发明创造名称：混合励磁式低耗直线执行器
外观设计名称：
决定号：197270
决定日：2019-12-02
委内编号：1F291986
优先权日：
申请（专利）号：201510263658.6
申请日：2015-05-21
复审请求人：南京理工大学
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：谢寅黎
合议组组长：郭春春
参审员：王璐
国际分类号：H02K33/00
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第3款
决定要点
：如果权利要求所要保护的技术方案相对于最接近的现有技术具有区别特征，而该区别特征为本领域的常用技术手段，且本领域技术人员在面对所要解决的技术问题时有动机将上述本领域的常用技术手段应用到最接近的现有技术中以解决所要解决的技术问题，并获得该权利要求所实现的技术效果，则该权利要求不具备创造性。
全文：
本复审请求审查决定涉及申请号为201510263658.6、名称为“混合励磁式低耗直线执行器”的发明专利申请（下文称本申请）。本申请的申请人为南京理工大学，申请日为2015年05月21日，公开日为2017年01月04日。
经实质审查，国家知识产权局原审查部门于2019年04月23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，理由概括如下：权利要求1与对比文件1（CN104167895A，公开日为2014年11月26日）的区别在于：（1）电源输入模块采用H型功率驱动模块，所述H型功率驱动模块在控制信号下产生正反向控制电流，并施加到线圈中以控制动铁的运动；（2）壳体只有上端是无盖结构，端盖的外壁与壳体为过渡配合；所述端盖、壳体、导磁环和动铁均为软磁材料；还包括用于缠绕线圈的线圈骨架；（3）所述第一永磁环和第二永磁环磁极方向沿轴向相反。而上述区别均为本领域的公知常识，因此权利要求1不具备创造性。
驳回决定所依据的文本为：2018年08月13日提交的权利要求第1项，申请日2015年05月21日提交的说明书第1-26段、说明书附图图1-4（b）、说明书摘要、摘要附图。
驳回决定所针对的权利要求书如下：
“1. 一种混合励磁式低耗直线执行器，其特征在于：包括端盖（1）、壳体（8）、线圈骨架（4）、线圈（5）、第一永磁环（3）和第二永磁环（7）、导磁环（6）、动铁（2）和H型功率驱动模块（9）；端盖（1）、壳体（8）、线圈骨架（4）、线圈（5）、第一永磁环（3）、第二永磁环（7）、导磁环（6）和动铁（2）为同轴回转体，线圈骨架（4）、线圈（5）、第一永磁环（3）、第二永磁环（7）、导磁环（6）和动铁（2）均设置在壳体（8）内，壳体（8）无盖，端盖（1）设置在壳体（8）的无盖端，其外壁与壳体（8）过渡配合，端盖（1）与壳体（8）之间依次设置第一永磁环（3）、导磁环（6）和第二永磁环（7），第一永磁环（3）、导磁环（6）和第二永磁环（7）的外壁与壳体（8）以及端盖（1）之间形成的第一空腔内设有线圈骨架（4），线圈（5）缠绕在线圈骨架（4）上，并与H型功率驱动模块（9）的输出端连接；第一永磁环（3）、导磁环（6）和第二永磁环（7）的内壁与壳体（8）以及端盖（1）之间形成的第二空腔内设有动铁（2），动铁（2）在第二空腔内沿轴向运动；
所述第一永磁环（3）和第二永磁环（7）磁极方向沿轴向相反；
所述端盖（1）、壳体（8）、导磁环（6）和动铁（2）均为软磁材料；
所述H型功率驱动模块（9）在控制信号下产生正反向控制电流，并施加到线圈（5）中以控制动铁（2）的运动。”
