发明创造名称：永磁同步电机分数阶等效电路模型及其辨识方法
外观设计名称：
决定号：199917
决定日：2020-01-09
委内编号：1F288020
优先权日：
申请（专利）号：201710552293.8
申请日：2017-07-07
复审请求人：山东大学
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：王璐
合议组组长：郭春春
参审员：李承承
国际分类号：H02P21/00，H02P21/16
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条3款
决定要点：如果权利要求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，其中区别技术特征的一部分被其他对比文件公开，并且所起的作用相同，其余部分是本领域的公知常识或是本领域技术人员容易想到的，并且它们的结合未产生预料不到的技术效果，则该权利要求相对于现有技术不具备创造性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201710552293.8，名称为“永磁同步电机分数阶等效电路模型及其辨识方法”的发明专利申请（下称本申请）。本申请的申请人为山东大学，申请日为2017年07月07日，公开日为2017年09月01日。
经实质审查，国家知识产权局原审查部门于2019年03月28日发出驳回决定，以权利要求第1-7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。驳回决定中认为：独立权利要求1与对比文件1（“分数阶永磁同步电机的混沌运动及其控制研究”，高远等，《武汉理工大学学报》，第34卷，第7期，第134-140页，2002年7月）的区别技术特征为：两个等效电路均包括依次相连的电机对应轴电压、电机定子绕组电阻、电机对应轴分数阶电感、对应轴电流控制的电压源，其中，q轴等效电路还包括由转子永磁体的励磁磁通控制的电压源，所述分数阶电感的阶次基于最小二乘法辨识模型确定。上述区别技术特征的一部分被对比文件2（“IPMSM非奇异快速终端滑模无速度传感器转矩控制”，赵凯辉等，《仪器仪表学报》，第36卷，第2期，第294-303页，2015年2月）公开，其他部分属于本领域的公知常识，因此权利要求1不具备创造性。从属权利要求2-6的附加技术特征或被对比文件1、对比文件2公开，或是本领域的公知常识，因此从属权利要求2-6也不具备创造性。独立权利要求7与对比文件1的区别技术特征为：（1）本申请为永磁同步电机分数阶等效电路模型的辨识方法：通过用电桥测量三相电阻确定电机定子绕组电阻，基于电机稳态电压方程，通过电压、电流及转速数据的采集，通过稳态计算实现电机d轴和q轴分数阶电感参数的离线辨识，通过测量电压、电流和计算得到的等效电路分数阶电感得到分数阶电感的分数阶阶次；（2）辨识方法基于权利要求1-6中任一项所述的永磁同步电机分数阶等效电路模型；（3）实际的电容、电感模型都是分数阶元件，表示分数阶电感的特性方程及传递函数。上述区别技术特征（1）属于本领域的公知常识，区别技术特征（2）被对比文件1、对比文件2结合公知常识公开，上述区别技术特征（3）的一部分被对比文件2公开，其他部分属于本领域的公知常识，因此权利要求7不具备创造性。
驳回决定所依据的文本为：申请日2017年07月07日提交的权利要求第1-7项、说明书第1-57段、说明书附图图1-2、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. 一种永磁同步电机分数阶等效电路模型，其特征是：包括旋转坐标系下的d轴等效电路和q轴等效电路，两个等效电路均包括依次相连的电机对应轴电压、电机定子绕组电阻、电机对应轴分数阶电感、对应轴电流控制的电压源，其中，q轴等效电路还包括由转子永磁体的励磁磁通控制的电压源，所述分数阶电感的阶次基于最小二乘法辨识模型确定。
