发明创造名称：一种用于悬浮10～600g大体积金属材料的双层电磁线圈
外观设计名称：
决定号：195243
决定日：2019-11-13
委内编号：1F279622
优先权日：
申请（专利）号：201710541599.3
申请日：2017-07-05
复审请求人：西北工业大学
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：孙长欣
合议组组长：段文婷
参审员：李新瑞
国际分类号：H02N15/00，H01F5/00
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第3款
决定要点
：如果一项权利要求相对于作为最接近现有技术的对比文件公开的技术方案存在区别技术特征，上述区别技术特征的一部分属于本领域公知常识，另一部分不属于本领域的公知常识且使得该权利要求的技术方案获得了有益的技术效果，则该权利要求相对于该对比文件和本领域公知常识的结合具备创造性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201710541599.3，名称为“一种用于悬浮10～600g大体积金属材料的双层电磁线圈”的发明专利申请（下称本申请）。本申请的申请人为西北工业大学，申请日为2017年07月05日。
经实质审查，国家知识产权局实质审查部门于2019年03月05日发出驳回决定，以权利要求1不具备专利法第22条第3款规定的创造性为由驳回了本申请。驳回决定所依据的文本为：申请日2017年07月05日提交的说明书第1-7页，说明书附图第1-2页，说明书摘要，摘要附图；2019年01月24日提交的权利要求第1项。
驳回决定所针对的权利要求书内容如下：
“1. 一种用于悬浮10～600g大体积金属材料的双层电磁线圈，其特征在于包括上端稳定线圈和下端悬浮线圈；下端线圈与上端线圈为反向串联绕制，绕匝间距为0.7～2.5mm；所述上端线圈为1～3匝，内径为10～85mm；所述下端线圈为5～10匝且呈双层分布，其中内层线圈的内径为10～80mm，且匝数多于或等于外层；所述两个线圈之间的间距为15～70mm；所述绕制线圈的材料采用直径为4～10mm的空心铜导管，外侧包裹绝缘层；
所述下端悬浮线圈的内层线圈为向下锥形开口状，夹角小于60°；
所述电磁悬浮线圈采用空心方铜管时，截面面积为10～100mm2。”
驳回决定中引用了如下对比文件：
对比文件1：“Magnetohydrodynamic Modeling and Experimental Validation of Convection Inside Electromagnetically Levitated Co-Cu Droplets”，Jonghyun Lee et al.，《METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS B》，第45卷，第3期，第1018-1023页，公开日为2014年06月30日。
驳回决定的具体理由是：1、权利要求1的下端线圈的内层线圈的匝数多于外层的技术方案与对比文件1的区别技术特征在于：悬浮物的重量、体积，线匝间距；上端线圈的匝数、内径不同，下端线圈的内层线圈的内径不同，两个线圈之间的间距；外侧包裹绝缘层；夹角范围，铜管的形状与尺寸。上述区别技术特征是本领域公知常识，因此权利要求1的该技术方案不具备创造性。2、对于权利要求1的下端线圈的内层线圈的匝数等于外层的技术方案，设置下端线圈的双层线圈重叠层数是容易想到的。因此，权利要求1的该技术方案不具备创造性。3、对于申请人陈述意见的答复为：对比文件1的第六节采用ANSYS Fluent进行分析，考虑电磁场和流体两个方向对线圈进行优化设；对比文件1悬浮球体的质量为9.15g，而非申请人所说的1.14g，球体的质量已经接近本申请10g下限；对比文件1的表格1给出计算过程，本领域技术人员再经过有限的试验能够得到匹配悬浮物体的重量、线圈间距、匝数、内径、间距、角度等参数。
申请人（下称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2019年04月17日日向国家知识产权局提出了复审请求，并提交了权利要求书的全文修改替换页，共包括权利要求第1-3项。具体修改内容如下：在申请日提交的权利要求书的基础上，在权利要求1中增加技术特征“悬浮对象通过绝缘杆定位在悬浮区域，当电流增加至悬浮力足以抵抗重力时，撤离绝缘杆”。
