发明创造名称：一种收集流体流动能量的复合型发电机
外观设计名称：
决定号：201367
决定日：2020-01-03
委内编号：1F294752
优先权日：
申请（专利）号：201510071963.5
申请日：2015-02-11
复审请求人：北京纳米能源与系统研究所
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：樊春燕
合议组组长：马欲洁
参审员：魏桂芬
国际分类号：H02N1/04;H02K35/02
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之间存在区别技术特征，且上述区别技术特征既没有被其他对比文件公开也不属于本领域的公知常识，并且该区别技术特征的引入使得该项权利要求的技术方案具有有益的技术效果，则该项权利要求具备创造性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201510071963.5，名称为“一种收集流体流动能量的复合型发电机”的发明专利申请（下称本申请）。本申请的申请人为北京纳米能源与系统研究所，申请日为2015年02月11日，公开日为2016年10月05日。
经实质审查，国家知识产权局实质审查部门于2019年04月24日发出驳回决定，以权利要求1-17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：申请人于2019年04月04日提交的权利要求第1-17项；申请日2015年02月11日提交的说明书第1-9页、说明书附图第1-4页、说明书摘要、摘要附图 。
驳回决定所针对的权利要求书内容如下：
“1. 一种收集流体流动能量的复合型发电机，设置于流体空间(5)中，其特征在于，所述发电机包括：
第一摩擦发电单元(1)，设置于所述流体空间(5)的上侧和下侧的内壁(51)上；第二摩擦发电单元(2)，对应所述第一摩擦发电单元(1)设置，用于在流体流过时能够弹性振动，在振动过程中，与所述第一摩擦发电单元(1)接触或分离，且在接触和分离的过程中，所述第一摩擦发电单元(1)与第二摩擦发电单元(2)之间产生摩擦电势差；以及磁电发电单元，包括磁铁(41)及线圈(42)，用于在所述第二摩擦发电单元(2)振动过程中，所述磁铁(41)及线圈(42)发生相对运动，从而在所述线圈(42)内感应出电势差，其中，所述磁铁(41)设置于所述第二摩擦发电单元(2)的上表面和/或下表面，用于跟随所述第二摩擦发电单元(2)振动，并在振动过程中产生交变磁场，所述磁铁(41)固定在所述第二摩擦发电单元(2)上，并且与第二摩擦发电单元(2)固定端的距离为第二摩擦发电单元(2)长度的1/3。
2. 根据权利要求1所述的复合型发电机，其特征在于，所述发电机还包括：
固定单元(3)，用于将所述第二摩擦发电单元(2)的一端固定在流体空间(5)中，使所述第二摩擦发电单元(2)的另一端悬空设置。
3. 根据权利要求1或2所述的复合型发电机，其特征在于，所述第二摩擦发电单元(2)的固定端到所述流体空间(5)上侧和下侧的内壁(51)的距离相同。
4. 根据权利要求1所述的复合型发电机，其特征在于，
所述线圈(42)对应所述磁铁(41)设置，用于在振动过程中相对切割交变磁场中的磁感线，使所述线圈(42)内感应出电势差。
5. 根据权利要求1或2所述的复合型发电机，其特征在于，所述磁铁(41)的质量为0.28g-2.98g，长为10mm-20mm，宽为5mm-15mm，厚度为0.77mm-3mm。
6. 根据权利要求1所述的复合型发电机，其特征在于，所述线圈(42)的匝数为2000-5000匝。
7. 根据权利要求1所述的复合型发电机，其特征在于，所述线圈(42)环绕在所述流体空间(5)的外壁上。
8. 根据权利要求1所述的复合型发电机，其特征在于，所述第一摩擦发电单元(1)包括：
摩擦层(11)，用于在与所述第二摩擦发电单元(2)接触或分离时，产生摩擦电荷；以及
导电层(12)，设置于所述摩擦层(11)与流体空间(5)的内壁(51)之间，用于传导所述摩擦层(11)上的摩擦电荷。
9. 根据权利要求8所述的复合型发电机，其特征在于，所述第二摩擦发电单元(2)包括：
