美國WiTricity公司無線充電領(lǐng)域?qū)＠治觫?/h1>
2016-12-06 05:17:45周曉丹趙俊杰武山山望俊成
高技術(shù)通訊 2016年4期
周曉丹 趙俊杰 梁 娜 武山山 望俊成③
(*中國科學(xué)技術(shù)信息研究所 北京 100038)(**武漢大學(xué)信息管理學(xué)院 武漢 430072)
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美國WiTricity公司無線充電領(lǐng)域?qū)＠治觫?/p>
周曉丹②*趙俊杰*梁 娜**武山山**望俊成*③
(*中國科學(xué)技術(shù)信息研究所 北京 100038)(**武漢大學(xué)信息管理學(xué)院 武漢 430072)
為了了解一直致力于研發(fā)無線充電技術(shù)的美國重要創(chuàng)新型公司——WiTricity公司的核心技術(shù)的研發(fā)情況，通過專利計(jì)量的方法對該公司的專利申請情況進(jìn)行詳細(xì)分析。利用美國USPTO的數(shù)據(jù)，根據(jù)專利申請數(shù)量、專利申請類型、技術(shù)領(lǐng)域分布、技術(shù)合作、專利發(fā)明人等指標(biāo)研究了WiTricity公司的專利布局和申請策略?？傮w來看，目前WiTricity公司仍然處在技術(shù)研發(fā)的快速增長階段，公司的整體研發(fā)實(shí)力較強(qiáng)。
無線充電， 專利布局， 專利計(jì)量， WiTricity公司
0 引 言
無線充電是指在不借助金屬導(dǎo)線以及其他物理連接的條件下，以空氣為介質(zhì)進(jìn)行電能傳輸，為設(shè)備進(jìn)行充電[1]。目前主流的無線充電技術(shù)主要包括三類，分別為電磁感應(yīng)充電技術(shù)、無線電波充電技術(shù)和電磁共振充電技術(shù)。早在上世紀(jì)初期，O’Neill[2]就提出了無線充電理論，并進(jìn)行遠(yuǎn)距離無線電能傳輸試驗(yàn)。為了能實(shí)現(xiàn)跨越大西洋的遠(yuǎn)距離無線傳輸，特斯拉建造了一座高達(dá)187英尺的鐵塔進(jìn)行試驗(yàn)，但最終因?yàn)橘Y金不足終止了研究[3]。之后，很多的研究人員和公司針對無線充電技術(shù)展開研究，但是，因?yàn)閭鬏敳牧虾蛡鬏敼β实南拗?，該技術(shù)一直沒有取得明顯的進(jìn)展也未得到大眾的關(guān)注。進(jìn)入21世紀(jì)以后，無線充電技術(shù)越來越頻繁的應(yīng)用在通信設(shè)備上，諾基亞、飛利浦、海爾等知名企業(yè)不斷推出無線充電產(chǎn)品，無線充電技術(shù)逐漸被大家所熟知。
2007年，麻省理工學(xué)院(MIT)的助理教授Marin Soljacic和他的研究團(tuán)隊(duì)公開進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，他們利用一對半徑約30cm的LC共振器，為2m以外的60W燈泡供電[4]。這次實(shí)驗(yàn)的核心原理是電磁共振，通過磁共振的方法為幾米范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行無線電能傳輸，Marin Soljacic團(tuán)隊(duì)將這項(xiàng)技術(shù)命名為“WiTricity”。之后該研究團(tuán)隊(duì)從麻省理工學(xué)院獨(dú)立出來，并以“WiTricity”為名成立了公司。自成立以來，WiTricity公司發(fā)展迅速，短短幾年已經(jīng)成為無線充電領(lǐng)域的核心技術(shù)企業(yè)，相關(guān)技術(shù)專利數(shù)量也逐年增多。為了深入了解該公司近幾年的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和專利布局策略，本文針對WiTricity公司的專利申請情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以便為國內(nèi)相關(guān)企業(yè)的發(fā)展提供一定的參考。
1 數(shù)據(jù)來源及處理
本文以美國專利商標(biāo)局(USPTO)的專利授權(quán)和專利申請公開兩個(gè)數(shù)據(jù)庫中的專利數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)來源，選擇“專利權(quán)人”字段進(jìn)行檢索，以“AN=WiTricity”為檢索式，檢索該公司自成立以來申請的所有專利。檢索結(jié)果共計(jì)94件，其中包括65件已經(jīng)獲得授權(quán)的專利，29件申請?jiān)缙诠_的專利。由于美國專利數(shù)據(jù)庫不支持批量下載，本文通過編寫數(shù)據(jù)爬蟲程序?qū)z索結(jié)果的主要字段進(jìn)行抓取，包括專利號、標(biāo)題、摘要、申請人、專利分類號、申請日期等核心字段。數(shù)據(jù)下載時(shí)間為2015年12月31日。之后使用EXCEL和UCINET兩種分析軟件對抓取的專利數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗和分析。
2 WiTricity公司專利布局分析
2.1 專利申請量趨勢分析
2008年6月WiTricity公司提出了第一個(gè)專利申請案件。但是，由于專利從提出申請到最終獲得授權(quán)一般需要2～3年甚至更久的時(shí)間，因此直到2011年4月19日該公司才獲得第一件以“WiTricity Corporation”為專利權(quán)人的授權(quán)專利。截至2015年12月31日WiTricity公司提出申請的專利共94件。
如圖1所示，WiTricity公司專利申請數(shù)量整體上呈現(xiàn)逐年增長的趨勢。2007年至2008年WiTricity公司專利申請數(shù)量較少，只在2008年提出一件專利申請案件。2009年，WiTricity公司專利申請數(shù)量由2008年的1件突增至18。但到2010年專利申請數(shù)量有所回落，由18件降為10件，經(jīng)過一年低潮，2011年專利申請數(shù)量又上升到19件，之后兩年一直保持每年的專利申請量20件以上。2014年以后公司的專利申請數(shù)量為零，這是由于專利申請日到專利公開日一般需要十幾個(gè)月的時(shí)間，存在時(shí)間滯后性[5]。因此2014～2015年的專利數(shù)據(jù)不能真實(shí)反映WiTricity公司的研發(fā)實(shí)力和專利申請情況。
圖1 WiTricity公司專利申請逐年分布圖
