羅　莎賈紅葉霍　聰

（1.國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇 蘇州 215163；2.碼捷科技（蘇州）有限公司，江蘇 蘇州 215021）

從專利技術(shù)角度分析伺服壓力機(jī)傳動系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展

羅莎1賈紅葉1霍聰2

（1.國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇 蘇州 215163；2.碼捷科技（蘇州）有限公司，江蘇 蘇州 215021）

近年來，隨著伺服電機(jī)和伺服控制技術(shù)的發(fā)展，伺服壓力機(jī)也得到迅猛發(fā)展。采用交流伺服電機(jī)直接作為壓力機(jī)的動力源，通過螺旋、曲柄連桿、肘桿等執(zhí)行機(jī)構(gòu)將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為滑塊的直線運(yùn)動，實現(xiàn)滑塊運(yùn)動特性可控，以滿足沖壓加工柔性化、智能化的需求。本文對伺服壓力機(jī)傳動系統(tǒng)領(lǐng)域的專利申請進(jìn)行分析，對中國、國外的專利申請量進(jìn)行了統(tǒng)計分析，并詳細(xì)分析了其中兩個分支的技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)。

伺服；壓力機(jī)；傳動；螺旋；曲柄

為了研究伺服壓力機(jī)傳動系統(tǒng)專利技術(shù)的發(fā)展情況，筆者以專利數(shù)據(jù)庫中的檢索結(jié)果為分析樣本，從專利文獻(xiàn)的視角對伺服壓力機(jī)傳動系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展歷程進(jìn)行了較全面地統(tǒng)計分析，并對其重點分支進(jìn)行技術(shù)脈絡(luò)發(fā)展分析。

1.伺服壓力機(jī)傳動系統(tǒng)的國內(nèi)外專利申請量分析

1.1伺服壓力機(jī)傳動系統(tǒng)在中國歷年專利申請量分布

圖1為伺服壓力機(jī)傳動系統(tǒng)中國歷年專利申請量分布，從圖中可以看出：自2003年起伺服壓力機(jī)傳動系統(tǒng)在中國開始陸續(xù)有申請量，2003年至2007年處于緩慢穩(wěn)定的發(fā)展時期，在該期間處于不斷探索階段；在2007年以后伺服壓力機(jī)傳動系統(tǒng)申請量增長幅度較大，技術(shù)生長點呈上升趨勢，屬于技術(shù)發(fā)展期，在2010年達(dá)到頂峰，可見最近幾年伺服壓力機(jī)傳動系統(tǒng)的技術(shù)仍然處于不斷探索創(chuàng)新新時期；2010年以后國內(nèi)的申請量雖然有所下降，但仍處于較高的數(shù)量。

1.2伺服壓力機(jī)傳動系統(tǒng)領(lǐng)域國外專利申請量分布

由圖2可以看出，國外伺服壓力機(jī)傳動系統(tǒng)的專利申請出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代，由交流伺服控制技術(shù)的成熟和發(fā)展而產(chǎn)生，其發(fā)展過程可以分為4個階段：

（1）1995年至2001年是伺服壓力機(jī)傳動系統(tǒng)發(fā)展的起始階段，由于大容量伺服電機(jī)的研制成功，國外學(xué)者首先將伺服電機(jī)應(yīng)用于壓力機(jī)領(lǐng)域，這一階段的研究重點為伺服螺旋壓力機(jī)。

（2）2002年至2005年，該階段的專利申請呈現(xiàn)增長勢頭，該階段伺服壓力機(jī)傳動系統(tǒng)的研究也出現(xiàn)多樣化，各種類型的傳動系統(tǒng)例如曲軸連桿傳動、肘桿傳動、曲軸肘桿傳動、絲杠肘桿傳動紛紛出現(xiàn)，使伺服壓力機(jī)的負(fù)載能力得以提高，適用于大噸位機(jī)械壓力機(jī)。

（3）2006年至2008年，該階段的專利申請呈現(xiàn)快速增長，該階段多電機(jī)驅(qū)動、多點壓制的傳動形式出現(xiàn)，使壓制曲線更加多樣化、柔性化。

（4）2009年至2013年，該階段的專利申請呈現(xiàn)下降趨勢，說明伺服壓力機(jī)傳動系統(tǒng)的研究逐漸趨于成熟，國外學(xué)者的研究方向有所轉(zhuǎn)移，逐漸轉(zhuǎn)移到伺服壓力機(jī)控制系統(tǒng)的研究，目的在于使伺服壓力機(jī)的控制更為精準(zhǔn)；考慮到專利申請需要一定的公開時間以及檢索數(shù)據(jù)庫的更新時間，2013年和2014年的部分發(fā)明專利申請還無法統(tǒng)計。

2.伺服壓力機(jī)傳動系統(tǒng)專利技術(shù)發(fā)展路線

全伺服驅(qū)動傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式主要有螺旋式、曲柄連桿式、肘桿式。筆者僅對螺旋式和曲柄連桿式進(jìn)行了專利技術(shù)脈絡(luò)分析，而對于肘桿式的專利技術(shù)脈絡(luò)另行分析。

2.1伺服螺旋壓力機(jī)

伺服螺旋壓力機(jī)是利用滾珠絲杠將伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑝K的上下運(yùn)動，該傳動類型的特點是：螺桿式傳動的最大優(yōu)勢是可在全行程范圍的任意位置保持額定壓力，即載荷放大比可保持恒定不變，且結(jié)構(gòu)簡單，傳動精度高。

