從專利角度分析家用吸塵器旋風(fēng)分離技術(shù)發(fā)展

胡文強(qiáng)

（萊克電氣股份有限公司，江蘇 蘇州 215163）

1 概述

吸塵器的工作原理一般為：吸塵器內(nèi)部的電機(jī)產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)，并通過(guò)扇葉使得內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓，產(chǎn)生的負(fù)壓會(huì)使周圍的空氣被吸入吸塵器中，包括灰塵、污垢等小顆粒物，吸入的空氣通過(guò)過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾，將大顆粒物和灰塵等物質(zhì)過(guò)濾掉，只有干凈的空氣通過(guò)，通過(guò)過(guò)濾器過(guò)濾后的空氣被排出吸塵器，灰塵等物質(zhì)則被收集在集塵袋或集塵桶內(nèi)，達(dá)到清潔地面或其他物體的目的[1]。

按照目前吸塵器采用的過(guò)濾手段，可以將吸塵器內(nèi)的過(guò)濾器分為水過(guò)濾器和干式過(guò)濾器，而根據(jù)所采用的過(guò)濾器的材料和結(jié)構(gòu)不同，干式過(guò)濾器可以分為袋式過(guò)濾器、塵杯式過(guò)濾器、塵杯濾材式過(guò)濾器和旋風(fēng)式過(guò)濾器四種[2]，其中旋風(fēng)分離是一種通過(guò)渦流分離從氣體流或液體流中去除顆粒的方法，而無(wú)需使用傳統(tǒng)篩狀過(guò)濾器，空氣以螺旋模式流動(dòng)，從旋風(fēng)分離器的頂部（大口徑端）開始，在底部（小口徑端）結(jié)束，然后以直線流離開旋風(fēng)分離器，干凈的空氣穿過(guò)旋風(fēng)分離器的中心并從頂部流出。旋轉(zhuǎn)流中較大（密度較大）的顆粒有太大的慣性，無(wú)法跟隨流的緊密曲線，因此撞擊外壁，然后落到旋風(fēng)分離器的底部，底部就是集塵器的塵倉(cāng)。

旋風(fēng)式過(guò)濾器的發(fā)明大大提高了吸塵器的吸塵效果，本文通過(guò)專利的角度展現(xiàn)家用吸塵器中的旋風(fēng)分離技術(shù)的發(fā)展。

2 旋風(fēng)分離器全球?qū)＠暾?qǐng)趨勢(shì)

專利制度的實(shí)質(zhì)是用對(duì)世界公開創(chuàng)新技術(shù)，換取在一定時(shí)間和地域內(nèi)法律保護(hù)的制度（Aoki 和Spiegel，1999）[3]，專利制度通過(guò)保護(hù)發(fā)明創(chuàng)造專利權(quán)，調(diào)整發(fā)明人、專利權(quán)人和社會(huì)公眾之間的利益關(guān)系，調(diào)動(dòng)發(fā)明者的積極性，推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步，維護(hù)技術(shù)市場(chǎng)、信息市場(chǎng)，以及科技勞動(dòng)力市場(chǎng)公平、有序的競(jìng)爭(zhēng)，專利制度巧妙地解決了發(fā)明人占有發(fā)明和社會(huì)利用發(fā)明之間的矛盾。基于專利制度的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，目前全球企業(yè)的創(chuàng)新活動(dòng)基本上都可基于其專利申請(qǐng)情況去做分析，特別是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)充分的行業(yè)，例如家電、醫(yī)藥和通信等行業(yè)。

2.1 家用吸塵器旋風(fēng)分離裝置專利申請(qǐng)趨勢(shì)

前文已論述家用吸塵的塵氣分離裝置的分類和發(fā)展，這其中有技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)，也有消費(fèi)需求變化的促進(jìn)。最早在1920 年即有關(guān)于家用吸塵器旋風(fēng)分離裝置的專利申請(qǐng)，申請(qǐng)人BENNETT.ASHLEY.C 申請(qǐng)了一種車式的家用吸塵器（US1507271A），該吸塵器具有旋風(fēng)分離裝置，同時(shí)專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)（來(lái)源智慧芽全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫(kù)）統(tǒng)計(jì)，雖然早在100 年前就有關(guān)于旋風(fēng)分離裝置的專利申請(qǐng)，但是真正迎來(lái)技術(shù)的爆發(fā)是在1996以后，這可能是因?yàn)榻?jīng)濟(jì)發(fā)展，人們對(duì)居家環(huán)境的要求不斷提高，自然促進(jìn)吸塵器技術(shù)的發(fā)展，更好的塵氣的分離設(shè)備是主要的技術(shù)發(fā)展方向，自然專利申請(qǐng)量逐年遞增，但是2017 年以后申請(qǐng)量快速下降，可能因?yàn)橄吹貦C(jī)的發(fā)展，導(dǎo)致吸塵器的市場(chǎng)占有率逐步下滑，根據(jù)資料顯示，2020-2022 年中國(guó)線上零售統(tǒng)計(jì)中，吸塵器在清潔電器細(xì)分領(lǐng)域的銷售額占比逐年下滑，銷售額份額從三成多逐漸降至不到兩成，銷量份額從33.9%降至26.4%，下降了接近十個(gè)點(diǎn)，而洗地機(jī)這三年的銷售額份額從不到一層增長(zhǎng)至將近三層，銷量份額分別為1.8%、7.2%、12.9%[4]，正是市場(chǎng)的變化導(dǎo)致眾多廠家將研發(fā)精力側(cè)重于洗地機(jī)，而洗地機(jī)因?yàn)樯嫠ㄟ^(guò)水汽分離就有很好的塵氣分離效果，對(duì)旋風(fēng)分離裝置的需求并不強(qiáng)烈。

