射頻識別技術(shù)在電機領(lǐng)域的應用分析

射頻識別（Radio Frequency Identification，以下簡(jiǎn)稱(chēng)RFID）技術(shù)，又稱(chēng)電子標簽、無(wú)線(xiàn)射頻識別，可通過(guò)無(wú)線(xiàn)電訊號識別特定目標并讀寫(xiě)相關(guān)數據，而無(wú)需識別系統與特定目標之間建立機械或光學(xué)接觸。

如今，各式各樣的RFID相關(guān)產(chǎn)品和應用層出不窮，將標簽附著(zhù)在一輛正在生產(chǎn)中的汽車(chē)上，廠(chǎng)商便可追蹤此車(chē)在生產(chǎn)線(xiàn)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)入相應權限的區域；汽車(chē)上的射頻應答器還可以用來(lái)征收過(guò)路費和停車(chē)費。

那么，當射頻識別技術(shù)遇到傳統的電機領(lǐng)域，又會(huì )碰撞出怎樣的火花?我們可以看到，RFID是通過(guò)無(wú)線(xiàn)電訊號進(jìn)行數據傳輸的，無(wú)線(xiàn)電的信號是通過(guò)調成無(wú)線(xiàn)電頻 率的電磁場(chǎng)，把數據從附著(zhù)在物品上的標簽中傳送出去，以自動(dòng)辨識與追蹤該物品。本文擬通過(guò)中國專(zhuān)利文獻數據庫對射頻識別技術(shù)在電機領(lǐng)域中的應用進(jìn)行梳理， 希望能夠幫助業(yè)界了解這一領(lǐng)域的專(zhuān)利申請狀況和技術(shù)發(fā)展趨勢，從而做出積極的專(zhuān)利布局。

專(zhuān)利申請總量分析

圖1、射頻識別技術(shù)電機領(lǐng)域在華申請總量分布情況

本文所選取的數據是申請日在1990年之后，國內、國外申請人在中國的專(zhuān)利申請。圖1顯示了在中國專(zhuān)利文獻數據庫中，電機領(lǐng)域涉及射頻識別技術(shù)的專(zhuān)利申請數量分布情況。從檢索的結果看，盡管射頻識別技術(shù)經(jīng)過(guò)了幾十年的發(fā)展，已經(jīng)相當成熟，在各個(gè)領(lǐng)域中都得到了廣泛的應用，但是在電機領(lǐng)域還是一個(gè)非常新的技術(shù) 分支，在國內的申請量并不多，還處于開(kāi)發(fā)應用的初級階段。截至2014年1月，筆者共檢索到相關(guān)專(zhuān)利申請27件；第一件專(zhuān)利申請起始于1990年，是由美 國的西屋電氣公司提交的通過(guò)檢測電機中的射頻信號來(lái)判斷電機是否真的有故障的專(zhuān)利申請。1990年，射頻識別技術(shù)的快速發(fā)展，使得電機領(lǐng)域的技術(shù)人員逐步 關(guān)注到這一技術(shù)，并期望能在電機領(lǐng)域得到新的應用開(kāi)發(fā)。而中國申請人提交的第一件相關(guān)專(zhuān)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(lái)進(jìn)行 電機轉速的無(wú)線(xiàn)檢測的專(zhuān)利申請。在這27件專(zhuān)利申請中，國內申請人提交的專(zhuān)利申請總量達到了在華申請總量的61%，這說(shuō)明雖然我國在該領(lǐng)域起步較晚，但申 請量卻后來(lái)居上，這體現了我國申請人近幾年由于對知識產(chǎn)權保護的重視，企業(yè)的科研投入力度加大，在專(zhuān)利申請量方面保持著(zhù)逐步上升的良好態(tài)勢。

