熊齊兵

國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心

混合勵(lì)磁電機(jī)專利技術(shù)綜述

熊齊兵

國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心

混合勵(lì)磁電機(jī)，在保持電機(jī)較高效率的前提下，改變電機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由兩種勵(lì)磁源共同產(chǎn)生電機(jī)主磁場，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的主磁場調(diào)節(jié)和控制的一類新型電機(jī)。本文主要從專利文獻(xiàn)的視角對(duì)混合勵(lì)磁電機(jī)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了全面的統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)了與混合勵(lì)磁電機(jī)相關(guān)的國內(nèi)外專利分布并從中得到一定的規(guī)律。

混合勵(lì)磁；電機(jī)；專利文獻(xiàn)；發(fā)展路線

1　技術(shù)原理淺析

混合勵(lì)磁電機(jī)電機(jī)有兩個(gè)磁勢源： 一是永磁體， 它在氣隙中產(chǎn)生一個(gè)基本不變的磁通； 另一個(gè)是直流勵(lì)磁繞組， 工作時(shí)， 通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁繞組上的電流大小和方向， 使氣隙中的磁通發(fā)生變化。圖1是一種HESM 結(jié)構(gòu) ， 被定子環(huán)形直流勵(lì)磁繞組分成兩部分， 定子兩段鐵心由其外的背軛在機(jī)械和電磁上相連接； 轉(zhuǎn)子也分成N 極端和S極端兩部分， 每極端由同極性永磁體極和鐵心極交錯(cuò)排列。工作時(shí)， 若直流勵(lì)磁電流為零， 則氣隙磁場只由永磁體產(chǎn)生， 工作磁通從N 極端的永磁體發(fā)出， 經(jīng)氣隙和定子鐵心回到S極端永磁體。因此， 通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的大小和方向， 即可使得氣隙磁通發(fā)生變化， 達(dá)到調(diào)磁的目的。

圖1　混合勵(lì)磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)

2　專利情況分析

為了研究混合勵(lì)磁電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)的發(fā)展情況，筆者利用S系統(tǒng)中的CNABS、DWPI等數(shù)據(jù)庫，從多方面對(duì)該領(lǐng)域的中國專利申請(qǐng)和全球?qū)＠暾?qǐng)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)2015年1 月21日。

2.1專利申請(qǐng)現(xiàn)狀分析

2.1.1中國專利申請(qǐng)的年度發(fā)展趨勢

由以上可以看出從1999年開始，專利申請(qǐng)呈現(xiàn)增長的趨勢，并且在2007年有一個(gè)快速的增長，說明在2007年左右混合勵(lì)磁技術(shù)得到較大的發(fā)展，說明隨著社會(huì)的進(jìn)步，混合勵(lì)磁技術(shù)得到社會(huì)越來越多的重視，對(duì)其的研究也越來越多，由此可見，隨著全球清潔能源的需求不斷得到重視，混合勵(lì)磁電機(jī)技術(shù)必將得到更大的發(fā)展。而由于公開數(shù)據(jù)的滯后，2012年以后的數(shù)據(jù)稍微有些滯后。

圖2　中國專利申請(qǐng)的年度發(fā)展趨勢

從圖2中可以看出國內(nèi)混合勵(lì)磁電機(jī)技術(shù)在2002之后才起步，申請(qǐng)數(shù)量總體上成增長的趨勢，尤其在2006年以后，在2006年至2012年呈快速增長，由此說明這段時(shí)間內(nèi)混合勵(lì)磁電機(jī)技術(shù)在國內(nèi)得到很大的發(fā)展，這有可能得益于國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展帶動(dòng)了電力相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展。而2013-2014年之間的數(shù)量下滑是由于還有部分專利還沒有公開，因此沒有統(tǒng)計(jì)在內(nèi)。

2.1.2全球?qū)＠暾?qǐng)的年度發(fā)展趨勢

圖3　全球?qū)＠暾?qǐng)年度發(fā)展趨勢圖

3　專利技術(shù)分布圖

圖4　混合勵(lì)磁電機(jī)技術(shù)發(fā)展主要路線圖

從這些典型專利申請(qǐng)我們可以看出，對(duì)混合勵(lì)磁電機(jī)結(jié)構(gòu)的研究主要集中于兩方面，第一方面是對(duì)雙勵(lì)磁部分排列方式的改進(jìn)，第二方面是對(duì)定子和轉(zhuǎn)子的排列方式的研究改進(jìn)。對(duì)于第一方面的研究較典型的有發(fā)過瓦萊奧電機(jī)設(shè)備公司于1998年申請(qǐng)并獲得授權(quán)的書勵(lì)磁電機(jī)，尤其是汽車的交流發(fā)電機(jī)（申請(qǐng)?zhí)枺?81241387）這一專利。還有國內(nèi)的高校哈爾濱工業(yè)大學(xué)于2004年申請(qǐng)并也得到授權(quán)的混合勵(lì)磁開關(guān)磁阻電機(jī)（申請(qǐng)?zhí)枺?004100135468）。在第二方面的研究中較典型的有上海電機(jī)學(xué)院于2009年申請(qǐng)的Halbach陣列并列轉(zhuǎn)子混合勵(lì)磁無刷同步電機(jī)（申請(qǐng)?zhí)枺?009100524006），其通過帶Halbach陣列永磁體的轉(zhuǎn)子和電勵(lì)磁轉(zhuǎn)子雙轉(zhuǎn)子并列結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，以此達(dá)到提高電機(jī)的功率密度和電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)范圍的目的。

由上我們可以看到今后一個(gè)時(shí)期內(nèi)，在這一領(lǐng)域的研究前景將會(huì)越來越偏向于對(duì)混合勵(lì)磁電機(jī)的控制方法的研究，而且對(duì)這一領(lǐng)域研究較深入的高校也開始注意到對(duì)控制方法領(lǐng)域的研究，這將是以后本領(lǐng)域研究的一個(gè)風(fēng)向。

4　技術(shù)領(lǐng)域前景展望

節(jié)能減排以及能源越來越緊張的國際大環(huán)境下，工業(yè)技術(shù)的發(fā)展越來越依賴于高效的動(dòng)力設(shè)備，在電氣和信息化越來越深入到生活的方方面面的情況下，混合勵(lì)磁電機(jī)這一高效的電能轉(zhuǎn)換設(shè)備必將受到越來越多的關(guān)注，也必將會(huì)引起研究者越來越多的興趣。而隨著控制技術(shù)的不斷發(fā)展，混合勵(lì)磁電機(jī)在控制方法領(lǐng)域的研究必將越來越受到關(guān)注。我國在這方面的研究雖然在全球范圍內(nèi)占比很大，但是，在一些有技術(shù)含量的技術(shù)難點(diǎn)上以及革命性的技術(shù)點(diǎn)的掌握上還落后于發(fā)達(dá)國家，我們國內(nèi)在這方面的研究應(yīng)該更加注重于質(zhì)量的提升以及技術(shù)的突破，這樣才能越來越快的將這一技術(shù)推廣應(yīng)用到生產(chǎn)生活中，才能使其真正服務(wù)于普通民眾的生活。

［1］ 朱孝勇、程明、趙文祥、張建忠、花為，混合勵(lì)磁電機(jī)技術(shù)綜述與發(fā)展展望［J］，電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2008，23（1），30-39.

［2］ 趙朝會(huì)、李遂亮、嚴(yán)仰光，混合勵(lì)磁電機(jī)的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展［J］，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，28（4），461-466.