自1911年超導(dǎo)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)至今的100多年間，超導(dǎo)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了飛速的發(fā)展，尤其是1986年高溫超導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，超導(dǎo)領(lǐng)域的技術(shù)人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多達(dá)100多種的高溫超導(dǎo)體。超導(dǎo)技術(shù)已經(jīng)成為備受矚目的高新技術(shù)之一，其具有重大的經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略意義，有著巨大的商業(yè)價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。利用超導(dǎo)材料的零電阻特性、抗磁性及宏觀量子效應(yīng)等常規(guī)材料不具備的特性，超導(dǎo)體能夠?qū)崿F(xiàn)大電流傳輸，獲得強(qiáng)磁場(chǎng)等技術(shù)效果，因此超導(dǎo)技術(shù)在電力電子、軍事、醫(yī)療、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

一、專利數(shù)據(jù)分析

隨著超導(dǎo)技術(shù)的高速發(fā)展，超導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)也呈現(xiàn)了快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。本文通過(guò)對(duì)超導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域的專利進(jìn)行檢索，分析了國(guó)內(nèi)外專利申請(qǐng)狀態(tài)，并重點(diǎn)介紹了國(guó)內(nèi)申請(qǐng)趨勢(shì)、申請(qǐng)人、技術(shù)構(gòu)成以及主要應(yīng)用。使用的檢索系統(tǒng)為incopat1科技創(chuàng)新情報(bào)平臺(tái)，檢索要素涉及超導(dǎo)技術(shù)相關(guān)IPC（國(guó)際專利分類2）分類號(hào)：H01B、H01F、H01L、H03K、G11C、G01R33等小類，并結(jié)合關(guān)鍵詞“超導(dǎo)”，檢索專利公開時(shí)間截至2017年6月16日，檢索得到相關(guān)專利申請(qǐng)總數(shù)為90 470件。

1. 全球申請(qǐng)趨勢(shì)分布

圖1顯示了涉及超導(dǎo)技術(shù)的專利申請(qǐng)?jiān)谌蚍秶鷥?nèi)歷年申請(qǐng)量的分布圖，反映了超導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。1957年以前的申請(qǐng)量較少，因此本文不進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。從圖1中可以看出，1957-1986年是超導(dǎo)技術(shù)的成長(zhǎng)期，該階段的申請(qǐng)量穩(wěn)步提升， 1981年申請(qǐng)量突破了1 000件；而1987年申請(qǐng)量出現(xiàn)了激增，一躍達(dá)到了7 178件，這與1986年高溫超導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn)及隨后出現(xiàn)的“超導(dǎo)熱”是密不可分的；此后的幾年呈現(xiàn)了回落的態(tài)勢(shì)，但直到1993年，該領(lǐng)域的申請(qǐng)量都在2 000件以上，保持在較高的水平。自1994年至今，超導(dǎo)技術(shù)的申請(qǐng)量較為平穩(wěn)，維持在1 500～2 000件左右的數(shù)量。由于專利公開存在滯后性，2016-2017年的部分申請(qǐng)未能公開，因此2016-2017年的數(shù)據(jù)不能全面反映該年份對(duì)應(yīng)的申請(qǐng)量，此處不作分析。

2.全球申請(qǐng)區(qū)域分布

圖2反映了超導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域申請(qǐng)量排名前10位的國(guó)家/地區(qū)的分布趨勢(shì)。從圖中可以看出，日本在該領(lǐng)域的申請(qǐng)量顯著領(lǐng)先于其他國(guó)家/地區(qū)，占全球申請(qǐng)總量的50.83%，申請(qǐng)量共計(jì)42 973件，日本在該領(lǐng)域具有絕對(duì)領(lǐng)先的技術(shù)實(shí)力。排名2-5位的分別為：美國(guó)、歐洲專利組織、德國(guó)、中國(guó)，申請(qǐng)量均在3 000件以上，可見我國(guó)在超導(dǎo)技術(shù)方面的探索和研究位居世界前列。

3.國(guó)內(nèi)申請(qǐng)趨勢(shì)分析

圖3顯示了國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人在超導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)趨勢(shì)，我國(guó)自1985年才開始提出相關(guān)申請(qǐng)，1988年申請(qǐng)量出現(xiàn)了135件的小高潮，1985-2001年期間，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人的申請(qǐng)量與全球申請(qǐng)量趨勢(shì)基本類似。經(jīng)過(guò)1987-1989年間的增長(zhǎng)期后，申請(qǐng)量一直保持較為穩(wěn)定的水平。而與全球申請(qǐng)趨勢(shì)不同的是，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人在該領(lǐng)域的申請(qǐng)量自2002年開始又出現(xiàn)了大幅攀升，直至2012年達(dá)到了376件的巔峰值，這與我國(guó)在2012年制定的《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》不無(wú)關(guān)系，《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中明確指出，重點(diǎn)發(fā)展的前沿新材料中包含超導(dǎo)材料，著重發(fā)展高溫超導(dǎo)千米長(zhǎng)線、高溫超導(dǎo)薄膜材料規(guī)?；苽浼夹g(shù)，滿足核磁共振成像、超導(dǎo)電纜、無(wú)線通信等需求。

