基于專利信息的新能源汽車及驅動電機發展現狀分析

汪守霞，汪張林

(安徽工程大學管理工程學院，安徽　蕪湖　241000)

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基于專利信息的新能源汽車及驅動電機發展現狀分析

汪守霞，汪張林

(安徽工程大學管理工程學院，安徽蕪湖241000)

摘要：本文通過使用Incopat平臺，對全球新能源汽車以及驅動電機的專利信息進行分析，發現純電動汽車是技術研究的熱點，而對驅動電機及其控制系統的研究相對滯后。驅動電機及其控制系統是新能源汽車核心部件之一，因此本文重點分析驅動電機及其控制系統的專利申請趨勢、主要競爭者、熱點專利以及各國申請人在全球的專利布局，發現德日韓企業在驅動電機方面的研發實力較強，中國專利申請量比較高，但專利質量不是很高，且研發力量過于分散，同時國際汽車巨頭非常善于使用專利策略，在全球進行了合理的專利布局。因此，中國政府、企業、科研機構要通力合作，發揮協同作用，并且要以企業為技術創新主體，力爭早日搶占戰略制高點，擺脫中國汽車產業大而不強的尷尬局面。

關鍵詞：新能源汽車；驅動電機及其控制系統；專利申請趨勢；熱點專利；專利布局

1引言

新能源汽車產業是一個典型的資源密集型和技術密集型產業，中國新能源汽車產業策略為“三縱三橫”。其中“三縱”包括：純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車，“三橫”是：多能源動力總成系統、驅動電機及其控制系統、動力電池及其管理系統。

驅動電機是新能源汽車的核心部件之一，對于燃料電池汽車和純電動汽車來說，它是唯一的驅動部件，而在混合動力汽車上，它是實現各種工作模式的關鍵，直接影響新能源汽車的動力性、經濟性、穩定性、油耗指標以及排放指標。

專利信息是技術創新最有效的載體，涵蓋了90%～95%的技術信息，代表了某一產業內核心的、先進的技術創新，具有代表性、客觀性、全面性、實用性。因此，通過對專利信息分析，可以很好地了解新能源汽車和驅動電機的技術熱點、主要競爭對手以及技術成熟度等。

2文獻綜述

由于專利信息具有代表性、客觀性、全面性等特點，通過對專利信息的研究可以很直觀地發現某一領域的技術發展方向、主要競爭對手以及技術熱點等，因此國內外學者對專利進行了大量的研究。Bernd Fabry認為專利分析可以很好地評估技術研發狀況，發現商業機會[1]。陳紅運認為通過對專利信息收集分析，可以發現技術空白或不足，在此基礎上進行改進和創新，而技術創新實質就是吸收消化再創新，所以技術創新的全過程可以通過專利分析實現，企業創新離不開專利分析的支持[2]。

新能源汽車是我國七大戰略新興產業之一，驅動電機是它的關鍵部件，國內外學者對此作了一定的研究。德勤全球制造業組認為影響消費者購買意愿的六大關鍵因素包括：購買價格、續駛里程、充電時間、價差、燃料價格及燃油效率[3]。曾耀明發現新能源汽車是低碳經濟發展的必然選擇，是汽車產業的發展趨勢，并且通過分析中外新能源汽車產業政策的異同，從加大投入、合理配置科研力量、組合運用多種產業政策、協同產業發展等方面提出了促進新能源汽車產業發展策略[4]。慎金花認為中國不斷地研發燃料電池汽車的核心技術，但同時，國際汽車巨頭們也搶占了中國的部分市場[5]。蘭鳳崇從中國和全球兩個層面分析了新能源汽車的專利申請趨勢、技術分支分布、國家分布、申請人分布情況，從而勾勒出新能源汽車的技術概貌[6]。馬東輝總結了開關磁阻電機、直流電機、永磁無刷電機和交流異步電機各自的優缺點，并且介紹了非晶電機的未來發展方向[7]。劉金峰通過對驅動電機發展現狀以及各類驅動電機特點的分析發現，稀土永磁輪轂電機最適合作為電動汽車電機[8]。王偉從電機本體設計、整車行駛循環工況和電機控制性能3個層面建立了驅動電機性能評價體系[9]。柴海波認為驅動電機正朝著小型化、高可靠性、高功率密度等方向發展，永磁電機已經成為當前應用于電動汽車的主要電驅動產品[10]。

3數據來源與檢索方法

本文以Incopat專利檢索系統作為平臺進行專利檢索，Incopat完整收錄了全球102個國家、組織、地區1億多件基本專利數據，對22個主要國家的專利數據進行特殊收錄和加工處理，數據字段比較完美，數據可靠性較高，為分析結果的準確性、可靠性提供了保障。

