秦媛倩

摘 要：在對待充電設(shè)備進行無線充電時，若在充電區(qū)域中混入金屬異物，將對充電效率產(chǎn)生影響，嚴重時將對充電設(shè)備或者待充電設(shè)備造成損壞，因此，有必要對該領(lǐng)域開展研究，以實現(xiàn)精準的異物檢測，提高傳輸效能。本文主要從專利文獻的視角對無線充電領(lǐng)域異物檢測技術(shù)的發(fā)展進行了全面的數(shù)據(jù)統(tǒng)計以及分析，總結(jié)了該領(lǐng)域相關(guān)的國內(nèi)外專利的申請趨勢、主要申請國分布以及重要申請人分布。通過上述的分析和梳理，提高了對該技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展情況和發(fā)展趨勢的認識。

關(guān)鍵詞：無線;充電;異物;檢測

中圖分類號：TM910.6 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）12-0238-02

0 引言

無線充電技術(shù)主要有三種：射頻或微波WPT、電磁感應式WPT以及電磁共振式WPT。電磁感應式WPT是基于電磁感應原理，利用原、副邊分離的變壓器，在較近距離條件下進行無線電能傳輸?shù)募夹g(shù)。目前較成熟的無線供電方式均采用該技術(shù)，其無線充電端到端效率已經(jīng)接近90%，無線充電功率可達30kw，甚至更高。而隨著2007年，美國麻省理工學院的Witricity教授領(lǐng)導的研究團隊提出了一種基于磁諧振耦合原理實現(xiàn)中等距離傳輸能量的無線電能傳輸技術(shù)，電磁耦合諧振式無線能量傳輸技術(shù)作為一種新興的無線能量傳輸技術(shù)迅速發(fā)展起來，使無線能量傳輸技術(shù)成為國內(nèi)外學者研究的又一熱點問題。該技術(shù)最早始于這種技術(shù)可以實現(xiàn)較遠距離、大功率的能量傳輸。東京大學的學者依據(jù)此特點認為磁諧振耦合式無線充電技術(shù)十分適用于電動汽車無線充電。然而，當使用這項技術(shù)對車載電池充電時，無線充電系統(tǒng)可能會受到外來異物的影響，所謂的異物，如硬幣、口香糖錫箔紙、磁性或者非磁性的金屬物體等，所有不是接收機裝置但會出現(xiàn)在發(fā)射機和接收機中間的金屬物品，均稱之為金屬異物。當無線充電系統(tǒng)能量傳輸區(qū)域中混入金屬異物時，該金屬異物將在高頻電磁場的作用下會產(chǎn)生一系列的電磁現(xiàn)象，由該金屬異物引起發(fā)射線圈等效阻抗增大將使得發(fā)射端電流減小，降低充電效能[1，2]。因此，為了提高傳輸效率，高效檢測異物，國內(nèi)外專家學者在該領(lǐng)域不斷研究創(chuàng)新。

1 異物檢測技術(shù)分解

目前在無線充電異物檢測技術(shù)中主要可歸納為兩類，一為外加式感測器（如檢測線圈、超音波、紅外線、圖像等）于傳送端天線表面以進行異物檢測，但是外加式感測器會與系統(tǒng)本身產(chǎn)生相互作用而影響電力傳輸?shù)男阅?，因此外加式感測器僅適合充電前檢測，充電時檢測則會對系統(tǒng)產(chǎn)生影響，另一類為電力傳送線圈檢測異物，其主要技術(shù)在于量測參數(shù)變化以判斷異物存在與否，量測的參數(shù)有傳送電壓、電流、功率、效率、阻抗以及品質(zhì)因子等，但上述各參數(shù)皆會受到傳輸距離的不同而產(chǎn)生無法測定的變化，因此采用單一的檢測方法不易精準判斷是否有異物存在，需要采用多種方式結(jié)合的方法精確檢測以及定位異物。

2 全球?qū)＠暾垹顩r分析

本章通過對全球?qū)＠暾埩窟M行分析，獲得了國內(nèi)外專利申請總趨勢以及全球?qū)＠暾埖闹饕獓曳植肌?/p>

2.1 發(fā)展趨勢分析

圖1所示無線充電領(lǐng)域金屬異物檢測國內(nèi)外專利申請趨勢，該技術(shù)總共經(jīng)歷以下三個發(fā)展階段：

第一階段（1998-2008年）為萌芽期。從圖中可以看出異物檢測起始于20世紀90年代，但在2008年以前總申請量相對較少，而中國專利申請量幾乎為零，國際申請主要以國外申請為主。第二階段（2008-2015年）為快速發(fā)展期。自2008年基于磁諧振耦合原理實現(xiàn)中等距離傳輸能量的無線電能傳輸技術(shù)的提出，無線充電領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)得到了快速發(fā)展，該期間專利申請量呈不斷上升趨勢，在2012年以及2014年申請量分別出現(xiàn)了一個小峰值，進入快速增長期，并且通過申請量數(shù)據(jù)可以看出，中國申請量在此期間增長明顯。第三階段（2015年至今）為小幅回落期。進入2015年之后，專利申請量處于相對穩(wěn)定的態(tài)勢，申請量較為均衡，浮動不大，處于穩(wěn)定階段，究其原因，可能是該領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)分支已經(jīng)較為成熟，更優(yōu)方式的研發(fā)存在一定的瓶頸。

