风力发电涡流发生器专利申请分析

风力发电涡流发生器专利申请分析

赵银凤

国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏苏州， 215000

摘 要：近年来，随着对风力发电研究的深入，人们越来越关注功率的提升以及噪声的减少。研究发现，涡流发生器能够有效抑制边界层的分离，进一步提升叶片的捕风功率。因此涡流发生器是今年来研究风电技术的热门方向。本文以专利技术的角度，以VEN数据库和CNABS数据库为样本数据库，对风力发电涡流发生器的国内外专利申请进行全面详细的技术分析，旨在详细了解该方面技术发展的演进路线。

关键词： 风力发电，涡流发生器，专利技术

本文通过对涡流发生器的相关专利文献进行检索、梳理、标引，从涡流发生器安装的不同风力发电机，分为两个一级分支，分别是水平轴风力发电机上的涡流发生器和垂直轴风力发电机上的涡流发生器，并且继续基于在风力发电机不同部位上，将其分为：位于导风装置、叶片、塔筒等，而叶片又具体分为：叶尖、叶根、前缘、后缘、前后缘等。

当然由于涡流发生器按照不同的分类方法可以进行多种方式进行分类，例如可以根据涡流发生器需要达到的技术效果，防止边界层分离或者降低噪音等，也可以根据涡流发生器的形状例如三角形、翼型、梯形等形状进行分类。本文基于涡流发生器安装在风力发电机不同部位来研究涡流发生器具体起到的作用，技术演进等，其他分类方法暂时不在本文的研究范围之内。

根据风力发电机涡流发生器中国专利申请量趋势进行分析，根据申请量及其增长趋势其大致可以分为三个阶段。

（1）萌芽期（1985-2008）

相较于国外，国内关于涡流发生器的研究开始较晚，相关的风力发电机技术主要掌握在国外风电巨头手中，在此阶段国内主要是制造或者进口，对于技术研发投入基本为零。

（2）缓慢发展期（2009-2014）

随着新能源发电越来越受到人们关注，以及政府政策的倾向，国内风力发电安装制造等越来越趋于平稳，国内相关风电企业以及一些高校开始了对风电技术的研发，专利申请有了缓慢的增长。

（3）快速发展期（2012-2019）

这个阶段，国内风电技术处于稳步增长阶段，科研投入进一步的加大使得专利申请量得到了迅猛提升。国内企业也开始注重自主知识产权的研发，对技术的专利布局也有了更深的认识。

从占比来看，发明和实用新型数量相当，说明国内对于涡流发生器的技术水平并不是太高，发明占比不是很高。其技术研发仍有较大空间提升。

中国专利申请法律状态分析，其中大部分处于有效状态，也有一部分处于公开未审状态，小部分失效和驳回、撤回。

中国专利申请人排名靠前的申请人申请量分析。从申请量可以看出排名靠前的基本均是企业和高校、科研院所，没有相关个人申请，其中排名第一的是新疆金风科技，作为中国风电的领头羊，其在涡流发生器技术方面也有着领先的优势。其他高校在该项技术方面也都有用涉及，例如上海理工大学，南京航空航天大学，河海大学，科研院所有中国科学院。

中国专利申请人国别分布，大多数来源于国内申请人，但是国外申请也占据了将近半壁江山，说明国外申请人已经大量在中国进行了专利布局，例如美国、欧洲、日本、德国等风电技术较为先进的国家和地区。这对于国内风电企业来说必然是一个巨大的挑战，国内企业必须在做好技术研发的同时，实时关注国外在中国对于该项技术的专利布局，以期更好的填补专利空白点，从而在该项技术方面占据一席之地。

