JP2002116220A - 風力発電機の風車の建設立地地点を選定するための歪式風向風速計 - Google Patents
風力発電機の風車の建設立地地点を選定するための歪式風向風速計Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明の課題は、風力発電機の風車の建設
候補地点を同時に多数の地点で観測するのに適した歪式
風向風速計を提供することにある。 【解決手段】 この課題は、３枚の弾性的な受風板
（４．１〜４．３）が、互いに直交するように固定部材
（３）の各側面に対して垂直に１枚ずつ固定されている
こと、及び、歪ゲージ（５．１ａ〜ｄ，５．２ａ〜ｄ，
５．３ａ〜ｄ）が、風の風向と風速を検出するブリッジ
回路（７．１〜７．３）としてこれらの各受風板（４．
１〜４．３）上に４つずつ貼付されていることによって
解決される。
候補地点を同時に多数の地点で観測するのに適した歪式
風向風速計を提供することにある。 【解決手段】 この課題は、３枚の弾性的な受風板
（４．１〜４．３）が、互いに直交するように固定部材
（３）の各側面に対して垂直に１枚ずつ固定されている
こと、及び、歪ゲージ（５．１ａ〜ｄ，５．２ａ〜ｄ，
５．３ａ〜ｄ）が、風の風向と風速を検出するブリッジ
回路（７．１〜７．３）としてこれらの各受風板（４．
１〜４．３）上に４つずつ貼付されていることによって
解決される。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、風力発電機の風車
の建設立地地点を選定するための歪式風向風速計に関す
る。
の建設立地地点を選定するための歪式風向風速計に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】風力発電機の風車の建設立地地点の選定
にあたっては、まずその地域の風況特性を明らかにし、
その特性に基づいて風力発電機の風車の建設立地地点の
絞込みを行なうことが必要である。すなわち、年平均風
速の分布と風向の卓越状況やそれらと地形条件との関連
等を評価する必要がある。この目的のために、各種の風
況シュミレーションを用いて最適な建設立地地点を絞り
込む方式がある。しかし、現時点では、十分な精度を備
えた実用的なモデルが確立されておらず、その絞込み結
果と実測値との間に大きな乖離が生じることが多かっ
た。しかも、解析に多大な費用を要し、解析時間も長時
間を要した。
にあたっては、まずその地域の風況特性を明らかにし、
その特性に基づいて風力発電機の風車の建設立地地点の
絞込みを行なうことが必要である。すなわち、年平均風
速の分布と風向の卓越状況やそれらと地形条件との関連
等を評価する必要がある。この目的のために、各種の風
況シュミレーションを用いて最適な建設立地地点を絞り
込む方式がある。しかし、現時点では、十分な精度を備
えた実用的なモデルが確立されておらず、その絞込み結
果と実測値との間に大きな乖離が生じることが多かっ
た。しかも、解析に多大な費用を要し、解析時間も長時
間を要した。
【０００３】したがって、現時点ではこのような解析を
行なう代わりに、風力発電機の風車の建設候補地点にそ
れに対応した風向風速計を設置して、定量的に又は相対
的な比較により最適な建設立地地点を絞り込む方がより
信頼性が高いといえる。
行なう代わりに、風力発電機の風車の建設候補地点にそ
れに対応した風向風速計を設置して、定量的に又は相対
的な比較により最適な建設立地地点を絞り込む方がより
信頼性が高いといえる。
【０００４】しかしながら、公知の少ない数の風向風速
計で観測する方式では風況特性を概略的にしか観測でき
ず、正確な風況データを得ることはできなかった。しか
も、日本の地形は複雑であるために、或る建設候補地点
で観測した結果が良好でも、そこから数十メートル離れ
た隣接地点の風況特性は全く異なる場合が多いので、風
車を若干数設置したいときでもそれらの建設候補地点の
存在する範囲内に風向風速計を多数設置する必要があ
り、このような少ない建設候補地点による観測は適さな
い。
計で観測する方式では風況特性を概略的にしか観測でき
ず、正確な風況データを得ることはできなかった。しか
も、日本の地形は複雑であるために、或る建設候補地点
で観測した結果が良好でも、そこから数十メートル離れ
た隣接地点の風況特性は全く異なる場合が多いので、風
車を若干数設置したいときでもそれらの建設候補地点の
存在する範囲内に風向風速計を多数設置する必要があ
り、このような少ない建設候補地点による観測は適さな
い。
【０００５】そこで、従来の風向風速計をそのままそれ
らの建設候補地点に多数設置しようとすると、観測経費
が増大する。
らの建設候補地点に多数設置しようとすると、観測経費
が増大する。
【０００６】また、風力発電機の風車の建設候補地点で
