從專利技術角度分析伺服壓力機傳動系統的技術發展

羅　莎賈紅葉霍　聰

（1.國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心，江蘇 蘇州 215163；2.碼捷科技（蘇州）有限公司，江蘇 蘇州 215021）

從專利技術角度分析伺服壓力機傳動系統的技術發展

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（1.國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心，江蘇 蘇州 215163；2.碼捷科技（蘇州）有限公司，江蘇 蘇州 215021）

近年來，隨著伺服電機和伺服控制技術的發展，伺服壓力機也得到迅猛發展。采用交流伺服電機直接作為壓力機的動力源，通過螺旋、曲柄連桿、肘桿等執行機構將電機的旋轉運動轉化為滑塊的直線運動，實現滑塊運動特性可控，以滿足沖壓加工柔性化、智能化的需求。本文對伺服壓力機傳動系統領域的專利申請進行分析，對中國、國外的專利申請量進行了統計分析，并詳細分析了其中兩個分支的技術發展脈絡。

伺服；壓力機；傳動；螺旋；曲柄

為了研究伺服壓力機傳動系統專利技術的發展情況，筆者以專利數據庫中的檢索結果為分析樣本，從專利文獻的視角對伺服壓力機傳動系統技術的發展歷程進行了較全面地統計分析，并對其重點分支進行技術脈絡發展分析。

1.伺服壓力機傳動系統的國內外專利申請量分析

1.1伺服壓力機傳動系統在中國歷年專利申請量分布

圖1為伺服壓力機傳動系統中國歷年專利申請量分布，從圖中可以看出：自2003年起伺服壓力機傳動系統在中國開始陸續有申請量，2003年至2007年處于緩慢穩定的發展時期，在該期間處于不斷探索階段；在2007年以后伺服壓力機傳動系統申請量增長幅度較大，技術生長點呈上升趨勢，屬于技術發展期，在2010年達到頂峰，可見最近幾年伺服壓力機傳動系統的技術仍然處于不斷探索創新新時期；2010年以后國內的申請量雖然有所下降，但仍處于較高的數量。

1.2伺服壓力機傳動系統領域國外專利申請量分布

由圖2可以看出，國外伺服壓力機傳動系統的專利申請出現于20世紀90年代，由交流伺服控制技術的成熟和發展而產生，其發展過程可以分為4個階段：

（1）1995年至2001年是伺服壓力機傳動系統發展的起始階段，由于大容量伺服電機的研制成功，國外學者首先將伺服電機應用于壓力機領域，這一階段的研究重點為伺服螺旋壓力機。

（2）2002年至2005年，該階段的專利申請呈現增長勢頭，該階段伺服壓力機傳動系統的研究也出現多樣化，各種類型的傳動系統例如曲軸連桿傳動、肘桿傳動、曲軸肘桿傳動、絲杠肘桿傳動紛紛出現，使伺服壓力機的負載能力得以提高，適用于大噸位機械壓力機。

（3）2006年至2008年，該階段的專利申請呈現快速增長，該階段多電機驅動、多點壓制的傳動形式出現，使壓制曲線更加多樣化、柔性化。

（4）2009年至2013年，該階段的專利申請呈現下降趨勢，說明伺服壓力機傳動系統的研究逐漸趨于成熟，國外學者的研究方向有所轉移，逐漸轉移到伺服壓力機控制系統的研究，目的在于使伺服壓力機的控制更為精準；考慮到專利申請需要一定的公開時間以及檢索數據庫的更新時間，2013年和2014年的部分發明專利申請還無法統計。

2.伺服壓力機傳動系統專利技術發展路線

全伺服驅動傳動系統的結構形式主要有螺旋式、曲柄連桿式、肘桿式。筆者僅對螺旋式和曲柄連桿式進行了專利技術脈絡分析，而對于肘桿式的專利技術脈絡另行分析。

2.1伺服螺旋壓力機

伺服螺旋壓力機是利用滾珠絲杠將伺服電機的旋轉運動轉變為滑塊的上下運動，該傳動類型的特點是：螺桿式傳動的最大優勢是可在全行程范圍的任意位置保持額定壓力，即載荷放大比可保持恒定不變，且結構簡單，傳動精度高。

