渦旋壓縮機(jī)防自轉(zhuǎn)技術(shù)的專利分析

胡春妍

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渦旋壓縮機(jī)防自轉(zhuǎn)技術(shù)的專利分析

胡春妍

（國家知識產(chǎn)權(quán)專利局專利審查協(xié)作四川中心 成都 610213）

對國內(nèi)外渦旋壓縮機(jī)防自轉(zhuǎn)技術(shù)領(lǐng)域的專利文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析了該技術(shù)在全球及中國范圍內(nèi)的專利申請量的年度分布、專利申請國分布、主要申請人及其技術(shù)構(gòu)成等，為國內(nèi)企業(yè)在該技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)一步改進(jìn)、研發(fā)提供有效信息。

渦旋壓縮機(jī)；防自轉(zhuǎn)；專利

0 引言

渦旋壓縮機(jī)是第三代壓縮機(jī)，最早于1905年提出，早期由于加工條件及測量技術(shù)的限制，沒有得到發(fā)展，之后得益于70年代的能源危機(jī)和高精度數(shù)控銑床的出現(xiàn)，渦旋壓縮機(jī)開始迅速發(fā)展[1,2]。相比于第一代的往復(fù)式壓縮機(jī)和第二代的回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，渦旋壓縮機(jī)具有可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、運(yùn)行效率高等優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于空調(diào)制冷、石油化工及動力工程領(lǐng)域[3,4]。渦旋壓縮機(jī)的重要關(guān)鍵技術(shù)有渦旋盤的型線設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)的研究、強(qiáng)化冷卻及密封等幾個方面，其中，作為機(jī)構(gòu)研究的關(guān)鍵技術(shù)之一的防自轉(zhuǎn)裝置是公轉(zhuǎn)型渦旋壓縮機(jī)不可缺少的一部分[5-9]，防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性和規(guī)律直接影響到渦旋壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，如防自轉(zhuǎn)裝置的耐久性、輕型化和小型化直接影響渦旋壓縮機(jī)使用壽命、輕型化、小型化的實(shí)現(xiàn)。因此，本文從專利角度出發(fā)，對渦旋壓縮機(jī)的防自轉(zhuǎn)技術(shù)進(jìn)行分析，重點(diǎn)分析了全球及中國范圍內(nèi)有關(guān)渦旋壓縮機(jī)防自轉(zhuǎn)裝置的專利申請量、申請國分布、主要申請人以及其技術(shù)構(gòu)成等，以期為該產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展提供有利信息。

1 分析樣本

本文選用的檢索數(shù)據(jù)庫為CPRSABS中文檢索數(shù)據(jù)庫以及DWPI外文檢索數(shù)據(jù)庫。為提高檢索的全面性和準(zhǔn)確性，分類號取自國際專利分類表IPC（目前唯一國際通用的專利文獻(xiàn)分類檢索工具）和日本專利局的F-term分類號。渦旋壓縮機(jī)防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的分類號主要集中在F04C18/02，F(xiàn)04C29/00和3H039/CC15～18。檢索過程中采用的關(guān)鍵詞為：防自轉(zhuǎn)，十字環(huán)，十字滑環(huán)，歐氏環(huán)，歐德海姆環(huán)，奧德姆環(huán)，鍵聯(lián)軸節(jié)，十字聯(lián)軸節(jié)，滾珠，鋼珠，球軸承，銷，曲柄，曲拐等，對應(yīng)的英文關(guān)鍵詞為：anti-rotation，non-rotation，oldham，ball，bearing，pin，crank等。采用上述檢索要素得到的專利申請經(jīng)過降噪和篩選后構(gòu)成了本文研究的專利申請數(shù)據(jù)庫。檢索對象限定在全球公開或公告日在2016年5月10日之前的發(fā)明和實(shí)用新型專利申請。由于發(fā)明專利申請通常自申請日起滿18個月才能公開（提前公開的除外），PCT申請自申請日起30個月甚至更長時間后才能進(jìn)入國家階段，因此，在分析樣本中并未包含2014年、2015年、2016年的全部專利申請。

2 渦旋壓縮機(jī)防自轉(zhuǎn)技術(shù)專利分析

2.1 申請量年度分布

圖1 申請量年度分布圖

圖1為渦旋壓縮機(jī)防自轉(zhuǎn)技術(shù)領(lǐng)域的申請量年度分布，包括全球范圍內(nèi)及中國范圍內(nèi)申請量的分布。從圖1可以看出，該技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢大致可以分為以下三個階段：

（1）第一階段（1991年以前）：這一階段為萌芽期，由于渦旋壓縮機(jī)起步較晚，這一時期對于防自轉(zhuǎn)裝置的研究還較少，每年全球?qū)＠暾埩恐挥?-2件，1981年，日本三電公司開始大批量生產(chǎn)汽車空調(diào)用渦旋壓縮機(jī)[1]，1982年三菱電機(jī)也生產(chǎn)出汽車空調(diào)用渦旋壓縮機(jī)，1987年美國谷輪公司研發(fā)出家用空調(diào)用的渦旋壓縮機(jī)。較早出現(xiàn)的防自轉(zhuǎn)裝置為十字環(huán)結(jié)構(gòu)和滾珠以及不成熟的曲柄銷結(jié)構(gòu)，研究主要集中在結(jié)構(gòu)研發(fā)上。

