賀燕萍

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇 蘇州 215000）

引言

自曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)減振器發(fā)明以來(lái),其技術(shù)和質(zhì)量得到不斷提升,現(xiàn)已成為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的必備裝置,并有效地提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的工作可靠性和使用壽命。雖然，橡膠減振器是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上最早使用的一類扭轉(zhuǎn)減振器，它具有重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)，但是，橡膠減振器總成的橡膠層既有彈性又有阻尼，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低；而且因阻尼較小，一般不能滿足最佳參數(shù)匹配的要求；此外，橡膠的彈性和阻尼隨溫度變化較大，故其性能不穩(wěn)定。另外，隨著汽車發(fā)展的小型化和高速化,受到橡膠低阻尼的限制及橡膠散熱差、易出現(xiàn)炭化等現(xiàn)象,橡膠減振器逐漸被具有較高黏性阻尼的硅油扭振減振器及其他結(jié)構(gòu)的減振器所替代。硅油扭振減振器由于具有阻尼大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、性能穩(wěn)定等特點(diǎn),使用范圍越來(lái)越廣。研究、開發(fā)先進(jìn)的硅油扭振減振器,使其更有效地抑制曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng),是發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和技術(shù)創(chuàng)新的一項(xiàng)重要研究課題，故本文將就國(guó)內(nèi)外對(duì)硅油扭振減振器的專利申請(qǐng)狀況進(jìn)行技術(shù)綜述分析，以希對(duì)上述重要研究課題貢獻(xiàn)綿薄之力。

一、車用硅油扭振減振器簡(jiǎn)介及技術(shù)分解

（一）車用硅油扭振減振器簡(jiǎn)介

硅油扭振減振器由殼體、慣性圓盤和起軸承作用的減磨襯套等組成。慣性圓盤裝在殼體內(nèi),可繞光滑耐磨的減磨襯套自由轉(zhuǎn)動(dòng)。慣性圓盤與殼體間有一定的間隙,間隙內(nèi)充滿硅油。硅油扭振減振器的殼體固聯(lián)在曲軸前端,與曲軸系統(tǒng)一起運(yùn)動(dòng)。當(dāng)曲軸系統(tǒng)發(fā)生扭振時(shí),由于慣性圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大,它的運(yùn)動(dòng)總是滯后于殼體的運(yùn)動(dòng),此時(shí)間隙中硅油的黏性阻尼就會(huì)消耗振動(dòng)能量,從而達(dá)到減弱曲軸系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的目的。

（二）車用硅油扭振減振器技術(shù)分解

本小節(jié)的技術(shù)分解是對(duì)于所分析的硅油扭振減振器該技術(shù)領(lǐng)域做進(jìn)一步的細(xì)化和分類，對(duì)于行業(yè)狀況、檢索專利信息以及檢索結(jié)果處理都具有非常重要的意義，有助于了解行業(yè)整體情況以及選取研究重點(diǎn)。在對(duì)檢索得到的樣本進(jìn)行分析提煉的基礎(chǔ)上，對(duì)硅油扭振減振器該技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)分解，一級(jí)分支分為單級(jí)減振與復(fù)合減振。

硅油扭振減振器由于具有阻尼大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、性能穩(wěn)定等特點(diǎn),使用范圍越來(lái)越廣，因此，硅油扭振減振器取代傳統(tǒng)橡膠減振器作為單級(jí)減振器也得到了廣泛使用，其中，硅油扭振減振器的組成部件的具體結(jié)構(gòu)性能，如慣性環(huán)、殼體的結(jié)構(gòu)尺寸、硅油或其他阻尼液的使用等皆會(huì)直接或間接影響減振器的慣量、扭轉(zhuǎn)剛度及阻尼，從而對(duì)減振效果產(chǎn)生影響，因此，自硅油扭振減振器問(wèn)世以來(lái)，國(guó)內(nèi)外申請(qǐng)人分別就其組成部件進(jìn)行改進(jìn)并申請(qǐng)專利。因此，在單級(jí)減振該一級(jí)分支的基礎(chǔ)上，二級(jí)分支主要從其組成部件進(jìn)行分類，具體分為：慣性環(huán)、殼體、硅油以及其他。