摩擦导电层(21)，用于在与所述摩擦层(11)接触或分离时，产生摩擦电荷，并与所述导电层(12)之间形成摩擦电势差。
10. 根据权利要求9所述的复合型发电机，其特征在于，所述导电层(12)和/或摩擦导电层(21)的厚度大于20nm，小于1mm。
11. 根据权利要求9或10所述的复合型发电机，其特征在于，所述摩擦导电层(21)与所述摩擦层(11)的材料之间具有摩擦电极序差异。
12. 根据权利要求9-10中任一项所述的复合型发电机，其特征在于，所述摩擦导电层(21)和/或所述摩擦层(11)的接触面具有微纳米结构层。
13. 根据权利要求9或10所述的复合型发电机，其特征在于，所述第二摩擦发电单元(2)还包括：
支撑层(22)，所述摩擦导电层(21)设置于所述支撑层(22)的表面，用于在弹性振动时带动所述摩擦导电层(21)振动。
14. 根据权利要求13所述的复合型发电机，其特征在于，所述摩擦层(11)和/或支撑层(22)的厚度大于20μm，小于0.5mm。
15. 根据权利要求13所述的复合型发电机，其特征在于，所述支撑层(22)的材料为绝缘材料。
16. 根据权利要求13所述的复合型发电机，其特征在于，所述支撑层(22)的材料为弹性材料，所述弹性材料的弹性模量为1GPa至5GPa。
17. 根据权利要求1或2所述的复合型发电机，其特征在于，所述流体空间为管道，所述管道为正方体管道或长方体管道。”
驳回决定中引用了以下对比文件：
对比文件1：CN104124887A，公开日为2014年10月29日；
对比文件2：CN102185523A，公开日为2011年09月14日；
对比文件3：CN103780130A，公开日为2014年05月07日。
驳回决定的主要理由是：独立权利要求1请求保护一种收集流体流动能量的复合型发电机，其与对比文件1的区别技术特征为：（1）流体空间的下侧的内壁上也设置有第一摩擦发电单元；（2）其为复合型发电机，还包括磁电发电单元，磁电发电单元包括磁铁及线圈，用于在第二摩擦发电单元振动过程中，磁铁及线圈发生相对运动，从而在线圈内感应出电势差；其中，磁铁设置于第二摩擦单元的上表面和/或下表面，用于跟随第二摩擦发电单元振动，并在振动过程中产生交变磁场；所述磁铁固定在所述第二摩擦发电单元上，并且与第二摩擦发电单元固定端的距离为第二摩擦发电单元长度的1/3。然而，上述区别技术特征（1）已被对比文件3公开且作用相同，上述区别技术特征（2）是本领域技术人员在对比文件2给出的技术启示下容易想到的。因此，权利要求1不具备创造性。从属权利要求2-17的附加技术特征或被对比文件1或对比文件2公开，或为本领域的公知常识，因此，权利要求2-17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08月02日向国家知识产权局提出了复审请求，同时提交了权利要求书的全文修改替换页，包括权利要求第1-15项，涉及的修改为：将权利要求1、4、7合并，形成新的权利要求1，相应地调整权利要求的编号和引用关系。
复审请求人认为：（1）对比文件2的永磁铁和线圈的布置位置均与本申请不同，在将对比文件2与对比文件1结合后，对比文件1的摩擦发电装置不会产生摩擦发电；（2）本申请中将磁铁设在第二摩擦发电单元长度的1/3处，可以利用非摩擦部分的振动，从而提高了输出效率。因此，修改后的权利要求1-15具备创造性。
复审请求时新修改的权利要求1的内容如下：
“1. 一种收集流体流动能量的复合型发电机，设置于流体空间(5)中，其特征在于，所述发电机包括：
第一摩擦发电单元(1)，设置于所述流体空间(5)的上侧和下侧的内壁(51)上；第二摩擦发电单元(2)，对应所述第一摩擦发电单元(1)设置，用于在流体流过时能够弹性振动，在振动过程中，与所述第一摩擦发电单元(1)接触或分离，且在接触和分离的过程中，所述第一摩擦发电单元(1)与第二摩擦发电单元(2)之间产生摩擦电势差；以及磁电发电单元，包括磁铁(41)及线圈(42)，用于在所述第二摩擦发电单元(2)振动过程中，所述磁铁(41)及线圈(42)发生相对运动，从而在所述线圈(42)内感应出电势差，其中，所述磁铁(41)设置于所述第二摩擦发电单元(2)的上表面和/或下表面，用于跟随所述第二摩擦发电单元(2)振动，并在振动过程中产生交变磁场，所述线圈(42)对应所述磁铁(41)设置，用于在振动过程中相对切割交变磁场中的磁感线，使所述线圈(42)内感应出电势差，所述线圈(42)环绕在所述流体空间(5)的外壁上，所述磁铁(41)固定在所述第二摩擦发电单元(2)上，并且与第二摩擦发电单元(2)固定端的距离为第二摩擦发电单元(2)长度的1/3。”
