涡旋压缩机防自转技术的专利分析

胡春妍



涡旋压缩机防自转技术的专利分析

胡春妍

（国家知识产权专利局专利审查协作四川中心 成都 610213）

对国内外涡旋压缩机防自转技术领域的专利文献进行统计，分析了该技术在全球及中国范围内的专利申请量的年度分布、专利申请国分布、主要申请人及其技术构成等，为国内企业在该技术领域的进一步改进、研发提供有效信息。

涡旋压缩机；防自转；专利

0 引言

涡旋压缩机是第三代压缩机，最早于1905年提出，早期由于加工条件及测量技术的限制，没有得到发展，之后得益于70年代的能源危机和高精度数控铣床的出现，涡旋压缩机开始迅速发展[1,2]。相比于第一代的往复式压缩机和第二代的回转式压缩机，涡旋压缩机具有可靠性高、结构简单、体积小、运行效率高等优点，目前广泛应用于空调制冷、石油化工及动力工程领域[3,4]。涡旋压缩机的重要关键技术有涡旋盘的型线设计、机构的研究、强化冷却及密封等几个方面，其中，作为机构研究的关键技术之一的防自转装置是公转型涡旋压缩机不可缺少的一部分[5-9]，防自转机构的运动特性和规律直接影响到涡旋压缩机的运转和优化设计，如防自转装置的耐久性、轻型化和小型化直接影响涡旋压缩机使用寿命、轻型化、小型化的实现。因此，本文从专利角度出发，对涡旋压缩机的防自转技术进行分析，重点分析了全球及中国范围内有关涡旋压缩机防自转装置的专利申请量、申请国分布、主要申请人以及其技术构成等，以期为该产品技术领域的进一步发展提供有利信息。

1 分析样本

本文选用的检索数据库为CPRSABS中文检索数据库以及DWPI外文检索数据库。为提高检索的全面性和准确性，分类号取自国际专利分类表IPC（目前唯一国际通用的专利文献分类检索工具）和日本专利局的F-term分类号。涡旋压缩机防自转机构的分类号主要集中在F04C18/02，F04C29/00和3H039/CC15～18。检索过程中采用的关键词为：防自转，十字环，十字滑环，欧氏环，欧德海姆环，奥德姆环，键联轴节，十字联轴节，滚珠，钢珠，球轴承，销，曲柄，曲拐等，对应的英文关键词为：anti-rotation，non-rotation，oldham，ball，bearing，pin，crank等。采用上述检索要素得到的专利申请经过降噪和筛选后构成了本文研究的专利申请数据库。检索对象限定在全球公开或公告日在2016年5月10日之前的发明和实用新型专利申请。由于发明专利申请通常自申请日起满18个月才能公开（提前公开的除外），PCT申请自申请日起30个月甚至更长时间后才能进入国家阶段，因此，在分析样本中并未包含2014年、2015年、2016年的全部专利申请。

2 涡旋压缩机防自转技术专利分析

2.1 申请量年度分布

图1 申请量年度分布图

图1为涡旋压缩机防自转技术领域的申请量年度分布，包括全球范围内及中国范围内申请量的分布。从图1可以看出，该技术领域的发展趋势大致可以分为以下三个阶段：

（1）第一阶段（1991年以前）：这一阶段为萌芽期，由于涡旋压缩机起步较晚，这一时期对于防自转装置的研究还较少，每年全球专利申请量只有1-2件，1981年，日本三电公司开始大批量生产汽车空调用涡旋压缩机[1]，1982年三菱电机也生产出汽车空调用涡旋压缩机，1987年美国谷轮公司研发出家用空调用的涡旋压缩机。较早出现的防自转装置为十字环结构和滚珠以及不成熟的曲柄销结构，研究主要集中在结构研发上。

