XIAOZHONGMING

2017-1-11  来源：安徽工程大学管理工程学  作者：汪守霞，汪张林

      摘要：本文通过使用Incopat平台，对全球新能源汽车以及驱动电机的专利信息进行分析，发现纯电动汽车是技术研究的热点，而对驱动电机及其控制系统的研究相对滞后。驱动电机及其控制系统是新能源汽车核心部件之一，因此本文重点分析驱动电机及其控制系统的专利申请趋势、主要竞争者、热点专利以及各国申请人在全球的专利布局，发现德日韩企业在驱动电机方面的研发实力较强，中国专利申请量比较高，但专利质量不是很高，且研发力量过于分散，同时国际汽车巨头非常善于使用专利策略，在全球进行了合理的专利布局。因此，中国政府、企业、科研机构要通力合作，发挥协同作用，并且要以企业为技术创新主体，力争早日抢占战略制高点，摆脱中国汽车产业大而不强的尴尬局面。


      关键词：新能源汽车；驱动电机及其控制系统；专利申请趋势；热点专利；专利布局


      1 引言


      新能源汽车产业是一个典型的资源密集型和技术密集型产业，中国新能源汽车产业策略为“三纵三横”。其中“三纵”包括：纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车，“三横”是：多能源动力总成系统、驱动电机及其控制系统、动力电池及其管理系统。驱动电机是新能源汽车的核心部件之一，对于燃料电池汽车和纯电动汽车来说，它是唯一的驱动部件，而在混合动力汽车上，它是实现各种工作模式的关键，直接影响新能源汽车的动力性、经济性、稳定性、油耗指标以及排放指标。专利信息是技术创新最有效的载体，涵盖了90％一95％的技术信息，代表了某一产业内核心的、先进的技术创新，具有代表性、客观性、全面性、实用性。因此，通过对专利信息分析，可以很好地了解新能源汽车和驱动电机的技术热点、主要竞争对手以及技术成熟度等。


      2.文献综述


      由于专利信息具有代表性、客观性、全面性等特点，通过对专利信息的研究可以很直观地发现某一领域的技术发展方向、主要竞争对手以及技术热点等，因此国内外学者对专利进行了大量的研究。Bemd Fabry认为专利分析可以很好地评估技术研发状况，发现商业机会¨1。陈红运认为通过对专利信息收集分析，可以发现技术空白或不足，在此基础上进行改进和创新，而技术创新实质就是吸收消化再创新，所以技术创新的全过程可以通过专利分析实现，企业创新离不开专利分析的支持旧J。新能源汽车是我国七大战略新兴产业之一，


      驱动电机是它的关键部件，国内外学者对此作了一定的研究。德勤全球制造业组认为影响消费者购买意愿的六大关键因素包括：购买价格、续驶里程、充电时间、价差、燃料价格及燃油效率旧J。曾耀明发现新能源汽车是低碳经济发展的必然选择，是汽车产业的发展趋势，并且通过分析中外新能源汽车产业政策的异同，从加大投入、合理配置科研力量、组合运用多种产业政策、协同产业发展等方面提出了促进新能源汽车产业发展策略n]。慎金花认为中国不断地研发燃料电池汽车的核心技术，但同时，国际汽车巨头们也抢占了中国的部分市场"J。兰凤崇从中国和全球两个层面分析了新能源汽车的专利申请趋势、技术分支分布、国家分布、申请人分布情况，从而勾勒出新能源汽车的技术概貌。马东辉总结了开关磁阻电机、直流电机、永磁无刷电机和交流异步电机各自的优缺点，并且介绍了非晶电机的未来发展方向。刘金峰通过对驱动电机发展现状以及各类驱动电机特点的分析发现，稀土永磁轮毂电机最适合作为电动汽车电机旧J。王伟从电机本体设计、整车行驶循环工况和电机控制性能3个层面建立了驱动电机性能评价体系【9】。柴海波认为驱动电机正朝着小型化、高可靠性、高功率密度等方向发展，永磁电机已经成为当前应用于电动汽车的主要电驱动产品。

      3.数据来源与检索方法


      本文以Incopat专利检索系统作为平台进行专利检索，Incopat完整收录了全球102个国家、组织、地区1亿多件基本专利数据，对22个主要国家的专利数据进行特殊收录和加工处理，数据字段比较完美，数据可靠性较高，为分析结果的准确性、可靠性提供了保障。检索范围是1996--2015年期间在全球申请的关于新能源汽车的全部专利，在借鉴国内外学者检索方法的基础上，本文采用指令检索法进行专利检索。检索式为：TIAB=(电动汽车OR纯电动汽车OR混合动力汽车OR燃料电池汽车OR“e—lectric vehicle’’OR“pure electric vehicle’’OR“hy—brid electric vehicle”OR“fuel electric vehicle”ORPEV OR HEV OR FCEV)。纯电动汽车的检索式为：TIAB=(电动汽车OR纯电动汽车OR“electric vehicle”OR“pure electficvehicle”OR PEV)NOT(混合动力汽车OR燃料电池汽车OR“hybrid electric vehicle”OR“fuelelectric vehicle”OR HEV OR FCEV)。混合动力汽车的检索式为：TIAB=(混合动力汽车OR“hybrid electric vehicle”OR HEV)。


