沈世玲 王秀红

（江苏大学科技信息研究所 镇江 212013）

0 引言

能源是人类赖以生存和发展的基础，党的十九大报告明确指出要 “推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系”。在我国农村农业机械耗能巨大，电动拖拉机能够有效地解决由燃油农业机械所造成的能源和环保问题，因此快速发展电动拖拉机显得十分必要[1]。有研究表明新能源农业机械的动力装置仍远未能达到全面取代常规能源动力装置的地步，为促进其发展，还必须加大对动力装置硬件与软件的研究[2]。

专利是知识产权的核心部分，是一项十分重要的无形资产。专利文献包含丰富的经济信息、技术信息和法律信息，也蕴含了世界上大部分最新的技术情报。因此，研究专利是研究科技创新的必要途径[3]。对专利信息进行科学地分析可以大大提高研究效率，获得大量的竞争信息，提高技术研发和专利工作的质量[4]，是国家和企业取得竞争优势的重要保证[5]。因此，越来越多的学者使用专利信息对技术创新与科技管理进行研究[6]。目前比较典型的专利分析方法有专利地图和社会网络分析法[7]。

国外Chen J K C[8]等学者用交叉比较法侧重对先进国家智能电池的应用专利研究，为行业、政府和研究机构开发智能电池技术提供了有价值的信息；Kwon Y[9-10]等学者从专利发展趋势、专利活动指数、专利申请人国籍分布和专利水平角度对新能源汽车相关的专利进行分析，掌握各国专利申请情况及技术发展趋势；Windasari N[11]等学者通过对过去20年汽车制造商应用电动汽车新技术的专利数量进行分析，预测未来电动汽车的技术发展轨迹。国内抄佩佩[12]等学者从新能源汽车动力电池的专利布局、专利功效手段等内容进行专利数据分析，预测出新能源汽车动力电池的关键技术热点和发展趋势；程凡[13]等运用统计分析和社会网络分析方法对新能源汽车电池技术发展现状及进行研究，并对我国新能源汽车电池技术在发展中所遇到的问题进行了分析，并提出了应对策略。汪守霞[14]等分析了驱动电机及其控制系统的专利申请趋势、主要竞争者、热点专利以及各国申请人在全球的专利布局，找到我国新能源汽车电池技术发展过程中存在的问题，并结合我国国情以及行业发展实际情况为新能源汽车电池技术的发展提出对策与建议。

综合上述文献，国内外学者已经从不同角度对新能源汽车及其电池技术、驱动电机及控制系统方面进行专利情报分析，然而同属新能源领域的电动拖拉机动力装置未有研究。本文运用专利计量分析方法，对相关专利文献进行分析，从更全面的角度剖析电动拖拉机动力装置技术的时空特征、技术演化路线、竞争态势和专利发展情况，挖掘出电动拖拉机动力装置核心技术，从而为我国相关产业发展提供决策参考。

1 数据来源

本文数据来自Derwent Innovations Index （简称DII）数据库，专利数据覆盖全球90多个国家和地区、40个专利授权机构的1 430多万项基本发明。检索式为IC=（B60L） AND （ALLD=（Tractor） OR ALLD=（Agrimotor）） AND AD〉=（19980101） AND AD〈=（20171231）；并对检索结果进行同族专利去重和清洗处理，最终获得506件专利。

2 研究结果分析

2.1 全球专利申请趋势图

通过对专利申请数量和申请年份之间趋势分析可以掌握历年专利申请情况，推测技术发展和研发投入的趋势。图1为全球和中国电动拖拉机动力装置的申请年份和专利数量趋势图，从图1看出全球电动拖拉机动力装置技术发展分为四个阶段：1998～2007年属于技术萌芽期，每年申请的专利数量均少于20件；2007～2012年属于技术发展期，专利申请的数量呈现急速增长的趋势，2012年专利申请数量达到顶峰；2012～2014年属于技术成熟期，专利数量维持在顶峰水平；2014～2017年属于技术衰退期，专利数量有所回落，新技术正在孕育产生。而中国电动拖拉机动力装置技术发展分为两个阶段：1998～2014年属于技术萌芽期，电动拖拉机动力装置技术研究起步较早，在1998年已有专利申请，但是发展一直较为缓慢，其主要原因有：（1）在农村由燃油农业机械造成的能源和环保问题未能得到重视，（2）国家及政府机构没有给予一定的财政支持及鼓励；2014年至今属于技术发展期，专利申请的数量呈现急速增长的趋势，分析其原因有：（1）近年来，国家倡导构建清洁低碳、安全高效的能源体系，（2）电动农机正掀起农机行业的“绿色革命”，各省级政府出台一系列政策鼓励企业对电动农机进行研究开发、试验示范、推广应用。