2.2 區(qū)域分析

圖2所示反映了無線充電技術(shù)領(lǐng)域金屬異物檢測的專利申請量布局，從圖2中可以看出目前全球約53%的申請來自于中國，緊隨其后是日本，然后分別是美國、韓國、德國等，通常來說，一個國家的申請量所占份額的大小在一定程度上也客觀體現(xiàn)了該國在該領(lǐng)域科技實力的強弱，從圖中可以看到，中國、日本以及美國是最為重要的申請國家，也是技術(shù)創(chuàng)新實力相對較強的國家;而其他國家也是該領(lǐng)域高度關(guān)注的競爭市場者。

2.3 主要申請人分析

縱觀全球主要申請人為松下、索尼、豐田、三洋、尼桑、佳能、博世、LG、高通，其中日本各大公司處于絕對領(lǐng)先的地位，而韓國、德國緊隨其后，并且日本在金屬異物檢測方面屬于主要創(chuàng)新國家，對于該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展起到了明顯的推動作用，而其他公司主要以改進型發(fā)明為主。

3 中國專利申請狀況分析

3.1 國內(nèi)專利申請趨勢

圖3所示可以看出，自2008年起，對無線充電領(lǐng)域金屬異物檢測開始出現(xiàn)中國專利申請，而從2008-2011年，該領(lǐng)域的專利申請還是以國外來華為主，并且申請人主要為日本的相關(guān)企業(yè)，而自2012年開始，國內(nèi)申請人在該領(lǐng)域開始出現(xiàn)專利申請，并且從2012年-至今，增長較為穩(wěn)定，而國外來華申請在此期間，在2014年出現(xiàn)了一個小高峰，2014年之后呈現(xiàn)回落態(tài)勢，可見看出，國內(nèi)申請人對該領(lǐng)域重視程度逐年增加，而國外來華的申請人對該領(lǐng)域的技術(shù)已經(jīng)研究的較為成熟，因此，申請量出現(xiàn)下滑情況。

3.2 國內(nèi)主要專利申請地區(qū)分布

在國內(nèi)申請中，申請量較大的省市通常集中于長三角、珠三角等東部沿海地區(qū)，這些地區(qū)均是國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展較為發(fā)達的地區(qū)，因而能夠配置更多的資源投入到無線充電金屬異物檢測領(lǐng)域的研究和制造中去。具體來說，廣東的申請量明顯高于其他省/市，一方面依賴于省內(nèi)對該領(lǐng)域研發(fā)的企業(yè)眾多，如中興通訊、中惠創(chuàng)智等，另一方面也得益于省內(nèi)政府的扶持，使得申請量相比其他省份占據(jù)絕對優(yōu)勢。

3.3 國內(nèi)各類型申請人的專利申請量的比重

圖4所示可以看出在國內(nèi)申請中，在國內(nèi)申請中，公司申請占有很大比重，約為96%，其次為高校/科研院所申請占有3%以及個人申請占有1%。這說明，在無線充電金屬異物檢測領(lǐng)域，公司為主要研發(fā)團隊，高校/科研院所申請還主要以非專利中的理論研究為主。

4 結(jié)語

本文分析了國內(nèi)外無線充電領(lǐng)域異物檢測專利申請趨勢、國內(nèi)外主要申請人。通過上述數(shù)據(jù)樣本的分析和統(tǒng)計，對該技術(shù)領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展水平以及發(fā)展脈絡有了更進一步的認識。從該領(lǐng)域整體的技術(shù)發(fā)展情況不難看出，日本對于該領(lǐng)域的研究處于領(lǐng)先地位，并且日本的松下公司以及索尼公司的申請量也位居世界前列，同時，從申請量趨勢可以看出，中國近年來在該領(lǐng)域的申請量呈不斷增長的趨勢，圍繞如何更加準確的進行異物檢測不斷進行創(chuàng)新。相信未來伴隨著無線充電領(lǐng)域的不斷創(chuàng)新以及用戶在體驗過程中的需求不斷上升，針對無線充電領(lǐng)域的異物檢測還會有很長一段的發(fā)展道路。

參考文獻

[1] 曲曉東.基于磁耦合諧振的電動汽車無線充電系統(tǒng)研究[D].山東大學，2016.

[2] 馬中原，廖承林，王麗芳.金屬異物對電動汽車無線充電系統(tǒng)影響分析[J].電工電能新技術(shù)，2017（2）：14-20.