沈世玲 王秀紅

（江蘇大學科技信息研究所 鎮(zhèn)江 212013）

0 引言

能源是人類賴以生存和發(fā)展的基礎，黨的十九大報告明確指出要 “推進能源生產(chǎn)和消費革命，構建清潔低碳、安全高效的能源體系”。在我國農(nóng)村農(nóng)業(yè)機械耗能巨大，電動拖拉機能夠有效地解決由燃油農(nóng)業(yè)機械所造成的能源和環(huán)保問題，因此快速發(fā)展電動拖拉機顯得十分必要[1]。有研究表明新能源農(nóng)業(yè)機械的動力裝置仍遠未能達到全面取代常規(guī)能源動力裝置的地步，為促進其發(fā)展，還必須加大對動力裝置硬件與軟件的研究[2]。

專利是知識產(chǎn)權的核心部分，是一項十分重要的無形資產(chǎn)。專利文獻包含豐富的經(jīng)濟信息、技術信息和法律信息，也蘊含了世界上大部分最新的技術情報。因此，研究專利是研究科技創(chuàng)新的必要途徑[3]。對專利信息進行科學地分析可以大大提高研究效率，獲得大量的競爭信息，提高技術研發(fā)和專利工作的質(zhì)量[4]，是國家和企業(yè)取得競爭優(yōu)勢的重要保證[5]。因此，越來越多的學者使用專利信息對技術創(chuàng)新與科技管理進行研究[6]。目前比較典型的專利分析方法有專利地圖和社會網(wǎng)絡分析法[7]。

國外Chen J K C[8]等學者用交叉比較法側(cè)重對先進國家智能電池的應用專利研究，為行業(yè)、政府和研究機構開發(fā)智能電池技術提供了有價值的信息；Kwon Y[9-10]等學者從專利發(fā)展趨勢、專利活動指數(shù)、專利申請人國籍分布和專利水平角度對新能源汽車相關的專利進行分析，掌握各國專利申請情況及技術發(fā)展趨勢；Windasari N[11]等學者通過對過去20年汽車制造商應用電動汽車新技術的專利數(shù)量進行分析，預測未來電動汽車的技術發(fā)展軌跡。國內(nèi)抄佩佩[12]等學者從新能源汽車動力電池的專利布局、專利功效手段等內(nèi)容進行專利數(shù)據(jù)分析，預測出新能源汽車動力電池的關鍵技術熱點和發(fā)展趨勢；程凡[13]等運用統(tǒng)計分析和社會網(wǎng)絡分析方法對新能源汽車電池技術發(fā)展現(xiàn)狀及進行研究，并對我國新能源汽車電池技術在發(fā)展中所遇到的問題進行了分析，并提出了應對策略。汪守霞[14]等分析了驅(qū)動電機及其控制系統(tǒng)的專利申請趨勢、主要競爭者、熱點專利以及各國申請人在全球的專利布局，找到我國新能源汽車電池技術發(fā)展過程中存在的問題，并結合我國國情以及行業(yè)發(fā)展實際情況為新能源汽車電池技術的發(fā)展提出對策與建議。

綜合上述文獻，國內(nèi)外學者已經(jīng)從不同角度對新能源汽車及其電池技術、驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)方面進行專利情報分析，然而同屬新能源領域的電動拖拉機動力裝置未有研究。本文運用專利計量分析方法，對相關專利文獻進行分析，從更全面的角度剖析電動拖拉機動力裝置技術的時空特征、技術演化路線、競爭態(tài)勢和專利發(fā)展情況，挖掘出電動拖拉機動力裝置核心技術，從而為我國相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供決策參考。

1 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)來自Derwent Innovations Index （簡稱DII）數(shù)據(jù)庫，專利數(shù)據(jù)覆蓋全球90多個國家和地區(qū)、40個專利授權機構的1 430多萬項基本發(fā)明。檢索式為IC=（B60L） AND （ALLD=（Tractor） OR ALLD=（Agrimotor）） AND AD〉=（19980101） AND AD〈=（20171231）；并對檢索結果進行同族專利去重和清洗處理，最終獲得506件專利。

