直驱永磁风力发电技术专利布局研究

娄静丽，朱炜

（1.湘电风能有限公司，湖南 湘潭 411102； 2.湘潭电机股份有限公司海上风力发电技术与检测国家重点实验室，湖南 湘潭 411101）

专利布局是企业知识产权管理的重要环节，良好的专利布局规划和方法，能够有效地避免专利申请的随机性和零散性，形成层次分明、结构清晰的资产组合；在专利资产的管理与使用上，也能够通过专利布局清晰地了解自身的优势与劣势，合理地制定和运用策略。本文从专利整体布局的角度出发，通过对行业技术发展态势，以及全球直驱永磁风力发电领域的主要整机商的专利技术积累情况进行分析，为风电企业提供专利导航信息。

1 专利申请态势分析

从全球专利和主要申请人专利申请态势进行分析，涉及专利申请趋势分析、技术区域分布分析、技术分支/功效分析、全球法律状态分析等。

1.1 专利申请趋势分析

专利的申请量整体呈现增长趋势。直驱永磁风电相关技术的发展则经历了萌芽期、成长期和成熟期。

（1）萌芽期（1951 ～1997 年），年申请量只有个位数。早期的能源以煤炭、石油等石化能源为主，直到1973 年石油危机后，风力发电作为新能源才越来越受到重视。

（2）成长期（1998 ～2012 年），1997年后，专利申请量快速增长，在2012 年专利申请量达到巅峰，为359 项。20 世纪90 年代以来，风力发电加速发展，风电装机容量的增长对应的是各国在风电技术领域的大规模投资。

（3） 成 熟 期（2013 ～2019 年）， 在2012 年后，专利申请量逐年下降。由于随着技术壁垒、市场规模的逐渐形成，厂商投资于研发的资源不再扩张，只剩少数厂商继续发展此类技术。

1.2 技术区域分布分析

技术目标区域分布能够在一定程度上反映出在某一技术领域中的研发主体的专利布局情况以及市场布局情况。中国、欧洲、美国和日本都是该项技术专利重点布局的国家和地区。

1.3 技术分支分析

根据图1 所示的技术分析/功效分布图，可以知晓目前直驱永磁风电技术领域中需要解决的技术问题和重点技术布局。技术热点包含通过永磁电机结构的改进，降低成本、提高效率和减低重量；通过对发电机组整体结构的改进，增大发电功率、降低重量和降低成本；通过对电控系统的改进，提高稳定性和提高效率等。

通过对图1 中技术空白点的分析，可以为挖掘可专利的技术方案以及完善专利布局等提供参考。技术空白点包括以下方面：如何通过风机基础结构的改进降低风机重量、如何通过吊装工艺的改进提高安装便利性和降低成本、如何通过变桨装置的改进提高风能利用效率等。

图1 技术分支/功效分布图

1.4 法律状态分析

根据对拆分同族专利申请的统计，在全球及各个国家的专利法律状态中，全球的专利申请中失效专利较多。在中国、欧洲和美国的授权有效专利较多。在日本申请的专利目前77%处于无效状态，维持授权有效的专利有19 件。而美国和欧洲维持授权有效的专利分别为41%和45%。因此，企业在将风机产品向国外进行销售时，如果产品有销往美国和欧洲的计划，需要格外重视这两个国家和地区的专利布局情况。

1.5 主要申请人分析

如图2 所示，直驱风力发电机组领域全球专利申请量排名第一位的是德国的西门子。前10 名中，中国国内的申请人有7 位，多于国外申请人，主要由于近几年中国政府一直重视清洁能源的发展，出台了一系列鼓励政策。

图2 全球专利主要申请人

在拆分同族专利申请进行统计后，国内主要申请人持有的授权有效专利较多。其中，西门子公司的授权有效专利达到90 件，占中国国内专利申请量的51%，这说明西门子公司加大在中国国内的专利布局，为进一步开拓中国市场做准备。