      燃料电池汽车的检索式为：TIAB=(燃料电池汽车OR“fuel electric vehicle”OR FCEV)。驱动电机及其控制系统的检索式为：TIAB=(电动汽车OR纯电动汽车OR混合动力汽车OR燃料电池汽车OR“electric vehicle”OR“pure electricvehicle’’OR“hybrid electric vehicle’’OR“fuel elec—tric vehicle”OR PEV OR HEV OR FCEV)AND(驱动电机及其控制系统OR“drive motor and con—trol system”)。


      4.基于专利信息视角的全球新能源汽车产业总体发展现状


      图1为新能源汽车、混合动力汽车和纯电动汽车的全球专利申请趋势图，图2为燃料电池汽车全球专利申请趋势图。通过对纯电动汽车、混合动力汽车以及燃料电池汽车的专利申请趋势分析对比，可以看出纯电对新能源汽车专利申请量贡献最大，因此，纯电动汽车是目前各国研究的热点技术领域，并且处于技术生命周期的成长期。混合动力汽车的专利申请专利为11733件，除了在2004--2007年之间专利申请量大幅度增加以外，燃料电池汽车的专利申请量很少，共有916件，而且每年的专利申请量很不稳定，这说明燃料电池汽车处于技术生命周期的导入期，全球的研发实力都非常薄弱，能否顺利地进入成长期还具有很大的不确定性，要成功地实现燃料电池汽车的产业化还需要很长一段时间。

图1 新能源汽车、混合动力汽车、纯电动汽车专利申请趋势

图2燃料电池汽车专利申请趋势

      5.专利信息视角下的驱动电机发展现状


      驱动电机及其控制系统是新能源汽车核心部件之一，高密度、高效能、可靠性强的驱动电机及其控制系统已经成为新能源汽车产业内热点研究领域之一，也是技术和成本最为集中的部件之一。


      5．1驱动电机及其控制系统专利申请趋势


      图3为驱动电机及其控制系统专利申请趋势，截至检索时间，专利总量为6620件，其中发明授权专利1490件，占总数的22．5％；发明申请专利4064件，占总数的61．4％；外观设计专利22件，占总数的0．3％；实用新型1044件，占总数的15．8％。从图3可以看出，1996--2008年每年的专利申请量都未超过400件，2008年以后专利申请量逐年上升(由于专利公开的滞后性，有些专利信息目前还无法收集，故在201 1年以后出现了专利申请量下降的迹象，实际申请数量估计是上升的)，基于技术生命周期理论，驱动电机及其控制系统处于技术的成长期。通过比较驱动电机及其控制系统的各类专利申请趋势，可以发现，外观设计专利每年的申请量几乎为0；实用新型专利申请量虽然于近几年有所上升，但数量仍然很少，每年的申请量不超过200件；每年的发明专利申请量占专利申请总量的绝大部分，尤其在2008年以后，发明专利的申请量大幅度上升，从2008年的282件到201 1年的585件，这说明各国都加大了对驱动电机的研发力度，以便早日取得新能源汽车产业的战略制高点。

图3驱动电机及其控制系统专利申请趋势

      5．2驱动电机及其控制系统的技术构成


      按照IPC分类号对驱动电机及其控制系统所涉及的技术领域进行划分，专利申请量排名前10的驱动电机及其控制系统的技术构成，共有专利4987件，占总数的75．3％。驱动电机及其控制系统专利技术分布最多的技术领域是B60L1 1／1 8(使用初级电池、二级电池供电)，此类专利共977件，占总数的14．8％；紧随其后的是B60W20／00(专门使用于混合动力车辆的控制系统)，共有768件，占专利总量的11．6％；涉及B60W10／08(电动力单元控制)小组的专利数为631件，占专利申请总量的9．5％；排名第4一10名的分别是B60L11／18(控制车辆或其驱动电机，共566件)、B60KI／00(电动布局的装置或安装，共378件)、B60W10／06(内燃机的控制，共377件)、B60L3／00(电动车辆上安装用电装置，共计372件)、B60L11／14(机械直接驱动装置，共354件)、B60L11／12(附加电源，共计285件)、B60K6／46(两个以上不同的电动机的布置或安装，共279件)。由此可见，B60L11／18、B60W20／00、B60WIO／08是驱动电机及其控制系统领域内技术研发的热点。

