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新能源汽车驱动电机专利信息分析

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2016' ̄g 3 scie … d Te 麓 麓… Kes。盯。h doi:10.3969/j.issn.1000—7695.2016.03.025 新能源汽车驱动电机专利信息分析 陈吉清,余建立,黄维军,郭 慧,兰凤崇 (华南理工大学1.机械与汽车工程学院; 2.广东省汽车工程重点实验室,广东广州 510640) 摘要:采用Thomson Innovation专利检索分析平台搜集整理驱动电机相关专利,通过分析国内外驱动电机专利的 申请时间趋势、国别分布、申请人排名、技术热点分布以及国内专利省市分布,了解国内外驱动电机专利技术 的发展现状,对比指出国内专利申请特点以及存在的问题,并尝试性地为国内驱动电机相关企业和科研机构提 出相应的发展建议。 关键词:新能源;驱动电机;专利信息 中图分类号:U306.7;15469.72 文献标志码:A 文章编号:1000—7695(2016)03—0136—06 The Analysis of Patent Information on Drive Motor for New Energy Vehicle CHEN Jiqing l-,YU Jianli ,HUANG We ̄un ,GUO ttui ,LAN Fengchong , f 1.School of Mechanical&Automotive Engineering;2.Guangdong Provincial Key Laboratory of Automotive Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China) Abstract:This paper uses the analysis platform——Thomson Innovation——and professional patents searching and analyzing method to collect and organize drive—motor patents.To know the development status of drive—motor technology at home and abroad,the paper analyzes the domestic and foreign patent information involving application tendency,country distribu— tion,applicant ranking,hot technology distribution and domestic patent distribution of provinces and cities.Finally the pa— per points out the characteristics and problems of domestic patent applieations by comparison and tiesr to give some sugges— tions for the future development of domestic enterprises and research institutions. Key words:new energy;drive motor;patent ifornmation 新能源汽车具有环保、节能、简单三大优势, 是与此同时,国内驱动电机的专利情报研究尚处于 以电动机代替燃油机,由电机驱动而无需自动变速 空白,所以本文的相关专利信息统计与分析研究对 箱,相对于自动变速箱,电机结构简单、技术成熟、 新能源汽车产业的关键技术发展具有重要意义。 运行可靠。传统的内燃机能高效产生转矩时的转速 本文采用的专利数据中全球专利来自汤森路透 在一个窄的范围内,导致其变速机构庞大而复 集团TI数据库,其数据源包括全球70多个国家和 杂,而电动机可以在相当宽广的速度范围内高效产 地区的核心数据库、涵盖德温特数据库、亚洲全文 生转矩,在纯电动车行驶过程中不需要换挡变速装 数据库 ,国内专利数据来自广东省专利信息服务 置,操纵方便容易,噪音低…。 平台。通过编写检索表达式得到1995年1月1日一 驱动电机及其控制系统是电动汽车动力系统中 2014年12月31日共计20年间驱动电机的专利数 的核心部分,以电机为核心的驱动系统占整车成本 据,分析国内外专利发展态势,进而为国内相关研 的60%左右 j,特别是在目前蓄电池技术未取得突 发机构提供参考。 