无线充电领域专利竞争态势分析①

望俊成 马晓倩 周晓丹 赖文姗

(*中国科学技术信息研究所 北京 100038) (**中国人民大学信息资源管理学院 北京 100872)



无线充电领域专利竞争态势分析①

望俊成②*马晓倩*周晓丹*赖文姗**

(*中国科学技术信息研究所 北京 100038) (**中国人民大学信息资源管理学院 北京 100872)

通过对无线充电领域技术专利的统计分析，包括对专利地区分布、专利权人、专利分类号及高被引专利的分析，研究了全球无线充电领域的专利竞争态势，客观地揭示了全球无线充电技术的研究状态以及我国在该领域中的研究现状和地位。并通过构建专利权人-分类号隶属网络进一步分析了企业之间的竞争关系和核心技术领域。研究结果显示，无线充电领域专利多集中在美国、韩国、日本等国家，中国的专利数量多集中在台湾地区。丰田、索尼、三星等企业在专有技术因子上的负载值很高，专利技术与无线充电领域更为密切，在核心技术创新方面具有较强竞争优势。庞巴迪运输公司、沃达丰公司、罗克韦尔国际公司在通用技术因子上的负载值很高，专利技术的通用性强、适用范围广泛，在技术应用领域竞争优势明显。

无线充电， 专利分析， 竞争态势， 奇异值分解(SVD)

0 引 言

无线充电主要是指通过电磁感应、无线电波或者电磁共振等方式进行充电的技术。利用无线充电技术可以摆脱充电线缆的束缚，为人们提供更为方便的充电体验。随着科学技术的不断发展，无线充电将会应用到越来越多的领域，从消费电子、手机、电动汽车到医疗等领域。

无线充电是一个新兴领域，各国都在积极地进行技术研发和行业布局，希望可以占据有利的市场。加拿大家具公司Leggett & Platt推出了一款无线充电产品——兼具餐桌和充电功能的桌子。这张桌子内设无线充电发射装置，通过与手机的交互感应，就能满足手机无线充电的需求[1]。美国也曾在加州校园内建成了感应式无线充电的公交系统[2]。德国公司建立了一个电动火车系统，它是在工业中实现的功率最大的无线供电系统[3]。诺基亚推出了Lumia系列手机，这一系列的手机首次内置了无线充电的功能，使充电更简单、更方便，并且还推出了相关的无线充电配件产品——JBL PowerUp音箱和FatBoy充电枕头。韩国推出了一个新型无线充电的公交车，该公交车可以在改造过的路面上一边行驶一边充电。

目前对该领域的专利分析还比较少，周玉芳[4]通过Innography专利平台对无线充电专利进行了宏观分析，展示了无线充电技术的发展趋势、技术来源国等。祝毓[5]从技术发展、区域格局、竞争机构等角度绘制专利地图，揭示了技术竞争的动向。为了全面了解无线充电领域的技术发展趋势、核心专利、核心企业，并充分认识我国在无线充电领域的发展现状和地位，本文对全球无线充电领域的专利进行检索和分析，尤其对专利地区分布、专利权人以及高被引专利进行了重点分析，并构建专利权人-分类号隶属网络，更进一步地分析该领域的技术竞争态势和技术发展动向，以便为我国规划该领域的技术研究提供参考。

1 研究方法和数据来源

1.1 研究方法

企业间的竞争起于技术、产品的相似性，在专利中体现为企业专利技术的相似性。本文通过技术主题著录项之间的共现关系来表征相似性，即不同企业相同分类号下的专利数量，专利数量越大说明企业技术相似性越大，企业间的竞争关系也会越明显，本文以此构建了专利权人-分类号之间的隶属网络。

隶属网络是2模网络，可以从行动者和事件两个维度进行分析，并且可以将多个维度的信息统一起来，更加清晰地观察维度之间数据的关联性[6]。Katherine Faust[7]提出了隶属网络的一些概念和模型，更详细地阐述了隶属网络的复杂关系结构。基于以上的理论基础，一些学者对隶属网络衍生出来的单模网络进行了研究，Granovetter[8]主持的“硅谷社会网络”项目研究了多个由隶属网络衍生的单模网络；Stelle[9]进一步针对硅谷半导体行业协会研究了由隶属网络衍化而来的单模动态网络。隶属网络提供一种新的关系构建方式，是社会网络的一种。

