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        射頻識別技術在電機領域的應用分析
        來源: | 作者:迅遠科技 | 發布時間: 120天前 | 105 次瀏覽 | 分享到:

          射頻識別(Radio Frequency Identification,以下簡稱RFID)技術,又稱電子標簽、無線射頻識別,可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據,而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。

          如今,各式各樣的RFID相關產品和應用層出不窮,將標簽附著在一輛正在生產中的汽車上,廠商便可追蹤此車在生產線上的進度;倉庫可以追蹤藥品的所在;射頻識別的身份識別卡可以使員工進入相應權限的區域;汽車上的射頻應答器還可以用來征收過路費和停車費。

          那么,當射頻識別技術遇到傳統的電機領域,又會碰撞出怎樣的火花?我們可以看到,RFID是通過無線電訊號進行數據傳輸的,無線電的信號是通過調成無線電頻率的電磁場,把數據從附著在物品上的標簽中傳送出去,以自動辨識與追蹤該物品。本文擬通過中國專利文獻數據庫對射頻識別技術在電機領域中的應用進行梳理,希望能夠幫助業界了解這一領域的專利申請狀況和技術發展趨勢,從而做出積極的專利布局。

          專利申請總量分析

          本文所選取的數據是申請日在1990年之后,國內、國外申請人在中國的專利申請。圖1顯示了在中國專利文獻數據庫中,電機領域涉及射頻識別技術的專利申請數量分布情況。從檢索的結果看,盡管射頻識別技術經過了幾十年的發展,已經相當成熟,在各個領域中都得到了廣泛的應用,但是在電機領域還是一個非常新的技術分支,在國內的申請量并不多,還處于開發應用的初級階段。截至2014年1月,筆者共檢索到相關專利申請27件;第一件專利申請起始于1990年,是由美國的西屋電氣公司提交的通過檢測電機中的射頻信號來判斷電機是否真的有故障的專利申請。1990年,射頻識別技術的快速發展,使得電機領域的技術人員逐步關注到這一技術,并期望能在電機領域得到新的應用開發。而中國申請人提交的第一件相關專利申請始于2009年,是由華中科技大學提交的利用射頻信號來進行電機轉速的無線檢測的專利申請。在這27件專利申請中,國內申請人提交的專利申請總量達到了在華申請總量的61%,這說明雖然我國在該領域起步較晚,但申請量卻后來居上,這體現了我國申請人近幾年由于對知識產權保護的重視,企業的科研投入力度加大,在專利申請量方面保持著逐步上升的良好態勢。

        射頻識別技術在電機領域的應用分析

          國內專利申請人類型及申請領域分析

          圖2為國內申請人類型分布情況,通過對國內專利申請人類型的統計分析發現,企業申請人較多,約占64%,個人申請人約占24%,院校申請人的申請量較少,占總數的12%。企業申請人較多,說明射頻識別技術在電機領域的應用有一定的市場需求;院校專利申請量較少,很大原因是射頻識別技術的成熟發展和普遍性的研究應用,不是注重高端技術研究的高等院校研究的重點;個人申請量占到一定的比例,說明近年來我國對專利知識的普及,提高了個人對提交專利申請的積極性。

          目前在全部的27件電機領域涉及射頻識別技術的專利申請中,實用新型專利申請占到申請總量的48%,發明專利申請占到申請總量的52%,其中以《專利合作條約》(PCT)途徑提交的專利申請占到申請總量的19%,而國內申請人提交的主要是實用新型專利申請,占到國內申請人專利申請總量的76%,發明專利申請占到國內申請人專利申請總量的24%,并且國內申請人的一部分專利申請都是在已有專利基礎上進行的部分改進,且由于多數申請人對現有技術發展水平的掌握不足,導致其發明高度有待提升,故一般提交實用新型專利申請。

          技術熱點應用領域

          從射頻識別技術在電機領域的具體應用來看,主要集中在以下幾個方面:

          一是利用射頻無線通信功能傳輸各種信號。例如,英國戴森技術有限公司于2005年1月提交了一種涉及電機控制方法的專利申請,該方法利用射頻信號發送電機角度修正因子給控制器,以補償期望輸入功率與測量輸入功率之間的差異,從而根據預定提前角曲線來激勵相位繞組。美國路創電子公司于2007年5月提交了一種涉及射頻控制的電動卷簾的專利申請,其利用射頻傳輸提供控制裝置之間的無線通信,改進金屬卷筒對RF信號的屏蔽和電機內部源噪音的影響,提供允許與RF收發器之間進行可靠通信的天線,保證電動卷簾的金屬卷筒內的控制器和其他控制裝置之間可靠的RF通信。