1997年日本會田公司申請的伺服螺旋壓力機(jī)（JP9-363652A），它提出了利用伺服電機(jī)驅(qū)動螺桿進(jìn)而帶動滑塊進(jìn)行上下運(yùn)動，在整個工作行程中均可以提供最大的載荷，然而由于滾珠絲杠強(qiáng)度和伺服電機(jī)功率的限制，此種類型壓力機(jī)的負(fù)載能力有限，為了解決這一問題，該公司于1999年申請了利用兩個伺服電機(jī)和兩個螺旋副驅(qū)動滑塊運(yùn)動的雙點驅(qū)動系統(tǒng)（申請?zhí)朖P11-179599A）。

中國在這方面也做了一些研究，2003年華中科技大學(xué)申請的電動螺旋壓力機(jī)（申請?zhí)朇N03254142），通過改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速可以控制大齒輪的動能和滑塊的速度，具有行程次數(shù)和打擊能量與速度可控的優(yōu)點，適用于多種壓力加工工藝，隨后山東理工大學(xué)（申請?zhí)朇N200910252595）、青島平安鍛壓機(jī)械制造有限公司（申請?zhí)朇N201120219258）、河南中軸控股集團(tuán)股份有限公司（申請?zhí)朇N201220125134）和李嘉棟、陳立群（申請?zhí)朇N200920290374）也分別研制出該類型的伺服壓力機(jī)。

2.2伺服曲柄壓力機(jī)

伺服曲柄壓力機(jī)是指由伺服電機(jī)通過齒輪等中間傳遞機(jī)構(gòu)驅(qū)動曲柄使滑塊上下運(yùn)動，該傳動結(jié)構(gòu)的伺服壓力機(jī)可以克服交流伺服電動機(jī)經(jīng)絲杠在傳遞大的力時摩擦損耗大的不足，并可省掉現(xiàn)有機(jī)械壓力機(jī)上的離合器和制動器，適用于大噸位機(jī)械壓力機(jī)。

伺服曲柄壓力機(jī)最早在2000年由日本會田公司申請的伺服曲柄連桿壓力機(jī)（申請?zhí)朖P2000-125065A），它提出了采用伺服電機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動曲柄使滑塊往復(fù)運(yùn)動，同時結(jié)合壓力傳感器和NC數(shù)字控制系統(tǒng)增加滑塊的運(yùn)行速度和準(zhǔn)確檢測循環(huán)位置，同年臺灣申請（申請?zhí)朤W89106485A）也提出了采用伺服電機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動曲柄使滑塊往復(fù)運(yùn)動，同時由數(shù)字信號處理器DSP和微電腦控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，針對不同的加工類型給予相應(yīng)的轉(zhuǎn)速函數(shù)；由于伺服電機(jī)功率的限制，上述壓力機(jī)的負(fù)載能力有限，為了解決這一問題，日本小松公司于2005年申請的壓力機(jī)（申請?zhí)朖P2005-089982A）中增加了增力裝置，并使增力裝置和伺服電機(jī)共同作為動力源，并可根據(jù)所需壓制壓力的大小選擇伺服電機(jī)的個數(shù)；為了滿足機(jī)器和個人安全性能的要求，德國申請了多點壓制伺服壓力機(jī)（申請?zhí)枮镈E102007026727A），并增加了單獨的制動系統(tǒng)和啟動系統(tǒng)，諸多壓力作用點單獨控制使安全性能得以提高，該類型的專利申請還有DE102008034971A，JP2010-122998A，JP2011-084798A，KR201110067096A，CN201410850178，CN201210104672。

中國在這方面也做了很多研究，2003年由廣東工業(yè)大學(xué)和廣東鍛壓機(jī)床廠有限公司申請的伺服驅(qū)動智能型數(shù)控曲柄壓力機(jī)（申請?zhí)朇N200320118186），驅(qū)動控制系統(tǒng)包括伺服電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)和儲能電容箱，電容箱等起儲能作用，減速時電機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，將減速的電能儲存于電容器內(nèi)，降低能耗；隨后江蘇富力數(shù)控機(jī)床有限公司（申請?zhí)朇N200510040134）、山東理工大學(xué)（申請?zhí)朇N200820232451）、廣東鍛壓機(jī)床廠有限公司（申請?zhí)朇N200920057651）和楊茂召（申請?zhí)朇N200910026203）也分別研制出伺服曲柄連桿壓力機(jī)。

由上述脈絡(luò)分析可知，伺服壓力機(jī)傳動系統(tǒng)的研發(fā)一開始是在國外，通過對國內(nèi)外伺服壓力機(jī)傳動系統(tǒng)的分析比較，可以得出我國伺服壓力機(jī)就整體技術(shù)水平和競爭力而言，在沿襲外國的發(fā)展路線，較世界先進(jìn)水平仍有較大的差距，因此我國申請人應(yīng)致力于開發(fā)具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的大型伺服壓力機(jī)，增強(qiáng)我國該方面技術(shù)的競爭實力和國際競爭力。

［1］蘇敏，王隆太.幾種伺服壓力機(jī)傳動結(jié)構(gòu)方案的分析與比較［J］.鍛壓裝備與制造技術(shù)，2008（5）：35-38.

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