经形式审查合格，国家知识产权局于2019年08年07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）首先，对于本领域技术人员来说，在采用一种发电形式的发电机上复合其它发电形式的发电机，以使其能够同时利用不同形式的能量发电从而提高其能量转换效率，这是本领域常用技术手段，属于公知常识；其次，对比文件2公开了一种复合发电装置，其复合了压电发电和电磁发电，其给出了将电磁发电单元与压电发电单元复合从而提高压电发电装置能量转换效率的技术启示，因此，本领域技术人员有动机将对比文件2的磁电发电单元应用到对比文件1的摩擦发电机中形成复合发电单元从而提高摩擦发电机能量转换效率；在此基础上，在将对比文件2的磁电发电单元应用到对比文件1中时，本领域技术人员必然会根据对比文件1的摩擦发电机的发电原理、具体结构对磁电发电单元中的永磁铁和线圈的具体位置进行选择设计，如将线圈设置在内壁上或环绕在外壁上，都是不需要付出创造性的劳动就可以得到的，效果也都是可以预期的。（2）对于本领域技术人员来说，本申请第二摩擦单元一端固定，另一端悬空，则其振动频率、振动幅度等会受到位于其上的磁铁的质量、设置位置等因素影响，进而影响到发电装置输出功率，这是公知常识；在此基础上，本领域技术人员在设置磁铁位置时，必然会对磁铁与第二摩擦单元的距离进行设计，通过有限的试验可以得到磁铁与第二摩擦发电单元固定端的距离为第二摩擦发电单元长度的1/3，并不需要付出创造性的劳动，并且本申请说明书中也未记载上述位置设置带来了哪些意料不到的技术效果，因此其技术效果是可以预期的。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。
经过充分阅卷并合议，合议组认为本案事实已经清楚，可以依法作出审查决定。
二、决定的理由
审查文本的认定
复审请求人于2019年08月02日提出复审请求时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：复审请求人于2019年08月02日提交的权利要求第1-15项；申请日2015年02月11日提交的说明书第1-9页、说明书附图第1-4页、说明书摘要、摘要附图 。
关于创造性
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之间存在区别技术特征，且上述区别技术特征既没有被其他对比文件公开也不属于本领域的公知常识，并且该区别技术特征的引入使得该项权利要求的技术方案具有有益的技术效果，则该项权利要求具备创造性。
本复审请求审查决定引用的对比文件与驳回决定中引用的对比文件相同，即：
对比文件1：CN104124887A，公开日为2014年10月29日；
对比文件2：CN102185523A，公开日为2011年09月14日；
对比文件3：CN103780130A，公开日为2014年05月07日。
2.1 权利要求1请求保护一种收集流体流动能量的复合型发电机，对比文件1公开了一种风力发电机（参见说明书第42-66段，附图1-8）：包括第一基板10、第二基板11、多个支撑臂12以及摩擦发电机；第一基板10、第二基板11和多个支撑臂12构成了一流体空间；摩擦发电机设置于该流体空间中；摩擦发电机包括：第一电极层20和高分子聚合物绝缘层21（共同构成了第一摩擦发电单元），第一电极层20整体固设在第一基板10上（即设置在流体空间上侧的内壁上），高分子聚合物绝缘层21整体固设在第一电极层20上；第二电极层22（相当于第二摩擦发电单元）对应于第一电极层20和高分子聚合物绝缘层21设置；对比文件1还公开了（参见说明书第65-66段，附图8）第二电极层22的固定端与支撑臂12固定连接，高分子聚合物绝缘层21和第二电极层22之间形成有摩擦界面，当风从通风口吹入第一基板10和第二基板11之间时，第二电极层22随风而飘动，在飘动时第二电极层22与高分子聚合物绝缘层21之间会产生摩擦，这种摩擦使得第一电极层20和第二电极层22感应出电荷，第一电极层20和第二电极层22之间产生电势差，飘动的第二电极层22相对于高分子聚合物绝缘层21的距离不断发生变化，通过反复摩擦和分离，就可以在外电路中形成周期性的交流脉动电信号。
