특허분쟁예보보고서 no46...

특허분쟁예보 보고서 No.46 풍력발전(동력)

한국전자정보통신산업진흥회 1

[ 목 차 ]

1. 기술동향

2. 출원동향

3. 핵심특허

4. 분쟁동향

붙임. 소유권변동분석 보고서

풍력발전(동력)풍력발전(동력)

- 특허분쟁예보 보고서- 특허분쟁예보 보고서



제1장 풍력발전(동력장치) 기술동향

1.1. 풍력발전 기술의 개요 풍력발전은 공기 유동이 가진 운동 에너지의 공기역학적 특성을 이용하여 회전자(Rotor)를 회전시켜 기계적 에너지로 변환시키고 이 기계적 에너지로 전기를 얻는 것으로, 현재 경제성이 양호한 신재생에너지 기술의 선두주자 중 하나로 꼽히고 있는 기술이다. 풍력발전시스템은 바람의 운동에너지를 기계적 에너지로 변환하는 블레이드(Blade), 블레이드와 허브(Hub)로 구성된 회전자, 회전을 증속하여 발전기를 구동시키는 증속장치(Gear Box), 발전기 및 각종 안전장치를 제어하는 제어장치, 유압 브레이크 장치와 전력 제어 장치 및 철탑 등으로 구성되며, 지면에 대한 회전축의 방향에 따라 수평축과 수직축으로 분류되고, 운전방식에 따라 정속운전과 가변속운전으로 나누어진다.

분류 형태

회전축 방향수평축 풍력반전기(HAWT) : 프로펠라형

수직축 풍력발전기(VAWT) : 다리우스형, 사보니우스형

운전 방식정속운전 : 통상 Geared형

가변속운전 : 통상 Gearless형

출력제어방식Pitch Control

Stall Control

전력사용방식계통연계(유도발전기, 동기발전기)

독립전원(동기발전기, 직류발전기)

풍력발전기의 분류

출처 : ‘풍력발전, 태양전지, 조력발전’, 한국과학기술정보연구원, 2007.12

수직축형은 바람의 방향에 관계가 없어 사막이나 평원에 많이 설치하여 이용 가능하지만 소재가 비싸고 수평축 풍차에 비해 효율이 떨어져 100kw급 이하의 소형에 주로 사용된다. 수평축형은 중대형급 이상에 주로 사용되며, 간단한 구조로 이루어져 있어 설치하기 편리하나 바람의 방향에 영향을 받기 때문에 바람의 방향을 고려하여 설치하여야 한다.



회전축 방향에 따른 풍차 형식

출처 : ‘풍력 발전 기술의 동향’, 한국과학기술정보연구원, 2003.04

운전방식에 따른 기어드형(Geared type)과 기어리스형(Gearless type)은 와 같다. 기어리스형과 기어드형 풍력발전기

출처 : ‘풍력발전, 태양전지, 조력발전’, 한국과학기술정보연구원, 2007.12

기어드형의 경우에는 회전자 → 기어증속장치 → 유도발전기(정전압/정주파수) → 한전계통으로 구성되며, 기어리스형은 회전자(직결) → 동기발전기(가변전압/가변주파수) → 인버터 → 한전계통으로 구성된다. 풍력발전기의 일반적인 구조는 과 같다.



풍력발전시스템의 개략도

출처 : ‘풍력발전 표준화 사업’, 산업자원부, 2007.08

현재 전 세계적으로 풍력시스템의 연구, 개발이 활발하게 진행되고 있으며, 독일과 같은 나라에서는 Mega Watt급 풍차의 개발이 완료된 상태이다. 또한 미국의 California주에는 대규모의 풍차단지가 들어서 전력을 생산하고 있으며, 우리나라에서는 Kilo Watt급 소규모 풍력시스템의 개발이 연구소와 학계에서 진행 중이며, 제주도나 대관령과 같이 풍력자원이 풍부한 곳에 소규모 풍력시스템이 설치되어 가동 중이다.

1.2. 풍력발전기 동력장치 정의 및 종류 풍력발전기는 크게 기계장치부, 전기장치부, 제어장치부로 나누어지며, 기계장치부는 동력을 얻기 위해 바람으로부터 회전력을 얻는 회전날개(Blade), 회전축(Shaft)을 포함한 회전자(Rotor), 이를 적정 속도로 변환하는 종속기(Gearbox), 제동 및 운용 효율성 향상을 위한 브레이크(Brake), 피칭(Pitching) 및 요잉(Yawing) 시스템으로 구성된다. 전기장치부는 발전기 및 기타 안정된 전력공급이 가능하도록 전력안정화 장치로 구성되며, 제어장치부는 풍력발전기가 무인 운전이 가능하도록 조작기를 설정 및 운전하는 제어시스, 피칭(Pitching) 및 요잉(Yawing) 제어, 원격지 제어, 지상에서 시스템 상태 판별을 가능케 하는 모니터링 시스템으로 구성된다. 는 풍력발전기 윈드터빈의 개략도를 나타낸 것으로, 회전체의 블레이드에 의해 발생한 동력은 동력 전달 계통에 의해 발전기로 전달된다. 동력 전달 계통은 일반적으로 베어링이 있는 회전자 축, 기어박스(종속장치), 브레이크, 발전기 및 클러치 등으로 구성된다.



