姜 濤

國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心

壓電發(fā)電技術(shù)應用專利技術(shù)綜述

姜 濤

國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作湖北中心

隨著能源供應日趨緊張，壓電技術(shù)逐漸成為研究熱點。本文從壓電發(fā)電原理及分類入手，從專利的角度對壓電發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾垟?shù)量趨勢、各國占比、重要申請人排名等方面進行統(tǒng)計，對該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢進行分析。

壓電發(fā)電；專利分析

1　研究背景

隨著能源供應日益緊張，太陽能、潮汐能、風能等新能源不斷涌現(xiàn)，但是光照受環(huán)境條件的約束，影響太陽能發(fā)電的持續(xù)性；風能對選址要求高，且成本居高不下。然而，機械振動能在日常生活中普遍存在于道路、車輛、房屋等環(huán)境中。目前將機械振動能轉(zhuǎn)換為電能的方法主要有電磁轉(zhuǎn)換、靜電轉(zhuǎn)換和壓電轉(zhuǎn)換這三種。電磁感應原理技術(shù)成熟，但結(jié)構(gòu)復雜、體積通常較大，靜電原理轉(zhuǎn)換可以產(chǎn)生低電壓，但是靜電轉(zhuǎn)換需要一個獨立電源初始化過程。而壓電轉(zhuǎn)換不存在這些問題，且轉(zhuǎn)換電壓較高，無需升壓環(huán)節(jié)，且結(jié)構(gòu)簡單、不受電磁干擾、易于加工制作，近幾十年逐步成為研究熱點［1］。

2　技術(shù)應用發(fā)展分類

振動-電能換能器過程是將自然界、人體等環(huán)境中存在的振動通過壓電轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換為電能供負載使用或者儲存起來，根據(jù)能量來源又可以分為建筑、道路、海浪等自然振動所帶來的振動能量，通常功率較大；可穿戴能量是將人體活動過程中產(chǎn)生的振動、壓力等轉(zhuǎn)換為電能供可穿戴設(shè)備使用，減少對外部電源的依賴；微機電（MEMS）能量轉(zhuǎn)換通常出現(xiàn)在微型醫(yī)療機器人、心臟起搏器等微型設(shè)備中，其具有功率小、體積細微的特點，另外壓電發(fā)電作為能量轉(zhuǎn)換裝置還出現(xiàn)在打火機、武器等其他領(lǐng)域［2］。

3　國內(nèi)外壓電發(fā)電領(lǐng)域?qū)＠治?/h2>

利用S系統(tǒng)中的CNABS，DWPI，SIPOABS數(shù)據(jù)庫，通過IPC分類號、等進行檢索，通過概要瀏覽和詳覽對文獻進行去噪。在分析過程中，從多方面對壓電發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域的中國專利申請和國外專利申請進行了統(tǒng)計分析，統(tǒng)計的時間節(jié)點為2014年12月31日（公開日）。

3.1中國專利申請分析

通過統(tǒng)計CNABS數(shù)據(jù)庫里關(guān)于壓電發(fā)電技術(shù)的專利申請，去噪之后剩余429篇相關(guān)專利文獻，從中分析得到隨時間的申請趨勢、申請人類別、熱點申請人信息。

3.1.1中國專利申請數(shù)量年度發(fā)展趨勢

圖3-1-1　中國歷年專利申請量分布

圖3-1-1為壓電發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域中國歷年專利申請量的分布圖，從圖中可以看出，中國第一份關(guān)于壓電發(fā)電的專利申請是在1989年提交的，而后相當長一段時間處于相對沉寂的狀態(tài)；直到2000年以后才開始陸陸續(xù)續(xù)有新的專利申請出現(xiàn)。一方面伴隨著國內(nèi)專利權(quán)保護意識的提高，另一方面隨著微機電領(lǐng)域的需求增長的刺激，2007年開始，壓電發(fā)電技術(shù)專利出現(xiàn)一個井噴式的增長，2013-2014年間由于公開的滯后，統(tǒng)計圖表里出現(xiàn)的下降，而根據(jù)實際申請量來看，仍然持續(xù)保持增長趨勢。