破性进展的背景下,电机驱动系统是保证电动汽车 1 全球驱动电机专利信息分析 续驶里程、使电动汽车产业化的关键。我国“十二 五”规划中明确提出“十二五”期间将集中力量围 全球范围看,有刷直流电机、一般同步电机、 绕环保型新能源电动汽车的电驱动系统方面进行研 感应电机与有刷磁铁电机商品化历史最长,产品更 究,开发具有高功率密度、低速大转矩、调速范围 新换代不断,迄今还在应用。2O世纪80年代开始进 广、转矩响应快、高可靠性等性能的各种类型的驱 入商品化的表面永磁同步电机与从90年代以来研制 动电机及符合电动汽车驱动需求的控制系统 。但 开发的开关磁阻电机、内置式永磁同步电机以及最 收稿日期:2014—10—28,修回15t期:2015—05—12 基金项目:广东省科技计划项目“新能源汽车产业专利信息资源开发工程”(2013BOlO405007/2013B090600024) 陈吉清等:新能源汽车驱动电机专利信息分析 137 新的同步磁阻电机相继进人市场,在电动汽车与混 合动力汽车上获得应用 J。 直流电机结构简单、控制方便,技术相对成熟, 但由于其存在电刷部件,维护难度增大,同时由于 体积和重量相对较大,了其在电动汽车上面的 运用。感应电机也是较成熟的一种电机,它采用v/ F控制、矢量控制、直接转矩控制等控制方法,在 运行过程中转矩脉动小,调速范围大,因此美国、 欧洲研制的电动汽车多采用感应电机作为驱动电机, 如Chrysler公司生产的Epic Van、福特公司生产的 Ranger EV、通用汽车公司生产的Impact、S—IOEV 和EVI电动汽车等。开关磁阻电机结构较新,结构 简单可靠,成本较低,起动性能好,没有大的冲击 电流,兼有交流感应电机变频调速和直流电机调速 的优点,但其噪声较大,转矩脉动严重 。永磁同 步电机是当前电动汽车驱动电机研究的热点,具有 功率密度大、体积小、质量轻等优点,同时其低速 输出转矩大、效率高、维护方便,因此作为电动汽 车驱动电机的优势明显。当前的主要研究方向是无 位置传感器控制、转矩脉动抑制和新型控制策略等。 日本和欧洲各国大都采用永磁同步电机作为电动汽 车驱动电机,比如丰田公司的Prius,本田公司的 CIVIC。 1.1专利申请趋势分析 1995年1月1日.2014年l2月31日期间全球 新能源汽车驱动电机专利申请量累计达到43 024 件。在1999年之前,专利申请趋势基本保持平缓, 年申请量均处在1 000件以下。进入21世纪,伴随 新能源汽车的迅速发展,驱动电机专利申请量也进 人快速增长时期,2012年专利量更是达到了4 491 件。2013年与2014年专利申请量有所下滑,其中主 要是因为专利公开存在滞后性。 萋纂誊 3霹50 蒜 萋鞋匿一曩 二 #j 霉: F 三≯薤 :舞 : 炎 一 §§§§§ 量 主 i 审谴年楫 图1 全球驱动电机专利申请时间趋势 I.2 专利申请国与技术来源国分布分析 全球新能源汽车驱动电机领域的专利申请涉及 到近50个国家和地区,排名靠前的国家和地区分别 是日本、中国、美国、德国、欧洲专利局、韩国、 世界知识产权组织、法国、印度,其专利总量占到 世界专利总量的96.9%,可见全球驱动电机技术专 利分布较为集中,关键技术基本掌握在这些新能源 汽车发展较早的国家。 而从技术来源国家分布情况来看,专利持有者 依旧集中在除了印度以外的其余8个国家和地区, 其中日本专利总持有量占比达到52.O%,对比日本 本土专利申请总量44.4%的比重,可以看出日本企 业非常重视国外市场的专利布局,其主要驱动电机 代表企业有丰田、电装、三菱等。中国驱动电机专 利申请量所占比重也很高,对比技术来源情况可以 看出,中国除了本国申请人在本土的专利布局外, 外国专利权人也占据了一定比重。美国、德国同样 占据较高比重的专利申请量,作为传统汽车技术强 国和新能源汽车发展较早的国家,他们均掌握了驱 动电机的核心技术,其专利的实用价值和技术生命 周期较长。 歇 中豳 23 3% 图2全球驱动电机专利申请国别分布 日本 52O% 图3全球驱动电机专利技术来源国分布 I.3主要申请人分析 考虑到同一公司的不同书写形式以及相关子公 司的从属情况,对检索得到的专利数据进行申请人 标引排名,得到驱动电机专利申请量排名前十位的 专利申请人。这十位申请人专利申请量累计达到7 861件,占到了专利总量的33%,专利集中度非常 高。同时可以看出除了博世以外,其余9位均为日 本企业,其专利布局的群体性优势非常明显,特别 是在海外市场的推广过程当中,将对其他国家驱动 电机相关企业形成严峻的发展阻力。 排名第一位的丰田专利量达到1 898件,其电 机本体和控制类专利均占到一半左右,技术均衡性 较高,丰田具有代表性的新能源车型如RAV4 EV、 Prius Hybrid、Civic Hybrid以及FCHV客车均采用永 磁同步电机电机,采用先进的电机设计技术与控制 技术,使汽车驱动系统具备优异的动力性与平顺 性 。