（2）第二阶段（1992-2010年）：由于在实际使用中，涡旋压缩机的防自转装置出现磨损严重和振动噪音较大等问题，对其进行研究的企业变多，从1992年开始，涡旋压缩机的防自转技术领域的申请量开始迅速增加，属于快速发展期。特别地，1994-1995年专利申请量达到顶峰，申请量的爆发式增长主要是由于日本申请量的增加，这与其国内的相关政策有一定的关系，但从1996年开始，全球申请总量维持稳定，后期开始稳步下降，说明对涡旋压缩机防自转技术的研究有较显著的成果，急需解决的技术问题也得到了很好的解决。与此同时，中国范围内的申请量开始缓慢增加，但起步较国外晚了十余年。

（3）第三阶段（2011年以后）：从图1中可以看出，2011年以后，随着中国申请量的增加，全球总量又开始上升，但除去中国的申请量，从1996年之后，外国申请量一直是稳步下降的趋势，说明这一技术已经不是热点技术，同时也体现了涡旋压缩机防自转技术已发展成熟。由于中国起步较晚，难有开拓性进展，大多还是进行改进性研究。

2.2 申请国分布

从图2可以看出，该领域申请国中，占比最大的是日本，为70%，其次是中国、韩国、美国，这与实际发展是一致的，日本一直是空调制冷行业的大国，其拥有许多制冷压缩机制造企业，注重技术发展的同时也非常注重专利布局。虽然中国的申请量位居第二，但其中约一半为实用新型，还有部分为外国企业在华分部直接向中国专利局提交的申请，国内院校、企业自主原创的专利申请较少，也比较分散。

图2 申请国分布图

2.3 主要申请人分布

根据统计结果，专利申请量排名前10的申请人为日立、三电、三菱、松下、LG、日本东机工、大金、三洋、艾默生和阿耐思特岩田，其中，申请量最大的为日立。从上述申请人的所属国可以看出，80%为日本企业，韩国和美国各占10%，没有中国企业跻身其中，说明中国在该领域的发展相对滞后，缺乏核心技术。从图3中可以看出，十字环是防自转技术领域的主要方向，其次是曲柄、销结构和滚珠、球轴承结构的平行四连杆类防自转装置。日立公司在该领域占据领先地位，其在这两类防自转技术中的投入比例约为6:4，偏向十字环，类似格局的还有三菱、松下、LG、大金和日本东机工。申请量位列第二的三电公司虽然总量与日立相差不多，但其研发重点集中在滚珠、球轴承结构的平行四连杆类防自转技术上，这与其主要产品是汽车用空调压缩机紧密相关。三洋电机和艾默生不涉及平行四连杆类的防自转技术的研究。值得一提的是，前十申请人中只有阿耐斯特岩田没有涉及十字环的研究，这主要是由于其主要涡旋压缩机基本为空压机，不涉及传统的制冷压缩机。

图3 前10位申请人申请量分布图

2.4 主要申请人的技术分布

涡旋压缩机防自转装置包括十字环类和平行四连杆类，十字环类在结构上存在平面型（十字环的键和环共平面，或者十字环没有键，只有环）、一侧型（十字环的键在环的一侧）和两侧型（十字环的键在环的两侧）三种，在材料上主要有轻型材料，耐磨材料以及润滑材料。平行四连杆类主要有滚珠/球轴承以及小曲拐/曲柄销/销-孔等结构。对这两大类的申请量进行比较可知，十字环类防自转装置占总申请量的62%，平行四连杆类则占38%。可见，十字环类是研究的重点，因此，对主要申请人的技术分布进行研究时，主要对前9位申请人关于十字环的研究进行分析（第10位申请人阿耐斯特岩田不涉及对十字环的研究）。