國內專(zhuān)利申請人類(lèi)型及申請領(lǐng)域分析

圖2、國內申請人類(lèi)型分布情況

圖2為國內申請人類(lèi)型分布情況，通過(guò)對國內專(zhuān)利申請人類(lèi)型的統計分析發(fā)現，企業(yè)申請人較多，約占64%，個(gè)人申請人約占24%，院校申請人的申請量較少，占 總數的12%。企業(yè)申請人較多，說(shuō)明射頻識別技術(shù)在電機領(lǐng)域的應用有一定的市場(chǎng)需求；院校專(zhuān)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 究應用，不是注重高端技術(shù)研究的高等院校研究的重點(diǎn)；個(gè)人申請量占到一定的比例，說(shuō)明近年來(lái)我國對專(zhuān)利知識的普及，提高了個(gè)人對提交專(zhuān)利申請的積極性。

目前在全部的27件電機領(lǐng)域涉及射頻識別技術(shù)的專(zhuān)利申請中，實(shí)用新型專(zhuān)利申請占到申請總量的48%，發(fā)明專(zhuān)利申請占到申請總量的52%，其中以《專(zhuān)利合作條 約》（PCT）途徑提交的專(zhuān)利申請占到申請總量的19%，而國內申請人提交的主要是實(shí)用新型專(zhuān)利申請，占到國內申請人專(zhuān)利申請總量的76%，發(fā)明專(zhuān)利申請 占到國內申請人專(zhuān)利申請總量的24%，并且國內申請人的一部分專(zhuān)利申請都是在已有專(zhuān)利基礎上進(jìn)行的部分改進(jìn)，且由于多數申請人對現有技術(shù)發(fā)展水平的掌握不 足，導致其發(fā)明高度有待提升，故一般提交實(shí)用新型專(zhuān)利申請。

技術(shù)熱點(diǎn)應用領(lǐng)域

從射頻識別技術(shù)在電機領(lǐng)域的具體應用來(lái)看，主要集中在以下幾個(gè)方面：

一、 是利用射頻無(wú)線(xiàn)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控制方法的專(zhuān)利申請，該方法利用射頻信號發(fā)送電機角 度修正因子給控制器，以補償期望輸入功率與測量輸入功率之間的差異，從而根據預定提前角曲線(xiàn)來(lái)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(dòng)卷簾的專(zhuān)利申請，其利用射頻傳輸提供控制裝置之間的無(wú)線(xiàn)通信，改進(jìn)金屬卷筒對RF信號的屏蔽和電機內部源噪音的影響，提供允許與RF收 發(fā)器之間進(jìn)行可靠通信的天線(xiàn)，保證電動(dòng)卷簾的金屬卷筒內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)行電機內部放 電信息的測量。如前文所述，美國西屋電氣公司提交了通過(guò)檢測電機中的射頻信號來(lái)判斷電機是否真的有故障的方法和裝置的專(zhuān)利申請，該方法在發(fā)電機中線(xiàn)電壓或 電流超過(guò)規定的門(mén)限值，并接著(zhù)在規定的時(shí)間周期內再次出現超過(guò)該門(mén)限值的第二射頻信號時(shí)，才指示發(fā)電機發(fā)生故障，避免發(fā)電機故障的誤報事故。2007年3 月，瑞典SKF公司提交了一種用于指示在電力傳動(dòng)系統的軸承內的座圈和滾動(dòng)元件之間的非導電介質(zhì)中放電的方法的專(zhuān)利申請，該方法通過(guò)遙測電力傳動(dòng)系統發(fā)射 的射頻信號，該信號包括與非導電介質(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測放電，以及指示預測的放電。芬蘭的ABB有限公司于2009年 7月提交了通過(guò)檢測由放電導致的射頻信號來(lái)測量電機中軸承電流的新方法和新設備的專(zhuān)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)射頻信號檢測設備作為對該同步信號的響應，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)行電機轉子位置、溫度等數據的檢測。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)的轉子磁體位置感測的無(wú)刷直流電機的專(zhuān)利 申請，該電機轉子上的多個(gè)磁體，固定有RFID標簽，各個(gè)RFID標簽中存儲有用來(lái)標識該磁體的唯一識別字符，電機定子極齒中安裝多個(gè)RFID詢(xún)問(wèn)天線(xiàn)， 用于提供RF詢(xún)問(wèn)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)送至電機控制器和驅動(dòng)器單元，從而為電機的功率換向 控制提供信息。2011年9月，美國通用電氣公司提交了涉及轉子表面的實(shí)時(shí)測量系統的專(zhuān)利申請，其將帶有集成傳感器的射頻識別標簽放置在轉子上，以便從轉 子測量各種操作數據。