圖2 WiTricity公司專利類型分布圖
2.2 專利申請類型分布
美國專利按照內(nèi)容分為三種類型，分別為發(fā)明專利、植物專利、設(shè)計(jì)專利。企業(yè)的專利申請類型比例能夠反映企業(yè)專利的整體質(zhì)量，在三種專利類型中發(fā)明專利最能代表企業(yè)的技術(shù)實(shí)力和專利質(zhì)量，同時(shí)也更能夠真正起到占領(lǐng)市場的作用[6]。通過統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)WiTricity 公司的94件專利中有87件發(fā)明專利，7件設(shè)計(jì)專利，發(fā)明專利所占的比例為92.55%。2013年申請?jiān)O(shè)計(jì)專利5件，和前幾年相比設(shè)計(jì)專利數(shù)量有所上升，這與近年來WiTricity公司開始與聯(lián)發(fā)科、英特爾等公司合作開發(fā)無線充電產(chǎn)品有關(guān)。預(yù)計(jì)未來WiTricity公司會不斷開發(fā)自己的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)專利的數(shù)量會有所上升。
2.3 技術(shù)領(lǐng)域分布
在專利計(jì)量中一般采用專利分類號進(jìn)行技術(shù)領(lǐng)域識別，本文選用美國專利分類法(USPC)作為技術(shù)領(lǐng)域分析的標(biāo)準(zhǔn)。通過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)WiTricity公司所申請的專利共涉及到14個(gè)大類，表1是專利數(shù)量排在前五的主題大類。通過表1可以看出WiTricity公司專利涉及的美國專利分類號USPC主要是307、320和D13三個(gè)大類，處在這三個(gè)主題類別下的專利數(shù)量共76件，所占比例超過80%。其中，類別307代表電能傳輸及互聯(lián)系統(tǒng)技術(shù)方向，類別320代表電學(xué)中蓄電池或電容充電與放電技術(shù)方向，類別D13代表能源傳輸或設(shè)備的生產(chǎn)、分銷技術(shù)方向。
表1 WiTricity 公司top5專利分類號統(tǒng)計(jì)結(jié)果
注：涉及多個(gè)專利分類號的專利，重復(fù)計(jì)算。
每一個(gè)主題大類下都包含很多二級類目，如電能傳輸及互聯(lián)系統(tǒng)技術(shù)類別(307)包含了11個(gè)二級類別，蓄電池或電容充電與放電技術(shù)類別(320)包含了5個(gè)二級分類。據(jù)統(tǒng)計(jì)，307類別下的電磁和強(qiáng)感應(yīng)系統(tǒng)(307/104)，320類別下的電磁感應(yīng)耦合充電器件(320/108)的專利申請數(shù)量明顯高于其他類別，所占總體專利的比例超過70%，是WiTricity公司最重要的研發(fā)技術(shù)領(lǐng)域。WiTricity公司核心的無線充電技術(shù)屬于電磁共振技術(shù)，因此2010年以前圍繞核心技術(shù)申請的30件專利中有26件屬于電磁和強(qiáng)感應(yīng)系統(tǒng)(307/104)技術(shù)方向。自2011年起，WiTricity公司開始不斷地?cái)U(kuò)展技術(shù)研發(fā)方向，電磁感應(yīng)耦合充電器件(320/108)、電池充電器(D13/107)、感應(yīng)線圈(336/178)等技術(shù)方向的專利數(shù)量開始增多?？梢姡琖iTricity公司的技術(shù)研發(fā)方向開始由核心的電磁感應(yīng)領(lǐng)域擴(kuò)展到電池和電感器件等應(yīng)用領(lǐng)域。
2.4 技術(shù)合作分析
WiTricity公司自2007年成立以來一直受到業(yè)界的關(guān)注，公司以實(shí)現(xiàn)“WiTricity”這一核心技術(shù)的商業(yè)化為宗旨。WiTricity公司首席執(zhí)行官Alex Gruzen曾表示；“移動性已經(jīng)成為所有計(jì)算形式的中心，實(shí)現(xiàn)無線充電已經(jīng)成為一種必要而非奢侈”[7]。WiTricity公司的發(fā)展目標(biāo)就是通過簽署技術(shù)授權(quán)協(xié)議與更多的公司進(jìn)行合作，將WiTricity技術(shù)應(yīng)用到移動電子設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、電動汽車、智能家居等多個(gè)領(lǐng)域。因此，自2009年起WiTricity公司圍繞核心技術(shù)進(jìn)行專利布局的同時(shí)也開始與全球范圍內(nèi)的企業(yè)進(jìn)行技術(shù)合作。
近年來，電動汽車領(lǐng)域發(fā)展迅速，越來越多的汽車廠商希望應(yīng)用無線充電技術(shù)研發(fā)高效能的汽車充電系統(tǒng)。WiTricity公司憑借獨(dú)有的核磁共振技術(shù)成為了很多汽車廠商首選的合作對象。2010年10月，全球領(lǐng)先的汽車電子零部件及系統(tǒng)技術(shù)供應(yīng)商德爾福與WiTricity公司簽署合作協(xié)議，將合作研發(fā)適應(yīng)于電動汽車和插電式混合動力汽車的無線充電系統(tǒng)。該無線充電系統(tǒng)將電力輸出振蕩電路安放在車庫地板下，或者是停車位地面下，并且允許電能輸出振蕩電路與電能接收振蕩電路有更大的位置偏差，相比傳統(tǒng)系統(tǒng)能夠在更遠(yuǎn)的距離高效傳送電能[8]。2011年4月，豐田汽車與WiTricity公司就開發(fā)插電式混合動力車(PHEV)和電動汽車(EV)的非接觸充電系統(tǒng)展開技術(shù)合作，并計(jì)劃為WiTricity公司增加投資，力爭早日實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。同年9月，WiTricity公司再次與三菱汽車、IHI株式會社兩家汽車廠商共同簽署合作協(xié)議，合作研發(fā)電動汽車無線充電系統(tǒng)，并于2015年在兩家廠商上市的新型汽車上得到實(shí)際應(yīng)用。WiTricity公司與以上四家汽車廠商之間的合作將對電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和無線充電系統(tǒng)的研發(fā)產(chǎn)生重要影響，預(yù)計(jì)未來將會有更多的汽車制造商在其汽車內(nèi)添加無線充電功能。
