从专利技术角度分析伺服压力机传动系统的技术发展

罗　莎贾红叶霍　聪

（1.国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏 苏州 215163；2.码捷科技（苏州）有限公司，江苏 苏州 215021）

从专利技术角度分析伺服压力机传动系统的技术发展

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（1.国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏 苏州 215163；2.码捷科技（苏州）有限公司，江苏 苏州 215021）

近年来，随着伺服电机和伺服控制技术的发展，伺服压力机也得到迅猛发展。采用交流伺服电机直接作为压力机的动力源，通过螺旋、曲柄连杆、肘杆等执行机构将电机的旋转运动转化为滑块的直线运动，实现滑块运动特性可控，以满足冲压加工柔性化、智能化的需求。本文对伺服压力机传动系统领域的专利申请进行分析，对中国、国外的专利申请量进行了统计分析，并详细分析了其中两个分支的技术发展脉络。

伺服；压力机；传动；螺旋；曲柄

为了研究伺服压力机传动系统专利技术的发展情况，笔者以专利数据库中的检索结果为分析样本，从专利文献的视角对伺服压力机传动系统技术的发展历程进行了较全面地统计分析，并对其重点分支进行技术脉络发展分析。

1.伺服压力机传动系统的国内外专利申请量分析

1.1伺服压力机传动系统在中国历年专利申请量分布

图1为伺服压力机传动系统中国历年专利申请量分布，从图中可以看出：自2003年起伺服压力机传动系统在中国开始陆续有申请量，2003年至2007年处于缓慢稳定的发展时期，在该期间处于不断探索阶段；在2007年以后伺服压力机传动系统申请量增长幅度较大，技术生长点呈上升趋势，属于技术发展期，在2010年达到顶峰，可见最近几年伺服压力机传动系统的技术仍然处于不断探索创新新时期；2010年以后国内的申请量虽然有所下降，但仍处于较高的数量。

1.2伺服压力机传动系统领域国外专利申请量分布

由图2可以看出，国外伺服压力机传动系统的专利申请出现于20世纪90年代，由交流伺服控制技术的成熟和发展而产生，其发展过程可以分为4个阶段：

（1）1995年至2001年是伺服压力机传动系统发展的起始阶段，由于大容量伺服电机的研制成功，国外学者首先将伺服电机应用于压力机领域，这一阶段的研究重点为伺服螺旋压力机。

（2）2002年至2005年，该阶段的专利申请呈现增长势头，该阶段伺服压力机传动系统的研究也出现多样化，各种类型的传动系统例如曲轴连杆传动、肘杆传动、曲轴肘杆传动、丝杠肘杆传动纷纷出现，使伺服压力机的负载能力得以提高，适用于大吨位机械压力机。

（3）2006年至2008年，该阶段的专利申请呈现快速增长，该阶段多电机驱动、多点压制的传动形式出现，使压制曲线更加多样化、柔性化。

（4）2009年至2013年，该阶段的专利申请呈现下降趋势，说明伺服压力机传动系统的研究逐渐趋于成熟，国外学者的研究方向有所转移，逐渐转移到伺服压力机控制系统的研究，目的在于使伺服压力机的控制更为精准；考虑到专利申请需要一定的公开时间以及检索数据库的更新时间，2013年和2014年的部分发明专利申请还无法统计。

2.伺服压力机传动系统专利技术发展路线

全伺服驱动传动系统的结构形式主要有螺旋式、曲柄连杆式、肘杆式。笔者仅对螺旋式和曲柄连杆式进行了专利技术脉络分析，而对于肘杆式的专利技术脉络另行分析。

2.1伺服螺旋压力机

伺服螺旋压力机是利用滚珠丝杠将伺服电机的旋转运动转变为滑块的上下运动，该传动类型的特点是：螺杆式传动的最大优势是可在全行程范围的任意位置保持额定压力，即载荷放大比可保持恒定不变，且结构简单，传动精度高。

