发明创造名称：用于10～100g金属材料悬浮无容器处理的电磁悬浮线圈
外观设计名称：
决定号：195414
决定日：2019-11-18
委内编号：1F279621
优先权日：
申请（专利）号：201710541531.5
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：黄珊
合议组组长：马欲洁
参审员：庄惠敏
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：如果一项权利要求请求保护的技术方案与作为最接近的现有技术的对比文件相比，存在多个区别技术特征，其中部分区别技术特征是在作为最接近的现有技术的对比文件的基础上容易想到的，其余区别技术特征是本领域的公知常识，则该权利要求不具有突出的实质性特点，不具备创造性。
全文：
本复审请求审查决定涉及申请号为201710541531.5，名称为“用于10～100g金属材料悬浮无容器处理的电磁悬浮线圈”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，公开日为2017年12月26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，以本申请权利要求1不符合专利法第22条第3款有关创造性的规定为由驳回了本申请。驳回决定所依据的文本为：2019年01月24日提交的权利要求1，申请日2017年07月05日提交的说明书第1-5页、说明书附图第1-2页、说明书摘要和摘要附图。
驳回决定所针对的权利要求书内容如下：
“1. 一种用于10～100g金属材料悬浮无容器处理的电磁悬浮线圈，其特征在于包括上端线圈和下端线圈；下端线圈与上端线圈为反向串联绕制，绕匝间距为0.3～4mm；所述上端线圈为1～3.5匝，内径为8～50mm；；所述下端线圈为3～8匝，内径为8～50mm；所述两个线圈之间的间距为10～40mm；所述绕制线圈的材料采用直径为2～5mm的空心铜导管，外侧包裹绝缘层；
所述上端线圈为上小下大的锥形，锥形倾角在小于45°；所述下端线圈下部的初始数匝线圈内径保持不变，上部为向上开口的喇叭状，开口角度为小于45°；
所述上端线圈的外径为40～47mm，锥形倾角为10～30°；所述下端线圈外径为40～55mm，开口角度为20～40°。”
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 等,《METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS B》，第45卷，第3期，2014年6月，第1018-1023页，公开日为2014年06月30日。
驳回决定的主要理由是：权利要求1相对于对比文件1的区别技术特征为：悬浮物的重量，线匝间距，上端线圈的匝数、内径的不同，两个线圈间距；外侧包裹绝缘层；锥形倾角范围，开口角度范围，线圈的外径以及角度。上述区别技术特征部分是本领域技术人员在对比文件1的基础上容易想到的，部分是本领域的公知常识。因此，权利要求1不具备创造性。
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3项权利要求），所作修改为：以申请日2017年07月05日提交的权利要求1-3为基础，在权利要求1中增加技术特征“用支架将金属样品放入电磁悬浮线圈的空隙，调节高频电流，当电磁力足够平衡样品重力时，撤下支架”。复审请求人的主要意见为：（1）对比文件1能够悬浮的样品的重量约为0.8～1.0g，本申请为10～100g，且对比文件1仅是采用了电磁线圈的结构形式，不涉及对线圈的结构进行优化设计；（2）为了使10～100g的金属材料长时间地、稳定地悬浮，线圈结构参数必须进行精确定量地设计，需要分别对匝间距、上端线圈的匝数与内径、下端线圈的匝数与内径以及铜管直径进行详细的设置，考虑以上所有设计参数，不可能通过“进行有限的实验”就能得到。
