射頻識別技術(shù)在電機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用分析

　　射頻識別(Radio Frequency Identification，以下簡稱RFID)技術(shù)，又稱電子標(biāo)簽、無線射頻識別，可通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。

　　如今，各式各樣的RFID相關(guān)產(chǎn)品和應(yīng)用層出不窮，將標(biāo)簽附著在一輛正在生產(chǎn)中的汽車上，廠商便可追蹤此車在生產(chǎn)線上的進(jìn)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(jìn)入相應(yīng)權(quán)限的區(qū)域;汽車上的射頻應(yīng)答器還可以用來征收過路費(fèi)和停車費(fèi)。

　　那么，當(dāng)射頻識別技術(shù)遇到傳統(tǒng)的電機(jī)領(lǐng)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，無線電的信號是通過調(diào)成無線電頻率的電磁場，把數(shù)據(jù)從附著在物品上的標(biāo)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(xiàn)數(shù)據(jù)庫對射頻識別技術(shù)在電機(jī)領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行梳理，希望能夠幫助業(yè)界了解這一領(lǐng)域的專利申請狀況和技術(shù)發(fā)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(shù)據(jù)是申請日在1990年之后，國內(nèi)、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(xiàn)數(shù)據(jù)庫中，電機(jī)領(lǐng)域涉及射頻識別技術(shù)的專利申請數(shù)量分布情況。從檢索的結(jié)果看，盡管射頻識別技術(shù)經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，已經(jīng)相當(dāng)成熟，在各個領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用，但是在電機(jī)領(lǐng)域還是一個非常新的技術(shù)分支，在國內(nèi)的申請量并不多，還處于開發(fā)應(yīng)用的初級階段。截至2014年1月，筆者共檢索到相關(guān)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(jī)中的射頻信號來判斷電機(jī)是否真的有故障的專利申請。1990年，射頻識別技術(shù)的快速發(fā)展，使得電機(jī)領(lǐng)域的技術(shù)人員逐步關(guān)注到這一技術(shù)，并期望能在電機(jī)領(lǐng)域得到新的應(yīng)用開發(fā)。而中國申請人提交的第一件相關(guān)專利申請始于2009年，是由華中科技大學(xué)提交的利用射頻信號來進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速的無線檢測的專利申請。在這27件專利申請中，國內(nèi)申請人提交的專利申請總量達(dá)到了在華申請總量的61%，這說明雖然我國在該領(lǐng)域起步較晚，但申請量卻后來居上，這體現(xiàn)了我國申請人近幾年由于對知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)的重視，企業(yè)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(tài)勢。

　　國內(nèi)專利申請人類型及申請領(lǐng)域分析

　　圖2為國內(nèi)申請人類型分布情況，通過對國內(nèi)專利申請人類型的統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，企業(yè)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(shù)的12%。企業(yè)申請人較多，說明射頻識別技術(shù)在電機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)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(shù)的成熟發(fā)展和普遍性的研究應(yīng)用，不是注重高端技術(shù)研究的高等院校研究的重點(diǎn);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(jī)領(lǐng)域涉及射頻識別技術(shù)的專利申請中，實用新型專利申請占到申請總量的48%，發(fā)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(nèi)申請人提交的主要是實用新型專利申請，占到國內(nèi)申請人專利申請總量的76%，發(fā)明專利申請占到國內(nèi)申請人專利申請總量的24%，并且國內(nèi)申請人的一部分專利申請都是在已有專利基礎(chǔ)上進(jìn)行的部分改進(jìn)，且由于多數(shù)申請人對現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展水平的掌握不足，導(dǎo)致其發(fā)明高度有待提升，故一般提交實用新型專利申請。