2. 如权利要求1所述的一种永磁同步电机分数阶等效电路模型，其特征是：所述d轴等效电路，电路电压方程表示为式中，ud为电机d轴电压；id、iq分别为电机d轴和q轴电流；Lq分别为电机q轴分数阶电感大小；Rs为电机定子绕组电阻；np为定子绕组的极对数；ωm为转子机械角速度。
3. 如权利要求1所述的一种永磁同步电机分数阶等效电路模型，其特征是：所述q轴等效电路，电路电压方程表示为式中，uq分别为电机q轴电压；ψf为转子永磁体的励磁磁通。
4. 如权利要求1所述的一种永磁同步电机分数阶等效电路模型，其特征是：所述的永磁同步电机分数阶等效电路模型，其输出转矩表示为Te＝np[ψf (Ld-Lq)id]iq，式中，Te为电机的输出转矩。
5. 如权利要求1所述的一种永磁同步电机分数阶等效电路模型，其特征是：所述的分数阶电感，利用分数阶微积分理论来描述实际电感特性的分数阶电感模型，其特性方程表示为0＜α＜1，对应的传递函数可以表示为Uα(s)＝Zα(s)Iα(s)，式中，α为分数阶电感的分数阶阶次；i(t)和u(t)分别为分数阶电感通过的电流和两端的电压；Uα(s)、Iα(s)分别表示分数阶电感电压和电流的象函数；Zα(s)为分数阶电感的阻抗。
6. 如权利要求1所述的一种永磁同步电机分数阶等效电路模型，其特征是：所述的分数阶电感的阻抗Zα(s)，令s＝jω，表示为：
7. 基于权利要求1-6中任一项所述的永磁同步电机分数阶等效电路模型的辨识方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)根据分数阶微积分理论，实际的电容、电感模型都是分数阶元件，表示分数阶电感的特性方程及传递函数；
(2)构建永磁同步电机分数阶等效电路模型；
(3)通过用电桥测量三相电阻确定电机定子绕组电阻；
(4)基于电机稳态电压方程，通过电压、电流及转速数据的采集，通过稳态计算实现电机d轴和q轴分数阶电感参数的离线辨识；
(5)通过测量电压、电流和计算得到的等效电路分数阶电感得到分数阶电感的分数阶阶次。”
申请人（下称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2019年06月21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修改文本（共计7项权利要求），所作修改为将独立权利要求1中的特征“所述分数阶电感的阶次基于最小二乘法辨识模型确定”修改为“所述分数阶电感的阶次通过测量电压、电流和得到的等效电路分数阶电感，基于最小二乘法辨识模型确定”。复审请求人认为：（1）对于本领域技术人员来说，没有将对比文件2结合到对比文件1的任何动机和技术启示；（2）对比文件1和2都没有公开通过分数阶电感的阶次通过测量电压、电流和计算得到的等效电路分数阶电感，基于最小二乘法辨识模型确定等技术特征。因此本申请具备创造性。复审请求时修改的权利要求1如下：
“1. 一种永磁同步电机分数阶等效电路模型，其特征是:包括旋转坐标系下的d轴等效电路和q轴等效电路，两个等效电路均包括依次相连的电机对应轴电压、电机定子绕组电阻、电机对应轴分数阶电感、对应轴电流控制的电压源，其中，q轴等效电路还包括由转子永磁体的励磁磁通控制的电压源，所述分数阶电感的阶次通过测量电压、电流和计算得到的等效电路分数阶电感，基于最小二乘法辨识模型确定。”