复审请求人提出复审请求时提交的权利要求书内容如下：
“1. 一种用于10～100g金属材料悬浮无容器处理的电磁悬浮线圈，其特征在于包括上端线圈和下端线圈；下端线圈与上端线圈为反向串联绕制，绕匝间距为0.3～4mm；所述上端线圈为1～3.5匝，内径为8～50mm；；所述下端线圈为3～8匝，内径为8～50mm；所述两个线圈之间的间距为10～40mm；所述绕制线圈的材料采用直径为2～5mm的空心铜导管，外侧包裹绝缘层；用支架将金属样品放入电磁悬浮线圈的空隙，调节高频电流，当电磁力足够平衡样品重力时，撤下支架。
2. 根据权利要求1所述用于10～100g金属材料悬浮无容器处理的电磁悬浮线圈，其特征在于：所述上端线圈为上小下大的锥形，锥形倾角在小于45°；所述下端线圈下部的初始数匝线圈内径保持不变，上部为向上开口的喇叭状，开口角度为小于45°。
3. 根据权利要求2所述用于10～100g金属材料悬浮无容器处理的电磁悬浮线圈，其特征在于：所述上端线圈的外径为40～47mm，锥形倾角为10～30°；所述下端线圈外径为40～55mm，开口角度为20～40°。”
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，本申请和对比文件1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，且对于各种参数的量化考虑，仿真软件实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，国家知识产权局成立合议组对本案进行审理。
合议组于2019年09月09 日向复审请求人发出复审通知书，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。其中主要意见为：（一）权利要求1相对于对比文件1的区别技术特征在于：（1）金属材料为10～100g，绕匝间距为0.3～4mm；所述上端线圈为1～3.5匝，两个线圈之间的间距为10～40mm，铜导管的直径为2～5mm；（2）空心铜导管外侧包裹绝缘层。上述区别技术特征（1）是本领域技术人员在对比文件1的基础上容易想到的，上述区别技术特征（2）是本领域的公知常识。因此，权利要求1不具备创造性。（二）从属权利要求2的部分附加技术特征被对比文件1公开，其余附加技术特征是本领域技术人员在对比文件1的基础上容易想到的；权利要求3的附加技术特征是本领域的公知常识。因此，权利要求2-3也不具备创造性。（三）对于复审请求人的意见陈述，合议组认为：（1）对比文件1公开了悬浮线圈的结构，在对比文件1的基础上，本领域技术人员为了提高悬浮金属材料的重量，即提高悬浮力，对悬浮线圈的各种参数，例如线圈的匝数、绕匝间距、两个线圈之间的间距以及铜导管的直径进行调整是容易想到的。（2）首先，权利要求限定的匝间距、线圈的内径、两个线圈之间的间距以及铜导管的直径等的范围较大，得到权利要求要求保护的各种参数范围并不需要进行如复审请求人所述的那么多次的实验；其次，对于线圈结构的各种参数，可以通过计算机仿真辅助实现大量的计算，还可以结合公式进行参数计算，然后再在算出的范围内进行参数调整，在此基础上，可以大大减少实验次数，即在线圈整体结构已知的情况下，本领域技术人员完全可以通过有限的试验得到符合需求的线圈参数。
针对上述复审通知书，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全文修改替换页（共包括1项权利要求），所作修改为：将从属权利要求3提升为独立权利要求1，并将“绕匝间距为0.3～4mm；所述上端线圈为1～3.5匝”修改为“绕匝间距为2mm；所述上端线圈为2匝”，将“所述下端线圈为3～8匝”修改为“所述下端线圈为8匝”，将“所述绕制线圈的材料采用直径为2～5mm的空心铜导管”修改为“所述绕制线圈的材料采用直径为5mm的空心铜导管”，删除权利要求1和2。