風況特性を観測する風向風速計は、その使用目的の理由
から特別な仕様にする必要もある。すなわち： ・風力発電機の風車用のヨーギアやヨーモーターシャフ
ト等の構成要素の破断が、地形に起因した風の吹き上げ
や吹き降ろし（風の垂直成分）の風圧によって起こるこ
とのない建設立地地点を選定する必要があるため、風向
風速計を風の水平方向のほかに風の垂直成分も正確に測
定可能な構造にする。 ・信頼性の高い観測の観点から風向風速計を多数設置す
る必要があるため、観測経費の都合上その風向風速計の
構造を単純にする。 ・風向風速計を長期間稼動させる必要があるため、各風
向風速計の消費電力を小さくする。
風況特性を観測する風向風速計は、その使用目的の理由
から特別な仕様にする必要もある。すなわち： ・風力発電機の風車用のヨーギアやヨーモーターシャフ
ト等の構成要素の破断が、地形に起因した風の吹き上げ
や吹き降ろし（風の垂直成分）の風圧によって起こるこ
とのない建設立地地点を選定する必要があるため、風向
風速計を風の水平方向のほかに風の垂直成分も正確に測
定可能な構造にする。 ・信頼性の高い観測の観点から風向風速計を多数設置す
る必要があるため、観測経費の都合上その風向風速計の
構造を単純にする。 ・風向風速計を長期間稼動させる必要があるため、各風
向風速計の消費電力を小さくする。
【０００７】一方、従来の発電式風車型風向風速計，光
電式風車型風向風速計（図１（ｂ））や三杯型風速計
（図１（ｂ））においては、プロペラ等の回転機構の存
在のためにその構造が複雑で電力消費も大きく、観測経
費もかかるので、同時に多数の観測候補地点にこれらの
風向風速計をそれぞれ設置するのには適さない。さら
に、これらの発電式風車型風向風速計等は、風の水平成
分を観測するのには適しているものの、上述した風の垂
直成分を正確に観測することはできない。
電式風車型風向風速計（図１（ｂ））や三杯型風速計
（図１（ｂ））においては、プロペラ等の回転機構の存
在のためにその構造が複雑で電力消費も大きく、観測経
費もかかるので、同時に多数の観測候補地点にこれらの
風向風速計をそれぞれ設置するのには適さない。さら
に、これらの発電式風車型風向風速計等は、風の水平成
分を観測するのには適しているものの、上述した風の垂
直成分を正確に観測することはできない。
【０００８】すなわち、風の水平方向しか測定できない
発電式風車型風向風速計や光電式風車型風向風速計で
は、例えば風力発電に寄与せず、しかも風車の構成要素
を破断する可能性のある風の垂直成分が非常に大きくて
実際の風力発電には向かないときでも、風力発電に必要
な風の水平成分の大きさが観測可能な範囲内であれば、
その建設候補地点は風力発電機の風車が設置可能な地点
であると誤って判断されてしまうおそれがあった。そし
て、受風部分が凹状をなしているために風の水平成分の
ほかに風の垂直成分をも拾ってその風の水平成分に加算
してしまう三杯型風速計では、例えば風の水平成分が小
さくて実際の風力発電には向かないときでも、有害な風
の垂直成分が大きいと、その風の垂直成分が風力発電に
適した風の水平成分とみなされて測定され、同様にその
建設候補地点は風力発電機の風車が設置可能な地点であ
ると誤って判断されてしまうおそれがあった。
発電式風車型風向風速計や光電式風車型風向風速計で
は、例えば風力発電に寄与せず、しかも風車の構成要素
を破断する可能性のある風の垂直成分が非常に大きくて
実際の風力発電には向かないときでも、風力発電に必要
な風の水平成分の大きさが観測可能な範囲内であれば、
その建設候補地点は風力発電機の風車が設置可能な地点
であると誤って判断されてしまうおそれがあった。そし
て、受風部分が凹状をなしているために風の水平成分の
ほかに風の垂直成分をも拾ってその風の水平成分に加算
してしまう三杯型風速計では、例えば風の水平成分が小
さくて実際の風力発電には向かないときでも、有害な風
の垂直成分が大きいと、その風の垂直成分が風力発電に
適した風の水平成分とみなされて測定され、同様にその
建設候補地点は風力発電機の風車が設置可能な地点であ
ると誤って判断されてしまうおそれがあった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上述
した問題点のない、風力発電機の風車の建設候補地点を
同時に多数の地点で観測するのに適した歪式風向風速計
を提供することにある。
した問題点のない、風力発電機の風車の建設候補地点を
同時に多数の地点で観測するのに適した歪式風向風速計
を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この課題は、３枚の弾性
的な受風板が、互いに直交するように固定部材３の各側
面に対して垂直に１枚ずつ固定されていること、及び、
歪ゲージが、風の風向と風速を検出するブリッジ回路と