四、是利用射頻識別技術(shù)進(jìn)行渦輪機轉子葉片的校準、監測。例如，2009年8月，丹麥維斯塔斯風(fēng)力系統集團公司提交了 利用射頻識別標簽來(lái)標記風(fēng)力渦輪發(fā)電機轉子葉片槳距角位置的校準方法的專(zhuān)利申請。該校準方法通過(guò)設置在轉子葉片上的RFID標簽和輪轂上的傳感器之間的無(wú) 接觸感測位置，來(lái)校準轉子葉片槳距。2010年3月，美國通用電氣公司提交了渦輪葉片監測的方法和系統的專(zhuān)利申請，該方法和系統主要解決渦輪發(fā)動(dòng)機轉子葉 片在運行中的狀態(tài)監測問(wèn)題，使用該方法和系統可以獲得在渦輪工作時(shí)的同時(shí)監測和獲取轉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(dòng)機的災難性 破壞。

結論與建議

筆者注意到，我國射頻識別技術(shù)在電機領(lǐng)域中的應用還有很大的進(jìn)步空間， 目前我國申請人專(zhuān)注的都是利用射頻識別技術(shù)的無(wú)線(xiàn)通信功能，傳輸的射頻信號都是已經(jīng)采集處理過(guò)的信號，而國外的專(zhuān)利申請更多的涉及射頻識別技術(shù)的深層應 用，即如何識別出與電機各個(gè)方面有關(guān)的射頻信號，例如對電機內部放電現象的研究，對轉子工作狀態(tài)下旋轉的位置、溫度等實(shí)測數據的監測，以及對渦輪轉子葉片 的校準和實(shí)時(shí)監測等。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)在電機領(lǐng)域的推廣應用，特別是在電機技術(shù)的精密領(lǐng)域，例如本身對電機內部的放電現象就未做深入研究，也就談不上利用RFID技術(shù)發(fā)展電機技術(shù)。

筆者注意到，由于射頻識別技術(shù)本身的特點(diǎn)，其不需要建立機械或光學(xué)接觸，甚至不需要在視線(xiàn)之內，就可以建立標簽和識別器之間的通信連接，并且RFID標簽本 身可以安裝各種傳感器，那么這可以解決電機運轉過(guò)程中轉子的一些相關(guān)物理量不好檢測和傳輸的問(wèn)題。例如，風(fēng)力發(fā)電機中的電機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(gè)發(fā)電機的工作狀態(tài)穩定，及時(shí)發(fā)現問(wèn)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，當電機發(fā)生故障無(wú)法運行時(shí)， 利用RFID技術(shù)可以識別是哪個(gè)部件出了問(wèn)題，從而快速的解決問(wèn)題。針對目前的情況，國內企業(yè)和科研院所之間應加強交流與合作，增加對電機領(lǐng)域應用射頻識 別技術(shù)的研發(fā)力度，解決電機領(lǐng)域的傳統難題，通過(guò)不斷的改進(jìn)與實(shí)踐，掌握核心技術(shù)，縮小與國外企業(yè)的差距，從而增強我國企業(yè)的國際競爭力，以便在未來(lái)市場(chǎng) 競爭中掌握主動(dòng)權。