磁致伸縮轉(zhuǎn)矩/扭矩傳感器的專利技術(shù)綜述

劉彥庭 羅敏

摘 要

本文以磁致伸縮轉(zhuǎn)矩/扭矩傳感器的專利申請(qǐng)作為分析對(duì)象，重點(diǎn)介紹了該類傳感器的技術(shù)分支，并對(duì)全球以及中國(guó)范圍內(nèi)的磁致伸縮轉(zhuǎn)矩/扭矩傳感器的專利申請(qǐng)態(tài)勢(shì)、技術(shù)來(lái)源國(guó)及目標(biāo)國(guó)、全球以及中國(guó)申請(qǐng)人做了研究分析，從而能夠從專利角度對(duì)磁致伸縮轉(zhuǎn)矩/扭矩傳感器進(jìn)行更深入的認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞

磁致伸縮;轉(zhuǎn)矩/扭矩傳感器;鐵芯

中圖分類號(hào)： TH823.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 17 . 25

隨著科技的發(fā)展，各類的傳感器在各個(gè)領(lǐng)域中大量得到使用。而利用材料的磁致伸縮效應(yīng)研制而成的磁致伸縮傳感器，近年來(lái)也得到了廣泛的應(yīng)用，并不斷被改進(jìn)和發(fā)展。

按照發(fā)展歷史，磁致伸縮轉(zhuǎn)矩/扭矩傳感器可分為磁頭型扭矩傳感器，變壓器式依附式磁彈性扭矩傳感器，十字形扭矩傳感器，環(huán)形磁彈性扭矩傳感器以及使用非晶態(tài)合金作為磁致伸縮材料的扭矩傳感器等。

1 技術(shù)分支

磁致伸縮轉(zhuǎn)矩/扭矩傳感器根據(jù)形狀可以分為單U型、交叉U型或多排U型以及其他類型;根據(jù)鐵芯布置方式，可以分為單個(gè)鐵芯布置方式與環(huán)繞型分布方式;根據(jù)磁致伸縮部分的設(shè)置方式，可分為轉(zhuǎn)動(dòng)軸本身為磁致伸縮材料，以及磁致伸縮部分為磁致伸縮膜或薄帶。

2 申請(qǐng)量的態(tài)勢(shì)分布

從圖1可以看出，雖然磁致伸縮轉(zhuǎn)矩/扭矩傳感器的理論提出以及初期研制都很早，但直到20世紀(jì)80年代才開(kāi)始出現(xiàn)專利申請(qǐng)，且在80年代后期明顯增長(zhǎng)。期間雖然有所波動(dòng)，但一直保持增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，并在1996年時(shí)達(dá)到了一個(gè)頂峰。而在1996-2004年，申請(qǐng)量有所下降，但保持了一個(gè)比較穩(wěn)定的值。在2006-2007兩年間又出現(xiàn)了一個(gè)短暫的高峰期，但隨后申請(qǐng)量以比較明顯的速度下降，直到2016年都維持在比較低的數(shù)量。

可以看出，在1996年以后，新材料以及新結(jié)構(gòu)的研發(fā)減緩，此領(lǐng)域?qū)嶋H已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)飽和的狀態(tài)。而2006-2007年期間的短暫增長(zhǎng)，貢獻(xiàn)主要來(lái)源于本田，其改進(jìn)主要在于整車系統(tǒng)而非傳感器本身的結(jié)構(gòu)與材料。

相比起世界范圍內(nèi)的申請(qǐng)，我國(guó)的申請(qǐng)量差距非常明顯，并且從后面的分統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，我國(guó)申請(qǐng)中多數(shù)還是國(guó)外公司的申請(qǐng)。從態(tài)勢(shì)上看，在90年代初期由少量申請(qǐng)以后，直到2004年以后才有了明顯的增長(zhǎng)，然而到了2012年以后又回歸到了比較低的水平。