3.1.2主要申請人排名

從圖3-1-2可以看出，申請數(shù)量排名前十的有八所中國高校、兩家日本公司。可見現(xiàn)階段的壓電發(fā)電技術(shù)研究僅在高校和少數(shù)技術(shù)積累雄厚的大公司里作為前沿技術(shù)在研究。排名三甲的專利申請數(shù)量幾乎相同，而之后的各申請人的申請數(shù)量不足三甲的一半，整體數(shù)量比較分散，說明在壓電發(fā)電領(lǐng)域，還沒有出現(xiàn)競爭實力強、能夠壟斷、引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展的申請人。排名第一的高校也并非傳統(tǒng)意義上的名校，可見在新興領(lǐng)域里普通高校也有后來居上的可能。

圖3-1-2　申請量前十主要申請人排名

3.2全球?qū)＠暾埛治?/p>

3.2.1全球?qū)＠暾垟?shù)量年度發(fā)展趨勢

圖2-2-1　全球歷年專利年代分布

圖3-2-1是壓電發(fā)電領(lǐng)域全球歷年專利申請量分布圖，自1968年開始有壓電發(fā)電技術(shù)相關(guān)專利申請的記載以來，在三十年間一直只有零散的申請，可見在這段時間里，壓電發(fā)電技術(shù)的研究相對較冷門，直到1998年才開始有起色。在2005年開始，專利申請量呈井噴狀增長。受到能源供應日益緊張、微機電產(chǎn)品大量出現(xiàn)的影響，科研院所和科技公司都將目光放在了具有諸多優(yōu)點的壓電發(fā)電領(lǐng)域。

3.2.2專利申請國家地區(qū)分布

通常來說，國家申請量所占份額的大小在一定程度上體現(xiàn)了該國家技術(shù)實力的強弱，排名前十依次是美國、世界知識產(chǎn)權(quán)組織、中國、韓國、德國、歐專局、日本、俄國、澳大利亞、英國。從數(shù)據(jù)上來看，美國依然是遙遙領(lǐng)先，是中國的近三倍，中國雖然在國家里面排名第二，可是與韓國、德國、歐專局相比優(yōu)勢很弱。中國申請量之大從另一個方面反映出了相關(guān)企業(yè)對中國市場的重視。

4　結(jié)語

壓電發(fā)電技術(shù)應用于實際產(chǎn)品中的歷史還比較短暫，目前還處于技術(shù)發(fā)展的階段，申請國家主要集中在美國，其不僅申請的專利數(shù)量多，還掌握了大量的核心技術(shù)，此外日本、韓國、歐盟國家也進行了大量的研究，這在一定程度上對我過壓電發(fā)電領(lǐng)域的發(fā)展造成巨大的壓力。雖然我國的專利申請中，也有很多高校和企業(yè)申請，但起步時間晚，申請人較分散，且所申請的專利大多處于技術(shù)的邊緣地帶，缺少對核心技術(shù)的研究。從所分析的目標國家的數(shù)量上來看，中國在該領(lǐng)域還是占有較大比例。在今后的發(fā)展中，國內(nèi)申請人在數(shù)量上對國外企業(yè)、研究機構(gòu)進行包圍的同時，也應當在核心技術(shù)上投入更多精力，多借鑒研究國外同行的前沿技術(shù)，加強專利布局，以增強我國在壓電發(fā)電領(lǐng)域的競爭實力。

［1］ 中央黨校課題組，中國新能源發(fā)展戰(zhàn)略問題研究，經(jīng)濟研究參考［J］，2011（52），2-19.

［2］ 靳洪允，壓電材料的結(jié)構(gòu)及其性能研究，山東陶瓷［J］，2005（4），9-14.