提出复审请求时提交的权利要求书内容如下：
“1. 一种用于悬浮10～600g大体积金属材料的双层电磁线圈，其特征在于包括上端稳定线圈和下端悬浮线圈；下端线圈与上端线圈为反向串联绕制，绕匝间距为0.7～2.5mm；所述上端线圈为1～3匝，内径为10～85mm；所述下端线圈为5～10匝且呈双层分布，其中内层线圈的内径为10～80mm，且匝数多于或等于外层；所述两个线圈之间的间距为15～70mm；所述绕制线圈的材料采用直径为4～10mm的空心铜导管，外侧包裹绝缘层；悬浮对象通过绝缘杆定位在悬浮区域，当电流增加至悬浮力足以抵抗重力时，撤离绝缘杆。
2. 根据权利要求1所述用于悬浮10～600g大体积金属材料的双层电磁线圈，其特征在于：所述下端悬浮线圈的内层线圈为向下锥形开口状，夹角小于60°。
3. 根据权利要求1所述用于悬浮10～600g大体积金属材料的双层电磁线圈，其特征在于：所述电磁悬浮线圈采用空心方铜管时，截面面积为10～100mm2。”
复审请求人认为：1、权利要求1通过优化线圈的具体结构参数使得能够悬浮10-600g的金属材料，解决了现有技术中电磁线圈浮力弱、悬浮样品质量小的技术缺陷，提高了线圈的悬浮能力。对比文件1处理的样品重量约0.8-1.0g，与本申请10-600g不在同一数量级，差距巨大，对比文件1的技术方案能够满足其进行模拟试验的要求，本领域技术人员没有动机对其进行改进以提升悬浮力。2、本申请线圈参数的调整需要经过系统地优化分析与试验，工作量巨大，不是通过有限的试验能够得到的。超过2层的线圈容易产生电流过载问题，本申请通过确定多种工艺参数而获得最优线圈构型，提高了悬浮能力。
经形式审查合格，国家知识产权局于2019年05月16日依法受理了该复审请求，并将其转送至实质审查部门进行前置审查。
实质审查部门在前置审查意见书中认为：1、本申请和对比文件1的结构基本一致，对比文件1同样是实现金属的悬浮冶炼，而对于开始试验前的准备工作，不对本申请的创造性造成影响；2、对比文件1的图1和第II节明确给出了两个线圈的间距、绕制材料的管径，对比文件1的质量的计算主要考虑铜的质量进行计算，而对于具体的悬浮物的质量确定，本领域技术人员知晓，与电磁线圈的尺寸有一定的关系，且对比文件1的Table I给出了线圈尺寸、频率等与洛伦兹力的关系，悬浮物重量的大小并不能使本申请具有创造性；3、对于复审请求人所说的660万余种线圈方案，在实际做试验中，通常先通过仿真软件进行仿真试验，再进行实际验证，对于各种参数的量化考虑，仿真软件可试验可节省时间与精力，最终通过实践验证所需悬浮物的质量。因而坚持驳回决定。
随后，国家知识产权局依法成立合议组对本案进行审理。
合议组于2019年09月10日向复审请求人发出复审通知书。该复审通知书中指出：权利要求1-3不具备专利法第22条第3款规定的创造性。具体理由为：1、权利要求1与对比文件1相比，区别技术特征在于：（1）用于悬浮10-600g大体积金属材料，绕匝间距为0.7-2.5mm，上端线圈为1-3匝，两个线圈之间的间距为15-70mm，绕制线圈的空心铜导管直径为4-10mm，外侧包覆绝缘层，内层线圈的匝数可以等于外层线圈；（2）悬浮对象通过绝缘杆定位在悬浮区域，当电流增加至悬浮力足以抵抗重力时，撤离绝缘杆。上述区别（1）、（2）是容易想到的，因此权利要求1不具备创造性。2、权利要求2的附加技术特征是本领域技术人员在对比文件1的基础上容易作出的常规调整，权利要求3的附加技术特征是公知常识。因此权利要求2、3也不具备创造性。关于复审请求人的意见陈述，合议组认为：（1）对比文件1悬浮样品质量与本申请的悬浮金属材料质量范围的下限10g差距较小。当需要改变悬浮力以适应具体使用情况的需要时，本领域技术人员能够根据掌握的技术常识，对线圈的参数进行调整，以达到本申请10-600g范围的悬浮力。（2）在现有技术的基础上，本领域技术人员在对对比文件1的线圈结构进行改进的时候，不需要盲目调整和进行试验，而是可以根据现有的理论研究和实验的成果，有目的和选择地开展研究，并通过有限的实验得到适合的线圈参数以达到预期的悬浮力要求，这种改变是不需要付出创造性劳动的。
