（国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心 天津市 300304）
摘要：在H01F这一小类中，平面变压器这一技术近年来在我国的发展比较突出，我将选取此技术，从其基本结构、分类、优缺点、发展历史及现状、国内外申请情况、主要专利技术分析等方面介绍平面变压器技术，并对其发展方向进行预估。
关键词：平面变压器；专利申请
1 平面变压器概述
传统变压器通常是将铜线圈绕制在磁芯上装配而成，其体积一般较大，并且绕组匝数多，相关寄生参数较难控制，在生产过程中也较难保证产品的一致化程度。而平面变压器的出现则极大改善了这一问题，其与传统变压器的最大区别就于它的结构，典型结构如图1-1所示。
平面变压器是一种扁平结构的变压器，磁芯多采用 E 型、RM 型平板磁芯，高度得到极大降低的同时增大了散热面积。考虑到变压器较高的应用频率，磁芯材料方面选择具有高磁导率、高饱和磁感应强度以及低损耗特性的 MnZn 铁氧体材料；绕组方面通常采用铜箔或印制电路板（PCB）堆叠构成[1]。
图1-1 典型的平面变压器结构
1.1 平面变压器的优缺点
平面变压器的独特特性使其在医疗、通信以及航空等领域成为了电源设备的理想选择，基于平面变压器所具有的独特结构，与传统的变压器相比，其具有如下优点：
散热性能好，低漏感，生产一致性好，较高的工作频率，体积小，可靠性高，绝缘性能好，高效率，电流承载能力高。
然而平面变压器的特性并不全是优势。原、副边绕组之间的间距较小，储存磁能少，所以漏感也较小，但原、副边的分布电容却变大。PCB绕组的可重现化特性是以增大磁芯绕线窗中绝缘材料的比例为代价，降低了铜填充系数，窗口利用率低，仅为0.25 ~ 0.3，而传统变压器的窗口利用率为0.4。
2 专利申请趋势分析
2.1 全球专利分析
2.1.1 全球申请量年度趋势
图2-1 平面变压器全球历年申请量
图2-1示出了平面变压器全球范围内历年的申请量分布，结合平面变压器的发展历史分析平面变压器技术专利，由图可以看出，平面变压器技术的专利申请最早开始于1966年，由德国的德律风根公司提出，此后直到1974年才提出第二件关于平面变压器的专利申请，自此以后，关于平面变压器的申请基本上总体呈现申请量逐年递增的趋势。
2.1.2 全球申请人所在国家
图2-2 申请人所属国家
图2-2示出了在平面变压器技术领域的申请人的所属国家分布，可以看出，中国、日本和美国为主要申请国，三国申请总数占全球申请总量的60%，通常来说，国家申请量所占份额的大小在一定程度上体现了该国家相关技术实力的强弱，从图中可以看出，中国在平面变压器领域研究很多，发展很快，紧随其后的日本、美国也占据一定的有力地位。
2.1.3 全球主要申请人
继续对该领域的主要申请人进行分析。图2-3显示了全球前11位申请人的申请量，从中可以直观看出，松下电器有限公司以及横河电机株式会社目前是该技术领域的领军申请人，紧随其后的是LG伊诺特有限公司、东芝、TDK公司、飞利浦以及台达电子有限公司等公司。结合图2-2以及图2-3可以看出，虽然在全球申请总量排名中，中国和美国排名靠前，但是在全球申请人排名中，处于前列的公司大多数为日本公司，说明在美国和中国，平面变压器研究公司很多，但是比较分散，而在日本，研究平面变压器的公司比较集中，基本上集中在比较大的电气设备生产公司。
2.2 国内专利分析
在中文摘要库CNABS采用关键词平面变压器、平板变压器、PCB、印刷电路板、印刷线圈对平面变压器进行检索，数据统计时间截止公开日为2017年5月15日。根据上述限定，CNABS中关于平面变压器的相关申请共计379篇，以下针对这些申请进行相关统计分析。
2.2.1 国内申请量年度趋势
在平面变压器技术领域，中国申请占据了重要地位，图2-4为平面变压器国内历年专利申请量分布图，图2-5为世界历年申请量与国内历年申请量对比图。
图2-4国内历年申请量
图2-5世界历年申请量与国内历年申请量对比