1997年日本会田公司申请的伺服螺旋压力机（JP9-363652A），它提出了利用伺服电机驱动螺杆进而带动滑块进行上下运动，在整个工作行程中均可以提供最大的载荷，然而由于滚珠丝杠强度和伺服电机功率的限制，此种类型压力机的负载能力有限，为了解决这一问题，该公司于1999年申请了利用两个伺服电机和两个螺旋副驱动滑块运动的双点驱动系统（申请号JP11-179599A）。

中国在这方面也做了一些研究，2003年华中科技大学申请的电动螺旋压力机（申请号CN03254142），通过改变电动机的转矩与转速可以控制大齿轮的动能和滑块的速度，具有行程次数和打击能量与速度可控的优点，适用于多种压力加工工艺，随后山东理工大学（申请号CN200910252595）、青岛平安锻压机械制造有限公司（申请号CN201120219258）、河南中轴控股集团股份有限公司（申请号CN201220125134）和李嘉栋、陈立群（申请号CN200920290374）也分别研制出该类型的伺服压力机。

2.2伺服曲柄压力机

伺服曲柄压力机是指由伺服电机通过齿轮等中间传递机构驱动曲柄使滑块上下运动，该传动结构的伺服压力机可以克服交流伺服电动机经丝杠在传递大的力时摩擦损耗大的不足，并可省掉现有机械压力机上的离合器和制动器，适用于大吨位机械压力机。

伺服曲柄压力机最早在2000年由日本会田公司申请的伺服曲柄连杆压力机（申请号JP2000-125065A），它提出了采用伺服电机通过减速机构驱动曲柄使滑块往复运动，同时结合压力传感器和NC数字控制系统增加滑块的运行速度和准确检测循环位置，同年台湾申请（申请号TW89106485A）也提出了采用伺服电机通过减速机构驱动曲柄使滑块往复运动，同时由数字信号处理器DSP和微电脑控制伺服电机的转速，针对不同的加工类型给予相应的转速函数；由于伺服电机功率的限制，上述压力机的负载能力有限，为了解决这一问题，日本小松公司于2005年申请的压力机（申请号JP2005-089982A）中增加了增力装置，并使增力装置和伺服电机共同作为动力源，并可根据所需压制压力的大小选择伺服电机的个数；为了满足机器和个人安全性能的要求，德国申请了多点压制伺服压力机（申请号为DE102007026727A），并增加了单独的制动系统和启动系统，诸多压力作用点单独控制使安全性能得以提高，该类型的专利申请还有DE102008034971A，JP2010-122998A，JP2011-084798A，KR201110067096A，CN201410850178，CN201210104672。

中国在这方面也做了很多研究，2003年由广东工业大学和广东锻压机床厂有限公司申请的伺服驱动智能型数控曲柄压力机（申请号CN200320118186），驱动控制系统包括伺服电机驱动控制系统和储能电容箱，电容箱等起储能作用，减速时电机作发电机运行，将减速的电能储存于电容器内，降低能耗；随后江苏富力数控机床有限公司（申请号CN200510040134）、山东理工大学（申请号CN200820232451）、广东锻压机床厂有限公司（申请号CN200920057651）和杨茂召（申请号CN200910026203）也分别研制出伺服曲柄连杆压力机。

由上述脉络分析可知，伺服压力机传动系统的研发一开始是在国外，通过对国内外伺服压力机传动系统的分析比较，可以得出我国伺服压力机就整体技术水平和竞争力而言，在沿袭外国的发展路线，较世界先进水平仍有较大的差距，因此我国申请人应致力于开发具有完全自主知识产权的大型伺服压力机，增强我国该方面技术的竞争实力和国际竞争力。

［1］苏敏，王隆太.几种伺服压力机传动结构方案的分析与比较［J］.锻压装备与制造技术，2008（5）：35-38.

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