在專利合作和專利轉(zhuǎn)讓方面，WiTricity公司目前已獲得授權(quán)的94件專利均屬于獨(dú)立研發(fā)，不存在與其他企業(yè)共同研發(fā)申請的專利。WiTricity公司作為無線充電領(lǐng)域的“明星企業(yè)”，盡管目前眾多領(lǐng)域內(nèi)的企業(yè)對WiTricity公司的核心技術(shù)表現(xiàn)出很大興趣，WiTricity公司仍然緊握現(xiàn)有專利的所有權(quán)，沒有向任何公司轉(zhuǎn)讓自己擁有的專利。但作為專利受讓方，WiTricity公司在2008年從麻省理工學(xué)院獲得了5件專利的所有權(quán)，這5件專利的發(fā)明人均為WiTricity技術(shù)的最初研發(fā)者M(jìn)arin Soljacic教授及其研究團(tuán)隊(duì)成員。
同時(shí)，為了使WiTricity無線充電技術(shù)得到普遍應(yīng)用，WiTricity公司與多家企業(yè)簽署專利授權(quán)許可協(xié)議，允許企業(yè)在一定期限、一定地區(qū)以一定方式實(shí)施其所擁有的專利。例如2011年7月，WiTricity公司與臺灣手機(jī)芯片大廠聯(lián)發(fā)科(MediaTek)簽署了技術(shù)轉(zhuǎn)移和專利授權(quán)協(xié)議，預(yù)計(jì)將在聯(lián)發(fā)科的手機(jī)芯片內(nèi)放置無線充電模塊。2014年6月，WiTricity公司與英特爾簽署專利授權(quán)許可協(xié)議，與英特爾加強(qiáng)合作，兩者將通過整合WiTricity技術(shù)為英特爾公司的計(jì)算設(shè)備設(shè)計(jì)高效性的無線充電方案[9]。通過簽署專利授權(quán)許可協(xié)議，越來越多的企業(yè)將WiTricity技術(shù)應(yīng)用到自身的產(chǎn)品研發(fā)中。
近幾年WiTricity公司的技術(shù)合作情況見圖3。
圖3 WiTricity公司技術(shù)合作時(shí)間序列圖
2.5 專利發(fā)明人分析
專利發(fā)明人是對企業(yè)專利的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)做出創(chuàng)造性貢獻(xiàn)者，是企業(yè)申請專利的核心人物。通過對專利發(fā)明人的專利申請量、發(fā)明人合作網(wǎng)絡(luò)分析，可以看出公司中的高產(chǎn)發(fā)明人及核心發(fā)明團(tuán)隊(duì)[10]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，WiTricity公司的94件專利中共有27名專利發(fā)明人，Top10的專利發(fā)明人參與的專利數(shù)量均超過15件，其中Kesler、Hall、Kurs、Kulikowski四位發(fā)明人參與的發(fā)明專利數(shù)量均超過50件，占專利總數(shù)的86%以上。將WiTricity公司專利發(fā)明人按參與的發(fā)明專利總量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，找出申請量排在前10位的專利發(fā)明人，詳情如表2所示。
表2 WiTricity公司TOP10專利發(fā)明人
同時(shí)，通過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)WiTricity公司的94件專利中，有83件專利是由2人以上的發(fā)明人合作研發(fā)，合作研發(fā)專利比例高達(dá)88.3%，并且4人以上的合作專利占大多數(shù)，比例高達(dá)70.21%。由此可見WiTricity公司的專利合作強(qiáng)度很高，內(nèi)部研發(fā)人員之間合作緊密，形成一定的合作發(fā)明團(tuán)隊(duì)。在一個(gè)公司中，發(fā)明人之間的合作關(guān)系能在一定程度上促進(jìn)公司申請專利的數(shù)量，提高專利的質(zhì)量。因此，本文采用無向網(wǎng)絡(luò)圖對所有發(fā)明人的合作情況進(jìn)行可視化展示，并對此進(jìn)行中心度分析。合作網(wǎng)絡(luò)圖中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)不同的專利發(fā)明人，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的連線代表兩個(gè)發(fā)明人之間有合作關(guān)系。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)圖中節(jié)點(diǎn)的形狀越大，所處的位置越接近網(wǎng)絡(luò)圖的中心，說明該節(jié)點(diǎn)上的發(fā)明人在合作網(wǎng)絡(luò)中的影響力越大，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的連線越粗說明兩者之間的合作次數(shù)越多，關(guān)系越緊密。
從圖4可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)明人合作網(wǎng)絡(luò)圖整體上呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)外部聯(lián)系分散，內(nèi)部聚集的特點(diǎn)。公司中核心發(fā)明人聚集在網(wǎng)路圖的中心，彼此之間頻繁地進(jìn)行技術(shù)交流和科研合作。邊緣發(fā)明人處于網(wǎng)絡(luò)的最外層，彼此之間缺乏溝通，但是與網(wǎng)絡(luò)中心的核心發(fā)明人之間存在合作關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)圖中27名專利發(fā)明人只有John一位發(fā)明人與其他發(fā)明人之間不存在合作關(guān)系，其他26位發(fā)明人均與他人有過合作關(guān)系，并且26個(gè)節(jié)點(diǎn)之間相互交錯形成了一個(gè)連通的合作網(wǎng)絡(luò)圖，沒有出現(xiàn)多個(gè)相互獨(dú)立的小團(tuán)體現(xiàn)象。通過中間中心性分析(Betweenness)發(fā)現(xiàn)，Kurs和Kesler兩位學(xué)者中心度最高，處在網(wǎng)絡(luò)的中心，與網(wǎng)絡(luò)中的所有發(fā)明人之間均存在合作關(guān)系，是其他發(fā)明人相互聯(lián)系的橋梁。同時(shí)，結(jié)合表2中專利發(fā)明人參與研發(fā)的專利數(shù)量和第一專利發(fā)明人的專利數(shù)量可以發(fā)現(xiàn)Kurs、Kesler、Karalis三位發(fā)明人是團(tuán)隊(duì)中的核心技術(shù)專家，是團(tuán)隊(duì)中的核心發(fā)明人。
