張穎超

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇蘇州，215000）

無(wú)刷雙饋電機(jī)專利技術(shù)發(fā)展

張穎超

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇蘇州，215000）

近年來(lái)，作為可再生能源的風(fēng)力發(fā)電受到了全球范圍的廣泛關(guān)注，人們?cè)絹?lái)越重視適用于風(fēng)力發(fā)電的新型電機(jī)，無(wú)刷雙饋電機(jī)以其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，高可靠性，具有異步和同步電機(jī)兩種電機(jī)的綜合特點(diǎn)，通過(guò)控制激磁繞組的電壓和頻率易于實(shí)現(xiàn)變速恒壓恒頻發(fā)電，是一種適合風(fēng)力發(fā)電運(yùn)行環(huán)境的新型電機(jī)。本文主要以DWPI、SIPOABS專利數(shù)據(jù)庫(kù)以及CNTXT數(shù)據(jù)庫(kù)中的檢索結(jié)果為分析樣本，從專利文獻(xiàn)的視角對(duì)無(wú)刷雙饋電機(jī)的發(fā)展進(jìn)行了全面的統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)了與無(wú)刷雙饋電機(jī)相關(guān)的國(guó)內(nèi)和國(guó)外專利的申請(qǐng)趨勢(shì)、主要申請(qǐng)人分布以及其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的發(fā)展路線做了一定的分析，并從中得到一定的規(guī)律。

無(wú)刷；雙饋；磁阻式轉(zhuǎn)子；籠型轉(zhuǎn)子；發(fā)展路線

0 引言

眾所周知，全球正在面臨能源危機(jī)和環(huán)境污染，風(fēng)力發(fā)電具有同時(shí)完成一次能源的建設(shè)和開(kāi)發(fā)的優(yōu)點(diǎn)，且投資成本小，不需要對(duì)非再生能源進(jìn)行開(kāi)采和運(yùn)輸，因此具有無(wú)限的發(fā)展?jié)摿?。目前，世界風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)的兩大主流風(fēng)力發(fā)電機(jī)分別是：雙饋式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)和直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)。

本文主要以SIPOABS、DWPI專利數(shù)據(jù)庫(kù)以及CNTXT數(shù)據(jù)庫(kù)中的檢索結(jié)果為分析樣本，從專利文獻(xiàn)的視角對(duì)無(wú)刷雙饋電機(jī)的發(fā)展進(jìn)行了全面的統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)了與無(wú)刷雙饋電機(jī)相關(guān)的國(guó)內(nèi)和國(guó)外專利的申請(qǐng)趨勢(shì)、主要申請(qǐng)人分布及其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的發(fā)展路線做了一定的分析，并從中得到一定的規(guī)律。

1 無(wú)刷雙饋電機(jī)專利申請(qǐng)概況

1.1 國(guó)外專利申請(qǐng)狀況

無(wú)刷雙饋電機(jī)國(guó)外專利申請(qǐng)趨勢(shì)，大致可以分為三個(gè)時(shí)期，各時(shí)期劃分以申請(qǐng)量增長(zhǎng)率的變化為標(biāo)準(zhǔn)。

（1）萌芽期（1997年之前）

1975年，Broadway對(duì)Hunt，申請(qǐng)了關(guān)于自串級(jí)無(wú)刷異步機(jī)的專利，形成了無(wú)刷雙饋電機(jī)的雛形，由于DWPI數(shù)據(jù)庫(kù)自身收錄特點(diǎn)，在該數(shù)據(jù)庫(kù)中最早出現(xiàn)的相關(guān)專利申請(qǐng)?jiān)?975年，然而這并不是關(guān)于無(wú)刷雙饋電機(jī)最早的專利申請(qǐng)年份。從圖1中可以看出，從1975年至1997年之間，申請(qǐng)量極少，無(wú)刷雙饋電機(jī)還處在萌芽階段。

