无线充电技术领域中、美、日专利及涉及的标准初探

总第75期 党鹏飞 赛龙通信技术(深圳)有限公司发表,[专利]文章

  电磁感应方式采用了19世纪上半期发现的物理现象。众所周知,电流经过线圈时,周围会产生磁场。1820年, 丹麦物理学家汉斯? 奥斯特(Hans Oersted)发现了这种电磁效应。用没有通电的其他线圈接近该磁场,线圈中就会产生电流,由此点亮灯泡。1831年,英国物理学家迈克尔?法拉第(Michael Faraday)发现了这个可从线圈向线圈供电的物理现象,并称之为电磁感应现象。

  

  目前,市场上支持无线充电的智能手机和充电器大部分都符合总部位于美国的业界团体“无线充电联盟(WPC,Wireless Power Consortium的简称)”所制定的“Qi”规格。Qi源自汉语“气功”中的“气”,以日本松下、韩国三星电子、英国索尼爱立信、芬兰诺基亚、日本电装为首,许多国家的家电厂商和汽车厂商都相继加盟了WP C联盟的电磁感应方式无线充电,包括“磁共振”及“电波接收”等多种方式。通过实现标准化,只要是带有Qi标志的产品,无论是哪家厂商的哪款机型均可充电。

  Q i规格的对抗技术可分为以下3种:电场耦合方式、磁共振方式、线路/共振器耦合方式。

  (1)电场耦合方式是使静电容量较大的两个器件、比如电容器等靠近以交换电力的技术,也称为静电感应方式。村田制作所和竹中工务店等日本厂商在积极致力于该方式的开发。

  (2)磁共振方式是强化电磁感应方式送受电器之间的共振的技术。

  

  (3)线路/共振器耦合方式是将光通信技术及高频电路技术采用的行波*型传输路径和共振器用于电力交换的方式。用于向移动的受电设备随时供电等。龙谷大学等的研发小组正在推进开发。

  一、无线充电技术领域技术标准推进情况
  目前,无线充电技术行业标准的竞争日益激烈。继2008年成立的WPC制定的事实标准,并于2010年7月面向输出功率为5W以下的产品制定了最初的标准规格,最新的标准版本是V1.1版本,目前该组织正在开发中等功耗的充电标准,亦即功耗小于120W的充电规范。

  另一方面,韩国三星电子和美国高通于2012年5月7日宣布,成立了无线供电技术业界团体A4W P(Alliance for Wireless Power的简称),其成员包括韩国三星、日本F u n a i、美国高通、美国博通、韩国SK电信及荷兰NXP等35家公司,远逊于WPC联盟的137家成员。该团体将推进受电器与供电器间的位置自由度较高、能为汽车和台式产品供电、而且可同时为多个产品供电的无线供电技术,该标准以磁共振型无线供电技术为基础,目前,该标准第一版已于2012年10月面向成员企业发布。

  值得一提的是,韩国三星集团既是W P C的正式成员,同时与美国高通也成立了A4W P联盟,个中缘由值得深思,笔者猜测这种情形可能是三星集团一方面需要了解W P C的发展动态,另一方面想要树立三星在无线充电领域的领导地位,所以采取了这种双重策略。

  

  另外,日本船井电子F u n a i、中国海尔电器、德国B u r y公司、E&E依利安达公司、E v e r W i n公司、IDT公司、NXP半导体公司、德国Peiker公司、R e n e s a s公司、Te n n r i c h公司、美国Te x a s仪器公司、Tr i u ne系统公司、德国Wu r th公司及UL实验室总计15家公司也同时是上述两家联盟的成员。

  而高通打算以磁共振式“Wi P o w e r”技术来对抗Qi标准,并为此在推进相关工作。“Wi P o w e r具有供电器和受电器之间可以距离更远的技术优势”。