圖4 專利發(fā)明人合作網(wǎng)絡(luò)分布圖
3 結(jié) 論
本文通過專利申請量、申請類型、專利權(quán)人、技術(shù)領(lǐng)域等指標(biāo)，分析了WiTricity公司的專利申請情況和研發(fā)實(shí)力，得出以下結(jié)論：
(1)從專利申請量的時(shí)間分布趨勢來看，WiTricity公司的無線充電技術(shù)發(fā)展迅速，專利申請數(shù)量整體呈現(xiàn)出上升的趨勢。2007～2008年專利申請數(shù)量較少，原因是WiTricity公司仍然處在資金、設(shè)備、人才等規(guī)劃儲備階段，還未開始進(jìn)行公司的專利布局。自2009起，WiTricity公司圍繞其獨(dú)有的核心技術(shù)“WiTricity”，進(jìn)行了一系列專利申請活動，形成了有自身特色的技術(shù)競爭優(yōu)勢。2010年專利申請數(shù)量有所回落，但是自2010年起，WiTricity公司開始與多家知名企業(yè)簽署授權(quán)協(xié)議，并推出第一件公司自主研發(fā)的無線充電產(chǎn)品。因此，2010年專利申請數(shù)量的減少并不是公司的創(chuàng)新實(shí)力衰退，而是公司開始擴(kuò)展新的發(fā)展方向。目前，WiTricity公司仍然處在技術(shù)創(chuàng)新的活躍期，并且受到業(yè)界的關(guān)注和追捧，具有良好的發(fā)展前景。
(2)從專利申請類型來看，WiTricity公司92.55%的專利是發(fā)明專利，說明該公司目前主要集中于技術(shù)研發(fā)，布局具有競爭力的專利技術(shù)，同時(shí)也說明WiTricity公司的專利質(zhì)量較高。但從近兩年的專利申請趨勢來看，隨著核心技術(shù)專利布局逐漸成熟，WiTricity公司申請的設(shè)計(jì)新型專利數(shù)量不斷增多。由此可見，將自己的核心技術(shù)應(yīng)用到產(chǎn)品中，不斷增加設(shè)計(jì)專利的申請數(shù)量可能成為WiTricity未來的發(fā)展重點(diǎn)。
(3)從技術(shù)領(lǐng)域分布來看，WiTricity公司的發(fā)明專利主要集中在電能傳輸與互聯(lián)系統(tǒng)、電學(xué)、蓄電池或電容器充電與放電技術(shù)等方向。但是，專利所涉及的技術(shù)領(lǐng)域越來越多，電感器件、線圈、汽車配件、醫(yī)療設(shè)備中的應(yīng)用程序等技術(shù)領(lǐng)域的專利開始出現(xiàn)。說明WiTricity公司開始重視無線充電產(chǎn)品的研發(fā)。
(4)從專利發(fā)明人分析發(fā)現(xiàn)，WiTricity公司專利發(fā)明人之間合作關(guān)系緊密，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新能力較強(qiáng)。Kurs和Karalis作為Soljacic教授研究團(tuán)隊(duì)中最早的研究成員，在WiTricity公司的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)中發(fā)揮重要作用。同時(shí)，可以看出WiTricity公司的所有專利均是機(jī)構(gòu)內(nèi)部員工之間的合作研發(fā)，缺乏與外部機(jī)構(gòu)之間的合作，表現(xiàn)出研發(fā)合作的封閉性。
綜上所述，WiTricity公司具有很強(qiáng)的技術(shù)研發(fā)實(shí)力，并且具有自身獨(dú)特的無線充電技術(shù)。而目前國內(nèi)涉及無線充電技術(shù)的企業(yè)如海爾、聯(lián)想、碩貝德等，大多停留在無線充電技術(shù)的應(yīng)用階段，缺乏自主研發(fā)的核心專利技術(shù)。因此，WiTricity公司作為無線充電領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)創(chuàng)新型企業(yè)，其圍繞公司核心技術(shù)進(jìn)行的專利布局戰(zhàn)略和特點(diǎn)值得國內(nèi)相關(guān)企業(yè)參考。
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[10] 欒春娟,劉則淵,侯海燕. 發(fā)明者合作網(wǎng)絡(luò)中心性對科研績效的影響. 科學(xué)學(xué)研究, 2008, 5:938-941
Analysis of WiTricity corporation’s wireless charging patents
Zhou Xiaodan*, Zhao Junjie*, Liang Na**, Wu Shanshan**, Wang Juncheng*
(*Institute of Scientific and Technical Information of China, Beijing 100038)(**School of Information Management, Wuhan University, Wuhan 430072)
In order to know the research and development of the WiTricity, an important innovative American corporation devoted to wireless charging techniques, the WiTricity’s patent applications were studied by using the patentometric method. Based on the data of the USPTO database, the WiTricity’s patent layout and application strategies were investigated in terms of patent application amount, application type,technical difference, technical cooperation and assignee. The results show that the WiTricity Corporation’s technology is still in the phase of rapid growth and the corporation has the stong R&D ability.