在1996-2021 年期間，中國(guó)受理了大部分的專利申請(qǐng)，反映了中國(guó)在吸塵器行業(yè)的強(qiáng)研發(fā)地位；在1996-2021 年全球主要申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)累計(jì)數(shù)據(jù)中，既有國(guó)內(nèi)的主要玩家萊克美的和小狗等，也有戴森、三星、創(chuàng)科和LG等重要的國(guó)際巨頭企業(yè)，從數(shù)量看，國(guó)外巨頭，特別是戴森等企業(yè)在申請(qǐng)數(shù)量方面占據(jù)優(yōu)勢(shì)，這里除了國(guó)外巨頭企業(yè)早期的技術(shù)和專利積累有顯著優(yōu)勢(shì)以外，中國(guó)市場(chǎng)也逐漸成為全球主要的單一消費(fèi)市場(chǎng)，國(guó)際巨頭紛紛在中國(guó)布局專利，以求鞏固自身的市場(chǎng)地位。

2.2 旋風(fēng)分離裝置的結(jié)構(gòu)專利布局分布

根據(jù)CPC 分類號(hào)區(qū)分不同的結(jié)構(gòu)，大致可以了解旋風(fēng)分離器的主要結(jié)構(gòu)的專利申請(qǐng)分布，例如關(guān)于其核心的旋風(fēng)器結(jié)構(gòu)形狀的改進(jìn)的A47L9/1608 分類號(hào)占比最多，占據(jù)14.3%，例如著名的戴森公司關(guān)于其多錐旋風(fēng)器布局多篇專利，全面地保護(hù)其先進(jìn)的多錐旋風(fēng)器，主要的特點(diǎn)是在塵杯內(nèi)沿著氣流流路布置多層和多個(gè)小旋風(fēng)椎體，構(gòu)成多級(jí)的旋風(fēng)結(jié)構(gòu)，戴森在旋風(fēng)分離器的主要專利布局分布和市場(chǎng)主流的分布類似，都是集中于旋風(fēng)本體的結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，以期獲得更好的塵氣分離效果。

3 中國(guó)企業(yè)的專利風(fēng)險(xiǎn)和應(yīng)對(duì)

