無刷雙饋電機專利技術發展

張穎超

（國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心，江蘇蘇州，215000）

無刷雙饋電機專利技術發展

張穎超

（國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心，江蘇蘇州，215000）

近年來，作為可再生能源的風力發電受到了全球范圍的廣泛關注，人們越來越重視適用于風力發電的新型電機，無刷雙饋電機以其簡單的結構，高可靠性，具有異步和同步電機兩種電機的綜合特點，通過控制激磁繞組的電壓和頻率易于實現變速恒壓恒頻發電，是一種適合風力發電運行環境的新型電機。本文主要以DWPI、SIPOABS專利數據庫以及CNTXT數據庫中的檢索結果為分析樣本，從專利文獻的視角對無刷雙饋電機的發展進行了全面的統計分析，總結了與無刷雙饋電機相關的國內和國外專利的申請趨勢、主要申請人分布以及其轉子結構的發展路線做了一定的分析，并從中得到一定的規律。

無刷；雙饋；磁阻式轉子；籠型轉子；發展路線

0 引言

眾所周知，全球正在面臨能源危機和環境污染，風力發電具有同時完成一次能源的建設和開發的優點，且投資成本小，不需要對非再生能源進行開采和運輸，因此具有無限的發展潛力。目前，世界風力發電市場的兩大主流風力發電機分別是：雙饋式變速恒頻風力發電機和直驅式風力發電機。

本文主要以SIPOABS、DWPI專利數據庫以及CNTXT數據庫中的檢索結果為分析樣本，從專利文獻的視角對無刷雙饋電機的發展進行了全面的統計分析，總結了與無刷雙饋電機相關的國內和國外專利的申請趨勢、主要申請人分布及其轉子結構的發展路線做了一定的分析，并從中得到一定的規律。

1 無刷雙饋電機專利申請概況

1.1 國外專利申請狀況

無刷雙饋電機國外專利申請趨勢，大致可以分為三個時期，各時期劃分以申請量增長率的變化為標準。

（1）萌芽期（1997年之前）

1975年，Broadway對Hunt，申請了關于自串級無刷異步機的專利，形成了無刷雙饋電機的雛形，由于DWPI數據庫自身收錄特點，在該數據庫中最早出現的相關專利申請在1975年，然而這并不是關于無刷雙饋電機最早的專利申請年份。從圖1中可以看出，從1975年至1997年之間，申請量極少，無刷雙饋電機還處在萌芽階段。

（2）增長期（2000-2011年）

從2000年開始，無刷雙饋電機的申請量趨勢呈增長狀態。作為一種新型的交流電機，無刷雙饋電機可靠性高，通過控制激磁繞組的電壓和頻率易于實現變速恒壓恒頻發電，適合于運行環境惡劣的風力發電領域，因此國外對開始重視對無刷雙饋電機結構的改造，主要探索適于無刷雙饋電機的控制策略，以使其能夠邁入實用化階段。

（3）下降期（2012年至今）

從2012年開始，無刷雙饋電機的發展總體趨勢趨于下降。由于無刷雙饋電機定轉子結構已經發展成熟，對無刷雙饋電機本體結構的研究進入了瓶頸期，目前研究的方向是對發電機運行的控制策略。

根據各國家的申請量分析，美國和英國兩個國家的申請總量占國外申請總量的62%，分別研究磁阻轉子和籠型轉子的無刷雙饋電機，申請量占主導地位。

1.2 中國專利申請狀況

無刷雙饋中國專利申請趨勢，與國外專利類似，大致可以分為三個時期，第一時期為1995-2004年，從20世紀90年代開始，中國的高校和科研機構才陸續開始研究無刷雙饋電機，申請人類型以個人申請和高校申請為主，占90%以上，鮮有公司申請；第二時期為2005-2012年，中國專利申請趨勢總體呈現上升趨勢，并且在2010-2012年之間突飛猛進，在該時期內，公司類申請人數量增加到了15%左右的份額，也說明在這段時期內，無刷雙饋電機本體的設計及效率等方面的發展水平較之前要高；第三時期為2013年至今，與國外申請類似，從2013年開始，關于無刷雙饋電機的發展總體趨勢趨于下降，無刷雙饋電機定轉子結構已經發展成熟。