经形式审查合格，国家知识产权局于2019年06月26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：（1）对比文件1中的混沌模型运动采用空间向量模型，但对比文件1中的第二节公开了永磁同步电机分数阶数学模型的一般性原理，其既可以用于空间向量模型也可以用于等效电路模型，本领域技术人员完全能够根据实际的需要进行选择。对比文件1中的分数阶永磁电机模型不仅仅是数字表达，相应的参数有：其中的x、y、z、γ分别为直轴、交轴电流、机械角速度和磁通。其中，x、y、z为无量纲状态变量，当需要采用普通表达时，本领域技术人员根据对比文件2中给出的永磁同步电机电压方程完全能够做出适应的变形，即参数具体化。（2）永磁同步电机的分数阶数学模型中涉及电流、电压、分数阶电感等参量，本领域技术人员根据这些参量来辨识分数阶电感也是容易想到的。进一步，最小二乘法也是电机模型参数辨识的常用方法，本领域技术人员完全能够根据实际的需要进行选择，属于本领域公知常识。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11月12日向复审请求人发出复审通知书，指出权利要求1-7不具备专利法第22条第3款所规定的创造性，其中指出：独立权利要求1所要保护的技术方案与对比文件2的区别技术特征为：（1）权利要求1要求保护的是分数阶等效电路模型；（2）所述分数阶电感的阶次通过测量电压、电流和计算得到的等效电路分数阶电感，基于最小二乘法辨识模型确定。而该区别技术特征（1）被对比文件1公开，区别技术特征（2）是本领域技术人员在公知常识的基础上容易想到的，因此权利要求1不具备创造性。从属权利要求2-6的附加技术特征或被对比文件1、对比文件2公开，或是本领域的公知常识，因此从属权利要求2-6不具备创造性。独立权利要求7所要保护的技术方案与对比文件2的区别技术特征还在于：（1）步骤（2）构建永磁同步电机分数阶等效电路模型；（2）步骤(1)根据分数阶微积分理论，实际的电容、电感模型都是分数阶元件，表示分数阶电感的特性方程及传递函数；(3)通过用电桥测量三相电阻确定电机定子绕组电阻；(4)基于电机稳态电压方程，通过电压、电流及转速数据的采集，通过稳态计算实现电机d轴和q轴分数阶电感参数的离线辨识；(5)通过测量电压、电流和计算得到的等效电路分数阶电感得到分数阶电感的分数阶阶次。而该区别技术特征（1）被对比文件1公开，区别技术特征（2）属于本领域的公知常识，因此权利要求7不具备创造性。针对复审请求人的意见，合议组认为：（1）将对比文件2作为最接近的现有技术，对比文件1公开了分数阶PMSM系统模型，并且对比文件1公开的特征在对比文件1中所起的作用与区别技术特征（1）在本申请中所起的作用相同，都是用于提高永磁同步电机等效电路模型的精度，因此对比文件1给出了将上述技术特征用于对比文件2中以解决提高永磁同步电机等效电路模型的精度的技术问题的启示。（2）永磁同步电机的数学模型中涉及电压、电流、分数阶电感等参量，根据这些参量来辨识分数阶电感是本领域的惯用技术手段；此外，最小二乘法也是本领域最常用的拟合参数的方法；因此在上述公知常识的基础上，本领域技术人员很容易能够想到通过电压、电流、分数阶电感等参量，基于最小二乘法来确定分数阶电感的阶次。
针对上述复审通知书，复审请求人于2019年12月10日提交了意见陈述书，并提交了权利要求书的修改文本（共计6项权利要求），所作修改为将原从属权利要求5的技术特征增加到权利要求1中，形成了新的权利要求1，并相应地修改了权利要求的编号。复审请求人认为：对比文件2中虽然公开了d轴等效电路和q轴等效电路的各种参数，但是其依然是整数阶的模型，并没有应用到分数阶；对比文件1所述的内容只是一种原理性介绍，其所要解决的技术问题是希望利用分数阶的优点去解决非线性系统的混沌状态，而本申请所要解决的技术问题是建立分数阶永磁同步电机模型，公式只是一种数字表达式，本申请所述内容主要是针对电感进行分数阶的设定，这是对比文件1没有公开的。
2019年12月10日答复复审通知书时修改的权利要求书如下：
