隨著機器需要的移動速度及精密度提高,直線馬達逐漸取代旋轉式馬達,其係將電力轉化成動能,並改成直線方向使移動速度增加,其中的零組件主要包含動子、定子、滑軌1、動子座及位置感測器等。
而線性馬達的限制在於僅能以水平運作,為了擴大應用層面,台灣精密機械中心開始研究無線化線性馬達,若成功將可達到垂直移動,大幅提升廠房的使用效率2。因此,本文透過關鍵字「linear motor、move、moving」及IPC「H02K3」等,初探線性馬達於全球的專利技術佈局概況。
一、全球線性馬達市場概況
近年全球線性馬達之技術生命週期(三年期/一年為期)概況顯示,該技術生命週期分析出依據專利申請數量與專利申請權人數隨時間之消長,觀察線性馬達產業所處之技術生命週期階段,如為:技術萌芽期、成長期、成熟期或是衰退期等。
如圖一之技術生命週期概況(三年期)顯示,橫軸為專利權人的投入量,縱軸為專利件數的申請量。相關技術自1997-1999年逐年成長,其中2015-2017年專利研發投入的成長率最高,件數及人數分別成長55.12%及62.29%,達2,800件及1,175人。
圖一 近年全球線性馬達之技術生命週期概況(三年期)
另外,針對一年期之技術生命週期圖顯示,相關專利申請數量於2016年達到高峰,約為1,153件,而投入人數則是於2017年最為活絡,約為629人,因此推論產業目前仍處於成長期階段4。
資料來源:各國專利局資料庫,華淵公司整理
近年全球線性馬達之專利概況如圖三顯示,相關技術的專利申請量於2016年達最高點,約為1,150餘件;專利公開/公告數量於2014年以前較為平穩,後續成長的幅度則增加,於2017年創下新高,達1,180餘件5。
資料來源:各國專利局資料庫,華淵公司整理
(一)線性馬達近年專利申請與獲證資訊
全球線性馬達之專利申請與獲證數量如圖四所示,歷年專利申請數量約為15,795件,其中已獲證的發明專利約5,861件,獲證率達37.11%。
(二)全球前五大線性馬達之專利佈局國家或屬地
全球前五大線性馬達之專利佈局國家或屬地如圖五所示,其中以CN(中國)為最大屬地,占比達38.40%,其餘依序為JP(日本)、US(美國)、KR(韓國)及EP(歐洲專利局)。
二、線性馬達之專利技術分佈概況
線性馬達之專利技術與應用分佈之大分類如下圖六所示,自環狀圖由右至左的色塊比例得知,該技術主要涉及slide(滑動)、magnetic(磁性)、guide rail(導軌)、rotor(轉子)、tool(工具)、actuator(致動器)、signal(訊號)、component(零件)、robot(機器人)、module(模組)等。且由此分析顯示,該些技術亦為線性馬達之核心佈局的前十大技術與應用主軸,並於圖七顯示TOP 1 技術領域中之TOP 5申請權人。
圖七 於TOP1技術領域中TOP 5申請權人
上述之線性馬達主要技術涉及領域(細項分類),可配合下圖八之等高線圖相互比對,分析更細節之技術應用發展,並以高峰表示技術佈局之多寡。探勘近年專利技術的發展主要落在結構、傳送、半導體、線性及線性馬達等。
三、全球線性馬達之相關所屬競爭者分析
(一)相關所屬競爭者之技術佈局
根據圖九及圖十顯示投入該產業技術之標的公司,如CANON KK以綠色圓點標註,YASKAWA ELECTRIC CORP以藍色圓點標註,THK CO LTD以紅色圓點標註,可看出相關標的公司於線性馬達相關技術之分佈概況。
資料來源:各國專利局資料庫,華淵公司整理
圖十 相關標的公司佈局線性馬達之技術領域
(二)相關所屬競爭者之引證分析
下表顯示線性馬達相關競爭者之TOP 5平均引證分析,其中包含被引證數(Forward Citation)與引證數(Backward Citation)。若以次數為基準,被引證次數最多者為CANON KK,共被引證3,447次,引證他人最多者則為NIKON CORP,次數達2,227次。
表一 產業競爭者之TOP 5平均被引證/引證分析 | |||
Forward Citation | |||
Assignee/Applicant | Patent | Cited | Avg citation |
CANON KK | 413 | 3,447 | 8.35 |
NIKON CORP | 245 | 2,467 | 10.07 |
HITACHI LTD | 249 | 1,358 | 5.45 |
YASKAWA ELECTRIC CORP | 315 | 973 | 3.09 |
THK CO LTD | 273 | 462 | 1.69 |
者之TOP 5平均被引證/引證分析 | |||
Backward Citation | |||
