电复合发电型风帆单元‑1a、驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线螺旋式风帆绳‑2、波浪驱动式微纳米摩擦发电
器‑3、太阳光伏电池复合风帆单元‑4、压电发电器复合风帆弹性框角‑5、风帆框杆‑6、风帆
主杆‑7、机帆船体‑8、外侧压电发电器‑9、内侧压电发电器‑10、风帆框角弹性金属基片‑11、
连接件‑12、风帆刚性金属框架板‑13、第一内电极层‑14a、第一外电极层‑15a、第一压电薄
膜层‑16a、第一外保护层‑17a、第二内电极层‑14b、第二外电极层‑15b、第二压电薄膜层‑
16b、第二外保护层‑17b、太阳光伏电池层‑18、太阳光吸收层‑19、风帆单元层‑20、驻极体自
发电与超级电容储能复合石墨烯棉线‑21、柔性整流器件‑22、微纳米多孔纤维驻极体‑23、
微纳米图案弹性间隔层‑24、上电极层‑25、上电极层引出电极‑26、下电极与集流体公共层‑
27、下电极与集流体公共层引出电极‑28、绝缘棉层‑29、石墨烯/棉布复合织物层‑30、隔膜
层‑31、集流体芯‑32、集流体芯引出电极‑33、内微纳米摩擦材料层‑35、外微纳米摩擦材料
层‑36、第三内电极层‑37、第三外电极层‑38、内弹性支撑板‑39、外弹性支撑板‑40、内刚性
连接件‑41、外弹性连接件‑42、固定件‑43、尾舵‑44、推进器‑45、推进器舱‑46、智能控制器
及设备舱‑47、蓄电池及电路舱‑48、机帆船甲板‑49、人员室‑50、遮阳棚‑51、风力传感器‑
52、太阳光伏电池板‑53。

具体实施方式

[0037] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

[0038] 实施例：

[0039] 本发明提供的风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船的结构示意图见图1，其采用风力驱动与光电驱动相结合，构成混合动力驱动航行多模式系统；多模式驱动
系统，包括：光电驱动航行模式、风力驱动航行模式。

[0040] 风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船，主要包括：光伏与压电复合发电型风帆1、驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线螺旋式风帆绳2、波浪驱动式微
纳米摩擦发电器3、风帆主杆7、机帆船体8、蓄电池及电路；光伏与压电复合发电型风帆1由
多个光伏与压电复合发电型风帆单元1a有序排列构成；光伏与压电复合发电型风帆1朝向
太阳光或迎风方向设置；光伏与压电复合发电型风帆单元1a，包括：一个或多个压电发电器
复合风帆弹性框角5(见图2)、太阳光伏电池复合风帆单元4、风帆框杆6；太阳光伏电池复合
风帆单元4固定装配在由风帆框杆6与压电发电器复合风帆弹性框角5共同构成的框架内；
光伏与压电复合发电型风帆1，通过驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线螺旋式
风帆绳2固定装配在风帆主杆7与机帆船体8上；风帆主杆7的下端固定装配在机帆船体8上
靠近中部的位置；波浪驱动式微纳米摩擦发电器3固定装配在机帆船体8外的两个侧面，并
靠近机帆船体8头部两边的迎波浪位置。