してこれらの各受風板上に４つずつ貼付されていること
によって解決される。
的な受風板が、互いに直交するように固定部材３の各側
面に対して垂直に１枚ずつ固定されていること、及び、
歪ゲージが、風の風向と風速を検出するブリッジ回路と
してこれらの各受風板上に４つずつ貼付されていること
によって解決される。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面に基づいて詳しく説明する。
面に基づいて詳しく説明する。
【００１２】図２（ａ）は、本発明の歪式風向風速計の
好適な１つの実施の形態である。この歪式風向風速計
は、データロガー１，フレーム２，固定部材３，受風板
４．１〜４．３，及び歪ゲージ５．１ａ〜ｄ〜５．３ａ
〜ｄから構成されている。
好適な１つの実施の形態である。この歪式風向風速計
は、データロガー１，フレーム２，固定部材３，受風板
４．１〜４．３，及び歪ゲージ５．１ａ〜ｄ〜５．３ａ
〜ｄから構成されている。
【００１３】データロガー１は、これらの受風板４．１
〜４．３等を固定すると共に、観測データを記録するユ
ニットとして機能し、風向と風速を測定する変換器及び
その観測データを無線通信で伝送する送信器も具備して
いる。これらの３枚の受風板４．１〜４．３を所定の配
置に固定する固定部材３が、フレーム２を介してこのデ
ータロガー１に支持されている。そして、これらの受風
板４．１〜４．３は、図２（ｂ）中に示された空間座標
のＸ軸（南北方向），Ｙ軸（東西方向），Ｚ軸（垂直方
向）の方向の風をそれぞれ受けるように、互いに直交す
る配置で固定部材３の各側面に対して垂直に１枚ずつ固
定されている。このとき、これらの受風板４．１〜４．
３は、歪ゲージ５．１ａ〜ｄ，５．２ａ〜ｄ，５．３ａ
〜ｄによる電気信号から風向と風速を正確に測定できる
ように、塑性変形の生じない厚みと高さと幅にする必要
がある。そして、各受風板４．１〜４．３の間隔は、相
互干渉しないように適当に離れた配置に固定する必要が
ある。これらの受風板の材質には、例えば弾性的な燐青
銅が使用され得る。この図２（ａ）では、受風板４．１
〜４．３の歪量が大きいその一方の端部だけを固定部材
３に固定した片持ち梁方式として形成されているが、そ
の受風板の歪量が大きくなるように受風板の材質を適宜
選択すれば、受風板の両端を固定部材に固定し、その受
風板の中央部分で歪量を測定することも可能である。
〜４．３等を固定すると共に、観測データを記録するユ
ニットとして機能し、風向と風速を測定する変換器及び
その観測データを無線通信で伝送する送信器も具備して
いる。これらの３枚の受風板４．１〜４．３を所定の配
置に固定する固定部材３が、フレーム２を介してこのデ
ータロガー１に支持されている。そして、これらの受風
板４．１〜４．３は、図２（ｂ）中に示された空間座標
のＸ軸（南北方向），Ｙ軸（東西方向），Ｚ軸（垂直方
向）の方向の風をそれぞれ受けるように、互いに直交す
る配置で固定部材３の各側面に対して垂直に１枚ずつ固
定されている。このとき、これらの受風板４．１〜４．
３は、歪ゲージ５．１ａ〜ｄ，５．２ａ〜ｄ，５．３ａ
〜ｄによる電気信号から風向と風速を正確に測定できる
ように、塑性変形の生じない厚みと高さと幅にする必要
がある。そして、各受風板４．１〜４．３の間隔は、相
互干渉しないように適当に離れた配置に固定する必要が
ある。これらの受風板の材質には、例えば弾性的な燐青
銅が使用され得る。この図２（ａ）では、受風板４．１
〜４．３の歪量が大きいその一方の端部だけを固定部材
３に固定した片持ち梁方式として形成されているが、そ
の受風板の歪量が大きくなるように受風板の材質を適宜
選択すれば、受風板の両端を固定部材に固定し、その受
風板の中央部分で歪量を測定することも可能である。
【００１４】３組の歪ゲージ５．１ａ〜ｄ，５．２ａ〜
ｄ，及び５．３ａ〜ｄは、それぞれ４つの歪ゲージから
構成され、図１（ａ）中に示されているように各受風板
４．１〜４．３の両面の最も大きく撓む領域内にあとで
詳しく説明する所定の配置で１組ずつ貼付されている。
そして、これらの各歪ゲージ５．１ａ〜ｄ，５．２ａ〜
ｄ，５．３ａ〜ｄは、あとで詳しく説明する回路中のブ
リッジ回路として作動する。これらの歪ゲージとして
は、例えばストレンゲージが使用され得る。
ｄ，及び５．３ａ〜ｄは、それぞれ４つの歪ゲージから
構成され、図１（ａ）中に示されているように各受風板
４．１〜４．３の両面の最も大きく撓む領域内にあとで
詳しく説明する所定の配置で１組ずつ貼付されている。
そして、これらの各歪ゲージ５．１ａ〜ｄ，５．２ａ〜
ｄ，５．３ａ〜ｄは、あとで詳しく説明する回路中のブ
リッジ回路として作動する。これらの歪ゲージとして
は、例えばストレンゲージが使用され得る。
【００１５】したがって、これらの３組の歪ゲージ５．