（2）增長(zhǎng)期（2000-2011年）

從2000年開(kāi)始，無(wú)刷雙饋電機(jī)的申請(qǐng)量趨勢(shì)呈增長(zhǎng)狀態(tài)。作為一種新型的交流電機(jī)，無(wú)刷雙饋電機(jī)可靠性高，通過(guò)控制激磁繞組的電壓和頻率易于實(shí)現(xiàn)變速恒壓恒頻發(fā)電，適合于運(yùn)行環(huán)境惡劣的風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，因此國(guó)外對(duì)開(kāi)始重視對(duì)無(wú)刷雙饋電機(jī)結(jié)構(gòu)的改造，主要探索適于無(wú)刷雙饋電機(jī)的控制策略，以使其能夠邁入實(shí)用化階段。

（3）下降期（2012年至今）

從2012年開(kāi)始，無(wú)刷雙饋電機(jī)的發(fā)展總體趨勢(shì)趨于下降。由于無(wú)刷雙饋電機(jī)定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)展成熟，對(duì)無(wú)刷雙饋電機(jī)本體結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)入了瓶頸期，目前研究的方向是對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行的控制策略。

根據(jù)各國(guó)家的申請(qǐng)量分析，美國(guó)和英國(guó)兩個(gè)國(guó)家的申請(qǐng)總量占國(guó)外申請(qǐng)總量的62%，分別研究磁阻轉(zhuǎn)子和籠型轉(zhuǎn)子的無(wú)刷雙饋電機(jī)，申請(qǐng)量占主導(dǎo)地位。

1.2 中國(guó)專利申請(qǐng)狀況

無(wú)刷雙饋中國(guó)專利申請(qǐng)趨勢(shì)，與國(guó)外專利類似，大致可以分為三個(gè)時(shí)期，第一時(shí)期為1995-2004年，從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，中國(guó)的高校和科研機(jī)構(gòu)才陸續(xù)開(kāi)始研究無(wú)刷雙饋電機(jī)，申請(qǐng)人類型以個(gè)人申請(qǐng)和高校申請(qǐng)為主，占90%以上，鮮有公司申請(qǐng)；第二時(shí)期為2005-2012年，中國(guó)專利申請(qǐng)趨勢(shì)總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，并且在2010-2012年之間突飛猛進(jìn)，在該時(shí)期內(nèi)，公司類申請(qǐng)人數(shù)量增加到了15%左右的份額，也說(shuō)明在這段時(shí)期內(nèi)，無(wú)刷雙饋電機(jī)本體的設(shè)計(jì)及效率等方面的發(fā)展水平較之前要高；第三時(shí)期為2013年至今，與國(guó)外申請(qǐng)類似，從2013年開(kāi)始，關(guān)于無(wú)刷雙饋電機(jī)的發(fā)展總體趨勢(shì)趨于下降，無(wú)刷雙饋電機(jī)定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)展成熟。

2 無(wú)刷雙饋電機(jī)專利技術(shù)發(fā)展路線

無(wú)刷雙饋電機(jī)的發(fā)展是一個(gè)曲折且漫長(zhǎng)的過(guò)程。最早，美國(guó)的Steminmetz 和德國(guó)的Gorgess 在1893 年提出了將兩臺(tái)繞線式異步電機(jī)串級(jí)同軸相連，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)刷雙饋的運(yùn)行方式。20世紀(jì)初期，Hunt研究出同時(shí)具有單一的轉(zhuǎn)子繞組和不同極數(shù)的單一定子繞組的電機(jī)，實(shí)現(xiàn)無(wú)刷化。

直到20世紀(jì)70年代，Broadway對(duì)Hunt提出的電機(jī)做了改進(jìn)，將自串級(jí)無(wú)刷異步機(jī)的理論向前推進(jìn)了一步，后來(lái)Broadway又將相調(diào)制理論應(yīng)用到極變換繞組中，提出了可用磁阻轉(zhuǎn)子替代短路的籠型轉(zhuǎn)子。

近年來(lái)，美國(guó)、英國(guó)、澳大利亞和日本等國(guó)家的許多高校和科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)對(duì)無(wú)刷雙饋電機(jī)進(jìn)行了較為深入的研究。英國(guó)劍橋大學(xué)、Oregon 州立大學(xué)專門研究籠形轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的無(wú)刷雙饋電機(jī)；美國(guó)Wisconsin 大學(xué)的T.A.Lipo 和美國(guó)Ohio 州立大學(xué)的Longya Xu 教授專門研究磁阻轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的無(wú)刷雙饋電機(jī)。

