垂直軸風(fēng)電機(jī)組專利技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

李宏利，佟振霞，樊云飛，李建軍

（1. 國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心，北京 100083；

2. 內(nèi)蒙古蒙西高新材料股份有限公司，鄂爾多斯 016014）

0 引言

隨著風(fēng)電市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，加之現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的日臻完善以及由此產(chǎn)生的低成本化趨勢(shì)，相對(duì)于常規(guī)能源而言，風(fēng)力發(fā)電在一些地區(qū)已成為具有一定競(jìng)爭(zhēng)力的新能源發(fā)電方式。甚至，相比其他新能源發(fā)電方式，風(fēng)力發(fā)電更具經(jīng)濟(jì)性，也更容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商品化生產(chǎn)[1-2]。

風(fēng)電機(jī)組根據(jù)結(jié)構(gòu)及其在氣流中的位置通常分為兩大類：一類是水平軸風(fēng)電機(jī)組，另一類是垂直軸風(fēng)電機(jī)組[3]。本文通過對(duì)垂直軸風(fēng)電機(jī)組專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)的收集、整理、比較和分析，總結(jié)垂直軸風(fēng)電機(jī)組專利技術(shù)的特點(diǎn)、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，以期為我國(guó)垂直軸風(fēng)電機(jī)組專利技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供情報(bào)支持和指導(dǎo)，同時(shí)也為我國(guó)政府和企業(yè)的宏觀規(guī)劃提供參考信息。

1 檢索策略和檢索范圍

垂直軸風(fēng)電機(jī)組技術(shù)出現(xiàn)較早，在IPC分類領(lǐng)域中擁有明確的分類位置，即F03D3/00分類號(hào)及其下位組F03D3/02、F03D3/04、F03D3/06，因此在檢索時(shí)主要使用分類號(hào)進(jìn)行檢索，需要說明的是，其中的下位組F03D3/04（具有固定式導(dǎo)風(fēng)裝置，例如具有風(fēng)筒或風(fēng)道）主要是在已有的垂直軸風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)上增加各種形式的導(dǎo)風(fēng)裝置，而不是對(duì)具體的垂直軸風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，因而在進(jìn)行檢索時(shí)排除了這一下位組，以將注意力集中在垂直軸風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)的相關(guān)專利的分析上。在進(jìn)行檢索時(shí)，為了便于分析比較中外專利申請(qǐng)數(shù)據(jù)，在德溫特世界專利索引數(shù)據(jù)庫(kù)（DWPI）和中國(guó)專利數(shù)據(jù)庫(kù)（CNPAT）中進(jìn)行檢索時(shí)將文獻(xiàn)的公開時(shí)間限制在1985年1月1日至2012年5月31日。

2 垂直軸風(fēng)電機(jī)組專利申請(qǐng)分布概括

2.1 世界范圍內(nèi)垂直軸風(fēng)電機(jī)組專利情況分析

圖1給出了1985年－2012年世界范圍內(nèi)（包括中國(guó)在內(nèi)）垂直軸風(fēng)電機(jī)組專利申請(qǐng)量年度變化狀況[4]（本文中的專利申請(qǐng)統(tǒng)計(jì)均是以同族為單位進(jìn)行的，未進(jìn)行子母公司合并）。從圖1中可以看出，2000年之前，在世界范圍內(nèi)垂直軸風(fēng)電機(jī)組專利技術(shù)處于緩慢增長(zhǎng)階段，申請(qǐng)量較少，增長(zhǎng)緩慢。2000年以后，尤其是2005年以后，開始進(jìn)入急劇增長(zhǎng)階段，表明隨著全球范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和能源需求的快速擴(kuò)張，世界各國(guó)日益注意到發(fā)展垂直軸風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的重要性，積極投入力量研發(fā)新技術(shù)并進(jìn)行全球布局。同時(shí)這也表明，垂直軸風(fēng)力發(fā)電技術(shù)具有較好的發(fā)展前景和廣闊的發(fā)展空間。需要指出的是，如圖1所示，專利申請(qǐng)量從2011年出現(xiàn)了明顯下滑，這是專利從申請(qǐng)到公開的時(shí)間滯后性造成的，2011年以后的一些申請(qǐng)尚未公開，導(dǎo)致采集到的數(shù)據(jù)明顯小于實(shí)際的申請(qǐng)量，按照整體的申請(qǐng)趨勢(shì)進(jìn)行分析，預(yù)計(jì)2012年的申請(qǐng)量仍然會(huì)比較大，不會(huì)出現(xiàn)明顯的下降。

