軸向磁場(chǎng)電機(jī)及輪邊驅(qū)動(dòng)、電驅(qū)動(dòng)橋分析調(diào)查

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作者：仲偉明 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司重慶分公司 專利代理師

原標(biāo)題：軸向磁場(chǎng)電機(jī)及輪邊驅(qū)動(dòng)、電驅(qū)動(dòng)橋分析調(diào)查

隨著節(jié)能環(huán)保意識(shí)的提高，各國(guó)學(xué)者近年來(lái)針對(duì)以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源的電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)進(jìn)行了大量的研究工作。電機(jī)技術(shù)是電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵技術(shù)之一，軸向磁場(chǎng)電機(jī)相比于傳統(tǒng)徑向電機(jī)在功率密度和扭矩密度方面有明顯優(yōu)勢(shì)，符合電動(dòng)汽車(chē)的輕量化設(shè)計(jì)思路。同時(shí)由于其功率主要取決于電機(jī)的軸向尺寸，而與電機(jī)的徑向尺寸無(wú)關(guān)，因此在軸向上可以節(jié)約大量空間，符合輪邊驅(qū)動(dòng)技術(shù)的空間布局。而輪邊驅(qū)動(dòng)技術(shù)可以省去差速器等機(jī)械結(jié)構(gòu)，大幅度降低車(chē)輛重量，節(jié)省車(chē)內(nèi)空間，而且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)輪邊電機(jī)單獨(dú)控制，實(shí)現(xiàn)更靈活多變的整車(chē)控制方案。這些特點(diǎn)使得軸向磁場(chǎng)電機(jī)及其輪邊驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用成為了一個(gè)值得研究的方向。

一、行業(yè)背景

發(fā)展新能源汽車(chē)是我國(guó)從汽車(chē)大國(guó)邁向汽車(chē)強(qiáng)國(guó)的必由之路。近年來(lái)，我國(guó)的新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)取得了舉世矚目的成就，成為引領(lǐng)世界汽車(chē)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的重要力量。電動(dòng)汽車(chē)以其節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢(shì)逐步有代替內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力源的傳統(tǒng)汽車(chē)的趨勢(shì)。

電機(jī)技術(shù)、電控技術(shù)和電池技術(shù)被公認(rèn)為是電動(dòng)汽車(chē)的三大核心技術(shù)，簡(jiǎn)稱“三電”。在電池技術(shù)領(lǐng)域，行業(yè)領(lǐng)頭羊?qū)幍聲r(shí)代、比亞迪等公司已經(jīng)家喻戶曉，并且其市值也是水漲船高達(dá)到了5000億的規(guī)模，超過(guò)大部分傳統(tǒng)車(chē)企。相較于電池技術(shù)市場(chǎng)的火熱，電機(jī)技術(shù)和電控技術(shù)目前的市場(chǎng)反應(yīng)則顯的不溫不火，然而在不溫不火的表面下則是暗潮涌動(dòng)的產(chǎn)業(yè)變革。

對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)關(guān)鍵技術(shù)之一的電機(jī)技術(shù)，各種類(lèi)型與結(jié)構(gòu)的電機(jī)均被嘗試應(yīng)用在電動(dòng)汽車(chē)系統(tǒng)中，其中永磁同步電機(jī)以其功率密度高、效率大等優(yōu)勢(shì)，已成為目前電動(dòng)汽車(chē)的主要選擇。值得注意的是永磁同步電機(jī)又分為徑向磁場(chǎng)電機(jī)以及軸向磁場(chǎng)電機(jī)，并且在理論上軸向磁場(chǎng)電機(jī)在功率密度和扭矩密度上都大幅領(lǐng)先于徑向磁場(chǎng)電機(jī)。但目前市場(chǎng)上廣泛應(yīng)用的卻是徑向磁場(chǎng)電機(jī)，其根本原因便在于傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域中對(duì)電機(jī)的功率密度和扭矩密度要求不高，電機(jī)的成本與可靠性才是行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。軸向磁場(chǎng)電機(jī)由于工藝難度大，控制復(fù)雜便被行業(yè)所淘汰。但當(dāng)新能源汽車(chē)興起，電機(jī)不再是固定安裝在地面上的機(jī)器，而是隨著車(chē)輛一起奔跑負(fù)載，其重量和體積被大家敏銳的感受到，軸向磁場(chǎng)電機(jī)由于其重量輕、體積小的特性在新能源汽車(chē)市場(chǎng)上突然活躍起來(lái)。