１ａ〜ｄ，５．２ａ〜ｄ，５．３ａ〜ｄから得られた電
気信号を同じくあとで詳しく説明する回路で演算処理す
れば、風力発電機の風車の所望の建設立地地点における
風向と風速を正確に算出することができる。すなわち、
各組の歪ゲージ５．１ａ〜ｄ，５．２ａ〜ｄ，５．３ａ
〜ｄから得られた歪量に比例した電気信号の値が、風速
の水平成分と垂直成分として式（１），（２）から算出
され、これらの水平成分と垂直成分を式（３）でさらに
合成することによって、３次元の合成風速が算出され
る。さらに、風向の水平方向が式（４）から算出され、
風の吹き上げと吹き下ろし方向が、風の垂直方向として
式（５）から算出される。
１ａ〜ｄ，５．２ａ〜ｄ，５．３ａ〜ｄから得られた電
気信号を同じくあとで詳しく説明する回路で演算処理す
れば、風力発電機の風車の所望の建設立地地点における
風向と風速を正確に算出することができる。すなわち、
各組の歪ゲージ５．１ａ〜ｄ，５．２ａ〜ｄ，５．３ａ
〜ｄから得られた歪量に比例した電気信号の値が、風速
の水平成分と垂直成分として式（１），（２）から算出
され、これらの水平成分と垂直成分を式（３）でさらに
合成することによって、３次元の合成風速が算出され
る。さらに、風向の水平方向が式（４）から算出され、
風の吹き上げと吹き下ろし方向が、風の垂直方向として
式（５）から算出される。
【００１６】 水平成分 Ｕ＝ｋ１√（Ｖx 2 ＋Ｖy 2 ） （１） 垂直成分 Ｗ＝ｋ２・Ｖz （２） 合成風速 Ｖ＝√（Ｕ 2＋Ｗ 2） （３） 水平方向 θ１＝ｋ３・tan -1（Ｖy ／Ｖx ） （４） 垂直方向 θ２＝tan -1（Ｗ／Ｕ） （５） ｋ１，ｋ２，ｋ３は、較正係数 図３は、上記の式（１）〜（５）に代入されるべき風圧
のＸ軸方向の成分Ｖx，風圧のＹ軸方向の成分，及び風
圧のＺ軸方向の成分Ｖz を実際に算出する回路のブロッ
ク図である。この回路では、直流電源６で給電されてい
るブリッジ回路７．１，７．２，７．３が、それぞれ図
１（ａ）中の３組の歪ゲージ５．１ａ〜ｄ，５．２ａ〜
ｄ，５．３ａ〜ｄの各々に対応している。このとき、風
圧に応じて各ブリッジ回路から出力された電圧が各歪ア
ンプ８．１〜８．３で増幅される。そして、この各増幅
された電圧が、実際の風圧の二乗に比例する出力電圧値
Ｘ，Ｙ，Ｚとして後続する計算部で計算されることによ
って、上記の式（１）〜（５）が算出される。すなわ
ち：出力電圧値Ｘ，Ｙ，Ｚは歪ゲージの特性により風圧
の二乗に比例するので、これらの出力電圧値Ｘ，Ｙ，Ｚ
は、Ｋを比例係数として、
のＸ軸方向の成分Ｖx，風圧のＹ軸方向の成分，及び風
圧のＺ軸方向の成分Ｖz を実際に算出する回路のブロッ
ク図である。この回路では、直流電源６で給電されてい
るブリッジ回路７．１，７．２，７．３が、それぞれ図
１（ａ）中の３組の歪ゲージ５．１ａ〜ｄ，５．２ａ〜
ｄ，５．３ａ〜ｄの各々に対応している。このとき、風
圧に応じて各ブリッジ回路から出力された電圧が各歪ア
ンプ８．１〜８．３で増幅される。そして、この各増幅
された電圧が、実際の風圧の二乗に比例する出力電圧値
Ｘ，Ｙ，Ｚとして後続する計算部で計算されることによ
って、上記の式（１）〜（５）が算出される。すなわ
ち：出力電圧値Ｘ，Ｙ，Ｚは歪ゲージの特性により風圧
の二乗に比例するので、これらの出力電圧値Ｘ，Ｙ，Ｚ
は、Ｋを比例係数として、
【００１７】 Ｘ＝ＫＶx 2 ， Ｙ＝ＫＶy 2 ， Ｚ＝ＫＶZ 2 （６） と表され、これから、
【００１８】 Ｖx ＝√（Ｘ／Ｋ）， Ｖy ＝√（Ｙ／Ｋ）， ＶZ ＝√（Ｚ／Ｋ）（７） が導き出される。
【００１９】したがって、これらの式（６），（７）を
用いることによって、以下に説明する各種の風の風向と
風速が算出される： （Ｉ）風向測定 出力電圧値Ｘ，Ｙの極性が、極性判別部９，１０で判別
される。その結果、その時の風の水平方向の大まかな方
向が分かる。例えば、出力電圧値Ｘ，Ｙが共に正（＋）
であれば、その時の風向は北東を指していることが分か
る（図４）。
用いることによって、以下に説明する各種の風の風向と
風速が算出される： （Ｉ）風向測定 出力電圧値Ｘ，Ｙの極性が、極性判別部９，１０で判別
される。その結果、その時の風の水平方向の大まかな方
向が分かる。例えば、出力電圧値Ｘ，Ｙが共に正（＋）
であれば、その時の風向は北東を指していることが分か
る（図４）。
【００２０】さらに詳しい方角は、出力電圧値Ｘ，Ｙの
極性が除算部１５によって除算されることによって算出
される。すなわち、実際の風向は、式（７）を利用し
て、
極性が除算部１５によって除算されることによって算出
される。すなわち、実際の風向は、式（７）を利用し
て、
【００２１】 風向＝Ｖy ／Ｖx ＝√（Ｙ／Ｘ） （８） から最終的に算出される。
【００２２】さらに、垂直方向も考慮したその時の風の