复审请求人的主要意见为：（1）权利要求1通过对线匝间距、上下端线圈的匝数和内径、两个线圈之间的间距以及线圈的直径和材料进行特殊限定，使得其能够悬浮10～100g金属材料，进而用于高真空或者特定气体保护下的亚稳深过冷实验、快速凝固和高温熔融金属物性参数测定等领域的研究，而对比文件1所公开的电磁悬浮钴铜液滴内对流的磁流体力学模型，其并没有针对线匝间距、两个线圈的间距以及绕制材料的管径进行限定，两者采取的技术手段不同，解决的技术问题不同，进而能够悬浮的样品的重量不同；（2）权利要求1中的上下线圈具有锥形倾角，能够稳定悬浮更大质量的金属材料，即下端线圈并不是所有匝的内径均相等，而对比文件1下部线圈的上两组线圈内径与下端其他线圈的内径并没有区别，只是在上两组线圈的外部增加了两组直径较大的线圈，无法适应更大尺寸的悬浮金属；（3）电磁线圈相关计算分析流程需要专业的技术人员长时间系统研究，充分理解各个环节的原理、限定条件和适应范围才能初步具备线圈设计能力，并且在本领域公知设计过程中容易出现参数匹配性的问题，而本申请解决了人们一直渴望解决但始终未能获得成功的技术难题，该方法根据检索最近研究也未发现，因此本申请具备创造性。
复审请求人于2019年10月09日提交的权利要求书内容如下：
“1. 一种用于10～100g金属材料悬浮无容器处理的电磁悬浮线圈，其特征在于包括上端线圈和下端线圈；下端线圈与上端线圈为反向串联绕制，绕匝间距为2mm；所述上端线圈为2匝，内径为8～50mm；所述下端线圈为8匝，内径为8～50mm；所述两个线圈之间的间距为10～40mm；所述绕制线圈的材料采用直径为5mm的空心铜导管，外侧包裹绝缘层；所述上端线圈为上小下大的锥形，锥形倾角在小于45°；所述下端线圈下部的初始数匝线圈内径保持不变，上部为向上开口的喇叭状，开口角度为小于45°；所述上端线圈的外径为40～47mm，锥形倾角为10～30°；所述下端线圈外径为40～55mm，开口角度为20～40°；
用支架将金属样品放入电磁悬浮线圈的空隙，调节高频电流，当电磁力足够平衡样品重力时，撤下支架。”
在上述程序的基础上，合议组认为本案事实已经清楚，可以作出审查决定。
二、决定的理由
1、审查文本的认定
复审请求人于2019年10月09日答复复审通知书时提交了权利要求书的全文修改替换页（共包括1项权利要求），经审查，权利要求书的修改符合专利法实施细则第61条第1款和专利法第33条的规定。本复审请求审查决定所依据的审查文本为：2019年10月09日提交的权利要求1，申请日2017年07月05日提交的说明书第1-5页、说明书附图第1-2页、说明书摘要和摘要附图。
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。
如果一项权利要求请求保护的技术方案与作为最接近的现有技术的对比文件相比，存在多个区别技术特征，其中部分区别技术特征是在作为最接近的现有技术的对比文件的基础上容易想到的，其余区别技术特征是本领域的公知常识，则该权利要求不具有突出的实质性特点，不具备创造性。
权利要求1请求保护一种用于10～100g金属材料悬浮无容器处理的电磁悬浮线圈，对比文件1（参见正文第II节，图1，表I）公开了一种用于金属材料悬浮无容器处理的电磁悬浮线圈，包括上部线圈和下部线圈，下部线圈与上部线圈为反向串联绕制，上部线圈为4匝，内径大于13mm（与8～50mm的内径范围有交叉），下部线圈为8匝，内径大于13mm（与8～50mm的内径范围有交叉）；上部线圈的顶部到下部线圈的底部间距为38.5mm，绕制线圈的材料采用水冷的铜导管（相当于空心铜导管），上部线圈为上小下大的锥形，下部线圈下部的初始线圈匝数内径保持不变，上部为向上开口的喇叭状（参见图1右侧的线圈分布）。