1.2 数据来源

本文以美国专利商标局(USPTO)的Pat-FT数据库为数据来源。以专利分类号和专利名称两个字段进行组合检索，检索式为：关键词包括Wireless、Contactless、Inductive、Charge等，检索式是(CCL/307/104 or CCL/191/10 or CCL/455/573 or CCL/320/108) or ((CCL/320/108 or CCL/333/219 or CCL/D13/108 or CCL/455/41.1) and (TTL/Wireless or TTL/Contactless or TTL/Non-contact or TTL/Noncontact or TTL/Inductive or TTL/Resonant or TTL/Charge or TTL/Charging or TTL/Supply or TTL/Transmit))，数据检索日期为2015年3月，共获得6644件专利。对检索结果的专利号、标题、摘要、申请人、分类号等主要字段进行批量下载和处理。利用excel和UCINET分析软件进行数据清理和分析。

2 无线充电领域专利统计分析

无线充电领域相关专利共有6644件，对专利权人、专利引用情况以及专利地区分布等进行了统计分析。

2.1 专利国家地区分布

表1是无线充电领域专利来源国家和地区的统计情况。美国和日本拥有的专利数量最多，分别为2773件和1947件，总比占73%左右，在专利数量上占有绝对优势。两国在该领域投入大量研究，不断获得技术创新。德国、韩国、中国台湾拥有的专利数分别占总数量的5.68%、5.62%、4.67%。专利主要分布在北美洲、欧洲和亚洲地区，专利地区分布与联盟企业地区分布情况总体一致，美国在联盟企业和专利数量上都位居第一。中国虽然拥有较多的联盟企业，但专利数量却相对落后，中国专利主要集中在台湾地区，数量为293件，大陆和香港专利数量分别为97件和41件，中国企业在技术创新方面还有一定差距。

表1 无线充电领域专利来源国家和地区统计

2.2 专利权人分布情况

在进行专利权人分布统计时，首先对专利数据进行清洗，去掉部分缺少专利权人字段的专利，剩余6163件专利，归并部分地区代码进行归并，比如将EN(英国)并入GB(英国)；归并部分由于企业名称变更或者名称缩写等造成差异的专利，如将Research in Motion归入BlackBerry，将GM Global Technology Operations并入General Motors Corporation。表2出了专利数量在30件以上的专利权人，共有40个。

表2 专利权人数量统计

丰田拥有专利数量最多，共有225件，三星、索尼、摩托罗拉、松下、通用电气专利数量均超过150件，黑莓、三洋电子的专利拥有量为128、116件。在前40名专利权人中，企业来自不同的国家和地区，主要来自美国、日本、韩国等国家，而中国仅有一家企业，即位于中国台湾的鸿海集团，拥有专利数量51件。

总体来看，专利权人涉及不同的行业和领域，主要包括消费电子领域，比如三星、摩托罗拉、飞利浦、LG、黑莓等企业，以及汽车领域，包括拥有专利数量最多的丰田以及通用、福特等公司，其中还包括专业的无线通信技术研发公司，比如高通和WiTricity。

2.3 专利号分布情况

本文针对无线充电领域专利的IPC分类号和美国专利分类号进行统计，了解无线充电具体的技术领域，统计结果如表3所示。无线充电专利涉及的国际专利分类号主要包括H02j、H01M、H04B，专利数量分别是6259、2843和1182，绝大多数的专利都在H02j类目下。涉及的美国专利分类号主要是320/108，455/573,307/104，专利数量分别是767、655、629。

在国际专利分类号中，H部为电学类，G部为物理类，B部为作业运输类，H02j主要是供电或配电装置及系统，H01M是用于直接转变化学能为电能的方法或装置，比如电池组。H04B主要是电通信技术的传输问题，其子类H04B5/00是近场传输系统；H04B7/00为使用辐射场的无线电传输系统。

表3 无线充电领域专利分类号统计结果

在美国专利分类号中，大类302为电池或电容充电放电技术，455类为电信技术方向，307为电力传输和互联系统方向。320大类下的专利最多，320/108类目主要是电感耦合和电池充电器方向的专利；455/573类目主要包括电池充电技术，是归属于电力供应(455/572)方向下的子类。而307/104类目是电磁或电磁感应系统方向的专利。从分类号的分布来看，目前无限充电领域的技术方向主要集中在供电装置及系统、无线电传输系统以及电感耦合和电池充电器等方向，对提高电能传输效率、突破传输距离的限制有很大的帮助。

2.4 专利引用情况分析

对专利在核准后的引用情况进行了统计，表4列出了引用频次排在前20的专利，专利号为4392101的专利被引用次数最多，共有248次，专利权人是美国百得公司，专利内容是电池充电方法及装置的研究，专利的核准时间是1983年。在前20名的高被引专利中，大多数是美国企业，需要注意的是专利号为7741734的专利，在2010年核准之后，5年时间内被引用了178次，是由麻省理工学院申请的关于无线非辐射电能传输的技术专利。从高被引的专利来看，目前该领域主要的研究方向是关于电池充电装置与充电系统的研发。

