Development Status and Global Competition rends Analysis of Maglev Transportation Technology Based on Patent Data
Abstract This study investigates magnetic levitation (maglev) transportation technologyrsquo;s development status and global competition trends by mining patent data related to maglev transportation technology from five perspectives.
It uses information collected from the Innography patent database: the number of annually registered patents throughout maglevrsquo;s development history, the key patent- contributing countries and their global distribution, the top
20 innovative organizations in maglev transportation technology, their organization type, and the technology distribution classifications of their patents, core patents, and their holders and registered regions. A comparison and analysis are carried out based on patent data. The study summarizes the development and main trends of maglev technology, the countries with strong competition, the markets with the most potential for maglev technology application, the focuses of technological research and development, and the future research directions of major innovative organizations and their core patents. The study offers suggestions and recommendations from both national/governmental (macro) and organizational (micro) perspectives.
Keywords Maglev transportation · Data mining · Global patent distribution · Core patent · Competitive situation · Innovative organization
ⅠIntroduction
The magnetic levitation (maglev) transportation system is a rail transport method that uses electromagnetic forces generated by a linear motor system to repel and push a train along its track (levitation) as well as to move the train toward its destination. Maglev transportation systems have many advantages over traditional urban rail transit systems such as subways, light rail, monorail, and trams, such as greater safety, stronger environmental adaptability, stron- ger climbing performance, lower performance–cost ratios, less noise, and lower radiation. Therefore, maglev tech- nology is considered an lsquo;lsquo;eco-friendlyrsquo;rsquo; method of travel in the twenty-first century.
Several maglev transportation systems have been con- structed and put into operation around the world, such as the Shanghai high-speed Maglev Transit line in China (also known as Transrapid) that runs from Shanghai Pudong International Airport to Longyang station, which is an interchange station, and connects to Shanghai subway line 2. The other lines are operated at low-to-medium speeds, such as Linimo in Aichi Prefecture, Japan, the low-to-medium speed Incheon Airport Maglev that runs from Incheon Airport in South Korea, the low-speed Changsha Maglev Line that runs from Changsha Huanghua International Airport in China, and the low-speed Beijing S1 maglev transportation line in China. Based on strong market potential, maglev transportation systemshave gradually become integrated into urban rail transitsystems. The successful construction and operation of maglev transportation lines show that maglev transporta- tion is a promising public transportation system that will play an important role in the future of transport
Maglev technology is a potential solution for future traffic and ecological challenges because the main advan- tages of maglev technology are obvious: short trip times due to its high speed and/or high acceleration; a high level of safety and comfort due to its magnetic guidance and levitation systems; low operating costs due to the low maintenance effort required (as it is contactless) and high efficiency; flexible alignment due to the high gradients because there is no need for a functional grip between the wheel and the rail; and its eco-friendliness due to its high- efficiency, emission-free system, flexible alignment, low noise, and independence from energy modes. Maglev developers claim that their system can achieve higher speeds and lower energy consumption and life-cycle costs and can take more passengers, while producing less noise and vibration than high-speed rail . Therefore, Maglev transportation has the potential to be more efficient and affordable than alternative technologies for many trans- portation applications .
The research on and application of maglev transporta- tion technology are abundant. Chan and Aldhaban intro- duce and compare the major determinants of international technology transfer strategies in the high-speed rail industry from the perspectives of both technology import and export . Minakami introduces a new paradigm of the road by using maglev vehicles . Barber discusses the market for maglev technology for urban applications . Hellinger and Mnich compare the different types of linear motors in maglev transportation. Thornton out- lines the keys to reducing energy intensity by using light vehicles with low aerodynamic drag. The key to afford- ability is to use small, light vehicles that can operate on less-expensive guideways and that require less power for propulsion. The academic and engineering research on maglev technologies lends strong support to the benefits of maglev technologyrsquo;s commercial application. Maglev can be both less expensive and more efficient than its alterna- tives. Maglev has the ability to achieve much higher acceleration and braking rates than steel wheels on steel rails. Designs that take advantage of this fact will maxi- mize efficiency and cost-effectiveness. Maglevrsquo;s greatly reduced noise, improved ride quality, and reduced energy consumption will make it much easier to sell high-speed ground transportation .
