胡春妍

?

渦旋壓縮機(jī)防自轉(zhuǎn)技術(shù)的專(zhuān)利分析

胡春妍

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作四川中心 成都 610213）

對(duì)國(guó)內(nèi)外渦旋壓縮機(jī)防自轉(zhuǎn)技術(shù)領(lǐng)域的專(zhuān)利文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析了該技術(shù)在全球及中國(guó)范圍內(nèi)的專(zhuān)利申請(qǐng)量的年度分布、專(zhuān)利申請(qǐng)國(guó)分布、主要申請(qǐng)人及其技術(shù)構(gòu)成等，為國(guó)內(nèi)企業(yè)在該技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)一步改進(jìn)、研發(fā)提供有效信息。

渦旋壓縮機(jī)；防自轉(zhuǎn)；專(zhuān)利

0 引言

渦旋壓縮機(jī)是第三代壓縮機(jī)，最早于1905年提出，早期由于加工條件及測(cè)量技術(shù)的限制，沒(méi)有得到發(fā)展，之后得益于70年代的能源危機(jī)和高精度數(shù)控銑床的出現(xiàn)，渦旋壓縮機(jī)開(kāi)始迅速發(fā)展[1,2]。相比于第一代的往復(fù)式壓縮機(jī)和第二代的回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，渦旋壓縮機(jī)具有可靠性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、運(yùn)行效率高等優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于空調(diào)制冷、石油化工及動(dòng)力工程領(lǐng)域[3,4]。渦旋壓縮機(jī)的重要關(guān)鍵技術(shù)有渦旋盤(pán)的型線設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)的研究、強(qiáng)化冷卻及密封等幾個(gè)方面，其中，作為機(jī)構(gòu)研究的關(guān)鍵技術(shù)之一的防自轉(zhuǎn)裝置是公轉(zhuǎn)型渦旋壓縮機(jī)不可缺少的一部分[5-9]，防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性和規(guī)律直接影響到渦旋壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，如防自轉(zhuǎn)裝置的耐久性、輕型化和小型化直接影響渦旋壓縮機(jī)使用壽命、輕型化、小型化的實(shí)現(xiàn)。因此，本文從專(zhuān)利角度出發(fā)，對(duì)渦旋壓縮機(jī)的防自轉(zhuǎn)技術(shù)進(jìn)行分析，重點(diǎn)分析了全球及中國(guó)范圍內(nèi)有關(guān)渦旋壓縮機(jī)防自轉(zhuǎn)裝置的專(zhuān)利申請(qǐng)量、申請(qǐng)國(guó)分布、主要申請(qǐng)人以及其技術(shù)構(gòu)成等，以期為該產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展提供有利信息。

1 分析樣本

本文選用的檢索數(shù)據(jù)庫(kù)為CPRSABS中文檢索數(shù)據(jù)庫(kù)以及DWPI外文檢索數(shù)據(jù)庫(kù)。為提高檢索的全面性和準(zhǔn)確性，分類(lèi)號(hào)取自國(guó)際專(zhuān)利分類(lèi)表IPC（目前唯一國(guó)際通用的專(zhuān)利文獻(xiàn)分類(lèi)檢索工具）和日本專(zhuān)利局的F-term分類(lèi)號(hào)。渦旋壓縮機(jī)防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的分類(lèi)號(hào)主要集中在F04C18/02，F(xiàn)04C29/00和3H039/CC15～18。檢索過(guò)程中采用的關(guān)鍵詞為：防自轉(zhuǎn)，十字環(huán)，十字滑環(huán)，歐氏環(huán)，歐德海姆環(huán)，奧德姆環(huán)，鍵聯(lián)軸節(jié)，十字聯(lián)軸節(jié)，滾珠，鋼珠，球軸承，銷(xiāo)，曲柄，曲拐等，對(duì)應(yīng)的英文關(guān)鍵詞為：anti-rotation，non-rotation，oldham，ball，bearing，pin，crank等。采用上述檢索要素得到的專(zhuān)利申請(qǐng)經(jīng)過(guò)降噪和篩選后構(gòu)成了本文研究的專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)據(jù)庫(kù)。檢索對(duì)象限定在全球公開(kāi)或公告日在2016年5月10日之前的發(fā)明和實(shí)用新型專(zhuān)利申請(qǐng)。由于發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)通常自申請(qǐng)日起滿18個(gè)月才能公開(kāi)（提前公開(kāi)的除外），PCT申請(qǐng)自申請(qǐng)日起30個(gè)月甚至更長(zhǎng)時(shí)間后才能進(jìn)入國(guó)家階段，因此，在分析樣本中并未包含2014年、2015年、2016年的全部專(zhuān)利申請(qǐng)。