表4 无线充电领域高被引专利情况

续表4

3 无线充电领域隶属网络分析

3.1 企业关联分析

由专利权人——分类号隶属网络转化出来的企业-企业单模网络，可以更加直接地反映企业之间的技术竞争关系。对201个专利权人所涉及的分类号进行统计，部分结果如表5所示。专利权人的平均隶属率为8.87，每个企业在无线充电行业所涉及的技术领域在8个左右。通用电气所拥有的专利涉及49个分类号，其次是索尼、三星、丰田、飞利浦等，这些企业在对技术研发方面涉及领域都比较广泛，积极在无线充电行业进行技术布局，争取技术创新。企业网络有值关系的密度为10.09，说明每对企业之间平均在10个技术领域内都同时出现，而二元关系的密度为0.98,这就意味着98%的企业都在一个或者多个领域内共同出现，企业之间的技术竞争关系十分明显，每个企业对其的技术布局十分积极。

表5 专利权人所隶属的分类号统计结果

续表5

3.2 技术领域分析

由专利权人-分类号隶属网络也可以转化出技术领域单模网络，表6统计了每个技术领域下的企业数量，平均规模为11.9，即每个领域内的企业平均为12个左右，在大类320下的企业最多，电池或电容充电放电技术是很多企业关注的重点领域，其次是类307，电力传输和互联系统技术，拥有企业122家。网络密度分别为1.92和0.35。

表6 技术领域内所包含的企业数

表7列出了技术领域的中心性指标计算结果。类目320、307、324、455的相关领域中心度指标都很高，这几个类目处于网络的核心地位，并且类目之间的联系非常紧密。这些类目主要是集中在电池充电技术、电信技术、通信技术等与无线充电密切相关的技术领域。

表7 技术领域中心性指标计算结果

3.3 模网络的奇异值分解(SVD)分析

1模数据的分析更侧重于对数据本身的分析，对隐藏在数据背后的因素并没有涉及，通过奇异值分解(singular value decomposition, SVD)，降低隶属关系的维度数，找出数据背后的共同因子，进行进一步分析。表8是对专利权人-分类号2模数据的SVD分析结果。SVD分析共给出了120个奇异值，表中列出了前10个。第一个奇异值的减少误差比例(PRE)是25.3%，第二个奇异值的PRE达到了62%，前三个奇异值的累计百分比为92.2%，因此前三个奇异值的解释力最大。

可以通过进一步的SVD分析来了解这三个奇异值的具体表征含义。表9是对分类号的SVD分析结果，限于篇幅，只列出了部分结果。在共同因子1上负载值最高的分别是320(0.399)、455(0.133)、307(0.108)，对照分类号表可知，这三个分类号代表的技术领域都是电池或电容等通信技术，是与无线充电最相关的专有技术，因此可以把共同因子1定义为“专有技术因子”；在共同因子2上，负载值最高的是700(0.046)、343(0.045)，对比分类号表发现，这三个分类号代表的技术领域多为通用控制系统、电路系统等相对通用的技术，因此可以将共同因子2定义为“通用技术因子”，在共同因子3上，没有发现比较好的解释因子。根据这些共同因子，可以进一步考察专利权人在每个奇异值上的负载值，表10列出了部分结果。

表8 SVD分析结果

从表10可以看出，丰田、索尼、三星、通用电气、三洋电子、日立、摩托罗拉等企业在专有技术因子上的负载值很高，说明他们的专利技术与无线充电领域更为密切，对该领域的关注度更高，技术创新更为核心。丰田主要专注于电动汽车领域，将无线充电系统嵌入汽车。2014年丰田宣布电动汽车无线充电系统研发成功，在该系统下，电动车充电时不需要任何的电缆，并且在90分钟内即可充满。通用汽车同样推出了车载无线充电技术，支持车内手机无限充电。索尼、三星、摩托罗拉等主要针对手机和消费电子领域涉及无线充电系统，提高充电效率，改善充电环境。

庞巴迪运输公司、沃达丰公司、罗克韦尔国际公司在通用技术因子上的负载值很高，说明他们在技术研发方面更加注重通用性，技术适用范围广泛。其中沃达丰公司是跨国性的移动电话营办商，罗克韦尔国际公司是美国重要的生产军用电子系统与设备、汽车配件等多种工业产品的公司。这些公司的专利技术适用性更广，很大程度扩大了无线充电的应用领域。SVD分析表明，大部分企业集聚很明显，但并没有形成很好的聚类。