３次元的な方向（真の方向）は、式（５）へ式 (７) の
計算結果を代入することによって算出される。 （II）水平風速測定 風の水平成分は、出力電圧値Ｘ，Ｙが１／２乗化部１８
によって１／２乗されることによって算出される。すな
わち、実際の風向は、式（７）をベクトル合成する式：
３次元的な方向（真の方向）は、式（５）へ式 (７) の
計算結果を代入することによって算出される。 （II）水平風速測定 風の水平成分は、出力電圧値Ｘ，Ｙが１／２乗化部１８
によって１／２乗されることによって算出される。すな
わち、実際の風向は、式（７）をベクトル合成する式：
【００２３】 水平風速＝√（Ｖx 2 ＋Ｖy 2 ）＝√（Ｘ／Ｋ＋Ｙ／Ｋ）＝Ｋ′√（Ｘ＋Ｙ） （９） から最終的に算出される。ここで、構成係数Ｋ′は、歪
式風向風速計の構造に基づいて設定される定数である。 （III)垂直風速測定 風の垂直成分は、出力電圧値Ｚが１／２乗化部１８によ
って１／２乗されることによって算出される。すなわ
ち、実際の風向は、式（７）を利用して、
式風向風速計の構造に基づいて設定される定数である。 （III)垂直風速測定 風の垂直成分は、出力電圧値Ｚが１／２乗化部１８によ
って１／２乗されることによって算出される。すなわ
ち、実際の風向は、式（７）を利用して、
【００２４】 垂直風速＝ＶZ ＝Ｋ′√（Ｚ） （１０） から最終的に算出される。
【００２５】さらに、水平風速と垂直風速を合成した真
の風速（総合風速）は、式（３）へ式 (７) の計算結果
を代入することによって算出される。
の風速（総合風速）は、式（３）へ式 (７) の計算結果
を代入することによって算出される。
【００２６】こうして任意の観測候補地点に設置された
各歪式風向風速計のデータロガー１で算出された観測デ
ータは、そのデータロガー１内にある送信器によって無
線で観測データの受信所に送信できる。
各歪式風向風速計のデータロガー１で算出された観測デ
ータは、そのデータロガー１内にある送信器によって無
線で観測データの受信所に送信できる。
【００２７】図５（ａ），（ｃ）は、それぞれブリッジ
回路７．１〜７．３を構成する歪ゲージ５．１ａ〜ｄ，
５．２ａ〜ｄ，５．３ａ〜ｄの詳しい配置関係を示す。
なお、これらの各受風板に貼付される歪ゲージの配置関
係は各実施態様ごとに同一なので、受風板４．１に貼付
された歪ゲージ５．１ａ〜ｄに対してのみ説明する。
回路７．１〜７．３を構成する歪ゲージ５．１ａ〜ｄ，
５．２ａ〜ｄ，５．３ａ〜ｄの詳しい配置関係を示す。
なお、これらの各受風板に貼付される歪ゲージの配置関
係は各実施態様ごとに同一なので、受風板４．１に貼付
された歪ゲージ５．１ａ〜ｄに対してのみ説明する。
【００２８】図５（ａ）中に示した配置態様では、全て
の歪ゲージの感知方向が受風板の長手方向に沿うよう
に、歪ゲージ５．１ａ，歪ゲージ５．１ｃが受風板４．
１の一方の面であるａ面上に貼付され、歪ゲージ５．１
ｂ，歪ゲージ５．１ｄがこの受風板４．１の他方の面で
あるｂ面上に貼付されている。図５（ｂ）は、この図５
（ａ）中に示した歪ゲージに対応したブリッジ回路７．
１を示す。この場合、矢印方向の風圧Ｐがこの受風板に
加わると、歪ゲージ５．１ａ，歪ゲージ５．１ｃの抵抗
値が大きくなる一方で、歪ゲージ５．１ｂ，歪ゲージ
５．１ｄの抵抗値は小さくなる。その結果、Ｃ−Ｂ間の
電圧は小さくなり、Ｃ−Ｄ間の電圧は大きくなる。この
ときのＢ−Ｄ間の電位差ｅが出力電圧値Ｘとして出力さ
れる。この配置態様では、４つの歪ゲージ全てが出力電
圧値に関与するので、測定感度が高いという利点があ
る。
の歪ゲージの感知方向が受風板の長手方向に沿うよう
に、歪ゲージ５．１ａ，歪ゲージ５．１ｃが受風板４．
１の一方の面であるａ面上に貼付され、歪ゲージ５．１
ｂ，歪ゲージ５．１ｄがこの受風板４．１の他方の面で
あるｂ面上に貼付されている。図５（ｂ）は、この図５
（ａ）中に示した歪ゲージに対応したブリッジ回路７．
１を示す。この場合、矢印方向の風圧Ｐがこの受風板に
加わると、歪ゲージ５．１ａ，歪ゲージ５．１ｃの抵抗
値が大きくなる一方で、歪ゲージ５．１ｂ，歪ゲージ
５．１ｄの抵抗値は小さくなる。その結果、Ｃ−Ｂ間の
電圧は小さくなり、Ｃ−Ｄ間の電圧は大きくなる。この
ときのＢ−Ｄ間の電位差ｅが出力電圧値Ｘとして出力さ
れる。この配置態様では、４つの歪ゲージ全てが出力電
圧値に関与するので、測定感度が高いという利点があ
る。
【００２９】図５（ｃ）中に示した配置態様では、歪ゲ
ージ５．１ａ，歪ゲージ５．１ｂが受風板４．１の一方
の面であるａ面上に貼付され、歪ゲージ５．１ｃ，歪ゲ
ージ５．１ｄがこの受風板４．１の他方の面であるｂ面
上に貼付されている。図５（ｄ）は、この図５（ｃ）中
に示した歪ゲージに対応したブリッジ回路７．１を示
す。この場合、歪ゲージ５．１ａと歪ゲージ５．１ｃ