2.2 我國(guó)垂直軸風(fēng)電機(jī)組專利情況分析

圖2顯示了1985年－2011年我國(guó)垂直軸風(fēng)電機(jī)組專利申請(qǐng)量年度變化狀況。從中可以看出，我國(guó)專利法自1985年4月1日開始實(shí)施起，就出現(xiàn)了垂直軸風(fēng)電機(jī)組專利申請(qǐng)，這時(shí)申請(qǐng)數(shù)量很少，在2000年之前基本保持著個(gè)位數(shù)。2000年之后，我國(guó)出臺(tái)了一系列知識(shí)產(chǎn)權(quán)相關(guān)法律法規(guī)和鼓勵(lì)政策，這些政策推動(dòng)了國(guó)內(nèi)知識(shí)產(chǎn)權(quán)事業(yè)的發(fā)展。我國(guó)技術(shù)人員對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的認(rèn)識(shí)得到了進(jìn)一步提高，更加注重對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)成果的保護(hù)，垂直軸風(fēng)電機(jī)組專利申請(qǐng)量有了較明顯的提高，此后一直保持穩(wěn)定增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。此外，我國(guó)相繼出臺(tái)的若干鼓勵(lì)風(fēng)電發(fā)展的政策，也極大地激發(fā)了我國(guó)技術(shù)人員對(duì)風(fēng)電相關(guān)技術(shù)進(jìn)行專利保護(hù)的熱情。尤其是2005年以后，隨著我國(guó)《可再生能源法》的頒布，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)得到空前發(fā)展，垂直軸風(fēng)電機(jī)組專利申請(qǐng)量也不斷增長(zhǎng)，這與世界垂直軸風(fēng)電機(jī)組專利技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)大體接近。

盡管我國(guó)國(guó)內(nèi)垂直軸風(fēng)電機(jī)組專利申請(qǐng)量呈現(xiàn)快速發(fā)展的勢(shì)頭，但是我國(guó)的垂直軸風(fēng)電機(jī)組技術(shù)發(fā)展存在以下兩個(gè)方面的問題：

一方面是地區(qū)發(fā)展很不均衡。圖3給出了垂直軸風(fēng)電機(jī)組專利申請(qǐng)?jiān)谖覈?guó)的地區(qū)分布情況?？梢钥闯?，申請(qǐng)量最大的是廣東省，其次是江蘇省、北京市、上海市、山東省、遼寧省，經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的申請(qǐng)量相對(duì)較少。究其原因，廣東省、江蘇省從事垂直軸風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)領(lǐng)域的相關(guān)企業(yè)較多，而北京市、上海市等地區(qū)則依托高校和科研院所優(yōu)勢(shì)，廣泛開展垂直軸風(fēng)電機(jī)組技術(shù)的研發(fā)工作；相反，經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的企業(yè)申請(qǐng)量較小，原因是技術(shù)分散，專利保護(hù)意識(shí)淡薄，沒有形成自身的知識(shí)產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略，難以獲得一定程度的專利申請(qǐng)規(guī)模，從而很難形成從技術(shù)體系、專利技術(shù)劃分到專利權(quán)維護(hù)的完整專利戰(zhàn)略體系。