2 专利布局分析

2.1 可专利的技术领域

“可专利的技术领域”主要用于解决“我们可以从哪些角度进行专利申请”的问题。

从产品结构上来说，直驱风力发电机组可以就整体提出专利申请，这也是目前各个申请人申请专利的主要方向之一。另外，对于设备的重要部件，比如主轴承、永磁电机、冷却系统、叶片、偏航装置和变桨装置等，也可以根据原创性程度单独提出专利申请，所提出的专利申请可以是针对某个（或多个）技术问题做出的改进。值得注意的是，改进部件的专利申请与包含所述改进部件的风力发电设备整体的专利申请可以同时提出，以形成更全面的保护。由于直驱风力发电机组的技术改进涉及众多的技术问题，如，如何提高发电效率、如何延长风机的使用寿命、如何降低重量、如何提高风能利用率、如何降低制造成本等，针对这些技术问题进行改进时，又有众多并行解决方案，因此，从结构上申请专利时，可以提出若干平行的专利申请。此外，从专利类型上来说，除发明和实用新型之外，直驱风力发电机组或者某些重要部件还可以申请外观设计专利。

2.2 申请时机

申请专利的时机与公司产品上市的预期进度、竞品上市的进度等都有关系。对于直驱风力发电机组这种开发周期长、技术含量高的产品而言，在产品设计阶段一旦形成了相对完整的技术方案，就应尽快申请专利。在专利布局思想指导下，形成的一组专利组合，其彼此之间或多或少存在一定的技术关联，所以，其申请日的确定至关重要。如不考虑有些专利申请应当同日向国家知识产权局递交，而是按照撰写完成的先后顺序分开递交，可能会因在先申请而破坏在后申请的专利性（抵触申请破坏新颖性），导致在后申请不能授权。当某个创新点同时在多个申请文件中均有记载，则应同日申请；当一组专利申请需要同日递交，而该组中的某一件专利申请的全文所记载的技术内容可能影响另一组专利申请的授权，则应先申请后者或者两组专利申请同日提交。

2.3 申请地域

专利的保护可能会涉及产品的生产、使用、销售、许诺销售、进口等各个环节，专利权人可以就其中的任何一个环节提起诉讼，因此，在考虑专利申请地域时，需要兼顾以上各个环节的所在地。在考虑是否需要在某个国家/地区申请专利时，可通过以下三个问题的回答进行确定：（1）该国家/地区是否为相关专利技术的主要市场或潜在市场，或是否为主要竞争对手所在的国家/地区。（2）该专利权是否可能在该国家/地区许可、转让等，或是否有可能在该国家/地区制造或销售相关专利产品；（3）是否具有良好的专利授权前景。如果以上三个问题的答案都是否定，可能没有必要在该国家/地区申请专利。除衡量国外专利申请必要性之外，还可以针对重点国家/地区进行申请，可以选择在市场较大且工业科技水准较高的国家，如美国、日本、欧洲、与中国等国家和地区，可达到较好的技术宣传效果，并在一定程度上影响竞争对手。

2.4 专利布局方式

2.4.1 基础专利布局

基础专利布局是指针对自身特色产品的基础专利，并申请多个外围扩展专利，形成自身产品的专利保护网。根据上述技术功效分析和申请人技术路线分析可知，目前，现有专利公开的技术方案聚焦在通过冷却系统的改进以提高风力发电设备的散热性能，通过永磁电机定子结构的改进以提高发电效率、降低成本，通过主轴承结构的改进以延长设备的使用寿命等，但是，对于通过改变发电机转子结构的改进以提高发电效率和降低成本的技术方案较少。因此，可以在永磁发电机转子结构的技术改进方向布局基础专利。

2.4.2 围栏式布局

在核心专利由竞争者掌握的情况下，围绕核心专利设置若干改进专利，将核心专利包围起来，即可形成一个牢固的包围圈。这些改进专利的技术含量也许无法与核心专利相比，但其组合却可以阻止竞争者针对重要专利的技术改进，甚至阻碍其技术实施，给竞争者造成很大的麻烦。围栏式专利布局建议涉及主轴承结构、制动盘刹车片材料和发电机风冷过滤装置的技术方案。

3 结语

在直驱风力发电机组领域，专利申请量整体呈现增长趋势，技术发展正处于成熟期。永磁电机结构、发电机整体组装结构和电控系统是研究的重点技术。吊具及吊装工艺、安装工装和风机基础在2015 年后申请量开始增长，属于新出现的研发热点领域。国内企业目前还处于紧跟国外成熟企业的产业发展阶段。若要缩短与国外成熟企业之间在技术和产品上的差距，需加大在该领域的技术研发投入。建议采用构建具有自身特色的基础专利和对其他公司持有的核心专利进行围栏式专利布局两种布局方式。