This study explores the current maglev transportation development situation and technology trends by mining maglev transportation patent data from a commercial patent database, analyzing the data, and summarizing the maglev transportation development situation and technol- ogy trends. Patent data reflect the latest cutting-edge sci- entific and tec
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译文
基于专利数据的磁悬浮运输技术发展现状与全球竞争趋势分析
摘要：本研究从五个角度挖掘磁悬浮运输技术相关专利数据，探讨磁悬浮运输技术的发展现状和全球竞争趋势。
它使用从Innography专利数据库收集的信息：在磁悬浮的发展历史上每年注册专利的数量，主要专利提供国及其全球分布，排名第一
磁悬浮运输技术的20个创新组织，其组织类型，以及其专利、核心专利及其持有者和注册地区的技术分布分类。基于专利数据进行对比分析。研究总结了磁悬浮技术的发展和主要趋势，竞争较强的国家，磁悬浮技术应用潜力最大的市场，技术研发的重点，主要创新组织及其核心专利的未来研究方向。这项研究从国家/政府（宏观)和组织(微观）两个角度提出了建议。
关键词：磁浮交通 数据挖掘 全球专利分布 核心专利 竞争形势 创新组织
1.导言
磁悬浮(maglev)运输系统是一种铁路运输方法，它利用线性电机系统产生的电磁力来排斥和推动列车沿着其轨道(levitation)行驶，并将列车移动到目的地。磁悬浮运输系统比传统的城市轨道交通系统（如地铁、轻轨、单轨和有轨电车）具有更大的安全性、更强的环境适应性、更强的爬坡性能、更低的性价比、更少的噪音和更低的辐射等优点。因此，磁悬浮技术被认为是二十一世纪一种“生态友好”的旅行方法。
世界各地已建成并投入运行的几个磁悬浮运输系统，如从上海浦东国际机场到龙阳站的中国上海高速磁悬浮运输线路(又称Transrapid)，它是一个交换站，连接上海地铁。其他线路以低到中速度运行，如日本爱知县的林莫，从韩国仁川机场运行的中低速仁川机场磁悬浮，从中国长沙黄花国际机场运行的低速长沙磁悬浮线路，以及中国的低速北京S1磁悬浮运输线路。基于强大的市场潜力，磁悬浮运输系统已逐渐融入城市轨道交通系统。磁悬浮交通线路的成功建设和运行表明，磁悬浮交通是一种很有前途的公共交通系统，在未来的交通系统中将发挥重要作用。磁悬浮技术是未来交通和生态挑战的潜在解决方案，因为磁悬浮技术的主要优点是显而易见的：由于其高速和/或高加速度，飞行时间短；由于其磁导引和悬浮系统，安全和舒适程度高；由于所需的维护努力低（因为它是非接触式的）和高效率，运行成本低；由于车轮和轨道之间不需要功能抓地力，因此高梯度而灵活对齐；它的生态友好性，因为它的高效率，无排放系统，灵活的对齐，低噪音，和独立于能源模式。磁悬浮开发商声称，他们的系统可以实现更高的速度和更低的能耗和生命周期成本，并且可以容纳更多的乘客，同时产生比高速铁路更少的噪音和振动。因此，磁悬浮运输具有比许多运输应用的替代技术更有效和更负担得起的潜力。
磁浮运输技术的研究和应用较为丰富，陈和Aldhaban从技术进出口两个角度介绍和比较了高速铁路行业国际技术转让战略的主要决定因素。米那卡米通过使用磁悬浮车辆引入了一种新的道路范式。巴伯论述城市应用磁悬浮技术市场。海灵和Mnich比较磁浮运输中不同类型的直线电机。桑顿概述了通过使用低气动力阻力的轻型车辆来降低能量强度的关键。负担能力的关键是使用小型轻型车辆，这些车辆可以在价格较低的导轨上运行，并且需要较少的动力进行推进。磁悬浮技术的学术和工程研究为磁悬浮技术的商业应用提供了有力的支持。磁悬浮可以比它的替代品更便宜和更有效。磁浮具有比钢钢轨上的钢轮更高的加速度和制动率。利用这一事实的设计将最大限度地提高效率和成本效益。磁悬浮大大降低了噪音，提高了乘坐质量，降低了能源消耗，这将使销售高速地面运输变得更容易。