图1 全球和我国电动拖拉机动力装置的申请年份和专利数量趋势图

2.2 国家/地区分析

2.2.1 国家/地区专利占比分析 根据国家/地区专利占比图，可以掌握电动拖拉机动力装置技术全球专利布局。对TOP10电动拖拉机动力装置技术国家/地区专利占比图进行分析如图2所示，506件专利主要分布在美国和中国，美国以138件专利排名第一，占27.3%，其中有9件是日本企业申请（久保田商事株式会社6件、洋马柴油机公司1件、丰田公司1件、本田公司1件）；中国分布有专利135件（发明专利60件，实用新型专利75件），占26.7%，排名第二，仅次于美国，且均为我国的企业、高校、科研机构、个人申请；此外，世界知识产权组织排名第三，有63件专利，占12.8%；日本排名第四，拥有专利58件（发明专利58件），占11.8%，均由日本企业申请；其次是欧洲（37件）、德国（36件）、韩国（10件）、俄罗斯（8 件）、英国（7 件）、加拿大（5 件）。从以上分析可知：美国和中国在电动拖拉机动力装置技术领域有很大的市场，日本企业很看重美国市场，在美国进行专利布局，而中国市场还没有引起国外专利权人的重视。

图2 TOP10国家/地区专利占比图

2.2.2 PCT申请区域对比 PCT申请可以掌握国际专利申请竞争态势以及各国专利国际布局，一件专利在国际进行专利布局说明它拥有高水平的技术价值和经济价值。电动拖拉机动力装置技术领域共有63件PCT申请，其中美国以30件遥遥领先，是PCT申请的主要国家，分析其主要专利权人发现均是美国的企业，可见美国企业的技术实力很强，同时也很注重全球专利布局；日本有9件PCT申请排名第二，技术实力也不容小觑；其次是韩国和瑞典各有4件PCT申请；中国仅有2件PCT申请（中国大连机车车辆有限公司和台湾的GOGORO公司），一方面可能是中国的PCT申请意识薄弱，没有注重国际专利布局，另一方面可能中国的技术实力确实不足。

2.2.3 Top 5创新性的国家/地区（施引） 后向引用分析[14]是某一特定专利引用先前出现的其他专利的数量，往往在一定程度上表明该项专利建立在先前专利的基础上，在该领域较为先进，具有创新性。对TOP5国家/地区按第一权利人划分的引用进行分析如表1所示，可以看出美国的后向引用率最高，排名第一；第二名是世界知识产权组织，其次是欧洲、日本和中国。此外，美国的平均引用远远超过其他国家，这也说明美国研发的技术最具创新性。

表1 1998-2017年TOP5国家/地区按第一权利人划分的引用分析

2.2.4 Top 5具有竞争力的国家/地区（被引） 前向引用分析[15]是某一特定专利被其他专利所引用，如果一个专利经常被其他专利所引用，其他专利本质上很可能是建立在这个专利基础上的。通常情况下，拥有高被引次数专利的国家也比其竞争者在技术上更领先，处于产业的领先地位。前向引证的数量通常被认为是专利技术价值的一个指标。通过对表1 TOP5国家/地区按第一权利人划分的引用分析，可以揭示出最具竞争力的国家/地区。研究表明：美国、欧洲、日本及世界知识产权组织平均引用率较高，都超过1，这也说明美国、欧洲、日本在电动拖拉机动力装置技术领域是具竞争力的国家。相反地，中国虽然专利文献较多，但是引用者较少，相比于其他主要竞争国家，中国在电动拖拉机动力装置技术领域的竞争力还是较弱。