  此外,三星电子虽然加盟了W P C,但也在开发自主技术,比如2011年1月上市的3D眼镜用充电器上配备的磁共振式无线供电技术等。该公司早在2011年10月就表示:“采用磁共振方式时器件位置自由度较高,而且能同时为多个终端供电,应用范围更加广泛。”

  另外, 全球还出现了通过推进规格化和标准化来对抗Q i规格的动向。美国家电产品标准化团体Consumer Electronics Association(CEA)的R6.3委员会针对电磁感应方式和磁共振方式两种方式成立了工作组(WG),开始制定标准化。顺便一提,负责磁共振方式标准化的W G4组长由高通公司的技术人员担任。

  韩国的标准化团体T T A打算基本上直接沿用C E A的无线供电技术规格。德国方面,推进汽车电子控制单元(E C U)与便携终端间接口标准化的业界团体“Consumer Electronics for Automotive(C E4A,C E4A是德国奥迪、宝马、戴姆勒和大众四家公司于2006年成立的团体。后来,梅赛德斯奔驰、保时捷、法国标志雪铁龙、美国福特汽车也加盟了该团体。日本的汽车电子业界团体J A S P A R也以合作的形式参与其中,与WP C的A u t o m o t i v eApplication Group(AAG)相互交换信息。)”

  二、中国无线充电技术标准推进情况
  由于中国的巨大市场容量,工业和信息化部所属的电信研究院及中国通信标准化协会CC S A(C h i n a Communications Standards Association,简称C C S A)牵头国内的通信业界标杆企业华为、桑菲通信、海尔及飞利浦公司于2011年着手制定了相关行业标准的推进计划,目前该行业标准处于报批阶段,标准中综合融入了YD/T 1312,GB 9254,G B17625,G B/T 17626,E T S I E N 301 489-1及W P C联盟制定的V1.1版本等标准和规范的相关内容,可以说以上相关技术的集大成者,更适合中国消费市场的实际情况。下附表1是目前各个无线充电技术规范团体对比表:

  三、无线充电技术领域专利布局现状及对策
  中国相关专利申请分析
  在中国国家知识产权局运用关键词“无线充电”进行检索表明,截止2013年3月18日,相关的专利申请有434条,其中主分类号在H02J目录(供电或配电的电路装置或系统、电能存储系统)下的专利申请为195条,说明该技术领域创新较活跃,其申请年份趋势如下表所示:

  

  可以看出,无线充电技术相关专利申请在2009年进入快速发展期。

  中国相关无线充电专利申请排名前十的申请人分别位于广东、天津及上海,地理区域分别是珠江三角洲、环渤海地区及长江三角洲区域。以中国海尔集团为例,在国家知识产权局检索到两件公开专利,分别是2012年申请的“无线电能发射装置和无线充电系统”以及2011年申请的“无线充电实现装置”,目前该两件专利均未授权。而上海交通大学的相关专利积累也不容乐观,其仅有2件授权专利,并且其余申请中的15件专利均处于无效状态,应该已经被国家专利局驳回。以上结果表明,中国相关科研机构及企业在无线充电领域的科技实力比较薄弱,需要加快这一领域的研发投入,避免后期处于专利收费许可的境地。

  

  日本相关专利申请分析
  在日本申请的无线供电的79项相关专利中,在综合实力方面位居榜首的是松下集团,这主要得益于松下电工和三洋电机的经营合并。松下电工从1980年代开始就在电动牙刷和剃须刀等产品中采用无线供电技术,而三洋电机自2008年底无线供电业界团体“无线充电联盟(W P C)”成立以来,一直作为中心成员积极开展活动。

  

  检索结果显示,日本的无线充电领域专利申请处于起步阶段,排名第一的热点技术领域仍然为H02J目录,T D K公司的实力不容小觑,该公司正在大规模部署相关的无线充电专利

  除此之外受到关注的是在日本相关专利排名第四的丰田公司。其他综合实力排名靠前的企业申请的大多是电磁感应方式方面的专利,而丰田汽车公司在磁共振方式方面申请的专利较多。另外,虽然丰田的很多专利是与丰田自动织机共同申请的,但个别评价较高的专利是丰田单独申请的。

