论文国内外超导技术与应用专利分析，本文是技术研究有关毕业论文格式模板范文跟超导技术和超导技术研究和应用专利分析有关自考毕业论文范文.
自 1911年超导现象发现至今的100多年间, 超导技术实现了飞速的发展, 尤其是1986年高温超导体被发现以来, 超导领域的技术人员已经发现了多达100多种的高温超导体. 超导技术已经成为备受瞩目的高新技术之一, 其具有重大的经济战略意义, 有着巨大的商业价值和广阔的应用前景. 利用超导材料的零电阻特性、 抗磁性及宏观量子效应等常规材料不具备的特性, 超导体能够实现大电流传输, 获得强磁场等技术效果, 因此超导技术在电力电子、 军事、 医疗、 交通运输等领域得到了广泛应用.
一、专利数据分析
随着超导技术的高速发展, 超导技术领域的专利申请也呈现了快速增长的趋势. 本文通过对超导技术领域的专利进行检索, 分析了国内外专利申请状态, 并重点介绍了国内申请趋势、 申请人、 技术构成以及主要应用. 使用的检索系统为incopat 1 科技创新情报平台, 检索要素涉及超导技术相关IPC （国际专利分类2 ） 分类号 ：
H01B、 H01F、 H01L、 H03K、 G11C、G01R33等小类, 并结合关键词 “超导” , 检索专利公开时间截至2017年6月16日, 检索得到相关专利申请总数为90 470件.
1. 全球申请趋势分布
图 1显示了涉及超导技术的专利申请在全球范围内历年申请量的分布图, 反映了超导技术领域的发展趋势. 1957年以前的申请量较少, 因此本文不进行统计分析. 从图1中可以看出, 1957-1986年是超导技术的成长期, 该阶段的申请量稳步提升,1981年 申 请 量 突 破 了 1 000件 ； 而1987年申请量出现了激增, 一跃达到了 7 178件, 这与 1986年高温超导体被发现及随后出现的 “超导热” 是密不可分的 ； 此后的几年呈现了回落的态势, 但直到1993年, 该领域的申请量都在2 000件以上, 保持在较高的水平. 自1994年至今, 超导技术的申请量较为平稳, 维持在 1 500 ～2 000件左右的数量. 由于专利公开存在滞后性, 2016-2017年的部分申请未能公开, 因此2016-2017年的数据不能全面反映该年份对应的申请量, 此处不作分析.
2．全球申请区域分布图 2反映了超导技术领域申请量排名前 10位的国家/地区的分布趋势. 从图中可以看出, 日本在该领域的申请量显著领先于其他国家/地区, 占全球申请总量的50.83%, 申请量共计42 973件, 日本在该领域具有绝对领先的技术实力. 排名2-5位的分别为 ： 美国、 欧洲专利组织、 德国、 中国, 申请量均在3 000件以上, 可见我国在超导技术方面的探索和研究位居世界前列.
3. 国内申请趋势分析
图 3显 示 了 国 内 申 请 人 在 超导 技 术 领 域 的 专 利 申 请 趋 势, 我国 自 1985年 才 开 始 提 出 相 关 申请, 1988年 申 请 量 出 现 了 135件 的小, 1985-2001年期间, 国内申请人的申请量与全球申请量趋势基本 类 似. 经 过 1987-1989年 间 的 增长期后, 申请量一直保持较为稳定的水平. 而与全球申请趋势不同的是, 国内申请人在该领域的申请量自2002年开始又出现了大幅攀升, 直至2012年达到了376件的巅峰值, 这与我国在 2012年制定的 《新材料产业 “十二五” 发展规划》 不无关系, 《新材料产业 “十二五” 发展规划》 中明确指出, 重点发展的前沿新材料中包含超导材料, 着重发展高温超导千米长线、 高温超导薄膜材料规模化制备技术, 满足核磁共振成像、 超导电缆、 无线通信等需求.
4. 国内申请人分布
图4显示了1985-2017年累计专利申请量情况, 其中, 排名第1位的申请人为中国科学院电工研究所, 申请量256件, 占比12.69%, 排名2-5位的分别为西北有色金属研究所、 西南交通大学、 中国科学院物理研究所, 以及北京云电英纳超导电缆有限公司. 其中, 最早涉足超导技术领域的为中国科学院物理研究所、 北京有色金属研究总院, 分别在1987年就提出了相关申请, 而申请量最大的中国科学院电工研究所则在2004年才开始了相关领域的申请, 并且在2012年前后出现了爆发式的增长, 处于绝对的领先优势.