2 無刷雙饋電機專利技術發展路線

無刷雙饋電機的發展是一個曲折且漫長的過程。最早，美國的Steminmetz 和德國的Gorgess 在1893 年提出了將兩臺繞線式異步電機串級同軸相連，從而實現無刷雙饋的運行方式。20世紀初期，Hunt研究出同時具有單一的轉子繞組和不同極數的單一定子繞組的電機，實現無刷化。

直到20世紀70年代，Broadway對Hunt提出的電機做了改進，將自串級無刷異步機的理論向前推進了一步，后來Broadway又將相調制理論應用到極變換繞組中，提出了可用磁阻轉子替代短路的籠型轉子。

近年來，美國、英國、澳大利亞和日本等國家的許多高校和科研機構已經對無刷雙饋電機進行了較為深入的研究。英國劍橋大學、Oregon 州立大學專門研究籠形轉子結構的無刷雙饋電機；美國Wisconsin 大學的T.A.Lipo 和美國Ohio 州立大學的Longya Xu 教授專門研究磁阻轉子結構的無刷雙饋電機。

國內對無刷雙饋電機的探究比國外晚很多，沈陽工業大學最早對其進行探索研究，其主要研究方向是電機的基本運行原理，并提出了新磁場調制式無刷交流電機理論。其次，華中科技大學、湖南大學、東南大學、天津大學和中國礦業大學等國內高校和一些科學研究機構也陸續對無刷雙饋電機進行了研究，它們的主要研究對象是巢式回路鼠籠轉子的無刷雙饋電機，并獲得了很多研究成果。

其中沈陽工大的張鳳閣教授根據仿真分析和參數計算對磁場調制式的無刷雙饋電機作了深入的研究，通過轉子磁場極數的轉換，使電機達到良好的動態響應。

由北京交通大學的劉慧娟副教授和Longya Xu教授課題組，研究了“徑向疊片磁障式轉子的無刷雙饋電機”，通過對其進行參數設計和電磁場、溫度場等分析并制造實驗樣機，經過長期的實驗數據表明，該電機具有良好的性能。

3 結語

從國內外無刷雙饋電機的專利技術發展來看，該技術領域的技術成熟度已經很高，國外的無刷雙饋電機技術發展經歷了漫長發展周期，而中國對于無刷雙饋電機發展的時期相對較短，并且晚于國外關于無刷雙饋電機的發展。國內外公司對該電機的應用技術研究較少，因此國內外可以通過對電機本體進行深入研究，改善電機的設計方式和制造工藝、主攻電機控制方法，使無刷雙饋電機的調速系統能夠在產業上廣泛應用，在風能水能利用中真正發揮應有的作用。

[1] 專利公開號：US3927358A.

[2] 專利公開號：US6710495B2．

[3] 專利公開號：CN100568677C.

[4] 專利公開號：CN102005843A.

[5] 專利公開號：CN102097913A.

Development of patent technology for brushless doubly fed motor

Zhang Yingchao
（Patent examination cooperation Jiangsu center of the patent oddice,sipo，Suzhou，Jiangsu，215000）

In recent years,wind power as the renewable energy by widespread concern in the global scope, people pay more and more attention to applicable to wind power as a new kind of motor, brushless doubly fed machine with its simple structure,high reliability,with the comprehensive characteristic of asynchronous and synchronous motor,two kinds of motor,by controlling the voltage and frequency of the excitation winding is easy to realize the variable speed constant frequency and constant voltage power,is a suitable for wind power generation operating environment as a new kind of motor.This paper mainly to DWPI,SIPOABS patent database and CNTXT database retrieval results for the analysis of the sample,from the patent literature from the perspective of the development of brushless doubly fed machine were comprehensive statistical analysis,summarized and brushless doubly fed machine related domestic and foreign patent application trend, mainly distributed in the applicant and the rotor structure of the development route do some analysis, and the obtained certain rules.

brushless;doubly fed;reluctance rotor;cage rotor;development route

張穎超（1987—），女，黑龍江省伊春市人，職務：審查員，研究方向：電機。