　　技術(shù)熱點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域

　　從射頻識別技術(shù)在電機(jī)領(lǐng)域的具體應(yīng)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(shù)有限公司于2005年1月提交了一種涉及電機(jī)控制方法的專利申請，該方法利用射頻信號發(fā)送電機(jī)角度修正因子給控制器，以補(bǔ)償期望輸入功率與測量輸入功率之間的差異，從而根據(jù)預(yù)定提前角曲線來激勵相位繞組。美國路創(chuàng)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(jìn)金屬卷筒對RF信號的屏蔽和電機(jī)內(nèi)部源噪音的影響，提供允許與RF收發(fā)器之間進(jìn)行可靠通信的天線，保證電動卷簾的金屬卷筒內(nèi)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(shù)進(jìn)行電機(jī)內(nèi)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(jī)中的射頻信號來判斷電機(jī)是否真的有故障的方法和裝置的專利申請，該方法在發(fā)電機(jī)中線電壓或電流超過規(guī)定的門限值，并接著在規(guī)定的時間周期內(nèi)再次出現(xiàn)超過該門限值的第二射頻信號時，才指示發(fā)電機(jī)發(fā)生故障，避免發(fā)電機(jī)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(tǒng)的軸承內(nèi)的座圈和滾動元件之間的非導(dǎo)電介質(zhì)中放電的方法的專利申請，該方法通過遙測電力傳動系統(tǒng)發(fā)射的射頻信號，該信號包括與非導(dǎo)電介質(zhì)中的放電相關(guān)聯(lián)的射頻信號，處理檢測到的射頻信號以預(yù)測放電，以及指示預(yù)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(dǎo)致的射頻信號來測量電機(jī)中軸承電流的新方法和新設(shè)備的專利申請，該方法產(chǎn)生同步信號，同步信號可以是與軸承電流生成源相關(guān)的任何信號，觸發(fā)射頻信號檢測設(shè)備作為對該同步信號的響應(yīng)，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(shù)進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)子位置、溫度等數(shù)據(jù)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(shù)的轉(zhuǎn)子磁體位置感測的無刷直流電機(jī)的專利申請，該電機(jī)轉(zhuǎn)子上的多個磁體，固定有RFID標(biāo)簽，各個RFID標(biāo)簽中存儲有用來標(biāo)識該磁體的唯一識別字符，電機(jī)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(fā)送至電機(jī)控制器和驅(qū)動器單元，從而為電機(jī)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(zhuǎn)子表面的實時測量系統(tǒng)的專利申請，其將帶有集成傳感器的射頻識別標(biāo)簽放置在轉(zhuǎn)子上，以便從轉(zhuǎn)子測量各種操作數(shù)據(jù)。

　　四是利用射頻識別技術(shù)進(jìn)行渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的校準(zhǔn)、監(jiān)測。例如，2009年8月，丹麥維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)集團(tuán)公司提交了利用射頻識別標(biāo)簽來標(biāo)記風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子葉片槳距角位置的校準(zhǔn)方法的專利申請。該校準(zhǔn)方法通過設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片上的RFID標(biāo)簽和輪轂上的傳感器之間的無接觸感測位置，來校準(zhǔn)轉(zhuǎn)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(jiān)測的方法和系統(tǒng)的專利申請，該方法和系統(tǒng)主要解決渦輪發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子葉片在運(yùn)行中的狀態(tài)監(jiān)測問題，使用該方法和系統(tǒng)可以獲得在渦輪工作時的同時監(jiān)測和獲取轉(zhuǎn)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(fā)動機(jī)的災(zāi)難性破壞。

　　結(jié)論與建議

　　我國射頻識別技術(shù)在電機(jī)領(lǐng)域中的應(yīng)用還有很大的進(jìn)步空間，目前我國申請人專注的都是利用射頻識別技術(shù)的無線通信功能，傳輸?shù)纳漕l信號都是已經(jīng)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(shù)的深層應(yīng)用，即如何識別出與電機(jī)各個方面有關(guān)的射頻信號，例如對電機(jī)內(nèi)部放電現(xiàn)象的研究，對轉(zhuǎn)子工作狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)的位置、溫度等實測數(shù)據(jù)的監(jiān)測，以及對渦輪轉(zhuǎn)子葉片的校準(zhǔn)和實時監(jiān)測等。而關(guān)于這些方面的技術(shù)探索，我國的申請人涉足很少，這很大程度上是因為在電機(jī)領(lǐng)域本身，我國的技術(shù)水平就落后于其他國家，制約了射頻識別技術(shù)在電機(jī)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，特別是在電機(jī)技術(shù)的精密領(lǐng)域，例如本身對電機(jī)內(nèi)部的放電現(xiàn)象就未做深入研究，也就談不上利用RFID技術(shù)發(fā)展電機(jī)技術(shù)。

　　由于射頻識別技術(shù)本身的特點(diǎn)，其不需要建立機(jī)械或光學(xué)接觸，甚至不需要在視線之內(nèi)，就可以建立標(biāo)簽和識別器之間的通信連接，并且RFID標(biāo)簽本身可以安裝各種傳感器，那么這可以解決電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中轉(zhuǎn)子的一些相關(guān)物理量不好檢測和傳輸?shù)膯栴}。例如，風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的電機(jī)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(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)穩(wěn)定，及時發(fā)現(xiàn)問題，就可以利用RFID技術(shù)，進(jìn)行這發(fā)面的技術(shù)探索研究;此外，當(dāng)電機(jī)發(fā)生故障無法運(yùn)行時，利用RFID技術(shù)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(nèi)企業(yè)和科研院所之間應(yīng)加強(qiáng)交流與合作，增加對電機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用射頻識別技術(shù)的研發(fā)力度，解決電機(jī)領(lǐng)域的傳統(tǒng)難題，通過不斷的改進(jìn)與實踐，掌握核心技術(shù)，縮小與國外企業(yè)的差距，從而增強(qiáng)我國企業(yè)的國際競爭力，以便在未來市場競爭中掌握主動權(quán)。