2.3 技术领域分析

2.3.1 IPC分布 国际专利分类法（International patent classification，IPC）是国际统一专利分类方法，能够方便各国专利工作人员和人们有效检索和取得所需国际性专利信息[16]。表2为检索的506件电动拖拉机动力装置技术相关专利的TOP5 IPC号。从表2发现电动拖拉机动力装置的研究热点技术领域分别为B60L11/18、B60W20/00、B60L08/00、B60L15/20 和B60W10/08，占57.9%，且主要集中在使用从一次电池，二次电池或燃料电池供应的电力技术领域，占28.3%。

表2 电动拖拉机动力装置技术TOP5IPC分布及专利申请量

将IPC号按时间进行划分可以比较全面地了解该技术领域的研究重点及热点变化趋势，对TOP5 IPC技术领域申请量的时间序列分析如图3所示，从图3很直观地观察到这五项技术在近10年（2008年～2017年）都得到迅猛发展。其中，使用从一次电池，二次电池或燃料电池供应的电力这项技术发展尤为显著，是研究的热点和重点技术。相比而言，对于混合动力汽车电机专用控制系统和包括电力推进装置两项技术的研究虽然起步较早，但是发展较为缓慢。

图3 IPC技术领域申请量的时间序列分析

2.3.2 TOP10核心技术 一般认为，前向引用[16]（被引）较高的专利可能涉及该领域内的核心技术，但也应该充分的考虑到授权时间对专利被引次数的影响。一般来说专利授权越早，获得引用的机会也就越大。为消除此影响，本文通过被引参考文献数除以公开的年限计算年均引用量如表3所示，从表3可知Top 10核心专利技术有9件是美国专利，1件是PCT申请，深入分析发现Top 10核心专利技术的专利权人都是美国企业，可见美国企业在该行业的地位遥遥领先。其中年均前向引用率最高的专利为US20100082277A1，其主要研究技术涉及功率控制系统，是核心技术领域。

表3 专利文献的年均后向引用频次

2.4 竞争者分析

2.4.1 TOP10专利权人/专利申请人 对主要专利权人/专利申请人所拥有的专利文献进行分析可以清晰地掌握竞争对手研发状况。对电动拖拉机动力装置技术领域TOP10专利权人/专利申请人分析如表4所示，其中有4个美国企业、3个日本企业、1个韩国企业、1个芬兰企业，中国的西北农林科技大学1所高校，也是唯一来自中国的申请人，可见企业是电动拖拉机技术的主要推动力量，这也利于研究成果转化；美国和中国都是专利申请大国，但美国专利申请集中在CATERPILLAR INC、DEERE &CO、GEN ELECTRIC和THERMO KING CORP这四家企业，占美国专利申请的47.8%；而中国虽然专利申请量多，但在TOP10专利权人/专利申请人中只有一位；TOP10中专利权人/专利申请人中三个日本企业分别为：KUBOTA KK、ISEKI AGRICULT MACH、YANMAR CO LTD，占日本专利申请的59%，可见日本对电动拖拉机的研究也较集中。

表4 TOP10专利权人/专利申请人分析

2.4.2 TOP10中国专利的专利权人/专利申请人 对中国电动拖拉机动力装置技术领域的专利权人/专利申请人进行深入分析发现专利权人/申请人都是中国的高校、企业、科研机构及个人。表5为TOP10中国专利的专利权人/专利申请人分析，从表5可以清楚地观察到中国在电动拖拉机动力装置技术领域方面的专利申请数量虽然多，但是分散在不同的专利权人手里；在TOP10中国专利权人/专利申请人中，5个来自企业，5个来自高校及科研单位，分别为西北农林科技大学、江苏大学、中国科学院深圳先进技术研究院、山东农业大学及河北工业大学，其中西北农林科技大学和江苏大学这两位高校的农业机械专业有着悠久的办学历史，也是学校的重点及优势学科，因此这两所高校在电动拖拉机动力装置技术领域研究成果在高校专利申请中排名前二。

