张颖超

（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏苏州，215000）

无刷双馈电机专利技术发展

张颖超

（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏苏州，215000）

近年来，作为可再生能源的风力发电受到了全球范围的广泛关注，人们越来越重视适用于风力发电的新型电机，无刷双馈电机以其简单的结构，高可靠性，具有异步和同步电机两种电机的综合特点，通过控制激磁绕组的电压和频率易于实现变速恒压恒频发电，是一种适合风力发电运行环境的新型电机。本文主要以DWPI、SIPOABS专利数据库以及CNTXT数据库中的检索结果为分析样本，从专利文献的视角对无刷双馈电机的发展进行了全面的统计分析，总结了与无刷双馈电机相关的国内和国外专利的申请趋势、主要申请人分布以及其转子结构的发展路线做了一定的分析，并从中得到一定的规律。

无刷；双馈；磁阻式转子；笼型转子；发展路线

0 引言

众所周知，全球正在面临能源危机和环境污染，风力发电具有同时完成一次能源的建设和开发的优点，且投资成本小，不需要对非再生能源进行开采和运输，因此具有无限的发展潜力。目前，世界风力发电市场的两大主流风力发电机分别是：双馈式变速恒频风力发电机和直驱式风力发电机。

本文主要以SIPOABS、DWPI专利数据库以及CNTXT数据库中的检索结果为分析样本，从专利文献的视角对无刷双馈电机的发展进行了全面的统计分析，总结了与无刷双馈电机相关的国内和国外专利的申请趋势、主要申请人分布及其转子结构的发展路线做了一定的分析，并从中得到一定的规律。

1 无刷双馈电机专利申请概况

1.1 国外专利申请状况

无刷双馈电机国外专利申请趋势，大致可以分为三个时期，各时期划分以申请量增长率的变化为标准。

（1）萌芽期（1997年之前）

1975年，Broadway对Hunt，申请了关于自串级无刷异步机的专利，形成了无刷双馈电机的雏形，由于DWPI数据库自身收录特点，在该数据库中最早出现的相关专利申请在1975年，然而这并不是关于无刷双馈电机最早的专利申请年份。从图1中可以看出，从1975年至1997年之间，申请量极少，无刷双馈电机还处在萌芽阶段。

（2）增长期（2000-2011年）

从2000年开始，无刷双馈电机的申请量趋势呈增长状态。作为一种新型的交流电机，无刷双馈电机可靠性高，通过控制激磁绕组的电压和频率易于实现变速恒压恒频发电，适合于运行环境恶劣的风力发电领域，因此国外对开始重视对无刷双馈电机结构的改造，主要探索适于无刷双馈电机的控制策略，以使其能够迈入实用化阶段。

（3）下降期（2012年至今）

从2012年开始，无刷双馈电机的发展总体趋势趋于下降。由于无刷双馈电机定转子结构已经发展成熟，对无刷双馈电机本体结构的研究进入了瓶颈期，目前研究的方向是对发电机运行的控制策略。

根据各国家的申请量分析，美国和英国两个国家的申请总量占国外申请总量的62%，分别研究磁阻转子和笼型转子的无刷双馈电机，申请量占主导地位。

1.2 中国专利申请状况

无刷双馈中国专利申请趋势，与国外专利类似，大致可以分为三个时期，第一时期为1995-2004年，从20世纪90年代开始，中国的高校和科研机构才陆续开始研究无刷双馈电机，申请人类型以个人申请和高校申请为主，占90%以上，鲜有公司申请；第二时期为2005-2012年，中国专利申请趋势总体呈现上升趋势，并且在2010-2012年之间突飞猛进，在该时期内，公司类申请人数量增加到了15%左右的份额，也说明在这段时期内，无刷双馈电机本体的设计及效率等方面的发展水平较之前要高；第三时期为2013年至今，与国外申请类似，从2013年开始，关于无刷双馈电机的发展总体趋势趋于下降，无刷双馈电机定转子结构已经发展成熟。

