(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210768682.5 (22)申请日 2022.06.30 (71)申请人 李惠彬 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号院90单 元101号 (72)发明人 李惠彬　 (74)专利代理 机构 北京艾纬铂知识产权代理有 限公司 16101 专利代理师 高会允 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于发动机废气涡轮动能的机电耦合发电 装置及设计方法 (57)摘要 本发明提供一种基于发动机废气涡轮动能 的机电耦合发电装置及其设计方法， 该发电装置 包括第二级涡轮、 第二级涡轮端调节 阀、 控制模 块、 电机转速监测模块、 发电机装置、 电机减振装 置、 超越离合器、 行星减速器及浮环轴承； 其中， 第二级涡 轮用于连接发动机第一级涡 轮排气口， 第二级涡 轮端调节阀并联于第二级涡 轮的两端； 第二级涡 轮的涡轴转子由浮环轴承支撑， 并通过 末端花键连接行星变速器， 所述行星变速器通过 超越离合器连接发电机。 本发明发电装置能够实 现解决车辆内燃发动机排气废气动能充分利用 问题， 且能适应 于不同的海拔高度。 权利要求书2页 说明书11页 附图3页 CN 115034020 A 2022.09.09 CN 115034020 A 1.一种基于发动机废气涡轮动能的机电耦合发电装置， 其特征在于， 包括第 二级涡轮、 第二级涡轮端调节阀、 控制模块、 电机转速监测模块、 发电机装置、 电机减振装置、 超越离合 器、 行星减速器及浮环轴承； 其中， 第二级涡轮用于连接发动机上 的第一级涡轮排气口， 第 二级涡轮端调节阀并联于第二级涡轮的两端； 第二级涡轮的涡轴转子由浮环轴承支撑， 并 通过末端花键连接行星变速器， 所述行星变速器通过超越离合器连接发电机装置， 所述发 电机装置由电机减 振装置支撑； 所述电机转速监测模块， 用于采集电机的转速信息； 所述控制模块， 用于根据 所述转速信 息、 海拔数据及车辆行驶工况， 基于预设的第二级 涡轮旁通阀执行器的控制律及第二级涡轮旁通阀放气率， 对第二级涡轮旁通阀执行器及第 二级涡轮旁通阀进行控制。 2.根据权利要求1所述基于发动机废气涡轮动能的机电耦合发电装置， 其特征在于， 所 述控制模块用于根据第二级涡轮旁通阀执 行器的控制律u实现对执 行器的控制； 其中， NT为第一级涡轮增压器排放 的废气施加给第二级涡轮的驱动力矩； JT为涡轮‑涡 轮轴的转动惯量； JG为行星变速器 转动部件等效转动惯量； JD为发电机的转动惯量； i为第二 级涡轮转子轴转速与发电机转子转速之间的速比， k1、 k2和β 为预设常数， ωTd涡轮转子轴转 速， e为输出误差， CT为涡轮转子轴浮环轴承的阻尼系数； CG为涡轮转子轴陀螺力系数， Cmesh 为行星变速器齿轮啮合 运动的阻尼系数， CD为电机转子 旋转阻尼系数。 3.根据权利要求1或2所述基于发动机废气涡轮动能的机电耦合发 电装置， 其特征在 于， 所述控制模块用于根据第二级涡轮旁通阀放气率 实现对旁通阀的控制： 其中， H代 表海拔高度， n代 表发动机转速 。 4.一种基于发动机废气涡轮动能的机电耦合发电装置设计方法， 其特征在于， 具体步 骤包括： 在系统仿真软件上 搭建发动机的热力学模型； 获取不同海拔高度发动机排气流量与车辆工况的关系， 基于所述关系计算在不同车辆 行驶工况 下， 第一级涡轮的相关参数； 基于所述第一级涡轮的相关参数， 设计第二级涡轮、 浮环轴承及行星变速器； 在所述控制模块中预设第二级涡轮旁通阀执行器的控制律及第二级涡轮旁通阀放气 率； 搭建包括所述第二级涡轮、 第二级涡轮端调节阀、 所述控制模块、 电机转速监测模块、 发电机装置、 电机减振装置、 超越离合器、 所述行星减速器及所述浮环轴承， 完成机电耦合 发电装置的设计。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115034020 A 25.根据权利要求4所述基于发动机废气涡轮动 能的机电耦合发电装置设计方法， 其特 征在于， 所述第二级涡轮旁通阀执 行器的控制律u设计为： 其中， NT为第一级涡 轮增压器排放的废气施加给第二级涡 轮的驱动力矩(即涡轮输 出功 率)； JT为涡轮‑涡轮轴的转动惯量； JG为行星变速器转动部件等效转动惯量； JD为发电机的 转动惯量； i为第二级涡轮 转子轴转速与发电机转子转速之间的速比， k1、 k2和β 为预设常数， ωTd涡轮转子轴转速， e为输出误差， CT为涡轮转子轴浮环轴承的阻尼系数； CG为涡轮转子轴 陀螺力系数， Cmesh为行星变速器齿轮啮合 运动的阻尼系数， CD为电机转子 旋转阻尼系数。 6.根据权利要求4或5所述基于发动机废气涡轮动能的机电耦合发电装置设计方法， 其 特征在于， 所述第二级涡轮旁通阀放气率 设计为： 其中， H代 表海拔高度， n代 表发动机转速 。 7.根据权利要求4所述基于发动机废气涡轮动 能的机电耦合发电装置设计方法， 其特 征在于， 根据第二级涡轮传递功率及最高转速， 设计涡轮转子轴和浮环轴承。 8.根据权利要求4所述基于发动机废气涡轮动 能的机电耦合发电装置设计方法， 其特 征在于， 根据转子轴传递扭矩及最高转速， 设计行星变速器装置 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115034020 A 3