2 研究結果分析

2.1 全球?qū)＠暾堏厔輬D

通過對專利申請數(shù)量和申請年份之間趨勢分析可以掌握歷年專利申請情況，推測技術發(fā)展和研發(fā)投入的趨勢。圖1為全球和中國電動拖拉機動力裝置的申請年份和專利數(shù)量趨勢圖，從圖1看出全球電動拖拉機動力裝置技術發(fā)展分為四個階段：1998～2007年屬于技術萌芽期，每年申請的專利數(shù)量均少于20件；2007～2012年屬于技術發(fā)展期，專利申請的數(shù)量呈現(xiàn)急速增長的趨勢，2012年專利申請數(shù)量達到頂峰；2012～2014年屬于技術成熟期，專利數(shù)量維持在頂峰水平；2014～2017年屬于技術衰退期，專利數(shù)量有所回落，新技術正在孕育產(chǎn)生。而中國電動拖拉機動力裝置技術發(fā)展分為兩個階段：1998～2014年屬于技術萌芽期，電動拖拉機動力裝置技術研究起步較早，在1998年已有專利申請，但是發(fā)展一直較為緩慢，其主要原因有：（1）在農(nóng)村由燃油農(nóng)業(yè)機械造成的能源和環(huán)保問題未能得到重視，（2）國家及政府機構沒有給予一定的財政支持及鼓勵；2014年至今屬于技術發(fā)展期，專利申請的數(shù)量呈現(xiàn)急速增長的趨勢，分析其原因有：（1）近年來，國家倡導構建清潔低碳、安全高效的能源體系，（2）電動農(nóng)機正掀起農(nóng)機行業(yè)的“綠色革命”，各省級政府出臺一系列政策鼓勵企業(yè)對電動農(nóng)機進行研究開發(fā)、試驗示范、推廣應用。

圖1 全球和我國電動拖拉機動力裝置的申請年份和專利數(shù)量趨勢圖

2.2 國家/地區(qū)分析

2.2.1 國家/地區(qū)專利占比分析 根據(jù)國家/地區(qū)專利占比圖，可以掌握電動拖拉機動力裝置技術全球?qū)＠季?。對TOP10電動拖拉機動力裝置技術國家/地區(qū)專利占比圖進行分析如圖2所示，506件專利主要分布在美國和中國，美國以138件專利排名第一，占27.3%，其中有9件是日本企業(yè)申請（久保田商事株式會社6件、洋馬柴油機公司1件、豐田公司1件、本田公司1件）；中國分布有專利135件（發(fā)明專利60件，實用新型專利75件），占26.7%，排名第二，僅次于美國，且均為我國的企業(yè)、高校、科研機構、個人申請；此外，世界知識產(chǎn)權組織排名第三，有63件專利，占12.8%；日本排名第四，擁有專利58件（發(fā)明專利58件），占11.8%，均由日本企業(yè)申請；其次是歐洲（37件）、德國（36件）、韓國（10件）、俄羅斯（8 件）、英國（7 件）、加拿大（5 件）。從以上分析可知：美國和中國在電動拖拉機動力裝置技術領域有很大的市場，日本企業(yè)很看重美國市場，在美國進行專利布局，而中國市場還沒有引起國外專利權人的重視。

圖2 TOP10國家/地區(qū)專利占比圖

2.2.2 PCT申請區(qū)域?qū)Ρ?PCT申請可以掌握國際專利申請競爭態(tài)勢以及各國專利國際布局，一件專利在國際進行專利布局說明它擁有高水平的技術價值和經(jīng)濟價值。電動拖拉機動力裝置技術領域共有63件PCT申請，其中美國以30件遙遙領先，是PCT申請的主要國家，分析其主要專利權人發(fā)現(xiàn)均是美國的企業(yè)，可見美國企業(yè)的技術實力很強，同時也很注重全球?qū)＠季?；日本?件PCT申請排名第二，技術實力也不容小覷；其次是韓國和瑞典各有4件PCT申請；中國僅有2件PCT申請（中國大連機車車輛有限公司和臺灣的GOGORO公司），一方面可能是中國的PCT申請意識薄弱，沒有注重國際專利布局，另一方面可能中國的技術實力確實不足。