权利要求1中“用支架将金属样品放入电磁悬浮线圈的空隙，调节高频电流，当电磁力足够平衡样品重力时，撤下支架”的特征，其中支架结构并不属于电磁悬浮线圈的结构，并且该放置金属样品的方法也不会对电磁悬浮线圈的结构产生影响，即该特征并不会限定出权利要求1不同于对比文件1的其他技术特征，因此权利要求1相对于对比文件1的区别技术特征在于：（1）金属材料为10～100g，绕匝间距为2mm；所述上端线圈为2匝，两个线圈之间的间距为10～40mm，铜导管的直径为5mm，上端线圈的锥形倾角小于45°，上端线圈的外径为40～47mm，锥形倾角为10～30°，下端线圈喇叭的开口角度为小于45°，下端线圈外径为40～55mm，开口角度为20～40°；（2）空心铜导管外侧包裹绝缘层。
基于上述区别技术特征，权利要求1实际解决的技术问题是：提高悬浮金属材料的重量，提高绝缘性。
对于区别技术特征（1），对比文件1已经公开了电磁悬浮线圈的结构，在此基础上为了给悬浮金属材料提供合适的悬浮力，本领域技术人员容易想到对悬浮线圈的各种参数，例如线圈的匝数、绕匝间距、两个线圈之间的间距、铜导管的直径以及上端线圈的外径、锥形倾角和下端线圈的外径、喇叭的开口角度，进行调整，从而获得稳定的悬浮状态。
对于区别技术特征（2），为了提供绝缘性能，空心铜导管的外侧覆盖绝缘层是本领域的惯用技术手段。
因此，在对比文件1的基础上结合本领域的公知常识得到权利要求1请求保护的技术方案，对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，权利要求1不具有突出的实质性特点，不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
3、对复审请求人相关意见的评述
对于复审请求人答复复审通知书时提出的意见陈述，合议组认为：（1）首先，对比文件1公开了悬浮线圈的结构，包括反向串联绕制的上部线圈和下部线圈，通过线圈产生交变电磁场实现对金属材料的悬浮，也即公开了本申请的发明构思。虽然对比文件1与本申请上端线圈的匝数、绕匝间距、两个线圈之间的间距、铜导管的直径、线圈的外径以及锥形倾角、开口角度等参数不同，从而导致提供的悬浮力不同，然而提高悬浮金属材料的重量是本领域的普遍追求，本领域技术人员为了提高悬浮金属材料的重量，即提高悬浮力，对悬浮线圈的各种参数，例如上端线圈的匝数、绕匝间距、两个线圈之间的间距、铜导管的直径、线圈的外径以及锥形倾角、开口角度进行调整是容易想到的；其次，本领域公知电磁悬浮熔炼技术被加热或熔化的样品在真空下进行，熔化的样品能够在人为的控制下逐渐流出或整滴滴出，对比文件1使用悬浮线圈熔炼合金Co16Cu84，得到磁流体力学的模拟结果，但是其悬浮线圈的结构同样也能用于高真空或者特定气体保护下的亚稳深过冷实验、快速凝固和高温熔融金属物性参数测定等领域的研究。（2）对比文件1公开了上部线圈为上小下大的锥形，下部线圈下部的初始线圈匝数内径保持不变，上部为向上开口的喇叭状（参见图1右侧的线圈分布），对比文件1的下部线圈通过在外层增加线圈在靠近悬浮金属材料的悬浮区域产生更强的磁场，也可以提高悬浮力，进而适应更大尺寸的悬浮金属材料。（3）首先，本领域技术人员具备所属技术领域的技术知识，在线圈整体结构已知的情况下，本领域技术人员完全可以通过有限的试验得到符合需求的线圈参数。其次，金属材料构成的球体在电磁线圈中所受悬浮力的计算公式为：，即与线圈结构A(Z)和线圈电流I相关，而线圈电流受额定功率的限制，存在可施加的最大线圈电流，因此，优化线圈结构是提高悬浮力的有效手段。本领域技术人员可以通过数值模拟建立不同层数、匝数、铜管直径的仿真模型，分析不同形状和结构的线圈对空间磁场分布、麦克斯韦应力张量分布和线圈悬浮性能的作用规律，得到它们之间的关系，从而设计能够悬浮相应重量的金属材料的线圈。
综上，复审请求人的意见陈述不具有说服力，合议组不予支持。
基于以上事实和理由，合议组现依法作出以下复审请求审查决定。
三、决定
维持国家知识产权局于2019年03月05日对本申请作出的驳回决定。
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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