國(guó)內(nèi)對(duì)無(wú)刷雙饋電機(jī)的探究比國(guó)外晚很多，沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)最早對(duì)其進(jìn)行探索研究，其主要研究方向是電機(jī)的基本運(yùn)行原理，并提出了新磁場(chǎng)調(diào)制式無(wú)刷交流電機(jī)理論。其次，華中科技大學(xué)、湖南大學(xué)、東南大學(xué)、天津大學(xué)和中國(guó)礦業(yè)大學(xué)等國(guó)內(nèi)高校和一些科學(xué)研究機(jī)構(gòu)也陸續(xù)對(duì)無(wú)刷雙饋電機(jī)進(jìn)行了研究，它們的主要研究對(duì)象是巢式回路鼠籠轉(zhuǎn)子的無(wú)刷雙饋電機(jī)，并獲得了很多研究成果。

其中沈陽(yáng)工大的張鳳閣教授根據(jù)仿真分析和參數(shù)計(jì)算對(duì)磁場(chǎng)調(diào)制式的無(wú)刷雙饋電機(jī)作了深入的研究，通過(guò)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)極數(shù)的轉(zhuǎn)換，使電機(jī)達(dá)到良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

由北京交通大學(xué)的劉慧娟副教授和Longya Xu教授課題組，研究了“徑向疊片磁障式轉(zhuǎn)子的無(wú)刷雙饋電機(jī)”，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)和電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)等分析并制造實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，該電機(jī)具有良好的性能。

3 結(jié)語(yǔ)

從國(guó)內(nèi)外無(wú)刷雙饋電機(jī)的專利技術(shù)發(fā)展來(lái)看，該技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)成熟度已經(jīng)很高，國(guó)外的無(wú)刷雙饋電機(jī)技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了漫長(zhǎng)發(fā)展周期，而中國(guó)對(duì)于無(wú)刷雙饋電機(jī)發(fā)展的時(shí)期相對(duì)較短，并且晚于國(guó)外關(guān)于無(wú)刷雙饋電機(jī)的發(fā)展。國(guó)內(nèi)外公司對(duì)該電機(jī)的應(yīng)用技術(shù)研究較少，因此國(guó)內(nèi)外可以通過(guò)對(duì)電機(jī)本體進(jìn)行深入研究，改善電機(jī)的設(shè)計(jì)方式和制造工藝、主攻電機(jī)控制方法，使無(wú)刷雙饋電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)能夠在產(chǎn)業(yè)上廣泛應(yīng)用，在風(fēng)能水能利用中真正發(fā)揮應(yīng)有的作用。

[1] 專利公開(kāi)號(hào)：US3927358A.

[2] 專利公開(kāi)號(hào)：US6710495B2．

[3] 專利公開(kāi)號(hào)：CN100568677C.

[4] 專利公開(kāi)號(hào)：CN102005843A.

[5] 專利公開(kāi)號(hào)：CN102097913A.

Development of patent technology for brushless doubly fed motor

Zhang Yingchao
（Patent examination cooperation Jiangsu center of the patent oddice,sipo，Suzhou，Jiangsu，215000）

In recent years,wind power as the renewable energy by widespread concern in the global scope, people pay more and more attention to applicable to wind power as a new kind of motor, brushless doubly fed machine with its simple structure,high reliability,with the comprehensive characteristic of asynchronous and synchronous motor,two kinds of motor,by controlling the voltage and frequency of the excitation winding is easy to realize the variable speed constant frequency and constant voltage power,is a suitable for wind power generation operating environment as a new kind of motor.This paper mainly to DWPI,SIPOABS patent database and CNTXT database retrieval results for the analysis of the sample,from the patent literature from the perspective of the development of brushless doubly fed machine were comprehensive statistical analysis,summarized and brushless doubly fed machine related domestic and foreign patent application trend, mainly distributed in the applicant and the rotor structure of the development route do some analysis, and the obtained certain rules.

brushless;doubly fed;reluctance rotor;cage rotor;development route

張穎超（1987—），女，黑龍江省伊春市人，職務(wù)：審查員，研究方向：電機(jī)。