5. 国内申请人类型
表 1反映了国内申请人的类型分布, 其中, 国内申请人中科研单位和大专院校占比较大, 申请量总计 1 246件, 超出企业 791件的申请量, 结合图 4也可以得出, 排名前 10位的申请人中有 7家都是科研单位或大专院校, 可见, 超导技术主要研发力量还是集中于科研院所和高校中, 目前在我国的商业化和产业化程度并不是很高.
6. 国内申请技术构成
表 2显示了涉及超导技术的国内申请的技术构成情况, 通过申请所属的IPC主分类来体现技术方向, 其中列出了申请量排名前 10位的IPC小组对应的专利申请数量, 主要涉及超导电缆、 传输线, 超导磁体、 超导线圈及超导器件的制造、 超导测量等领域, 这与我国 《新材料产业“十二五” 发展规划》 中提出的重点发展方向基本相吻合.
图 5显示了 1985-2017年各技术方向累计专利申请量情况, 可以看出在我国超导技术的申请主要集中于超导电缆、 传输线的探索和研究, 其次为电缆制造的专用设备、 制造导体、 超导磁体和超导磁体线圈.
二、主要应用及重点专利
由于超导体的独特性能, 其在电力电子、 军事、 医疗、 交通运输等领域得到了广泛应用. 专利被引证频次反映了专利技术的被关注度, 是评价专利技术重要程度的主要参考指标. 以下根据应用领域介绍了引证频次较高的部分重点专利技术.
1. 超导线缆
超导材料的零电阻特性使其成为电流传输的理想导体, 其能够有效减小电能在传输中的损耗. 高温超导电缆具有损耗低、 容量大、 结构紧凑、 环保等特点, 可用于大容量远距离输电, 能够节省大量材料及安装成本.
公开号为CN101989472A的中国申请披露了一种芯部增强多芯二硼化镁 （MgB 2 ） 超导线/带材的制备方法, 可制造高强度、 千米量级的超导线/带材, 首先制备一次复合单芯线材, 其次二次复合组装获得二次多芯复合棒 （图6） ； 最后拉拔加工获得芯部增强的多芯MgB 2 超导线材.
公开号为CN1411004A的中国申请披露了一种硼化镁超导线材及其制备方法, 采用具有超导性能的MgB 2 作为线芯, 线芯外包覆金属覆层, 其中金属覆层选自低碳钢、 镍或钽. 获得的超导线材性能优良, MgB 2 晶粒细化, 加工过程中金属流动性高, 避免出现断裂.
公 开 号 为CN101271747A的 中国申请披露了一种铁基化合物超导线材、 带材及其制备方法, 采用铁基化合物超导材料作为线芯, 在线芯外侧包覆选自选自铁、 铜、 低碳钢、 不锈钢、 铬、 钒、 锰、 钛、 锆、 钼、 镍、 铌、 钨、 铪或钽的金属管、 复合金属管或合金管, 得到的超导线材具有良好的超导性能.
公开号为CN101707083A的中国申请披露了一种采用银包套制备的铁基化合物超导线材或带材 （图7） , 采用具有超导性能的铁基化合物作为线芯, 使用银或银合金材料包覆于线芯外侧, 包套外还可以使用其它金属或合金材料进行包覆, 具有良好的电流输运性能.
2. 超导发电机和电动机
由于超导电机的抗磁性, 其具有体积小、 效率高、 寿命长、 噪声低、 同步电抗小等优点, 电流密度得到了显著提升.
公开号为CN102969873A的中国申请披露了一种高温超导电机 （图8） , 其电枢绕组采用高温超导导线绕制而成, 制冷杜瓦放置在定子铁芯外部, 通过接触传导制冷的方式使高温超导线圈冷却. 电机转子和定子之间没有绝热层, 真空腔内外的扭矩传递通过磁流体密封件实现. 使用低频交流电, 降低了损耗, 特别适用于风力发电、 船舶推进动力等领域.
公开号为CN1988324A的中国申请披露了一种高速磁阻电机 （图9） , 高温超导材料内嵌于转子, 高温超导材料的ab面与转子轴线平行, 作为阻磁介质增加直交轴磁阻差异, 提高电机输出转矩和功率密度. 气隙空间充有氦气或氢气实现超导转子的冷却, 高温超导块材阵列与转子端部永磁环构成磁浮机构, 确保转子低阻尼、 高速运转.