풍력발전기 윈드터빈 개략도

출처 : ‘대규모 풍력발전단지의 효율적인 계통연계를 위한 새로운 구조의 무효전력보상기 기술개발에 관한 연구’,

산업자원부, 2006.10

는 동력전달장치 개념도를 나타낸 것이다. 기어 박스는 주 구조물에 통합되지 않고 독립적으로 조립할 수 있고 분리할 수 도 있으며, 가능한 간단하고 빠르게 분리하기위해서 플랜지 연결 체결 수단에 의해 회전자 축에 연결된다. 그리고 회전자 브레이크를 가진 커플링은 기어 박스와 고속회전부의 발전기 사이에 연결되어 사용된다.



동력전달장치 개념도

출처 : ‘2MW PMSG형 풍력발전 시스템 개발’, 산업자원부, 2007.10

(1) 회전자 축 회전자 베어링은 회전자로부터 주 구조물까지의 모든 하중을 전달받는다. 밀봉된 링을 가진 베어링의 바깥 링은 주 구조물에 직접적으로 체결되며, 안족 링은 회전자축 크랭크에 의해 고정되고 링을 가진 다른 면은 회전자축에 체결된다. 회전자축은 일측에 하나 이상의 날개가 고착된 날개지지대가 형성된다.

(2) 기어박스(종속장치)

블레이드의 회전수는 그의 직경에 의하지만 매분 수십 회전 정도인데 반하여 풍력발전 시스템에 사용되는 교류발전기의 회전수는 일반적으로 매분 1,500내지 1,800이기 때문에 기어를 이용하여 종속을 행한다. 기어의 방식으로는 크기가 다른 2개의 기어가 평행하게 맞물려서 동력을 전달하는 평행식과 외주기어와 중앙의 적은 태양기어 사이에 있는 유성기어가 동력을 전달하는 유성식 및 평행식과 유성식을 병용한 병용식 등이 있다. 풍력터빈의 소음 가운데 기계소음의 주된 원인이 종속기어인데 이 소음을 줄이기 위해 발전기를 다극화하여 기어를 없앤 Gearless 풍력터빈이 최근에 개발되어 그 사용이 증가하고 있는 추세이다.

(3) 브레이크 브레이크 장치로는 피치제어의 경우 페더링(Feathering)장치 이외 유압에 의한 디스크 브레이크 또는 요(Yaw) 브레이크가 사용되고 있으며, 스톨제어의 경우 블레이드의 과회전시에 블레이드의 선단부가



원심력에 의해서 회전하는 공력(Aerodynamic) 브레이크를 많이 사용하고 있다.

(4) 발전기

교류발전기의 타입으로는 유도발전기와 동기발전기의 2종류가 있으며, 유도발전기가 출력변동에 의한 전압 변동의 문제가 있지만 구조가 간단하고 가격도 낮아서 넓게 사용되고 있다. 동기 발전기는 500kW∼2MW규모에 사용된다. 직접 전력 계통에 연계되는 동기 발전기는 회전속도가 전력 계통의 주파수와 발전기 극수에 의해 고정되는 단점이 있어서 돌풍 등에 의해 회전체의 출력에 급격한 변화가 생기면 구동장치에 높은 회전력과 동시에 전력에 급격한 변화가 생긴다. 따라서 동기 발전기는 직접 전력 계통에 연계되는 풍력 발전에는 사용하지 않으며, 때로 독립형의 풍력 발전 계통에만 사용하는 경우가 있다. 유도 발전기는 구조가 간단한 것을 사용하여 전력 계통에 직결하는 것이 일반적이다. 유도 발전기를 전력 계통에 직결하는 경우 연결이 동기 발전기보다 유연하여 돌풍시 회전체와 발전기 사이의 회전력을 감소시키고 고정(固定)속도 운전에서는 전체 효율이 낮은 풍속에서 매우 낮아지는 문제가 발생한다. 고정속도 운전에서 효율을 높이기 위해 최근에는 극수(極數)가 다른 소형과 대형의 유도 발전기를 사용하고 있으며, 소형 유도 발전기는 풍속이 낮을 때 전력 계통에 연계하고, 풍속이 증가함에 따라 소형 발전기의 연결을 끊고 대형 발전기를 연결하여 사용한다.



1.3. 풍력발전시스템 기술 개발 로드맵 풍력발전시스템 개발을 위한 기술로드맵은 중형급 풍력발전시스템의 상용화, 대형 풍력발전시스템 및 초대형 요소기술 개발과 초대형 풍력발전시스템의 개발을 단계별 중점 목표로 설정하여 구성되어 있다.

풍력발전시스템 분야 기술로드맵

출처 : ‘풍력발전 표준화 사업’, 산업자원부, 2007.08

풍력발전시스템을 위한 기술지도는 최종적인 달성 목표로서 국산 중형급 풍력발전시스템의 실용성 확보, 풍력발전시스템 기술 확보 및 실용화와 풍력 기기 응용기술 확보 등을 설정하고 있다.