表9 分类号SVD分析结果

表10 专利权人SVD分析结果

4 结 论

通过对无线充电领域专利的统计分析和隶属网络分析，得出了以下结论：

(1) 从整体来看，无线充电领域的专利数量并不是很多，美国、日本、德国、韩国等国拥有的较多的专利，专利数已经达到总数的85%左 右。这些国家对无线充电领域的专利布局十分积极，而中国目前拥有的专利主要集中在台湾地区。拥有专利数量较多的专利权人分别是丰田、三星、索尼、松下等，多是一些汽车、手机或者消费电子领域的巨头企业，说明很多企业对于无线充电技术的关注度还是很高的，但也积极进行了相关的技术研发。

(2) 从技术领域来看，目前对无线充电的研发主要集中在供电装置及系统、无线电传输系统以及电感耦合和电池充电器等，以解决目前无线充电传输距离限制和传输效率低等问题。在对高被引专利分析时发现，在前20名高被引专利中，多数为美国企业申请的专利，其中被引频次最高的是美国的百得公司，而中国企业并不在其中，中国的技术研发起步稍晚，还比较缺乏龙头企业。在对专利权人进行统计时发现，该领域间的合作十分不明显，多数专利的专利权人都仅为一家企业，或者其下属企业，说明无线充电作为一个新兴领域，各企业之间正处于技术竞争阶段，以技术创新获取有利市场，进而能够在无线充电领域迅速掌握主导地位和技术优势。

(3) 在对隶属网络进行奇异值分析时发现，目前该领域内的企业不仅包括专门进行无线充电领域技术研发的企业，还包括一些针对通用技术研发的企业，这些公司的技术研发更具有通用性，将自身的优势与无线充电技术相结合，研发出更多便利于用户的产品。随着电动汽车的不断推广，无线充电技术在未来也会有越来越大的市场空间，我国也应该积极进行行业布局，不断改进技术研发，争取有利的市场先机。对于拓展无线充电技术的应用领域有很大的推动作用。

[1] 张继松,何虹. 无线充电技术的应用与市场. 技术与应用, 2013(11):136-142

[2] 张宝群,李香龙. 电动汽车非接触式充电研究概况及实用化分析. 电子测量技术, 2012,35(3):1-6

[3] 毛赛君. 非接触感应电能传输系统关键技术研究. 南京:南京航空航天大学, 2006

[4] 周玉芳. 基于Innography的无线电力传输专利情报研究. 新世纪图书馆, 2013,(6):41-44

[5] 祝毓. 国内外无线充电技术专利分析. 电力与能源, 2015,(1):122-128

[6] Wasserman S， Faust K． Social Network Analysis：Methods and Application. Cambridge: Cambridge University Press, 1994

[7] Katherine Faust. Centrality in affiliation networks. Social Networks, 1997, 19:157-191

[8] Emilio J, Granovetter E, Granovetter M. Social network in silicon valley. Stanford: Stanford University Press, 2000

[9] Stelle VJ. Centrality and influence in the semiconductor industry association: an exploratory study. In: Proceedings of the International Sunbelt Social Network Conference, New 0rleans, USA, 2002. 89-99

Analysis of the patent competition situation in the field of wireless charging

Wang Juncheng*， Ma Xiaoqian*， Zhou Xiaodan*， Lai Wenshan**

(*Institute of Scientific and Technical Information of China， Beijing 100038) (**School of Information Resource Management, Renmin University of China， Beijing 100872)

The patents in the world’s wireless charging field were statistically analyzed mainly in the aspects of patent distribution, patent owners, classification numbers and highly cited patents to investigate the global patent competition situation in the field, so as to reveal the real status of the research on wireless charging techniques as well as China’s level in the field. Meanwhile, the competition between enterprises and the core technologies in wireless charging were further analyzed through constructing the affiliation network between the patent owner and the classification number. The results show that most of the wireless charging patents concentrate in the United States, South Korea and Japan, and Chinese patents mostly concentrate in the Taiwan area. The companies of Toyota, SONY and Samsung have the very high load value on the proprietary technology factors, and the companys’ patents are closely related to the field of wireless charging, with the strong competitive advantage in the core technology innovation. The companies of Bombardier transportation, Vodafone, Rockwell International have the very high load value on the general technical factors. The companys’ patent have the good versatility, broad scope, possessing obvious competitive advantage in the field of technology application.

wireless charging, patent analysis, competitive situation, singular value decomposition (SVD)

10.3772/j.issn.1002-0470.2016.06.012

①国家社会科学基金青年项目(12CTQ025)资助。

2016-01-06)

②男，1984年生，博士，副研究员；研究方向：专利分析，情报学基础理论；联系人，E-mail: wangjc@istic.ac.cn