      5．3中、日、美、德、韩的技术区域分布

      通过对驱动电机及其控制系统专利信息的检索和分析发现：专利申请人在以下五个国家申请了大量的专利：中国、美国、韩国、日本和德国，五国的总申请量为3524件，占申请总量的53．2％。中、日、美、德、韩技术区域分布，其中日本专利的申请总量是世界第一，共1592件，并且在绝大多数技术区域内均处于领先地位，如B60W20／00(304件)、B60W20／08(246件)B60L1 1／14(21 1件)、B60L15／20(215件)、B60L1 1／18(203件)、B60L3／00(157件)、B60WlO／04(149件)、B60K6／46(107件)的申请量均为世界第一，但关于B60KI／00、B60L11／12这两个技术区域在日本的专利申请量均为0，这在一定程度上说明了日本在驱动电机及其控制系统领域内具有较强的技术创新能力，并且日本驱动电机市场竞争也非常激烈；专利申请人也十分热衷于在中国申请专利，中国绝大多数技术区域的专利申请量明显优于除日本以外的其他国家，在B60L1 1／18和B60KI／00均取得了不俗的成绩，专利申请量分别为184件和126件，位于世界第二和世界第一，究其原因在于中国一直致力于新能源汽车核心技术的研发，中国的企业、高校和研究机构在中国申请了大量的专利；美德两国的技术构成颇为相似，专利申请量不相伯仲，但在B60Lll／14方面美国强于德国，德国的专利申请量为0，美国的专利申请量为36件，因此，美德两国在驱动电机及其控制系统方面的研发实力也不容小觑，且两国的市场竞争也异常火热；专利申请人很少在韩国进行专利布局，除了B60L11／18的专利申请量为138件，其他技术区域的专利申请量均很少，这说明了韩国在驱动电机及其控制系统方面的研发实力整体低于其他国家，而且专利申请人目前不是特别的看重韩国市场。


      5．4前加名申请人全球专利布局


      表1为前20名申请人在全球的专利布局，企业、高校以及研究机构的技术创新能力水平可以代表国家的技术创新能力水平。因此，一国拥有的专利申请人数量，申请人拥有的专利数量以及申请人进行了怎样的专利布局可以在很大程度上反映该国的技术创新能力和产业发展水平。通过对前20名申请人专利布局的分析，可以发现技术和产品的主要竞争对手、专利申请人看重的市场、各国的技术研发能力。

表1前加名申请人全球专利布局

      中国虽有8位专利申请人入围前20名，但专利总数少于日本和德国，并且这些专利申请人大都只在中国进行专利布局，并没在国外申请专利，这说明中国专利申请人的综合素质以及专利质量不是很高且研究力量过于分散，中国若想提高技术创新能力，专利申请人就必须加强合作、整合各方面的力量，优化资源配置，以便在短时间内取得较大的技术突破。另外，企业是技术创新的主体，其研发能力决定了产业的成败，而中国企业的表现却差强人意，因此，激发企业自主创新的积极性和提高企业的技术创新能力是中国目前刻不容缓的责任。德国的每个专利申请人都十分注重对全球进行专利布局，从它的专利布局可以看出，德国非常看重欧洲、美国、H本市场并且把它们看作自己强有力的竞争对手，另外德国专利申请人综合素质和专利质量都很高。韩国虽然只有3名申请人入围，但是现代汽车公司和起亚汽车公司排名靠前，分别为第3名和第8名，并且也非常注重专利布局，说明韩国的专利申请人研发水平较高并把美德两国当成自己潜在的竞争对手。日本拥有5名专利申请人，排名第二，但拥有的专利总量排名第一，并且有3名专利申请人进入前5名，这在一定程度上说明日本具有很多旗鼓相当、研发实力强劲的企业，这些企业很可能成为未来新能源汽车产业的领头羊，另外从日本专利申请人的专利布局来看，日本看重美国和欧洲市场并把美德两国看成自己的劲敌。国外的专利申请人几乎没有在华进行专利布局，这一方面是因为关于驱动电机及其控制系统的技术还很不成熟，另一方面是由于国外传统的汽车巨头们认为中国汽车企业和研究机构不具有很强研发能力，比较容易对付，等到本国技术成熟时再进军中国市场。


      5．5驱动电机及其控制系统的中国专利申请类别分布情况


      驱动电机的中国专利共有2168件，详细的中国专利类别实用新型专利在中国的申请量最多，共有1052件，占总量的48．5％；发明申请专利868件，占总量的40％；发明授权专利226件，占总量的10．5％；外观设计专利最少，只有22件，占总量的l％。从以上数据中可以看出，中国发明专利的申请量以及授权率都不是很高，这在一定程度上说明中国专利的质量不是很高，中国是专利大国，而非专利强国。