全球关于涡流发生器的专利申请量趋势可以看出，全球涉及涡流发生器的专利最早出现在1975年，在2000年以前，相关的专利申请量一直较低，年申请量基本上在10件以下，该技术处于萌芽期， 2000年之后，相关申请人开始关注风电功率提升，在涡流发生器设计方面有所关注和探索，2000年至2007年之间，领域申请人对涡流发生器探索热情积极提升，该技术进入了缓慢的发展期，到2007年至2009年，该技术处于飞速发展期，专利申请量直线上升，2010年-2013年申请量较为平缓，只在2014年有小幅度回落，而2015年之后，申请量持续上升，这与全球主要国家装机容量飞速增长，并且政府扶持力度加大，因此多个风电巨头也纷纷加大了对于技术研发的投入。

2016年和2017年，申请量呈现降低态势，这与发明专利申请公开时间滞后有关，2016年的部分发明专利申请和2017年的大部分发明专利申请还处于未公开和未收录状态，故越接近检索截止日的年份，其统计数据受上述公开因素的影响程度越大，因此本文中相关数据统计所显示的2016、2017年申请数据仅作参考。

全球专利来源国分析，其中中国排名第一，其次为美国和欧洲，中国关于这方面的专利申请量较大，但是其基本上均是单个的申请，申请人并不集中，比较分散。而相对而言，排名第二和第三的则是有比较集中的专利申请人，例如通用电气公司、维斯塔斯、西门子等风电巨头。其他例如德国是风电起源较早的国家，其专利研究相对较早发展也相对成熟，因此占据一定的申请量，日本的则是三菱株式会社占据了绝大多数，其也是风电领域研究较多的大型企业。中国国内申请人较为分散，主要为企业和高效，代表性的企业有新疆金风科技、明阳智慧、上海电气等，高校例如南京航空航天大学、宜昌学院等。

涡流发生器在本领域中没有确定的分类号，对其分类归纳分析，在F03D领域中，最多的分在F03D1下面,也即是分在水平轴风力发电机下，也就是水平轴风力涡轮发电机用到涡流发生器的较多，其次是在F03D11下面，该分类现在已经不使用了，原来是属于其他的零件、组件或配件，分在这个分类号下的专利比较杂乱，各种各样的都有，有可能是提升气动性能的，有可能是基座或者除冰、冷却的等等，而排名第三的分类号F03D3，是属于垂直轴风力发电机，也就是垂直轴风力发电机也涉及了涡流发生器的应用，可能用于提升气动性能或者降噪等等。

另一方面，涡流发生器也可能在其他领域运用，例如蒸汽轮机，其叶片也常常用到涡流发生器进行降噪，除此之外B64C是飞机，由于涡流发生器最早用在飞机上，因此，运用到风力涡轮机上的很有可能是可以交叉领域使用运用在飞机上进行飞行降噪。另外因为涡流发生器本身涉及到流体动力学，因此给出F15D（流体动力学，即影响气体或液体流动的方法或装置）的分类号也是非常常见的。F03B涉及流体机械，例如运用到水中的装置提升动力性能可能用到涡流发生器；B29C涉及塑料的成型或连接，分入这个分类号的一般设计到涡流发生器在风力涡轮机上的安装方式， 例如可能采用粘接方式。除此之外，给出E04H的分类可能是因为涡流发生器运用在了塔筒上面，因此给出了一个塔筒相关的分类号。

结语

从技术起步和专利量来讲，国外对于涡流发生技术研究较早，技术较为成熟，尤其对于通用电气、西门子、维斯塔斯等风电巨头，在该项技术方面占据了大半壁江山，而国内对于该项技术研究本身起步较晚，并且涉足领域不多，国内代表性的风电企业新疆金风科技也仅塔筒和导风装置上涡流发生技术的研究较多一些，但量仍然不及上述提及的风电巨头。从专利有效性来看，虽然分析中国内专利占据绝大部分，但是国内申请一方面实用新型较多，技术含量相对较低，另一方面而言，专利的核心度不够，申请人比较分散，除去新疆金风科技，几乎没有集中在涡流发生技术上研究的个人或者企业或者高校科研院所，申请量在1-2个的申请人占据了绝大多数。对于这一技术的发展，还有很大提升的空间。