4.國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人分布

圖4顯示了1985-2017年累計(jì)專利申請(qǐng)量情況，其中，排名第1位的申請(qǐng)人為中國(guó)科學(xué)院電工研究所，申請(qǐng)量256件，占比12.69%，排名2-5位的分別為西北有色金屬研究所、西南交通大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院物理研究所，以及北京云電英納超導(dǎo)電纜有限公司。其中，最早涉足超導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)域的為中國(guó)科學(xué)院物理研究所、北京有色金屬研究總院，分別在1987年就提出了相關(guān)申請(qǐng)，而申請(qǐng)量最大的中國(guó)科學(xué)院電工研究所則在2004年才開始了相關(guān)領(lǐng)域的申請(qǐng)，并且在2012年前后出現(xiàn)了爆發(fā)式的增長(zhǎng)，處于絕對(duì)的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。

5.國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人類型

表1反映了國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人的類型分布，其中，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人中科研單位和大專院校占比較大，申請(qǐng)量總計(jì)1 246件，超出企業(yè)791件的申請(qǐng)量，結(jié)合圖4也可以得出，排名前10位的申請(qǐng)人中有7家都是科研單位或大專院校，可見，超導(dǎo)技術(shù)主要研發(fā)力量還是集中于科研院所和高校中，目前在我國(guó)的商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化程度并不是很高。

6.國(guó)內(nèi)申請(qǐng)技術(shù)構(gòu)成

表2顯示了涉及超導(dǎo)技術(shù)的國(guó)內(nèi)申請(qǐng)的技術(shù)構(gòu)成情況，通過(guò)申請(qǐng)所屬的IPC主分類來(lái)體現(xiàn)技術(shù)方向，其中列出了申請(qǐng)量排名前10位的IPC小組對(duì)應(yīng)的專利申請(qǐng)數(shù)量，主要涉及超導(dǎo)電纜、傳輸線，超導(dǎo)磁體、超導(dǎo)線圈及超導(dǎo)器件的制造、超導(dǎo)測(cè)量等領(lǐng)域，這與我國(guó)《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中提出的重點(diǎn)發(fā)展方向基本相吻合。

圖5顯示了1985-2017年各技術(shù)方向累計(jì)專利申請(qǐng)量情況，可以看出在我國(guó)超導(dǎo)技術(shù)的申請(qǐng)主要集中于超導(dǎo)電纜、傳輸線的探索和研究，其次為電纜制造的專用設(shè)備、制造導(dǎo)體、超導(dǎo)磁體和超導(dǎo)磁體線圈。

二、主要應(yīng)用及重點(diǎn)專利

由于超導(dǎo)體的獨(dú)特性能，其在電力電子、軍事、醫(yī)療、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。專利被引證頻次反映了專利技術(shù)的被關(guān)注度，是評(píng)價(jià)專利技術(shù)重要程度的主要參考指標(biāo)。以下根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域介紹了引證頻次較高的部分重點(diǎn)專利技術(shù)。

1.超導(dǎo)線纜

超導(dǎo)材料的零電阻特性使其成為電流傳輸?shù)睦硐雽?dǎo)體，其能夠有效減小電能在傳輸中的損耗。高溫超導(dǎo)電纜具有損耗低、容量大、結(jié)構(gòu)緊湊、環(huán)保等特點(diǎn)，可用于大容量遠(yuǎn)距離輸電，能夠節(jié)省大量材料及安裝成本。

公開號(hào)為CN101989472A的中國(guó)申請(qǐng)披露了一種芯部增強(qiáng)多芯二硼化鎂（MgB2）超導(dǎo)線/帶材的制備方法，可制造高強(qiáng)度、千米量級(jí)的超導(dǎo)線/帶材，首先制備一次復(fù)合單芯線材，其次二次復(fù)合組裝獲得二次多芯復(fù)合棒（圖6）；最后拉拔加工獲得芯部增強(qiáng)的多芯MgB2超導(dǎo)線材。

公開號(hào)為CN1411004A的中國(guó)申請(qǐng)披露了一種硼化鎂超導(dǎo)線材及其制備方法，采用具有超導(dǎo)性能的MgB2作為線芯，線芯外包覆金屬覆層，其中金屬覆層選自低碳鋼、鎳或鉭。獲得的超導(dǎo)線材性能優(yōu)良，MgB2晶粒細(xì)化，加工過(guò)程中金屬流動(dòng)性高，避免出現(xiàn)斷裂。