本研究通过从商业专利数据库中挖掘磁悬浮运输专利数据，对数据进行分析，总结磁悬浮运输的发展现状和技术趋势，探索当前磁悬浮运输的发展现状和技术趋势。专利数据体现最新前沿科技智能。因此，分析专利数据可以为国家、地区相应技术的发展提供有用的指标，和工业，以及技术在国家、地区和行业的分布和发展趋势。这一分析的结果可能有助于政府和企业将必要的资源集中在关键技术上，从而实现行业内更快的技术赶超和跨越式发展。
根据Innography专利数据库中有关磁悬浮技术的专利数据，分析了全球磁悬浮技术的发展阶段和发展趋势。对拥有专利的主要贡献国家，关键专利的全球分布情况，相关技术研发的重点，最具创新性的组织，最有价值的专利也进行了分析。本研究的目的是为政府决策者在制定支持政策时提供参考，以及帮助企业制定技术研究和开发战略，并在磁悬浮运输系统不断发展的情况下作出适当的市场决策。
2.磁悬浮专利数据源和搜索结果
本研究中使用的数据来源于Innography专利数据库。Innography是剑桥信息集团成员ProQuestDialog开发的一个基于网络的平台，提供与知识产权商业智能相关的在线应用程序和工具。该数据库已发展到纳入专利搜索和分析工具，从而能够挖掘核心专利和专利质量评估。Innography平台包括来自90多个国家和地区的专利家庭、法律地位和专利的原始描述，涵盖了美国联邦司法机构提供的公开获取法院电子记录(PACER)的大约40年和60,000项专利诉讼条目，以及Dun和Bradstreet以及美国证券交易委员会发布的专利权人的财务数据。
根据与磁悬浮运输系统和国际专利分类代码相关的英文术语，以下搜索参数用于研究数据查询：@（摘要、索赔、标题)[(电磁*或磁*)和(悬浮*或悬挂*）或磁悬浮或EML]和（铁路*或过境*或火车*或车辆）@*和(ipc_B60或ipc_E01或ipc_B61)。搜索于2017年11月26日进行，获得12269项相应专利。分类代码为B000（执行操作）、E000（固定建筑）、H000（电力）、F000（机械工程）、G000（物理）和A000（人类必需品）的专利占总数的76.68、12.46、4.85、2.68、1.8和0.29%，分别。其余1.24%的专利属于其他类别。
3.磁浮专利数据检索结果分析
3.1磁浮技术的全球发展阶段和趋势分析
年度专利申请数量的变化可以概述某一技术领域的发展趋势。磁悬浮相关专利申请从1998年到2016年如图所示。基于专利的优先年。图中显示，总的来说，磁浮相关专利的申请一直在增长。根据涉及磁悬浮技术的建议数量和相应的科学发现，我们扩展了时间表，包括对磁悬浮运输系统的发展历史和趋势的回顾。我们将磁悬浮技术的发展分为三个阶段。
第一阶段被称为“科学发现阶段（1842-1934）”，磁悬浮的概念是英国物理学家塞缪尔·恩肖在1842年首次提出的。1922年，德国工程师赫尔曼·肯珀提出了电磁悬浮原理。他于1934年8月被授予世界上第一个磁悬浮技术专利（帝国专利号643，316）。在这第一阶段，专利磁悬浮技术从零开始发展，技术发展缓慢。
第二阶段是“技术发明阶段（1934-2003）”，从实验室模型的验证开始，德国开发了八代磁悬浮列车(TR01至TR08)。日本通过超导磁体的应用，从传统磁悬浮列车的研究和开发中取得了成果。北京企业控股磁悬浮技术开发有限公司（北京磁悬浮）与国防科技大学合作开发了磁悬浮列车样本，建成了国内第一条自主开发的磁悬浮线路，并在中国长沙投入试运行。在这一阶段，磁悬浮相关专利申请数量迅速增长。2003年，世界上第一台商用高速磁悬浮列车在上海投产，标志着磁悬浮技术从实验室样品向有价值的原型产品的转变。因此，磁浮相关专利的申请在2004年达到高峰，达到553项。
第三阶段是“技术工程化阶段（2003-2017年）”，日本爱知县和韩国仁川机场的中低速磁悬浮线路相继投入运行。在德国完成了TR09的测试，中国科技部将磁悬浮技术列为863计划（又称国家高技术发展计划）的主要研究项目之一。在2011年，中国第一条发展起来的磁悬浮线路北京磁悬浮S1线开始建设。磁浮相关专利的申请在连续几年不断增长。在2016年，专利申请数量达到721件，增长率为14%。同年，长沙黄花国际机场与中国长沙南站之间的中低速磁悬浮列车开始试运行。在2017年，连接门头沟区石门营和石景山区平果园的北京S1线投入商业运营，这一成就标志着磁悬浮技术的成熟，因为它的稳定性和先进性被认为适合为公众服务，从而，磁悬浮技术的发展正式进入产业化阶段。
表1 1998年至2016年磁浮相关专利的年度申请 数据来源：Innography专利数据库（2017年11月26日提取）
