壓電發電技術應用專利技術綜述

姜 濤

國家知識產權局專利局專利審查協作湖北中心

壓電發電技術應用專利技術綜述

姜 濤

國家知識產權局專利局專利審查協作湖北中心

隨著能源供應日趨緊張，壓電技術逐漸成為研究熱點。本文從壓電發電原理及分類入手，從專利的角度對壓電發電技術領域專利申請數量趨勢、各國占比、重要申請人排名等方面進行統計，對該領域的發展趨勢進行分析。

壓電發電；專利分析

1　研究背景

隨著能源供應日益緊張，太陽能、潮汐能、風能等新能源不斷涌現，但是光照受環境條件的約束，影響太陽能發電的持續性；風能對選址要求高，且成本居高不下。然而，機械振動能在日常生活中普遍存在于道路、車輛、房屋等環境中。目前將機械振動能轉換為電能的方法主要有電磁轉換、靜電轉換和壓電轉換這三種。電磁感應原理技術成熟，但結構復雜、體積通常較大，靜電原理轉換可以產生低電壓，但是靜電轉換需要一個獨立電源初始化過程。而壓電轉換不存在這些問題，且轉換電壓較高，無需升壓環節，且結構簡單、不受電磁干擾、易于加工制作，近幾十年逐步成為研究熱點［1］。

2　技術應用發展分類

振動-電能換能器過程是將自然界、人體等環境中存在的振動通過壓電轉換過程轉換為電能供負載使用或者儲存起來，根據能量來源又可以分為建筑、道路、海浪等自然振動所帶來的振動能量，通常功率較大；可穿戴能量是將人體活動過程中產生的振動、壓力等轉換為電能供可穿戴設備使用，減少對外部電源的依賴；微機電（MEMS）能量轉換通常出現在微型醫療機器人、心臟起搏器等微型設備中，其具有功率小、體積細微的特點，另外壓電發電作為能量轉換裝置還出現在打火機、武器等其他領域［2］。

3　國內外壓電發電領域專利分析

利用S系統中的CNABS，DWPI，SIPOABS數據庫，通過IPC分類號、等進行檢索，通過概要瀏覽和詳覽對文獻進行去噪。在分析過程中，從多方面對壓電發電技術領域的中國專利申請和國外專利申請進行了統計分析，統計的時間節點為2014年12月31日（公開日）。

3.1中國專利申請分析

通過統計CNABS數據庫里關于壓電發電技術的專利申請，去噪之后剩余429篇相關專利文獻，從中分析得到隨時間的申請趨勢、申請人類別、熱點申請人信息。

3.1.1中國專利申請數量年度發展趨勢

圖3-1-1　中國歷年專利申請量分布

圖3-1-1為壓電發電技術領域中國歷年專利申請量的分布圖，從圖中可以看出，中國第一份關于壓電發電的專利申請是在1989年提交的，而后相當長一段時間處于相對沉寂的狀態；直到2000年以后才開始陸陸續續有新的專利申請出現。一方面伴隨著國內專利權保護意識的提高，另一方面隨著微機電領域的需求增長的刺激，2007年開始，壓電發電技術專利出現一個井噴式的增長，2013-2014年間由于公開的滯后，統計圖表里出現的下降，而根據實際申請量來看，仍然持續保持增長趨勢。

3.1.2主要申請人排名

從圖3-1-2可以看出，申請數量排名前十的有八所中國高校、兩家日本公司?？梢姮F階段的壓電發電技術研究僅在高校和少數技術積累雄厚的大公司里作為前沿技術在研究。排名三甲的專利申請數量幾乎相同，而之后的各申請人的申請數量不足三甲的一半，整體數量比較分散，說明在壓電發電領域，還沒有出現競爭實力強、能夠壟斷、引領技術發展的申請人。排名第一的高校也并非傳統意義上的名校，可見在新興領域里普通高校也有后來居上的可能。

圖3-1-2　申請量前十主要申請人排名

3.2全球專利申請分析

3.2.1全球專利申請數量年度發展趨勢

圖2-2-1　全球歷年專利年代分布

圖3-2-1是壓電發電領域全球歷年專利申請量分布圖，自1968年開始有壓電發電技術相關專利申請的記載以來，在三十年間一直只有零散的申請，可見在這段時間里，壓電發電技術的研究相對較冷門，直到1998年才開始有起色。在2005年開始，專利申請量呈井噴狀增長。受到能源供應日益緊張、微機電產品大量出現的影響，科研院所和科技公司都將目光放在了具有諸多優點的壓電發電領域。

3.2.2專利申請國家地區分布

通常來說，國家申請量所占份額的大小在一定程度上體現了該國家技術實力的強弱，排名前十依次是美國、世界知識產權組織、中國、韓國、德國、歐專局、日本、俄國、澳大利亞、英國。從數據上來看，美國依然是遙遙領先，是中國的近三倍，中國雖然在國家里面排名第二，可是與韓國、德國、歐專局相比優勢很弱。中國申請量之大從另一個方面反映出了相關企業對中國市場的重視。

4　結語

壓電發電技術應用于實際產品中的歷史還比較短暫，目前還處于技術發展的階段，申請國家主要集中在美國，其不僅申請的專利數量多，還掌握了大量的核心技術，此外日本、韓國、歐盟國家也進行了大量的研究，這在一定程度上對我過壓電發電領域的發展造成巨大的壓力。雖然我國的專利申請中，也有很多高校和企業申請，但起步時間晚，申請人較分散，且所申請的專利大多處于技術的邊緣地帶，缺少對核心技術的研究。從所分析的目標國家的數量上來看，中國在該領域還是占有較大比例。在今后的發展中，國內申請人在數量上對國外企業、研究機構進行包圍的同時，也應當在核心技術上投入更多精力，多借鑒研究國外同行的前沿技術，加強專利布局，以增強我國在壓電發電領域的競爭實力。

［1］ 中央黨校課題組，中國新能源發展戰略問題研究，經濟研究參考［J］，2011（52），2-19.

［2］ 靳洪允，壓電材料的結構及其性能研究，山東陶瓷［J］，2005（4），9-14.