제작사 모델명 용량(MW)IEC

Type Class 주파수

GE 1.5sle 1.5 IEC I 50/60

GE 1.5sle 1.5 IEC II 50/60

REpower MD70 1.5 IEC II 50

Vestas V82 1.65 IEC II 50/60

Vestas V80 1.8 IEC I, II 60

REpower MM70 2 IEC I 50

REpower MM82 2 IEC I 50

REpower MM92 2 IEC II 50

Vestas V80 2 IEC I 50/60

Enercon E70 2 IEC I

Enercon E82 2 IEC II

Gamnsa G80 2 IEC II 50/60

Gamnsa G87 2 IEC II 50/60

해외 업체별 풍력 발전기 개발 모델

1.4. 풍력발전기 기술개발 동향

(1) 해외현황 국외의 풍력발전사업은 1980년대 초부터 미국과 유럽을 중심으로 각국 정부의 적극적인 지원으로 풍력발전 시스템의 제작 기술이 급속하게 발전하여 독일의 Germanischer Lloyd, 덴마크의 DNV 및 RISO 등에서 설계인증ㆍ검증, 성능평가기준을 제시하고 있으며, IEA에서는 풍력발전에 관한 국제규정을 마련하고 있다. 풍력발전 시스템은 유럽을 중심으로 시스템의 대형화에 초점을 두고 2MW급이 상용화 되고 있으며, EC주관 하에 THERMIE Program으로 대형 풍력발전 시스템이 개발되었고, Vestas Ⅴ80(2MW), Bonus 2MW, NEG Micon2750 등이 상용화되었으며, 현재 4.5MW급이 개발 완료되어 시험중에 있다. 현재 유럽에서 독일은 풍력발전 선두 국가로 5MW급을 개발 중에 있으며, 덴마크는 1980년대부터 풍력발전 시스템을 집중 개발하여 현재 풍력 설비시장의 세계 1위(세계설비시장의 41.7%)를 고수하며, 풍력발전의 대형화와 해상풍력발전 등 국제적인 트렌드를 선도하고 있다. 미국은 1980년대 중반까지 세계 풍력발전시장을 주도하여 왔으나 정부지원을 줄임으로 인해 1980년 후반부터 주도권을 빼앗긴 후 1990년대 초부터 다시 DOE지원으로 NREL(National Renewable Energy Lab)과 산업체 공동으로 대형화기술을 개발하고, NASA에서 Blade개 및 지원을 적극적으로 하고 있다. 풍력발전 설비 기술개발 또는 공급을 주도하고 있는 산업체는 10여개 업체(시장 점유율 1% 이상)로서 덴마크와 독일, 네덜란드 등의 소수 유럽회사가 기술을 주도하고 있으며, 주요 업체로는 Vestas, Enercon, Gamesa(스페인), Siemens, GE-Wind(미국) 등이 있다. 이들 업체는 향후 아시아 시장 특히 인도와 중국, 한국을 겨냥하여 적극적으로 진출할 것으로 예상된다.



제작사 모델명 용량(MW)IEC

Type Class 주파수

Suzlon S88 2.1 IEC II 50/60

Siemens 2.3MW 340 2.3 IEC I, II 50

Siemens 2.3MW VS 2.3

Siemens 2.3MW VIKII 2.3 IEC II, III 50

Mitsubishi 2.4MW 92 2.4 IEC II 50/60

Nordex N90HS 2.5 IEC I 50/60

Nordex N90LS 2.5 IEC II, 50/60

Clipper Wind 2.5MW Liberty 2.5 IEC II, III, S 50/60

Vestas V90/3 3 IEC I 50/60

출처 : ‘대우엔지니어링기술보 제22권’, (주)대우엔지니어링, 2006.10

동력장치 관련 증속기 구동장치 기술에 있어서 직접구동형 가변속도형 풍력발전기 상용화가 Enercon을 중심으로 진행되고 있다. 직접구동형 시스템은 기존 증속기를 이용한 방식보다 기기비용이 증가하지만 설계의 단순성, 증속기의 유지보수 필요성 제거, 변동 회전속도에서의 운전 등으로 인해 지속적인 연구개발이 이루어고 있다. 높은 토크와 낮은 회전속도를 가지는 풍력발전 시스템에 사용되는 직접구동형 발전기의 경우 직경과 중량이 비동기형 유도 발전기에 비해서 부피가 커지고 가격이 증가해 기술 개발에 장애가 되고 있으나 증속기가 필요 없어짐에 따라 유지보수비용이 절감되는 장점으로 지속적인 개발이 이루어질 것으로 예상된다.