軸向磁場(chǎng)永磁同步電機(jī)根據(jù)定轉(zhuǎn)子數(shù)目不同可分為：?jiǎn)味ㄗ訂无D(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、單定子雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、雙定子單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、多定子多轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。單定子單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，但是在定轉(zhuǎn)子間存在軸向不平衡磁拉力，因此目前單轉(zhuǎn)子雙定子結(jié)構(gòu)和單定子雙轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)應(yīng)用較多。

圖1 雙定子-單轉(zhuǎn)子軸向磁場(chǎng)電機(jī)立體結(jié)構(gòu)圖

總體來(lái)看，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者針對(duì)軸向磁場(chǎng)電機(jī)的研究越來(lái)越多，軸向磁場(chǎng)的優(yōu)點(diǎn)正不斷顯現(xiàn)出來(lái)，應(yīng)用行業(yè)非常廣泛。在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域下，國(guó)內(nèi)外研究者大多將軸向磁場(chǎng)電機(jī)與輪邊驅(qū)動(dòng)相結(jié)合，由于軸向磁場(chǎng)電機(jī)其功率主要取決于電機(jī)的軸向尺寸，而與電機(jī)的徑向尺寸無(wú)關(guān)，因此在軸向上可以節(jié)約大量空間，適合輪邊驅(qū)動(dòng)的空間布局，因此軸向磁場(chǎng)電機(jī)應(yīng)用在輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上有較好發(fā)展前景。

圖2 輪邊驅(qū)動(dòng)總成圖

二、軸向磁場(chǎng)電機(jī)及輪邊驅(qū)動(dòng)、電驅(qū)動(dòng)橋領(lǐng)域?qū)＠畔⒎治?/span>

1、軸向磁場(chǎng)電機(jī)及輪邊驅(qū)動(dòng)

電驅(qū)動(dòng)橋?qū)＠暾?qǐng)趨勢(shì)

圖3軸向磁場(chǎng)電機(jī)及輪邊驅(qū)動(dòng)、電驅(qū)動(dòng)橋?qū)＠暾?qǐng)趨勢(shì)

通過(guò)統(tǒng)計(jì)軸向磁場(chǎng)電機(jī)及電機(jī)在車(chē)輛應(yīng)用技術(shù)相關(guān)專利每年的申請(qǐng)量，可了解相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，判斷其處于起步期、成長(zhǎng)期、成熟期還是衰退期，與各國(guó)展現(xiàn)的技術(shù)現(xiàn)狀相結(jié)合分析技術(shù)的發(fā)展程度。 

上圖為1999年-2019年軸向磁場(chǎng)電機(jī)及電機(jī)車(chē)輛應(yīng)用領(lǐng)域技術(shù)相關(guān)專利的申請(qǐng)趨勢(shì)。

軸向磁場(chǎng)電機(jī)于90年代末開(kāi)始發(fā)展，軸向磁場(chǎng)電機(jī)的發(fā)展主要分為三個(gè)階段，即1999年-2003年、2003年-2013年、2013年之后。1999年-2003年，專利數(shù)量緩慢增長(zhǎng)，專利申請(qǐng)量每年在50件以內(nèi)，這時(shí)的研發(fā)方向不明確、研發(fā)投入不夠，發(fā)展較為緩慢，且國(guó)內(nèi)申請(qǐng)的申請(qǐng)人也是以美國(guó)、日本的申請(qǐng)人為主，鮮少有國(guó)內(nèi)驅(qū)動(dòng)企業(yè)對(duì)該技術(shù)進(jìn)行申請(qǐng)。2003年-2013年，專利數(shù)量持續(xù)升高，這階段隨著新型材料的涌現(xiàn)和工藝水平的改善，軸向磁場(chǎng)電機(jī)重新獲得重視，國(guó)內(nèi)外企業(yè)在主要目標(biāo)市場(chǎng)的專利布局?jǐn)?shù)量逐漸增加。之后，在2014年進(jìn)入小幅回落后，軸向磁場(chǎng)電機(jī)相關(guān)技術(shù)的專利申請(qǐng)量進(jìn)入一個(gè)快速增長(zhǎng)的階段，軸向磁場(chǎng)電機(jī)因其結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、功率密度大等優(yōu)點(diǎn)獲得越來(lái)越多的關(guān)注，尤其適合應(yīng)用于電動(dòng)車(chē)輛等要求高轉(zhuǎn)矩密度和空間緊湊的場(chǎng)合，隨著新能源動(dòng)力市場(chǎng)需求的擴(kuò)大，軸向磁場(chǎng)電機(jī)憑借其在功率密度和效率等方面的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為電機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

