CC BY
9
Хазиева Р. Т. Khazieva К. Т.
старший преподаватель кафедры «Электротехника и электрооборудование
предприятий», ФГБОУВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», г. Уфа, Российская Федерация
Купцов Д. В. Kuptсov D. V.
студент кафедры «Электротехника и электрооборудование предприятий», ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет», г. Уфа, Российская Федерация
УДК 621.3, 621.365
DOI: 10.17122/1999-5458-2019-15-3-41-44
АНАЛИЗ ДИНАМИКИ ПАТЕНТОВАНИЯ УСТРОЙСТВ ЗАРЯДА ЕМКОСТНЫХ НАКОПИТЕЛЕЙ
Проведен анализ динамики патентования систем и устройств заряда емкостных накопителей по материалам международных патентных баз и патентных баз России. Определены ведущие страны в области разработки и патентования систем и устройств заряда емкостных накопителей на основе индуктивно-емкостных преобразователей.
Отмечается актуальность разработки систем заряда емкостных накопителей на основе индуктивно-емкостных преобразователей для электротехнических и электротехнологических комплексов и систем, показан интерес специалистов в области импульсной и преобразовательной техники в разработке систем и устройств заряда емкостных накопителей.
Патентные исследования показывают, что наиболее распространенными и перспективными устройствами заряда емкостных накопителей являются устройства с индуктивно-емкостным преобразователем. В данной статье рассматриваются устройства заряда емкостных накопителей, в которых заряд емкостного накопителя (конденсатора) осуществляется от источника тока, а напряжение нарастает во времени по линейному закону. Использование индуктивно-емкостных преобразователей в системах заряда емкостных накопителей позволяет получить высокие энергетические параметры.
Авторами приведена классификация устройств заряда емкостных накопителей по различным критериям. Наиболее распространенная группа — это однофазные системы заряда емкостных накопителей.
Показан активный рост патентования систем и устройств заряда емкостных накопителей для создания электротехнических и электротехнологических комплексов и систем на их базе за последние 35 лет. Произведен анализ публикации патентов с использованием математического пакета MathCad 15, показывающий перспективность развития систем и устройств заряда емкостных накопителей на основе индуктивно-емкостных преобразователей, выполненных на гибридных электромагнитных элементах.
Ключевые слова: емкостной накопитель, система заряда, зарядное устройство, накопительный конденсатор, резонансный контур, индуктивно-емкостный преобразователь, гибридный электромагнитный элемент, динамика патентования, спектрально-корреляционная характеристика, патентные исследования.
Electrical facilmes and systems
ANALYSIS OF PATENTING OF INDUCTIVE-CAPACITIVE TRANSDUCERS FOR CURRENT STABILIZATION SYSTEMS
The analysis of the dynamics of patenting systems and devices for charging capacitive drives based on the materials of the international patent bases and patent bases of Russia has been carried out. Identified leading countries in the development and patenting of systems and devices for charging capacitive drives based on inductive-capacitive converters.
The relevance of the development of charge systems for capacitive storage based on induc-tive-capacitive converters for electrical and electrotechnological complexes and systems is noted, the interest of experts in the fields of pulse and converter technology in the development of systems and devices for charging capacitive accumulators is shown.
Patent research shows that the most common and promising devices for charging capacitive accumulators are devices with an inductive-capacitive converter. This article discusses devices for charging capacitive storage, in which the charge of a capacitive storage (capacitor) is from a current source, and the voltage increases in time according to a linear law. The use of induc-tive-capacitive converters in charge systems of capacitive storage allows to obtain high energy parameters.
The authors provide a classification of the device for charging capacitive drives according to various criteria. The most common group is the single-phase charge system of capacitive storage.
The active growth of patenting of systems and devices for charging capacitive drives for creating electrical and electrical systems and systems based on them for the last 35 years is shown. An analysis of the publication of patents using the mathematical package MathCad 15, showing the prospects for the development of systems and devices for charging capacitive drives based on inductive-capacitive converters made on hybrid electromagnetic elements, has been carried out.
Key words: capacitive storage, charging system, charger device, storage capacitor, resonant circuit, inductive-capacitive converter, hybrid electromagnetic element, patent dynamics, spectral-correlation characteristic, patent research.
Устройства для заряда емкостных накопителей (УЗЕН) в полной мере используются в импульсной энергетике. Главной особенностью импульсной энергетики является то, что в ней используется технология медленного заряда накопителей емкостной энергии в последствии с их быстрым разрядом на нагрузку. Для максимального значения КПД зарядных устройств необходимо, чтобы ток, подаваемый на них, всегда был постоянным [1].
Выполненный обзор областей применения устройств заряда емкостных накопителей в научно-технической сфере в качестве источников питания электротехнологических комплексов, обеспечивающих импульсные режимы передачи энергии в нагрузку, показывает, насколько необходимы такие устройства в современном мире.
Перед авторами стояла задача проведения патентных исследований систем и устройств заряда емкостных накопителей, в технических решениях которых присутствуют индуктивно-емкостные преобразователи (ИЕП), в
42 -
Electrical and
основе которых лежат гибридные и дискретные электромагнитные элементы (ЭМЭ), поскольку данные системы представляют интерес с точки зрения улучшения энергетических и массогабаритных показателей, эксплуатационной надежности [2].
Авторами проведено патентное исследование по базам США, Канады, Китая, Российской Федерации и десяткам других стран. Глубина патентного поиска составляла 35 лет. Во время работы было изучено более 10000 патентов и заявок на патентиро-вание. В ходе работы были найдены 70 патентов, которые могут стать основой для будущих изобретений.
Предприятия и фирмы (50 %) чаще патентуют устройства в данной области, вдвое и в четыре раза меньше патентуют устройства заряда емкостных накопителей предприятия и фирмы (25 %) и частные лица (25%) соответственно.