wireless charging, patent layout, patentometrics, WiTricity corporation
10.3772/j.issn.1002-0470.2016.04.011
①國家社會科學(xué)基金(12CTQ025)資助項(xiàng)目。
，E-mail: wangjc@istic.ac.cn(
2016-02-01)
②女，1992年生，碩士生； 研究方向：科技政策與管理，專利分析；E-mail： zhouxd2014@istic.ac.cn
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周曉丹 趙俊杰 梁 娜 武山山 望俊成③
(*中國科學(xué)技術(shù)信息研究所 北京 100038)(**武漢大學(xué)信息管理學(xué)院 武漢 430072)
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美國WiTricity公司無線充電領(lǐng)域?qū)＠治觫?/p>
周曉丹②*趙俊杰*梁 娜**武山山**望俊成*③
(*中國科學(xué)技術(shù)信息研究所 北京 100038)(**武漢大學(xué)信息管理學(xué)院 武漢 430072)
為了了解一直致力于研發(fā)無線充電技術(shù)的美國重要創(chuàng)新型公司——WiTricity公司的核心技術(shù)的研發(fā)情況，通過專利計(jì)量的方法對該公司的專利申請情況進(jìn)行詳細(xì)分析。利用美國USPTO的數(shù)據(jù)，根據(jù)專利申請數(shù)量、專利申請類型、技術(shù)領(lǐng)域分布、技術(shù)合作、專利發(fā)明人等指標(biāo)研究了WiTricity公司的專利布局和申請策略?？傮w來看，目前WiTricity公司仍然處在技術(shù)研發(fā)的快速增長階段，公司的整體研發(fā)實(shí)力較強(qiáng)。
無線充電， 專利布局， 專利計(jì)量， WiTricity公司
0 引 言
無線充電是指在不借助金屬導(dǎo)線以及其他物理連接的條件下，以空氣為介質(zhì)進(jìn)行電能傳輸，為設(shè)備進(jìn)行充電[1]。目前主流的無線充電技術(shù)主要包括三類，分別為電磁感應(yīng)充電技術(shù)、無線電波充電技術(shù)和電磁共振充電技術(shù)。早在上世紀(jì)初期，O’Neill[2]就提出了無線充電理論，并進(jìn)行遠(yuǎn)距離無線電能傳輸試驗(yàn)。為了能實(shí)現(xiàn)跨越大西洋的遠(yuǎn)距離無線傳輸，特斯拉建造了一座高達(dá)187英尺的鐵塔進(jìn)行試驗(yàn)，但最終因?yàn)橘Y金不足終止了研究[3]。之后，很多的研究人員和公司針對無線充電技術(shù)展開研究，但是，因?yàn)閭鬏敳牧虾蛡鬏敼β实南拗?，該技術(shù)一直沒有取得明顯的進(jìn)展也未得到大眾的關(guān)注。進(jìn)入21世紀(jì)以后，無線充電技術(shù)越來越頻繁的應(yīng)用在通信設(shè)備上，諾基亞、飛利浦、海爾等知名企業(yè)不斷推出無線充電產(chǎn)品，無線充電技術(shù)逐漸被大家所熟知。
2007年，麻省理工學(xué)院(MIT)的助理教授Marin Soljacic和他的研究團(tuán)隊(duì)公開進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，他們利用一對半徑約30cm的LC共振器，為2m以外的60W燈泡供電[4]。這次實(shí)驗(yàn)的核心原理是電磁共振，通過磁共振的方法為幾米范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行無線電能傳輸，Marin Soljacic團(tuán)隊(duì)將這項(xiàng)技術(shù)命名為“WiTricity”。之后該研究團(tuán)隊(duì)從麻省理工學(xué)院獨(dú)立出來，并以“WiTricity”為名成立了公司。自成立以來，WiTricity公司發(fā)展迅速，短短幾年已經(jīng)成為無線充電領(lǐng)域的核心技術(shù)企業(yè)，相關(guān)技術(shù)專利數(shù)量也逐年增多。為了深入了解該公司近幾年的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和專利布局策略，本文針對WiTricity公司的專利申請情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以便為國內(nèi)相關(guān)企業(yè)的發(fā)展提供一定的參考。
1 數(shù)據(jù)來源及處理
本文以美國專利商標(biāo)局(USPTO)的專利授權(quán)和專利申請公開兩個(gè)數(shù)據(jù)庫中的專利數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)來源，選擇“專利權(quán)人”字段進(jìn)行檢索，以“AN=WiTricity”為檢索式，檢索該公司自成立以來申請的所有專利。檢索結(jié)果共計(jì)94件，其中包括65件已經(jīng)獲得授權(quán)的專利，29件申請?jiān)缙诠_的專利。由于美國專利數(shù)據(jù)庫不支持批量下載，本文通過編寫數(shù)據(jù)爬蟲程序?qū)z索結(jié)果的主要字段進(jìn)行抓取，包括專利號、標(biāo)題、摘要、申請人、專利分類號、申請日期等核心字段。數(shù)據(jù)下載時(shí)間為2015年12月31日。之后使用EXCEL和UCINET兩種分析軟件對抓取的專利數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗和分析。
2 WiTricity公司專利布局分析
2.1 專利申請量趨勢分析
2008年6月WiTricity公司提出了第一個(gè)專利申請案件。但是，由于專利從提出申請到最終獲得授權(quán)一般需要2～3年甚至更久的時(shí)間，因此直到2011年4月19日該公司才獲得第一件以“WiTricity Corporation”為專利權(quán)人的授權(quán)專利。截至2015年12月31日WiTricity公司提出申請的專利共94件。
如圖1所示，WiTricity公司專利申請數(shù)量整體上呈現(xiàn)逐年增長的趨勢。2007年至2008年WiTricity公司專利申請數(shù)量較少，只在2008年提出一件專利申請案件。2009年，WiTricity公司專利申請數(shù)量由2008年的1件突增至18。但到2010年專利申請數(shù)量有所回落，由18件降為10件，經(jīng)過一年低潮，2011年專利申請數(shù)量又上升到19件，之后兩年一直保持每年的專利申請量20件以上。2014年以后公司的專利申請數(shù)量為零，這是由于專利申請日到專利公開日一般需要十幾個(gè)月的時(shí)間，存在時(shí)間滯后性[5]。因此2014～2015年的專利數(shù)據(jù)不能真實(shí)反映WiTricity公司的研發(fā)實(shí)力和專利申請情況。