权利要求1和对比文件1之间的区别技术特征在于：（1）流体空间的下侧的内壁上也设置有第一摩擦发电单元；（2）其为复合型发电机，还包括磁电发电单元，磁电发电单元包括磁铁及线圈，用于在第二摩擦发电单元振动过程中，磁铁及线圈发生相对运动，从而在线圈内感应出电势差；其中，磁铁设置于第二摩擦单元的上表面和/或下表面，用于跟随第二摩擦发电单元振动，并在振动过程中产生交变磁场；线圈对应所述磁铁设置，用于在振动过程中相对切割交变磁场中的磁感线，使线圈内感应出电势差，线圈环绕在流体空间的外壁上,磁铁固定在第二摩擦发电单元上，并且与第二摩擦发电单元固定端的距离为第二摩擦发电单元长度的1/3。
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：如何提高摩擦发电机输出功率及能量转换效率。
对于区别技术特征（1），对比文件3公开了一种悬臂式脉冲发电机（参见说明书第61-71段，附图1-3），包括第一悬臂100、第二悬臂200和第三悬臂300，其中，第一悬臂100的下表面设置有第一电极层101，第一电极层101的下表面接触设置有第一摩擦层102；第二悬臂200的上表面设置有第二电极层201，第二电极层201的上表面接触设置有第二摩擦层202，并且，第二摩擦层202的上表面与第一摩擦层102 的下表面相对设置；第二悬臂200的下表面设置有第三电极层203，第三电极层203的下表面接触设置有第三摩擦层204；第三悬臂300的上表面设置有第四电极层301，第四电极层301的上表面接触设置有第四摩擦层302， 并且，第四摩擦层302的上表面与第三摩擦层204的下表面相对设置。发电机受到外力振动作用时，第二悬臂200在第一悬臂100与第二悬臂 300之间振动，使至少部分第二摩擦层202上表面与第一摩擦层102下表面接触和分离、至少部分第三摩擦层204下表面与第四摩擦层302上表面接触和分离，在第一电极层101与第二电极层201之间和第三电极层203与第四电极层301之间有脉冲电信号输出；对比文件3还公开了（参见说明书第66段）在第一悬臂和第二悬臂之间的第一电极层101、第一摩擦层 102、第二摩擦层202和第二电极层201形成第一摩擦纳米发电单元，第二悬臂和第三悬臂之间的第三电极层203、第三摩擦层204、第四摩擦层302和第四电极层301形成第二摩擦纳米发电单元；两个摩擦纳米发电机可以通过外电路进行并联或串联，可以获得较高的输出功率。可见，对比文件3公开了在上下两个悬臂梁内侧均设置一摩擦纳米发电单元，且作用和本申请相同，都起到了提高摩擦发电机输出功率的作用；在此基础上，为了提高对比文件1发电机的输出功率，在第二基板11上也设置一摩擦发电单元从而形成双摩擦发电机也是容易想到的。
对于区别技术特征（2），对比文件1仅公开了摩擦发电机，未公开额外设置磁电发电单元。对比文件2公开了一种微型复合式振动发电机（参见说明书第34-37段，附图1），包括压电片2-1、支撑板2-2、永磁体3-1和电感线圈3-2，压电悬臂梁由压电片2-1和支撑板2-2组成，永磁体3-1粘贴于压电片2-1末端上层，永磁体3-1正上方的电感线圈3-2固定于绝缘壳体1上；压电悬臂梁作为能量收集元件和拾振元件，在外界激励下振动时，压电片发出形变，依据正压电效应，压电发电输出导线输出交流电；同时由于永磁体在振动过程中产生交变磁场，电感线圈中磁通量发生改变，使电感线圈3-2内感应出电势差，电磁发电输出导线产生感应电流；在压电悬臂梁与外界振源发生共振时，压电片产生相对最大变形，压电片末端永磁体振动速度达到相对的最大，永磁铁设置在压电片末端位置增加了压电效应产生的电能，使得复合式振动发电机输出最大电能。可见对比文件2中磁铁的放置位置使得压电发电和磁电发电起到了相互促进的作用，对比文件2给出了将压电发电和磁电发电结合的技术启示。