另一方面是專利申請(qǐng)過于分散。圖4顯示了我國(guó)范圍內(nèi)的申請(qǐng)人類型分布，從中可以看出，個(gè)人所占比例最大，達(dá)到了77%，數(shù)量上占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，而企業(yè)所占比例為18%，高校/科研院所所占比例僅為5%。說明在我國(guó)范圍內(nèi)，涉及對(duì)垂直軸風(fēng)電機(jī)組的研發(fā)，個(gè)人的研發(fā)熱情很高，參與度比較大，公司和高校/科研院所相對(duì)薄弱，因而垂直軸風(fēng)電機(jī)組技術(shù)含量較低。同時(shí)，我國(guó)垂直軸風(fēng)電機(jī)組的市場(chǎng)化程度不足，公司和高校/科研院所的研發(fā)熱情不夠，還需要進(jìn)一步推動(dòng)垂直軸風(fēng)電機(jī)組技術(shù)在我國(guó)的推廣應(yīng)用。

3 主要垂直軸風(fēng)電機(jī)組專利技術(shù)分布和研發(fā)現(xiàn)狀

本文在進(jìn)行垂直軸風(fēng)電機(jī)組專利技術(shù)分析時(shí)，根據(jù)葉片類型不同，把垂直軸風(fēng)電機(jī)組分為主要依靠葉片的阻力來工作的阻力型垂直軸機(jī)組和主要依靠葉片的升力來工作的升力型垂直軸機(jī)組。同時(shí)，阻力型垂直軸機(jī)組進(jìn)一步細(xì)分為S形、風(fēng)杯形、活動(dòng)平板形三種主要類型，將升力型垂直軸機(jī)組進(jìn)一步細(xì)分為直葉片型、彎葉片型兩種主要類型[5]。

圖5顯示了1985年－2011年我國(guó)范圍內(nèi)阻力型和升力型垂直軸風(fēng)電機(jī)組專利申請(qǐng)量的年度變化狀況。從圖5中可以看出，阻力型和升力型垂直軸風(fēng)電機(jī)組專利申請(qǐng)量在我國(guó)范圍內(nèi)的整體發(fā)展趨勢(shì)基本一致，但阻力型垂直軸機(jī)組的專利申請(qǐng)量一直比升力型垂直軸機(jī)組的數(shù)量具有明顯優(yōu)勢(shì)。雖然從2000年以后，兩種類型的垂直軸風(fēng)電機(jī)組專利技術(shù)都進(jìn)入了快速增長(zhǎng)階段，但是相較于阻力型垂直軸機(jī)組專利技術(shù)的急劇增長(zhǎng)勢(shì)頭，升力型垂直軸機(jī)組專利技術(shù)的增長(zhǎng)勢(shì)頭則顯得較為溫和。這一方面表明我國(guó)阻力型垂直軸風(fēng)電機(jī)組專利技術(shù)得到了廣泛的重視和應(yīng)用；另一方面也與阻力型垂直軸風(fēng)電機(jī)組技術(shù)發(fā)展較早、應(yīng)用廣泛、其后不斷改進(jìn)并且已相對(duì)成熟的發(fā)展歷程有關(guān)。而升力型垂直軸風(fēng)電機(jī)組專利技術(shù)的增長(zhǎng)雖然相對(duì)緩慢，但2000年以后也進(jìn)入了快速增長(zhǎng)階段，這表明該類型機(jī)組專利技術(shù)屬于新近熱點(diǎn)技術(shù)，并因其自身的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)已經(jīng)越來越受到業(yè)界的重視。