  美国相关专利分析
  在美国申请的无线供电相关645件专利中,大部分专利技术领域均集中在H 0 2 J 及H 0 1 F两个小类中,专利积累综合实力位居榜首的是美国高通(Qualcomm Inc),在美国专利商标专利数据库以关键词“wireless energy”、“power supply”及“wireless power”等进行布尔组合进行检索可以发现,高通公司在该领域已公开的专利达到79件,最早的申请日期为2008年11月,表明该公司专利布局非常超前,同时该公司在日本的无线充电专利申请的综合实力排名也很靠前,为第三位,在日美均有出色表现,这也印证了该公司联手三星成立A4W P联盟的初衷。排名第二的是美国MIT(麻省理工学院)、第三位是美国博通、第四位是MIT成立的风险企业美国WiTricity,在日本有MIT和高通申请的专利,暂未发现WiTricity公司的申请 。

  我们选取最有代表性的美国高通公司作为研究对象,选取该公司一件无线充电领域的专利进行分析,该专利号U S8401595的名称为:侦测和识别无线充电设备的系统和方法的专利揭示了一种在无线充电板区域侦测和识别可充电设备的系统和方法,其申请日期为2012年5月4日,该申请亦在欧盟及WIPO世界知识产权组织进行了注册申请,显示该专利技术属于高通公司的基础专利,该技术将有可能融入高通公司参与主导的A4W P联盟所制定的无线充电规范中。

  欧盟地区相关无线充电专利分析

  欧洲专利数据库中已公开的无线充电专利数达到

  

  102件,数据分析同样表明,以美国高通公司、韩国三星公司为首的大企业均在无线充电领域部署了大量专利,且还在继续布局中,下图表明美国高通公司及韩国三星公司在欧洲部署了相当数量的无线充电类专利。以韩国三星集团的KR20110091491号专利为例,申请日期为2011年9月8日,其揭示了一种从多个无线电源接收设备传送信号至无线电源提供设备的方法,该专利在韩国最先申请,并随后在欧盟及美国进行了专利布局,表明该件专利属于三星集团在无线充电领域的基础专利,并有可能融入三星集团主导的A4WP联盟所制定的标准中,应该引起足够的重视。

  四、主要技术标准涉及的专利许可政策
  WPC联盟的专利许可政策
  从公开的信息来看,该联盟成员企业尚未有宣称进行专利许可收费的消息,而无线充电联盟针对低耗能接收器暂时实行免费的专利许可,如果无线充电产品为手机或电池等消费类产品,则属于“低耗能接收器”,其从无线电能发射器接收的电能不会超过5瓦。2014年之前,这些专利许可均免特许使用费;2014年之后,如果终端市场于2014年年底已安装基站的总数达到5000万台(套),则专利许可将继续供免费使用,如果启动专利许可收费,则遵循RAND原则进行许可。

  A4WP组织的专利许可政策
  由于该组织成立于2012年5月,目前尚未对外公开该组织主导制定的规范具体内容,但是该联盟的白皮书显示,其成员内部之间许可专利应遵循R A ND原则;对外的专利许可,该组织亦不强制要求,由各成员公司按照自己的规则对外许可。

  五、结论
  综上所述,无线充电技术领域目前处于快速发展期,过去的三年中,包括美国高通公司、韩国三星集团、日本松下集团、中国天津工业大学及上海交通大学等机构均进行了相关专利的布局,国际上W P C无线充电联盟及A4W P等组织亦进行了各自的标准研制活动,但尚未有组织声明构成无线充电技术的基础专利及核心专利的判断规则,我国相关企业及科研机构应抓紧时机在无线充电领域布局充电装置、转换效率、发射接收系统等面向消费电子类、汽车类无线充电技术的基础专利,以便适应未来的专利技术话语权。

来源:China IP

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