（2）第二階段（1992-2010年）：由于在實(shí)際使用中，渦旋壓縮機(jī)的防自轉(zhuǎn)裝置出現(xiàn)磨損嚴(yán)重和振動噪音較大等問題，對其進(jìn)行研究的企業(yè)變多，從1992年開始，渦旋壓縮機(jī)的防自轉(zhuǎn)技術(shù)領(lǐng)域的申請量開始迅速增加，屬于快速發(fā)展期。特別地，1994-1995年專利申請量達(dá)到頂峰，申請量的爆發(fā)式增長主要是由于日本申請量的增加，這與其國內(nèi)的相關(guān)政策有一定的關(guān)系，但從1996年開始，全球申請總量維持穩(wěn)定，后期開始穩(wěn)步下降，說明對渦旋壓縮機(jī)防自轉(zhuǎn)技術(shù)的研究有較顯著的成果，急需解決的技術(shù)問題也得到了很好的解決。與此同時，中國范圍內(nèi)的申請量開始緩慢增加，但起步較國外晚了十余年。

（3）第三階段（2011年以后）：從圖1中可以看出，2011年以后，隨著中國申請量的增加，全球總量又開始上升，但除去中國的申請量，從1996年之后，外國申請量一直是穩(wěn)步下降的趨勢，說明這一技術(shù)已經(jīng)不是熱點(diǎn)技術(shù)，同時也體現(xiàn)了渦旋壓縮機(jī)防自轉(zhuǎn)技術(shù)已發(fā)展成熟。由于中國起步較晚，難有開拓性進(jìn)展，大多還是進(jìn)行改進(jìn)性研究。

2.2 申請國分布

從圖2可以看出，該領(lǐng)域申請國中，占比最大的是日本，為70%，其次是中國、韓國、美國，這與實(shí)際發(fā)展是一致的，日本一直是空調(diào)制冷行業(yè)的大國，其擁有許多制冷壓縮機(jī)制造企業(yè)，注重技術(shù)發(fā)展的同時也非常注重專利布局。雖然中國的申請量位居第二，但其中約一半為實(shí)用新型，還有部分為外國企業(yè)在華分部直接向中國專利局提交的申請，國內(nèi)院校、企業(yè)自主原創(chuàng)的專利申請較少，也比較分散。

圖2 申請國分布圖

2.3 主要申請人分布

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，專利申請量排名前10的申請人為日立、三電、三菱、松下、LG、日本東機(jī)工、大金、三洋、艾默生和阿耐思特巖田，其中，申請量最大的為日立。從上述申請人的所屬國可以看出，80%為日本企業(yè)，韓國和美國各占10%，沒有中國企業(yè)躋身其中，說明中國在該領(lǐng)域的發(fā)展相對滯后，缺乏核心技術(shù)。從圖3中可以看出，十字環(huán)是防自轉(zhuǎn)技術(shù)領(lǐng)域的主要方向，其次是曲柄、銷結(jié)構(gòu)和滾珠、球軸承結(jié)構(gòu)的平行四連桿類防自轉(zhuǎn)裝置。日立公司在該領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先地位，其在這兩類防自轉(zhuǎn)技術(shù)中的投入比例約為6:4，偏向十字環(huán)，類似格局的還有三菱、松下、LG、大金和日本東機(jī)工。申請量位列第二的三電公司雖然總量與日立相差不多，但其研發(fā)重點(diǎn)集中在滾珠、球軸承結(jié)構(gòu)的平行四連桿類防自轉(zhuǎn)技術(shù)上，這與其主要產(chǎn)品是汽車用空調(diào)壓縮機(jī)緊密相關(guān)。三洋電機(jī)和艾默生不涉及平行四連桿類的防自轉(zhuǎn)技術(shù)的研究。值得一提的是，前十申請人中只有阿耐斯特巖田沒有涉及十字環(huán)的研究，這主要是由于其主要渦旋壓縮機(jī)基本為空壓機(jī)，不涉及傳統(tǒng)的制冷壓縮機(jī)。

圖3 前10位申請人申請量分布圖

2.4 主要申請人的技術(shù)分布

渦旋壓縮機(jī)防自轉(zhuǎn)裝置包括十字環(huán)類和平行四連桿類，十字環(huán)類在結(jié)構(gòu)上存在平面型（十字環(huán)的鍵和環(huán)共平面，或者十字環(huán)沒有鍵，只有環(huán)）、一側(cè)型（十字環(huán)的鍵在環(huán)的一側(cè)）和兩側(cè)型（十字環(huán)的鍵在環(huán)的兩側(cè)）三種，在材料上主要有輕型材料，耐磨材料以及潤滑材料。平行四連桿類主要有滾珠/球軸承以及小曲拐/曲柄銷/銷-孔等結(jié)構(gòu)。對這兩大類的申請量進(jìn)行比較可知，十字環(huán)類防自轉(zhuǎn)裝置占總申請量的62%，平行四連桿類則占38%。可見，十字環(huán)類是研究的重點(diǎn)，因此，對主要申請人的技術(shù)分布進(jìn)行研究時，主要對前9位申請人關(guān)于十字環(huán)的研究進(jìn)行分析（第10位申請人阿耐斯特巖田不涉及對十字環(huán)的研究）。

