汽车窗用电机专利分析及启示

张 圆,陈 磊,周 凯,郑 风,

(1.宁波鄞州中致力专利代理事务所(普通合伙),宁波315100;2.宁波中物激光与光电技术研究所,宁波315100)

0 引 言

汽车微特电机是汽车重要的配套电器与电子零部件产品,其门类基本集中在永磁直流有刷电机,典型产品包括汽车的起动电机、雨刮电机、窗用电机、门锁电机、座椅电机、车灯调节电机、油泵电机、ABS用电机等[1]。我国是微特电机生产大国,2013年微特电机总产量就已占世界总产量的70%,但档次不高,高档产品主要还是依赖进口[2-3]。汽车窗用电机(汽车窗用电机和天窗电机)也不例外,目前博世、马步奇、德昌电机等外资或合资厂占领了中高端市场,国内企业还处于较低的层次,技术创新能力与产品研发能力较为薄弱。

通过对体现了90%～95%科技创新成果的专利信息进行分析,可深入了解汽车窗用电机行业的技术热点、主要竞争对手以及技术成熟度等信息,以期得到有价值的产业竞争情报[4]。

使用Patsnap智慧芽专利系统,检索范围是截止2018年期间在全球申请的已公开发表的国内外汽车窗用电机专利,通过关键词、IPC分类法对汽车窗用电机相关专利申请进行检索和分析,并绘制专利地图。

1 全球汽车窗用电机技术分析

1.1 全球专利数量年度变化趋势

对汽车窗用电机技术领域的专利进行统计,结果如图1所示。

图1 汽车窗用电机全球及中国申请趋势

从全球来看,汽车窗用电机的发展历史较长,1925～1980年左右专利申请量较小,技术处于萌芽期。这个阶段,电气化设备越来越多地应用于汽车,一方面电气设备替代原先机械设备所执行的功能,另一方面电气设备赋予了汽车更多的功能。伴随着汽车工业的不断发展,以及电气设备、信息技术的广泛应用,已形成汽车电气化。1980年左右,全球专利申请量开始快速增长。中国相对全球而言起步较晚,1980年左右开始出现汽车窗用电机相关技术的专利申请。由于汽车逐步开始智能化且汽车市场需求量进一步增加,中国与全球汽车窗用电机专利申请量均在2010年左右进一步加速增长。

汽车窗用电机领域全球专利申请中的原创国排名如图2所示,反映出各国家在该领域的技术创新实力。中国的汽车窗用电机专利申请量已是世界第一,其次是德国、日本、美国、法国。但德国、日本具有技术上的长期积累优势,中国较高价值专利相对较少,且专利技术产业化应用还需要时间。目前,德国、日本企业在中高端市场仍具有领先优势,中国的汽车窗用电机发展前景广阔,大有可为。

图2 汽车窗用电机领域全球专利申请中的原创国排名

1.2 行业技术热点的识别

汽车窗用电机相关专利共计10 069件,从电机结构角度进行技术分解,可分为5个技术分支:驱动机构(3 777件,占比37.5%)、控制单元(2 068件,占比20.5%)、减速机构(1 813件,占比18%)、连接结构(927件,占比9.2%)、外壳/支撑物(1 484件,占比14.7%),这5个技术分支的专利申请趋势分别如图3所示。

图3 汽车窗用电机技术分支专利申请趋势

汽车窗用电机研究始于20世纪20年代,各技术分支均从1980年后开始进入增长态势,其中驱动机构分支的增速最大,尤其是在2010年后进入高速增长期。汽车窗用电机技术中对于驱动机构的技术创新比例最高,占比37.5%。驱动机构属于汽车窗用电机的核心部件,汽车窗用电机的整体性能大部分取决于驱动机构的技术设计,从历史累计专利申请总量角度来看,该技术分支是全球研发的重点,其技术准入门槛也最高,汽车窗用电机领域的行业巨头已进行了大量的专利布局。

2 全球主要申请人分析

对汽车窗用电机领域主要专利创新主体进行统计,结果如表1所示。

从全球专利申请人排名看,排名前十的企业共计申请汽车窗用电机领域专利2 245件,占该领域总申请量的22.3%。中国仅有香港的德昌电机入围前十,其余被德国和日本包揽,尤其是日本企业占据前十名的六家,表明日本在汽车窗用电机领域具有较多规模较大的企业。虽然目前中国大陆企业的总销量占全球第一,但中国大陆企业的技术创新水平与国外知名企业相比还有很大差距,需要加大研发投入,并将相关技术应用于实际生产中。

表1 汽车窗用电机领域专利申请人排名

3 优势竞争者分析

汽车窗用电机技术集中度相对较高,博世、德昌电机、马步奇是排名前三位申请人,均是汽车行业电机领域的主要供应商,在汽车窗用电机领域专利量相差不远,合计专利数量占该领域专利总量的比例达到了15.6%,占排名前十企业的56.7%,可见三家企业雄厚的研发能力。