は、先の実施態様と同様にその歪ゲージの感知方向が受
風板の長手方向に沿うように貼付されている一方で、歪
ゲージ５．１ｂと歪ゲージ５．１ｄは、その感知方向が
この受風板の長手方向に対して直角に向くように配置さ
れている。その結果、これらの歪ゲージ５．１ｂと歪ゲ
ージ５．１が、温度補償用の歪ゲージとして作用する。
したがって、例えば、観測候補地点の日当たり状態の違
いからａ面とｂ面との間に温度差が生じたときでも、こ
れらの歪ゲージ５．１ｂと歪ゲージ５．１ｄの温度特性
が互いに相殺するので、その温度差による測定誤差を排
除することができるという利点がある。ただし、歪ゲー
ジ５．１ｂと歪ゲージ５．１ｄは出力電圧値に関与しな
いので、測定感度は図５（ａ）中に示した配置態様と比
較して１／２に低下する。
ージ５．１ａ，歪ゲージ５．１ｂが受風板４．１の一方
の面であるａ面上に貼付され、歪ゲージ５．１ｃ，歪ゲ
ージ５．１ｄがこの受風板４．１の他方の面であるｂ面
上に貼付されている。図５（ｄ）は、この図５（ｃ）中
に示した歪ゲージに対応したブリッジ回路７．１を示
す。この場合、歪ゲージ５．１ａと歪ゲージ５．１ｃ
は、先の実施態様と同様にその歪ゲージの感知方向が受
風板の長手方向に沿うように貼付されている一方で、歪
ゲージ５．１ｂと歪ゲージ５．１ｄは、その感知方向が
この受風板の長手方向に対して直角に向くように配置さ
れている。その結果、これらの歪ゲージ５．１ｂと歪ゲ
ージ５．１が、温度補償用の歪ゲージとして作用する。
したがって、例えば、観測候補地点の日当たり状態の違
いからａ面とｂ面との間に温度差が生じたときでも、こ
れらの歪ゲージ５．１ｂと歪ゲージ５．１ｄの温度特性
が互いに相殺するので、その温度差による測定誤差を排
除することができるという利点がある。ただし、歪ゲー
ジ５．１ｂと歪ゲージ５．１ｄは出力電圧値に関与しな
いので、測定感度は図５（ａ）中に示した配置態様と比
較して１／２に低下する。
【００３０】なお、ここで示した歪ゲージの配置態様
は、４つの歪ゲージを使用した４ゲージ方式を採用して
いるが、図６中に示したように、ブリッジ回路において
歪ゲージを１つ又は２つにして残りを固定抵抗Ｒにした
１ゲージ方式（ａ）又は２ゲージ方式（ｂ）にすること
もできる。
は、４つの歪ゲージを使用した４ゲージ方式を採用して
いるが、図６中に示したように、ブリッジ回路において
歪ゲージを１つ又は２つにして残りを固定抵抗Ｒにした
１ゲージ方式（ａ）又は２ゲージ方式（ｂ）にすること
もできる。
【００３１】
【発明の効果】以上により、本発明の歪式風向風速計
は、従来の発電式風車型風向風速計等のようなプロペラ
等の可動部がないために、風の風速と風向の変化に対す
る追従性が従来よりも優れた観測を単純な構造で実現で
きる。したがって、この歪式風向風速計を同時に多数使
用することが可能であり、ひいては風の水平成分のほか
に風の垂直成分による風圧の影響を、広範囲にわたって
多数点在しうる風車の建設候補地点で同時にかつ正確に
観測することができる。
は、従来の発電式風車型風向風速計等のようなプロペラ
等の可動部がないために、風の風速と風向の変化に対す
る追従性が従来よりも優れた観測を単純な構造で実現で
きる。したがって、この歪式風向風速計を同時に多数使
用することが可能であり、ひいては風の水平成分のほか
に風の垂直成分による風圧の影響を、広範囲にわたって
多数点在しうる風車の建設候補地点で同時にかつ正確に
観測することができる。
【００３２】その結果、風力発電機の風車のヨーギアや
ヨーモーターシャフト等の構成要素を破断しうる風の垂
直成分の風圧が風車に作用しない風車の建設立地地点を
的確に選定することができる。
ヨーモーターシャフト等の構成要素を破断しうる風の垂
直成分の風圧が風車に作用しない風車の建設立地地点を
的確に選定することができる。
【図１】 従来の風車型風向風速計（ａ）と三杯型風速
計（ｂ）を示す。
計（ｂ）を示す。
【図２】 本発明の歪式風向風速計の好適な１つの実施
の形態（ａ）、及び空間座標（ｂ）を示す。
の形態（ａ）、及び空間座標（ｂ）を示す。
【図３】 本発明の歪式風向風速計で風圧のＸ軸方向の
成分Ｖx ，風圧のＹ軸方向の成分，及び風圧のＺ軸方向
の成分Ｖz を実際に算出する回路のブロック図である。
成分Ｖx ，風圧のＹ軸方向の成分，及び風圧のＺ軸方向
の成分Ｖz を実際に算出する回路のブロック図である。
【図４】 歪ゲージの出力電圧の極性と風向との対応関
係を示す。
係を示す。
【図５】 ブリッジ回路７．１〜７．３を構成する歪ゲ
ージ５．１ａ〜ｄ，５．２ａ〜ｄ，５．３ａ〜ｄの詳し
い配置関係を示す本発明の歪ゲージの配置態様（ａ），
（ｃ）、並びにこの図５（ａ）中に示した歪ゲージに対
応したブリッジ回路７．１（ｂ）及びこの図５（ｃ）中
に示した歪ゲージに対応したブリッジ回路７．１（ｄ）