圖1 WiTricity公司專利申請逐年分布圖
圖2 WiTricity公司專利類型分布圖
2.2 專利申請類型分布
美國專利按照內(nèi)容分為三種類型，分別為發(fā)明專利、植物專利、設(shè)計(jì)專利。企業(yè)的專利申請類型比例能夠反映企業(yè)專利的整體質(zhì)量，在三種專利類型中發(fā)明專利最能代表企業(yè)的技術(shù)實(shí)力和專利質(zhì)量，同時(shí)也更能夠真正起到占領(lǐng)市場的作用[6]。通過統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)WiTricity 公司的94件專利中有87件發(fā)明專利，7件設(shè)計(jì)專利，發(fā)明專利所占的比例為92.55%。2013年申請?jiān)O(shè)計(jì)專利5件，和前幾年相比設(shè)計(jì)專利數(shù)量有所上升，這與近年來WiTricity公司開始與聯(lián)發(fā)科、英特爾等公司合作開發(fā)無線充電產(chǎn)品有關(guān)。預(yù)計(jì)未來WiTricity公司會不斷開發(fā)自己的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)專利的數(shù)量會有所上升。
2.3 技術(shù)領(lǐng)域分布
在專利計(jì)量中一般采用專利分類號進(jìn)行技術(shù)領(lǐng)域識別，本文選用美國專利分類法(USPC)作為技術(shù)領(lǐng)域分析的標(biāo)準(zhǔn)。通過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)WiTricity公司所申請的專利共涉及到14個(gè)大類，表1是專利數(shù)量排在前五的主題大類。通過表1可以看出WiTricity公司專利涉及的美國專利分類號USPC主要是307、320和D13三個(gè)大類，處在這三個(gè)主題類別下的專利數(shù)量共76件，所占比例超過80%。其中，類別307代表電能傳輸及互聯(lián)系統(tǒng)技術(shù)方向，類別320代表電學(xué)中蓄電池或電容充電與放電技術(shù)方向，類別D13代表能源傳輸或設(shè)備的生產(chǎn)、分銷技術(shù)方向。
表1 WiTricity 公司top5專利分類號統(tǒng)計(jì)結(jié)果
注：涉及多個(gè)專利分類號的專利，重復(fù)計(jì)算。
每一個(gè)主題大類下都包含很多二級類目，如電能傳輸及互聯(lián)系統(tǒng)技術(shù)類別(307)包含了11個(gè)二級類別，蓄電池或電容充電與放電技術(shù)類別(320)包含了5個(gè)二級分類。據(jù)統(tǒng)計(jì)，307類別下的電磁和強(qiáng)感應(yīng)系統(tǒng)(307/104)，320類別下的電磁感應(yīng)耦合充電器件(320/108)的專利申請數(shù)量明顯高于其他類別，所占總體專利的比例超過70%，是WiTricity公司最重要的研發(fā)技術(shù)領(lǐng)域。WiTricity公司核心的無線充電技術(shù)屬于電磁共振技術(shù)，因此2010年以前圍繞核心技術(shù)申請的30件專利中有26件屬于電磁和強(qiáng)感應(yīng)系統(tǒng)(307/104)技術(shù)方向。自2011年起，WiTricity公司開始不斷地?cái)U(kuò)展技術(shù)研發(fā)方向，電磁感應(yīng)耦合充電器件(320/108)、電池充電器(D13/107)、感應(yīng)線圈(336/178)等技術(shù)方向的專利數(shù)量開始增多?？梢姡琖iTricity公司的技術(shù)研發(fā)方向開始由核心的電磁感應(yīng)領(lǐng)域擴(kuò)展到電池和電感器件等應(yīng)用領(lǐng)域。
2.4 技術(shù)合作分析
WiTricity公司自2007年成立以來一直受到業(yè)界的關(guān)注，公司以實(shí)現(xiàn)“WiTricity”這一核心技術(shù)的商業(yè)化為宗旨。WiTricity公司首席執(zhí)行官Alex Gruzen曾表示；“移動性已經(jīng)成為所有計(jì)算形式的中心，實(shí)現(xiàn)無線充電已經(jīng)成為一種必要而非奢侈”[7]。WiTricity公司的發(fā)展目標(biāo)就是通過簽署技術(shù)授權(quán)協(xié)議與更多的公司進(jìn)行合作，將WiTricity技術(shù)應(yīng)用到移動電子設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、電動汽車、智能家居等多個(gè)領(lǐng)域。因此，自2009年起WiTricity公司圍繞核心技術(shù)進(jìn)行專利布局的同時(shí)也開始與全球范圍內(nèi)的企業(yè)進(jìn)行技術(shù)合作。
近年來，電動汽車領(lǐng)域發(fā)展迅速，越來越多的汽車廠商希望應(yīng)用無線充電技術(shù)研發(fā)高效能的汽車充電系統(tǒng)。WiTricity公司憑借獨(dú)有的核磁共振技術(shù)成為了很多汽車廠商首選的合作對象。2010年10月，全球領(lǐng)先的汽車電子零部件及系統(tǒng)技術(shù)供應(yīng)商德爾福與WiTricity公司簽署合作協(xié)議，將合作研發(fā)適應(yīng)于電動汽車和插電式混合動力汽車的無線充電系統(tǒng)。該無線充電系統(tǒng)將電力輸出振蕩電路安放在車庫地板下，或者是停車位地面下，并且允許電能輸出振蕩電路與電能接收振蕩電路有更大的位置偏差，相比傳統(tǒng)系統(tǒng)能夠在更遠(yuǎn)的距離高效傳送電能[8]。2011年4月，豐田汽車與WiTricity公司就開發(fā)插電式混合動力車(PHEV)和電動汽車(EV)的非接觸充電系統(tǒng)展開技術(shù)合作，并計(jì)劃為WiTricity公司增加投資，力爭早日實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。同年9月，WiTricity公司再次與三菱汽車、IHI株式會社兩家汽車廠商共同簽署合作協(xié)議，合作研發(fā)電動汽車無線充電系統(tǒng)，并于2015年在兩家廠商上市的新型汽車上得到實(shí)際應(yīng)用。WiTricity公司與以上四家汽車廠商之間的合作將對電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和無線充電系統(tǒng)的研發(fā)產(chǎn)生重要影響，預(yù)計(jì)未來將會有更多的汽車制造商在其汽車內(nèi)添加無線充電功能。