檢索范圍是1996—2015年期間在全球申請的關于新能源汽車的全部專利，在借鑒國內外學者檢索方法的基礎上，本文采用指令檢索法進行專利檢索。檢索式為：TIAB=(電動汽車OR 純電動汽車OR混合動力汽車OR燃料電池汽車OR “electric vehicle”OR “pure electric vehicle”OR “hybrid electric vehicle”OR “fuel electric vehicle”OR PEV OR HEV OR FCEV)。

純電動汽車的檢索式為：TIAB=(電動汽車OR純電動汽車OR “electric vehicle”OR “pure electric vehicle”OR PEV)NOT(混合動力汽車OR燃料電池汽車OR “hybrid electric vehicle”OR “fuel electric vehicle”OR HEV OR FCEV)。

混合動力汽車的檢索式為：TIAB=(混合動力汽車OR “hybrid electric vehicle”OR HEV)。

燃料電池汽車的檢索式為：TIAB=(燃料電池汽車OR “fuel electric vehicle”OR FCEV)。

驅動電機及其控制系統的檢索式為：TIAB=(電動汽車OR純電動汽車OR混合動力汽車OR燃料電池汽車OR “electric vehicle”OR “pure electric vehicle”OR “hybrid electric vehicle”OR “fuel electric vehicle”OR PEV OR HEV OR FCEV)AND(驅動電機及其控制系統 OR “drive motor and control system”)。

4基于專利信息視角的全球新能源汽車產業總體發展現狀

圖1為新能源汽車、混合動力汽車和純電動汽車的全球專利申請趨勢圖，圖2為燃料電池汽車全球專利申請趨勢圖。通過對純電動汽車、混合動力汽車以及燃料電池汽車的專利申請趨勢分析對比，可以看出純電對新能源汽車專利申請量貢獻最大，因此，純電動汽車是目前各國研究的熱點技術領域，并且處于技術生命周期的成長期?；旌蟿恿ζ嚨膶＠暾垖＠麨?1733件，除了在2004—2007年之間專利申請量大幅度增加以外，燃料電池汽車的專利申請量很少，共有916件，而且每年的專利申請量很不穩定，這說明燃料電池汽車處于技術生命周期的導入期，全球的研發實力都非常薄弱，能否順利地進入成長期還具有很大的不確定性，要成功地實現燃料電池汽車的產業化還需要很長一段時間。

圖1　新能源汽車、混合動力汽車、純電動汽車專利申請趨勢

圖2　燃料電池汽車專利申請趨勢

5專利信息視角下的驅動電機發展現狀

驅動電機及其控制系統是新能源汽車核心部件之一，高密度、高效能、可靠性強的驅動電機及其控制系統已經成為新能源汽車產業內熱點研究領域之一，也是技術和成本最為集中的部件之一。

5.1驅動電機及其控制系統專利申請趨勢

圖3為驅動電機及其控制系統專利申請趨勢，截至檢索時間，專利總量為6620件，其中發明授權專利1490件，占總數的22.5%；發明申請專利4064件，占總數的61.4%；外觀設計專利22件，占總數的0.3%；實用新型1044件，占總數的15.8%。從圖3可以看出，1996—2008年每年的專利申請量都未超過400件，2008年以后專利申請量逐年上升(由于專利公開的滯后性，有些專利信息目前還無法收集，故在2011年以后出現了專利申請量下降的跡象，實際申請數量估計是上升的)，基于技術生命周期理論，驅動電機及其控制系統處于技術的成長期。通過比較驅動電機及其控制系統的各類專利申請趨勢，可以發現，外觀設計專利每年的申請量幾乎為0；實用新型專利申請量雖然于近幾年有所上升，但數量仍然很少，每年的申請量不超過200件；每年的發明專利申請量占專利申請總量的絕大部分，尤其在2008年以后，發明專利的申請量大幅度上升，從2008年的282件到2011年的585件，這說明各國都加大了對驅動電機的研發力度，以便早日取得新能源汽車產業的戰略制高點。