2 渦旋壓縮機(jī)防自轉(zhuǎn)技術(shù)專(zhuān)利分析

2.1 申請(qǐng)量年度分布

圖1 申請(qǐng)量年度分布圖

圖1為渦旋壓縮機(jī)防自轉(zhuǎn)技術(shù)領(lǐng)域的申請(qǐng)量年度分布，包括全球范圍內(nèi)及中國(guó)范圍內(nèi)申請(qǐng)量的分布。從圖1可以看出，該技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)大致可以分為以下三個(gè)階段：

（1）第一階段（1991年以前）：這一階段為萌芽期，由于渦旋壓縮機(jī)起步較晚，這一時(shí)期對(duì)于防自轉(zhuǎn)裝置的研究還較少，每年全球?qū)＠暾?qǐng)量只有1-2件，1981年，日本三電公司開(kāi)始大批量生產(chǎn)汽車(chē)空調(diào)用渦旋壓縮機(jī)[1]，1982年三菱電機(jī)也生產(chǎn)出汽車(chē)空調(diào)用渦旋壓縮機(jī)，1987年美國(guó)谷輪公司研發(fā)出家用空調(diào)用的渦旋壓縮機(jī)。較早出現(xiàn)的防自轉(zhuǎn)裝置為十字環(huán)結(jié)構(gòu)和滾珠以及不成熟的曲柄銷(xiāo)結(jié)構(gòu)，研究主要集中在結(jié)構(gòu)研發(fā)上。

（2）第二階段（1992-2010年）：由于在實(shí)際使用中，渦旋壓縮機(jī)的防自轉(zhuǎn)裝置出現(xiàn)磨損嚴(yán)重和振動(dòng)噪音較大等問(wèn)題，對(duì)其進(jìn)行研究的企業(yè)變多，從1992年開(kāi)始，渦旋壓縮機(jī)的防自轉(zhuǎn)技術(shù)領(lǐng)域的申請(qǐng)量開(kāi)始迅速增加，屬于快速發(fā)展期。特別地，1994-1995年專(zhuān)利申請(qǐng)量達(dá)到頂峰，申請(qǐng)量的爆發(fā)式增長(zhǎng)主要是由于日本申請(qǐng)量的增加，這與其國(guó)內(nèi)的相關(guān)政策有一定的關(guān)系，但從1996年開(kāi)始，全球申請(qǐng)總量維持穩(wěn)定，后期開(kāi)始穩(wěn)步下降，說(shuō)明對(duì)渦旋壓縮機(jī)防自轉(zhuǎn)技術(shù)的研究有較顯著的成果，急需解決的技術(shù)問(wèn)題也得到了很好的解決。與此同時(shí)，中國(guó)范圍內(nèi)的申請(qǐng)量開(kāi)始緩慢增加，但起步較國(guó)外晚了十余年。

（3）第三階段（2011年以后）：從圖1中可以看出，2011年以后，隨著中國(guó)申請(qǐng)量的增加，全球總量又開(kāi)始上升，但除去中國(guó)的申請(qǐng)量，從1996年之后，外國(guó)申請(qǐng)量一直是穩(wěn)步下降的趨勢(shì)，說(shuō)明這一技術(shù)已經(jīng)不是熱點(diǎn)技術(shù)，同時(shí)也體現(xiàn)了渦旋壓縮機(jī)防自轉(zhuǎn)技術(shù)已發(fā)展成熟。由于中國(guó)起步較晚，難有開(kāi)拓性進(jìn)展，大多還是進(jìn)行改進(jìn)性研究。

2.2 申請(qǐng)國(guó)分布

從圖2可以看出，該領(lǐng)域申請(qǐng)國(guó)中，占比最大的是日本，為70%，其次是中國(guó)、韓國(guó)、美國(guó)，這與實(shí)際發(fā)展是一致的，日本一直是空調(diào)制冷行業(yè)的大國(guó)，其擁有許多制冷壓縮機(jī)制造企業(yè)，注重技術(shù)發(fā)展的同時(shí)也非常注重專(zhuān)利布局。雖然中國(guó)的申請(qǐng)量位居第二，但其中約一半為實(shí)用新型，還有部分為外國(guó)企業(yè)在華分部直接向中國(guó)專(zhuān)利局提交的申請(qǐng)，國(guó)內(nèi)院校、企業(yè)自主原創(chuàng)的專(zhuān)利申請(qǐng)較少，也比較分散。