電機(jī)在車(chē)輛上的應(yīng)用技術(shù)方面，1999年-2010年間電機(jī)在車(chē)輛上的應(yīng)用相關(guān)專利申報(bào)量較少，每年均在50件以內(nèi)，且增長(zhǎng)緩慢。2010年后，隨著電動(dòng)汽車(chē)需求的不斷增長(zhǎng)，同時(shí)在各國(guó)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)相關(guān)鼓勵(lì)政策的催生下，電機(jī)在車(chē)輛應(yīng)用技術(shù)得到快速發(fā)展，年增長(zhǎng)率超過(guò)20%，且在2016后增長(zhǎng)明顯加速。目前，電機(jī)在車(chē)輛上的應(yīng)用技術(shù)仍處于快速發(fā)展期，整體行業(yè)發(fā)展?jié)摿^大。

2、重點(diǎn)國(guó)專利布局情況

中國(guó)、美國(guó)、日本、歐洲和德國(guó)的是新能源汽車(chē)市場(chǎng)的重點(diǎn)國(guó)家與地區(qū)，專利布局?jǐn)?shù)量的多少表示各專利權(quán)人對(duì)不同國(guó)家或地區(qū)市場(chǎng)的重視程度。

圖4目標(biāo)市場(chǎng)的專利布局

上圖為1999年-2019年近20年軸向磁場(chǎng)電機(jī)及電機(jī)在車(chē)輛應(yīng)用技術(shù)相關(guān)專利在重點(diǎn)國(guó)家的布局情況，可以發(fā)現(xiàn)專利權(quán)人在中國(guó)申請(qǐng)的專利數(shù)量是最多的，即4002件，軸向磁場(chǎng)電機(jī)領(lǐng)域?qū)＠疃?，電?qū)橋、輪轂電機(jī)等領(lǐng)域也有一定數(shù)量的專利，其中軸向磁場(chǎng)電機(jī)技術(shù)持有人主要是以盤(pán)轂動(dòng)力、東南大學(xué)以及日產(chǎn)汽車(chē)公司為代表的國(guó)內(nèi)企業(yè)及高校，電機(jī)在車(chē)輛應(yīng)用技術(shù)則是以豐田公司、ZF公司及比亞迪公司為代表，說(shuō)明國(guó)內(nèi)企業(yè)和高校對(duì)相關(guān)技術(shù)注重專利保護(hù)，同時(shí)外國(guó)企業(yè)也注重在中國(guó)的專利布局。

3、重點(diǎn)企業(yè)專利申請(qǐng)情況

通過(guò)專利檢索可獲得相關(guān)專利數(shù)據(jù)，在獲得的專利數(shù)據(jù)中，通過(guò)統(tǒng)計(jì)專利權(quán)人的申請(qǐng)量，得到十位主要專利權(quán)人，通過(guò)十位專利權(quán)人的專利申請(qǐng)量了解本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)領(lǐng)先企業(yè)。通過(guò)如下方法統(tǒng)計(jì)獲得十位專利權(quán)人：首先，在獲得的專利數(shù)據(jù)中，統(tǒng)計(jì)專利權(quán)人的專利申請(qǐng)量；其次，合并不同形式的同一專利權(quán)人的申請(qǐng)量；最后，獲得十位專利權(quán)人。

