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专利分析:射频识别技术在电机领域的应用分析

来源:知识产权报   2014-10-02 08:13:25   点击:

导读: 如今,各式各样的RFID相关产品和应用层出不穷,将标签附着在一辆正在生产中的汽车上,厂商便可追踪此车在生产线上的进度。

射频识别(Radio Frequency Identification,以下简称RFID)技术,又称电子标签、无线射频识别,可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据,而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。

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如今,各式各样的RFID相关产品和应用层出不穷,将标签附着在一辆正在生产中的汽车上,厂商便可追踪此车在生产线上的进度;仓库可以追踪药品的所在;射频识别的身份识别卡可以使员工进入相应权限的区域;汽车上的射频应答器还可以用来征收过路费和停车费。

那么,当射频识别技术遇到传统的电机领域,又会碰撞出怎样的火花?我们可以看到,RFID是通过无线电讯号进行数据传输的,无线电的信号是通过调成无线电频率的电磁场,把数据从附着在物品上的标签中传送出去,以自动辨识与追踪该物品。本文拟通过中国专利文献数据库对射频识别技术在电机领域中的应用进行梳理,希望能够帮助业界了解这一领域的专利申请状况和技术发展趋势,从而做出积极的专利布局。

专利申请总量分析

本文所选取的数据是申请日在1990年之后,国内、国外申请人在中国的专利申请。图1显示了在中国专利文献数据库中,电机领域涉及射频识别技术的专利申请数量分布情况。从检索的结果看,尽管射频识别技术经过了几十年的发展,已经相当成熟,在各个领域中都得到了广泛的应用,但是在电机领域还是一个非常新的技术分支,在国内的申请量并不多,还处于开发应用的初级阶段。截至2014年1月,笔者共检索到相关专利申请27件;第一件专利申请起始于1990年,是由美国的西屋电气公司提交的通过检测电机中的射频信号来判断电机是否真的有故障的专利申请。1990年,射频识别技术的快速发展,使得电机领域的技术人员逐步关注到这一技术,并期望能在电机领域得到新的应用开发。而中国申请人提交的第一件相关专利申请始于2009年,是由华中科技大学提交的利用射频信号来进行电机转速的无线检测的专利申请。在这27件专利申请中,国内申请人提交的专利申请总量达到了在华申请总量的61%,这说明虽然我国在该领域起步较晚,但申请量却后来居上,这体现了我国申请人近几年由于对知识产权保护的重视,企业的科研投入力度加大,在专利申请量方面保持着逐步上升的良好态势。

国内专利申请人类型及申请领域分析

图2为国内申请人类型分布情况,通过对国内专利申请人类型的统计分析发现,企业申请人较多,约占64%,个人申请人约占24%,院校申请人的申请量较少,占总数的12%。企业申请人较多,说明射频识别技术在电机领域的应用有一定的市场需求;院校专利申请量较少,很大原因是射频识别技术的成熟发展和普遍性的研究应用,不是注重高端技术研究的高等院校研究的重点;个人申请量占到一定的比例,说明近年来我国对专利知识的普及,提高了个人对提交专利申请的积极性。

目前在全部的27件电机领域涉及射频识别技术的专利申请中,实用新型专利申请占到申请总量的48%,发明专利申请占到申请总量的52%,其中以《专利合作条约》(PCT)途径提交的专利申请占到申请总量的19%,而国内申请人提交的主要是实用新型专利申请,占到国内申请人专利申请总量的76%,发明专利申请占到国内申请人专利申请总量的24%,并且国内申请人的一部分专利申请都是在已有专利基础上进行的部分改进,且由于多数申请人对现有技术发展水平的掌握不足,导致其发明高度有待提升,故一般提交实用新型专利申请。

技术热点应用领域

从射频识别技术在电机领域的具体应用来看,主要集中在以下几个方面:

一是利用射频无线通信功能传输各种信号。例如,英国戴森技术有限公司于2005年1月提交了一种涉及电机控制方法的专利申请,该方法利用射频信号发送电机角度修正因子给控制器,以补偿期望输入功率与测量输入功率之间的差异,从而根据预定提前角曲线来激励相位绕组。美国路创电子公司于2007年5月提交了一种涉及射频控制的电动卷帘的专利申请,其利用射频传输提供控制装置之间的无线通信,改进金属卷筒对RF信号的屏蔽和电机内部源噪音的影响,提供允许与RF收发器之间进行可靠通信的天线,保证电动卷帘的金属卷筒内的控制器和其他控制装置之间可靠的RF通信。