1997年日本會田公司申請的伺服螺旋壓力機（JP9-363652A），它提出了利用伺服電機驅動螺桿進而帶動滑塊進行上下運動，在整個工作行程中均可以提供最大的載荷，然而由于滾珠絲杠強度和伺服電機功率的限制，此種類型壓力機的負載能力有限，為了解決這一問題，該公司于1999年申請了利用兩個伺服電機和兩個螺旋副驅動滑塊運動的雙點驅動系統（申請號JP11-179599A）。

中國在這方面也做了一些研究，2003年華中科技大學申請的電動螺旋壓力機（申請號CN03254142），通過改變電動機的轉矩與轉速可以控制大齒輪的動能和滑塊的速度，具有行程次數和打擊能量與速度可控的優點，適用于多種壓力加工工藝，隨后山東理工大學（申請號CN200910252595）、青島平安鍛壓機械制造有限公司（申請號CN201120219258）、河南中軸控股集團股份有限公司（申請號CN201220125134）和李嘉棟、陳立群（申請號CN200920290374）也分別研制出該類型的伺服壓力機。

2.2伺服曲柄壓力機

伺服曲柄壓力機是指由伺服電機通過齒輪等中間傳遞機構驅動曲柄使滑塊上下運動，該傳動結構的伺服壓力機可以克服交流伺服電動機經絲杠在傳遞大的力時摩擦損耗大的不足，并可省掉現有機械壓力機上的離合器和制動器，適用于大噸位機械壓力機。

伺服曲柄壓力機最早在2000年由日本會田公司申請的伺服曲柄連桿壓力機（申請號JP2000-125065A），它提出了采用伺服電機通過減速機構驅動曲柄使滑塊往復運動，同時結合壓力傳感器和NC數字控制系統增加滑塊的運行速度和準確檢測循環位置，同年臺灣申請（申請號TW89106485A）也提出了采用伺服電機通過減速機構驅動曲柄使滑塊往復運動，同時由數字信號處理器DSP和微電腦控制伺服電機的轉速，針對不同的加工類型給予相應的轉速函數；由于伺服電機功率的限制，上述壓力機的負載能力有限，為了解決這一問題，日本小松公司于2005年申請的壓力機（申請號JP2005-089982A）中增加了增力裝置，并使增力裝置和伺服電機共同作為動力源，并可根據所需壓制壓力的大小選擇伺服電機的個數；為了滿足機器和個人安全性能的要求，德國申請了多點壓制伺服壓力機（申請號為DE102007026727A），并增加了單獨的制動系統和啟動系統，諸多壓力作用點單獨控制使安全性能得以提高，該類型的專利申請還有DE102008034971A，JP2010-122998A，JP2011-084798A，KR201110067096A，CN201410850178，CN201210104672。

中國在這方面也做了很多研究，2003年由廣東工業大學和廣東鍛壓機床廠有限公司申請的伺服驅動智能型數控曲柄壓力機（申請號CN200320118186），驅動控制系統包括伺服電機驅動控制系統和儲能電容箱，電容箱等起儲能作用，減速時電機作發電機運行，將減速的電能儲存于電容器內，降低能耗；隨后江蘇富力數控機床有限公司（申請號CN200510040134）、山東理工大學（申請號CN200820232451）、廣東鍛壓機床廠有限公司（申請號CN200920057651）和楊茂召（申請號CN200910026203）也分別研制出伺服曲柄連桿壓力機。

由上述脈絡分析可知，伺服壓力機傳動系統的研發一開始是在國外，通過對國內外伺服壓力機傳動系統的分析比較，可以得出我國伺服壓力機就整體技術水平和競爭力而言，在沿襲外國的發展路線，較世界先進水平仍有較大的差距，因此我國申請人應致力于開發具有完全自主知識產權的大型伺服壓力機，增強我國該方面技術的競爭實力和國際競爭力。

［1］蘇敏，王隆太.幾種伺服壓力機傳動結構方案的分析與比較［J］.鍛壓裝備與制造技術，2008（5）：35-38.

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