“1. 一种永磁同步电机分数阶等效电路模型，其特征是:包括旋转坐标系下的d轴等效电路和q轴等效电路，两个等效电路均包括依次相连的电机对应轴电压、电机定子绕组电阻、电机对应轴分数阶电感、对应轴电流控制的电压源，其中，q轴等效电路还包括由转子永磁体的励磁磁通控制的电压源，所述分数阶电感的阶次通过测量电压、电流和计算得到的等效电路分数阶电感，基于最小二乘法辨识模型确定；所述的分数阶电感，利用分数阶微积分理论来描述实际电感特性的分数阶电感模型，其特性方程表示为对应的传递函数表示为Uα(s)＝Zα(s)Iα(s)，式中，α为分数阶电感的分数阶阶次；i(t)和u(t)分别为分数阶电感通过的电流和两端的电压；Uα(s)、Iα(s)分别表示分数阶电感电压和电流的象函数；Zα(s)为分数阶电感的阻抗。
2. 如权利要求1所述的一种永磁同步电机分数阶等效电路模型，其特征是：所述d轴等效电路，电路电压方程表示为式中，ud为电机d轴电压；id、iq分别为电机d轴和q轴电流；Lq分别为电机q轴分数阶电感大小；Rs为电机定子绕组电阻；np为定子绕组的极对数；ωm为转子机械角速度。
3. 如权利要求1所述的一种永磁同步电机分数阶等效电路模型，其特征是：所述q轴等效电路，电路电压方程表示为式中，uq分别为电机q轴电压；ψf为转子永磁体的励磁磁通。
4. 如权利要求1所述的一种永磁同步电机分数阶等效电路模型，其特征是：所述的永磁同步电机分数阶等效电路模型，其输出转矩表示为Te＝np[ψf (Ld-Lq)id]iq，式中，Te为电机的输出转矩。
5. 如权利要求1所述的一种永磁同步电机分数阶等效电路模型，其特征是：所述的分数阶电感的阻抗Zα(s)，令s＝jω，表示为：
6. 基于权利要求1-5中任一项所述的永磁同步电机分数阶等效电路模型的辨识方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)根据分数阶微积分理论，实际的电容、电感模型都是分数阶元件，表示分数阶电感的特性方程及传递函数；
(2)构建永磁同步电机分数阶等效电路模型；
(3)通过用电桥测量三相电阻确定电机定子绕组电阻；
(4)基于电机稳态电压方程，通过电压、电流及转速数据的采集，通过稳态计算实现电机d轴和q轴分数阶电感参数的离线辨识；
(5)通过测量电压、电流和计算得到的等效电路分数阶电感得到分数阶电感的分数阶阶次。”
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
审查文本的认定
复审请求人在2019年12月10日答复复审通知书时提交了权利要求书的修改文本（共计6项权利要求），经审查，该修改符合专利法第33条和专利法实施细则第61条第１款的规定。因此，本复审请求审查决定所针对的审查文本是：复审请求人于2019年12月10日提交的权利要求第1-6项，申请日2017年07月07日提交的说明书第1-57段、说明书附图图1-2、说明书摘要、摘要附图。
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，其中区别技术特征的一部分被其他对比文件公开，并且所起的作用相同，其余部分是本领域的公知常识或是本领域技术人员容易想到的，并且它们的结合未产生预料不到的技术效果，则该权利要求相对于现有技术不具备创造性。
本复审请求审查决定所引用的对比文件与复审通知书及驳回决定中所引用的对比文件相同，即：
对比文件1：“分数阶永磁同步电机的混沌运动及其控制研究”，高远等，《武汉理工大学学报》，第34卷，第7期，第134-140页，公开日为2002年07月31日；
对比文件2：“IPMSM非奇异快速终端滑模无速度传感器转矩控制”，赵凯辉等，《仪器仪表学报》，第36卷，第2期，第294-303页，公开日为2015年02月28日。
其中，将对比文件2作为最接近的现有技术。
2.1、权利要求1不具备专利法第22条第3款所规定的创造性。
