JP2019007918A - 風向風速計及び風向風速監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】必要な複数の部品を１つのモジュールに収納して、取付け工数を削減した風向風速計及びその風向風速計を使用した風向風速監視システムを提供する。
【解決手段】地面に対して垂直方向に立てられた支柱３１と、地面に対して水平方向に向けられて支柱に回転可能に支持された回転軸３３と、回転軸３３に取り付けられたモジュール１０と、を備えて、風向及び風速を計測する風向風速計１００であって、モジュール１０には、互いに直交する第１軸Ｊ１、第２軸Ｊ２及び第３軸Ｊ３それぞれの方向の磁気を検出可能な地磁気センサ１１と、互いに直交する２方向の加速度を検出可能な加速度センサ１３と、が設けられており、地磁気センサ１１の第１軸Ｊ１の方向が回転軸３３の長手方向に向くと共に、加速度センサ１３における２方向が第２軸Ｊ２の方向及び第３軸Ｊ３の方向となるように、モジュール１０が回転軸３３に取り付けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、風向風速計及び無線ネットワークシステムを利用した風向風速監視システムに係る。

従来から、磁気センサを使用して風向及び風速を計測する風向風速計が開発されている。例えば、特許文献１には、回転軸に磁石を取り付け、装置本体の支柱に磁気センサを固定して風速を検出する風向風速計９００の構成が開示されている。風向風速計９００を図６に示す。

図６には、回転軸９１８に磁石９１９が取り付けられており、Ａ，Ｂ，及びＣそれぞれにおいて、支柱９２１に対する回転軸９１８の回転角度が０°、４５°、及び９０°の場合が示されており、磁気センサ９２２を貫く磁力線９２３が回転していることがわかる。この回転磁界によって磁気センサ９２２は、回転軸９１８の向いている方向に関係なく、回転軸９１８の回転数、即ち風速を検知することができる。

また、近年では、無線ネットワークシステムを利用して風向・風速等の常時監視を行う監視システムが開発されている。無線ネットワークシステムを利用することにより、人手によって風向・風速のデータを取得する必要がなくなる。

実開平３−２５１６０号公報

しかしながら、特許文献１に開示された風向風速計９００においては、回転軸に磁石を取り付けると共に、装置本体の支柱に磁気センサを取り付ける必要がある。また、風速計測以外に風向計測のための部品も必要になる。そのため、各部品を搭載したモジュールが複数必要になり、それらのモジュールを複数の箇所に取り付けるための工数が掛かってしまうという問題があった。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、必要な複数の部品を１つのモジュールに収納して、取付け工数を削減した風向風速計及びその風向風速計を使用した風向風速監視システムを提供することにある。

この課題を解決するために、本発明の風向風速計は、地面に対して垂直方向に立てられた支柱と、前記地面に対して水平方向に向けられて前記支柱に回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸に取り付けられたモジュールと、を備えて、風向及び風速を計測する風向風速計であって、前記モジュールには、互いに直交する第１軸、第２軸及び第３軸それぞれの方向の磁気を検出可能な地磁気センサと、互いに直交する２方向の加速度を検出可能な加速度センサと、が設けられており、前記地磁気センサの前記第１軸の方向が前記回転軸の長手方向に向くと共に、前記加速度センサにおける前記２方向が前記第２軸の方向及び前記第３軸の方向となるように、前記モジュールが前記回転軸に取り付けられている、という特徴を有する。

このように構成された風向風速計は、風向及び風速を計測するために必要な地磁気センサと加速度センサとを含む複数の部品を１つのモジュールに収納し、当該モジュールを回転軸一箇所に取り付けるようにしたので、モジュール数を１つにすることができると共に、モジュール取付け工数を削減することができる。

また、上記の構成において、前記モジュールが、前記回転軸内の前記支柱の近傍に配置されている、という特徴を有する。

このように構成された風向風速計では、モジュールが回転軸内の支柱の近傍に配置されているので、地磁気センサ及び加速度センサに対する、回転軸の回転による遠心力の影響を減少させることができる。そのため、風向及び風速をより正確に計測することが可能になる。