3.1 阻力型垂直軸風(fēng)電機(jī)組專利技術(shù)分布狀況

阻力型垂直軸風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)涉及五個(gè)技術(shù)分支：S型、風(fēng)杯型、平板型、渦輪型和馬達(dá)拉斯型。圖6給出了我國(guó)國(guó)內(nèi)這五類阻力型垂直軸風(fēng)電機(jī)組專利申請(qǐng)的分布情況。涉及活動(dòng)平板型的申請(qǐng)量最高為544件，涉及S型的申請(qǐng)量為196件，涉及風(fēng)杯型的申請(qǐng)量128件，而涉及渦輪型和馬達(dá)拉斯型的申請(qǐng)量則分別為47件和20件。涉及渦輪型和馬達(dá)拉斯型的專利申請(qǐng)量較少是因?yàn)檫@兩者不是業(yè)界關(guān)注和研發(fā)的熱點(diǎn)，本文重點(diǎn)對(duì)申請(qǐng)量較多的S型、風(fēng)杯型、平板型三種類型的阻力型垂直軸風(fēng)電機(jī)組專利技術(shù)進(jìn)行分析。

圖7反映了S型、風(fēng)杯型、平板型三種主要的阻力型垂直軸風(fēng)電機(jī)組在我國(guó)專利申請(qǐng)的時(shí)間分布情況。涉及平板型的我國(guó)專利申請(qǐng)最早開始于1985年，每年都有一定數(shù)量的專利申請(qǐng)，但2000年之前申請(qǐng)量一直都比較小，2000年以后進(jìn)入快速增長(zhǎng)階段，到2010年達(dá)到申請(qǐng)頂峰；涉及S型的我國(guó)專利申請(qǐng)始于1987年，但是2005年前申請(qǐng)量少且不穩(wěn)定，2005年以后進(jìn)入穩(wěn)定增長(zhǎng)階段，到2011年達(dá)到申請(qǐng)的頂峰；我國(guó)風(fēng)杯型的專利申請(qǐng)情況與S型的情況類似，其申請(qǐng)量到2009年達(dá)到頂峰，而2010年明顯降低。

在S型阻力型垂直軸風(fēng)電機(jī)組領(lǐng)域，盡管個(gè)人申請(qǐng)總量高于企業(yè)，但個(gè)人申請(qǐng)中實(shí)用新型的申請(qǐng)量占據(jù)比較大的份額，而企業(yè)申請(qǐng)中發(fā)明專利的申請(qǐng)占據(jù)較大的份額，明顯高于個(gè)人申請(qǐng)。由于企業(yè)具有技術(shù)和資源優(yōu)勢(shì)，其研究具有一定的技術(shù)水平，因此，其申請(qǐng)往往具有比較高的技術(shù)含量。圖8給出了我國(guó)范圍內(nèi)S型垂直軸風(fēng)電機(jī)組各類申請(qǐng)人的申請(qǐng)狀況。

圖9列出了我國(guó)在S型垂直軸風(fēng)電機(jī)組領(lǐng)域排名前8位的申請(qǐng)人及其申請(qǐng)量。其中有6位均是企業(yè)申請(qǐng)人，僅有1位為個(gè)人申請(qǐng)人，還有1位為個(gè)人和高校合作申請(qǐng)人，且各申請(qǐng)人的申請(qǐng)量不大，第1位的3家企業(yè)也僅有6件。這說明目前S型風(fēng)輪領(lǐng)域的專利申請(qǐng)離散度很大。由以上數(shù)據(jù)還可以看出，僅有1家日本企業(yè)在我國(guó)的申請(qǐng)量較多，這說明在S型垂直軸風(fēng)電機(jī)組領(lǐng)域，主要的專利技術(shù)基本已被我國(guó)企業(yè)掌握。

在風(fēng)杯型阻力型垂直軸風(fēng)電機(jī)組領(lǐng)域，個(gè)人的申請(qǐng)量最大，具有研究能力的企業(yè)、高校和科研院所對(duì)風(fēng)杯型風(fēng)輪技術(shù)的發(fā)展不夠重視，投入低。而個(gè)人專利申請(qǐng)中仍然以實(shí)用新型為主，這也從側(cè)面反映了風(fēng)杯型風(fēng)輪領(lǐng)域的技術(shù)水平較低。圖10給出了我國(guó)國(guó)內(nèi)風(fēng)杯型垂直軸風(fēng)電機(jī)組各類申請(qǐng)人的申請(qǐng)狀況。