(2) 국내 정부기술개발 전략

풍력발전의 개발 및 보급을 달성하기 위해 우리나라는 2018년까지 3단계로 목표로 나누어 진행하고 있다. 1단계(2000~2007)는 기술자립 및 산업화를 구축하는 단계로 완료되었으며, 2단계(2008~2012)는 기술고도화의 단계로 외국제품과 경쟁 가능한 1.5~3MW급의 대형 발전기의 개발을 목표로 하고 있으며, 마지막으로 3단계(2013~2018)는 고부가치 산업화를 완성하는 단계로 이루어져 있다. 각 단계별 세부 목표 내용을 살펴보면 1단계(2000~2007)는 중대형(750kW~1.5MW급) 풍력발전시스템 개발 및 상용화단계로, 단기간에 실용화하여 보급 가능한 국산제품 개발에 집중투자를 목표로 하고 있다. 설계기술에서는 제조업체, 대학, 연구소 등에서 시스템 각각의 부분 설계기술 및 조합기술을 개발하고 계통연계 기기의 가능성 및 효용성 등을 판단한 후 그에 맞도록 설계하고 제조업체에서는 풍력발전기 각각의 요소별로 제작기술이나 시스템 운전제어장치 및 계통연계기기를 제작하고 해외 인증을 받는 단계이다. 2단계(2008~2012)는 대형(1.5~3MW급) 풍력발전시스템 및 상용화단계로, 장기적으로 볼 때 외국제품과 경쟁 가능한 1.5~3MW급의 대형 발전기의 개발을 목표로 삼아 국산 기술의 고급화와 고효율 수출산업으로서의 가능성을 타진하는 단계이다. 3단계(2013~2018)는 초대형(3MW급 이상) 및 해양풍력발전시스템 개발을 목표로 하는 단계로, 내륙의 공간적 제약에서 벗어나 풍력자원이 우수한 해양풍력발전 자원조사 및 해양발전시스템 개발을 주목적으로 하는 단계이다.



(3) 국내 업체 기술개발 동향 국내 풍력발전기 기술개발의 주요 추진 성과를 살펴보면 다음과 같다. 먼저 중대형 풍력발전 시스템의 요소기술 개발로서, 2001년 한국화이바에서 750kW급 회전자를 개발하였으며, 2001년 (주)효성에서 660kw급 풍력발전기용 증속기 및 유도발전기를 개발하였으며, 2002년 한국전기연구소에서 750kW급 제어 및 계통 연계장치를 개발하였다. 중대형 풍력발전 시스템 개발로서 2001년 12월부터 2004년 12월에 걸쳐, (주)효성을 주관 기관으로 애드컴텍, 에너지기술연구원, 기계연구원, 서울대 등이 참여하여 750kW급 Geared Type 풍력발전 시스템 개발을 완료하였으며, (주)유니슨을 주관기관으로 한국화이바, 포항공대, 전북대 등이 참여하여 750kW급 Gearless Type 풍력발전 시스템 개발을 완료하였으며, (주)코윈텍을 주관기관으로 (주)정명기술단, 성진지오텍, (주)코모텍, (주)그린파워 등의 산업체와 전북대, 서울대 등이 참여하여 1MW급 Dual Rotor Type 풍력발전 시스템 개발을 완료하였다. 대형 풍력발전 시스템 개발로서 2004년 9월부터 2007년 8월에 걸쳐 (유)한진산업 자체 기술로 1.5MW급 육상용 풍력발전 시스템이 개발되었으고, (주)효성 주관으로 2MW급 풍력발전 시스템이 개발되었으며, (주)유니슨 주관으로 2MW급 Multibrid 풍력발전 시스템이 개발되었다. 또한 2004년 9월부터 2006년 2월에 걸쳐 서울대학교를 중심으로 3MW급 Offshore용 풍력발전 시스템 개념설계가 완료되었다.

(4) 국내 주요 부품 기술개발 동향 회전익 설계 제작 기술은 1997년 (주)한국화이바가 네덜란드 라거웨이(Lager Wey)의 Gearless형에 부합하는 블레이드와 가변속 피치제어방식의 설계기준을 적용하여 750kW급 블레이드 시제품을 제작하여 GL사의 인증을 획득하였으며, 산업자원부의 2001~2004년 “750kW급 풍력발전기 개발”에서 Gearless형과 Geared형 풍력발전기에 사용될 750kW급 블레이드 제작을 위한 공력설계, 구조설계, 피로설계 등을 수행하고 2005년도에 시제품을 생산하였으며, 에 연도별 로터 직경 변화를 나타내었다.

구분 (A) (B) (C) (D) (D) (F)

년도 1985 1989 1992 1994 1998 2002

용량(kV) 50 300 500 600 1,500 4,500

로터 직경(m) 15 30 37 46 70 120

로터

상대

크기

연도 및 발전 용량에 따른 로터 직경 변화

출처 : ‘도서 벽지 설치를 위한 100kW급 풍력 발전 시스템 국산화 개발’, 산업자원부, 2007.05 (재구성)



증속기 및 구동장치 기술은 산업자원부의 2000년 “풍력발전시스템용 증속기 및 유도 발전기 개발”에 관한 연구에서 Double Helical Gear를 이용하여 출력 피니언 1개로 모은 동력을 커플링을 통해 전달하도록 구성한 중형급 증속기를 개발한 바가 있으며, 산업자원부의 2001~2004년 “750kW급 풍력발전기 개발”에서 750kW급 Geared형 풍력발전기에 사용될 증속기를 개발하여 현재 2MW급 풍력발전기에 사용될 1단 혹은 2단 증속기의 연구개발이 진행중이다. 발전기 연계 기술은 산업자원부의 2000년 “풍력발전시스템용 증속기 및 유도 발전기 개발”에 관한 연구에서 660kW급 4극 가변 슬립 권선형 유도 발전기를 개발한 경험을 바탕으로 산업자원부의 2001~2004년 “750kW급 Gearless형 풍력발전기 개발”에서 영구자석을 사용한 Radial Flux형 영구자석 동기발전기를 개발하여 크기와 무게를 최소화하고 파워밀도를 높인 연구가 완료되었으며, “750kW급 Geared형 풍력발전기 개발”에서는 기 개발된 유도발전기를 활용하여 개량된 유도 발전기가 개발되었고, 현재 2MW급 발전기가 개발 중에 있다.



