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永磁同步记忆电机专利分析

热度0票  浏览3次 时间:2020年3月25日 13:35
肖林元
(国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心 湖北省 武汉市 430000 )摘 要:本文对永磁同步记忆电机进行了专利分析,对我国永磁同步记忆电机的历年专利申请量进行了统计,并分析了永磁同步记忆电机领域的重要申请人,同时梳理了永磁同步记忆电机领域的核心专利技术发展脉络,得出几点指导性结论。
关键词:永磁电机;记忆电机;专利分析
一、引言
电机是一种将电能与机械能相互转化的装置,广泛应用于工业生产、汽车以及发电站等各种领域中。永磁同步电机相比于其它类型的电机,具有结构简单,功率密度大,效率与功率因数高的优点,在轨道交通 [1] ,电动汽车 [2] 与电动自行车等领域得到广泛应用。
在高速列车领域,法国以及日本均已经推出了采用永磁同步电机驱动的高速列车,我国于 2014 年 11 月,首辆采用永磁同步电机驱动的高铁在中车四方整车下线,也迈入“永磁高铁”时代;在电动汽车领域,国内外的主要汽车厂商大部分都采用永磁同步电机作为电动汽车的主驱动电机,丰田旗下的 Prius 车型、 Lexus2008 车型,宝马旗下的 BMW i3 车型,奥迪第三代混电动汽车都是采用永磁同步电机作为驱动电机,国内的汽车厂商,如比亚迪推出的电动车,一汽集团下的奔腾 B70 ,江淮旗下的 IEV3 车型也都是采用永磁同步电机作为驱动电机;在电动自行车领域,永磁同电机已经成为主流的驱动电机类型,普遍采用外转子轮毂电机。
针对电机总体结构而言,从图 1 可以看出,在异步电机、同步电机、永磁同步电机与有刷直流电机这四种常用的电机类型中,涉及永磁同步电机有关的专利申请量一直是占主导地位,说明永磁同步电机一直是目前研发的重点方向。然而传统永磁同步电机永磁体的剩磁密度一般为稳定值,当电机转速升高时,需要增加电枢电流直轴分量以抵消转子永磁磁场,造成铜耗升高、转矩下降,因此一种采用低矫顽力铝镍钴永磁的可调磁通记忆电机应运而生 [3] ,电机运行时通过短暂施加充、去磁脉冲电流调节永磁电机的气隙磁通密度,而不需要持续的直轴去磁电流,降低了铜耗并扩大了调速范围。
二、专利申请发展趋势
图 1 国内四种常用电机类型历年专利申请量
图 2 记忆电机历年专利申请量 图 3 记忆电机重要申请人首先,在 CNABS 专利库中统计了永磁同步记忆电机在国内的专利申请分布情况如图 2 所示,统计数据截止 2018 年底,可以看出 2004-2018 年,永磁同步记忆电机申请量总体呈快速上涨趋势, 2014-2018 年间的申请量相对于 2004-2008 年间的申请量增涨了超过 2.4 倍,可见,永磁同步记忆电机一直是研究的重点。随后,对永磁同步记忆电机领域国内重要申请人进行了统计,如图 3 所示,国内申请人主要是高校。其中,东南大学属于研究永磁同步记忆电机的重要单位,其针对永磁同步记忆电机各种拓扑结构的专利申请超过了 80 件,其次,江苏大学也对永磁同步记忆电机提出了很多新颖的拓扑结构,并申请了很多核心专利,而日本的东芝株式会社是我国申请永磁同步记忆电机相关专利的主要企业。
三、重要专利分析
根据统计的专利数据,下面将按照申请时间的先后顺序梳理永磁同步记忆电机的核心专利技术发展脉络。 2004 年 11 月,天津大学首次申请了永磁同步记忆电机专利( CN1617422A ),采用钕铁硼与铝镍钴混合磁体结构; 2008 年 1 月,东南大学提出了采用切向磁化的铝镍钴与钕铁硼并联磁路混合磁体的记忆电机专利( CN101232205A ),极大地降低了脉冲电流的大小; 2008 年 4 月,江苏大学申请定子永磁型记忆电机( CN101325349A ),记忆电机为双凸极结构,并单独增设了一套直流绕组用于调节的铝镍钴磁体的磁性能; 2012 年 2 月,东芝株式会社提出了一种采用径向与轴向混合磁路记忆电机( CN102651597A ),铝镍钴磁体采用轴向磁化,而钕铁硼磁体采用径向磁化,使得两磁场解耦,从而降低两磁场相互影响; 2012 年 12 月,东南大学提出了磁通切换型记忆电机专利( CN103051139A ),并随后针对该电机类型的各种拓扑结构申请了大量专利; 2014 年 9 月,江苏大学提出了直轴磁场增强型记忆电机专利( CN104253499A ),其直轴电感大于交轴电感,有效避免了较大电枢反应所产生的去磁电流对永磁体产生的不可逆退磁风险;2015 年 11 月,东南大学提出了一种磁场调制记忆电机专利( CN105207438A ),将磁场调制的原理应用于永磁同步记忆电机上; 2016 年 12 月,东南大学提出了一种不改变绕组排布分数槽集中绕组变极记忆电机( CN106787281A ),有效降低了充、去磁脉冲电流的大小; 2018 年 5 月,福特全球技术公司提出了可变磁桥记忆电机( CN108933509A ),通过改变铝镍钴磁体的磁化强度,改变电机的交轴电感,进而影响电磁转矩。可以发现各高校以及企业主要对永磁同步记忆电机的结构提出了多种拓扑类型,侧重于各种拓扑类型设计与原理研究。
四、总结
本文对我国永磁同步记忆电机进行了专利分析,永磁同步记忆电机申请量总体呈快速上涨趋势,国内申请人主要是高校,各高校与企业的专利申请侧重于永磁同步记忆电机的各种拓扑结构设计以及相应拓扑结构的原理研究。 ■
参考文献
[1] 骆光照,窦满峰,范娟娟,等 . 稀土永磁电机在轻型轨道交通领域的应用 [C]. 第十四届中国小电机技术研讨会 ,2009:10-14.
[2] 雷蕾 . 电动汽车用分数槽集中绕组永磁电机设计与分析 [D]. 东南大学 ,2018.
[3] 林鹤云,刘恒,黄允凯,等 . 混合记忆电机特性分析和实验研究 [J].
中国电机工程学报 ,2011,31(36):71-76.



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