图4 前9位申请人对十字环的结构、材料的申请量气泡图

从图4中可以看出，结构优化是十字环结构的主要方向。由于两侧型十字环结构稳定，刚性好，因此，多数申请人的重点研究方向均是两侧型结构的十字环。一侧型在小型化方面具有研究价值，因此，除了三电，其他8位申请人均对一侧型十字环结构进行了研究；平面型十字环结构的研究较少，只有6个申请人对其进行了研究，申请量均在4件以内，松下、三洋和艾默生均没有涉及平面型十字环的研发。虽然对材料研究的申请量比结构的申请量少，但前9位申请人均对十字环的材料进行了研究，说明这也是十字环研究的一个重要方向，由于十字环为滑动摩擦，其摩擦较大，因此，对提高十字环耐磨性的材料也有较多研究，对轻型化材料的研究次之，但提高润滑性能的材料研究较少，只有日立、三菱、松下、大金以及艾默生有涉及，申请量均在1-2件。

3 结语

本文对涡旋压缩机防自转装置的专利技术进行了整理、归纳和分析，着重关注了该领域全球和中国范围内的申请量年度分布，申请国分布、主要申请人及其技术研发中的焦点和热点等信息，可以看出，十字环类作为应用最多且申请量最大的涡旋压缩机防自转装置，由于十字环摩擦为滑动摩擦，运行时摩擦力较大，因此，从结构上、材料上进行改进来获得更优的性能是研发的重点，主要改进集中在十字环键、环的结构改进、润滑改进及材料改进三个方向；滚珠、球轴承、销-孔、曲柄-销等形式的平行四连杆类防自转装置主要应用在空气压缩领域，主要改进集中在结构改进、润滑改进两个方向。

国外在该领域的起步早，发展快，特别是日本，其申请量占该领域的70%，属于该领域的技术强国，技术分布也各有侧重。中国的申请量虽然位于第二，但却没有一家企业、院校进入该领域的前10，说明国内较国外发展滞后，缺乏核心技术，要提高在该领域的话语权，需要加大研究力度，找到进入该领域的突破口，还需要积极吸收新技术，站在巨人的肩膀上继续进行研发。只有不断提高自身创新能力，打破国外企业的技术壁垒，才能增强我国在该领域的竞争力。

[1] 冯健美,屈宗长.涡旋压缩机的发展优势和关键技术[J].中国机械工程,2002,(19):1706-1708.

[2] RW Moore, RW Shaffer,JE Mccullough. A Scroll Compressor for shipboard Helium Liquefier System[C]. In: Proc. of International Compressor Engineering Conference, Purdue, 1976:417-422.

[3] 胡继孙,何亚峰,张秀平,等.涡旋式制冷压缩机应用和技术现状及发展趋势[J].制冷与空调,2016,(4):1-7.

[4] 李连生.涡旋压缩机[M].北京:机械工业出版社,1998:3-4.

[5] 王宏斌.涡旋压缩机的涡旋盘防自转机构[J].山西煤炭管理干部学院学报,2008,(2):166-167.

[6] 雷杰.涡旋压缩机防自转机构特性研究[D].兰州:兰州理工大学,2016.

[7] 周家胜.涡旋流体机械防止自转机构[J].压缩机技术,1995,(3):5-10.

[8] 李文华,褚红艳.涡旋压缩机球形防自转机构的分析[J].压缩机技术,2007,(4):13-15.

[9] 刘振全,赵嫚,李超.涡旋压缩机曲柄销防自转机构分析[J].兰州理工大学学报,2006,(4):53-55.

Analysis of Patents of Anti-rotation Mechanism of Scroll Compressor

Hu Chunyan

( Patent Examination Cooperation of the Patent Office, SIPO, Sichuan, Chengdu, 610213 )

The paper, from the perspective of patent, analyzed the patents related to anti-rotation mechanism of scroll compressors. Annual distribution of patent applications worldwide and within China were shown respectively. The number of the related patents distributed by countries were summarized. The main applicants were listed in this paper, and their patent distribution of different anti-rotation methods were also reviewed. The purpose of this paper is to provide useful information for further development of anti-rotation mechanisms for scroll compressors.

Scroll Compressor; Anti-rotation; Patent

1671-6612（2017）06-653-04

TH455

A

胡春妍（1989.03-），女，硕士，实习研究员，E-mail：240397878@qq.com

2017-05-15