2 无刷双馈电机专利技术发展路线

无刷双馈电机的发展是一个曲折且漫长的过程。最早，美国的Steminmetz 和德国的Gorgess 在1893 年提出了将两台绕线式异步电机串级同轴相连，从而实现无刷双馈的运行方式。20世纪初期，Hunt研究出同时具有单一的转子绕组和不同极数的单一定子绕组的电机，实现无刷化。

直到20世纪70年代，Broadway对Hunt提出的电机做了改进，将自串级无刷异步机的理论向前推进了一步，后来Broadway又将相调制理论应用到极变换绕组中，提出了可用磁阻转子替代短路的笼型转子。

近年来，美国、英国、澳大利亚和日本等国家的许多高校和科研机构已经对无刷双馈电机进行了较为深入的研究。英国剑桥大学、Oregon 州立大学专门研究笼形转子结构的无刷双馈电机；美国Wisconsin 大学的T.A.Lipo 和美国Ohio 州立大学的Longya Xu 教授专门研究磁阻转子结构的无刷双馈电机。

国内对无刷双馈电机的探究比国外晚很多，沈阳工业大学最早对其进行探索研究，其主要研究方向是电机的基本运行原理，并提出了新磁场调制式无刷交流电机理论。其次，华中科技大学、湖南大学、东南大学、天津大学和中国矿业大学等国内高校和一些科学研究机构也陆续对无刷双馈电机进行了研究，它们的主要研究对象是巢式回路鼠笼转子的无刷双馈电机，并获得了很多研究成果。

其中沈阳工大的张凤阁教授根据仿真分析和参数计算对磁场调制式的无刷双馈电机作了深入的研究，通过转子磁场极数的转换，使电机达到良好的动态响应。

由北京交通大学的刘慧娟副教授和Longya Xu教授课题组，研究了“径向叠片磁障式转子的无刷双馈电机”，通过对其进行参数设计和电磁场、温度场等分析并制造实验样机，经过长期的实验数据表明，该电机具有良好的性能。

3 结语

从国内外无刷双馈电机的专利技术发展来看，该技术领域的技术成熟度已经很高，国外的无刷双馈电机技术发展经历了漫长发展周期，而中国对于无刷双馈电机发展的时期相对较短，并且晚于国外关于无刷双馈电机的发展。国内外公司对该电机的应用技术研究较少，因此国内外可以通过对电机本体进行深入研究，改善电机的设计方式和制造工艺、主攻电机控制方法，使无刷双馈电机的调速系统能够在产业上广泛应用，在风能水能利用中真正发挥应有的作用。

[1] 专利公开号：US3927358A.

[2] 专利公开号：US6710495B2．

[3] 专利公开号：CN100568677C.

[4] 专利公开号：CN102005843A.

[5] 专利公开号：CN102097913A.

Development of patent technology for brushless doubly fed motor

Zhang Yingchao
（Patent examination cooperation Jiangsu center of the patent oddice,sipo，Suzhou，Jiangsu，215000）

In recent years,wind power as the renewable energy by widespread concern in the global scope, people pay more and more attention to applicable to wind power as a new kind of motor, brushless doubly fed machine with its simple structure,high reliability,with the comprehensive characteristic of asynchronous and synchronous motor,two kinds of motor,by controlling the voltage and frequency of the excitation winding is easy to realize the variable speed constant frequency and constant voltage power,is a suitable for wind power generation operating environment as a new kind of motor.This paper mainly to DWPI,SIPOABS patent database and CNTXT database retrieval results for the analysis of the sample,from the patent literature from the perspective of the development of brushless doubly fed machine were comprehensive statistical analysis,summarized and brushless doubly fed machine related domestic and foreign patent application trend, mainly distributed in the applicant and the rotor structure of the development route do some analysis, and the obtained certain rules.

brushless;doubly fed;reluctance rotor;cage rotor;development route

张颖超（1987—），女，黑龙江省伊春市人，职务：审查员，研究方向：电机。