제2장 풍력발전(동력장치) 특허출원 동향

2.1. 기술 분류별 특허출원 동향

∎ 풍력발전(동력장치) 기술트리

풍력발전(동력장치)의 동향 분석을 위한 기술 분류를 국제특허분류코드(IPC)중 풍력발전(동력장치)이 속해 있는 F03D(풍력원동기)의 주요 서브클레스로 분류하였다.

IPC별 기술분류

F03D 5/02무한쇄대 또는 그것과 비슷한 것에 취부되어 있는 풍

력을 작동시키는 부품

F03D 5/04축전상을 보행하는 가대 또는 그것과 비슷한 것에 취

부되어 있는 풍력을 작동시키는 부품

F03D 5/06회전하지 않고 전후방향으로 요동하여 풍력을 작동시

키는 부품

F03D 7/02 거의 풍력의 방향으로 회전축을 갖는 풍력원동기

F03D 7/06 풍력의 방향에 거의 직각인 회전축을 갖는 풍력원동기

F03D 9/00 풍력에너지의 특수용도에의 적응 풍력원동기와 그것에

의해 구동되는 장치와의 결합

F03D 11/02 동력의 전달

풍력발전(동력장치) 기술분류

2.1-1 출원연도별 풍력발전(동력장치) 기술동향

은 풍력발전(동력장치)의 특허출원 시기를 기준으로 구간별 기술 동향을 살펴본 것으로, 1990~1999년대(Commercial Technology)의 구간에서는 F03D, H02J 및 H02K 분야에 관한 특허들이 다수 출원되었으며, 고성능의 풍력발전(동력장치) 시스템이 개발된 2000~2009년대(Competition Technology)의 구간에는 F03D 관련 특허의 점유율이 증가한 반면 H02J와 H02K 관련 특허의 출원 점유율은 감소하고 있는 것으로 조사되었다.



1990 - 1999

0

10

20

30

40B60L

B63H

F02B

F03B

F03D

F03G

G05D

H02J

H02K

H02P

2000 - 2009

050

100150200250300

B60L

B63H

F02B

F03B

F03D

F03G

G05D

H02J

H02K

H02P

출원년도별 기술동향

2.1-2 기술 분류별 풍력발전(동력장치) 출원동향

0

10

20

30

40

50

60

90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09

B60L B63H F02B F03B F03D

F03G G05D H02J H02K H02P

H02P,31, 7%

H02K,40, 8%

H02J ,47, 10%

F02B, 5,1%

G05D, 4,1%

F03G, 3,1% F03D,

301, 64%

F03B,19, 4%

B63H,10, 2%

B60L ,11, 2%

기술 분류별 출원동향

은 국제특허분류코드(IPC)에 따라 풍력발전(동력장치) 기술을 분류하여 각 분류별 출원 동향



을 살펴본 것으로, 1990년대 후반부터는 전 연도에 걸쳐 F03D 관련 특허의 출원이 지배적으로 우세한 것으로 조사되었다.연도별 눈에 띄는 특허 출원 활동을 살펴보면, 2002년, 2005년 및 2007년도에는 F03D 관련 특허의 특허 증가율이 이전 연도에 비해서 증가하였으며, 이 시기에 출원된 특허 중 분쟁 가능성이 높은 특허들이 다 수 존재할 것으로 예상된다.

2.1-3 국가별 풍력발전(동력장치) 역점분야 및 공백기술

국가별 역점분야 및 공백기술

는 미국과 한국에 대한 풍력발전(동력장치)의 세부 기술 분야별 역점 분야 및 공백기술에 관한 동향을 나타낸 것으로, F03G(스프링, 동력, 관성 또는 비슷한 원동기), B63H(선박의 추진 또는 조타), F02B(내연식 피스톤기관) 관련 기술이 주요 공백기술로써 각광 받을 것으로 판단된다.



2.2. 풍력발전(동력장치) 주요 출원인 동향

2.2-1 전체 주요 출원인 동향

3

3

2

4

1

6

1

7

8

33

3

3

3

3

3

1

3

3

4

5

5

88

12

27

19

0 5 10 15 20 25 30

김우종

현익근

Hawai i an El ect r i c Company

MI TSUBI SHI HEAVY I ND.Ol son, Gayl or d G.

Bos ch

SHI NKO ELECTRI C

SUNDSTRAND

U. S. Wi ndpower

VOI TH TURBO

Yang, Tai - Her

최재식Cl i pper Wi ndpower Technol ogy

Eni sh, Ben M.