[0041] 压电发电器复合风帆弹性框角5，包括：外侧压电发电器9、内侧压电发电器10、风帆框角弹性金属基片11、连接件12、风帆刚性金属框架板13；外侧压电发电器9装配在风帆
框角弹性金属基片11的外表面；内侧压电发电器10装配在风帆框角弹性金属基片11的内表
面；风帆框角弹性金属基片11的两端分别通过连接件12与风帆刚性金属框架板13相连接；
外侧压电发电器9，包括：第一内电极层14a、第一外电极层15a、第一压电薄膜层16a、第一外
保护层17a；第一内电极层14a的一面通过绝缘粘性胶体与风帆框角弹性金属基片11的一面
相连接；第一内电极层14a的另一面与第一压电薄膜层16a的一面相连接；第一压电薄膜层
16a的另一面与第一外电极层15a的一面相连接；第一外电极层15a的另一面与第一外保护
层17a相连接；内侧压电发电器10，包括：第二内电极层14b、第二外电极层15b、第二压电薄
膜层16b、第二外保护层17b；第二内电极层14b的一面通过绝缘粘性胶体与风帆框角弹性金
属基片11的另一面相连接；第二内电极层14b的另一面与第二压电薄膜层16b的一面相连
接；第二压电薄膜层16b的另一面与第二外电极层15b的一面相连接；第二外电极层15b的另
一面与第二外保护层17b相连接；第一内电极层14a、第二内电极层14b、第一外电极层15a和
第二外电极层15b通过电路与蓄电池相连接；太阳光伏电池复合风帆单元4(见图3)，包括：
太阳光伏电池层18、太阳光吸收层19、风帆单元层20；太阳光吸收层19的一面与太阳光伏电
池层18的一面相连接；太阳光伏电池层18的另一面与风帆单元层20一面相连接；太阳光伏
电池层18的两个电极通过电路与蓄电池相连接。

[0042] 驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线螺旋式风帆绳2采用两根或多根驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线21螺旋绞合制成；驻极体自发电与超级电容储
能复合石墨烯棉线21(见图4、图5)，包括：柔性整流器件22、微纳米多孔纤维驻极体23、微纳
米图案弹性间隔层24、上电极层25、上电极层引出电极26、下电极与集流体公共层27、下电
极与集流体公共层引出电极28、绝缘棉层29、三层石墨烯/棉布复合织物层30、隔膜层31、集
流体芯32、集流体芯引出电极33；其中，微纳米多孔纤维驻极体23、微纳米图案弹性间隔层
24、上电极层25、上电极层引出电极26、下电极与集流体公共层27、下电极与集流体公共层
引出电极28、两层石墨烯/棉布复合织物层30、绝缘棉层29构成驻极体自发电部分(图4中以
I表示)；下电极与集流体公共层27、一层石墨烯/棉布复合织物层30、隔膜层31、集流体芯
32、集流体芯引出电极33构成石墨烯超级电容储能部分(图4中以II表示)；驻极体自发电部
分与石墨烯超级电容储能部分，通过下电极与集流体公共层27紧密相连接；上电极层引出
电极26和下电极与集流体公共层引出电极28通过柔性整流器件22与集流体芯引出电极33
相连接，并构成整流电路；驻极体自发电部分、石墨烯超级电容储能部分和柔性整流器件
22，共同构成驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线21的结构，并通过柔性整流器
件22能够对石墨烯超级电容存储自发电电能。

[0043] 驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线21，其结构及构成顺序为：集流体芯32与集流体芯引出电极33相连接；第一层已浸入电解质的石墨烯/棉布复合织物层30位
于集流体芯32的外层；隔膜层31位于第一层已浸入电解质的石墨烯/棉布复合织物层30的
外层；第二层已浸入电解质的石墨烯/棉布复合织物层30位于隔膜层31的外层；下电极与集
流体公共层27位于第二层已浸入电解质的石墨烯/棉布复合织物层30的外层；下电极与集
流体公共层27与下电极与集流体公共层引出电极28相连接；微纳米图案弹性间隔层24位于
下电极与集流体公共层27的外层；微纳米多孔纤维驻极体层23位于微纳米图案弹性间隔层
24的外层；上电极层25位于微纳米多孔纤维驻极体层23的外层；微纳米多孔纤维驻极体23
在加工处理过程中已与上电极层25紧密相连接；上电极层25与上电极层引出电极26相连
接；第三层石墨烯/棉布复合织物层30位于上电极层25的外层；绝缘棉层29位于第三层石墨
烯/棉布复合织物层30的外层。将两股或多股驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉
线21进行螺旋绞合构成驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线螺旋式风帆绳2(见
图6)。