また、上記の構成において、前記モジュール内に、外部との通信が可能なモジュール無線通信部を有している、という特徴を有する。

このように構成された風向風速計では、モジュール無線通信部を有しているので、配線を必要とせずに、取得したデータを容易に外部へ送信することができる。

また、この課題を解決するために、本発明の風向風速監視システムは、風向及び風速を計測する風向風速計と、指令センターと、を備えた風向風速監視システムであって、前記風向風速計は、地面に対して垂直方向に立てられた支柱と、前記地面に対して水平方向に向けられて前記支柱に回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸に取り付けられたモジュールと、を備え、前記モジュールには、互いに直交する第１軸、第２軸及び第３軸それぞれの方向の磁気を検出可能な地磁気センサと、互いに直交する２方向の加速度を検出可能な加速度センサと、が設けられていると共に、前記地磁気センサが計測したデータを記憶するメモリと、前記指令センターとの通信が可能なモジュール無線通信部と、前記地磁気センサ、前記加速度センサ、前記メモリ、及び前記モジュール無線通信部を制御するモジュール制御部と、を備えており、前記地磁気センサの前記第１軸の方向が前記回転軸の長手方向に向くと共に、前記加速度センサにおける前記２方向が前記第２軸の方向及び前記第３軸の方向となるように、前記モジュールが前記回転軸に取り付けられており、前記指令センターは、前記風向風速計との間で通信を行う指令センター無線通信部と、前記指令センター無線通信部を制御する指令センター制御部と、を有し、前記指令センターは、前記指令センター無線通信部を介して前記風向風速計によって取得した風向及び風速に関する前記データを収集する、という特徴を有する。

このように構成された風向風速監視システムは、取得した風向及び風速に関するデータを、無線ネットワークシステムを利用して風向風速計から指令センターへ無線送信することができるため、指令センターで必要なデータを速やかに取得することが可能になる。その結果、人手によって風向・風速のデータを取得する必要がなくなる。

本発明の風向風速計は、風向及び風速を計測するために必要な地磁気センサと加速度センサとを含む複数の部品を１つのモジュールに収納し、当該モジュールを回転軸一箇所に取り付けるようにしたので、モジュール数を１つにすることができると共に、モジュール取付け工数を削減することができる。また、本発明の風向風速監視システムは、取得した風向及び風速に関するデータを、無線ネットワークシステムを利用して風向風速計から指令センターへ無線送信することができるため、指令センターで必要なデータを速やかに取得することが可能になる。その結果、人手によって風向・風速のデータを取得する必要がなくなる。

本発明の風向風速計の外観を示す斜視図である。 風向風速計及び風向風速監視システムの構成を示すブロック図である。 風向風速計の拡大断面図である。 回転軸が４５°回転した状態の風向風速計の拡大断面図である。 回転軸が９０°回転した状態の風向風速計の拡大断面図である。 従来例に係る風向風速計の風速検知の原理を示す説明図である。

［実施形態］
以下、本発明について、図面を参照しながら説明する。本発明の風向風速計及び風向風速監視システムについては、以下説明する実施形態に限定されるものではなく適宜変更が可能である。

［風向風速計の実施形態］
最初に、図１乃至図３を参照して、風向風速計１００の構成について説明する。図１は、本発明の実施形態における風向風速計１００の外観を示す斜視図であり、図２は、風向風速計１００の構成を示すブロック図である。また、図３は、風向風速計１００の、図１のＡ−Ａ線から見た拡大断面図であり、プロペラ３５が回転する前の静止している状態を示している。尚、図３に示す静止している状態を、基準状態とする。

図１に示すように、風向風速計１００は、風向Ｆ１及び風速Ｆ２を計測する風向風速計であり、その本体３０が、地面に対して垂直方向に立てられた支柱３１と、地面に対して水平方向に向けられて支柱３１に回転可能に支持された略円筒形状の回転軸３３と、を含んで構成されており、この回転軸３３内には、モジュール１０を備えている。尚、回転軸３３内の、少なくともモジュール１０が収納されている箇所は空洞となっている。

回転軸３３には、その一端に複数の羽根３５ａから成るプロペラ３５が取り付けられていると共に、その他端には、尾翼３７が取り付けられている。尾翼３７によって、プロペラ３５が風向Ｆ１に対して対向する。従って、略円筒形状をした回転軸３３の長手方向は、常に風向Ｆ１と平行になる。