公開號(hào)為CN101271747A的中國(guó)申請(qǐng)披露了一種鐵基化合物超導(dǎo)線材、帶材及其制備方法，采用鐵基化合物超導(dǎo)材料作為線芯，在線芯外側(cè)包覆選自選自鐵、銅、低碳鋼、不銹鋼、鉻、釩、錳、鈦、鋯、鉬、鎳、鈮、鎢、鉿或鉭的金屬管、復(fù)合金屬管或合金管，得到的超導(dǎo)線材具有良好的超導(dǎo)性能。

公開號(hào)為CN101707083A的中國(guó)申請(qǐng)披露了一種采用銀包套制備的鐵基化合物超導(dǎo)線材或帶材（圖7），采用具有超導(dǎo)性能的鐵基化合物作為線芯，使用銀或銀合金材料包覆于線芯外側(cè)，包套外還可以使用其它金屬或合金材料進(jìn)行包覆，具有良好的電流輸運(yùn)性能。

2.超導(dǎo)發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)

由于超導(dǎo)電機(jī)的抗磁性，其具有體積小、效率高、壽命長(zhǎng)、噪聲低、同步電抗小等優(yōu)點(diǎn)，電流密度得到了顯著提升。

公開號(hào)為CN102969873A的中國(guó)申請(qǐng)披露了一種高溫超導(dǎo)電機(jī)（圖8），其電樞繞組采用高溫超導(dǎo)導(dǎo)線繞制而成，制冷杜瓦放置在定子鐵芯外部，通過(guò)接觸傳導(dǎo)制冷的方式使高溫超導(dǎo)線圈冷卻。電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子之間沒有絕熱層，真空腔內(nèi)外的扭矩傳遞通過(guò)磁流體密封件實(shí)現(xiàn)。使用低頻交流電，降低了損耗，特別適用于風(fēng)力發(fā)電、船舶推進(jìn)動(dòng)力等領(lǐng)域。

公開號(hào)為CN1988324A的中國(guó)申請(qǐng)披露了一種高速磁阻電機(jī)（圖9），高溫超導(dǎo)材料內(nèi)嵌于轉(zhuǎn)子，高溫超導(dǎo)材料的ab面與轉(zhuǎn)子軸線平行，作為阻磁介質(zhì)增加直交軸磁阻差異，提高電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和功率密度。氣隙空間充有氦氣或氫氣實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)子的冷卻，高溫超導(dǎo)塊材陣列與轉(zhuǎn)子端部永磁環(huán)構(gòu)成磁浮機(jī)構(gòu)，確保轉(zhuǎn)子低阻尼、高速運(yùn)轉(zhuǎn)。

公開號(hào)為CN101741276A的中國(guó)申請(qǐng)披露了一種混合型高溫超導(dǎo)直線磁浮同步電動(dòng)機(jī)（圖10），包括安裝在機(jī)架上的雙邊定子，高溫超導(dǎo)線圈動(dòng)子安裝于定子之間，還包括永磁軌道定子和高溫超導(dǎo)塊材磁體懸浮動(dòng)子，高溫超導(dǎo)塊材磁體懸浮動(dòng)子位于永磁軌道定子上方，高溫超導(dǎo)線圈動(dòng)子安裝在高溫超導(dǎo)塊材懸浮動(dòng)子上。其集合了高溫超導(dǎo)直線同步電動(dòng)機(jī)和高溫超導(dǎo)磁懸浮機(jī)構(gòu)，體積小、推力大、損耗小、控制簡(jiǎn)單、可以滿足一些特殊場(chǎng)合的應(yīng)用。

3.超導(dǎo)磁懸浮

利用超導(dǎo)體的抗磁性，可以產(chǎn)生磁懸浮作用，而在列車中使用超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)，相比常規(guī)列車，具有速度快、污染小、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。

公開號(hào)為CN1408593A的中國(guó)申請(qǐng)公開了一種超導(dǎo)磁懸浮列車系統(tǒng)（圖11），由2個(gè)高溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)向架組成磁浮系統(tǒng)，高溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)向架由2條平行的永磁導(dǎo)軌和高溫超導(dǎo)磁懸浮裝置組成。磁浮裝置還包括高溫超導(dǎo)體塊材、液氮低溫容器和其他附屬裝置。采用釹鐵硼、鐵氧體或電磁體作為永磁導(dǎo)軌中的永久磁體，通過(guò)高溫超導(dǎo)體對(duì)永磁導(dǎo)軌磁通釘扎力實(shí)現(xiàn)列車水平橫向穩(wěn)定。