此外，隨著對(duì)車用減振器的研究和發(fā)展，也有申請(qǐng)人結(jié)合硅油扭振減振器與其他類型減振器的特點(diǎn)，進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，設(shè)計(jì)出硅油復(fù)合減振器進(jìn)行復(fù)合減振，例如硅油-橡膠復(fù)合減振器、硅油-離心力擺復(fù)合減振器等。鑒于復(fù)合減振該一級(jí)分支的減振器類型紛雜，故在該一級(jí)分支下不另設(shè)二級(jí)分支進(jìn)行分析。

二、車用硅油扭振減振器總體申請(qǐng)狀況

（一）逐年申請(qǐng)量分析

根據(jù)專利申請(qǐng)年份對(duì)全球申請(qǐng)量進(jìn)行的趨勢(shì)分析統(tǒng)計(jì)，主要分為兩個(gè)時(shí)期。

1.第一時(shí)期（1911-1994 年）

第一時(shí)期從英國(guó)工程師Frederick W.Lanchester 于1911 年就硅油扭振減振器申請(qǐng)第一份專利開始，之后硅油扭振減振器的技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷萌芽期（1911-1940 年）、穩(wěn)定發(fā)展期（1941-1958 年）、快速發(fā)展期（1959-1990 年）以及成熟期（1991-1994 年）之后已發(fā)展成熟，申請(qǐng)量也相應(yīng)達(dá)到最大。在此期間，人們就硅油扭振減振器的各個(gè)組成部件進(jìn)行了深入研究改進(jìn)，并且結(jié)合計(jì)算控制手段對(duì)其振動(dòng)性能進(jìn)行了相應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)研究，具體地可參見下述對(duì)各個(gè)技術(shù)分支的申請(qǐng)狀況分析。

2.第二時(shí)期（1995 年之后）

在上述第一時(shí)期期間，國(guó)內(nèi)并沒有關(guān)于硅油扭振減振器的進(jìn)行過(guò)專利申請(qǐng)，直到20 世紀(jì)80 年代，因?yàn)橐M(jìn)國(guó)外康明斯等企業(yè)的硅油扭振減振器的需要，國(guó)內(nèi)才開始進(jìn)行硅油扭振減振器的研究，并陸續(xù)開始申請(qǐng)專利，也是在該時(shí)期，德國(guó)HASSE &WREDE 公司以及日本豐田等公司開始在中國(guó)提交PCT 申請(qǐng)進(jìn)行專利布局，此外，隨著新型阻尼液材料如磁流變液、電流變液等在減振器領(lǐng)域的應(yīng)用以及自動(dòng)化手段的進(jìn)度，人們開始采用磁流變液或電流變液取代硅油或摻雜硅油并結(jié)合測(cè)試控制手段在傳統(tǒng)硅油扭振減振器基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，因此，在經(jīng)歷短暫的申請(qǐng)量回落之后，硅油扭振減振器的申請(qǐng)量在1995 年之后又開始進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期。

（二）申請(qǐng)國(guó)別分析

自硅油扭振減振器問(wèn)世以來(lái)，因其優(yōu)良的減振性能而受到各個(gè)汽車相關(guān)企業(yè)的青睞。日本汽車工業(yè)發(fā)展比較早而且百花齊放，一直處于較為領(lǐng)先的水平，其對(duì)于減振器的研究成果也比較多，在國(guó)際上其專利申請(qǐng)量占比為38%，位列第一；至于國(guó)內(nèi)申請(qǐng)，其占比位列第二，主要是因?yàn)樵诠栌团ふ駵p振器發(fā)展的第二時(shí)期的集中爆發(fā)式申請(qǐng)的緣故，而且申請(qǐng)類型以實(shí)用新型居多；此外，汽車行業(yè)發(fā)展比較繁榮的德國(guó)，其申請(qǐng)量占比為14%，位列第三；緊隨其后的為美國(guó)和英國(guó)，申請(qǐng)量占比分別為9%和7%。