      中国专利的总申请量为2168件，位于世界第一，远高于排名第二的日本(其专利申请总量为1439件)。然而，结合表1相关数据可以发现，中国缺乏为新能源汽车产业服务的专业化电机企业。具体表现在以下3个方面：第一，虽然绝大多数中国专利归中国专利申请人所拥有，但是中国主要专利申请人总体上表现平平，无一家企业的驱动电机技术水平处于世界前列，在中国技术创新能力较强的奇瑞汽车股份有限公司也被国外传统汽车巨头们远远地甩在后面；第二，中国专利申请人(尤其是中国企业)尚未走出国门，其拥有的专利基本上是中国专利，国外专利与多方专利的申请量几乎为0；第三，国外汽车企业与电机企业申请的驱动电机专利是以发明专利为主，发明专利的申请量达到了总体比重的90％以上，而在中国，这一比重却只有50％左右。因此，中国缺乏一批专门生产和研发优质驱动电机企业，以支撑中国新能源汽车迅速地实现产业化。


      5．6驱动电机及其控制系统在中国各省市的技术区域分布


      中国各省市的技术区域分布，北京、广东、上海、浙江、江苏在以下技术区域内的专利申请总量高于中国其他地区，如：B60L11／18、B60W20／00、B60W10／08、B60L15／20、B60K I／00。其中北京的专利总量为84件，排名第一，并且在各技术区域的排名均第一；广东的专利总量为54件，排名第二，同时在B60L11／18、B60L15／20、B60KI／00这三个技术区域内均有不俗的表现；上海的专利总量为50件，排名第三，且在各个技术区域内的专利申请量十分平均；浙江的专利总量为41件，排名第四，在B60L11／18、B60KI／00这两个技术区域内的专利申请量均第一，表现十分的抢眼，但在B60W20／00、B60W10／08这两个技术区域内的专利申请量为0；江苏的专利总量为32件，排名第五，除了在B60L11／18方面表现良好，在其他技术区域内的表现均差强人意，总体研发能力较低。


      通过对中国各省市的技术区域分布进行分析可以发现，中国在B60L11／18(使用初级电池、二级电池供电)方面的突破最大，北京地区的研发能力和技术创新能力最强。


      6总结与结论


      本文通过对新能源汽车及其驱动电机的专利信息进行分析，得出以下结论：


      (1)混合动力汽车只是一个过度产品，纯电动汽车才是当今世界研究的热点，并处于产业的成长期；燃料电池汽车则刚刚处于产业的起步阶段，许多核心技术问题还没有攻克。


      (2)通过对驱动电机及其控制系统的专利申请量和专利申请趋势的分析可以看出：各国都加大了对驱动电机的研发力度，但是目前均未取得技术上的重大突破。


      (3)从驱动电机及其控制系统所涉及的技术领域来看，B60L1／18(使用初级电池、二级电池供电)、B60W20／00(专门使用于混合动力车辆的控制系统)、B60WlO／08(电动力单元控制)是目前技术热点领域。


      (4)根据中、日、美、德、韩在驱动电机及其控制系统方面的技术区域分布可知，日本的研发实力最强，不仅在各技术领域内的专利申请量最多，而且专利总量也是世界第一。


      (5)比较前20名专利申请人关于驱动电机的全球专利布局可知，日、韩、德三国专利申请人以企业为主，而中国专利申请人是高校与企业并存。13、德、韩三国专利申请人在全球布局了大量的专利，并且美国、日本和德国是其专利布局的重点，而中国专利申请人基本上只在本国申请专利。这说明了日、德、韩三国的专利含金量很高，而中国的专利量多而质不高，在驱动电机方面，中国企业的技术创新水平与国外知名企业相比还有很大差距。


      (6)北京、上海、广州是中国技术创新能力最强的三个省市，并且中国专利是以实用新型专利为主，发明授权专利只占总量的10％左右，这进一步说明了在中国申请的专利质量不是很高。从总体上看，新能源汽车和驱动电机的技术尚未成熟，而中国与国际先进水平相比还有一定的差距。为了加快技术创新速度，尽早占领国际市场，政府要在财政、政策、金融等方面给予支持。目前中国的高校和研究机构为新能源汽车和驱动电机的技术创新做出了很大的贡献，因此我们要加强企业、高校以及企业之间合作力度，增强其协同效应。另外，中国要尽快地使企业成为研发的中坚力量，因为与高校和研究机构相比，企业不仅对市场需求和规律了解的更加深刻，而且还是技术创新的主体，企业技术创新能力的高低在很大程度上决定某一产业的成败。因此，中国政府要激发企业的研发动力，高度重视企业的创新成果，并且尽可能地使创新成果运用于产品上，尽快地使其产业化，在新能源汽车和驱动电机市场上占得先机。