在專利合作和專利轉(zhuǎn)讓方面，WiTricity公司目前已獲得授權(quán)的94件專利均屬于獨(dú)立研發(fā)，不存在與其他企業(yè)共同研發(fā)申請的專利。WiTricity公司作為無線充電領(lǐng)域的“明星企業(yè)”，盡管目前眾多領(lǐng)域內(nèi)的企業(yè)對WiTricity公司的核心技術(shù)表現(xiàn)出很大興趣，WiTricity公司仍然緊握現(xiàn)有專利的所有權(quán)，沒有向任何公司轉(zhuǎn)讓自己擁有的專利。但作為專利受讓方，WiTricity公司在2008年從麻省理工學(xué)院獲得了5件專利的所有權(quán)，這5件專利的發(fā)明人均為WiTricity技術(shù)的最初研發(fā)者M(jìn)arin Soljacic教授及其研究團(tuán)隊(duì)成員。
同時(shí)，為了使WiTricity無線充電技術(shù)得到普遍應(yīng)用，WiTricity公司與多家企業(yè)簽署專利授權(quán)許可協(xié)議，允許企業(yè)在一定期限、一定地區(qū)以一定方式實(shí)施其所擁有的專利。例如2011年7月，WiTricity公司與臺灣手機(jī)芯片大廠聯(lián)發(fā)科(MediaTek)簽署了技術(shù)轉(zhuǎn)移和專利授權(quán)協(xié)議，預(yù)計(jì)將在聯(lián)發(fā)科的手機(jī)芯片內(nèi)放置無線充電模塊。2014年6月，WiTricity公司與英特爾簽署專利授權(quán)許可協(xié)議，與英特爾加強(qiáng)合作，兩者將通過整合WiTricity技術(shù)為英特爾公司的計(jì)算設(shè)備設(shè)計(jì)高效性的無線充電方案[9]。通過簽署專利授權(quán)許可協(xié)議，越來越多的企業(yè)將WiTricity技術(shù)應(yīng)用到自身的產(chǎn)品研發(fā)中。
近幾年WiTricity公司的技術(shù)合作情況見圖3。
圖3 WiTricity公司技術(shù)合作時(shí)間序列圖
2.5 專利發(fā)明人分析
專利發(fā)明人是對企業(yè)專利的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)做出創(chuàng)造性貢獻(xiàn)者，是企業(yè)申請專利的核心人物。通過對專利發(fā)明人的專利申請量、發(fā)明人合作網(wǎng)絡(luò)分析，可以看出公司中的高產(chǎn)發(fā)明人及核心發(fā)明團(tuán)隊(duì)[10]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，WiTricity公司的94件專利中共有27名專利發(fā)明人，Top10的專利發(fā)明人參與的專利數(shù)量均超過15件，其中Kesler、Hall、Kurs、Kulikowski四位發(fā)明人參與的發(fā)明專利數(shù)量均超過50件，占專利總數(shù)的86%以上。將WiTricity公司專利發(fā)明人按參與的發(fā)明專利總量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，找出申請量排在前10位的專利發(fā)明人，詳情如表2所示。
表2 WiTricity公司TOP10專利發(fā)明人
同時(shí)，通過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)WiTricity公司的94件專利中，有83件專利是由2人以上的發(fā)明人合作研發(fā)，合作研發(fā)專利比例高達(dá)88.3%，并且4人以上的合作專利占大多數(shù)，比例高達(dá)70.21%。由此可見WiTricity公司的專利合作強(qiáng)度很高，內(nèi)部研發(fā)人員之間合作緊密，形成一定的合作發(fā)明團(tuán)隊(duì)。在一個(gè)公司中，發(fā)明人之間的合作關(guān)系能在一定程度上促進(jìn)公司申請專利的數(shù)量，提高專利的質(zhì)量。因此，本文采用無向網(wǎng)絡(luò)圖對所有發(fā)明人的合作情況進(jìn)行可視化展示，并對此進(jìn)行中心度分析。合作網(wǎng)絡(luò)圖中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)不同的專利發(fā)明人，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的連線代表兩個(gè)發(fā)明人之間有合作關(guān)系。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)圖中節(jié)點(diǎn)的形狀越大，所處的位置越接近網(wǎng)絡(luò)圖的中心，說明該節(jié)點(diǎn)上的發(fā)明人在合作網(wǎng)絡(luò)中的影響力越大，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的連線越粗說明兩者之間的合作次數(shù)越多，關(guān)系越緊密。
從圖4可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)明人合作網(wǎng)絡(luò)圖整體上呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)外部聯(lián)系分散，內(nèi)部聚集的特點(diǎn)。公司中核心發(fā)明人聚集在網(wǎng)路圖的中心，彼此之間頻繁地進(jìn)行技術(shù)交流和科研合作。邊緣發(fā)明人處于網(wǎng)絡(luò)的最外層，彼此之間缺乏溝通，但是與網(wǎng)絡(luò)中心的核心發(fā)明人之間存在合作關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)圖中27名專利發(fā)明人只有John一位發(fā)明人與其他發(fā)明人之間不存在合作關(guān)系，其他26位發(fā)明人均與他人有過合作關(guān)系，并且26個(gè)節(jié)點(diǎn)之間相互交錯形成了一個(gè)連通的合作網(wǎng)絡(luò)圖，沒有出現(xiàn)多個(gè)相互獨(dú)立的小團(tuán)體現(xiàn)象。通過中間中心性分析(Betweenness)發(fā)現(xiàn)，Kurs和Kesler兩位學(xué)者中心度最高，處在網(wǎng)絡(luò)的中心，與網(wǎng)絡(luò)中的所有發(fā)明人之間均存在合作關(guān)系，是其他發(fā)明人相互聯(lián)系的橋梁。同時(shí)，結(jié)合表2中專利發(fā)明人參與研發(fā)的專利數(shù)量和第一專利發(fā)明人的專利數(shù)量可以發(fā)現(xiàn)Kurs、Kesler、Karalis三位發(fā)明人是團(tuán)隊(duì)中的核心技術(shù)專家，是團(tuán)隊(duì)中的核心發(fā)明人。