尚、本明細書内では、この回転軸３３の長手方向を図面上Ｘ方向とし、地面に対して平行で回転軸３３に対し垂直の方向をＹ方向とし、地面に対して垂直の方向をＺ方向とする。そのため、Ｘ方向は風向Ｆ１によって回転変化し、Ｙ方向もＸ方向に回転に伴って回転変化する。

回転軸３３内の、回転軸３３と支柱３１とが接する箇所付近にモジュール１０が取り付けられている。即ち、モジュール１０は、回転軸３３内の支柱３１の近傍に配置されている。この回転軸３３内の支柱３１の近傍に配置されている箇所は、回転軸３３が回転する際の支点となっている。尚、モジュール１０は、回転軸３３内の支柱３１の近傍に配置されていることが望ましいが、回転軸３３における他の場所に配置されていても良い。

図２に示すように、風向風速計１００内のモジュール１０には、風向Ｆ１及び風速Ｆ２を計測するための地磁気センサ１１と、加速度センサ１３と、地磁気センサ１１が計測したデータ等の各種情報を記憶するメモリ１７と、外部との通信が可能なモジュール無線通信部１９と、これらに接続され、これらを制御するためのモジュール制御部１５が備えられている。尚、モジュール無線通信部１９の働きについては、風向風速監視システム２００の実施形態の説明時に説明する。

モジュール１０は、図１に示すように略直方体形状をしており、モジュール１０には、図３に示すように回路基板１８が取り付けられている。この回路基板１８上に上述した各部品即ち、地磁気センサ１１、加速度センサ１３及びメモリ１７と、モジュール無線通信部１９及びモジュール制御部１５が搭載されている。回路基板１８は、その搭載面が回転軸３３内でＸ方向と垂直な方向の面、即ち、Ｙ−Ｚ面と平行になるように取り付けられている。

回路基板１８に搭載されている地磁気センサ１１は、図３に示すように、回路基板１８に対して平行な面を有して形成されており、互いに直交する第１軸Ｊ１、第２軸Ｊ２及び第３軸Ｊ３それぞれの方向の磁気を検出可能に構成されている。第１軸Ｊ１の方向は、地磁気センサ１１の上記平行な面を垂直に貫く方向であり、第２軸Ｊ２の方向は、地磁気センサ１１のこの面と平行になる方向であり、第３軸Ｊ３の方向は、この面上で第２軸Ｊ２に対して垂直な方向である。

風向風速計１００では、地磁気センサ１１は、便宜上Ｘ方向から見て長方形形状をしており、図３に示す基準状態において長方形形状の短辺がＹ方向になり、長方形形状の長辺がＺ方向になるように配置されているとする。従って、図３に示す基準状態において、第１軸Ｊ１が図１に示すＸ方向になり、第２軸Ｊ２が地磁気センサ１１の短辺方向即ちＹ方向となり、第３軸Ｊ３が地磁気センサ１１の長辺方向即ちＺ方向となる。

加速度センサ１３は、図３に示すように、回路基板１８上で地磁気センサ１１の近傍に搭載されている。加速度センサ１３は、互いに直交する２方向の加速度を検出可能に構成されている。

加速度センサ１３は、上述した互いに直交する２方向のうちの１方向が、図３に示す基準状態におけるＹ方向になり、他の１方向が、基準状態におけるＺ方向になるように配置されている。即ち、加速度センサ１３が加速度を検出可能な２方向は、地磁気センサ１１における第２軸Ｊ２及び第３軸Ｊ３と同じ方向となる。

加速度センサ１３が加速度を検出可能な２方向は、前述したように、回転軸３３の回転に伴って回転変化するが、加速度センサ１３は、回転角度に対応して２方向の加速度を検出する。そのため、回転軸３３の回転角度に関わらず、常に地球の中心方向、即ち重力方向Ｄ１を検知することができる。従って、回転軸３３の回転角度に関わらず、その瞬間・瞬間で、加速度センサ１３と同一の面に配置されている地磁気センサ１１が地面に対してどのような角度に傾斜しているかを検知することができる。