2.2.3 Top 5創(chuàng)新性的國家/地區(qū)（施引） 后向引用分析[14]是某一特定專利引用先前出現(xiàn)的其他專利的數(shù)量，往往在一定程度上表明該項專利建立在先前專利的基礎上，在該領域較為先進，具有創(chuàng)新性。對TOP5國家/地區(qū)按第一權利人劃分的引用進行分析如表1所示，可以看出美國的后向引用率最高，排名第一；第二名是世界知識產(chǎn)權組織，其次是歐洲、日本和中國。此外，美國的平均引用遠遠超過其他國家，這也說明美國研發(fā)的技術最具創(chuàng)新性。

表1 1998-2017年TOP5國家/地區(qū)按第一權利人劃分的引用分析

2.2.4 Top 5具有競爭力的國家/地區(qū)（被引） 前向引用分析[15]是某一特定專利被其他專利所引用，如果一個專利經(jīng)常被其他專利所引用，其他專利本質(zhì)上很可能是建立在這個專利基礎上的。通常情況下，擁有高被引次數(shù)專利的國家也比其競爭者在技術上更領先，處于產(chǎn)業(yè)的領先地位。前向引證的數(shù)量通常被認為是專利技術價值的一個指標。通過對表1 TOP5國家/地區(qū)按第一權利人劃分的引用分析，可以揭示出最具競爭力的國家/地區(qū)。研究表明：美國、歐洲、日本及世界知識產(chǎn)權組織平均引用率較高，都超過1，這也說明美國、歐洲、日本在電動拖拉機動力裝置技術領域是具競爭力的國家。相反地，中國雖然專利文獻較多，但是引用者較少，相比于其他主要競爭國家，中國在電動拖拉機動力裝置技術領域的競爭力還是較弱。

2.3 技術領域分析

2.3.1 IPC分布 國際專利分類法（International patent classification，IPC）是國際統(tǒng)一專利分類方法，能夠方便各國專利工作人員和人們有效檢索和取得所需國際性專利信息[16]。表2為檢索的506件電動拖拉機動力裝置技術相關專利的TOP5 IPC號。從表2發(fā)現(xiàn)電動拖拉機動力裝置的研究熱點技術領域分別為B60L11/18、B60W20/00、B60L08/00、B60L15/20 和B60W10/08，占57.9%，且主要集中在使用從一次電池，二次電池或燃料電池供應的電力技術領域，占28.3%。

表2 電動拖拉機動力裝置技術TOP5IPC分布及專利申請量

將IPC號按時間進行劃分可以比較全面地了解該技術領域的研究重點及熱點變化趨勢，對TOP5 IPC技術領域申請量的時間序列分析如圖3所示，從圖3很直觀地觀察到這五項技術在近10年（2008年～2017年）都得到迅猛發(fā)展。其中，使用從一次電池，二次電池或燃料電池供應的電力這項技術發(fā)展尤為顯著，是研究的熱點和重點技術。相比而言，對于混合動力汽車電機專用控制系統(tǒng)和包括電力推進裝置兩項技術的研究雖然起步較早，但是發(fā)展較為緩慢。