公 开 号 为CN101741276A的 中国申请披露了一种混合型高温超导直线磁浮同步电动机 （图10） , 包括安装在机架上的双边定子, 高温超导线圈动子安装于定子之间, 还包括永磁轨道定子和高温超导块材磁体悬浮动子, 高温超导块材磁体悬浮动子位于永磁轨道定子上方, 高温超导线圈动子安装在高温超导块材悬浮动子上. 其集合了高温超导直线同步电动机和高温超导磁悬浮机构, 体积小、 推力大、 损耗小、 控制简单、 可以满足一些特殊场合的应用.
3．超导磁悬浮
利用超导体的抗磁性, 可以产生磁悬浮作用, 而在列车中使用超导磁悬浮技术, 相比常规列车, 具有速度快、 污染小、 节能等优点.
公开号为CN1408593A的中国申请公开了一种超导磁悬浮列车系统 （图11） , 由2个高温超导转向架组成磁浮系统, 高温超导转向架由2条平行的永磁导轨和高温超导磁悬浮装置组成. 磁浮装置还包括高温超导体块材、 液氮低温容器和其他附属装置. 采用钕铁硼、 铁氧体或电磁体作为永磁导轨中的永久磁体, 通过高温超导体对永磁导轨磁通钉扎力实现列车水平横向稳定.
公 开 号 为C N101192463A的中国申请披露了一种应用于电磁悬浮式高速磁浮列车的高温超导磁体 （图 12） , 由低温液氮容器和高温超导励磁绕组组成, 该低温液氮容器具有2个封闭环绕空腔, 其中心距与该高温超导磁体两磁极极距相同 ； 2个封闭环绕空腔内分别设有超导励磁绕组 ； 高温超导磁体没有铁芯 ； 低温液氮容器外部的2个连接器与制冷系统和外部电路连接.
公开号为CN102545725A的中国申请披露了一种无液氦挥发的超导磁悬浮装置 （图13） , 通过室温电流引线接头、 高温超导电流引线接头和低温超导电流引线接头使悬浮线圈通电后电流引线产生的热量不会传入液氦容器, 并通过制冷机制冷冷凝器内的氦气液化使液氦容器内的液氦实现零挥发. 该装置不用多次输入液氦, 可长期独立运行.
4. 超导储能
由于超导体零电阻的特性, 线圈中通电时, 不存在焦耳热损耗, 能量可永久储存. 超导储能系统已经在电力系统中得到初步应用, 能够提高电力系统的动态特性、 维持电网稳定、 提高输电能力和供电品质.
公开号为CN101872965A的中国申请披露了一种限流储能电路及其控制方法 （图14） , 其将超导磁体通过电流源变流器、 滤波电容、 开关、 压敏电阻和变压器等与电网串联连接. 正常状态下, 通过控制电流源变流器注入滤波电容的电流, 改变滤波电容的电压, 补偿电网的电压畸变, 改善负载的供电电压质量. 线路发生短路故障时, 将滤波电容与电网断开连接, 并开通电流源变流器所有的开关, 使超导磁体以不控整流的形式串入电网, 从而起到故障限流的作用.
公开号为CN1560881A的中国申请披露了一种液氦冷却的高温超导储能磁体系统 （图15） , 通过液氦杜瓦提拉装置改变高温储能磁体相对于液面的垂直位置, 在不需要制冷机的情况下, 获得4.2 ～77K的温度范围. 在通过机械提拉装置改变磁体温度的过程中, 通过铑电阻和电路进行温度监测, 得出不同温度下的磁体特性.
三、结语
通过以上统计分析, 在全球范围内, 超导技术专利申请在1957-1986年期间处于成长期, 1987-1993年属于快速发展期, 并在之后进入了平稳发展期. 其中, 日本在该领域的申请具有绝对的领先优势, 申请量显著高于其他国家. 我国在该领域申请量排名世界第5, 处于世界前列水平. 我国超导技术相关专利的申请量在1987年及2012年前后经历了2次增长, 并在2012年前后处于发展的高峰时期, 申请人构成中以科研院所及大专院校居多, 主要研究方向涉及要涉及超导电缆、 传输线, 超导磁体、 超导线圈及超导器件的制造、 超导测量等领域.
超导技术时具有战略意义的高新技术, 已经广泛用于电力电子、 军事、 医疗、 交通运输等领域, 随着技术的不断成熟及商业化的发展, 超导技术必将具有更广阔的应用前景.
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参考文献：
1、 高温超导电机技术现状和应用前景 文 郑 军武汉船用电力推进装置研究所高温超导线材的性能和商业化水平自2000年以后取得重大进展,相对低温超导线材其超导转变温度和载流能力大幅提高,使高温超导应用技术取得突破,成为新世纪重大高新技术 高.
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