但对比文件1是摩擦发电，与压电发电的原理不同，如果直接将对比文件2公开的这种磁铁的布置方式应用于对比文件1中，其磁铁和线圈的设置位置将阻碍对比文件1中的高分子聚合物绝缘层21和第二电极层22之间摩擦，无法产生摩擦发电；即使本领域技术人员考虑到摩擦发电与压电发电的原理不同，在将对比文件2的磁电发电单元应用到对比文件1中时，会想到将磁铁放置在避开摩擦部位的位置，即不放置于第二电极层22的末端，但是并不容易想到如该区别技术特征（2）中所限定的磁铁位置以及与之相配合的线圈位置，也就是说将对比文件2结合到对比文件1中并无法得到本申请所述的发电机结构。因此，对比文件2没有给出解决“如何提高摩擦发电机输出功率及能量转换效率”的问题的技术启示。而对比文件3仅涉及摩擦发电，也未公开有关磁电发电单元。
因此，区别技术特征（2）既没有被对比文件2和3公开，也不是本领域的公知常识，并且该区别技术特征的存在使得权利要求1的技术方案具有如下有益的技术效果：使摩擦发电机和磁电发电机均能保持较高的输出，进而提高摩擦发电机输出功率及能量转换效率。
因此，权利要求1请求保护的技术方案具有突出的实质性特点和显著的进步，具备专利法第22条第3款所规定的创造性。
2.2权利要求2-15为直接或间接引用权利要求1的从属权利要求，在权利要求1具备创造性的情况下，权利要求2-15也具备专利法第22条第3款规定的创造性。
针对前置审查意见和驳回决定中意见的评述
前置审查意见以及驳回决定中认为：对比文件2公开了一种复合发电装置，其复合了压电发电和电磁发电，其给出了将电磁发电单元与压电发电单元复合从而提高压电发电装置能量转换效率的技术启示，因此，本领域技术人员有动机将对比文件2的磁电发电单元应用到对比文件1的摩擦发电机中形成复合发电单元从而提高摩擦发电机能量转换效率；在此基础上，在将对比文件2的磁电发电单元应用到对比文件1中时，本领域技术人员必然会根据对比文件1的摩擦发电机的发电原理、具体结构对磁电发电单元中的永磁铁和线圈的具体位置进行选择设计，如将线圈设置在内壁上或环绕在外壁上，将磁铁放置在与第二摩擦发电单元固定端的距离为第二摩擦发电单元长度的1/3处，都是不需要付出创造性的劳动就可以得到的，效果也都是可以预期的。
合议组认为：首先，对比文件1仅涉及风力摩擦发电机，虽然对比文件2公开了一种在压电发电的基础上复合磁电发电的复合型发电机，但是摩擦发电与压电发电的原理不同，如果直接将对比文件2中磁电发电单元应用于对比文件1中，其磁铁和线圈的设置位置会阻碍对比文件1中的高分子聚合物绝缘层21和第二电极层22之间摩擦，无法实现摩擦发电；即使本领域技术人员将对比文件2的磁电发电单元应用到对比文件1时，基于摩擦发电与压电发电两者之间不同的发电原理，会想到将磁铁放置在除末端之外的第二电极层22的其他位置，但是并不容易想到将磁铁固定在与第二电极层22固定端的距离为第二电极层22长度的1/3处、线圈环绕在由第一基板10、第二基板11和多个支撑臂12构成的流体空间的外壁上，本领域技术人员没有动机将对比文件2中的磁电发电单元应用到对比文件1中并设定在权利要求1限定的特定位置以解决“如何提高摩擦发电机输出功率及能量转换效率”的技术问题。因此，在对比文件1的基础上结合对比文件2从而得出权利要求1请求保护的收集流体流动能量的复合型发电机是非显而易见的。其次，现有技术中并没有在摩擦发电的基础上复合磁电发电的复合发电机，其效果是无法预期的。因此，权利要求1及其从属权利要求均具有专利法第22条第3款规定的创造性。
基于以上事实和理由，合议组作出下述复审请求审查决定。至于本申请中是否还存在其它不符合专利法和专利法实施细则规定的缺陷，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04 月24 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复审请求审查决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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