二是利用射频识别技术进行电机内部放电信息的测量。如前文所述,美国西屋电气公司提交了通过检测电机中的射频信号来判断电机是否真的有故障的方法和装置的专利申请,该方法在发电机中线电压或电流超过规定的门限值,并接着在规定的时间周期内再次出现超过该门限值的第二射频信号时,才指示发电机发生故障,避免发电机故障的误报事故。2007年3月,瑞典SKF公司提交了一种用于指示在电力传动系统的轴承内的座圈和滚动元件之间的非导电介质中放电的方法的专利申请,该方法通过遥测电力传动系统发射的射频信号,该信号包括与非导电介质中的放电相关联的射频信号,处理检测到的射频信号以预测放电,以及指示预测的放电。芬兰的ABB有限公司于2009年7月提交了通过检测由放电导致的射频信号来测量电机中轴承电流的新方法和新设备的专利申请,该方法产生同步信号,同步信号可以是与轴承电流生成源相关的任何信号,触发射频信号检测设备作为对该同步信号的响应,记录与所述同步信号匹配的射频信号以作为代表轴承电流的信号。

三是利用射频识别技术进行电机转子位置、温度等数据的检测。例如,2009年8月,硅谷微M股份有限公司提交了一种基于射频识别技术的转子磁体位置感测的无刷直流电机的专利申请,该电机转子上的多个磁体,固定有RFID标签,各个RFID标签中存储有用来标识该磁体的唯一识别字符,电机定子极齿中安装多个RFID询问天线,用于提供RF询问信号,此位置和磁体识别信号被RFID读取器接收,RFID读取器处理此信息并将其发送至电机控制器和驱动器单元,从而为电机的功率换向控制提供信息。2011年9月,美国通用电气公司提交了涉及转子表面的实时测量系统的专利申请,其将带有集成传感器的射频识别标签放置在转子上,以便从转子测量各种操作数据。

四是利用射频识别技术进行涡轮机转子叶片的校准、监测。例如,2009年8月,丹麦维斯塔斯风力系统集团公司提交了利用射频识别标签来标记风力涡轮发电机转子叶片桨距角位置的校准方法的专利申请。该校准方法通过设置在转子叶片上的RFID标签和轮毂上的传感器之间的无接触感测位置,来校准转子叶片桨距。2010年3月,美国通用电气公司提交了涡轮叶片监测的方法和系统的专利申请,该方法和系统主要解决涡轮发动机转子叶片在运行中的状态监测问题,使用该方法和系统可以获得在涡轮工作时的同时监测和获取转子叶片健全情况的精确方式,以避免一些叶片故障对涡轮发动机的灾难性破坏。

结论与建议

笔者注意到,我国射频识别技术在电机领域中的应用还有很大的进步空间,目前我国申请人专注的都是利用射频识别技术的无线通信功能,传输的射频信号都是已经采集处理过的信号,而国外的专利申请更多的涉及射频识别技术的深层应用,即如何识别出与电机各个方面有关的射频信号,例如对电机内部放电现象的研究,对转子工作状态下旋转的位置、温度等实测数据的监测,以及对涡轮转子叶片的校准和实时监测等。而关于这些方面的技术探索,我国的申请人涉足很少,这很大程度上是因为在电机领域本身,我国的技术水平就落后于其他国家,制约了射频识别技术在电机领域的推广应用,特别是在电机技术的精密领域,例如本身对电机内部的放电现象就未做深入研究,也就谈不上利用RFID技术发展电机技术。

笔者注意到,由于射频识别技术本身的特点,其不需要建立机械或光学接触,甚至不需要在视线之内,就可以建立标签和识别器之间的通信连接,并且RFID标签本身可以安装各种传感器,那么这可以解决电机运转过程中转子的一些相关物理量不好检测和传输的问题。例如,风力发电机中的电机安装在很高的塔杆之上,检修和检测都很困难,为了保证整个发电机的工作状态稳定,及时发现问题,就可以利用RFID技术,进行这发面的技术探索研究;此外,当电机发生故障无法运行时,利用RFID技术可以识别是哪个部件出了问题,从而快速的解决问题。

汇桔观点:

针对目前的情况,国内企业和科研院所之间应加强交流与合作,增加对电机领域应用射频识别技术的研发力度,解决电机领域的传统难题,通过不断的改进与实践,掌握核心技术,缩小与国外企业的差距,从而增强我国企业的国际竞争力,以便在未来市场竞争中掌握主动权。

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