3.2主要专利贡献者和全球专利分配
3.2.1主要专利贡献者
专利提供国是专利权人的母国。前10名专利提供国，根据专利数量排序，如图2所示。如图所示，磁悬浮技术的五个主要国家是中国（3360，27.11%)、日本(3026，24.66%），德国（2508，20.44%)，美国(1312，10.69%），和韩国（536，4.37%）。这五个国家的专利申请总数为10714项，占全球专利申请的87.55%。这表明，这一领域的专利贡献高度集中，核心技术主要由上述五个国家控制。
虽然我国磁悬浮技术的发展起步较晚（1990年代末），但专利申请数量从1998年的8项增加到2016年的663项，在不到20年的时间里增长了82.88倍。因此，中国已成为磁悬浮相关专利的主要贡献者。显然，中国的技术创新和自主研发能力近年来取得了迅速的进步。此外，中国专利权人对知识产权和权利保护的认识也有所提高。
3.2.2专利捐助国技术增长分析
技术增长指数可以反映给定技术在不同阶段的发展情况。该指标由V=a/A计算，其中V代表专利增长 给定年度的比率，a表示给定年度的专利申请数量，A表示过去5年（不包括给定年度的专利申请）的累积申请。 V值的增加表明，某一国家或地区的相应技术处于起步或成长阶段，而V值的下降表明，某一国家或地区的相应技术已经处于成熟阶段。前五大专利提供国2003-2016年技术增长指数（见图）。193表明磁悬浮技术的全面发展已进入成熟阶段。具体来说，德国、日本、韩国和美国的磁悬浮技术已经进入成熟阶段，而我国的磁悬浮技术仍在逐步发展和成熟。
表2 10大专利提供国 数据来源：Innography专利数据库（2017年11月26日提取）.
3.2.3专利的全球分布
来自捐助国的专利的全球分布反映了专利权人的全球战略以及未来可能实施相应专利技术的国家和地区。表1列出了来自前五个提供国的专利分布情况，从来源国向外延伸到其他国家。其中Z轴表示专利权人的国家，X轴表示专利技术注册的国家，Y轴表示专利的数量。
表1显示，德国的专利磁悬浮技术具有最广泛的分布范围（33个国家和地区）。在德国国内注册的专利技术数量占所有专利技术的43.46%；其次是在美国（13.79%）、欧洲专利组织(EPO)（11.12%)和中国(10.65%）注册的专利技术数量。美国专利磁悬浮技术在26个国家和地区注册。在美国国内注册的专利技术数量占所有专利技术的44.67%，其次是在EPO（10.73%)、德国(10.19%)和中国(7.74%）注册的专利技术。来自日本的专利磁悬浮技术在17个地区注册。在日本国内注册的专利技术数量占所有专利技术的78.62%，其次是在美国、德国、EPO和中国注册的专利技术，分别占专利技术总数的6.96%、5.15、3.73%和2.54%。中国的专利技术在11个国家和地区注册。大多数中国专利技术在国内注册（97.17%），其次是专利技术在世界知识产权组织（知识产权组织)(0.96%)、美国(0.93%)和德国(0.48%）注册。韩国的专利磁悬浮技术在9个国家和地区注册；88.22%的韩国专利技术在国内注册，在美国、中国和知识产权组织注册的专利技术分别占所有专利技术的3.74%、3.74%和2.06%。这些数据表明，主要的专利提供国将重点放在专利技术的国内登记上，然后根据当地的研究和资源开发扩大其覆盖面。
表3 技术增长排名前五的专利提供国 资料来源：Innography专利数据库（2017年11月26日提取）
表1来自前五个专利提供国的专利的全球分布情况。数据来源：Innography专利数据库（2017年11月26日提取）
|
专利登记国 |
中国 |
德国 |
美国 |
日本 |
韩国 |
|
中国 |
3232（97.17%） |
268（10.65%） |
101（7.74%） |
77（2.54%） |
20（3.74%） |
|
德国 |
16（0.48%） |
1094（43.46%） |
133（10.19%） |
156（5.15%） 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料 资料编号：[412280]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word |
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