          二是利用射頻識別技術進行電機內部放電信息的測量。如前文所述,美國西屋電氣公司提交了通過檢測電機中的射頻信號來判斷電機是否真的有故障的方法和裝置的專利申請,該方法在發電機中線電壓或電流超過規定的門限值,并接著在規定的時間周期內再次出現超過該門限值的第二射頻信號時,才指示發電機發生故障,避免發電機故障的誤報事故。2007年3月,瑞典SKF公司提交了一種用于指示在電力傳動系統的軸承內的座圈和滾動元件之間的非導電介質中放電的方法的專利申請,該方法通過遙測電力傳動系統發射的射頻信號,該信號包括與非導電介質中的放電相關聯的射頻信號,處理檢測到的射頻信號以預測放電,以及指示預測的放電。芬蘭的ABB有限公司于2009年7月提交了通過檢測由放電導致的射頻信號來測量電機中軸承電流的新方法和新設備的專利申請,該方法產生同步信號,同步信號可以是與軸承電流生成源相關的任何信號,觸發射頻信號檢測設備作為對該同步信號的響應,記錄與所述同步信號匹配的射頻信號以作為代表軸承電流的信號。

          三是利用射頻識別技術進行電機轉子位置、溫度等數據的檢測。例如,2009年8月,硅谷微M股份有限公司提交了一種基于射頻識別技術的轉子磁體位置感測的無刷直流電機的專利申請,該電機轉子上的多個磁體,固定有RFID標簽,各個RFID標簽中存儲有用來標識該磁體的唯一識別字符,電機定子極齒中安裝多個RFID詢問天線,用于提供RF詢問信號,此位置和磁體識別信號被RFID讀取器接收,RFID讀取器處理此信息并將其發送至電機控制器和驅動器單元,從而為電機的功率換向控制提供信息。2011年9月,美國通用電氣公司提交了涉及轉子表面的實時測量系統的專利申請,其將帶有集成傳感器的射頻識別標簽放置在轉子上,以便從轉子測量各種操作數據。

          四是利用射頻識別技術進行渦輪機轉子葉片的校準、監測。例如,2009年8月,丹麥維斯塔斯風力系統集團公司提交了利用射頻識別標簽來標記風力渦輪發電機轉子葉片槳距角位置的校準方法的專利申請。該校準方法通過設置在轉子葉片上的RFID標簽和輪轂上的傳感器之間的無接觸感測位置,來校準轉子葉片槳距。2010年3月,美國通用電氣公司提交了渦輪葉片監測的方法和系統的專利申請,該方法和系統主要解決渦輪發動機轉子葉片在運行中的狀態監測問題,使用該方法和系統可以獲得在渦輪工作時的同時監測和獲取轉子葉片健全情況的精確方式,以避免一些葉片故障對渦輪發動機的災難性破壞。

          結論與建議

          我國射頻識別技術在電機領域中的應用還有很大的進步空間,目前我國申請人專注的都是利用射頻識別技術的無線通信功能,傳輸的射頻信號都是已經采集處理過的信號,而國外的專利申請更多的涉及射頻識別技術的深層應用,即如何識別出與電機各個方面有關的射頻信號,例如對電機內部放電現象的研究,對轉子工作狀態下旋轉的位置、溫度等實測數據的監測,以及對渦輪轉子葉片的校準和實時監測等。而關于這些方面的技術探索,我國的申請人涉足很少,這很大程度上是因為在電機領域本身,我國的技術水平就落后于其他國家,制約了射頻識別技術在電機領域的推廣應用,特別是在電機技術的精密領域,例如本身對電機內部的放電現象就未做深入研究,也就談不上利用RFID技術發展電機技術。

          由于射頻識別技術本身的特點,其不需要建立機械或光學接觸,甚至不需要在視線之內,就可以建立標簽和識別器之間的通信連接,并且RFID標簽本身可以安裝各種傳感器,那么這可以解決電機運轉過程中轉子的一些相關物理量不好檢測和傳輸的問題。例如,風力發電機中的電機安裝在很高的塔桿之上,檢修和檢測都很困難,為了保證整個發電機的工作狀態穩定,及時發現問題,就可以利用RFID技術,進行這發面的技術探索研究;此外,當電機發生故障無法運行時,利用RFID技術可以識別是哪個部件出了問題,從而快速的解決問題。針對目前的情況,國內企業和科研院所之間應加強交流與合作,增加對電機領域應用射頻識別技術的研發力度,解決電機領域的傳統難題,通過不斷的改進與實踐,掌握核心技術,縮小與國外企業的差距,從而增強我國企業的國際競爭力,以便在未來市場競爭中掌握主動權。

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