圖3 IPC技術領域申請量的時間序列分析

2.3.2 TOP10核心技術 一般認為，前向引用[16]（被引）較高的專利可能涉及該領域內(nèi)的核心技術，但也應該充分的考慮到授權時間對專利被引次數(shù)的影響。一般來說專利授權越早，獲得引用的機會也就越大。為消除此影響，本文通過被引參考文獻數(shù)除以公開的年限計算年均引用量如表3所示，從表3可知Top 10核心專利技術有9件是美國專利，1件是PCT申請，深入分析發(fā)現(xiàn)Top 10核心專利技術的專利權人都是美國企業(yè)，可見美國企業(yè)在該行業(yè)的地位遙遙領先。其中年均前向引用率最高的專利為US20100082277A1，其主要研究技術涉及功率控制系統(tǒng)，是核心技術領域。

表3 專利文獻的年均后向引用頻次

2.4 競爭者分析

2.4.1 TOP10專利權人/專利申請人 對主要專利權人/專利申請人所擁有的專利文獻進行分析可以清晰地掌握競爭對手研發(fā)狀況。對電動拖拉機動力裝置技術領域TOP10專利權人/專利申請人分析如表4所示，其中有4個美國企業(yè)、3個日本企業(yè)、1個韓國企業(yè)、1個芬蘭企業(yè)，中國的西北農(nóng)林科技大學1所高校，也是唯一來自中國的申請人，可見企業(yè)是電動拖拉機技術的主要推動力量，這也利于研究成果轉(zhuǎn)化；美國和中國都是專利申請大國，但美國專利申請集中在CATERPILLAR INC、DEERE &CO、GEN ELECTRIC和THERMO KING CORP這四家企業(yè)，占美國專利申請的47.8%；而中國雖然專利申請量多，但在TOP10專利權人/專利申請人中只有一位；TOP10中專利權人/專利申請人中三個日本企業(yè)分別為：KUBOTA KK、ISEKI AGRICULT MACH、YANMAR CO LTD，占日本專利申請的59%，可見日本對電動拖拉機的研究也較集中。

表4 TOP10專利權人/專利申請人分析

2.4.2 TOP10中國專利的專利權人/專利申請人 對中國電動拖拉機動力裝置技術領域的專利權人/專利申請人進行深入分析發(fā)現(xiàn)專利權人/申請人都是中國的高校、企業(yè)、科研機構及個人。表5為TOP10中國專利的專利權人/專利申請人分析，從表5可以清楚地觀察到中國在電動拖拉機動力裝置技術領域方面的專利申請數(shù)量雖然多，但是分散在不同的專利權人手里；在TOP10中國專利權人/專利申請人中，5個來自企業(yè)，5個來自高校及科研單位，分別為西北農(nóng)林科技大學、江蘇大學、中國科學院深圳先進技術研究院、山東農(nóng)業(yè)大學及河北工業(yè)大學，其中西北農(nóng)林科技大學和江蘇大學這兩位高校的農(nóng)業(yè)機械專業(yè)有著悠久的辦學歷史，也是學校的重點及優(yōu)勢學科，因此這兩所高校在電動拖拉機動力裝置技術領域研究成果在高校專利申請中排名前二。

表5 TOP10中國專利權人/專利申請人分析

2.5 專利地圖分析

專利地圖能夠用視覺直觀的圖表形式反映出專利文獻中的技術、經(jīng)濟和法律信息[17]。通過專利地圖可以分析該領域技術分布、掌握競爭對手技術情報，為科研單位、高新企業(yè)以及政府進行專利戰(zhàn)略布局和專利技術研發(fā)提供有效地指導[18]。從以上分析得出，美國、日本在電動拖拉機技術領域的研究實力很強，因此對中國、美國、日本電動拖拉機動力裝置技術領域分布作宏觀專利地圖如圖4所示。