圖5 前十位專利權(quán)人專利申請(qǐng)量分析圖（單位：件）

上圖為1999年-2019年近20年軸向磁場(chǎng)電機(jī)及電機(jī)在車(chē)輛應(yīng)用技術(shù)專利申請(qǐng)量排名前十的專利權(quán)人排名情況，可以發(fā)現(xiàn)前十專利權(quán)人大部分是國(guó)外公司，國(guó)內(nèi)的盤(pán)轂動(dòng)力排名第3位，比亞迪排名第8位，同濟(jì)大學(xué)排名第9位。

NTN公司專利申請(qǐng)量是最多的，數(shù)量為143件，約占軸向磁場(chǎng)電機(jī)及車(chē)輛應(yīng)用技術(shù)排名前十位申請(qǐng)人專利總量的17%，并且每年均有專利申請(qǐng)，在主要目標(biāo)市場(chǎng)均有專利布局。其中135件專利涉及電機(jī)在車(chē)輛應(yīng)用技術(shù)，主要涉及輪轂電機(jī)以及獨(dú)立懸架的輪邊驅(qū)動(dòng)技術(shù)，而軸向磁場(chǎng)電機(jī)及電驅(qū)橋技術(shù)申請(qǐng)相對(duì)較少，均為個(gè)位數(shù)。NTN公司是一家老牌軸承公司，于2002年在中國(guó)上海成立上海恩梯恩精密機(jī)電有限公司，開(kāi)始涉足汽車(chē)用電機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域，并于2003年開(kāi)始在新能源車(chē)動(dòng)力輪轂電機(jī)以及獨(dú)立懸架的輪邊驅(qū)動(dòng)技術(shù)等領(lǐng)域進(jìn)行專利布局。

排在第二位的是日立公司，專利申請(qǐng)量為135件。日立公司自2008年開(kāi)始，在軸向磁場(chǎng)電機(jī)領(lǐng)域保持持續(xù)專利申請(qǐng)，在改善NVH、提高電機(jī)冷卻效果、提高電機(jī)可靠性等方面均有涉及。

盤(pán)轂動(dòng)力專利申請(qǐng)量為130件，排在第3位。與其他前十專利權(quán)人不同的是盤(pán)轂動(dòng)力是前十專利權(quán)人中唯一一家新興企業(yè)，其成立于2018年，短短一年半時(shí)間已經(jīng)積累軸向磁場(chǎng)電機(jī)及應(yīng)用專利130余件。在軸向磁場(chǎng)電機(jī)及應(yīng)用方面的專利增速上，其位居第一，并遙遙領(lǐng)先于其他專利權(quán)人，預(yù)期未來(lái)一到兩年盤(pán)轂動(dòng)力在軸向磁場(chǎng)電機(jī)及應(yīng)用方面的專利申請(qǐng)量將位居世界第一。其研發(fā)方向?qū)Ｗ⒂谳S向磁場(chǎng)電機(jī)及應(yīng)用，其申請(qǐng)專利大量布局于軸向磁場(chǎng)電機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)子、電機(jī)裝配結(jié)構(gòu)、電機(jī)散熱冷卻等。

排名第七位的是本田公司，專利申請(qǐng)量為78件，本田公司關(guān)于軸向磁場(chǎng)電機(jī)的申請(qǐng)主要集中在2003-2009年間，在2009年之后，本田公司在軸向磁場(chǎng)電機(jī)的研發(fā)基本趨向于停止。值得一提的是，日前，為滿足全球電動(dòng)車(chē)電機(jī)需求量的快速增長(zhǎng)，本田與日立汽車(chē)系統(tǒng)簽署了一項(xiàng)關(guān)于成立新合資公司的基本協(xié)議，而這家新公司將從事電動(dòng)車(chē)專用電動(dòng)機(jī)的研發(fā)、生產(chǎn)及銷(xiāo)售工作，新組建的公司將綜合兩家公司的專業(yè)人才生產(chǎn)具有較高競(jìng)爭(zhēng)力的電機(jī)。

比亞迪申請(qǐng)量為68件，排在第8位，自2004年開(kāi)始出現(xiàn)相關(guān)專利申請(qǐng)，但均為國(guó)內(nèi)申請(qǐng)。