由图2-4和图2-5可知，我国平面变压器技术的发展经历了几个阶段：
图2-6 国内主要申请人申请量
（1）第一阶段：我国对于平面变压器技术的最早的申请出现于1985年，在1985年以前，并未出现过平面变压器的专利申请，即在世界平面变压器申请的初级期阶段，我国并未出现过平面变压器的专利申请，在此阶段内，我国在平面变压器技术领域的发展落后于其他国家。
（2）第二阶段：在1985-2005年，我国每年的申请量都小于10件，此时对应于我国平面变压器发展的萌芽时期，在此阶段内，我国开始意识到平面变压器的优势，并开始重视平面变压器技术的研究和成产。
（3）第三阶段：在2006年开始，申请量开始逐年增加，在2014年达到顶峰，这一方面是由于国内开关电源领域的发展带动了平面变压器技术的的发展，另一方面是国外相关领域的专利巨头开始重视中国市场，加大了在国内的专利申请力度。
（4）第四阶段：2015年我国专利申请量出现下降，这与平面变压器技术趋于成熟以及专利申请由于公开时间滞后导致数据不全等因素有关。
2.2.2 国内主要申请人分布
继续对国内的主要申请人进行分析，图2-6显示了国内主要申请人的申请量。目前，在国内针对PCB平面变压器技术领域的主要申请人（选取前10位）中，排名前三甲的依次为台达电子工业股份有限公司、南京航空航天大学、皇家飞利浦电子股份有限公司。图中可看出，中国公司申请量普遍都不太多，比较分散，可见中国在平面变压器这个领域还没有自己的龙头老大，研究的不是那么深入。
3 平面变压器技术发展趋势及预测
电源的供电电压逐渐减小、供电电流逐渐增大是发展趋势。平面变压器正好适合这种发展趋势，具有极大的发展前景。平面变压器的小体积、低功耗等优势更加适合集成电路，必将更多地应用于以后的电源中。
目前，松下电气、恒河电机、TDK以及LG、台达等公司在平面变压器行业中处于领先位置，其研发的平面变压器比传统的变压器体积小很多、重量也轻很多、频率范围广很多，Pulse公司采用pulse平面技术，将多层PCB板夹在磁芯之间制作出一种30W的薄型高效PCB平面变压器，具有很宽的使用领域。
但是，平面变压器并不意味能完全代替传统的电子变压器。一方面，由于其对高度的苛刻要求，窗口利用率仅为25~30%，而传统的变压器窗口利用率在40%以上。另一方面，相比较已经成熟的传统变压器技术，平面变压器的绕组技术和磁芯结构还有待进一步的优化。各种机械加工技术的快速发展不断降低了传统变压器的加工成本，但是平面变压器的标准化绝非易事，它的拓扑结构很多，而且绕组制作技术以及这些设备的相关费用相对传统变压器投入较大。
当前，对平面变压器的磁芯以及绕组结构进行改进以减小等效阻抗以及漏感等方面的研究是国内外的研究重点，同时将平面变压器与电感和电容等电磁元件集成在一起，使之成为一个高度集成的模块也是一个研究的热点。将多种高质量的有源无源器件集成在一块半导体芯片上形成功能模块，是行业发展的趋势。
4 总结
通过此次技术综述的撰写，结合平面变压器的发展历史，对平面变压器相关专利进行分析，分析了国内外的发展情况，理清了平面变压器的发展脉络，对平面变压器的相关技术有了一个全面的了解。
这次技术综述的撰写，为后续相关平面变压器专利的审查打下了一个基础，有助于更好地理解技术方案，把握发明构思，并且根据特点，合理选择数据库，扩展关键词，有效提高审查质量。
参考文献：
[1] 王俊陶，小型高效高可靠性开关电源设计研究[D]：[硕士学位论文].四川：电子科技大学，2016：10-13。
[2] 祝 锦，平面变压器绕组高频损耗的研究[D]：[硕士学位论文].南京：南京航空航天大学，2008：1-7。
[2] 耿笑炎，高功率密度平面变压器[D]：[硕士学位论文].四川：电子科技大学，2005：1-4。
论文作者:苏宝珍
论文发表刊物:《电力设备》2018年第13期
论文发表时间:2018/8/17
标签：变压器论文; 平面论文; 技术论文; 申请人论文; 专利申请论文; 绕组论文; 领域论文; 《电力设备》2018年第13期论文;