MI TSUBI SHI DENKI

김세웅

Fut ami , Mot oo

한국주조

ABB ABHi t achi

Denso

Gener al El ec t r i c Company

Al oys Wobben

KR US

풍력발전( 동력장치)주요 경쟁사

풍력발전(동력장치) 주요출원인

은 풍력발전(동력장치)의 전체 특허에 대한 주요출원인 동향을 살펴본 것으로, 국내와 미국에 Aloys Wobben사가 다수의 특허 출원을 하고 있으며, General Electric Company, Hitachi, ABB AB 등의 경우에는 미국에만 다수의 특허를 출원하고 있는 것으로 조사되었다. Aloys Wobben과 General Electric Company의 경우 보유 특허수가 타 기업에 비해 특히 많기 때문에 향후 특허 분쟁이 발생될 가능성이 높을 것으로 예상된다.



2.2-2 출원연도별 주요 출원인 동향

기술별 주요 출원인 동향

은 풍력발전(동력장치) 상위 특허 출원 업체 중 주요 출원인에 대한 특허 출원 동향을 나타낸 것으로, 주요출원인들의 특허 출원이 2000년 초반부터 점진적으로 증가한 것으로 조사되었다. 특히, 2002년, 2005년 및 2007년도에 다수의 특허가 출원되어 출원된 특허 중 특허 분쟁 가능성이 높은 특허가 포함될 개연성이 높은 것으로 판단되어 앞으로 주의 깊게 살펴보아야할 특허 군으로 인식하여야 할 필요성이 있다.

2.2-3 풍력발전(동력장치) 기술별 주요 출원인 동향

는 주요 출원인의 기술동향을 나타낸 것으로, Aloys Wobben과 General Electric Company의 경우 F03(원동기)과 H02(전력의 발전, 변환, 배전) 분야에 특허 강점이 있는 것으로 판단된다.



기술별 주요 출원인 동향

2.2-4 국가별 주요 출원인 동향

국가별 주요 출원인 동향

은 주요출원인의 국가별 특허출원의 상관관계를 나타낸 것이다.



2.3. IPC 기반 특허출원 동향

2.3-1 풍력발전(동력장치)의 IPC별 출원동향

2

1

4

10

3

4

101 200

43

37

31

9

7

10

5

3

3

27

0 50 100 150 200 250 300

기타

F03G

G05D

F02B

B63H

B60L

F03B

H02P

H02K

H02J

F03D

KR US

IPC별 출원동향

IPC 기술 내용

F03D 풍력원동기

H02J 전력급전 또는 전력배전을 위한 방식; 전기에너지 축적하기 위한 방식

H02K 발전기, 전동기

H02P 전동기, 발전기, 회전변환기의 제어 또는 조정

H03B진동의 발생, 직접 또는 주파수 변조에 의한 진동의 발생, 스위칭 동작

을 하지 않는 능동소자를 사용한 회로에 의한 진동의 발생

상위 출원 IPC 기술 내용

는 풍력발전(동력장치)의 IPC별 출원동향을 나타낸 것으로, 한국과 미국에서 F03D 분야에 출원 비중이 높은 것으로 조사되었다.



양수기업 양도기업(인) 이전특허 기술내용

General Electric Company

OSAMA, MOHAMED (NMN);GARRIGAN, NEIL RICHARD;SOONG, WEN LIANG

6034456Compact bearingless machine drive

system

NYGARD, ROBERT J.;KAMINSKI, CHRISTOPHER A.;WANG, YU

6313561

Dynamic blocking restraint of a rotor field winding contained by a

non-metallic structural rotor enclosure

BARBU, CORNELIU;VYAS, PARAG 2007-891870System and method for loads

reduction in a horizontal-axis wind turbine using upwind information

Hitachi, Ltd.

KAWAZOE, HIRONARI;FUTAMI, MOTOO;IKEDA, YOUJI;AND OTHERS

2008-015609HYBRID POWER GENERATION OF

WIND-POWER GENERATOR AND BATTERY ENERGY STORAGE SYSTEM

ICHINOSE, MASAYA;OOHARA, SHINYA;FUTAMI, MOTOO;AND OTHERS

2007-954453 Wind Power Generation System

V3 TECHNOLOGIES,

L.L.C.

CORY, KENNETH D. 2007-803837Augmented wind power generation

system using continuously variable transmission and methd of operation

CORY, KENNETH D. 2007-803924

Augmented wind power generation system using an antecedent

atmospheric sensor and method of operation

Mitsubishi Heavy

Industries, Ltd

ARINAGA, SHINJI;WAKASA, TSUYOSHI;MATSUSHITA, TAKATOSHI

2007-224293Wind Power Generator System and

Control Method of the Same

ABB AB, SWEDEN ERIKSSON, KJELL;WIK, SUNE 6479907Plant for generating electric power and a method for operation of such a

plant

MARIAH POWER, INC.

GABRYS, CHRISTOPHER W. 7352076 Small wind turbine system

NAVY, THE UNITED STATES OF AMERICA AS REPRESENTED

RICE, PAHL W. 6984899Wind dam electric generator and

method

WIND EAGLE JOINT VENTURE

CARTER, J. WARNE, SR. 6327957Wind-driven electric generator

apparatus of the downwind type with flexible changeable-pitch blades

TEILO ALABARTE, S.L.