3.1 全球相關(guān)專利訴訟

目前隨著中國(guó)等企業(yè)的研發(fā)實(shí)力增強(qiáng)，越來(lái)越多的中小玩家加入了吸塵器的制造領(lǐng)域，不斷地蠶食國(guó)際巨頭企業(yè)的市場(chǎng)份額，許多企業(yè)基于商業(yè)和技術(shù)考慮發(fā)起了眾多專利訴訟，目前涉及吸塵器旋風(fēng)分離器的訴訟的專利總計(jì)92 件，其中專利權(quán)人大部分是國(guó)外企業(yè)，例如吸塵器領(lǐng)域的知名品牌戴森等企業(yè)，其中典型的案例如戴森的專利CN102711574B，其公開了一種具有旋風(fēng)分離器的真空吸塵器，該旋風(fēng)分離裝置包括多個(gè)旋風(fēng)器和塵杯，平行地設(shè)置多個(gè)旋風(fēng)器，每個(gè)旋風(fēng)器都具有氣流進(jìn)入進(jìn)口和氣流流出的出口，旋風(fēng)分離器具有間隔開的第一平面和第二平面，多個(gè)旋風(fēng)器可分為兩組旋風(fēng)器，其中一組旋風(fēng)器的氣流進(jìn)入進(jìn)口位于第一平面中，另外一組旋風(fēng)器的氣流進(jìn)入進(jìn)口位于第二平面中。該專利的獨(dú)立權(quán)利要求1 主要保護(hù)的是兩組旋風(fēng)器的氣流入口位于不同的平面中，其中兩個(gè)平面是軸線間隔開的[5]，即主要保護(hù)的就是一種雙層的多錐雙層過(guò)濾器，戴森用這個(gè)專利已經(jīng)起訴了國(guó)內(nèi)企業(yè)，目前訴訟仍在進(jìn)行中，同時(shí)最近戴森和追覓達(dá)成了全球和解，其中多項(xiàng)訴訟中涉及吸塵器等多個(gè)產(chǎn)品和多篇專利。當(dāng)然國(guó)際巨頭公司之間也有多起訴訟，shark 在美國(guó)對(duì)戴森發(fā)起多項(xiàng)專利訴訟，其中涉及多項(xiàng)關(guān)于吸塵器的旋風(fēng)分離器的專利，例如專利US9301666B2，其記載了手持式真空吸塵器設(shè)有供具有灰塵和垃圾的臟空氣流入的桿，改桿安裝在手持真空吸塵器上，其具有安裝在表面清潔頭上的遠(yuǎn)端入口，手持式真空吸塵器具有旋風(fēng)分離裝置，桿上的臟流體入口具有帶有通道軸線的通道并且旋風(fēng)分離器具有縱向軸線，吸塵器電機(jī)設(shè)置在平行于縱向軸線的方向上的通道上，其獨(dú)立權(quán)利1 記載的內(nèi)容為：“1.手持吸塵器包括臟空氣過(guò)濾部分和主體，臟空氣過(guò)濾部分包括第一旋風(fēng)分離器、第二旋風(fēng)分離器和放置在電機(jī)氣流入口的過(guò)濾器，手持式真空吸塵器包括：

a）從臟空氣入口延伸至清潔空氣出口的流體流動(dòng)路徑，并且臟流體入口限定沿通道軸線延伸的通道；

b）第一旋風(fēng)分離器位于流體流動(dòng)路徑中并且包括具有污物收集區(qū)域的第一旋風(fēng)器，其中污物收集區(qū)域具有可打開的底部；

c）第二旋風(fēng)分離器位于第一旋風(fēng)分離器下游的流體流動(dòng)路徑中并且包括中心縱向軸線，第二旋風(fēng)分離器包括圍繞中心部分布置的多個(gè)平行旋風(fēng)器，并且在離開第二級(jí)旋風(fēng)器,空氣進(jìn)入中心部分的上部，并在空氣進(jìn)入中心部分的上部下方的位置離開中心部分；

d）電機(jī)前過(guò)濾器位于第二旋風(fēng)分離器下游的流體流動(dòng)路徑中，并包括上游側(cè)和下游側(cè)，其中中心縱向軸線延伸穿過(guò)電機(jī)前過(guò)濾器占據(jù)的體積；

e）主體包括流體流動(dòng)馬達(dá)殼體，流體流動(dòng)馬達(dá)設(shè)置在前置馬達(dá)過(guò)濾器下游的流體流動(dòng)路徑中，其中流體流動(dòng)馬達(dá)具有旋轉(zhuǎn)軸線并且旋轉(zhuǎn)軸線的投影與所述旋轉(zhuǎn)軸線相交，中央縱向軸線和流體流動(dòng)馬達(dá)外殼僅固定到空氣處理部分的側(cè)壁的一部分，其中：

(i)手持式真空吸塵器的流體流動(dòng)馬達(dá)和手柄位于第二旋風(fēng)分離器的后方；

(ii)污物收集區(qū)域位于旋風(fēng)分離器和電機(jī)前過(guò)濾器下方并垂直對(duì)齊；

(iii)當(dāng)手持吸塵器位于水平表面上時(shí)，手柄包括向上延伸部分，向上延伸部分遠(yuǎn)離流體流動(dòng)馬達(dá)殼體延伸，臟流體入口的通道軸線與手柄的向上延伸部分相交處理。”[6]