圖2 申請(qǐng)國(guó)分布圖

2.3 主要申請(qǐng)人分布

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，專(zhuān)利申請(qǐng)量排名前10的申請(qǐng)人為日立、三電、三菱、松下、LG、日本東機(jī)工、大金、三洋、艾默生和阿耐思特巖田，其中，申請(qǐng)量最大的為日立。從上述申請(qǐng)人的所屬國(guó)可以看出，80%為日本企業(yè)，韓國(guó)和美國(guó)各占10%，沒(méi)有中國(guó)企業(yè)躋身其中，說(shuō)明中國(guó)在該領(lǐng)域的發(fā)展相對(duì)滯后，缺乏核心技術(shù)。從圖3中可以看出，十字環(huán)是防自轉(zhuǎn)技術(shù)領(lǐng)域的主要方向，其次是曲柄、銷(xiāo)結(jié)構(gòu)和滾珠、球軸承結(jié)構(gòu)的平行四連桿類(lèi)防自轉(zhuǎn)裝置。日立公司在該領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先地位，其在這兩類(lèi)防自轉(zhuǎn)技術(shù)中的投入比例約為6:4，偏向十字環(huán)，類(lèi)似格局的還有三菱、松下、LG、大金和日本東機(jī)工。申請(qǐng)量位列第二的三電公司雖然總量與日立相差不多，但其研發(fā)重點(diǎn)集中在滾珠、球軸承結(jié)構(gòu)的平行四連桿類(lèi)防自轉(zhuǎn)技術(shù)上，這與其主要產(chǎn)品是汽車(chē)用空調(diào)壓縮機(jī)緊密相關(guān)。三洋電機(jī)和艾默生不涉及平行四連桿類(lèi)的防自轉(zhuǎn)技術(shù)的研究。值得一提的是，前十申請(qǐng)人中只有阿耐斯特巖田沒(méi)有涉及十字環(huán)的研究，這主要是由于其主要渦旋壓縮機(jī)基本為空壓機(jī)，不涉及傳統(tǒng)的制冷壓縮機(jī)。

圖3 前10位申請(qǐng)人申請(qǐng)量分布圖

2.4 主要申請(qǐng)人的技術(shù)分布

渦旋壓縮機(jī)防自轉(zhuǎn)裝置包括十字環(huán)類(lèi)和平行四連桿類(lèi)，十字環(huán)類(lèi)在結(jié)構(gòu)上存在平面型（十字環(huán)的鍵和環(huán)共平面，或者十字環(huán)沒(méi)有鍵，只有環(huán)）、一側(cè)型（十字環(huán)的鍵在環(huán)的一側(cè)）和兩側(cè)型（十字環(huán)的鍵在環(huán)的兩側(cè)）三種，在材料上主要有輕型材料，耐磨材料以及潤(rùn)滑材料。平行四連桿類(lèi)主要有滾珠/球軸承以及小曲拐/曲柄銷(xiāo)/銷(xiāo)-孔等結(jié)構(gòu)。對(duì)這兩大類(lèi)的申請(qǐng)量進(jìn)行比較可知，十字環(huán)類(lèi)防自轉(zhuǎn)裝置占總申請(qǐng)量的62%，平行四連桿類(lèi)則占38%?？梢?jiàn)，十字環(huán)類(lèi)是研究的重點(diǎn)，因此，對(duì)主要申請(qǐng)人的技術(shù)分布進(jìn)行研究時(shí)，主要對(duì)前9位申請(qǐng)人關(guān)于十字環(huán)的研究進(jìn)行分析（第10位申請(qǐng)人阿耐斯特巖田不涉及對(duì)十字環(huán)的研究）。

圖4 前9位申請(qǐng)人對(duì)十字環(huán)的結(jié)構(gòu)、材料的申請(qǐng)量氣泡圖

從圖4中可以看出，結(jié)構(gòu)優(yōu)化是十字環(huán)結(jié)構(gòu)的主要方向。由于兩側(cè)型十字環(huán)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，剛性好，因此，多數(shù)申請(qǐng)人的重點(diǎn)研究方向均是兩側(cè)型結(jié)構(gòu)的十字環(huán)。一側(cè)型在小型化方面具有研究?jī)r(jià)值，因此，除了三電，其他8位申請(qǐng)人均對(duì)一側(cè)型十字環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究；平面型十字環(huán)結(jié)構(gòu)的研究較少，只有6個(gè)申請(qǐng)人對(duì)其進(jìn)行了研究，申請(qǐng)量均在4件以內(nèi)，松下、三洋和艾默生均沒(méi)有涉及平面型十字環(huán)的研發(fā)。雖然對(duì)材料研究的申請(qǐng)量比結(jié)構(gòu)的申請(qǐng)量少，但前9位申請(qǐng)人均對(duì)十字環(huán)的材料進(jìn)行了研究，說(shuō)明這也是十字環(huán)研究的一個(gè)重要方向，由于十字環(huán)為滑動(dòng)摩擦，其摩擦較大，因此，對(duì)提高十字環(huán)耐磨性的材料也有較多研究，對(duì)輕型化材料的研究次之，但提高潤(rùn)滑性能的材料研究較少，只有日立、三菱、松下、大金以及艾默生有涉及，申請(qǐng)量均在1-2件。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)渦旋壓縮機(jī)防自轉(zhuǎn)裝置的專(zhuān)利技術(shù)進(jìn)行了整理、歸納和分析，著重關(guān)注了該領(lǐng)域全球和中國(guó)范圍內(nèi)的申請(qǐng)量年度分布，申請(qǐng)國(guó)分布、主要申請(qǐng)人及其技術(shù)研發(fā)中的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)等信息，可以看出，十字環(huán)類(lèi)作為應(yīng)用最多且申請(qǐng)量最大的渦旋壓縮機(jī)防自轉(zhuǎn)裝置，由于十字環(huán)摩擦為滑動(dòng)摩擦，運(yùn)行時(shí)摩擦力較大，因此，從結(jié)構(gòu)上、材料上進(jìn)行改進(jìn)來(lái)獲得更優(yōu)的性能是研發(fā)的重點(diǎn)，主要改進(jìn)集中在十字環(huán)鍵、環(huán)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)、潤(rùn)滑改進(jìn)及材料改進(jìn)三個(gè)方向；滾珠、球軸承、銷(xiāo)-孔、曲柄-銷(xiāo)等形式的平行四連桿類(lèi)防自轉(zhuǎn)裝置主要應(yīng)用在空氣壓縮領(lǐng)域，主要改進(jìn)集中在結(jié)構(gòu)改進(jìn)、潤(rùn)滑改進(jìn)兩個(gè)方向。