圖3　驅動電機及其控制系統專利申請趨勢

5.2驅動電機及其控制系統的技術構成

按照IPC分類號對驅動電機及其控制系統所涉及的技術領域進行劃分，專利申請量排名前10的驅動電機及其控制系統的技術構成，共有專利4987件，占總數的75.3%。驅動電機及其控制系統專利技術分布最多的技術領域是B60L11/18(使用初級電池、二級電池供電)，此類專利共977件，占總數的14.8%；緊隨其后的是B60W20/00(專門使用于混合動力車輛的控制系統)，共有768件，占專利總量的11.6%；涉及B60W10/08(電動力單元控制)小組的專利數為631件，占專利申請總量的9.5%；排名第4～10名的分別是B60L11/18(控制車輛或其驅動電機，共566件)、B60K1/00(電動布局的裝置或安裝，共378件)、B60W10/06(內燃機的控制，共377件)、B60L3/00(電動車輛上安裝用電裝置，共計372件)、B60L11/14(機械直接驅動裝置，共 354件)、B60L11/12(附加電源，共計285件)、B60K6/46(兩個以上不同的電動機的布置或安裝，共279件)。由此可見，B60L11/18、B60W20/00、B60W10/08是驅動電機及其控制系統領域內技術研發的熱點。

5.3中、日、美、德、韓的技術區域分布

通過對驅動電機及其控制系統專利信息的檢索和分析發現：專利申請人在以下五個國家申請了大量的專利：中國、美國、韓國、日本和德國，五國的總申請量為3524件，占申請總量的53.2%。中、日、美、德、韓技術區域分布，其中日本專利的申請總量是世界第一，共1592件，并且在絕大多數技術區域內均處于領先地位，如B60W20/00(304件)、B60W20/08(246件)、B60L11/14(211件)、B60L15/20(215件)、B60L11/18(203件)、B60L3/00(157件)、B60W10/04(149件)、B60K6/46(107件)的申請量均為世界第一，但關于B60K1/00、B60L11/12這兩個技術區域在日本的專利申請量均為0，這在一定程度上說明了日本在驅動電機及其控制系統領域內具有較強的技術創新能力，并且日本驅動電機市場競爭也非常激烈；專利申請人也十分熱衷于在中國申請專利，中國絕大多數技術區域的專利申請量明顯優于除日本以外的其他國家，在B60L11/18和B60K1/00均取得了不俗的成績，專利申請量分別為184件和126件，位于世界第二和世界第一，究其原因在于中國一直致力于新能源汽車核心技術的研發，中國的企業、高校和研究機構在中國申請了大量的專利；美德兩國的技術構成頗為相似，專利申請量不相伯仲，但在B60L11/14方面美國強于德國，德國的專利申請量為0，美國的專利申請量為36件，因此，美德兩國在驅動電機及其控制系統方面的研發實力也不容小覷，且兩國的市場競爭也異?；馃?；專利申請人很少在韓國進行專利布局，除了B60L11/18的專利申請量為138件，其他技術區域的專利申請量均很少，這說明了韓國在驅動電機及其控制系統方面的研發實力整體低于其他國家，而且專利申請人目前不是特別的看重韓國市場。

5.4前20名申請人全球專利布局

表1為前20名申請人在全球的專利布局，企業、高校以及研究機構的技術創新能力水平可以代表國家的技術創新能力水平。因此，一國擁有的專利申請人數量，申請人擁有的專利數量以及申請人進行了怎樣的專利布局可以在很大程度上反映該國的技術創新能力和產業發展水平。通過對前20名申請人專利布局的分析，可以發現技術和產品的主要競爭對手、專利申請人看重的市場、各國的技術研發能力。

表1　前20名申請人全球專利布局

中國雖有8位專利申請人入圍前20名，但專利總數少于日本和德國，并且這些專利申請人大都只在中國進行專利布局，并沒在國外申請專利，這說明中國專利申請人的綜合素質以及專利質量不是很高且研究力量過于分散，中國若想提高技術創新能力，專利申請人就必須加強合作、整合各方面的力量，優化資源配置，以便在短時間內取得較大的技術突破。另外，企業是技術創新的主體，其研發能力決定了產業的成敗，而中國企業的表現卻差強人意，因此，激發企業自主創新的積極性和提高企業的技術創新能力是中國目前刻不容緩的責任。德國的每個專利申請人都十分注重對全球進行專利布局，從它的專利布局可以看出，德國非常看重歐洲、美國、日本市場并且把它們看作自己強有力的競爭對手，另外德國專利申請人綜合素質和專利質量都很高。韓國雖然只有3名申請人入圍，但是現代汽車公司和起亞汽車公司排名靠前，分別為第3名和第8名，并且也非常注重專利布局，說明韓國的專利申請人研發水平較高并把美德兩國當成自己潛在的競爭對手。日本擁有5名專利申請人，排名第二，但擁有的專利總量排名第一，并且有3名專利申請人進入前5 名，這在一定程度上說明日本具有很多旗鼓相當、研發實力強勁的企業，這些企業很可能成為未來新能源汽車產業的領頭羊，另外從日本專利申請人的專利布局來看，日本看重美國和歐洲市場并把美德兩國看成自己的勁敵。國外的專利申請人幾乎沒有在華進行專利布局，這一方面是因為關于驅動電機及其控制系統的技術還很不成熟，另一方面是由于國外傳統的汽車巨頭們認為中國汽車企業和研究機構不具有很強研發能力，比較容易對付，等到本國技術成熟時再進軍中國市場。