[0044] 本实施例：微纳米多孔纤维驻极体层23采用聚丙烯共聚物微纳米纤维多孔膜驻极体；下电极与集流体公共层27、上电极层25以及集流体芯32采用的材料为：石墨烯/纤维素
纤维复合织物。

[0045] 波浪驱动式微纳米摩擦发电器3(见图7)，包括：内微纳米摩擦材料层35、外微纳米摩擦材料层36、第三内电极层37、第三外电极层38、内弹性支撑板39、外弹性支撑板40、内刚
性连接件41、外弹性连接件42、固定件43；内弹性支撑板39的一面与机帆船体8前部两侧的
一侧面相连接；内弹性支撑板39的另一面与第三内电极层37的一侧面相连接；第三内电极
层37的另一侧面与内微纳米摩擦材料层35的一面相连接；内微纳米摩擦材料层35的两端分
别通过内刚性连接件41与固定件43相连接；内微纳米摩擦材料层35的另一面与外微纳米摩
擦材料层36的一面相对应，并保持一定的微小距离；外微纳米摩擦材料层36的另一面与第
三外电极层38的一面相连接；第三外电极层38的另一面与外弹性支撑板40相连接；外微纳
米摩擦材料层36的两端分别通过外弹性连接件42与固定件43相连接；第三内电极层37和第
三外电极层38通过电路与蓄电池相连接。

[0046] 本实施例微纳米摩擦材料层35和外微纳米摩擦材料层36采用的材料，分别为两种不相同的高分子聚合物材料；两种不相同的高分子聚合物材料分别带上等量的异种电荷；
两种高分子聚合物材料分别采用：Kapton薄膜和PET薄膜组成；第三内电极层37和第三外电
极层38采用的材料为：Au，在两个薄膜外侧均通过磁控溅射方法制备有Au导电电极；高分子
聚合物材料表面能够进行微纳米结构化处理；微纳米结构化处理的方式为：利用干法蚀刻
分别在两种材料表面制备微纳米图案，来增添微纳米摩擦效果。

[0047] 本实施例的风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船(见图1)，还包括：尾舵44、推进器45、推进器舱46、智能控制器及设备、智能控制器及设备舱47、蓄电池及电路舱
48、机帆船甲板49、人员室50、遮阳棚51、风力传感器52；尾舵44装配在机帆船体8的尾部下
方，并与推进器45相连接；推进器45装配在推进器舱46；推进器舱46设置在机帆船体8上靠
近尾部的位置；推进器45，包括：电动机及联动机构、涡轮推进桨；电动机及联动机构与涡轮
推进桨相连接；智能控制器，包括：电脑处理器、数据存储器、数据接收器、数据发送器；智能
控制器及设备装配在智能控制器及设备舱47；智能控制器及设备舱47设置在推进器舱46
旁；蓄电池及电路装配在蓄电池及电路舱48内；蓄电池及电路舱48靠近智能控制器及设备
舱47旁；机帆船甲板49位于机帆船体8的上部；遮阳棚51设置在机帆船甲板49的上方靠前
端；人员室50设置在机帆船甲板49的上方靠后端；风力传感器52装配在风帆主杆7的顶端；
风帆主杆7固定装配在机帆船体8的中部；风帆主杆7包括：可折叠伸展机构、风帆杆、微电动
机及控制电路；微电动机及控制电路与可折叠伸展机构相连接；可折叠伸展机构与风帆杆
相连接。

