胡 贏 邵 磊 李 杰

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心，湖北 武漢430070）

筆記本中電子元件性能越來(lái)越高，發(fā)熱量越來(lái)越大，同時(shí)，筆記本內(nèi)部高度集成，使得筆記本內(nèi)部熱量高度集中，由此所引發(fā)的散熱問(wèn)題十分尖銳。近年來(lái)有關(guān)筆記本散熱技術(shù)的相關(guān)專利申請(qǐng)尤為活躍，其中以風(fēng)扇散熱專利的申請(qǐng)量最多。因而，對(duì)筆記本風(fēng)扇散熱專利的研究有助于了解筆記本散熱技術(shù)發(fā)展。

1 原理簡(jiǎn)介

基于風(fēng)扇的筆記本散熱主要采用由散熱片、熱管及散熱風(fēng)扇所組成的散熱模組來(lái)對(duì)CPU等電子元件進(jìn)行散熱［1］。圖1展示了傳統(tǒng)的用于筆記本電腦散熱的散熱模組，該模組包括熱源110、熱管120、風(fēng)扇130及若干散熱片140。熱源110的熱量經(jīng)由熱管120傳送至散熱片140，再由風(fēng)扇130所產(chǎn)生的冷卻氣流與散熱片140發(fā)生熱交換將熱量散發(fā)到外界環(huán)境中去。作為一個(gè)整體，散熱模組中任何一個(gè)環(huán)節(jié)的改進(jìn)都可以提高筆記本電腦散熱的效果［2］。

2 專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2.1 申請(qǐng)量統(tǒng)計(jì)

圖1 散熱模組示意圖

2001年是中國(guó)筆記本風(fēng)扇散熱技術(shù)專利申請(qǐng)的起步之年，并于2001-2005年間,申請(qǐng)量保持了平穩(wěn)。自2006年起，申請(qǐng)量開(kāi)始明顯上升，其中，2007-2008年，2011-2012年增幅較大，從總體上2006-2013年階段，筆記本風(fēng)扇散熱技術(shù)中國(guó)專利申請(qǐng)保持了線性增長(zhǎng)，屬于快速發(fā)展期。

在世界范圍內(nèi)，國(guó)外筆記本電腦風(fēng)扇散熱技術(shù)專利申請(qǐng)起步較早，2000年專利申請(qǐng)量已近40件，并于在2000-2002年保持了穩(wěn)定增長(zhǎng)。2002-2004年間，專利申請(qǐng)量基本持平，進(jìn)入一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定地時(shí)期。自2005年起，申請(qǐng)量進(jìn)入了第二個(gè)增長(zhǎng)階段，其中2007年、2008年增速明顯。但在2009年，申請(qǐng)量急速減少，并于2009-2012年間呈現(xiàn)出波動(dòng)。2013年，申請(qǐng)量再次下降。

圖2 中國(guó)、世界筆記本風(fēng)扇散熱技術(shù)專利申請(qǐng)量年代對(duì)比圖

2.2 原創(chuàng)國(guó)別統(tǒng)計(jì)

圖3 中、外文庫(kù)中專利申請(qǐng)?jiān)瓌?chuàng)國(guó)別統(tǒng)計(jì)圖

圖3分別標(biāo)示出了中、外文庫(kù)中專利申請(qǐng)的原創(chuàng)國(guó)別統(tǒng)計(jì)情況。由圖可知，向中國(guó)專利局提交的專利申請(qǐng)中，中國(guó)內(nèi)地的原創(chuàng)專利申請(qǐng)占據(jù)了絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，其次分別是日本，美國(guó)，中國(guó)臺(tái)灣以及韓國(guó)。在世界范圍內(nèi)，美國(guó)處于絕對(duì)的領(lǐng)先地位，日本次之，中國(guó)內(nèi)地、臺(tái)灣、韓國(guó)緊隨其后。

2.3 申請(qǐng)人統(tǒng)計(jì)

圖4展示了中文庫(kù)中專利申請(qǐng)的主要申請(qǐng)人排名，主要以日資、臺(tái)資企業(yè)為主。其中，富準(zhǔn)精密工業(yè)（深圳）、鴻準(zhǔn)精密工業(yè)、鴻海精密工業(yè)以及鴻富錦精密工業(yè)（深圳）均為富士康科技集團(tuán)內(nèi)公司。

圖4 中國(guó)申請(qǐng)重要申請(qǐng)人排名

圖5 世界申請(qǐng)重要申請(qǐng)人排名

圖5展示了世界專利申請(qǐng)的主要申請(qǐng)人情況，株式會(huì)社東芝在專利申請(qǐng)數(shù)量上遙遙領(lǐng)先于其他各個(gè)公司。其余主要申請(qǐng)人分別來(lái)自美、日、韓以及臺(tái)灣。