（三）申請(qǐng)人分析

硅油扭振減振器全球?qū)＠琶笆闹匾暾?qǐng)人分別為：三菱MITSUBISHI、HASSE &WREDE、HOUDAILLE、TOYOTA、寧波賽德森減振系統(tǒng)有限公司、HOLSET、CATERPILLAR、江蘇宏豐奧凱機(jī)電有限公司、現(xiàn)代HYUNDAI、NOK 株式會(huì)社。

三、車用硅油扭振減振器技術(shù)分支申請(qǐng)狀況

（一）一級(jí)分支專利申請(qǐng)概述

一級(jí)分支專利申請(qǐng)量對(duì)比可知，關(guān)于硅油扭振減振器的研究重點(diǎn)還是集中在單級(jí)減振改進(jìn)上，其申請(qǐng)量是復(fù)合減震的八倍以上，而由于各種類型減振器的結(jié)構(gòu)上的差異，要將其他類型的減振器與硅油減振進(jìn)行復(fù)合減振獲得良好減振性能，需要克服的技術(shù)障礙比較多，因此，關(guān)于復(fù)合減振的研究不夠深入，其中最常見的還是前述硅油-橡膠復(fù)合減振器。因此，下述章節(jié)將重點(diǎn)對(duì)單級(jí)減振下屬各二級(jí)分支的申請(qǐng)情況進(jìn)行分析。

（二）二級(jí)分支專利申請(qǐng)概述

各二級(jí)技術(shù)分支申請(qǐng)量對(duì)比結(jié)果可知，雖然，針對(duì)硅油扭振減振器的各個(gè)組成部件皆有專利申請(qǐng)，但是側(cè)重點(diǎn)還是在其慣性環(huán)的改進(jìn)方面，其專利申請(qǐng)量占比達(dá)到了63%。因?yàn)楣栌团ふ駵p振器的減振基礎(chǔ)即是其慣性環(huán)和殼體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，作為核心部件，慣性環(huán)的外徑、內(nèi)徑、寬度等各種因素的變化皆直接或間接影響減振器的減振性能。其次，殼體的申請(qǐng)量高達(dá)31%，位居第二。

1.慣性環(huán)二級(jí)分支

最早由英國(guó)工程師Frederick W.Lanchester 于1911 年就硅油扭振減振器申請(qǐng)專利之后，研究者們相繼開始就硅油扭振減振器的慣性環(huán)的改進(jìn)設(shè)計(jì)，由此，從1911 年起，一直到1989 年，專利申請(qǐng)一直呈上升趨勢(shì)，至1989年達(dá)到頂峰；在此期間，就慣性環(huán)的結(jié)構(gòu)、外形等進(jìn)行了全面改進(jìn)并相應(yīng)進(jìn)行了專利申請(qǐng)，導(dǎo)致1990 年起很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，關(guān)于慣性環(huán)的技術(shù)研發(fā)遇到瓶頸期，專利申請(qǐng)量也相應(yīng)減少；之后，隨著國(guó)內(nèi)引進(jìn)康明斯等國(guó)外企業(yè)產(chǎn)品的需要，20 世紀(jì)80 年代開始，國(guó)內(nèi)企業(yè)院校陸續(xù)開始對(duì)硅油扭振減振器進(jìn)行投入研究，并相應(yīng)申請(qǐng)發(fā)明專利和實(shí)用新型，其中以實(shí)用新型申請(qǐng)居多。

2.殼體二級(jí)分支

雖然，已于1911 年進(jìn)行硅油扭振減振器的相關(guān)申請(qǐng)，但是于1947 年才開始致力于殼體上的改進(jìn)，進(jìn)一步地，在硅油扭振減振器工作過(guò)程中，是依靠硅油阻尼把振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱能的，在此過(guò)程中，為保證減振器的正常工作，硅油溫度不能過(guò)高，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮減振器的散熱能力，在此基礎(chǔ)上，Brush Electrical Machines 公司首先于1948 對(duì)殼體進(jìn)行改進(jìn)并申請(qǐng)專利，在其專利中，通過(guò)在殼體上設(shè)置各種形狀的散熱片以幫助將傳導(dǎo)到殼體上的熱量通過(guò)空氣對(duì)流散發(fā)出去；在之后的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，關(guān)于殼體的專利申請(qǐng)數(shù)量都僅維持在個(gè)位數(shù)，而且基本上也都是關(guān)于殼體散熱片的改進(jìn)；直到2000 年以后，國(guó)內(nèi)企業(yè)開始進(jìn)行專利申請(qǐng)，關(guān)于殼體的申請(qǐng)量才于2009 年開始突破兩位數(shù)，但是，同慣性環(huán)的專利申請(qǐng)情況一樣，也是以實(shí)用新型居多，而且改進(jìn)點(diǎn)還是局限在殼體散熱功能。

