地面清洁智能专家：家用吸尘器专利技术分析（第一期）

家用吸尘器的基本结构以动力部分和过滤系统为主，此外还附带有手柄、软管、吸嘴、背带等零配件。通电后，动力部分的电动机驱动风机叶轮高速旋转，使吸尘器内部的空气以极快的速度向外排出，由此与外界大气压形成负压差而产生局部真空，在负压差的作用下，外界充满灰尘和赃物的空气通过吸嘴和管道进入吸尘器的过滤系统，空气中的灰尘被留在滤尘袋内，经过过滤后的洁净空气会进入电机并经过滤器排出。

根据结构的不同，家用吸尘器可以分为卧式吸尘器、立式吸尘器、便携式吸尘器和智能吸尘器。卧式吸尘器外型小巧便于存放，立式吸尘器适用于大面积地毯清洁，便携式吸尘器主要用于对小型物品的清洁，但功率较小、吸力不强，智能吸尘器以智能化为特征，并衍生出扫地机器人、清洁机器人等分支产品。

吸尘器的历史最早可以追溯至19世纪60年代的美国。1860年，美国丹尼尔·赫斯（Daniel.Hess）发明了第一台工业吸尘器——带旋转刷和产生吸力波纹管的地毯清扫器，同年获得专利授权；1869年，艾维斯·麦克格菲（Ives W. McGaffey）发明了手动转动曲柄操作风扇产生抽吸的“旋风”手动风扇清洁器；1876年，梅尔维尔·比斯尔（Melville Reuben Bissell）发明了机械式地毯清扫车，该清扫车的刷子连接在车轮上，在清扫车移动时，刷子通过旋转抽吸地毯的灰尘；1898年，约翰·S·瑟曼（John.S.Thurman）发明了由汽油驱动的“气动地毯恢复器”并于同年提交专利申请，该机器是将灰尘“吹”到容器内，与后来的真空吸尘器原理不同。

1901年，英国工程师胡伯特•布斯（Hubert Booth）发明了世界上第一台电动的真空吸尘器，并获得英国授予该发明创造的专利权，且在市场上第一次使用了“真空吸尘器（vacuum cleaner）”这一名称。该发明名为“涉及地毯及其他材料灰尘提取的改进（Improvements relating to the Extraction of Dust from Carpets and other Materials）”，专利号为GB190117433DA，其披露的吸尘器拥有电机、吸气泵、吸尘口、软管和两个灰尘收集容器（如图1所示），第一个灰尘收集容器设有过滤罩以进行灰尘的第一次过滤，第二个灰尘收集容器通过内部装有的水进行灰尘的第二次过滤。因该发明的吸尘器结构中电机和吸气泵过于笨重，在使用时需要放在马车上进行移动。自此以后，由电机驱动的真空吸尘器逐渐占领了市场并成为现代家用吸尘器的雏形。

图1 专利号GB190117433DA的说明书附图

图2显示了全球吸尘器的专利申请趋势。由图2可知，在20世纪上半叶，全球吸尘器的专利申请量极少，几乎没有明显的增长，但自1955年前后开始，该领域的专利申请出现了缓慢的增长，进入80年代后的申请量增长明显，随后总体呈现快速增长的态势，而且在2004年出现第一个明显的峰值，其后有所回落，但自2014年之后，申请量再次攀升，增幅尤为明显，并在2020年出现截至当前的最高峰值。由于2020年相关专利申请公开延后，因此显示的数据比实际数据要少。可见，从总体趋势来看，全球吸尘器的专利申请迎来“井喷”阶段，意味着这个产业领域在当前毫无疑问是极具吸引力的赛道之一。

图2 全球吸尘器专利申请态势

回顾全球吸尘器的发展历史及专利申请情况，可以发现随着人们生活习惯的变化，吸尘器也在不断进行着技术突破和产品创新，自20世纪下半叶开始，越来越多的家居品牌企业参与到吸尘器的全球竞争中。如1958年，日本松下电器（Matsushita Electric）推出第一“台筒式吸尘器”，1969年胡佛公司（Hoover）制造了第一台“自走式真空吸尘器”；60年代末美国必胜公司（Bissell）推出第一台“两刷扫地机”，实际上必胜公司早在1924年就已经提交过涉及吸尘器刷子装置方面的专利申请，并持续开展技术改进，比如在1976年和1977年分别提交了真空吸尘器刷子改进的专利申请；70年代美国百得公司（Black & Decker）推出第一款小型“手提式无绳吸尘器”，并在1976年及其后提交了涉及“无绳”吸尘器相关的专利申请，如JP52026767A、US4209875A、US4225814A、CA1170409A2、CA1176412A2、US4841594A、US4835409A、CN1935080A等，从上世纪70年代一直到21世纪头10年，该公司在“无绳吸尘器”便利性方面开展了过滤装置、过滤系统、储存和充电系统、电动刷等研究和专利申请；70年代末，英国发明家詹姆斯·戴森（James Dyson）研发出“无袋气旋吸尘器”，并于1983年制造出具有“双气旋系统的吸尘器”，该吸尘器解决了旧式真空吸尘器气孔容易堵塞的问题，颠覆了传统吸尘器的设计模式。可见，全球主要家居产品生产商围绕吸尘器筒式、自走、刷子、过滤、储电等技术和便利性需求方面的改进和革新，吸尘器逐渐由粗大笨重变得小巧灵活，其主要应用场所也逐渐由工厂等环境转移到家庭中，不再是普通人不容易消费的奢侈品。