尚、前述したように、モジュール１０が回転軸３３内の支柱３１の近傍に配置されているので、モジュール１０内の地磁気センサ１１と加速度センサ１３とが、回転軸３３の回転のための支点となる位置の近傍に配置されることになる。そのため、地磁気センサ１１及び加速度センサ１３に対する、回転軸３３の回転による遠心力の影響を減少させることができる。

次に、図１乃至図５を参照して、風向風速計１００における風向Ｆ１及び風速Ｆ２の計測方法について説明する。図４は、回転軸３３が図３に示した基準状態（回転角０°）から、＋Ｘ方向から−Ｘ方向へ見て左方向へ４５°回転した状態の、図１のＡ−Ａ線から見た風向風速計１００の拡大断面図であり、図５は、同じく左方向へ９０°回転した状態の、風向風速計１００の拡大断面図である。

前述したように、地磁気センサ１１は、磁気検出方向の第１軸Ｊ１が回転軸３３の長手方向と同じ方向になるように取り付けられている。そのため、地磁気センサ１１の検出する第２軸Ｊ２及び第３軸Ｊ３の磁気の変化によって風速Ｆ２を容易に計測することができる。

風向風速計１００の回転軸３３が回転した際に、図２に示すモジュール１０内では、この回転に伴い変化する地磁気の第２軸Ｊ２の成分及び第３軸Ｊ３の成分を検出し、モジュール制御部１５に入力する。そして、モジュール制御部１５は、入力された地磁気の第２軸Ｊ２の成分及び第３軸Ｊ３の各成分の検出値の変化量に基づき、回転軸３３の単位時間あたりの回転数、即ち風速Ｆ２を算出して求める。そして、その算出結果をメモリ１７に記憶する。

一方、回転軸３３の示す方位、即ち風向Ｆ１は、地磁気センサ１１の検出した第１軸Ｊ１、第２軸Ｊ２及び第３軸Ｊ３の磁気の変化と、加速度センサ１３の検出結果とによって計測することができる。

例えば、風向風速計１００の回転軸３３が図３に示すように、風の吹いてくる方向を向いて回転し始める直前の地磁気センサ１１の第１軸Ｊ１の成分、第２軸Ｊ２の成分及び第３軸Ｊ３の成分を検出し、検出結果をモジュール制御部１５に入力する。

地磁気センサ１１による磁気の検出と同時に、加速度センサ１３によって、この時の重力方向Ｄ１を検出する。尚、この加速度センサ１３によって検出された重力方向Ｄ１は、地磁気センサ１１の各軸の方向を示すための基準の方向となる。この図３に示す基準状態の場合、第１軸Ｊ１は重力方向Ｄ１に対して垂直の方向を向いており、第２軸Ｊ２も重力方向Ｄ１に対して垂直の方向を向いている。また、第３軸Ｊ３は重力方向Ｄ１に対して平行な方向を向いている。

次に、風向風速計１００の回転軸３３が図４に示すように、４５°回転した場合においても同様に、地磁気センサ１１の第１軸Ｊ１の成分、第２軸Ｊ２の成分及び第３軸Ｊ３の成分を検出し、モジュール制御部１５に入力する。

この場合も、地磁気センサ１１による磁気の検出と同時に、加速度センサ１３によって、この時の重力方向Ｄ１を検出する。尚、この図４に示す状態の場合、第１軸Ｊ１は重力方向Ｄ１に対して垂直の方向を向いているが、第２軸Ｊ２及び第３軸Ｊ３は重力方向Ｄ１に対して４５°傾斜している。

次に、風向風速計１００の回転軸３３が図５に示すように、９０°回転した場合においても同様に、地磁気センサ１１の第１軸Ｊ１の成分、第２軸Ｊ２の成分及び第３軸Ｊ３の成分を検出し、モジュール制御部１５に入力する。

この場合も、地磁気センサ１１による磁気の検出と同時に、加速度センサ１３によって、この時の重力方向Ｄ１を検出する。尚、この図５に示す状態の場合、第１軸Ｊ１は重力方向Ｄ１に対して垂直の方向を向いているが、第２軸Ｊ２は重力方向Ｄ１に対して平行な方向を向いており、第３軸Ｊ３は重力方向Ｄ１に対して垂直の方向を向いている。