5.5驅動電機及其控制系統的中國專利申請類別分布情況

驅動電機的中國專利共有2168件，詳細的中國專利類別實用新型專利在中國的申請量最多，共有1052件，占總量的48.5%；發明申請專利868件，占總量的40%；發明授權專利226件，占總量的10.5%；外觀設計專利最少，只有22件，占總量的1%。從以上數據中可以看出，中國發明專利的申請量以及授權率都不是很高，這在一定程度上說明中國專利的質量不是很高，中國是專利大國，而非專利強國。

中國專利的總申請量為2168件，位于世界第一，遠高于排名第二的日本(其專利申請總量為1439件)。然而，結合表1相關數據可以發現，中國缺乏為新能源汽車產業服務的專業化電機企業。具體表現在以下3個方面：第一，雖然絕大多數中國專利歸中國專利申請人所擁有，但是中國主要專利申請人總體上表現平平，無一家企業的驅動電機技術水平處于世界前列，在中國技術創新能力較強的奇瑞汽車股份有限公司也被國外傳統汽車巨頭們遠遠地甩在后面；第二，中國專利申請人(尤其是中國企業)尚未走出國門，其擁有的專利基本上是中國專利，國外專利與多方專利的申請量幾乎為0；第三，國外汽車企業與電機企業申請的驅動電機專利是以發明專利為主，發明專利的申請量達到了總體比重的90%以上，而在中國，這一比重卻只有50%左右。因此，中國缺乏一批專門生產和研發優質驅動電機企業，以支撐中國新能源汽車迅速地實現產業化。

5.6驅動電機及其控制系統在中國各省市的技術區域分布

中國各省市的技術區域分布，北京、廣東、上海、浙江、江蘇在以下技術區域內的專利申請總量高于中國其他地區，如：B60L11/18、B60W20/00、B60W10/08、B60L15/20、B60K1/00。其中北京的專利總量為84件，排名第一，并且在各技術區域的排名均第一；廣東的專利總量為54件，排名第二，同時在B60L11/18、B60L15/20、B60K1/00這三個技術區域內均有不俗的表現；上海的專利總量為50件，排名第三，且在各個技術區域內的專利申請量十分平均；浙江的專利總量為41件，排名第四，在B60L11/18、B60K1/00這兩個技術區域內的專利申請量均第一，表現十分的搶眼，但在B60W20/00、B60W10/08這兩個技術區域內的專利申請量為0；江蘇的專利總量為32件，排名第五，除了在B60L11/18方面表現良好，在其他技術區域內的表現均差強人意，總體研發能力較低。

通過對中國各省市的技術區域分布進行分析可以發現，中國在B60L11/18(使用初級電池、二級電池供電)方面的突破最大，北京地區的研發能力和技術創新能力最強。

6總結與結論

本文通過對新能源汽車及其驅動電機的專利信息進行分析，得出以下結論：

(1)混合動力汽車只是一個過度產品，純電動汽車才是當今世界研究的熱點，并處于產業的成長期；燃料電池汽車則剛剛處于產業的起步階段，許多核心技術問題還沒有攻克。

(2)通過對驅動電機及其控制系統的專利申請量和專利申請趨勢的分析可以看出：各國都加大了對驅動電機的研發力度，但是目前均未取得技術上的重大突破。

(3)從驅動電機及其控制系統所涉及的技術領域來看，B60L1/18(使用初級電池、二級電池供電)、B60W20/00(專門使用于混合動力車輛的控制系統)、B60W10/08(電動力單元控制)是目前技術熱點領域。

(4)根據中、日、美、德、韓在驅動電機及其控制系統方面的技術區域分布可知，日本的研發實力最強，不僅在各技術領域內的專利申請量最多，而且專利總量也是世界第一。

(5)比較前20名專利申請人關于驅動電機的全球專利布局可知，日、韓、德三國專利申請人以企業為主，而中國專利申請人是高校與企業并存。日、德、韓三國專利申請人在全球布局了大量的專利，并且美國、日本和德國是其專利布局的重點，而中國專利申請人基本上只在本國申請專利。這說明了日、德、韓三國的專利含金量很高，而中國的專利量多而質不高，在驅動電機方面，中國企業的技術創新水平與國外知名企業相比還有很大差距。