4、重點(diǎn)企業(yè)專利地域布局

通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析重點(diǎn)企業(yè)在不同地域的專利布局情況，可以了解其知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)策略，發(fā)現(xiàn)其重點(diǎn)關(guān)注和保護(hù)的市場(chǎng)。

圖6主要申請(qǐng)人專利地域布局圖

上圖為1999年-2019年近20年軸向磁場(chǎng)電機(jī)及電機(jī)在車(chē)輛應(yīng)用技術(shù)專利主要申請(qǐng)人專利地域布局情況，根據(jù)專利數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的需要，本處數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)為合并簡(jiǎn)單同族后的專利數(shù)據(jù)，合并簡(jiǎn)單同族是指針對(duì)同一技術(shù)方案基于相同優(yōu)先權(quán)進(jìn)行多件專利申請(qǐng)的視為同一族專利，單位記作“項(xiàng)”。1 項(xiàng)專利申請(qǐng)可能對(duì)應(yīng)于 1 件或多件專利申請(qǐng)。

可以發(fā)現(xiàn)，日本專利申請(qǐng)量最多，有673件，主要是因?yàn)樯暾?qǐng)人中NTN、日立、豐田、本田及大金均為日本企業(yè)，在本國(guó)進(jìn)行大量專利布局；在中國(guó)的專利申請(qǐng)量排第二，一方面是盤(pán)轂動(dòng)力、比亞迪和同濟(jì)大學(xué)在國(guó)內(nèi)的專利申請(qǐng)，另一方面則說(shuō)明中國(guó)是這些企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注和保護(hù)的市場(chǎng)。美國(guó)、德國(guó)及歐洲分別排第三、第四及第五，申請(qǐng)量分別為192件、118件及118件。從上圖可以發(fā)現(xiàn)，外國(guó)企業(yè)除了在本國(guó)申請(qǐng)較多專利外，都會(huì)在國(guó)外進(jìn)行一定量的專利布局，而目前來(lái)看中國(guó)企業(yè)基本上僅在本國(guó)進(jìn)行了專利布局。

5、重點(diǎn)企業(yè)技術(shù)領(lǐng)域分析

圖7 重點(diǎn)企業(yè)技術(shù)結(jié)構(gòu)分析圖

從主要專利權(quán)人在各技術(shù)領(lǐng)域的專利布局情況可以看出，日立公司在電機(jī)定子方面有著較多的研究，且專利布局涉及軸向磁場(chǎng)電機(jī)的各個(gè)技術(shù)分支，雖然日立并沒(méi)有推出軸向磁場(chǎng)電機(jī)的產(chǎn)品，但可見(jiàn)該公司對(duì)軸向磁場(chǎng)電機(jī)的研究力度以及專利儲(chǔ)備不容小覷。NTN公司在輪轂電機(jī)方面的專利遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于其他公司，此外在獨(dú)立懸架的輪內(nèi)驅(qū)動(dòng)方面也有一定的專利技術(shù)積累。盤(pán)轂動(dòng)力在電機(jī)定子方面的專利技術(shù)積累較多，此外在電機(jī)轉(zhuǎn)子、電機(jī)裝配結(jié)構(gòu)、電機(jī)散熱冷卻和輪轂電機(jī)也均布局有一定量的數(shù)據(jù)，可見(jiàn)盤(pán)轂動(dòng)力在電機(jī)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的研究比較全面，但在電機(jī)車(chē)輛應(yīng)用領(lǐng)域的布局相對(duì)較少。同濟(jì)大學(xué)在獨(dú)立懸架的輪邊驅(qū)動(dòng)和電驅(qū)橋布局專利數(shù)量相對(duì)較多，但領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)不是那么明顯，在其他系統(tǒng)方面專利布局較少。ZF公司在電驅(qū)橋和獨(dú)立懸架的輪邊驅(qū)動(dòng)方面布局專利數(shù)量較多，類(lèi)似的本田公司在電機(jī)轉(zhuǎn)子和電機(jī)整體結(jié)構(gòu)方面布局專利數(shù)量較多。比亞迪公司的專利技術(shù)多集中在電驅(qū)橋、獨(dú)立懸架的輪邊驅(qū)動(dòng)以及輪轂電機(jī)，專利技術(shù)比較集中。日產(chǎn)公司在軸向磁場(chǎng)電機(jī)各技術(shù)分支及輪內(nèi)驅(qū)動(dòng)、輪轂電機(jī)、電驅(qū)橋等方面均進(jìn)行了一定的專利布局，屬于軸向磁場(chǎng)電機(jī)及車(chē)輛應(yīng)用均有涉及的企業(yè)。豐田公司的專利主要集中在輪轂電機(jī)，其他方面也有涉獵，屬于“百花爭(zhēng)妍，一枝獨(dú)秀”式布局。綜合來(lái)看，軸向磁場(chǎng)電機(jī)的電機(jī)定子以及電機(jī)轉(zhuǎn)子、輪轂電機(jī)、電驅(qū)橋以及獨(dú)立懸架的輪邊驅(qū)動(dòng)是各大新能源企業(yè)的主要研究領(lǐng)域。