3.1 专利申请趋势、专利类型、地域分布和法律状态分析

博世、德昌电机、马步奇汽车窗用电机专利申请趋势与专利类型如图4所示,三家企业在汽车窗用电机领域的起步较早。博世在20世纪90年代专利年申请量开始快速增长,2000年前后开始趋于稳定;德昌电机在2010年前始终处于少量布局的状态,直至2010年后专利年申请量开始迅猛增长,表明2010年前后德昌电机在重点产品或核心技术上具有创新突破;马步奇在20世纪90年代专利年申请量开始增长,之后一直趋于稳定。三家企业的发明专利占比均超过85%,远超行业内平均水平,表明其技术创新程度在行业里较高,其中博世的发明专利占比超过97%,且数量最多,表明其技术创新程度最高。

图4 博世、德昌电机、马步奇汽车窗用电机专利申请趋势与专利类型

图5 为博世、德昌电机、马步奇的汽车窗用电机专利地域分布,三家企业各自专利受理局中前三名国家/地区的专利申请量占各自专利申请总量的65%～87%,对目标市场具有很强的针对性。其次,中国和美国是三家企业均积极布局的核心市场,日本和德国也是布局的重点国家。

图5 博世、德昌电机、马步奇汽车窗用电机专利地域分布

博世、德昌电机、马步奇汽车窗用电机专利法律状态如表2所示,博世、马步奇的失效专利占比接近50%,失效比例略高,从细分法律状态来看,其中未缴年费、期限届满的专利数量较多。可见,博世、马步奇在该领域的专利保护程度有待加强;另一方面,也是由于其技术起步较早,大量专利已经超过专利保护期限。三家企业的大量的失效专利对于行业内的其他企业来说,则是巨大的资源宝库。博世、马步奇处于审中状态的专利占比不足15%,其新申请专利数量不多。而德昌电机的审中状态专利占比非常高,超过40%,说明德昌电机近期在汽车窗用电机领域方面投入较大,后期有望赶超博世。

表2 博世、德昌电机、马步奇汽车窗用电机专利法律状态

3.2 研发方向分析

博世、德昌电机、马步奇近20年在汽车窗用电机领域的各技术分支专利申请趋势如图6所示。

驱动机构技术是三家企业在汽车窗用电机领域的研发焦点,占比均超过专利申请总量的50%,其中博世起步最早,一直是研发焦点;德昌电机占比最大,是绝对研发焦点,从2010年左右开始在驱动电机技术分支提出大量专利申请,此后逐年增长;马步奇自2010年后在驱动机构技术相关的专利申请量开始大幅增长。三家企业在减速机构的专利申请占比也均相对较高。此外,博世的外壳/支撑结构的专利申请占比也相对较高。

图6 博世、德昌电机、马步奇汽车窗用电机领域近20年各技术分支专利申请趋势

博世、德昌电机、马步奇的汽车窗用电机领域技术功效矩阵如图7所示,显示了三家企业驱动机构、控制单元、减速机构、连接结构、外壳/支撑物五大技术分支与提高稳定性、降低成本、减小体积、热保护、防夹/安全、降噪等核心功效的关系。通过对驱动单元的技术创新,提高电机稳定性/可靠性,降低成本,减小电机体积以及降噪,均是三家企业在汽车窗用电机领域的布局热点,具有较多解决方案。此外,通过外壳/支撑物减小电机体积是德昌电机的另一布局热点,主要是在2010年左右提出了曲面外壳设计的电机结构,提高外壳空间利用率的技术创新,进而布局了大量相关专利申请。博世、德昌电机和马步奇在热保护、防夹两个技术问题上的专利布局较少,属于潜在的技术空白区。

图7 博世、德昌电机、马步奇汽车窗用电机领域技术功效矩阵

4 结 语

汽车窗用电机技术的发展历史较长,1980年左右全球专利申请量开始快速增长;国内较全球而言起步较晚,1980年左右开始出现汽车窗用电机相关技术的专利申请;国内与全球趋势中,专利申请量均在2010年左右加速增长。

中国的汽车窗用电机专利申请量已是世界第一,其次是德国、日本、美国、法国;但从高价值专利和全球主要申请人来看,德国和日本是主要技术来源国,其技术研发实力较强,占主导地位,中国发展前景广阔,大有可为。

从电机结构角度进行技术分解,驱动机构分支都是汽车窗用电机领域的最主要的技术研发热点。

汽车窗用电机技术集中度相对较高,排名前三位申请人(博世、德昌电机、马步奇)的专利数量占车窗电机领域专利总量的15.6%,研发起步较早,技术发展较为成熟,且专利申请一直处于增长态势,专利布局已经较为完善。驱动机构技术是三家企业专利布局密集的技术分支。在提高稳定性、降低成本、减小体积、降噪等方面都具有较多解决方案,在热保护、防夹两个技术问题上的专利布局较少。中国大陆企业要突破其技术壁垒,通常难度较大,可以采取差异化和包绕式专利布局策略,同时利用其大量已经失效专利,提高技术水平、节约研发成本。尽量避开博世、德昌电机和马步奇的直接攻击,从而在市场中赢得一席之地。

中国、美国、日本和德国是博世、德昌电机和马步奇均积极布局的目标市场,目前在汽车窗用电机领域的专利强度很难在对方的重点市场进行正面竞争。中国大陆企业在中国市场具有本土优势,可以重点突破,在美国、日本和德国市场可以采用“围魏救赵”的策略,通过加大其他市场专利布局力度,经“市场共享”达到目标市场准入的目的。