При проведении патентных исследований авторы определили следующие классифика-
data processing facilities and systems. № 3, v. 15, 2019
ционные признаки для систем заряда емкостных накопителей:
— по типу используемых электромагнитных элементов;
— по количеству фаз;
— по выполняемым функциям.
На рисунке 1 приведена классификация систем заряда емкостных накопителей по выполняемым функциям. Одна из популярных групп (около 50 %) — это зарядные устройства с регулируемым процессом заряда. Ко второй группе относятся зарядные устройства с нерегулируемым процессом заряда. Наиболее распространенный метод заряда емкостных накопителей — это метод, в котором в качестве источников тока используется ИЕП.
Рисунок 1. Классификация систем заряда емкостных накопителей по выполняемым функциям
После исследования патентования систем заряда емкостных накопителей по количеству фаз было определено, что преимущественно объектом для патентования являются однофазные системы (порядка 43 %) и многофазные (около 49 %). Большей частью многофаз-
ных являются — трехфазные системы заряда емкостных накопителей (46 %).
Наряду с широко известными достоинствами систем заряда емкостных накопителей, в конструкции которых применяются дискретные ЭМЭ, так же присутствует и ряд недостатков, которые устраняются при использовании гибридных ЭМЭ на замену дискретным. Согласно этому, устройства заряда емкостных накопителей можно разделить на две группы по виду ЭМЭ, которые в них используются:
— гибридные ЭМЭ (~ 8 %); дискретные ЭМЭ (92 %) [3].
Исследуя базы патентов, зарегистрированных на территории Российской Федерации, было выяснено, что количество заявок на патент систем заряда емкостных накопителей существенно не изменилось по сравнению с прошлым десятилетием. Однако было выяснено, что в большую сторону увеличился спектр использования УЗЕН на основе ИЕП. Исходя из результатов патентного обзора можно судить о потребности рынка в устройствах заряда емкостных накопителей на базе ИЕП, а также в технологиях, связанных с этой сферой. Для полного анализа заявок на патентирование использовались данные, поданные в таких странах, как Китай, США, Российская Федерация и так далее (рисунок 2).
\ "1
11 111 1..
з з
о ■
19В4 19041&Э5 109810971908 1099 2000 2001 2002 2003 20042005 2008 2007 200820092010 20112012 20132014 201 5 2016 2017 2018201 0
1
I
Рисунок 2. Распределение числа полученных патентов за период 1984-2019 гг.
Electrical facilities and systems
После исследования колебаний количества заявок на патентирование на промежутке в 420 месяцев (1984-2019 гг.) было выяснено, что разработка ИЕП на основе гибридных ЭМЭ является очень актуальным и перспективным направлением.
Вывод
Об актуальности данной темы можно судить по многочисленным научным трудам ученых из разных стран, которые занимаются разработкой зарядных устройств накопительных конденсаторов. Большое количество новых схемотехнических решений устройств заряда емкостных накопителей в России и США свидетельствует об интересе этих стран к подобным разработкам. Заявителями по данной теме в большинстве
Список литературы
1. Месяц Г. А. Импульсная энергетика и электроника. М.: Наука, 2004. 704 с.
2. Конесев С.Г., Хазиева Р.Т., Кириллов Р.В., Хлюпин П.А. Компьютерная модель системы заряда емкостного накопителя на основе индуктивно-емкостного преобразователя // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2015. № 4. С. 374-390. URL: http://ogbus.ru/issues/4_2015/ogbus_ 4_2015_p374-390_KonesevSG_ru.pdf (дата обращения: 06.06.2019). DOI: 10.17122/ ogbus-2015-4-374-390.
3. Чернова К.В. Развитие и перспективы применения магнитного воздействия на сква-жинную продукцию в нефтедобыче. Уфа: «Монография», 2005. 106 с.
References
1. Mesyats G.A. Impul'snaya energetika i elektronika [Pulsed Power Engineering and
случаев выступают фирмы и предприятия (50 %).
Исследование динамики патентирования показывает, что наиболее актуальными и перспективными способами заряда емкостных накопителей являются устройства на основе ИЕП. Рассмотрена классификация систем заряда емкостных накопителей по различным критериям. Самая популярная группа (около 50 %о) — это однофазные системы заряда емкостных накопителей.
По графику подачи заявок на патентирование устройств заряда емкостных накопителей на базе гибридных ЭМЭ, выполняющих функцию ИЕП, видно, что эта сфера представляет большой научный интерес.
Electronics]. Moscow, Nauka Publ., 2004. 704 p. [in Russian].
2. Konesev S.G., Khazieva R.T., Kiril-lov R.V., Khlyupin P.A. Komp'yuternaya model' sistemy zaryada emkostnogo nakopitelya na osnove induktivno-emkostnogo preobra-zovatelya [Computer Model of the Capacitive Storage Charge System Based on Inductive-Capacitive Transducers]. Elektronnyi nauchnyi zhurnal «Neftegazovoe delo» — Electronic Scientific Journal «Oil and Gas Business», 2015, No. 4, pp. 374-390. URL: http://ogbus.ru/ issues/4_2015/ogbus_4_2015_p374-390_ KonesevSG_ru.pdf (accessed 06.06.2019). DOI: 10.17122/ogbus-2015-4-374-390 [in Russian].
3. Chernova K.V. Razvitie i perspektivy primeneniya magnitnogo vozdeistviya na skvazhinnuyu produktsiyu v neftedobyche [Development and Prospects of Application of Magnetic Influence on Borehole Production in Oil Production]. Ufa, «Monografiya» Publ., 2005. 106 p. [in Russian].
Electrical and data processing facilities and systems. № 3, v. 15, 2019