圖8重點(diǎn)企業(yè)技術(shù)功效圖

從上圖技術(shù)領(lǐng)域所對(duì)應(yīng)的技術(shù)效果上來(lái)看，對(duì)于軸向磁場(chǎng)電機(jī)領(lǐng)域，電機(jī)轉(zhuǎn)子和電機(jī)定子方面，主要是為了達(dá)到提高效率和方便制造、裝配、維修更換的目的。電機(jī)磁路結(jié)構(gòu)主要是為了達(dá)到提高功率密度和提高效率的目的。電機(jī)散熱結(jié)構(gòu)方面的改進(jìn)主要是為了達(dá)到更好的提高散熱能力方面的研究。電機(jī)裝配結(jié)構(gòu)的研究體現(xiàn)在對(duì)于提高可靠性、剛性、延長(zhǎng)壽命的研究。制造設(shè)備及工藝方面的研究主要是方便制造、裝配、維修更換的研究。電機(jī)整體結(jié)構(gòu)方面所體現(xiàn)的技術(shù)效果比較分散，且數(shù)據(jù)量較小，不具有代表性。

三、軸向磁場(chǎng)電機(jī)及輪邊驅(qū)動(dòng)、電驅(qū)動(dòng)橋領(lǐng)域研發(fā)熱點(diǎn)技術(shù)分析

經(jīng)過(guò)行業(yè)分析，統(tǒng)計(jì)分析本領(lǐng)域工程師關(guān)注的熱點(diǎn)技術(shù)，從專利技術(shù)的角度進(jìn)行剖析，展現(xiàn)各技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)情況，關(guān)注的技術(shù)為：

1，提高軸向磁場(chǎng)電機(jī)散熱效果；

2，軸向磁場(chǎng)電機(jī)結(jié)構(gòu)可靠性問(wèn)題（包括涉及單向磁拉力、氣隙一致性、定子/轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度、軸承方案等技術(shù)內(nèi)容的專利）。

1、軸向磁場(chǎng)電機(jī)散熱冷卻技術(shù)分析

電機(jī)的散熱冷卻技術(shù)專利申請(qǐng)量有兩百篇左右，從這些專利申請(qǐng)中，我們可以了解到該技術(shù)的發(fā)展情況。

圖9散熱冷卻技術(shù)專利申請(qǐng)趨勢(shì)圖

上圖為1999年-2019年散熱冷卻技術(shù)相關(guān)專利的申請(qǐng)趨勢(shì)，可以發(fā)現(xiàn)該項(xiàng)技術(shù)自2000年開(kāi)始出現(xiàn)。2000-2008年，專利申請(qǐng)量較少，年均3篇左右，說(shuō)明該技術(shù)處于起步期。自2008年，專利申請(qǐng)量開(kāi)始增長(zhǎng)，專利申請(qǐng)人逐漸增多，說(shuō)明該技術(shù)處于成長(zhǎng)期，申請(qǐng)人主要是日本和中國(guó)的涉及電機(jī)的企業(yè)，2016年達(dá)到峰值，有31篇。2016年后，專利申請(qǐng)量開(kāi)始穩(wěn)定，說(shuō)明散熱冷卻技術(shù)進(jìn)入成熟期。由于專利申請(qǐng)的延遲公開(kāi)，圖中2018-2019年的專利申請(qǐng)量比實(shí)際申請(qǐng)量要少。

