異步電機變頻技術專利分析

舒紅芳 余雯雯 史永生

摘 要：從專利的角度研究了異步電機變頻調速技術的競爭格局和發展趨勢。以英文摘要專利數據庫DWPI以及中國摘要專利數據庫CNABS中的檢索結果為分析對象，從專利文獻的視角對異步電機變頻調速技術的發展進行了全面的統計分析，總結了與異步電機變頻調速技術相關國內外專利技術發展趨勢，分別對國外和中國的主要申請人分布情況進行統計分析。通過對異步電機變頻調速技術的專利布局進行分析，希望對相關領域研究人員或者企業科技管理相關人員有所幫助。

關鍵詞：異步電機 變頻 調速 專利分布 專利分析

中圖分類號：M343 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（b）-0049-02

進入20世紀70年代，隨著電力電子技術、微電子技術及大規模集成電路的發展，使得采用電力電子變流器的交流拖動系統得以實現，特別是大規模集成電路、專用集成電路和計算機控制的出現，使高性能交流調速系統應運而生，交直流拖動按調速功能分工的格局終于被打破了[1]。交流調速性能完全達到了與直流調速性能相媲美的程度，而交流電機的優勢則轉化成為了其調速系統的優勢。于是，交流調速拖動取代直流調速拖動的呼聲日益高漲，交流調速控制系統已成為當前電力拖動調速控制的主要發展方向。目前，變頻調速技術受到交流調速技術和微機控制技術發展的影響，其研究和應用將朝著高性能交流變頻調速和特大容量、極高轉速的交流變頻調速方向發展[2]。

該文針對異步電機變頻技術進行檢索，以CNABS和DWPI專利數據庫中的檢索結果為分析基礎，從專利文獻的視角對異步電機變頻調速技術的發展進行了全面的統計，總結了異步電機變頻相關技術的國內和國外專利的申請趨勢、申請人分布，探討異步電機變頻技術研究現狀與發展趨勢，為相關技術研究人員的研發方向和專利戰略提供參考信息，也為相關企業科技管理人員對技術發展政策的制定提供參考。

1 異步電機變頻技術專利布局分析

該文分別在中國專利文摘數據庫CNABS和英文摘要數據庫DWPI中對異步電機變頻調速技術進行檢索，其中CNABS數據庫收錄了1985年以來中國所有的專利文摘信息，DWPI數據庫收錄了1948年至今47個國家和組織的專利文獻，并人工改寫了摘要等信息。

在這兩個數據庫中采用異步電機變頻技術領域通用的關鍵詞表述，將檢索結果進行人工瀏覽降噪，獲得國外發明專利申請345件，中國發明專利申請761件。

1.1 發明專利申請年度分析

圖1示出了異步電機變頻調速技術國外專利申請趨勢，大致可以分為三個時期，各時期劃分別以申請量增長率的變化為標準。

第一時期為技術萌芽期（1979年之前）。20世紀70年代以前，實用的靜止變頻器沒有問世，交流電機主要用于拖動場合，較少用于調速。高性能的交流調速技術還停留在理論上的期望階段。從圖1中可以看出，在1979年之前，異步電機變頻調速技術的發明專利申請量很少。1979至1991年，異步電機變頻技術相關發明專利申請量快速增長，在1983年的時候達到頂峰。1983年之后，國外的申請量總體有所下滑，但是仍然比1979年以前的申請量有較大的增長。在冷戰的國際背景下，到1991年，申請量達到最低值。1991年后，異步電機變頻調速技術專利申請再次逐漸增多。這一時期的發明專利技術主要集中在采用直接轉矩的方式進行異步電機變頻調速。主要原因為1985年德國學者Depenbrock提出了異步電動機的直接轉矩控制理論。從2001年起，關于異步電機變頻調速技術的專利的申請量處于穩定期。在這一時期，相關專利主要集中在基于矢量控制理論在變頻調速技術中的運用以及無位置傳感器的控制系統的相關研究方面。