3.硅油二級(jí)分支

硅油作為硅油扭振減振器的減振阻尼介質(zhì)，人們對(duì)它的力學(xué)特性的認(rèn)識(shí)和理解依然很粗略，據(jù)此，針對(duì)硅油改進(jìn)的專利申請(qǐng)量很小，而研究硅油的力學(xué)性能，關(guān)鍵是確定流變參數(shù)和建立本構(gòu)方程，因此，關(guān)于硅油的研究還都是集中在理論研究層面。1970 年，HOLSET 公司通過(guò)在硅油中添加1-4wt%的β-SiC 纖維對(duì)硅油力學(xué)性能進(jìn)行改進(jìn)，能夠抵抗殼體和慣性環(huán)相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的剪切和彈性力；之后，隨著一些新興材料在減振器領(lǐng)域的運(yùn)用，人們開始嘗試采用磁流變液取代來(lái)改善硅油扭振減振器的減振性能，采用磁流變液取代硅油的專利申請(qǐng)，首先由FACET ENTERPRISES 公司于1977 年提出；之后每年一件的專利申請(qǐng)也是致力于磁流變液作為硅油扭振減振器阻尼液方面的改進(jìn)；至1998 年，日本NOK 株式會(huì)社提出了兩篇專利申請(qǐng)，其中一篇轉(zhuǎn)換思維，采用磁流變液摻雜到硅油中，并配合設(shè)置在殼體腔室內(nèi)的磁體來(lái)改善硅油扭振減振器的減振性能；進(jìn)一步隨著電流變液在減振器上的應(yīng)用，由天津大學(xué)于2014 年提出一篇采用電流變液取代硅油作為阻尼液，并相應(yīng)配合設(shè)置在慣性環(huán)上的導(dǎo)電線圈實(shí)現(xiàn)硅油扭振減振器減振性能的改善。

4.其他二級(jí)分支

“其他二級(jí)分支”在本文中自定義為除慣性環(huán)、殼體和硅油之外的與硅油扭振減振器其他方面相關(guān)的專利申請(qǐng)，主要涉及的是計(jì)算、測(cè)試、監(jiān)控等控制方面的專利。19 世紀(jì)末到20 世紀(jì)初，隨著各種斷軸事故的分析報(bào)告及有關(guān)文章逐漸出現(xiàn)，對(duì)于軸系扭轉(zhuǎn)震動(dòng)的研究也逐漸深入。在1916 年德國(guó)蓋格爾發(fā)表了機(jī)械式蓋格爾振動(dòng)儀測(cè)量軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的文章后，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的研究開始了實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)階段，在此基礎(chǔ)上，人們也開始就自己的研究成果進(jìn)行專利申請(qǐng)，并于1934 年由申請(qǐng)人PARCIVAL THEGE EDVIN OSSIAN 提出了一份涉及計(jì)算模型的專利申請(qǐng)，到20 世紀(jì)50 年代末，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的研究逐漸成熟，三菱公司于1986 年提出三份專利申請(qǐng)，在其專利申請(qǐng)中，皆是通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算模型確定慣性環(huán)和殼體之間間隙的經(jīng)驗(yàn)公式，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出小尺寸輕質(zhì)硅油扭振減振器；之后，人們的研究方向開始由計(jì)算模型的研究方向轉(zhuǎn)向硅油扭振減振器的測(cè)試和監(jiān)測(cè)方面，德國(guó)HASSE&WREDE 公司于2008 年提出專利申請(qǐng)，通過(guò)在慣性環(huán)上設(shè)置溫度傳感器以對(duì)硅油扭振減振器進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試和控制。