專利申請(qǐng)與技術(shù)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展息息相關(guān)。早期筆記本相關(guān)技術(shù)由外國(guó)所擁有，專利申請(qǐng)數(shù)量上，中國(guó)與世界相比差距較大。伴隨著以富士康科技集團(tuán)為代表的中國(guó)臺(tái)灣電子企業(yè)的發(fā)展以及中國(guó)作為“世界工廠”的崛起，中國(guó)專利申請(qǐng)數(shù)量逐年增多。2009年是一個(gè)轉(zhuǎn)折，受經(jīng)濟(jì)危機(jī)影響，世界專利申請(qǐng)量大幅降低，我國(guó)的專利申請(qǐng)量在這一年實(shí)現(xiàn)了反超。經(jīng)濟(jì)危機(jī)后，外企全面進(jìn)軍中國(guó)市場(chǎng)，恰逢此時(shí)，中國(guó)內(nèi)地也誕生了諸如聯(lián)想等一批優(yōu)秀的民族企業(yè)，中國(guó)IT進(jìn)入十年黃金發(fā)展期，此期間中國(guó)專利申請(qǐng)量保持了穩(wěn)定增長(zhǎng)。然而，中國(guó)專利雖然申請(qǐng)量巨大，但原創(chuàng)性并不高，在世界范圍內(nèi)，多數(shù)具有創(chuàng)新價(jià)值的專利仍舊由美日所把持，中國(guó)企業(yè)僅富士康在世界專利申請(qǐng)中排名靠前，這也反映了美日在筆記本技術(shù)中的領(lǐng)先地位。技術(shù)是需要積淀的，對(duì)于早期主要以代工起家的中國(guó)筆記本企業(yè)，在技術(shù)上的創(chuàng)新能力還明顯不足。

3 株式會(huì)社東芝專利

圖6 株式會(huì)社東芝專利申請(qǐng)年代分布圖

株式會(huì)社東芝既是商務(wù)筆記本電腦的創(chuàng)始者，也是世界范圍內(nèi)專利申請(qǐng)的領(lǐng)先者。對(duì)于株式會(huì)社東芝的專利申請(qǐng)分析將有助于審查員了解筆記本風(fēng)扇散熱技術(shù)的發(fā)展。

圖6統(tǒng)計(jì)了過(guò)去十余年間株式會(huì)社東芝的原創(chuàng)專利申請(qǐng)量變化，其總體上呈波動(dòng)變化，分別于2001年、2004年、2007年、2010-2011年達(dá)到波峰，隨后下降，其中2008年申請(qǐng)量下降幅度最為明顯，并自2012年進(jìn)入新一輪的下降期。技術(shù)的創(chuàng)新依賴于技術(shù)人員的聰明才智，圖7針對(duì)株式會(huì)社東芝的發(fā)明人進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

圖7 株式會(huì)社東芝主要發(fā)明人統(tǒng)計(jì)圖

對(duì)主要發(fā)明人的技術(shù)研究方向進(jìn)行分類，得到表1。

以專利申請(qǐng)的年代為序，得到技術(shù)發(fā)展年代圖8。

圖8 株式會(huì)社東芝技術(shù)發(fā)展路線圖

表1 技術(shù)方向與發(fā)明人關(guān)系表

下面，將以技術(shù)發(fā)展方向?yàn)榫€索，選取部分重要專利進(jìn)行簡(jiǎn)述。

3.1 風(fēng)扇氣流

在申請(qǐng)JP2001174423（2001.06.08）中，富岡健太郎、中村博對(duì)散熱風(fēng)扇的風(fēng)道進(jìn)行了改良，設(shè)計(jì)第一空氣通道將殼外的空氣導(dǎo)向散熱器，第二空氣通道將殼中被加熱的空氣導(dǎo)向殼外。不久后，在JP2001204888（2001.07.05）中，藤原伸人對(duì)散熱風(fēng)扇風(fēng)道進(jìn)行了進(jìn)一步改進(jìn)，在風(fēng)扇外周部分布置空氣通道，并使用隔板將至少一個(gè)空氣通道分組形成區(qū)域，且設(shè)計(jì)隔板從風(fēng)扇外周部分向空氣通道的下游延伸，從而增強(qiáng)空氣通道的流動(dòng)速率。效果見(jiàn)圖9。

圖9 JP2001204888

在申請(qǐng)WO2002JP13529（2002.12.25）中，橋本英司、內(nèi)山朝誠(chéng)對(duì)離心風(fēng)扇進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)風(fēng)扇外殼具有限定空氣入口的邊緣，該空氣入口暴露葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心以及高壓區(qū)域。高壓區(qū)域在葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)位于沿葉輪的周圍部分的殼體內(nèi)部。使得葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心與邊緣之間的距離從轉(zhuǎn)動(dòng)中心到高壓區(qū)域中心的方向上比從轉(zhuǎn)動(dòng)中心到高壓區(qū)域以外區(qū)域的方向上要短，并且邊緣成形使入口具有非圓形的形狀，從而有效地防止空氣從空氣入口漏出。

