磁流變阻尼技術發展及專利布局狀況如何?這篇文章告訴你

2020-12-06 人民網

原標題：我國磁流變阻尼技術迎發展

編者按：隨著近幾年的快速發展，磁流變液作為智能材料的重要組成部分，其研究和應用已得到世界各國科研人員的極大關注，各國紛紛投入了較大財力、物力來搶佔先機。本文作者認為，如今，我國創新主體在磁流變阻尼技術領域的技術創新和專利儲備上雖取得長足進步，但如何解決磁流變阻尼技術領域存在的專利供需不足現象，不斷提高自主智慧財產權磁流變阻尼器的市場競爭力和市場佔有率，則是需要加快改進的地方。

磁流變液（Magneto Rheological Fluid，簡稱MRF）是指在外加磁場作用下的一種黏性、塑性等可使流體發生急劇變化的材料。其在外磁場作用下能瞬間從自由流動的液體轉變為半固體，且材料屈服強度會隨著外磁場的強度大小變化隨機調控磁流變效應。磁流變液產生於1948年，是由美國學者J.Rabinow在實驗中首次發現的。隨著近幾年的快速發展，磁流變液作為智能材料的重要組成部分，其研究和應用已得到世界各國科研人員的極大關注，各國紛紛投入了較大財力、物力來搶佔先機。

磁流變阻尼器是磁流變液重要的應用領域之一，其可通過對阻尼力特性的高精度調控，在汽車製造、測量技術、機械加工等領域具有一定的應用價值，相比應用於汽車上的傳統阻尼器，磁流變阻尼器有著更快的反應速度和更大的阻尼變化範圍，它能以每秒1000次的頻率調整自身的懸掛特性。早在2009年，一輛搭載了磁流變阻尼器懸掛控制系統的凱迪拉克CTS-V汽車，在紐伯格林北環賽道跑出7分59秒32的最快圈速，一舉打破了長期以來四門轎車無法突破8分鐘圈速的魔咒。如今，隨著我國高鐵技術的不斷發展，磁流變阻尼技術動力大、範圍廣、反應迅速的優勢，使得其在高鐵減振領域具有廣闊的應用前景。

技術發展及專利布局

筆者以IPC分類號f16f9+、磁流變阻尼器及中英文相關擴展詞作為基本檢索要素，在中國專利全文庫（CNTXT）中進行模塊化檢索發現，截至2017年12月底，中國提交的磁流變阻尼技術專利申請共計3721件，轉庫到中國專利文摘資料庫（CNABS）中進行統計發現，中國、美國兩國申請人的申請數量之和佔到了全部專利申請的一半以上。

中國與美國是擁有磁流變阻尼相關專利最多的國家。美國在該領域提交的專利申請更多來自於企業，如美國德爾福（DELPHI）公司（115件）、專注振動運動管理的美國洛德（LORD）公司（80件），這兩個企業都擁有較多磁流變阻尼技術的基礎專利。同時，美國的磁流變阻尼技術在工程應用領域的產業化發展較快，洛德（LORD）公司早在1989年就提交了公開號為US4887699A的專利申請，隨後其又陸續在磁流變阻尼技術領域進行相應的技術擴展與專利儲備，並搶先在全球開展專利布局。

中國在磁流變阻尼技術的專利申請情況從1998年起發展至今已有長足進步，從2000年至2015年該領域呈現逐年遞增的趨勢，之後一直處於申請量的平穩發展階段。截至2017年10月31日，中國在該領域提交的專利申請量已達到3721件，目前專利申請量比較多的國內創新主體包括：重慶大學（113件）、哈爾濱工業大學（87件）、北京京西重工有限公司（53件）、合肥工業大學（52件）、浙江大學（51件）、重慶材料研究院有限公司（17件）等。值得一提的是，北京京西重工有限公司於2009年成功收購了美國德爾福（DELPHI）公司的減振和制動業務，在磁流變阻尼技術領域加快了研發應用和專利布局的步伐，但其申請人大部分為國外發明人。

技術分析及應用前景

筆者通過分析發現，由於磁流變效應只有在外磁場的作用下才會發生效能，因此磁場發生單元作為最核心的技術已成為該領域專利申請的必爭之地。磁場發生單元通常包括利用永磁體的磁場和線圈勵磁產生的磁場兩種。線圈勵磁方式是通過改變加在線圈內的電流大小來改變磁場強度。一般通過外部電源裝置給線圈供電，對磁場的強度控制較容易實現，然而線圈勵磁對外部電源具有較強依賴性，使得其在斷電時無法保證阻尼力，同時由於在零電流狀態下阻尼力間隙磁場近似於零，使得磁流變液長期處於零磁場狀態下，容易出現沉降及凝聚難以保證的情況，因此在一些技術中出現了利用永磁體磁場來作為磁場發生單元的阻尼器，如浙江大學獲得的專利號為ZL201020277204.7的無源磁流變抗拉阻尼自適應控制裝置的專利，就採用超磁致伸縮材料、永磁體、磁軛、磁流變液介質和軟磁材料等來構造輸入輸出磁迴路，省掉了線圈和外配電源，且在永磁體不存在零磁場的情況下，有效防止磁流變液沉降。

我國專利申請人對磁場發生單元相關方式進行創新探索與研究。一是從外部電源與永磁體結合使用的角度來對磁場發生單元進行技術改進，提高磁場發生單元的運行效率，如重慶大學獲得的專利號為ZL200410079249.2的汽車懸架系統磁流變液阻尼裝置的磁場發生器的專利，就是由永磁體和電磁線圈組成，實現了降低能源消耗和減小阻尼器的發熱的效果，同時配上相應的電流控制器還可實時調節阻尼特性，提高汽車行駛安全性。二是選擇壓電陶瓷或電磁感應單元的方式產生電能或勵磁電流，可改進線圈勵磁產生磁場的方式，實現無源節能、能量回收等效果，如西安科技大學獲得的專利號為ZL201510945800.5的自供能量式車輛減振裝置的專利，就是新增了多個鑲嵌有壓電振子的壓電模塊作為壓電發電單元，將電磁感應單元的感應線圈纏繞在防漏磁套的外壁上，採用壓電發電單元和電磁感應單元共同產生電能的作用，以產生足夠電能供給磁流變阻尼單元使用，同時把產生的多餘電能輸送給車載蓄電池儲存起來，在電源斷電或不足的情況下正常工作。

通過上述對技術走向及專利分布情況的分析可知，磁流變阻尼技術下一步的專利布局趨勢很可能會在提高磁場發生單元的效率、降低運行能耗、提升密封性能、實現節能環保和結構簡單可靠等方面展開。

如今，我國創新主體在磁流變阻尼技術領域的技術創新和專利儲備上雖取得長足進步，但如何解決磁流變阻尼技術領域存在的專利供需不足現象，不斷提高自主智慧財產權磁流變阻尼器的市場競爭力和市場佔有率，則是需要加快改進的地方。未來，我國還應積極整合各類資源，促進產學研各方的合作，調動發明人實施專利轉化的積極性、主動性，與企業間形成優勢互補，儘早實現專利技術成果轉化。（馮連東 孫磊）

(責編：龔霏菲、王珩)

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