ENRIQUE ECHEPARE FERNANDEZ 2008-288277 Horizontal-axis wind generator

NORDEX ENERGY GMBH

KABATZKE, WOLFGANG 2007-749835METHOD FOR THE OPERATION OF A WIND

TURBINE GENERATOR SYSTEM

CAN AYRE ELECTRO LTD.

HASKILL, JOHN S. 2004-989511 Wind-driven generator

Ebara Corporation

SEIKO INSTRUMENTS, INC.;NIKKISO CO., LTD.

5880550 Variable-speed dynamotor

풍력발전(동력장치) 기술이전 동향

2.4. 풍력발전(동력장치)의 기술이전 동향

은 기업별 풍력발전 시스템의 동력장치 관련 기술이전을 받은 사례를 나타낸 것이다. 타 기업(개인)으로부터 많은 수의 기술이전을 받은 기업은 없지만 General Electric Company, Hitachi 및 V3 TECHNOLOGIES, L.L.C.의 경우 소수 회사로부터 소규모의 기술 이전 받은 것으로 파악되며, 등록특허 이외에 공개특허의 기술이전도 활발하게 이루어지고 있는 것으로 조사되었다. 이들 기업들은 통상적으



로는 자체적으로 기술개발을 하여 특허를 취득하지만, 취득한 특허 중 적지만 타사로부터 기술이전을 받고 있으며 이는 개방적인 기술도입 전략을 펼치고 있어서 그 행보의 주목하여야 한다.이외에도 기업간 기술이전을 행하였던 기업들이 발견되지만, 대부분 적은 건수에 그치며, 지주회사나 트롤 등은 발견되지 않는 것으로 파악된다.



제3장 풍력발전(동력장치) 핵심 특허

3.1. 풍력발전(동력장치) 핵심 특허 선별 기준

3.1-1. Extended Patent Family Inside(XFI) 기반

통상적으로 특허 패밀리는 출원일, 특허성 판단시점의 소급 등 어느 일방 특허가 타방 특허에 대하여 법 연계적 효과를 부여하는 관계에 있는 특허들의 집합을 의미하며, 특히 조약우선권의 선/후출원이나, 미국 연속출원(CA, DA, CIP출원 등)이 이에 해당한다.법 연계적 효과가 부여되는 범위는 기술의 동일성이 인정되는 한도이지만, 실제 기술의 동일성 내지 유사성은 이러한 엄격한 법적 잣대로 구분하기 어려우며, 특히 특허분쟁에 있어서는 패밀리만으로 엮어내기 힘든 다수의 유사 특허들이 함께 계쟁되는 사례가 많으므로, 법적 잣대로 패밀리의 개념을 좁히기 보다는, 특허의 패밀리 개념을 보다 확장하는 것이 바람직하다.따라서 패밀리의 개념을 확장하여, IDS를 통하여 References로 제시하였던 특허가 자사의 특허인 경우로서, 본 풍력발전(동력장치) 분석범위에 포함되는 경우 패밀리 관계를 확장 인정하기로 한다.또한 이와 같이 확장된 패밀리 관계의 특허들(Extended Patent Family Inside. XFI)은 상호 유사한 특허들이므로, 마치 단일한 특허와 같이 취급하여 분석한다.

Extended Patent Family Inside 기반

⇒ 단일한 특허처럼 취급

- 통상의 Patent Family (CA, DA, CIP출원)

- 분석범위에 포함된 자사의 citation 관계의 출원

3.1-2. 3극특허 패밀리 수

3극특허 패밀리 수는 패밀리 출원 중 미국, 일본, 유럽(EP 또는 유럽 개별국 2개국 이상)에 대하여 출원된 국가 수를 의미한다. 미국 출원을 대상으로 분석하므로 3극특허 패밀리 수는 최소 1의 값을 가지며, 최대 3의 값을 가질 수 있다.XFI 개념을 이용하는 경우, XFI 중 각각의 특허에 대한 3극특허 패밀리 수가 다를 수 있으므로, 이러한 경우 평균을 이용하며 산출한다.

3극 특허 패밀리- 미국, 일본, 유럽(EP 또는 유럽 개별국 2개국 이상)

- 분석범위에 포함된 자사의 Backward-citation



특허권자 특허번호 명칭 CII

U.S. Windpower, Inc. 5225712Variable speed wind turbine with reduced power fluctuation and a static VAR mode of operation

19

HITACHI LTD.

7145262 Wind turbine generator system

10



Pritchard, Declan N. 5592028Wind farm generation scheme utilizing electrolysis to create gaseous fuel for a constant output generator

풍력발전(동력장치) 주요 특허

3.1-3. Citaion Inside Index(CII)