を示す。
ージ５．１ａ〜ｄ，５．２ａ〜ｄ，５．３ａ〜ｄの詳し
い配置関係を示す本発明の歪ゲージの配置態様（ａ），
（ｃ）、並びにこの図５（ａ）中に示した歪ゲージに対
応したブリッジ回路７．１（ｂ）及びこの図５（ｃ）中
に示した歪ゲージに対応したブリッジ回路７．１（ｄ）
を示す。
【図６】 ブリッジ回路において歪ゲージを１つ又は２
つにして残りを固定抵抗Ｒにした１ゲージ方式（ａ）又
は２ゲージ方式（ｂ）にしたその他の歪ゲージの接続態
様を示す。
つにして残りを固定抵抗Ｒにした１ゲージ方式（ａ）又
は２ゲージ方式（ｂ）にしたその他の歪ゲージの接続態
様を示す。
１ データロガー ２ フレーム ３ 固定部材 ４. １ 受風板 ４. ２ 受風板 ４. ３ 受風板 ５．１ａ，ｂ，ｃ，ｄ 歪ゲージ ５．２ａ，ｂ，ｃ，ｄ 歪ゲージ ５．３ａ，ｂ，ｃ，ｄ 歪ゲージ ６ 直流電源 ７．１ ブリッジ回路 ７．２ ブリッジ回路 ７．３ ブリッジ回路 ８．１ 歪アンプ ８．２ 歪アンプ ８．３ 歪アンプ ９ 極性判別部 １０ 極性判別部 １１ 絶対値検出部 １２ 絶対値検出部 １３ 絶対値検出部 １４ 極性判別部 １５ 除算部 １６ 加算部 １７ １／２乗化部 １８ １／２乗化部 Ｖx 風のＸ軸方向の成分 Ｖy 風のＹ軸方向の成分 Ｖz 風のＺ軸方向の成分 Ｒ 固定抵抗
Claims (6)
- 【請求項１】 風力発電機の風車の建設立地地点を選定
するための歪式風向風速計において、 ３枚の弾性的な受風板（４．１〜４．３）が、互いに直
交するように固定部材（３）の各側面に対して垂直に１
枚ずつ固定されていること、及び、歪ゲージ（５．１ａ
〜ｄ，５．２ａ〜ｄ，５．３ａ〜ｄ）が、風の風向と風
速を検出するブリッジ回路（７．１〜７．３）としてこ
れらの各受風板（４．１〜４．３）上に４つずつ貼付さ
れていることを特徴とする歪式風向風速計。 - 【請求項２】 全ての歪ゲージ（５．１ａ〜ｄ）の感
知方向が受風板（４．１）の長手方向に沿わせた配置状
態で、互いに並列接続関係にある１つの歪ゲージ（５．
１ａ）と１つの歪ゲージ（５．１ｃ）が、受風板（４．
１）の一方の面上に貼付され、同じく互いに並列接続関
係にある１つの歪ゲージ（５．１ｂ）と１つの歪ゲージ
（５．１ｄ）が、この受風板（４．１）の他方の面上に
貼付されていることを特徴とする請求項１に記載の歪式
風向風速計。 - 【請求項３】 １つの歪ゲージ（５．１ａ）と１つの
歪ゲージ（５．１ｃ）の感知方向が受風板（４．１）の
長手方向に沿わせ、かつ１つの歪ゲージ（５．１ｂ）と
１つの歪ゲージ（５．１ｄ）の感知方向がこの受風板
（４．１）の長手方向に対して直角に指向させた配置状
態で、互いに直列接続関係にあるこの歪ゲージ（５．１
ａ）とこの歪ゲージ（５．１ｂ）が、この受風板（４．
１）の一方の面上に貼付され、同じく互いに直列接続関
係にあるこの歪ゲージ（５．１ｃ）とこの歪ゲージ
（５．１ｄ）が、この受風板（４．１）の他方の面上に
貼付されていることを特徴とする請求項１に記載の歪式
風向風速計。 - 【請求項４】 ブリッジ回路（７．１〜７．３）は、
風の風圧の二乗に比例する出力電圧値： Ｘ＝ＫＶx 2 ， Ｙ＝ＫＶy 2 ， Ｚ＝ＫＶZ 2 を出力することを特徴とする請求項１に記載の歪式風向
風速計。 - 【請求項５】 回路が、出力電圧値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を
用いて演算処理することによって観測データ： 水平成分 Ｕ＝ｋ１√（Ｖx 2 ＋Ｖy 2 ） 垂直成分 Ｗ＝ｋ２・Ｖz 合成風速 Ｖ＝√（Ｕ 2＋Ｗ 2） 水平方向 θ１＝ｋ３・tan -1（Ｖy ／Ｖx ） 垂直方向 θ２＝tan -1（Ｗ／Ｕ） を算出することを特徴とする請求項１又は４に記載の歪
式風向風速計。 - 【請求項６】 観測データは、データロガー（１）内
にある送信器によって無線で観測データの受信所に送信
されることを特徴とする請求項１又は５に記載の歪式風
向風速計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000310857A JP2002116220A (ja) | 2000-10-11 | 2000-10-11 | 風力発電機の風車の建設立地地点を選定するための歪式風向風速計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000310857A JP2002116220A (ja) | 2000-10-11 | 2000-10-11 | 風力発電機の風車の建設立地地点を選定するための歪式風向風速計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002116220A true JP2002116220A (ja) | 2002-04-19 |