申请人（下文称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2019年07月17日向国家知识产权局提出了复审请求，提交了权利要求书的全文修改替换页（权利要求第1项），具体修改内容为：在权利要求1中增加技术特征“端盖（1）、第一永磁环（3）、导磁环（6）、第二永磁环（7）和壳体（8）在第一永磁环（3）和第二永磁环（7）磁力作用下紧紧贴合在一起”。复审请求人认为：（1）本申请执行器施加于线圈的是控制电流，而不是典型的开关电压信号，因此与对比文件1的控制方式不同；（2）对比文件1中永磁体与端盖之间设有隔磁间隙，本申请中没有设置隔磁间隙，权利要求1中通过限定“其外壁与壳体8过渡配合，端盖1、第一永磁环3、导磁环6、第二永磁环7和壳体8在第一永磁环3和第二永磁环7磁力作用下紧紧贴合在一起”，体现了没有设置隔磁气隙；隔磁间隙的设置与否及如何设置需要研究人员进行创造性的工作；（3）本申请执行器力特性与对比文件1中线性力特性不同，本申请中执行器使得输出力与衔铁位置之间的关系具有较好线性（如附图4（b）），对比文件1中执行器使得输出力与电流成比例，因此决定了两者不同的性能特点与应用领域。对比文件1针对流体传动及控制系统中的比例控制，本申请针对直线运动控制领域，并且本申请动铁在非中位时受到极化磁场对其作用的指向偏向端的轴向力，所以执行器不需要端部保持电流从而减小运行功耗。
复审请求时修改的权利要求书如下：
“1. 一种混合励磁式低耗直线执行器，其特征在于：包括端盖（1）、壳体（8）、线圈骨架（4）、线圈（5）、第一永磁环（3）和第二永磁环（7）、导磁环（6）、动铁（2）和H型功率驱动模块（9）；端盖（1）、壳体（8）、线圈骨架（4）、线圈（5）、第一永磁环（3）、第二永磁环（7）、导磁环（6）和动铁（2）为同轴回转体，线圈骨架（4）、线圈（5）、第一永磁环（3）、第二永磁环（7）、导磁环（6）和动铁（2）均设置在壳体（8）内，壳体（8）无盖，端盖（1）设置在壳体（8）的无盖端，其外壁与壳体（8）过渡配合，端盖（1）与壳体（8）之间依次设置第一永磁环（3）、导磁环（6）和第二永磁环（7），第一永磁环（3）、导磁环（6）和第二永磁环（7）的外壁与壳体（8）以及端盖（1）之间形成的第一空腔内设有线圈骨架（4），端盖（1）、第一永磁环（3）、导磁环（6）、第二永磁环（7）和壳体（8）在第一永磁环（3）和第二永磁环（7）磁力作用下紧紧贴合在一起，线圈（5）缠绕在线圈骨架（4）上，并与H型功率驱动模块（9）的输出端连接；第一永磁环（3）、导磁环（6）和第二永磁环（7）的内壁与壳体（8）以及端盖（1）之间形成的第二空腔内设有动铁（2），动铁（2）在第二空腔内沿轴向运动；
所述第一永磁环（3）和第二永磁环（7）磁极方向沿轴向相反；
所述端盖（1）、壳体（8）、导磁环（6）和动铁（2）均为软磁材料；
所述H型功率驱动模块（9）在控制信号下产生正反向控制电流，并施加到线圈（5）中以控制动铁（2）的运动。”
经形式审查合格，国家知识产权局于2019年08月05日依法受理了该复审请求，并将其转送至原审查部门进行前置审查。
原审查部门在前置审查意见书中认为：权利要求1中增加的技术特征已被对比文件1公开；H型功率驱动模块是电机控制领域常见的驱动电路类型；权利要求1中并未限定该直线驱动器的输出特性；对比文件1的双向线性力马达，其衔铁11被驱动沿直线位移，属于直线执行器；关于隔磁气隙的结构，目前的权利要求实质上概括了一个较宽的范围，有隔磁气隙和没有隔磁气隙这两种情况的技术方案均在本申请权利要求的保护范围内。