통상적으로 Citation 지수(피인용 지수)는 피인용이 자사에 의하여 이루어졌는지, 타사에 의하여 이루어졌는지에 관계없이 전체를 합산하여 산출하는 방식과 타사에 의하여 인용되는 경우만을 산출하는 방식이 병행하였다. 그러나, 기술 경쟁의 격화는 자사에 의한 인용보다는 타사에 의하여 인용되는 정도를 통하여 보다 명확히 판단할 수 있으며, 이와 같은 기술 경쟁의 격화는 분쟁과의 관련성이 크다. 따라서 Citation 지수를 개선하여 타사에 의하여 인용되는 경우만을 산출한다.또한 Citation이 전혀 다른 기술분야에서 인용된 경우, 해당 기술의 파급적 효과가 크다고 말할 수는 있지만, 상이한 기술분야에 대한 파급효과는 사실상의 의미를 가질 뿐, 상호 분쟁으로 연계될 가능성은 희박하다. 따라서 Citation을 동일 기술분야, 특히 본 풍력발전(동력장치) 분석범위에 포함되는 경우에 한정하여 산출하는 것이 분쟁과의 연관성이 높은 Citation 지수를 산출할 수 있다.이와 같이, 기술범위를 한정하고, 타사에 의한 인용만으로 한정하여, 특허별, XFI별, 기업별로 산출한 피인용의 빈도를 Citation Inside Index(CII)라고 하기로 한다.

Citation Inside Index

(CII)

- 타사에 의한 인용만으로 한정

- 분석범위에 포함된 특허에 의한 인용만으로 한정

3.1-4. XFI 개념과 3극특허 패밀리 수, CII 지수의 결합

기술에 대한 중요성, 핵심성의 평가는 해당 기술을 개발한 기업의 입장에서 평가될 수도 있고, 경쟁사의 입장에서 평가될 수도 있는데, 자사 입장에서의 평가는 XFI 및 3극특허 패밀리 수를 통하여 간접적으로 인지할 수 있고, 경쟁사 입장에서의 평가는 CII를 통하여 간접적으로 인지할 수 있는 바, 따라서 이들 지수를 결합하여 핵심 특허를 선출하기로 하며, 3극특허 패밀리 수와 CII는 XFI 기반으로 산출하며, 이들 지수 중 CII를 가장 핵심적인 지수로 보고, CII와 3극특허 패밀리 수가 상호 허용 가능한 오차범위 이내라고 판단되는 경우에는 기술 내용을 참고하여 핵심특허를 선별한다.

3.2. 풍력발전(동력장치)의 주요 특허 CII



특허권자 특허번호 명칭 CII

ABB AB, SWEDEN6479907

Plant for generating electric power and a method for operation of such a plant

9

7061133 Wind power plant

General Electric Company

6921985 Low voltage ride through for wind turbine generators

7095129Methods and apparatus for rotor load control in wind

turbines

7118338Methods and apparatus for twist bend coupled (TCB)

wind turbine blades

7239035System and method for integrating wind and

hydroelectric generation and pumped hydro energy storage systems

7342323System and method for upwind speed based control of a

wind turbine

7576443 Method and apparatus for generating electric power

7608937Power generation system and method for storing

electrical energy

Hickey, John J.

5075564Combined solar and wind powered generator with spiral

surface pattern8

5254876Combined solar and wind powered generator with spiral

blades

MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA

6483199 Wind power generating device7

6946751 Wind power generation system

Global EnergyConcepts,LLC 7071579 Wind farm electrical system

4

Gomez Gomar, Josep Lluis 6841894Wind power generator having wind channeling body with

progressively reduced section

Navitas Energy, Inc. 6605880Energy system providing continual electric power using wind generated electricity coupled with fuel driven

electrical generators

Wither, Thomas A. 5272378 Apparatus for generating power

Bonin, Walter E. 6661113 Power generator

3

Chen, Chin-Yih 6798082 Turbine wind energy generator structure for the same

Gutterman, Howard 6409467 Wind-generated power system

Kato, Shuichi 5038049 Vertical axis wind powered generator

Northrop Grumman Corporation

5992341 Linear motion wind driven power plant

Siemens Aktiengasellschaft 7057305Wind power installation with separate primary and

secondary cooling circuits

Star Energy Company, L.L.C. 5285112 Fluid energy collection system

VRB Power Systems Inc. 7265456Power generation system incorporating a vanadium redox battery and a direct current wind turbine generator



제4장 풍력발전 분쟁 동향

4.1. 주요 출원인별 분쟁 현황

4.1-1 미국 특허기반 특허 분쟁 현황원고 피고 특허권 cause 제소일 법원

General

Electric

Company

MITSUBISHI HEAVY

INDUSTRIES AMERICA,

INC, MITSUBISHI HEAVY

INDUSTRIES LTD,

MITSUBISHI POWER

SYSTEMS AMERICAS, INC

5083039

6921985

7321221

15 USC 1126

PATENT

INFRINGEMENT

2009-09-03

U.S. DISTRICT COURT

SOUTHERN DISTRICT OF

TEXAS

4.2. IPC(UPC) 기반 분쟁 현황

4.2-1 UPC별 소송비율

290/44, 1,100.0%

IPC별 소송비율

UPC (클래스) 의미 소송건수

290/44 PRIME-MOVER DYNAMO PLANTS / Wind 1

총합계 1

UPC별 소송 현황



4.2-2 IPC별 소송비율

H02P-009/00,1, 100.0%

IPC별 소송 현황

IPC 의미 심판건수

H02P-009/00전동기, 발전기, 회전변환기의 제어 또는 조정 - 소

망 출력을 얻기 위한 발전기 제어장치1

총합계 1

IPC별 소송 현황

특허분쟁예보보고서 no46...

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