圖4 中國、美國、日本電動拖拉機動力裝置技術領域分布的宏觀專利地圖

從圖4可以清晰地看到電動拖拉機動力裝置研發(fā)的技術概貌和技術分布總共分為15個技術領域：（Signal/Controller）、（Electric device）、（Drive device）、（Left/Steer）、（Brake/Axle）、（Solar energy/Cell）、（Remote/Assembly）、（Electric motor）、（Charge station）、（Engine/Hybrid）、（Front/Rear wheel transmission）、（Combustion/Combustion engine）、（Controller）、（Stator /Rotor）、（Energy supply/Store）。在專利地圖中，等高線山脈表示國際技術研發(fā)重點，其重要程度用顏色來加以區(qū)分，由淺咖啡色、灰色到白色，依次增強，且白色表示專利最集中領域[19]，即技術領域（Brake/Axle）、技術領域（Combustion/Combustion engine）和技術領域（Energy supply/Store）是研究的重點和熱點領域。

圖4同樣可以清晰地看到中美日三國的技術分布，中國（草綠）的技術主要集中在控制系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、太陽能、電池等方面；美國（紅色）的技術主要集中在信號控制器，充電站、燃燒發(fā)動機、電機轉(zhuǎn)子、定子和能源供給，存儲等方面；日本（黃色）的技術主要集中在電動裝置、驅(qū)動裝置和電動機的布置安裝等。從專利地圖可以清晰地觀察到中國、美國及日本的研究處于技術互補的態(tài)勢。

3 結論與建議

本文通過對電動拖拉機動力裝置技術申請專利的時空特征、IPC分布、競爭態(tài)勢分析及發(fā)展態(tài)勢分析，得出以下結論：

（1） 世界電動拖拉機動力裝置技術發(fā)展階段特征明顯，經(jīng)歷技術萌芽期（1998年～2007年）、快速發(fā)展期（2007年～2012年）、技術成熟期（2012年 ～2014年）及技術衰退期（2014年～2017年），目前新技術正在孕育產(chǎn)生；而中國電動拖拉機動力裝置技術研究起步早（1998年），但是發(fā)展較為緩慢，目前正處于技術快速發(fā)展期（2014～ 至今）。

（2） 電動拖拉機動力裝置技術專利分布前三位國家分別為美國、中國和日本。美國和中國均是專利分布大國。而在國際專利布局方面美國和日本的專利數(shù)量排名前二（分別為30件和9件），而中國申請人主要在國內(nèi)申請專利，PCT申請只有2件，未注重國際專利布局。

（3）電動拖拉機動力裝置技術研究的熱點和重點技術領域為使用從一次電池，二次電池或燃料電池供應的電力技術；美國是該領域的技術創(chuàng)新主體，擁有大量的核心技術，且年均引用率最高的專利主要研究技術為功率控制系統(tǒng)（US20100082277A1）。

（4）美國和日本電動拖拉機動力裝置技術研究主要集中在3-4個龍頭企業(yè)手里，而中國的專利申請分散在不同的專利權人手里。

（5）中國、美國及日本對電動拖拉機動力裝置技術研究呈現(xiàn)互補態(tài)勢。中國技術研發(fā)主要在控制系統(tǒng)、制動系統(tǒng)和發(fā)電機等方面；美國技術研發(fā)主要在信號、充電站、電壓、電機轉(zhuǎn)子、定子和能源供給等方面；日本技術研發(fā)主要在電動裝置、驅(qū)動裝置和電動機的布置安裝等。

基于以上分析，我國目前正處于技術快速發(fā)展期，應積極引進美國及日本等國家核心技術，加強對前沿研究技術的關注，充分挖掘出技術研發(fā)的熱點和空白點，降低研發(fā)風險避免踩到專利地雷的同時可為研發(fā)工作提供支持；我國專利權人分布分散，各省級政府鼓勵企業(yè)對電動農(nóng)機進行研究開發(fā)、試驗示范、推廣應用的同時也需積極鼓勵企業(yè)、高校和科研院所之間進行技術合作，來提高自身技術競爭力，研發(fā)出我國自主核心技術；我國還應向美國、日本學習積極對專利進行PCT申請，不僅要進行國內(nèi)專利申請，也要積極占領國外市場，以期在未來國際競爭中占據(jù)領先地位；此外，中國和美國及日本技術處于互補態(tài)勢，因此可以加強合作，達到互利共贏的局面。