圖4 前9位申請人對十字環(huán)的結(jié)構(gòu)、材料的申請量氣泡圖

從圖4中可以看出，結(jié)構(gòu)優(yōu)化是十字環(huán)結(jié)構(gòu)的主要方向。由于兩側(cè)型十字環(huán)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，剛性好，因此，多數(shù)申請人的重點(diǎn)研究方向均是兩側(cè)型結(jié)構(gòu)的十字環(huán)。一側(cè)型在小型化方面具有研究價值，因此，除了三電，其他8位申請人均對一側(cè)型十字環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究；平面型十字環(huán)結(jié)構(gòu)的研究較少，只有6個申請人對其進(jìn)行了研究，申請量均在4件以內(nèi)，松下、三洋和艾默生均沒有涉及平面型十字環(huán)的研發(fā)。雖然對材料研究的申請量比結(jié)構(gòu)的申請量少，但前9位申請人均對十字環(huán)的材料進(jìn)行了研究，說明這也是十字環(huán)研究的一個重要方向，由于十字環(huán)為滑動摩擦，其摩擦較大，因此，對提高十字環(huán)耐磨性的材料也有較多研究，對輕型化材料的研究次之，但提高潤滑性能的材料研究較少，只有日立、三菱、松下、大金以及艾默生有涉及，申請量均在1-2件。

3 結(jié)語

本文對渦旋壓縮機(jī)防自轉(zhuǎn)裝置的專利技術(shù)進(jìn)行了整理、歸納和分析，著重關(guān)注了該領(lǐng)域全球和中國范圍內(nèi)的申請量年度分布，申請國分布、主要申請人及其技術(shù)研發(fā)中的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)等信息，可以看出，十字環(huán)類作為應(yīng)用最多且申請量最大的渦旋壓縮機(jī)防自轉(zhuǎn)裝置，由于十字環(huán)摩擦為滑動摩擦，運(yùn)行時摩擦力較大，因此，從結(jié)構(gòu)上、材料上進(jìn)行改進(jìn)來獲得更優(yōu)的性能是研發(fā)的重點(diǎn)，主要改進(jìn)集中在十字環(huán)鍵、環(huán)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)、潤滑改進(jìn)及材料改進(jìn)三個方向；滾珠、球軸承、銷-孔、曲柄-銷等形式的平行四連桿類防自轉(zhuǎn)裝置主要應(yīng)用在空氣壓縮領(lǐng)域，主要改進(jìn)集中在結(jié)構(gòu)改進(jìn)、潤滑改進(jìn)兩個方向。

國外在該領(lǐng)域的起步早，發(fā)展快，特別是日本，其申請量占該領(lǐng)域的70%，屬于該領(lǐng)域的技術(shù)強(qiáng)國，技術(shù)分布也各有側(cè)重。中國的申請量雖然位于第二，但卻沒有一家企業(yè)、院校進(jìn)入該領(lǐng)域的前10，說明國內(nèi)較國外發(fā)展滯后，缺乏核心技術(shù)，要提高在該領(lǐng)域的話語權(quán)，需要加大研究力度，找到進(jìn)入該領(lǐng)域的突破口，還需要積極吸收新技術(shù)，站在巨人的肩膀上繼續(xù)進(jìn)行研發(fā)。只有不斷提高自身創(chuàng)新能力，打破國外企業(yè)的技術(shù)壁壘，才能增強(qiáng)我國在該領(lǐng)域的競爭力。

[1] 馮健美,屈宗長.渦旋壓縮機(jī)的發(fā)展優(yōu)勢和關(guān)鍵技術(shù)[J].中國機(jī)械工程,2002,(19):1706-1708.

[2] RW Moore, RW Shaffer,JE Mccullough. A Scroll Compressor for shipboard Helium Liquefier System[C]. In: Proc. of International Compressor Engineering Conference, Purdue, 1976:417-422.

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Analysis of Patents of Anti-rotation Mechanism of Scroll Compressor

Hu Chunyan

( Patent Examination Cooperation of the Patent Office, SIPO, Sichuan, Chengdu, 610213 )

The paper, from the perspective of patent, analyzed the patents related to anti-rotation mechanism of scroll compressors. Annual distribution of patent applications worldwide and within China were shown respectively. The number of the related patents distributed by countries were summarized. The main applicants were listed in this paper, and their patent distribution of different anti-rotation methods were also reviewed. The purpose of this paper is to provide useful information for further development of anti-rotation mechanisms for scroll compressors.

Scroll Compressor; Anti-rotation; Patent

1671-6612（2017）06-653-04

TH455

A

胡春妍（1989.03-），女，碩士，實(shí)習(xí)研究員，E-mail：240397878@qq.com

2017-05-15