在活動(dòng)平板型垂直軸風(fēng)電機(jī)組領(lǐng)域，研發(fā)主體仍然為個(gè)人。圖11列出了我國(guó)在該領(lǐng)域的主要申請(qǐng)人及其申請(qǐng)量。北京市西城區(qū)新開通用試驗(yàn)廠、張家港市貝爾機(jī)械有限公司、安徽池州皖美電器廠、上海凡鴻環(huán)?？萍及l(fā)展有限公司以及英國(guó)的七星全球有限公司是主要企業(yè)申請(qǐng)人。英國(guó)企業(yè)七星全球有限公司較多，說明其對(duì)平板型的研發(fā)比較重視，也注重我國(guó)市場(chǎng)的保護(hù)。盡管個(gè)人申請(qǐng)者余虹儀和徐毓藝申請(qǐng)量較多，但其申請(qǐng)主要為技術(shù)含量較低的實(shí)用新型，而鄧允河的5件專利均為發(fā)明，證明其具有較強(qiáng)的研發(fā)和創(chuàng)新能力[6]。

3.2 升力型垂直軸風(fēng)電機(jī)組專利技術(shù)分布狀況

升力型垂直軸風(fēng)電機(jī)組包括直葉片型和彎葉片型兩種主要結(jié)構(gòu)形式[7]。圖12反映了這兩種類型在我國(guó)專利申請(qǐng)的時(shí)間分布情況。我國(guó)涉及直葉片型的專利申請(qǐng)最早開始于1985年，但2005年之前申請(qǐng)量一直都比較小，2005年以后進(jìn)入穩(wěn)定增長(zhǎng)階段，到2011年達(dá)到申請(qǐng)的頂峰；而我國(guó)涉及彎葉片型的專利申請(qǐng)則出現(xiàn)的較晚，最早開始于2001年，其申請(qǐng)量到2009年達(dá)到頂峰，之后開始回落。

圖13給出了我國(guó)范圍內(nèi)直葉片型垂直軸風(fēng)電機(jī)組按申請(qǐng)人類型的分布情況。其中，個(gè)人申請(qǐng)量最大，占申請(qǐng)總量的51%；其次是企業(yè)申請(qǐng)，占申請(qǐng)總量的41%，高校和科研院所所占比例較少，分別為7%和1%。這說明在直葉片型風(fēng)電機(jī)組領(lǐng)域，個(gè)人和企業(yè)的研發(fā)能力較強(qiáng)，專利活躍度較大。申請(qǐng)人中排名第一的是國(guó)能風(fēng)力發(fā)電有限公司，其研究重點(diǎn)主要放在H型風(fēng)電機(jī)組方面，排名第二和第四的均為個(gè)人申請(qǐng)，且其申請(qǐng)類型主要是發(fā)明。由此可見，個(gè)人申請(qǐng)?jiān)谖覈?guó)直葉片型風(fēng)電機(jī)組技術(shù)領(lǐng)域的影響也不容忽視。

我國(guó)范圍內(nèi)彎葉片型風(fēng)電機(jī)組的個(gè)人申請(qǐng)量最大，占申請(qǐng)總量的60%，其次是企業(yè)申請(qǐng)，占申請(qǐng)總量的30%，高校和科研院所所占比例較少，分別為7%和3%。排名前五的申請(qǐng)人中有3位為個(gè)人申請(qǐng)，可見個(gè)人申請(qǐng)對(duì)彎葉片型的研究也占主導(dǎo)地位。其中排名第一的鄧允河，研究重點(diǎn)主要集中在Φ型風(fēng)電機(jī)組方面。而且，以國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人為主，國(guó)外申請(qǐng)人雖然總量較少，但涉及到的國(guó)家較多，除美國(guó)、英國(guó)、加拿大外，還包括意大利、瑞典、愛爾蘭、澳大利亞、波蘭、丹麥、法國(guó)、韓國(guó)，這說明彎葉片的研究和發(fā)展在世界范圍內(nèi)受到廣泛關(guān)注，國(guó)外公司也重視在我國(guó)的專利布局。