表5 TOP10中国专利权人/专利申请人分析

2.5 专利地图分析

专利地图能够用视觉直观的图表形式反映出专利文献中的技术、经济和法律信息[17]。通过专利地图可以分析该领域技术分布、掌握竞争对手技术情报，为科研单位、高新企业以及政府进行专利战略布局和专利技术研发提供有效地指导[18]。从以上分析得出，美国、日本在电动拖拉机技术领域的研究实力很强，因此对中国、美国、日本电动拖拉机动力装置技术领域分布作宏观专利地图如图4所示。

图4 中国、美国、日本电动拖拉机动力装置技术领域分布的宏观专利地图

从图4可以清晰地看到电动拖拉机动力装置研发的技术概貌和技术分布总共分为15个技术领域：（Signal/Controller）、（Electric device）、（Drive device）、（Left/Steer）、（Brake/Axle）、（Solar energy/Cell）、（Remote/Assembly）、（Electric motor）、（Charge station）、（Engine/Hybrid）、（Front/Rear wheel transmission）、（Combustion/Combustion engine）、（Controller）、（Stator /Rotor）、（Energy supply/Store）。在专利地图中，等高线山脉表示国际技术研发重点，其重要程度用颜色来加以区分，由浅咖啡色、灰色到白色，依次增强，且白色表示专利最集中领域[19]，即技术领域（Brake/Axle）、技术领域（Combustion/Combustion engine）和技术领域（Energy supply/Store）是研究的重点和热点领域。

图4同样可以清晰地看到中美日三国的技术分布，中国（草绿）的技术主要集中在控制系统、制动系统、太阳能、电池等方面；美国（红色）的技术主要集中在信号控制器，充电站、燃烧发动机、电机转子、定子和能源供给，存储等方面；日本（黄色）的技术主要集中在电动装置、驱动装置和电动机的布置安装等。从专利地图可以清晰地观察到中国、美国及日本的研究处于技术互补的态势。

3 结论与建议

本文通过对电动拖拉机动力装置技术申请专利的时空特征、IPC分布、竞争态势分析及发展态势分析，得出以下结论：

（1） 世界电动拖拉机动力装置技术发展阶段特征明显，经历技术萌芽期（1998年～2007年）、快速发展期（2007年～2012年）、技术成熟期（2012年 ～2014年）及技术衰退期（2014年～2017年），目前新技术正在孕育产生；而中国电动拖拉机动力装置技术研究起步早（1998年），但是发展较为缓慢，目前正处于技术快速发展期（2014～ 至今）。

（2） 电动拖拉机动力装置技术专利分布前三位国家分别为美国、中国和日本。美国和中国均是专利分布大国。而在国际专利布局方面美国和日本的专利数量排名前二（分别为30件和9件），而中国申请人主要在国内申请专利，PCT申请只有2件，未注重国际专利布局。

（3）电动拖拉机动力装置技术研究的热点和重点技术领域为使用从一次电池，二次电池或燃料电池供应的电力技术；美国是该领域的技术创新主体，拥有大量的核心技术，且年均引用率最高的专利主要研究技术为功率控制系统（US20100082277A1）。

（4）美国和日本电动拖拉机动力装置技术研究主要集中在3-4个龙头企业手里，而中国的专利申请分散在不同的专利权人手里。

（5）中国、美国及日本对电动拖拉机动力装置技术研究呈现互补态势。中国技术研发主要在控制系统、制动系统和发电机等方面；美国技术研发主要在信号、充电站、电压、电机转子、定子和能源供给等方面；日本技术研发主要在电动装置、驱动装置和电动机的布置安装等。

基于以上分析，我国目前正处于技术快速发展期，应积极引进美国及日本等国家核心技术，加强对前沿研究技术的关注，充分挖掘出技术研发的热点和空白点，降低研发风险避免踩到专利地雷的同时可为研发工作提供支持；我国专利权人分布分散，各省级政府鼓励企业对电动农机进行研究开发、试验示范、推广应用的同时也需积极鼓励企业、高校和科研院所之间进行技术合作，来提高自身技术竞争力，研发出我国自主核心技术；我国还应向美国、日本学习积极对专利进行PCT申请，不仅要进行国内专利申请，也要积极占领国外市场，以期在未来国际竞争中占据领先地位；此外，中国和美国及日本技术处于互补态势，因此可以加强合作，达到互利共赢的局面。