在獲得的散熱冷卻專利數(shù)據(jù)中，通過(guò)統(tǒng)計(jì)專利權(quán)人的申請(qǐng)量，得到主要專利權(quán)人，通過(guò)主要專利權(quán)人的專利申請(qǐng)量了解本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)領(lǐng)先企業(yè)。通過(guò)如下方法統(tǒng)計(jì)獲得主要專利權(quán)人：首先，在獲得的專利數(shù)據(jù)中，統(tǒng)計(jì)各個(gè)專利權(quán)人的專利申請(qǐng)量；其次，合并不同形式的同一專利權(quán)人的申請(qǐng)量；最后，獲得主要專利權(quán)人。

圖10散熱冷卻技術(shù)專利權(quán)人/申請(qǐng)人前八名圖

從散熱冷卻相關(guān)專利申請(qǐng)人前八名情況來(lái)看，該技術(shù)主要掌握在中國(guó)、日本及英國(guó)公司的手中，其中盤(pán)轂動(dòng)力、日立以及YASA公司排名前三，其中盤(pán)轂動(dòng)力關(guān)于散熱冷卻的專利申請(qǐng)量是最多的，且專利申請(qǐng)集中在2018-2019年，共12篇左右，技術(shù)上涉及了液冷、散熱結(jié)構(gòu)這兩種方式對(duì)電機(jī)進(jìn)行散熱冷卻，其中液冷占比非常多，占了11篇。日立公司關(guān)于散熱冷卻的專利申請(qǐng)主要集中在2012-2016年，涉及了液冷、風(fēng)冷、散熱結(jié)構(gòu)這三種方式對(duì)電機(jī)進(jìn)行散熱冷卻。YASA公司關(guān)于散熱冷卻的專利申請(qǐng)集中在2013-2014年、及2016年，共8篇左右，涉及了液冷、風(fēng)冷這兩種方式對(duì)電機(jī)進(jìn)行散熱冷卻，其中液冷占比較多，占了6篇。

2、軸向磁場(chǎng)電機(jī)結(jié)構(gòu)可靠性問(wèn)題技術(shù)分析

軸向磁場(chǎng)電機(jī)結(jié)構(gòu)可靠性問(wèn)題，涉及單向磁拉力、氣隙一致性、定/轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度、軸承方案等技術(shù)內(nèi)容，由于材質(zhì)不均勻、毛坯缺陷、加工或裝配中產(chǎn)生的誤差，使得轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時(shí)，其上每個(gè)微小質(zhì)點(diǎn)的離心慣性力不能相互抵消，這種離心慣性力作用在轉(zhuǎn)子軸承上會(huì)引起震動(dòng)、產(chǎn)生噪音，加速軸承磨損、縮短電機(jī)壽命，降低電機(jī)結(jié)構(gòu)可靠性。本部分選取涉及上述問(wèn)題的相關(guān)專利，分析軸向磁場(chǎng)電機(jī)技術(shù)相關(guān)專利申請(qǐng)趨勢(shì)，了解行業(yè)主要領(lǐng)先企業(yè)，剖析技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)。

圖11軸向磁場(chǎng)電機(jī)結(jié)構(gòu)可靠性技術(shù)專利申請(qǐng)趨勢(shì)圖

軸向磁場(chǎng)電機(jī)結(jié)構(gòu)可靠性問(wèn)題，是軸向磁場(chǎng)電機(jī)應(yīng)用的需要解決的主要問(wèn)題之一，由上趨勢(shì)圖可以看到，隨著軸向磁場(chǎng)電機(jī)得到越來(lái)越多人的關(guān)注，關(guān)于電機(jī)結(jié)構(gòu)可靠性的技術(shù)的專利申請(qǐng)量成逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)，2017年之前呈緩慢增長(zhǎng)狀態(tài)，2017年之后開(kāi)始大幅度的增長(zhǎng)。受專利公開(kāi)影響，2018和2019年數(shù)據(jù)僅做參考。