圖4 專利發(fā)明人合作網(wǎng)絡(luò)分布圖
3 結(jié) 論
本文通過專利申請量、申請類型、專利權(quán)人、技術(shù)領(lǐng)域等指標(biāo)，分析了WiTricity公司的專利申請情況和研發(fā)實(shí)力，得出以下結(jié)論：
(1)從專利申請量的時(shí)間分布趨勢來看，WiTricity公司的無線充電技術(shù)發(fā)展迅速，專利申請數(shù)量整體呈現(xiàn)出上升的趨勢。2007～2008年專利申請數(shù)量較少，原因是WiTricity公司仍然處在資金、設(shè)備、人才等規(guī)劃儲備階段，還未開始進(jìn)行公司的專利布局。自2009起，WiTricity公司圍繞其獨(dú)有的核心技術(shù)“WiTricity”，進(jìn)行了一系列專利申請活動，形成了有自身特色的技術(shù)競爭優(yōu)勢。2010年專利申請數(shù)量有所回落，但是自2010年起，WiTricity公司開始與多家知名企業(yè)簽署授權(quán)協(xié)議，并推出第一件公司自主研發(fā)的無線充電產(chǎn)品。因此，2010年專利申請數(shù)量的減少并不是公司的創(chuàng)新實(shí)力衰退，而是公司開始擴(kuò)展新的發(fā)展方向。目前，WiTricity公司仍然處在技術(shù)創(chuàng)新的活躍期，并且受到業(yè)界的關(guān)注和追捧，具有良好的發(fā)展前景。
(2)從專利申請類型來看，WiTricity公司92.55%的專利是發(fā)明專利，說明該公司目前主要集中于技術(shù)研發(fā)，布局具有競爭力的專利技術(shù)，同時(shí)也說明WiTricity公司的專利質(zhì)量較高。但從近兩年的專利申請趨勢來看，隨著核心技術(shù)專利布局逐漸成熟，WiTricity公司申請的設(shè)計(jì)新型專利數(shù)量不斷增多。由此可見，將自己的核心技術(shù)應(yīng)用到產(chǎn)品中，不斷增加設(shè)計(jì)專利的申請數(shù)量可能成為WiTricity未來的發(fā)展重點(diǎn)。
(3)從技術(shù)領(lǐng)域分布來看，WiTricity公司的發(fā)明專利主要集中在電能傳輸與互聯(lián)系統(tǒng)、電學(xué)、蓄電池或電容器充電與放電技術(shù)等方向。但是，專利所涉及的技術(shù)領(lǐng)域越來越多，電感器件、線圈、汽車配件、醫(yī)療設(shè)備中的應(yīng)用程序等技術(shù)領(lǐng)域的專利開始出現(xiàn)。說明WiTricity公司開始重視無線充電產(chǎn)品的研發(fā)。
(4)從專利發(fā)明人分析發(fā)現(xiàn)，WiTricity公司專利發(fā)明人之間合作關(guān)系緊密，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新能力較強(qiáng)。Kurs和Karalis作為Soljacic教授研究團(tuán)隊(duì)中最早的研究成員，在WiTricity公司的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)中發(fā)揮重要作用。同時(shí)，可以看出WiTricity公司的所有專利均是機(jī)構(gòu)內(nèi)部員工之間的合作研發(fā)，缺乏與外部機(jī)構(gòu)之間的合作，表現(xiàn)出研發(fā)合作的封閉性。
綜上所述，WiTricity公司具有很強(qiáng)的技術(shù)研發(fā)實(shí)力，并且具有自身獨(dú)特的無線充電技術(shù)。而目前國內(nèi)涉及無線充電技術(shù)的企業(yè)如海爾、聯(lián)想、碩貝德等，大多停留在無線充電技術(shù)的應(yīng)用階段，缺乏自主研發(fā)的核心專利技術(shù)。因此，WiTricity公司作為無線充電領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)創(chuàng)新型企業(yè)，其圍繞公司核心技術(shù)進(jìn)行的專利布局戰(zhàn)略和特點(diǎn)值得國內(nèi)相關(guān)企業(yè)參考。
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Analysis of WiTricity corporation’s wireless charging patents
Zhou Xiaodan*, Zhao Junjie*, Liang Na**, Wu Shanshan**, Wang Juncheng*
(*Institute of Scientific and Technical Information of China, Beijing 100038)(**School of Information Management, Wuhan University, Wuhan 430072)
In order to know the research and development of the WiTricity, an important innovative American corporation devoted to wireless charging techniques, the WiTricity’s patent applications were studied by using the patentometric method. Based on the data of the USPTO database, the WiTricity’s patent layout and application strategies were investigated in terms of patent application amount, application type,technical difference, technical cooperation and assignee. The results show that the WiTricity Corporation’s technology is still in the phase of rapid growth and the corporation has the stong R&D ability.
wireless charging, patent layout, patentometrics, WiTricity corporation
10.3772/j.issn.1002-0470.2016.04.011
①國家社會科學(xué)基金(12CTQ025)資助項(xiàng)目。
，E-mail: wangjc@istic.ac.cn(
2016-02-01)
②女，1992年生，碩士生； 研究方向：科技政策與管理，專利分析；E-mail： zhouxd2014@istic.ac.cn
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