[0048] 在机帆船甲板49的表面、人员室50的顶部和遮阳棚51的顶部各安装有太阳光伏电池板53；太阳光伏电池板53将太阳能光伏发电的电能通过电路及整流器件传送给蓄电池存
储备用；光伏与压电复合发电型风帆1、驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线螺旋
式风帆绳2、波浪驱动式微纳米摩擦发电器3、装配的太阳光伏电池池板53、电动机、微电动
机、蓄电池及电路、可折叠伸展机构、风力传感器52、尾舵44、推进器45均分别与智能控制器
相连接；蓄电池通过电路分别与光伏与压电复合发电型风帆1、驻极体自发电与超级电容储
能复合石墨烯棉线螺旋式风帆绳2、波浪驱动式微纳米摩擦发电器3、装配的太阳光伏电池
板53、电动机、微电动机、可折叠伸展机构、尾舵44、推进器45和风力传感器52相连接，并提
供工作电能。

[0049] 风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船，在水中航行推进工作的混合动力驱动多模式系统，包括：光电驱动航行模式、风力驱动航行模式；光电驱动航行模式为：首
先光伏与压电复合发电型风帆1以及在机帆船上安装的太阳光伏电池板53，将自采集太阳
光转换为电能，并存入蓄电池；在智能控制器的指令下，蓄电池通过电路向电动机供电，电
动机通过联动机构带动涡轮推进桨工作；风力驱动航行模式为：智能控制器根据风力传感
器52发来的有关风力与风向数据信息，通过运算处理，指令风帆主杆7中的微电动机及控制
电路与可折叠伸展机构带动风帆杆进行迎风或朝向太阳光方向展开，利用太阳光进行光伏
发电，并在风力驱动下推进机帆船在水中航行。

[0050] 本实施例的太阳光伏电池板53采用：染料敏化纳米晶太阳电池。第一压电薄膜层16a和第二压电薄膜层16b采用的材料为：聚偏氟乙稀(PVDF)。内弹性支撑板39、外弹性支撑
板40和外弹性连接件42采用的材料为：高可拉伸全碳气凝胶弹性体层。第一内电极层14a、
第二内电极层14b、第一外电极层15a和第二外电极层15b采用的材料为：Pt/Cr金属电极与
Pt/Ti金属电极。

[0051] 本发明实施例的风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船的工作过程如下：

[0052] 智能控制器发出风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船准备航行的指令，风力传感器52将风速与风向的检测数据信息传送给智能控制器；智能控制器指令风光
电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船选择风力驱动航行模式；智能控制器通过控制
电路向风帆主杆7的可折叠伸展机构发出工作指令，蓄电池或者超级电容向微电动机提供
工作电能；微电动机带动可折叠伸展机构及风帆主杆7迎风伸展开来；光伏与压电复合发电
型风帆1开始工作；在风力驱动下，压电发电器复合风帆弹性框角5开始工作；由于刮过来的
风对压电发电器复合风帆弹性框角5产生力的作用，使风帆框角弹性金属基片11不断地产
生弹性形变，使压电发电器复合风帆弹性框角5也不断地产生微小形变，促使第一压电薄膜
层16a与第二压电薄膜层16b也不断地产生形变，则产生压电发电效应，通过第一内电极层
14a、第二内电极层14b、第一外电极层15a和第二外电极层15b将压电发电电能传输给蓄电
池存储备用。在太阳光的辐照下，多个光伏与压电复合发电型风帆单元1a中的太阳光伏电
池层18进行光伏发电效应，其发电电能通过太阳光伏电池层18的两个电极传输给蓄电池存
储备用。