权利要求1请求保护一种永磁同步电机分数阶等效。对比文件2公开了IPMSM非奇异快速终端滑模无速度传感器转矩控制，并具体公开了如下技术特征（参见说明书第295页）：一种永磁同步电机的等效电路模型，IPMSM在d-q轴坐标系中的电压方程为：，即：包括旋转坐标系下的d轴等效电路和q轴等效电路，两个等效电路均包括依次相连的电机对应轴电压、电机定子绕组电阻、电机对应轴电感、对应轴电流控制的电压源，其中，q轴等效电路还包括由转子永磁体的励磁磁通控制的电压源。
权利要求1所要求保护的技术方案与对比文件2所公开的技术内容相比，其区别技术特征在于：（1）权利要求1要求保护的是分数阶等效电路模型；（2）所述分数阶电感的阶次通过测量电压、电流和计算得到的等效电路分数阶电感，基于最小二乘法辨识模型确定；（3）所述的分数阶电感，利用分数阶微积分理论来描述实际电感特性的分数阶电感模型，其特性方程表示为对应的传递函数表示为Uα(s)＝Zα(s)Iα(s)，式中，α为分数阶电感的分数阶阶次；i(t)和u(t)分别为分数阶电感通过的电流和两端的电压；Uα(s)、Iα(s)分别表示分数阶电感电压和电流的象函数；Zα(s)为分数阶电感的阻抗。
基于上述区别技术特征可以确定，该权利要求实际解决的问题是：提高永磁同步电机等效电路模型的精度以及如何确定分数阶电感的阶次。
对于上述区别技术特征（1），对比文件1公开了分数阶永磁同步电机的混沌运动及其控制研究，并具体公开了如下技术特征（参见说明书第134-136页）：分数阶PMSM系统模型为：。可见，对比文件1已经公开了区别技术特征（1），并且上述特征在对比文件1中所起的作用与区别技术特征（1）在该权利要求中所起的作用相同，都是用于提高永磁同步电机等效电路模型的精度，因此对比文件1给出了将上述技术特征用于对比文件2中以解决提高永磁同步电机等效电路模型的精度的技术问题的启示。
对于上述区别技术特征（2），永磁同步电机的数学模型中涉及电压、电流、分数阶电感等参量，根据这些参量来辨识分数阶电感是本领域的惯用技术手段；此外，最小二乘法也是本领域最常用的拟合参数的方法；因此在上述公知常识的基础上，本领域技术人员很容易能够想到通过电压、电流、分数阶电感等参量，基于最小二乘法来确定分数阶电感的阶次。
对于上述区别技术特征（3），分数阶电感的特性方程为，分数阶电感的传递函数为，这些都是本领域公知的公式。
因此，在对比文件2的基础上结合对比文件1以及本领域的公知常识得到权利要求1所要保护的技术方案对于本领域技术人员来说是显而易见的。从而，权利要求1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款所规定的创造性。
2.2、权利要求2-3不具备专利法第22条第3款所规定的创造性。
权利要求2-3是权利要求1的从属权利要求，其限定部分的附加技术特征的一部分已被对比文件2所公开（参见说明书第295页）：，也即公开了d轴和q轴的整数阶电路电压方程。而d、q轴分数阶电流部分已被对比文件1公开（参见说明书第134-136页）：分数阶PMSM系统模型为：，其中x、y分别表示直轴、交轴定子电流。因此，在其引用的权利要求1不具备创造性的情况下，从属权利要求2-3也不具备专利法第22条第3款所规定的创造性。
2.3、权利要求4-5不具备专利法第22条第3款所规定的创造性。
权利要求4-5是权利要求1的从属权利要求，其限定部分的附加技术特征是公知常识：永磁同步电机的输出转矩方程为，分数阶电感的阻抗表达式为，这些都是本领域公知的公式。因此，在其引用的权利要求1不具备创造性的情况下，从属权利要求4-5也不具备专利法第22条第3款所规定的创造性。
2.4、权利要求6不具备专利法第22条第3款所规定的创造性。
权利要求6请求保护一种基于权利要求1-5中任一项所述的永磁同步电机分数阶等效电路模型的辨识方法，其中权利要求1-5中任一项所述的永磁同步电机分数阶等效电路模型不具备创造性，具体理由参见上述审查意见2.1-2.3。