上述した、風向風速計１００の回転軸３３が基準状態の場合、４５°回転した場合、そして９０°回転した場合それぞれにおいて、モジュール制御部１５に入力された地磁気の第１軸Ｊ１の成分、第２軸Ｊ２の成分及び第３軸Ｊ３の成分それぞれの検出値に基づき、回転軸３３の示している方位を算出する。その際、基準状態、４５°回転した状態、そして９０°回転した状態それぞれの状態において、加速度センサ１３によって検出された重力方向Ｄ１が参酌される。

地磁気センサ１１の第１軸Ｊ１、第２軸Ｊ２及び第３軸Ｊ３が、どのような角度をなしていても、加速度センサ１３によって検出された重力方向Ｄ１を基準とすることによって、それぞれの角度を知ることができる。その結果、東西南北の各方位を確定させることができるため、回転軸３３の示す方位、即ち風向Ｆ１を算出することができる。その算出結果はメモリ１７に記憶される。

上記説明では、風向風速計１００の回転軸３３の回転角度が、０°、４５°、及び９０度の場合を示したが、その他の回転角度の場合であっても、同様に風向Ｆ１を算出することができる。

［風向風速監視システムの実施形態］
次に、図２を参照して、風向風速監視システム２００の構成について説明する。図２は、風向風速監視システム２００の構成を示すブロック図である。

図２に示すように、風向風速監視システム２００は、風向Ｆ１及び風速Ｆ２を計測する風向風速計１００と、指令センター２０と、を備えており、風向風速計１００と指令センター２０とは、無線ネットワークシステム４０によって無線接続される。図２では、単数の風向風速計１００が記載されているが、通常は、複数の風向風速計１００が風向・風速の計測を必要とする箇所それぞれに配設されている。尚、風向風速計１００の内部の構成については、既に説明しているので、その説明を省略する。

指令センター２０は、風向風速計１００との間で通信を行う指令センター無線通信部２９と、この指令センター無線通信部２９を制御する指令センター制御部２５と、を有して構成されている。

風向風速計１００と指令センター２０とを無線接続する無線ネットワークシステム４０としては、ブルートゥース（Bluetooth（登録商標））バージョン４．０であるＢＬＥ（Bluetooth Low Energy）等が使用される。そのために、風向風速計１００のモジュール無線通信部１９及び指令センター２０の指令センター無線通信部２９は、それぞれＢＬＥ規格に準拠している。

上述したＢＬＥは、省コストでシステムを構成することができると共に超省電力であるが、通信速度は、例えば無線ＬＡＮ（Local Area Network）に比較して非常に遅い。即ち、一度で送受信できる処理容量が小さい。従って、常時通信を行うことはできず、間欠的に送信又は受信を行う必要がある。従って、適切なデータ転送タイミングで風向風速計１００から指令センター２０へ送信する必要がある。

風向風速監視システム２００内の風向風速計１００においては、モジュール１０内の地磁気センサ１１によって取得された各種データは、メモリ１７に記憶される。その後、モジュール制御部１５及びモジュール無線通信部１９を介して、上述したデータ転送タイミングで指令センター２０へ送信される。その結果、指令センター２０は、風向風速計１００によって取得した風向Ｆ１及び風速Ｆ２に関する各種データを収集することができる。

以下、本実施形態としたことによる効果について説明する。

風向風速計１００は、風向Ｆ１及び風速Ｆ２を計測するために必要な地磁気センサ１１と加速度センサ１３とを含む複数の部品を１つのモジュール１０に収納し、当該モジュール１０を回転軸３３一箇所に取り付けるようにしたので、モジュール数を１つにすることができると共に、モジュール取付け工数を削減することができる。

また、モジュール１０が回転軸３３内の支柱３１の近傍に配置されているので、地磁気センサ１１及び加速度センサ１３に対する、回転軸３３の回転による遠心力の影響を減少させることができる。そのため、風向Ｆ１及び風速Ｆ２をより正確に計測することが可能になる。