[0053] 在风力驱动作用下，驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线螺旋式风帆绳2开始工作；由于驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线螺旋式风帆绳2的两端分别
被固定在风帆主杆7的顶端与机帆船甲板49上，在风力作用下光伏与压电复合发电型风帆1
被一阵阵风力鼓起，驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线螺旋式风帆绳2的两端
拉住整个光伏与压电复合发电型风帆1，但在一阵阵风力作用下会产生大的振动力，带动驻
极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线螺旋式风帆绳2不断地振动；由于驻极体自发
电与超级电容储能复合石墨烯棉线螺旋式风帆绳2是双股或多股驻极体自发电与超级电容
储能复合石墨烯棉线21螺旋绞合方式构成(见图6)，在相互绞合编织、相互缠绕的驻极体自
发电与超级电容储能复合石墨烯棉线21中，形成了一个具有螺旋结构的驻极体自发电器
件；在风力作用下，缠绕圈数及两条复合石墨烯棉线之间的间距被迫跟随产生不断地变化，
因此形成了系列拱形柔性驻极体发电机结构；当风力作用时，当驻极体自发电与超级电容
储能复合石墨烯棉线螺旋式风帆绳2受到风力作用的按压和抖动过程时，在微纳米图案弹
性间隔层24协同作用下(见图4、图5)，则会导致驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯
棉线21中微纳米多孔纤维驻极体23与下电极与集流体公共层27的空气间隙厚度发生变化，
从而导致上电极层25和下电极与集流体公共层27中的感应电荷重新分布，两电极间的电势
平衡遭到破坏，诱导电子在外部电路中来回流动，通过柔性整流器件22将机械能转化成电
能，并能够将驻极体自发电部分产生的发电电能存储在石墨烯超级电容储能部分中。由于
采用了微纳米多孔纤维驻极体23结构，孔洞中表面积较大，存储电荷能力及储电稳定性增
强，因此驻极体自发电与超级电容储能复合石墨烯棉线螺旋式风帆绳2的采集风力自发电
效率与储电能力都显著提高；由于采用了石墨烯材料，提高了驻极体自发电与超级电容储
能复合石墨烯棉线螺旋式风帆绳2的强度与韧性。

[0054] 在风力驱动下，风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船在水中航行，水中的波浪不断地拍打装配在风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船两侧面装配
的波浪驱动式微纳米摩擦发电器3(见图7)；在波浪驱动下，内微纳米摩擦材料层35和外微
纳米摩擦材料层36共同构成垂直接触‑分离摩擦以及非对称弹性移动微纳米摩擦发电模式
(见图7)；在电介质‑电介质材料结构中，由两种不同的介电材料作为摩擦接触面；当两种电
介质摩擦材料由于外波浪力作用相互接触时，会在摩擦接触表面形成符号相反的表面电
荷，当外波浪冲击力或振动力撤销时，摩擦接触表面在间隔弹性层作用下实现分离，两个碳
纳米管纤维束电极之间通过整流电路外接负载电阻上时，会由于电极间的感应电势差形成
电流。当在外波浪冲击力或振动力作用下，导致两个摩擦面再次接触时，由摩擦电荷形成的
电势差消失，形成方向相反的电流。波浪驱动式微纳米摩擦发电器构成的垂直接触‑分离摩
擦以及非对称弹性移动微纳米摩擦发电模式，可以用来有效地采集并转换波浪冲击力或振
动力带来的能量，并将此能量转换为电能；波浪驱动式微纳米摩擦发电器3通过第三内电极
层37和第三外电极层38，将采集波浪能量发电电能传输给蓄电池存储备用。

[0055] 风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船在水中航行或在停泊时，由于太阳光辐照的影响，在风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船的机帆船甲板49表面
的太阳光伏电池板53、人员室50的顶部的太阳光伏电池板53和遮阳棚51的顶部的太阳光伏
电池板53，能够将太阳能光伏发电的电能通过电路及整流器件传送给蓄电池存储备用。

[0056] 当智能控制器发出风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船准备航行的指令，风力传感器52将风速与风向的检测数据信息传送给智能控制器；智能控制器通过数
据信息处理，发现风力过小，还不能够足以驱动风光电混合动力驱动型自采集能量发电式
机帆船在水中航行，指令风光电混合动力驱动型自采集能量发电式机帆船选择光电驱动航
行模式；蓄电池将已经存储的光伏发电电能通过电路，向电动机输送电能，电动机进行旋转
并通过联动机构带动推进器45与尾舵44进行工作；风光电混合动力驱动型自采集能量发电
式机帆船在光电驱动模式下，在水中进行航行。

[0057] 上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员
在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多
形式，这些均属于本发明的保护之内。