圖12 軸向磁場(chǎng)電機(jī)結(jié)構(gòu)可靠性技術(shù)主要申請(qǐng)人

從軸向磁場(chǎng)電機(jī)結(jié)構(gòu)可靠性技術(shù)相關(guān)專利主要申請(qǐng)人情況來(lái)看，盤(pán)轂動(dòng)力具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)，其次為日立公司、大金公司、本田公司以及日產(chǎn)公司和華中科技大學(xué)，其中日立公司、大金公司、本田公司以及日產(chǎn)公司在結(jié)構(gòu)可靠性方面均有持續(xù)性的專利申請(qǐng)，可持續(xù)關(guān)注這些申請(qǐng)人的申請(qǐng)情況，追蹤其專利技術(shù)的革新。

四、總結(jié)

（1）在各個(gè)國(guó)家的專利申請(qǐng)趨勢(shì)方面，軸向磁場(chǎng)電機(jī)及車(chē)輛應(yīng)用領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展期均主要集中在早期，國(guó)內(nèi)則從中后期開(kāi)始發(fā)力，可以看出國(guó)內(nèi)雖然研發(fā)相對(duì)國(guó)外較晚，但后期發(fā)展卻比國(guó)外快，中國(guó)是目標(biāo)市場(chǎng)中唯一穩(wěn)定增長(zhǎng)的市場(chǎng)。

（2）在軸向磁場(chǎng)電機(jī)及車(chē)輛應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行專利布局的企業(yè)主要是NTN、日立、盤(pán)轂動(dòng)力、豐田、日產(chǎn)、大金、本田、比亞迪、ZF及同濟(jì)大學(xué)。這些重點(diǎn)企業(yè)主要在日本進(jìn)行專利布局，其次為中國(guó)、美國(guó)。日立公司的研發(fā)集中在軸向磁場(chǎng)電機(jī)的定子方面，NTN公司集中在輪轂電機(jī)方面，盤(pán)轂動(dòng)力集中在軸向磁場(chǎng)電機(jī)、軸向磁場(chǎng)電機(jī)在電驅(qū)橋、獨(dú)立懸架輪邊驅(qū)動(dòng)應(yīng)用方面，同濟(jì)大學(xué)集中在獨(dú)立懸架的輪邊驅(qū)動(dòng)方面，ZF公司和比亞迪公司在電驅(qū)橋、輪邊驅(qū)動(dòng)布局專利數(shù)量較多，豐田公司的專利主要集中在輪轂電機(jī)，其他方面也有涉獵。

（3）軸向磁場(chǎng)電機(jī)領(lǐng)域?qū)＠饕性谵D(zhuǎn)子、定子、散熱冷卻三方面的專利布局，針對(duì)技術(shù)效果來(lái)看，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子或定子方面進(jìn)行改進(jìn)以提高功率密度、提高效率、方便制造/裝配的專利較多，提高散熱冷卻方面、電機(jī)轉(zhuǎn)子/定子的可靠性提高方面以及減少成本方面的專利布局也較多。

（4）從截至到2019年底已公開(kāi)專利量看，無(wú)論是在軸向磁場(chǎng)電機(jī)的散熱冷卻技術(shù)研究還是軸向磁場(chǎng)電機(jī)結(jié)構(gòu)可靠性技術(shù)研究，盤(pán)轂動(dòng)力都排在前列，可算國(guó)內(nèi)此領(lǐng)域的一匹黑馬。專利布局分析來(lái)看，NTN、日立、豐田等公司在中國(guó)都進(jìn)行了專利布局，盤(pán)轂動(dòng)力在中國(guó)的申請(qǐng)量排名第一，且每年申請(qǐng)量大，表現(xiàn)出極強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。但僅檢索到盤(pán)轂動(dòng)力少量國(guó)際布局專利申請(qǐng)，國(guó)際布局仍需進(jìn)一步觀察。

來(lái)源：IPRdaily中文網(wǎng)（iprdaily.cn）

作者：仲偉明 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司重慶分公司 專利代理師

編輯：IPRdaily王穎          校對(duì)：IPRdaily縱橫君

注：原文鏈接：軸向磁場(chǎng)電機(jī)及輪邊驅(qū)動(dòng)、電驅(qū)動(dòng)橋分析調(diào)查（點(diǎn)擊標(biāo)題查看原文）

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