第二位企业电装作为世界顶级的汽车零部件 供应商,其旗下拥有世界第一大电机企业阿斯莫, 140 陈吉清等:新能源汽车驱动电机专利信息分析 量明显少于本体技术领域 表1 国内驱动电机专利IPC主分类号 件 IPC主分类号 技术说明 专利数量 2.5驱动电机专利省市分布 在中国驱动电机专利申请人排名前二十位的省 市中(见图10),排名第一位的江苏省专利申请量 为4 244件,其主要依靠高校和电机制造企业的联 合发展。高校中东南大学、南京航空航天大学、以 及江苏大学均具备较强的电机研发能力,而企业则 以无锡中达电机、无锡哈电电机等电机制造企业为 主。江苏省总体电机专利申请量虽然较高,但专利 申请人非常分散,排名靠前的申请人也仅仅最多持 有100多件专利,另外没有涉及整车制造企业,对 其新能源驱动电机技术的发展不利。 浙江省排名第二,专利申请量为3 780件,其 主要申请人类型则是高校、电机制造企业和个人, 主要代表为浙江联宜电机有限公司的许晓华、浙江 大学、卧龙电气集团等。但浙江省同样存在整车制 造企业缺乏、专利申请人分散等情况。 广东省专利申请量达到3 174件,其新能源 汽车驱动电机领域的优势企业主要集中在广州、 深圳、中山、佛山等几个地区,例如以生产永磁 同步电机为主的中山大洋电机、深圳比亚迪汽车 公司在全国都是比较靠前的企业。关于电机控制 领域,华南理工大学、中山大学、广东工业大 学、中科院深圳先进技术研究所等科研单位在电 机控制策略、控制器件、功率变换器件等领域有 着雄厚的科研实力。 。t 图l0国内驱动电机专利省市分布 3结论与建议 (1)进入21世纪,中国新能源汽车驱动电机专 利申请趋势明显上升,与全球专利发展态势相吻合, 大力扶持新能源产业发展也为技术进步提供强 大助力。从专利申请量来看,中国走在世界前列, 数量方面仅次于日本,足见国内驱动电机相关企业 与科研机构对专利技术保护的重视,专利布局意识 不断加强。但从国内专利类型来看,实用新型占比 过高,与日本在中国布局的专利形成巨大反差,需 要引起国内相关企业和高校重视。必须提高技术研 发能力,保证专利的应用价值,才能在新能源汽车 产业发展中发挥出其重要作用。 (2)从专利申请国和技术来源情况可以看出日本 和德国等世界汽车强国的专利全球布局意识非常强。 在专利权人排名中,日本企业驱动电机专利拥有量更 是处于绝对领先地位,同时其在中国专利权人排名中 也占据了前六位,日本在新能源汽车产业的优势地位 与其专利战略的实施紧密相关。作为全球第一大汽车 市场,外国企业纷纷加大了对中国的专利申请,国内 企业和科研机构必须警惕其专利布局而形成的技术壁 垒。科研机构和企业还可以开展多方面的国际合作, 寻求资源共享,避开专利壁垒对自身的不利条件,走 出一条平稳可持续的发展道路。 (3)从驱动电机专利技术热点来看,全球电机 主要专利技术点包含了主流的混合动力控制技术、 混合动力控制、电机控制策略、电压与电流检测、 电机冷却、制动能回收、磁体、铁芯以及绕组线圈 等,控制类专利和本体类相当。但从国内专利IPC 分类号可以看出,主要技术点集中在本体类专利, 发展相对不平衡,而本体类专利产生了大量实用新 型外围专利,其技术实用性较差。未来国内研发人 员必须加大对控制类技术的研发力度,兼顾专利申 请量和专利运用价值。由于国内存在丰富的稀土资 源,对发展永磁电机技术非常有利,该专利技术点 也将继续成为申请热点,但由于相关电力电子模块 等关键零部件领域开发与供货能力尚较弱,严重影 响了电机产品的研发与生产。所以必须保证研发和 生产两个环节的同步发展,积极通过行业之间的联 合开发合作、产业链上下游之间的联盟合作以及产 学研相结合等多种形式提高研发水平,产品可靠性、 陈吉清等:新能源汽车驱动电机专利信息分析 141 耐久性和工艺水平才能得到有效提高, 才能具备优 [8]高惠民.丰田普锐斯电机及驱动控制系统解析[J].汽车新技 秀的市场竞争力。 术,2007(5):28—3l [9]李永钧.电动汽车电机驱动技术[J].汽车工程师,2012 (12):60—62 参考文献: [10]温旭辉.车用电机驱动系统技术和产业蓄势待发[N].中国 [1]陈清泉,詹宜君.21世纪绿色交通工具——电动汽车[M]. 电子报,2009—6—9(7) 北京:清华大学出版社,2001 [11]吕宏.电动汽车电机的要求和发展趋势[J].汽车零部件, [2]王莹.电动汽车常用驱动电机分析[J].工程技术与产业经济, 2011(4):17—18 2013(3):53—54 [12]游琳娟,吴汉光,雷德森.电动车电机及其控制技术的发展 [3]贡俊.电动汽车驱动电机系统研发及其产业化现状与发展[J]. 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