复审请求人于2019年10月09日提交了意见陈述书，同时提交了权利要求书的全文修改替换页，共包括权利要求第1项。具体修改内容如下：将权利要求1-3合并为新的权利要求1，删除权利要求2、3，将权利要求1中的技术特征“上端线圈为1-3匝”修改为“上端线圈为3匝”。
复审请求人于2019年10月09日提交的权利要求的内容如下：
“1. 一种用于悬浮10～600g大体积金属材料的双层电磁线圈，其特征在于包括上端稳定线圈和下端悬浮线圈；下端线圈与上端线圈为反向串联绕制，绕匝间距为0.7～2.5mm；所述上端线圈为3匝，内径为10～85mm；所述下端线圈为5～10匝且呈双层分布，其中内层线圈的内径为10～80mm，且匝数多于或等于外层；所述两个线圈之间的间距为15～70mm；所述下端悬浮线圈的内层线圈为向下锥形开口状，夹角小于60°；所述绕制线圈的材料采用直径为4～10mm的空心铜导管，所述电磁悬浮线圈采用空心方铜管时，截面面积为10～100mm2；外侧包裹绝缘层；悬浮对象通过绝缘杆定位在悬浮区域，当电流增加至悬浮力足以抵抗重力时，撤离绝缘杆。”
复审请求人认为：1、对比文件1跟本申请解决的技术问题不同。2、本申请与对比文件1的区别技术特征包括“下端悬浮线圈的内层线圈为向下锥形开口状，夹角小于60°”，通过改变下端线圈的内径分布，并将其设置为向下开口的锥形状，一方面可以获得相较于常规等径圆柱线圈更大的悬浮力，另一方面能够调整悬浮金属的受力状态，使得其能够长时间稳定悬浮。此外，对线圈结构的优化设计是个复杂的过程，即使本专业的技术人员也需要长时间系统研究，充分理解上述各个环节的原理、限定条件和适应范围才能初步具备线圈设计能力。在线圈电磁特性的数值计算中，容易利用更多层数、更多匝数、更高电流、更小的铜管直径来满足很高的悬浮要求，但是此类线圈结构与高频感应装置之间容易出现匹配性的问题，比如：更多层数和更多匝数极其容易产生电流过载问题；更多层数、更多匝数和更小的铜管会使线圈通水不畅而烧毁等等。因此，修改后的权利要求1具备创造性。
在上述程序的基础上，合议组认为事实已经清楚，可以依法作出审查决定。
二、决定的理由
1、审查文本的认定
复审请求人在于2019年10月09日提交了权利要求书的全文修改替换页，经审查，所作的修改符合专利法实施细则第61条第1款以及专利法第33条的规定。本复审请求审查决定所依据的审查文本为：申请日2017年07月05日提交的说明书第1-7页，说明书附图第1-2页，说明书摘要，摘要附图；2019年10月09日提交的权利要求第1项。
2、关于专利法第22条第3款
专利法第22条第3款规定：创造性，是指与现有技术相比，该发明具有突出的实质性特点和显著的进步，该实用新型具有实质性特点和进步。
如果一项权利要求相对于作为最接近现有技术的对比文件公开的技术方案存在区别技术特征，上述区别技术特征的一部分属于本领域公知常识，另一部分不属于本领域的公知常识且使得该权利要求的技术方案获得了有益的技术效果，则该权利要求相对于该对比文件和本领域公知常识的结合具备创造性。
本复审请求审查决定在评价创造性时所引用的对比文件与驳回决定和复审通知书中引用的对比文件相同，即：
对比文件1：“Magnetohydrodynamic Modeling and Experimental Validation of Convection Inside Electromagnetically Levitated Co-Cu Droplets”，Jonghyun Lee et al.，《METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS B》，第45卷，第3期，第1018-1023页，公开日为2014年06月30日。
2.1、权利要求1请求保护一种用于悬浮10-600g大体积金属材料的双层电磁线圈。对比文件1公开了一种双层悬浮线圈，并具体公开了以下技术特征（参见第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ节及图1）：包括上端稳定线圈和下端悬浮线圈，下端悬浮线圈和上端稳定线圈为反向串联绕制；由图1可见，上端线圈为4匝，内径为13mm（在本申请的10-85mm范围内），下端线圈为8匝（在本申请5-10匝的范围内）且呈双层分布，其中内层线圈的内径为13mm（在本申请10-80mm范围内），且匝数多于外层；绕制线圈的材料为空心铜导管。