在申請(qǐng)JP2009295623（2009.12.25）中，藤原伸人對(duì)離心風(fēng)扇的風(fēng)口進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)置了1個(gè)進(jìn)風(fēng)口、2個(gè)出風(fēng)口，一個(gè)出風(fēng)口與進(jìn)風(fēng)口的開(kāi)設(shè)方向相同，另一個(gè)出風(fēng)口與進(jìn)風(fēng)口的開(kāi)設(shè)方向不同，如此，進(jìn)風(fēng)口的氣流更加平滑，離心風(fēng)扇的排風(fēng)量增加，進(jìn)風(fēng)口與對(duì)應(yīng)的出風(fēng)口的氣流流速限制使得另一個(gè)出風(fēng)口有效地為機(jī)殼散熱。

3.2 散熱結(jié)構(gòu)

在申請(qǐng)JP2005118641（2005.04.15）中，草本丈治、中島雄二在機(jī)殼的底部設(shè)置空氣吸入口，將散熱板直接位于該空氣吸入口的上方并面對(duì)該空氣吸入口，同時(shí)在介于該電路板和底部之間設(shè)置可彈性變形的分隔構(gòu)件，并圍繞發(fā)熱元件形成第一區(qū)域，風(fēng)扇從該區(qū)域吸風(fēng)散熱。

在申請(qǐng)JP2007020017（2007.01.30）中，富岡健太郎使用2個(gè)風(fēng)扇以加強(qiáng)散熱效果，設(shè)計(jì)機(jī)殼包括在印刷電路板上方延伸的上方空間以及在印刷電路板下方延伸的下方空間；第一冷卻風(fēng)扇被配置在上方空間中，并且設(shè)有在上方空間中開(kāi)口的進(jìn)氣口以及對(duì)著機(jī)殼的排氣孔部的排氣口；第二冷卻風(fēng)扇被配置在下方空間中，并且設(shè)有在下方空間中開(kāi)口的進(jìn)氣口以及對(duì)著機(jī)殼的排氣孔部的排氣口。之后，在申請(qǐng)JP2007218765（2007.08.24）中，藤原伸人同樣為電子設(shè)備設(shè)置了2個(gè)冷卻風(fēng)扇，第一、第二冷卻風(fēng)扇分別用于冷卻第一、第二發(fā)熱元件，但第二冷卻風(fēng)扇的厚度等于或小于第一冷卻風(fēng)扇的厚度，第二冷卻風(fēng)扇安裝在平行于電路板的第一表面的方向上與第一冷卻風(fēng)扇相重疊并位于第一冷卻風(fēng)扇的厚度的范圍內(nèi)。

圖10 JP2007020017

圖11 JP2011112371

3.3 散熱鰭片

在申請(qǐng)JP2007021196（2007.01.31）中，金子武義將散熱片單元設(shè)計(jì)為包含經(jīng)由開(kāi)口部插入到風(fēng)扇殼體中的插入部，插入部被設(shè)置成與風(fēng)扇外輪廓形狀相同，從而增大了鰭片的散熱面積。

在申請(qǐng)JP2011112371（2011.05.19）中，山口彰文對(duì)應(yīng)風(fēng)扇出風(fēng)角度的不同設(shè)置散熱鰭片的角度，使得鰭片排列的方向與風(fēng)扇出風(fēng)的角度平行，減少了鰭片排布所造成的風(fēng)阻，增加了散熱的效率。

3.4 散熱控制

在申請(qǐng)JP2005249554（2005.08.30）中，筒井友則為風(fēng)扇定義了多個(gè)轉(zhuǎn)速等級(jí)，并通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控筆記本主體溫度，設(shè)定風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速等級(jí)，從而控制有效降低了風(fēng)扇的噪音，并改善了系統(tǒng)能效。隨后，筒井友則、安藤秀哲又于申請(qǐng)JP2007091660（2007.03.30）中對(duì)筆記本散熱性能控制做了進(jìn)一步改進(jìn)，分析當(dāng)前系統(tǒng)主單元的電力消耗和溫度，報(bào)告系統(tǒng)冷卻性能。

圖12 JP2005249554

4 結(jié)語(yǔ)

縱觀株式會(huì)社東芝的專利申請(qǐng)變化，其折射出筆記本技術(shù)發(fā)展的變遷：由單個(gè)風(fēng)扇衍生為雙風(fēng)扇，反映了筆記本在高計(jì)算性能上的訴求；風(fēng)扇控制使得筆記本噪音更小、能耗更低；鰭片、散熱結(jié)構(gòu)的改進(jìn)則能為筆記本提供更多可用空間。同時(shí)，它也反映出了株式會(huì)社東芝筆記本業(yè)務(wù)的興衰：2007年，株式會(huì)社東芝宣布入住杭州，進(jìn)軍中國(guó)市場(chǎng)；2008年，西方金融危機(jī)使日本經(jīng)濟(jì)受到嚴(yán)重沖擊；2012年，智能手機(jī)、平板電腦的興起，株式會(huì)社東芝筆記本業(yè)績(jī)下滑；時(shí)至今日，株式會(huì)社東芝宣布對(duì)電腦業(yè)務(wù)進(jìn)行大裁員。

［1］徐勇.筆記本電腦散熱技術(shù)研究，安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，3（3）：56-59.

［2］闕翔.便攜式計(jì)算機(jī)散熱系統(tǒng)研究［D］.蘇州大學(xué)，2014.