圖2示出了關于異步電機變頻調速技術中國專利申請趨勢，與國外專利申請相比較，中國專利申請大致也可以分為三個階段，第一階段為萌芽期（1985-2001年），第二階段為發展期（2002-2007年），第三階段為快速增長期（2008-2013年）。1985-2001年，中國專利關于異步電機變頻調速領域的專利申請數量很少。而在這一時期，國外在異步電機變頻調速技術領域已經經過了兩次發展期，分別為基于電力電子技術和集成電路技術而發展起來的變頻調速技術，和以直接轉矩控制為基礎的變頻調速技術。2002-2007年，中國的專利申請總體呈現上升趨勢，且每年的申請量趨于平緩的上升趨勢。在該階段，中國申請的申請人主要分布在高校和個人申請，其中，個人申請占有很大部分。經過對這些個人的百度分析，發現他們大多是從國外留學回來的教師。從整個申請量和申請人分布上來看，一方面當時中國的專利申請意識還不強，另一方面反映了在這一階段中國對異步電機變頻技術的研究還很緩慢，生產應用也不足，因此企業申請量還很少。2008年開始，中國有關異步電機變頻調速技術的專利申請大量增多，這六年的申請量是前二十年申請總量的近兩倍。

1.2 重要申請人分布情況分析

本節從國內外專利申請重要申請人方面對異步電機變頻調速技術相關專利做進一步分析，主要考慮申請人歷年的申請總量，按照申請總量進行排名，取前10名申請人進行分析。

圖3示出了國外專利申請量排名前10名的申請人，分別是：（1）東芝照明技術株式會社（日本）；（2）株式會社日立信息通信工程 （日本）；（3）富士電機株式會社（日本）；（4）三菱電機株式會社（日本）；（5）西門子公司（德國）；（6）ABB公司（美國）；（7）株式會社明電舍（日本）；（8）通用電氣公司（美國）；（9）羅伯特·博世有限公司（德國）；（10）AS MOLD POWER CYBER（蘇聯）。排在前10名的申請人主要集中在美日德三個國家。而前四名均被日本公司占據。

圖4為中國專利申請量排名前10名的申請人，分別是：（1）浙江大學；（2）盧驥；（3）清華大學；（4）永濟新時速電機電器有限責任公司；（5）襄樊宇清電動汽車有限公司；（6）沈陽工業大學；（7）襄樊特種電機有限公司；（8）華南理工大學；（9）湘潭電機股份有限公司；（10）汪槱生。

在中國關于異步電機變頻調速技術的申請主要為高校申請和企業申請。根據前面的分析可以知道，在異步電機變頻調速技術領域，國外的研究主要集中在1979-2001年。而中國在這個領域的發展明顯滯后于國外，主要是在2007年之后開始快速發展。總體而言，中國對于異步電機變頻調速技術領域的研究滯后于其他國家，尤其是日本、美國、德國這些變頻調速技術領域的強國。

2 結語

該文通過對國內外異步電機變頻調速領域的發明專利申請的分析，分別從申請的總體情況、申請量年度分析、申請人分布情況以及關鍵技術方面進行了分析。通過對異步電機變頻調速技術的國內外專利申請量的分析可以看出，中國在異步電機變頻調速技術領域研究遲緩，錯過了兩次發展熱潮，相關專利申請很少。隨著近年來人們專利意識的提高，以及市場對變頻器需要的增多，有關異步電機變頻調速技術的中國專利申請量快速增長。近年來，國內外對于變頻器的要求主要在于其節能性、產品質量的提高、設備合理化等方面。從技術角度看，變頻調速技術在平滑起動、力矩和定位控制、減噪等方面還需要提高，有學者提出了通用變頻器的研究，相關專利申請較少，相關企業可加大對這些領域的研究。通過對專利申請內容的分析可知，中國專利申請的整體技術有待提高，國內申請人專利撰寫的能力需要將強。同時，企業應加強對專利的布局，提高對異步電機變頻調速相關技術領域出現的新技術和新方法的敏感性，積極研究核心技術，防止國外相關領域的專利申請對我國企業的發展產生制約。同時，企業可加強與高校或研究機構的合作，利用高校或研究機構在理論研究上的優勢和企業自身產業制造的能力，將專利技術轉化到產業制造上。

參考文獻

[1]李春文，張愛芳，曹玲芝，等.交流異步電機變頻調速系統研究綜述[J].科技資訊，2009（33）：47.

[2]鄭巍.基于變頻調速大型電機的發展問題分析[J].中國新技術新產品，2014（11）：119.

[3]鄭連亮，鄒潔.交流異步電機變頻調速系統矢量控制與直接轉矩控制算法比較[J].電氣開關，2013（4）：84-85.