无阀压电泵技术专利分析

无阀压电泵技术专利分析

张晶

国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心

摘 要：本文对无阀压电泵技术领域的专利进行了技术分析，总结了该技术研究较多的国家的专利数量分布，并分析国内外的申请趋势以及重要申请人。对该技术领域的主要技术分支以及申请量分布进行归纳总结，并分析主要技术分支，奠定了该领域技术研究的进一步发展方向。

关键词：无阀，压电泵，专利

无阀压电泵是通过压电元件的逆压电效应驱动弹性体振动，并利用特殊形状的流道使流体在相反方向上产生不同的阻力、随温度改变流体粘性改变的性质或者从物质振动中而来的超声波驱使流体流动，实现流体的单向流动。泵腔内是否包括可运动阀部件是无阀压电泵与有阀压电泵的主要区别。

有阀压电泵内包括可运动阀部件；无阀压电泵内无可运动阀部件，因此可以简化结构，使微型化、集成化成为可能[1-5]。因此，本文从专利角度出发，对无阀压电泵技术进行分析，为进一步发展该技术领域提供有利信息。

1 分析样本

本文的检索库采用中国专利全文数据库（CNTXT）和外文专利全文数据库（ENTXT）。为了保证该技术领域的分析全面性，本文采用该技术领域的IPC分类号F04B43/04，F04B43/02与准确的关键词以及相应的外文关键词（无阀、压电、微型、小型、集成等）进行检索。本文获取截止到2021年6月8日的检索数据，共获得该领域的497篇专利文献分析样本。

2无阀压电泵技术专利分析

2.1全球专利申请趋势和中国专利申请趋势

图1所示出的为无阀压电泵技术全球专利申请和中国专利申请的总体趋势，由于专利申请公开的延迟性，因此，本文中2019-2021年之间的数据并不完整，不能反映实际情况，仅作参考。从整个趋势来看，明显的该项技术在申请量上处于下滑状态，说明该项技术目前已经相对较为成熟。在整个泵领域，压电泵技术也是相对较为成熟的技术，细分到无阀压电泵领域中，其他泵中部分成熟的技术可以直接借鉴。因此，其申请总体的量相对而言较少。全球专利申请量最多的时候是在2011年左右，之后便处于急速下滑状态，中国专利申请在2011-2013年之间申请量较高，并且起步相对于全球专利申请而言也较晚，相对比较集中。

图1全球专利申请趋势和中国专利申请趋势

图2示出了全球专利申请来源国构成，可以看出，目前中国、美国、日本、欧盟和德国为该项技术的主要来源国，虽然中国的原创申请量较大，但是专利的质量与技术含量并未达到较高水准。

图2全球专利申请来源国构成

2.2 主要专利来源国申请趋势

目前几个主要来源国中，只有中国在这几年还保持较高的申请量，其他国家均处于申请量低谷，说明了该项技术的核心目前仍掌握在国外的申请人手中，并且从图3历年申请量图可以看出，德国的技术发展最早，从20世纪70年代至今在该领域的研究始终没有中断，并且申请量一直呈稳步增长，直至21世纪进入发展成熟期；在美国，该技术自20世纪80年代出现至今，申请量整体呈不断上升趋势，在21世纪初申请量急速增长，说明美国在该技术领域的研究投入越来越多，保护力度不断加强；欧盟和日本的技术起源于同一时期，但相较欧盟的基本稳定增长而言，日本直至21世纪初申请量才急速增长；中国和韩国起步较晚，21世纪才兴起该技术，中国从21世纪以来在该技术领域投入大量的研究，申请量急速增长；而除中国在21世纪至今一直在该技术领域投入大量研究外，其他五国均在20世纪初进入成熟期，申请量骤减。从各国同一时期的申请量来看，德国发展最早，进入20世纪80年代以来，美国的申请量基本上远超其他各申请国，处于该领域的前沿，引领发展潮流；而中国发展较晚，但是目前还对该领域投入了大量的研究，可见该领域在中国有着巨大的市场和潜力。

图3六国专利历年申请量趋势

2.3 主要技术分支

通过对目前公开的无阀压电泵的全球专利申请进行分析和梳理，通过对相关专利的技术方案的分析，可以得到如图4所示的无阀压电泵重点技术分解。一级分支为流阻差型以及动力型，其中流阻差型可分为锥形流管、Y型流管、双环管、波纹腔底以及螺旋流管，而动力型，主要涉及压电超声、压电螺杆、压电齿轮以及仿鱼尾型。

图4无阀压电泵重点技术分解

如图5所示，从各个重点技术分支占比情况来看，涉及流阻差型的占86%，其次是动力型，占14%，而在流阻差型中，涉及最多的是Y型流管无阀压电泵，其次是螺旋流管无阀压电泵和锥形流管无阀压电泵，在动力型中占比最多的是仿鱼尾型无阀压电泵。可以看出，从全球申请的角度来看，申请人在无阀压电泵方面关注比较多的是流阻差型的Y型流管、螺旋流管以及锥形流管无阀压电泵方面。

图5无阀压电泵重点技术分布

3 结束语

无阀压电泵技术的研究主要集中在流阻差型上，而流阻差型的研究主要集中在Y型流管无阀压电泵，可见Y型流管无阀压电泵的结构改进方面的发展已比较成熟，已能实现较好的微型化效果，因而其代表了该分支的发展趋势，具有一定的参考意义；虽然Y型流管无阀压电泵的结构改进方面发展比较成熟，但是该方面依然是现在的研究热点和重点，值得我国相关领域重点关注，充分挖掘领先技术。动力型研究是无阀压电泵技术较难的研究方向，现阶段发展比较缓慢，需要投入大量的人力和物力，才能有新的进展，这也给我国无阀压电泵技术造就了新的发展机遇。

参考文献

[1] 阚君武，杨志刚，程光明．压电泵的现状与发展[J]．光学精密工程，2002，10（6）：619-625.

[2] 张建辉，黎毅力，夏齐霄，等．Y形流管无阀压电泵振动分析及泵流量计算[J]．光学精密工程，2007,15（6）：922-929．

[3] 黄俊，张建辉，王守印．变截面Y型流管无阀压电泵原理及试验[J]．振动、测试与诊断，2014,34（1）：15-19.

[4] 李定华，贾君瑞，李彦霖，等．不同激励信号驱动下压电泵的输出性能[J]．排灌机械工程学报，2017,35（11）：941-946.

[5] 张建辉，王守印．压电锥形流管无阀泵的研究—单向流动原理及泵流量[J]．压电与声光，2001,23（1）：23-25.