國(guó)外在該領(lǐng)域的起步早，發(fā)展快，特別是日本，其申請(qǐng)量占該領(lǐng)域的70%，屬于該領(lǐng)域的技術(shù)強(qiáng)國(guó)，技術(shù)分布也各有側(cè)重。中國(guó)的申請(qǐng)量雖然位于第二，但卻沒(méi)有一家企業(yè)、院校進(jìn)入該領(lǐng)域的前10，說(shuō)明國(guó)內(nèi)較國(guó)外發(fā)展滯后，缺乏核心技術(shù)，要提高在該領(lǐng)域的話語(yǔ)權(quán)，需要加大研究力度，找到進(jìn)入該領(lǐng)域的突破口，還需要積極吸收新技術(shù)，站在巨人的肩膀上繼續(xù)進(jìn)行研發(fā)。只有不斷提高自身創(chuàng)新能力，打破國(guó)外企業(yè)的技術(shù)壁壘，才能增強(qiáng)我國(guó)在該領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。

[1] 馮健美,屈宗長(zhǎng).渦旋壓縮機(jī)的發(fā)展優(yōu)勢(shì)和關(guān)鍵技術(shù)[J].中國(guó)機(jī)械工程,2002,(19):1706-1708.

[2] RW Moore, RW Shaffer,JE Mccullough. A Scroll Compressor for shipboard Helium Liquefier System[C]. In: Proc. of International Compressor Engineering Conference, Purdue, 1976:417-422.

[3] 胡繼孫,何亞峰,張秀平,等.渦旋式制冷壓縮機(jī)應(yīng)用和技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].制冷與空調(diào),2016,(4):1-7.

[4] 李連生.渦旋壓縮機(jī)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998:3-4.

[5] 王宏斌.渦旋壓縮機(jī)的渦旋盤(pán)防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)[J].山西煤炭管理干部學(xué)院學(xué)報(bào),2008,(2):166-167.

[6] 雷杰.渦旋壓縮機(jī)防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)特性研究[D].蘭州:蘭州理工大學(xué),2016.

[7] 周家勝.渦旋流體機(jī)械防止自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)[J].壓縮機(jī)技術(shù),1995,(3):5-10.

[8] 李文華,褚紅艷.渦旋壓縮機(jī)球形防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的分析[J].壓縮機(jī)技術(shù),2007,(4):13-15.

[9] 劉振全,趙嫚,李超.渦旋壓縮機(jī)曲柄銷(xiāo)防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)分析[J].蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào),2006,(4):53-55.

Analysis of Patents of Anti-rotation Mechanism of Scroll Compressor

Hu Chunyan

( Patent Examination Cooperation of the Patent Office, SIPO, Sichuan, Chengdu, 610213 )

The paper, from the perspective of patent, analyzed the patents related to anti-rotation mechanism of scroll compressors. Annual distribution of patent applications worldwide and within China were shown respectively. The number of the related patents distributed by countries were summarized. The main applicants were listed in this paper, and their patent distribution of different anti-rotation methods were also reviewed. The purpose of this paper is to provide useful information for further development of anti-rotation mechanisms for scroll compressors.

Scroll Compressor; Anti-rotation; Patent

1671-6612（2017）06-653-04

TH455

A

胡春妍（1989.03-），女，碩士，實(shí)習(xí)研究員，E-mail：240397878@qq.com

2017-05-15