また、モジュール無線通信部１９を有しているので、配線を必要とせずに、取得したデータを容易に外部へ送信することができる。

また、風向風速監視システム２００は、取得した風向Ｆ１及び風速Ｆ２に関するデータを、無線ネットワークシステム４０を利用して風向風速計１００から指令センター２０へ無線送信することができるため、指令センター２０で必要なデータを速やかに取得することが可能になる。その結果、風向Ｆ１・風速Ｆ２のデータを人手によって取得する必要がなくなる。

以上説明したように、本発明の風向風速計は、風向及び風速を計測するために必要な地磁気センサと加速度センサとを含む複数の部品を１つのモジュールに収納し、当該モジュールを回転軸一箇所に取り付けるようにしたので、モジュール数を１つにすることができると共に、モジュール取付け工数を削減することができる。また、本発明の風向風速監視システムは、取得した風向及び風速に関するデータを、無線ネットワークシステムを利用して風向風速計から指令センターへ無線送信することができるため、指令センターで必要なデータを速やかに取得することが可能になる。その結果、人手によって風向・風速のデータを取得する必要がなくなる。

以上のように、本発明の実施形態に係る風向風速計１００及び風向風速監視システム２００について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能である。

１０ モジュール
１１ 地磁気センサ
１３ 加速度センサ
１５ モジュール制御部
１７ メモリ
１９ モジュール無線通信部
２０ 指令センター
２５ 指令センター制御部
２９ 指令センター無線通信部
３０ 本体
３１ 支柱
３３ 回転軸
３５ プロペラ
３５ａ 羽根
３７ 尾翼
４０ 無線ネットワークシステム
１００ 風向風速計
２００ 風向風速監視システム
Ｆ１ 風向
Ｆ２ 風速
Ｊ１ 第１軸
Ｊ２ 第２軸
Ｊ３ 第３軸
Ｄ１ 重力方向

Claims (4)

1. 地面に対して垂直方向に立てられた支柱と、前記地面に対して水平方向に向けられて前記支柱に回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸に取り付けられたモジュールと、を備えて、風向及び風速を計測する風向風速計であって、
   前記モジュールには、互いに直交する第１軸、第２軸及び第３軸それぞれの方向の磁気を検出可能な地磁気センサと、互いに直交する２方向の加速度を検出可能な加速度センサと、が設けられており、
   前記地磁気センサの前記第１軸の方向が前記回転軸の長手方向に向くと共に、前記加速度センサにおける前記２方向が前記第２軸の方向及び前記第３軸の方向となるように、前記モジュールが前記回転軸に取り付けられている、
   ことを特徴とする風向風速計。
2. 前記モジュールが、前記回転軸内の前記支柱の近傍に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の風向風速計。
3. 前記モジュール内に、外部との通信が可能なモジュール無線通信部を有している、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の風向風速計。
4. 風向及び風速を計測する風向風速計と、指令センターと、を備えた風向風速監視システムであって、
   前記風向風速計は、地面に対して垂直方向に立てられた支柱と、前記地面に対して水平方向に向けられて前記支柱に回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸に取り付けられたモジュールと、を備え、
   前記モジュールには、互いに直交する第１軸、第２軸及び第３軸それぞれの方向の磁気を検出可能な地磁気センサと、互いに直交する２方向の加速度を検出可能な加速度センサと、が設けられていると共に、前記地磁気センサが計測したデータを記憶するメモリと、前記指令センターとの通信が可能なモジュール無線通信部と、前記地磁気センサ、前記加速度センサ、前記メモリ、及び前記モジュール無線通信部を制御するモジュール制御部と、を備えており、
   前記地磁気センサの前記第１軸の方向が前記回転軸の長手方向に向くと共に、前記加速度センサにおける前記２方向が前記第２軸の方向及び前記第３軸の方向となるように、前記モジュールが前記回転軸に取り付けられており、
   前記指令センターは、前記風向風速計との間で通信を行う指令センター無線通信部と、前記指令センター無線通信部を制御する指令センター制御部と、を有し、
   前記指令センターは、前記指令センター無線通信部を介して前記風向風速計によって取得した風向及び風速に関する前記データを収集する、
   ことを特徴とする風向風速監視システム。
   
   

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