Assignee/Applicant | Patent | Cited | Avg citation |
NIKON CORP | 245 | 2,227 | 9.09 |
CANON KK | 413 | 2,204 | 5.34 |
THK CO LTD | 273 | 1,186 | 4.34 |
HITACHI LTD | 249 | 1,159 | 4.65 |
YASKAWA ELECTRIC CORP | 315 | 1,145 | 3.6 |
(一)全球前五大之線性馬達之CPC6技術分類號分佈
表二 CPC技術分類號之詳細說明 | |
CPC | Definition |
H02K 41/031 | of the permanent magnet type |
H02K 41/03 | Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors |
H02K 41/02 | Linear motors; Sectional motors |
H02K 2201/18 | Machines moving with multiple degrees of freedom |
F04B 35/045 | using solenoids |
資料來源:各國專利局資料庫,華淵公司整理 |
圖十二顯示TOP 5國家/屬地8及TOP 5 IPC之關係,在全球線性馬達相關技術中,可看出JP(日本)在TOP 5 Current IPC中佈局數量皆最多,惟CN(中國)涉及的技術較為廣泛,故整體仍以在CN(中國)佈局的專利最多,占比達38.40%9。
表三 IPC技術分類號之詳細說明 | |
IPC | Definition |
H01L 21/68 | 於製造過程中元件之定位,定向,或對準裝置 |
G03F 7/20 | 曝光及其設備 |
H02P 25/06 | 線性電動機 |
H02K 41/02 | 直線電動機;分段電動機 |
H02K 41/03 | 同步電動機;步進電動機;磁阻電動機 |
(一)近5年相關文獻主要涉及議題
下圖十三顯示近5年相關文獻(期刊/會議錄)主要研究之Top 5議題為magnetic(磁)、slide(滑動)、control(控制)、sensor(感測器)及robot(機器人)。
(二)近5年發佈相關期刊之TOP 5國家/屬地
針對近5年發佈相關期刊之TOP 5國家/屬地中,主要以CN(中國)為主,占63.96%。
(三)近5年文獻議題分佈概況
全球近5年線性馬達技術之相關文獻(期刊/會議錄)探討之議題分佈如圖十五,主要研究關於旋轉、同步線性馬達及製造等。
(四)相關期刊之資訊
以下由近5年發佈之期刊中,搜尋出TOP 3引用數之期刊資料,詳如下表。
表四 線性馬達文獻一部分期刊資訊 | |
欄 位 | 文獻一 |
文獻來源 | IEEE-ASME TRANSACTIONS ON MECHATRONICS,20 (3): 1482-1490 JUN 2015 |
標 題 | mu-Synthesis-Based Adaptive Robust Control of Linear Motor Driven Stages With High-Frequency Dynamics: A Case Study |
作 者 | Chen, Z |
被引用數 | 110 |
國 家 | USA |
表五 線性馬達文獻二部分期刊資訊 | |
欄 位 | 文獻二 |
文獻來源 | IEEE-ASME TRANSACTIONS ON MECHATRONICS,18 (4): 1385-1396 AUG 2013 |
標 題 | Identification and Compensation of Nonlinear Friction Characteristics and Precision Control for a Linear Motor Stage |
作 者 | Lin, CJ |
被引用數 | 54 |
國 家 | USA |
表六 線性馬達文獻三部分期刊資訊 | |
欄 位 | 文獻三 |
文獻來源 | IEEE-ASME TRANSACTIONS ON MECHATRONICS,20 (4): 1743-1752 AUG 2015 |
標 題 | Robust Motion Control of a Linear Motor Positioner Using Fast Nonsingular Terminal Sliding Mode |
作 者 | Zheng, JC |
被引用數 | 48 |
國 家 | USA |
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