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10月16日向复审请求人发出复审通知书，指出：权利要求1与对比文件1的区别特征在于：（1）还包括线圈骨架，线圈缠绕在线圈骨架上，壳体仅上端无盖，端盖的外壁与壳体过渡配合，所述端盖、壳体、导磁环和动铁均为软磁材料；（2）还包括H型功率驱动模块，线圈与H型功率驱动模块的输出端连接，H型功率驱动模块在控制信号下产生正反向控制电流，并施加到线圈中以控制动铁的运动。上述区别均为本领域的常用技术手段，因此权利要求1不具备专利法第22条第3款规定的创造性。针对复审请求人的意见，合议组认为：（1）对比文件1中执行器给线圈施加的是控制电流，通过极性的相反来控制衔铁的双向移动，与本申请是一致的。H型功率驱动电路是一种实现直流电机的正反向驱动的常见电路，通过控制桥臂的导通，能够提供正反向驱动电流。本领域技术人员将H型功率驱动模块在控制信号下产生正反向控制电流，并施加到线圈中以控制动铁的运动，对于本领域的技术人员来说并不存在技术障碍，且效果可预期。（2）权利要求1中并不涉及隔磁间隙，是否设置隔磁间隙以及如何设置隔磁间隙，本领域技术人员可根据实际需要来进行设置。（3）本申请中执行器的力特性是根据不同应用需求来设计弹簧以及执行器相关参数来实现的。对比文件1中的双向线性力马达与本申请中的混合励磁式低耗直线执行器的工作原理是完全相同的，本领域技术人员根据其工作特性来设置弹簧以及执行器相关参数来满足不同的需求，也是本领域的常规设计。
复审请求人于2019年11月11日提交了意见陈述书，并提交了权利要求书的全文修改替换页（权利要求第1项），具体修改为：权利要求1删除技术特征“端盖（1）、第一永磁环（3）、导磁环（6）、第二永磁环（7）和壳体（8）在第一永磁环（3）和第二永磁环（7）磁力作用下紧紧贴合在一起”；增加技术特征“通过参数设计，可实现存在一定的端部保持力的同时具有较好的线性度，具有应用于直驱式三位四通伺服阀的潜力。”复审请求人认为：（1）本申请为执行器机械结构结合H型功率驱动模块，与对比文件1的控制方式不同：本申请施加线圈“控制电流”，对比文件1中执行器的激励信号无要求。（2）本申请中力与位移成斜坡特性，可提供足够大的保持力，使得本申请在端部具有较大负载的场合降低损耗的特点更为突出。本领域中的线性力马达的位移-力特性成“水平”特性，而本申请中力与位移成“斜坡”特性。（3）本申请通过执行器零部件的设计而非通过对隔磁间隙的设计获得较好的力特性。因此本申请具备创造性。
复审请求人于2019年11月11日提交的修改后的权利要求书为：
“1. 一种混合励磁式低耗直线执行器，其特征在于：包括端盖（1）、壳体（8）、线圈骨架（4）、线圈（5）、第一永磁环（3）和第二永磁环（7）、导磁环（6）、动铁（2）和H型功率驱动模块（9）；端盖（1）、壳体（8）、线圈骨架（4）、线圈（5）、第一永磁环（3）、第二永磁环（7）、导磁环（6）和动铁（2）为同轴回转体，线圈骨架（4）、线圈（5）、第一永磁环（3）、第二永磁环（7）、导磁环（6）和动铁（2）均设置在壳体（8）内，壳体（8）无盖，端盖（1）设置在壳体（8）的无盖端，其外壁与壳体（8）过渡配合，端盖（1）与壳体（8）之间依次设置第一永磁环（3）、导磁环（6）和第二永磁环（7），第一永磁环（3）、导磁环（6）和第二永磁环（7）的外壁与壳体（8）以及端盖（1）之间形成的第一空腔内设有线圈骨架（4），线圈（5）缠绕在线圈骨架（4）上，并与H型功率驱动模块（9）的输出端连接；第一永磁环（3）、导磁环（6）和第二永磁环（7）的内壁与壳体（8）以及端盖（1）之间形成的第二空腔内设有动铁（2），动铁（2）在第二空腔内沿轴向运动；
所述第一永磁环（3）和第二永磁环（7）磁极方向沿轴向相反；
所述端盖（1）、壳体（8）、导磁环（6）和动铁（2）均为软磁材料；