权利要求6所要求保护的技术方案与对比文件2所公开的技术内容相比，其区别技术特征还在于：（1）步骤（2）构建永磁同步电机分数阶等效电路模型；（2）步骤(1)根据分数阶微积分理论，实际的电容、电感模型都是分数阶元件，表示分数阶电感的特性方程及传递函数；(3)通过用电桥测量三相电阻确定电机定子绕组电阻；(4)基于电机稳态电压方程，通过电压、电流及转速数据的采集，通过稳态计算实现电机d轴和q轴分数阶电感参数的离线辨识；(5)通过测量电压、电流和计算得到的等效电路分数阶电感得到分数阶电感的分数阶阶次。
基于上述区别技术特征可以确定，权利要求6实际解决的问题是：提高永磁同步电机等效电路模型的精度以及如何确定分数阶等效电路模型中的各个参数。
对于上述区别技术特征（1），对比文件1已经公开了（参见说明书第134-136页）：分数阶PMSM系统模型为：。可见，对比文件1已经公开了区别技术特征（1），并且上述特征在对比文件1中所起的作用与区别技术特征（1）在本申请中所起的作用相同，都是用于提高永磁同步电机等效电路模型的精度，因此对比文件1给出了将上述技术特征用于对比文件2中以解决提高永磁同步电机等效电路模型的精度的技术问题的启示。
对于上述区别技术特征（2），对比文件1已经公开了分数阶PMSM系统模型，而电容、电感都是永磁同步电机等效模型中常用的参数，因此本领域技术人员很容易能够想到将实际的电容、电感模型建立成分数阶元件，而根据分数阶微积分理论，得到的分数阶电感的特性方程和传递函数都是本领域公知的公式；通过电桥测量的方法确定电机定子绕组电阻，以及通过采集电压、电流、转速等信号来实现电机d、q轴电感参数的离线辨识是本领域技术人员的惯用技术手段；此外，永磁同步电机的数学模型中涉及电压、电流、分数阶电感等参量，根据这些参量来辨识分数阶电感也是本领域的惯用技术手段，上述都属于本领域的公知常识。
因此，在对比文件2的基础上结合对比文件1以及本领域的公知常识得到权利要求6所要保护的技术方案对于本领域技术人员来说是显而易见的。从而，权利要求6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款所规定的创造性。
对复审请求人相关意见的评述
针对复审请求人陈述的意见，合议组认为：参见上述意见2.1，将对比文件2作为最接近的现有技术，对比文件2已经公开了一种永磁同步电机的等效电路模型，IPMSM在d-q轴坐标系中的电压方程为：；区别技术特征仅在于：（1）权利要求1要求保护的是分数阶等效电路模型；（2）所述分数阶电感的阶次通过测量电压、电流和计算得到的等效电路分数阶电感，基于最小二乘法辨识模型确定；（3）所述的分数阶电感，利用分数阶微积分理论来描述实际电感特性的分数阶电感模型，其特性方程表示为对应的传递函数表示为Uα(s)＝Zα(s)Iα(s)，式中，α为分数阶电感的分数阶阶次；i(t)和u(t)分别为分数阶电感通过的电流和两端的电压；Uα(s)、Iα(s)分别表示分数阶电感电压和电流的象函数；Zα(s)为分数阶电感的阻抗。而对比文件1公开了分数阶PMSM系统模型，并且对比文件1公开的特征在对比文件1中所起的作用与区别技术特征（1）在本申请中所起的作用相同，都是用于提高永磁同步电机等效电路模型的精度，因此对比文件1给出了将上述技术特征用于对比文件2中以解决提高永磁同步电机等效电路模型的精度的技术问题的启示。此外，永磁同步电机的数学模型中涉及电压、电流、分数阶电感等参量，根据这些参量来辨识分数阶电感是本领域的惯用技术手段；最小二乘法也是本领域最常用的拟合参数的方法；分数阶电感的特性方程为，分数阶电感的传递函数为，这些都是本领域公知的公式。
因此，复审请求人陈述的意见不足以说明本申请的权利要求1-6具备创造性。
基于上述理由，本案合议组现依法作出如下决定。
三、决定
维持国家知识产权局于2019年03月28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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