公開號(hào)為C N101192463A的中國(guó)申請(qǐng)披露了一種應(yīng)用于電磁懸浮式高速磁浮列車的高溫超導(dǎo)磁體（圖12），由低溫液氮容器和高溫超導(dǎo)勵(lì)磁繞組組成，該低溫液氮容器具有2個(gè)封閉環(huán)繞空腔，其中心距與該高溫超導(dǎo)磁體兩磁極極距相同；2個(gè)封閉環(huán)繞空腔內(nèi)分別設(shè)有超導(dǎo)勵(lì)磁繞組；高溫超導(dǎo)磁體沒有鐵芯；低溫液氮容器外部的2個(gè)連接器與制冷系統(tǒng)和外部電路連接。

公開號(hào)為CN102545725A的中國(guó)申請(qǐng)披露了一種無(wú)液氦揮發(fā)的超導(dǎo)磁懸浮裝置（圖13），通過(guò)室溫電流引線接頭、高溫超導(dǎo)電流引線接頭和低溫超導(dǎo)電流引線接頭使懸浮線圈通電后電流引線產(chǎn)生的熱量不會(huì)傳入液氦容器，并通過(guò)制冷機(jī)制冷冷凝器內(nèi)的氦氣液化使液氦容器內(nèi)的液氦實(shí)現(xiàn)零揮發(fā)。該裝置不用多次輸入液氦，可長(zhǎng)期獨(dú)立運(yùn)行。

4.超導(dǎo)儲(chǔ)能

由于超導(dǎo)體零電阻的特性，線圈中通電時(shí)，不存在焦耳熱損耗，能量可永久儲(chǔ)存。超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)已經(jīng)在電力系統(tǒng)中得到初步應(yīng)用，能夠提高電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性、維持電網(wǎng)穩(wěn)定、提高輸電能力和供電品質(zhì)。

公開號(hào)為CN101872965A的中國(guó)申請(qǐng)披露了一種限流儲(chǔ)能電路及其控制方法（圖14），其將超導(dǎo)磁體通過(guò)電流源變流器、濾波電容、開關(guān)、壓敏電阻和變壓器等與電網(wǎng)串聯(lián)連接。正常狀態(tài)下，通過(guò)控制電流源變流器注入濾波電容的電流，改變?yōu)V波電容的電壓，補(bǔ)償電網(wǎng)的電壓畸變，改善負(fù)載的供電電壓質(zhì)量。線路發(fā)生短路故障時(shí)，將濾波電容與電網(wǎng)斷開連接，并開通電流源變流器所有的開關(guān)，使超導(dǎo)磁體以不控整流的形式串入電網(wǎng)，從而起到故障限流的作用。

公開號(hào)為CN1560881A的中國(guó)申請(qǐng)披露了一種液氦冷卻的高溫超導(dǎo)儲(chǔ)能磁體系統(tǒng)（圖15），通過(guò)液氦杜瓦提拉裝置改變高溫儲(chǔ)能磁體相對(duì)于液面的垂直位置，在不需要制冷機(jī)的情況下，獲得4.2～77K的溫度范圍。在通過(guò)機(jī)械提拉裝置改變磁體溫度的過(guò)程中，通過(guò)銠電阻和外圍電路進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，得出不同溫度下的磁體特性。

三、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上統(tǒng)計(jì)分析，在全球范圍內(nèi)，超導(dǎo)技術(shù)專利申請(qǐng)?jiān)?957-1986年期間處于成長(zhǎng)期，1987-1993年屬于快速發(fā)展期，并在之后進(jìn)入了平穩(wěn)發(fā)展期。其中，日本在該領(lǐng)域的申請(qǐng)具有絕對(duì)的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，申請(qǐng)量顯著高于其他國(guó)家。我國(guó)在該領(lǐng)域申請(qǐng)量排名世界第5，處于世界前列水平。我國(guó)超導(dǎo)技術(shù)相關(guān)專利的申請(qǐng)量在1987年及2012年前后經(jīng)歷了2次增長(zhǎng)，并在2012年前后處于發(fā)展的高峰時(shí)期，申請(qǐng)人構(gòu)成中以科研院所及大專院校居多，主要研究方向涉及要涉及超導(dǎo)電纜、傳輸線，超導(dǎo)磁體、超導(dǎo)線圈及超導(dǎo)器件的制造、超導(dǎo)測(cè)量等領(lǐng)域。

超導(dǎo)技術(shù)時(shí)具有戰(zhàn)略意義的高新技術(shù)，已經(jīng)廣泛用于電力電子、軍事、醫(yī)療、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域，隨著技術(shù)的不斷成熟及商業(yè)化的發(fā)展，超導(dǎo)技術(shù)必將具有更廣闊的應(yīng)用前景。