所述H型功率驱动模块（9）在控制信号下产生正反向控制电流，并施加到线圈（5）中以控制动铁（2）的运动；
通过参数设计，可实现存在一定的端部保持力的同时具有较好的线性度，具有应用于直驱式三位四通伺服阀的潜力。”
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
（一）审查文本的认定
复审请求人于2019年11月11日提交了修改后的权利要求第1项。经审查，上述修改符合专利法第33条和专利法实施细则第61条第1款的规定。本复审决定针对的审查文本为：2019年11月11日提交的权利要求第1项，申请日2015年05月21日提交的说明书第1-26段、说明书附图图1-4（b）、说明书摘要、摘要附图。
（二）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。
如果权利要求所要保护的技术方案相对于最接近的现有技术具有区别特征，而该区别特征为本领域的常用技术手段，且本领域技术人员在面对所要解决的技术问题时有动机将上述本领域的常用技术手段应用到最接近的现有技术中以解决所要解决的技术问题，并获得该权利要求所实现的技术效果，则该权利要求不具备创造性。
本复审决定所引用的对比文件与驳回决定和复审通知书中所引用的对比文件相同，即：
对比文件1：CN 104167895A，公开日为2014年11月26日。
1、权利要求1不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
权利要求1要求保护一种混合励磁式低耗直线执行器。对比文件1公开了一种双向线性力马达，并具体公开了以下技术特征（参见说明书第5-18段及附图1-2）：包括第一端盖1、第二端盖2、外壳3（即壳体）、控制线圈4、第一永磁体9（即第一永磁环）、第二永磁体12（即第二永磁环）、导磁环10、衔铁11（即动铁）；
第一端盖1、第二端盖2、外壳3、控制线圈4、第一永磁体9、第二永磁体12、导磁环10和衔铁11为同轴回转体；控制线圈4、第一永磁体9、第二永磁体12、导磁环10和衔铁11均设置在外壳3内，外壳3无盖，第一端盖1、第二端盖2设置在外壳3的无盖端；
第一端盖1、第二端盖2与外壳3之间依次设置第一永磁体9、导磁环10、第二永磁体12，第一永磁体9、导磁环10、第二永磁体12的外壁与外壳3在空腔中设有控制线圈4；
第一永磁体9、导磁环10和第二永磁体12的内壁与外壳3以及第一端盖1、第二端盖2之间形成的空腔内设有衔铁11，衔铁11在上述空腔内沿轴向运动；
第一永磁体9和第二永磁体12同向相对（即第一永磁环和第二永磁环磁极方向沿轴向相反）；
首先第一永磁体9和第二永磁体12建立极化磁场，然后给控制线圈4输入控制电流，控制线圈4通电后，产生控制磁场，使得衔铁11向着磁场方向增强的地方移动；当输入电流极性相反时，衔铁11可向另一个方向运动。
权利要求1与对比文件1的区别特征在于：（1）还包括线圈骨架，线圈缠绕在线圈骨架上，壳体仅上端无盖，端盖的外壁与壳体过渡配合，所述端盖、壳体、导磁环和动铁均为软磁材料；（2）还包括H型功率驱动模块，线圈与H型功率驱动模块的输出端连接，H型功率驱动模块在控制信号下产生正反向控制电流，并施加到线圈中以控制动铁的运动；（3）通过参数设计，可实现存在一定的端部保持力的同时具有较好的线性度，具有应用于直驱式三位四通伺服阀的潜力。
基于上述区别特征，权利要求1的技术方案实际解决的技术问题为：如何安装线圈、如何装配壳体与端盖、如何增强端盖、壳体、导磁环和动铁的导磁性，如何给线圈提供正反向电流以及如何实现其具体应用。
关于上述区别特征（1），采用线圈骨架来缠绕线圈以方便线圈的安装是本领域的常用技术手段，选择仅上端无盖的壳体，将端盖与壳体安装在一起时，采用过渡配合的方式，也是本领域技术人员在装配时常用的技术手段，为了增强端盖、壳体、导磁环和动铁的导磁性，选用软磁材料是本领域的常规选择。