究其原因，第一，從發(fā)表論文的情況看，我國(guó)在磁致伸縮轉(zhuǎn)矩/扭矩傳感器的研究起步很晚，到目前依舊為一個(gè)比較落后的階段;第二，在后面第4節(jié)可以看到，此領(lǐng)域多數(shù)的申請(qǐng)人都為日本汽車公司，主要應(yīng)用領(lǐng)域也在汽車行業(yè)，形成了比較完備的技術(shù)壁壘。我國(guó)的汽車科技相對(duì)比較落后，在起步早且相對(duì)成熟的日本汽車企業(yè)的專利布局中，能夠做出的改進(jìn)和突破空間較小;第三，我國(guó)科技工作者對(duì)此類傳感器的研究興趣不大，導(dǎo)致該領(lǐng)域的成果不多。

3 技術(shù)來(lái)源國(guó)以及目標(biāo)國(guó)分析

從圖3可以看出，雖然最早的磁致伸縮轉(zhuǎn)矩/扭矩傳感器由美國(guó)人發(fā)明，但在專利申請(qǐng)領(lǐng)域，日本占據(jù)絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，擁有近九成的份額。排在第二和第三位的是美國(guó)和德國(guó)，但數(shù)量與日本相差甚遠(yuǎn)。

而從圖3可以看出，技術(shù)目標(biāo)國(guó)排名前三的為日本，美國(guó)以及歐洲。雖然日本所占比例并不如圖2中那么高，但依然位于非常領(lǐng)先的位置，占據(jù)近七成。美國(guó)和歐洲的專利數(shù)量相對(duì)有所提升，也是因?yàn)槿毡竟驹诿绹?guó)以及歐洲提出了較多的申請(qǐng)。由此可以看出，日本為磁致伸縮轉(zhuǎn)矩/扭矩傳感器的最主要原創(chuàng)國(guó)以及最主要的市場(chǎng)，其主要競(jìng)爭(zhēng)也集中在日本本國(guó)以內(nèi)。

4 全球申請(qǐng)人分析

從圖4可以進(jìn)一步看出，全球主要申請(qǐng)人都是來(lái)自日本的企業(yè)，并且都是來(lái)自汽車行業(yè)。

其中排名前三位的為HONDA MOTOR CO LTD（本田技研工業(yè)株式會(huì)社），AISIN SEIKI KK（愛(ài)信精工）以及TOYODA AUTOMATIC LOOM WORKS（豐田自動(dòng)織機(jī)株式會(huì)社），都是汽車相關(guān)行業(yè)。而從其提出的專利申請(qǐng)來(lái)看，多數(shù)也都是與汽車相關(guān)的。

雖然磁致伸縮轉(zhuǎn)矩/扭矩傳感器在中國(guó)專利的申請(qǐng)量不多，但對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后可以發(fā)現(xiàn)，除了北京科技大學(xué)、中科東方工程師事務(wù)所為中國(guó)本土單位有專利申請(qǐng)以外，其余申請(qǐng)人皆為國(guó)外申請(qǐng)人。其中本田技研工業(yè)株式會(huì)社再次大幅領(lǐng)先，可以反映出其在中國(guó)進(jìn)行專利布局的意圖。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)磁致伸縮轉(zhuǎn)矩/扭矩傳感器專利技術(shù)進(jìn)行了梳理及分析，重點(diǎn)關(guān)注了本領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展動(dòng)向。研究表明在該類傳感器的鐵芯形狀、布置方式以及磁致伸縮部分，各專利申請(qǐng)人都進(jìn)行了研究和發(fā)展，但從專利申請(qǐng)量的趨勢(shì)以及最近的技術(shù)方案來(lái)看，這一領(lǐng)域的發(fā)展開(kāi)始出現(xiàn)飽和，新的結(jié)構(gòu)或者材料尚未出現(xiàn)。另外，該類傳感器的研究主要集中在日本企業(yè)，而日本以外的科研單位并未在該領(lǐng)域有所布局。

參考文獻(xiàn)

[1]文西芹，等.逆磁致伸縮效應(yīng)扭矩傳感器的歷史，現(xiàn)狀，趨勢(shì)[J].傳感器世界，2002（2），1-6.

[2]文西芹，等.逆磁致伸縮效應(yīng)扭矩傳感器的設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)電，2001（4），3-6.

[3]孫毓斌.基于逆磁致伸縮效應(yīng)的扭矩測(cè)量系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D]燕山大學(xué)2013.

[4]王榮.一種逆磁致伸縮扭矩傳感器[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器，1992（2），44-45.