4 對(duì)我國(guó)垂直軸風(fēng)電機(jī)組企業(yè)的發(fā)展建議

在垂直軸風(fēng)電機(jī)組領(lǐng)域，我國(guó)的申請(qǐng)量處于領(lǐng)先地位，但專利質(zhì)量不太高，實(shí)用新型專利居多，比較專注于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，國(guó)外專利布局欠缺。但日本、美國(guó)、德國(guó)仍然具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，而且這些國(guó)家的專利多為質(zhì)量較高的發(fā)明專利，在保護(hù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的同時(shí)還非常注重國(guó)外市場(chǎng)的專利布局[8]。此外，個(gè)人申請(qǐng)量比重最大，企業(yè)，高校/科研院所所占的比例較少。由此可見，垂直軸風(fēng)電機(jī)組技術(shù)的市場(chǎng)化和商業(yè)化程度不足，公司和高校/科研院所的研發(fā)熱情不夠。值得注意的是，日本從事垂直軸風(fēng)電機(jī)組技術(shù)領(lǐng)域研發(fā)的公司數(shù)量較多，日本松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域具有極強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。基于我國(guó)垂直軸風(fēng)電機(jī)組技術(shù)領(lǐng)域中所呈現(xiàn)出的上述特點(diǎn)，筆者給出以下幾個(gè)方面的建議。

4.1 增強(qiáng)自我研發(fā)實(shí)力，形成完善的研發(fā)體系

隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)逐漸加劇，國(guó)內(nèi)企業(yè)必須盡快建立并發(fā)展自己的科研開發(fā)隊(duì)伍，形成研發(fā)規(guī)模，在盡可能避讓競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的專利壁壘之外，還應(yīng)該合理、充分地開展適合我國(guó)國(guó)情的技術(shù)研發(fā)，例如加強(qiáng)垂直軸風(fēng)電機(jī)組的葉片制造、整體控制等方面的技術(shù)研發(fā)，這樣有利于可持續(xù)發(fā)展。

4.2 加強(qiáng)行業(yè)內(nèi)的交流，培養(yǎng)科技人才

對(duì)于國(guó)內(nèi)的小企業(yè)而言，應(yīng)加強(qiáng)行業(yè)內(nèi)部的交流，尤其是欠發(fā)達(dá)地區(qū)的小企業(yè)，通過與經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)企業(yè)的交流，便于找準(zhǔn)適合自身的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)策略，避免研發(fā)內(nèi)容的交叉重復(fù)，有利于揚(yáng)長(zhǎng)避短。對(duì)于已形成規(guī)模化發(fā)展的國(guó)內(nèi)大型企業(yè)而言，應(yīng)加強(qiáng)國(guó)際行業(yè)內(nèi)的信息交流，在加強(qiáng)自身研發(fā)實(shí)力的同時(shí)，密切國(guó)外知名公司以及其他潛在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手在我國(guó)的專利活動(dòng)，對(duì)國(guó)內(nèi)外主要專利申請(qǐng)人的專利信息加以研究利用，從而提升自己在垂直軸風(fēng)電機(jī)組行業(yè)中的競(jìng)爭(zhēng)力。

總之，我國(guó)的垂直軸風(fēng)電機(jī)組企業(yè)必須意識(shí)到知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重要意義，積極通過知識(shí)產(chǎn)權(quán)來維護(hù)自身的合法權(quán)益，通過技術(shù)創(chuàng)新提升企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，從而在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。

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