权利要求1内层线圈匝数多于外层的技术方案与对比文件1相比，区别技术特征在于：（1）用于悬浮10-600g大体积金属材料，绕匝间距为0.7-2.5mm，上端线圈为3匝，两个线圈之间的间距为15-70mm，绕制线圈的空心铜导管直径为4-10mm，外侧包覆绝缘层；（2）悬浮对象通过绝缘杆定位在悬浮区域，当电流增加至悬浮力足以抵抗重力时，撤离绝缘杆；（3）所述电磁悬浮线圈采用空心方铜管时，截面面积为10～100mm2；（4）所述下端悬浮线圈的内层线圈为向下锥形开口状，夹角小于60°。
权利要求1内层线圈匝数等于外层的技术方案与对比文件1相比，区别技术特征除上述区别技术特征（1）-（4）外还包括：（5），内层线圈的匝数等于外层线圈。
基于上述区别技术特征，权利要求1相对于对比文件1实际解决的技术问题是：提高悬浮力以悬浮更大重量的材料、提高安全性、以及如何将被悬浮物体放置在装置中开始悬浮。
对于区别技术特征（1）、（5）：为了适应被悬浮物体的大小和重量，本领域技术人员可以根据其掌握的电磁学技术知识通过有限的试验获得适合的线圈参数以使得悬浮线圈能够提供相应的悬浮力。为了线圈工作的安全性而在线圈外侧包覆绝缘层是本领域常用技术手段。对比文件1已经公开了设置双层的下端线圈，在对比文件1的基础上，本领域技术人员经过适当调整容易想到可以设置匝数相等的内、外层线圈。
对于区别技术特征（2）：为了让系统开始工作，首先需要将被悬浮材料悬浮于上端线圈和下端线圈中间，之后逐渐增大电流以增大悬浮力直至被悬浮材料可以悬浮在指定位置，这是本领域常用技术手段，由于被悬浮材料是金属液体，本领域技术人员容易想到可以用绝缘定位杆来放置金属液体，并在悬浮稳定后移去绝缘杆。
对于区别技术特征（3）：首先，空心方铜管是常规的绕制线圈的材料，其次，本申请记载的截面面积是本领域常规的铜管规格。
对于区别技术特征（4）：该技术特征既没有被对比文件1公开，也不是本领域的公知常识，具体理由如下：首先，由对比文件1附图1可见，其下端悬浮线圈的内层线圈为筒状而非“向下锥形开口状”；其次，本领域常规的下端悬浮线圈的内层线圈形状为筒装或者向上锥形开口形状，并且根据常规的认知，向上锥形开口形状的电磁线圈使得磁场更加向上汇聚，能够提供更大的悬浮力，而本申请的“向下锥形开口状，夹角小于60°”的形状与现有的常规的“向上锥形开口”形状刚好相反，这种形状的改变不是本领域技术人员根据常规的推理容易想到的。此外，现有提高电磁线圈悬浮能力的方式通常是增加线圈的层数、匝数，提高电流等等，但是这些方式的缺点是更多层数和更多匝数极容易产生电流过载问题，更多层数、更多匝数和更小的铜管会使线圈通水不畅而烧毁，它们都会使得线圈与高频感应装置之间出现匹配性问题。而本申请通过对线圈做形状的改进，就能取得提高电磁悬浮力的效果，不需要增加线圈匝数，这种线圈结构的改变使得本申请的技术方案具有有益的技术效果。
由此可知，权利要求1所请求保护的技术方案相对于对比文件1和本领域公知常识的结合是非显而易见的，其具有突出的实质性特点和显著的进步，因此权利要求1具备专利法第22条第3款规定的创造性。
2.2、针对驳回决定和前置审查相关意见的答复：
对于驳回理由和前置审查意见，合议组认为：首先，本申请下端悬浮线圈内层线圈的形状为向下锥形开口状，这与本领域常规的向上锥形开口状形状刚好相反，而根据常规的认知，向上锥形开口形状的电磁线圈使得磁场更加向上汇聚，能够提供更大的悬浮力，本申请这种形状的改变不是本领域技术人员根据常规的技术容易推理想到的；其次，本领域技术人员在对技术方案进行改进并进行试验时，需要在理论指导下，有目的有选择的进行试验，在本申请的结构改变不是本领域技术人员根据常规的推理能够想到的情况下，本领域技术人员无法通过有限的试验获得相应的技术方案。
基于上述事实和理由，合议组依法作出如下审查决定。至于本申请中是否存在其他不符合专利法以及专利法实施细则的规定的缺陷，留待后续程序继续审查。
三、决定
撤销国家知识产权局于2019年03月05日对本申请作出的驳回决定。由国家知识产权局实质审查部门以本复审请求审查决定所针对的文本为基础继续进行审批程序。
如对本复审请求审查决定不服，根据专利法第41条第2款的规定，复审请求人可以自收到本决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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