进入2000年后，全球吸尘器的专利申请变化显著，尤其是2014年以后，全球吸尘器的专利申请进入一个更高的层次。恰逢信息技术和产品智能化时代的机遇，该领域的专利申请量快速高涨。如1997年，瑞典伊莱克斯公司（Electrolux）推出世界上第一台全自动吸尘器——三叶虫（Trilobite），其提交的专利申请US5935179A（用于自定向装置的系统和设备）至今被引用了282次，成为该领域极其重要的专利技术之一；2002年，美国iRobot公司推出可以避开障碍、自动设计行进路线的人工智能吸尘器Roomba，其后该公司至今提交了相关自主移动的专利申请如TWD150674S、EP2753954B1、AU2016203775B2、US10272828B2、US10222805B2、US9623557B2等，涉及机器视觉、远程控制调度、信号波分布等技术内容；2009年，中国江苏省的科沃斯公司研发出全球第一台会说话会跳舞的家庭扫地机器人，其提交的专利申请如CN1365647A、CN1291685C，涉及障碍区域识别、充电自动对接等方面的技术。可见，进入21世纪后，人工智能、远程控制、自动识别等新一代信息技术被逐步被应用于吸尘器产品中，吸尘器变得越来越智能、越来越便利化。

吸尘器是我国具有全球较强竞争力的家用电器之一，出现美的、科沃斯、海尔、苏泊尔、莱克电气、小狗、斐纳等国产品牌。据海关总署数据显示，2021年我国真空吸尘器出口额超过500亿人民币，同比增长17.64%。而根据相关咨询公司出具的报告估计，我国吸尘器产量约占全球比重的80%，说明我国真空吸尘器在全球范围内拥有不小的市场。

我国吸尘器的发展大概肇始于1954年，当年上海私营永泰和电机厂工程师沈衍民等人参照国外吸尘器样机自行研制出200瓦和400瓦立式电动吸尘器，随后一直到在改革开放之前，国产吸尘器主要应用于国内工矿、企事业单位等场所，几乎没有家用吸尘器的市场。

图3 全球和国内吸尘器专利申请态势

鉴于我国专利制度自1985年实施，因此中国吸尘器的专利申请也始于1985年。但实际上，自1954年开始，我国的工程师早已在吸尘器的研究、改进和生产方面做了大量工作，比如1983年上海吸尘器厂从日本三洋电机公司引进吸尘器电机生产技术和设备24台（套），并在1986年建成生产线、投入生产。而根据图3所示的中国吸尘器专利申请趋势图，可见国内吸尘器专利申请趋势可以分为三个阶段：

第一个阶段：萌芽期（1985-1999年）。该阶段国内吸尘器专利申请量增长变化不大，主要以吸尘器电机关键技术的“引进、消化和攻关”为主。如1987年，莱克电气创始人倪祖根，在苏州春花吸尘器总厂工作期间主持了2万转高速整流子吸尘器电机国产化技术攻关工作，解决国产高速吸尘器电机烧机等可靠性差的严重质量问题，并在1994年创办金莱克公司，专注以电机为核心部件的吸尘器等产品的ODM出口业务。这个时期，虽然中国吸尘器相关研发主体逐渐开始关注专利的保护，但其专利意识仍较薄弱，申请量未有明显变化。

在外资引进方面，日本Nidec的电机产品是国内吸尘器市场使用最多的进口品牌，该企业在1992年投建浙江平湖工业区，建成以日本电产（浙江）有限公司为中心的外资企业群，美国AMETEK公司在1996年成立专门生产以吸尘器电机为主的阿美德格电机（上海）有限公司，这些外资企业在国内的投资都间接推动了中国吸尘器电机技术的发展。

第二个阶段：缓慢发展期（2000-2013年）。该阶段国内的专利申请态势有了较为明显的提升，但相比起全球的专利申请态势而言，仍然增长缓慢，专利技术主要朝智能化方向发展。世纪交替之际，尤其是进入21世纪以后，人工智能技术的发展和推广促使国内的吸尘器走向智能化道路，出现了将真空吸尘器的核心技术和人工智能技术有机结合起来的智能吸尘机器人等智能化产品，如复旦大学2007年申请的发明专利“开放智能计算构架的家用多功能小型服务机器人（申请号：CN101084817A）”，不仅提供一种包括吸尘功能在内的多家庭（家政）服务的高智能移动机器人，而且克服了初期家用服务型机器人智能化水平不高、功能单一的缺陷。

第三个阶段：快速发展期（2014年至今）。该阶段国内吸尘器专利申请量快速提升，以连接主义为符号、以深度学习为特征的第二代人工智能及云计算、传感器技术、自动充电技术等的发展和推广，使吸尘器技术进入全新的发展时期。包含吸尘功能、突破传统吸尘器范畴的家用清洁机器人，逐渐在市场涌现，成为智能家用电器的重要组成部分。而且，2014年后，中国吸尘器专利申请已成全球吸尘器专利申请量的主力。

可见，中国吸尘器技术经历了“引进消化”的专利申请萌芽阶段、到逐步结合智能化技术的缓慢发展阶段、再到人工智能深度赋能产品的快速增长阶段之后，在短期内仍将保持快速的专利申请增长态势。由于2020、2021年相关专利申请的公开延后，因此显示的数据比实际数据要少。