关于上述区别特征（2），对比文件1已经公开了给控制线圈4输入极性相反的电流以控制衔铁11的双向移动。而为了提供正反向驱动电流，本领域技术人员有动机从现有技术中寻找能够实现上述功能的驱动电路，H型功率驱动电路是一种实现直流电机的正反向驱动的常见电路，通过控制桥臂的导通，能够提供正反向驱动电流。本领域技术人员根据其工作特性，将其应用于执行器中，将H型功率驱动模块的输出端连接至线圈，H型功率驱动模块在控制信号下产生正反向控制电流，并施加到线圈中以控制动铁的运动，对于本领域的技术人员来说并不存在技术障碍，且效果可预期。
关于上述区别特征（3），本领域技术人员根据直线执行器的工作特性以及其在不同的应用场景中的需求来设置弹簧以及执行器构件的相关参数，是本领域的常规设计。
因此，权利要求1相对于对比文件1和本领域的常用技术手段的结合来说，不具有突出的实质性特点和显著的进步，不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
（三）针对复审请求人相关意见的评述
对于复审请求人陈述的上述意见，合议组答复如下：
（1）对比文件1（参见说明书第18段）公开了：首先第一永磁体9和第二永磁体12建立极化磁场，然后给控制线圈4输入控制电流，控制线圈4通电后，产生控制磁场。控制磁场与极化磁场产生差动叠加，使得衔铁11的一端磁场得到加强，另一端减弱，继而使得衔铁11向着磁场方向增强的地方移动直至衔铁11达到新的平衡。当输入电流极性相反时，衔铁11可向另一个方向运动。可见对比文件1中执行器给线圈施加的是控制电流，而非复审请求人认为的“典型的开关信号”，并且对比文件1中施加的控制电流通过极性的相反来控制衔铁的双向移动，与本申请是一致的。而为了提供正反向驱动电流，本领域技术人员有动机从现有技术中寻找能够实现上述功能的驱动电路，H型功率驱动电路是一种实现直流电机的正反向驱动的常见电路，通过控制桥臂的导通，能够提供正反向驱动电流。本领域技术人员根据其工作特性，将其应用于执行器中，将H型功率驱动模块的输出端连接至线圈，H型功率驱动模块在控制信号下产生正反向控制电流，并施加到线圈中以控制动铁的运动，对于本领域的技术人员来说并不存在技术障碍，且效果可预期。
（2）对比文件1公开的双向线性力马达，其具有永磁体与通电线圈产生的电磁体的混合励磁，并且在非中位时衔铁受到极化磁场对其作用的指向偏向端的轴向力，同时通过对控制线圈施加相反的电流来控制衔铁的双向直线运动，可见对比文件1中的双向线性力马达与本申请中的混合励磁式低耗直线执行器的工作原理是完全相同的，本领域技术人员根据其工作特性来设置弹簧以及执行器相关参数来满足不同的需求，也是本领域的常规设计。
（3）对比文件1公开了本申请的发明构思以及大部分的机械结构，而至于其它的技术细节，是本领域的常用技术手段。对比文件1提及在端盖和永磁体之间设置隔磁间隙，是为了减小系统非工作间隙，增大轴向水平输出力，继而降低系统功耗，实现节能的目的（参见说明书第8、18段）。因此对比文件1中设置隔磁间隙是相较于不设置隔磁间隙的进一步改进。此外，是否设置隔磁间隙以及如何设置隔磁间隙，本领域技术人员可根据实际需要来进行设置。
综上所述，合议组对于复审请求人的意见不予支持。
合议组依法作出如下审查决定。
三、决定
维持国家知识产权局于2019年04月23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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