(6)北京、上海、廣州是中國技術創新能力最強的三個省市，并且中國專利是以實用新型專利為主，發明授權專利只占總量的10%左右，這進一步說明了在中國申請的專利質量不是很高。

從總體上看，新能源汽車和驅動電機的技術尚未成熟，而中國與國際先進水平相比還有一定的差距。為了加快技術創新速度，盡早占領國際市場，政府要在財政、政策、金融等方面給予支持。目前中國的高校和研究機構為新能源汽車和驅動電機的技術創新做出了很大的貢獻，因此我們要加強企業、高校以及企業之間合作力度，增強其協同效應。另外，中國要盡快地使企業成為研發的中堅力量，因為與高校和研究機構相比，企業不僅對市場需求和規律了解的更加深刻，而且還是技術創新的主體，企業技術創新能力的高低在很大程度上決定某一產業的成敗。因此，中國政府要激發企業的研發動力，高度重視企業的創新成果，并且盡可能地使創新成果運用于產品上，盡快地使其產業化，在新能源汽車和驅動電機市場上占得先機。

參考文獻：

[1]BERND Fabry，HOLGER Ernst，JENS Langholz，MARTIN Ko.Ster.Patent portfolio analysis as a useful tool for identifying R&D and business opportunities-an empirical application in the nutrition and health industry[J].World patent infor-mation，2006,28(03)：215-225.

[2]陳紅運,張文德.基于專利情報分析的企業技術發展戰略[J].情報理論與實踐,2011(03):22-25.

[3]德勤全球制造組.全球視角:電動車現狀與消費者期望之比較[EB/OL].http://doc.mbalib.com/view/a9aa3517143c0007f962c3372203279f.html，2015-03-20.

[4]曾耀明,史忠良.中外新能源汽車產業政策對比分析[J].企業經濟,2011(02):107-109.

[5]慎金花,張寧.基于專利分析的中國燃料電池汽車技術競爭態勢研究[J].情報雜志,2014(07):27-32.

[6]蘭鳳崇,黃維軍,陳吉清,陳曉偉,楊柳,曾繁波,唐甜甜.新能源汽車產業專利分析綜述[J].科技管理研究,2013(21):104-119.

[7]馬東輝,吳煜,王猛猛.電機在新能源汽車上的應用[J].林業機械與木工設備,2013(06):13-17.

[8]劉金峰,張學義,扈建龍.電動汽車驅動電機發展展望[J].農業裝備與車輛工程,2012(10):35-38.

[9]王偉,王慶年,初亮,董秀輝.混合動力汽車驅動電機性能評價體系研究[J].農業機械學報,2011(08):20-25.

[10]柴海波,鄢治國,況明偉,吳建東.電動車驅動電機反掌現狀[J].微特電機,2013(04):52-57.

(責任編輯劉傳忠)

The Present Condition of Drive Motor for New Energy Vehicles Based on Patent Information

Wang Shouxia，Wang Zhanglin

(1.School of Management，Anhui Polytechnic University，Wuhu 241000，China)

Abstract：In this paper，by using the Incopat platform and analyzing the patent Information of global new energy vehicle and drive motor we can find that the pure electric vehicle is a hotspot of research on technology，but the study of drive motor and its control system is relatively lagging behind.The drive motor and its control system is one of the core components of new energy vehicle.Therefore，this paper focuses on the analysis of the drive motor and its control system of the patent application trend，main competitors，hot patents and applicants in the global patent layout.From these we could conclude that enterprises in Germany，Japan and South Korea have strongly the strength of research and development in drive motor areas.The amount of China’s patent is relatively larger，but the patent quality is not in high level，and the research and development efforts are too scattered.At the same time，international auto giants are very good at using the patent strategy and in the global patent layout reasonably.In order to occupy the strategic high ground early and get rid of the embarrassing situation of China’s automobile industry，the Chinese government，enterprises，research institutions should act with united strength and play synergy，and enterprises must act as the mainstay of technological innovation.

Key words:New energy vehicle；The drive motor and its control system；Patent application trend；Hot patent；Patent layout

中圖分類號:G306；U469.72

文獻標識碼:A

作者簡介：汪守霞(1989-)，女，安徽六安人，安徽工程大學管理工程學院碩士研究生；研究方向：知識產權管理。

收稿日期：2015-07-17

基金項目：國家社科基金項目“我國新能源汽車產業知識產權戰略構建與實施研究”(13BGL013)，高校國家級大學生創新創業訓練計劃項目“基于專利分析的我國新能源汽車產業技術創新能力研究”(201410363037)。