3.2 中國(guó)企業(yè)的應(yīng)對(duì)策略

在企業(yè)的新產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中，善于合理有效地利用已有專利的技術(shù)知識(shí)，實(shí)施基于專利知識(shí)的規(guī)避設(shè)計(jì)，是競(jìng)爭(zhēng)處于劣勢(shì)企業(yè)提高自主創(chuàng)新能力的有效手段[7]。成功的規(guī)避設(shè)計(jì)主要包含兩個(gè)要求：一是在專利侵權(quán)案中不會(huì)被判定為侵權(quán)；二是在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中不會(huì)因成本過(guò)高而失去競(jìng)爭(zhēng)力。目前，常用的規(guī)避策略主要是基于元件設(shè)計(jì)的刪除法、替代法和禁止反悔法。下面將對(duì)這幾種常見的規(guī)避設(shè)計(jì)策略做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹：（1）刪除法，是指在已有的有效專利上減去一個(gè)或多個(gè)必要技術(shù)特征，將其功能轉(zhuǎn)移到其它系統(tǒng)組件上，刪除某些組件或輔助功能；（2）替代法，是指采用不同的手段(技術(shù)、方式、原理)，使系統(tǒng)具有相同的功能，達(dá)到相同的效果；（3）禁止反悔法，即利用專利權(quán)人在申請(qǐng)專利過(guò)程中或后續(xù)程序過(guò)程中放棄的原來(lái)權(quán)利要求中的部分內(nèi)容[8]。例如萊克公司針對(duì)規(guī)避戴森公司的多錐旋風(fēng)系統(tǒng)，開發(fā)獨(dú)特的旋風(fēng)罩，在萊克公司的專利CN108125618B 中很詳細(xì)地記載了該技術(shù)，該專利公開了一種真空吸塵器，該吸塵器的塵杯內(nèi)設(shè)置旋風(fēng)分離器，為了提高整機(jī)性能，將傳統(tǒng)的旋風(fēng)器的單個(gè)旋風(fēng)套氣流出口改為多個(gè)旋風(fēng)套氣流出口，增大旋風(fēng)套的氣流出口的排風(fēng)面積，將本專利設(shè)計(jì)的改進(jìn)旋風(fēng)套應(yīng)用在直徑較小的塵杯上后，臟空氣的分離處理的效果相較于直徑較大的塵杯效果更好，且通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)多個(gè)旋風(fēng)套氣流出口的排風(fēng)方向，使多個(gè)氣流出口的排風(fēng)方向一致，同意出風(fēng)方向的多股氣流合理形成風(fēng)力較強(qiáng)的旋風(fēng)氣流，多股旋風(fēng)流體在塵杯一起分離灰塵和垃圾，放大了塵杯內(nèi)旋風(fēng)分離作用，同時(shí)有效地避免了風(fēng)力的衰減和塵杯內(nèi)的氣流亂流的產(chǎn)生。通過(guò)這類新穎的設(shè)計(jì)，在達(dá)到很好的塵氣分離的效果的同時(shí)，有效地規(guī)避了戴森的專利限制，降低了自身風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)很有效地提高了自身的研發(fā)實(shí)力。

目前隨著應(yīng)用場(chǎng)景的豐富和用戶需求的增長(zhǎng)，吸塵器的市場(chǎng)份額逐漸被洗地機(jī)和掃地機(jī)器人侵蝕，而這兩者對(duì)物聯(lián)網(wǎng)和智能化的要求普遍高于吸塵器，這些功能是國(guó)際巨頭的專利布局盲區(qū)，也是中國(guó)家電企業(yè)的擅長(zhǎng)領(lǐng)域，且對(duì)旋風(fēng)分離器的要求較低，眾多的中國(guó)企業(yè)規(guī)避吸塵器旋風(fēng)分離器的專利，切入洗地機(jī)和掃地機(jī)器人的領(lǐng)域，規(guī)避相應(yīng)的專利風(fēng)險(xiǎn)2017-2022年，家用洗地機(jī)的專利申請(qǐng)人已經(jīng)主要變成了中國(guó)企業(yè)，這些中國(guó)企業(yè)已具有很好的專利意識(shí)，已在洗地機(jī)領(lǐng)域布局了大量專利，以形成有效的專利護(hù)城河，差異化競(jìng)爭(zhēng)，強(qiáng)化自身優(yōu)勢(shì)，突破品牌、技術(shù)和專利的限制，完成后進(jìn)者的彎道超車。

4 結(jié)論

本文通過(guò)專利視角分析家用吸塵器的旋風(fēng)分離裝置的技術(shù)發(fā)展演進(jìn)路線和未來(lái)的技術(shù)創(chuàng)新趨勢(shì)，從專利申請(qǐng)的時(shí)間、申請(qǐng)人、申請(qǐng)區(qū)域和技術(shù)分部等領(lǐng)域分析了旋風(fēng)分離裝置的技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)和未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)通過(guò)分析有關(guān)的專利訴訟數(shù)據(jù)，列舉戴森和shark 等公司的專利訴訟情況，指出目前吸塵器的旋風(fēng)分離器領(lǐng)域哪些結(jié)構(gòu)是主要研發(fā)的專利布局方向，為了破除目前中國(guó)企業(yè)在該領(lǐng)域的被動(dòng)挨打局面，中國(guó)公司可以通過(guò)開發(fā)規(guī)避技術(shù)，或是通過(guò)技術(shù)和市場(chǎng)的發(fā)展，開辟新的洗地機(jī)和掃地機(jī)器人賽道，以規(guī)避自身在旋風(fēng)分離器等領(lǐng)域的專利弱勢(shì)。