Family
ID=18790728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000310857A Withdrawn JP2002116220A (ja) | 2000-10-11 | 2000-10-11 | 風力発電機の風車の建設立地地点を選定するための歪式風向風速計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002116220A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007218775A (ja) * | 2006-02-17 | 2007-08-30 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 質量流量計 |
| EP2166223A1 (en) * | 2008-09-17 | 2010-03-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for aligning a component into a wind direction and sensor for determining misalignment of the component relative to a wind direction |
| CN103278659A (zh) * | 2013-05-20 | 2013-09-04 | 东南大学 | 一种基于应力检测的风速传感器 |
| JP2016142582A (ja) * | 2015-01-30 | 2016-08-08 | 株式会社デンソー | 風向風速計、および風向風速計の製造方法 |
| JP2017111074A (ja) * | 2015-12-18 | 2017-06-22 | 三菱重工業株式会社 | 気象データ同化方法、気象予測方法および気象予測システム |
| CN107290563A (zh) * | 2016-04-13 | 2017-10-24 | 北京天诚同创电气有限公司 | 风向风速仪 |
-
2000
- 2000-10-11 JP JP2000310857A patent/JP2002116220A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007218775A (ja) * | 2006-02-17 | 2007-08-30 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 質量流量計 |
| EP2166223A1 (en) * | 2008-09-17 | 2010-03-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for aligning a component into a wind direction and sensor for determining misalignment of the component relative to a wind direction |
| US8037748B2 (en) | 2008-09-17 | 2011-10-18 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for aligning a component into a wind direction and sensor for determining misalignment of a component relative to a wind direction |
| CN101676555B (zh) * | 2008-09-17 | 2014-04-30 | 西门子公司 | 将元件对准风向的方法和确定元件与风向未对准的传感器 |
| CN103278659A (zh) * | 2013-05-20 | 2013-09-04 | 东南大学 | 一种基于应力检测的风速传感器 |
| JP2016142582A (ja) * | 2015-01-30 | 2016-08-08 | 株式会社デンソー | 風向風速計、および風向風速計の製造方法 |
| JP2017111074A (ja) * | 2015-12-18 | 2017-06-22 | 三菱重工業株式会社 | 気象データ同化方法、気象予測方法および気象予測システム |
| CN107290563A (zh) * | 2016-04-13 | 2017-10-24 | 北京天诚同创电气有限公司 | 风向风速仪 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080108 |