JP6384364B2 - 風向計 - Google Patents

Description

本発明は、風向計に関するものである。

この種の計測器として、先端部が風上方向を向く用に回動する羽根固定板と、この羽根固定板を回動自在に支持する支持部と、羽根固定板の両端に取り付けられた一対の開閉自在な羽根と、それらの羽根が開く方向に反発力を付与する複数の磁石と、支持部に設けられた方位磁石と、を備えた風向風速計がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２９２５４０号公報

ところで、近年、自動車の走行用エンジンの排ガス浄化性能の向上のため、走行用エンジンとして、排ガスの排気口を車両前方に設ける型式のエンジンから、排ガスの排気口を車両後方に設ける型式のエンジンに変わりつつある。このため、エンジンルームのうちエンジンの車両後方側にエンジンの排気管等から排熱され、この排熱される熱によりエンジンルーム内の機器等に不具合が生じる可能性がある。この対策として、エンジンルーム内の空気流れを改善して、エンジンルーム内の冷却性を向上したいという要望がある。

そこで、排ガスの排気口を車両後方に設ける型式のエンジンを配置したエンジンルーム内の空気流れを解析するために、自動車のボンネットを閉じた状態でもエンジンルーム内の風向を計測する風向計が求められている。

しかしながら、上記特許文献１に記載された風向風速計は、先端部が風上方向を向くよう水平方向に回動する羽根固定板を有し、この羽根固定板の向きと方位磁石で風向を目視で確認する構成となっており、例えば、ボンネットを閉じた状態におけるエンジンルーム内のような狭小空間に設置して、風向の水平成分と垂直成分の両方を計測することはできない。

また、このような風向風速計として、鉛直方向に延びる回転軸と水平方向に延びる水平軸を有し、風向の水平成分と垂直成分を検出するとともに、磁石とコイルを使用して構成された風速検出器により風速を測定するようにしたものもある（例えば、特開２００１−２１５２４１号公報）。しかし、この風向風速計は、風向の垂直成分検出器と風向の垂直成分検出器を、磁石とコイルを使用する構成となっているため、小型化が困難であり、例えば、ボンネットを閉じた状態におけるエンジンルーム内のような狭小空間に設置するのは困難である。

本発明は上記問題に鑑みたもので、狭小空間に設置することが可能で、かつ、風向の水平成分と垂直成分の両方を計測することができる風向計を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、固定部（２０、５０）と、風上の方向を向くよう第１の回転軸周りおよび該第１の回転軸と直交する第２の回転軸周りに回動可能に固定部に取り付けられた可動部（１０、４０）と、可動部に配置され、磁界を発生する磁石（３０、３１、３２）と、磁石と対向するよう配置され、磁石が発生する磁界を検出して風向の水平成分と垂直成分を特定するための信号を出力する磁気センサ（３５〜３７）を備え、磁石は、１つの球型磁石（３０）により構成され、磁気センサは、球型磁石と対向するよう固定部に配置され、球型磁石が発生する磁界を検出して風向の水平成分と垂直成分を特定するための信号を出力する１つの磁気センサ（３５）により構成されていることを特徴としている。

このような構成によれば、風上の方向を向くよう第１の回転軸周りおよび該第１回転軸と直交する第２の回転軸周りに回動可能に固定部に取り付けられた可動部に、磁界を発生する磁石（３０、３１、３２）を配置し、磁石と対向するように、磁石が発生する磁界を検出して風向の水平成分と垂直成分を特定するための信号を出力する磁気センサ（３５〜３７）を配置したので、狭小空間に設置することが可能で、かつ、風向の水平成分と垂直成分の両方を計測する風向計を提供することができる。また、１つの球型磁石と、１つの磁気センサにより風向の水平成分と垂直成分の両方を計測することができ、例えば、複数の磁石と、複数の磁気センサを用いて風向の水平成分と垂直成分を計測するようにした場合と比較して、少ない部品点数で、風向の水平成分と垂直成分の両方を計測することができ、小型化および低コスト化を実現することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係る風向計の外観図である。 本発明の第１実施形態に係る風向計の上面図である。 図２中に示したIII−III線に沿った断面図である。 図２中に示したＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。 磁気センサの上面図である。 球型磁石と磁気センサの配置について説明するための図である。 球型磁石の水平方向の回転角と磁気センサのＡ相出力とＢ相出力の関係を示した図である。 球型磁石の回転軸が傾斜した場合の磁気センサのＡ相出力とＢ相出力について説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係る風向計のブロック構成図である。 本発明の第２実施形態に係る風向計の外観図である。 本発明の第２実施形態に係る風向計の正面図である。 図１１中のXII−XII線に沿った断面図である。 図１１中のXIII−XIII線に沿った断面図である。 筒型磁石と磁気センサの配置について説明するための図である。 変形例について説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る風向計について、図１〜図９を参照して説明する。本風向計は、例えば、自動車のエンジンルーム（被測定空間）内の風向を測定するセンサとして用いられる。また、本風向計は、風向、風速、気温を同時に計測することができる小型全方位風向風速計として構成されている。図１に示すように、本風向計は、固定部２０と可動部１０を有している。

固定部２０は、固定ステージ２１および支持部材２２を有している。固定ステージ２１および支持部材２２は、それぞれ樹脂にて一体成形されている。

固定ステージ２１は、土台となる底板部に相当するものであり、上面が略正方形をなしている。なお、固定ステージ２１の上面の１辺は、２０ミリメートル程度となっている。また、固定ステージ２１の底面から可動部１０の上端までの高さは２４ミリメートル程度となっている。

図２に示すように、固定ステージ２１の四隅には、取り付け用ネジ穴２１１が形成されている。図３〜図４に示すように、固定ステージ２１の底面側には開口部２１ａが形成されており、この開口部２１ａには、後述する制御部８１等が搭載された回路基板８０が格納されている。なお、回路基板８０には、コネクタ端子８０ａが搭載されている。また、この開口部２１ａには、カバー２１ｃが取り付けられている。

固定ステージ２１の裏面側の側面には、固定ステージ２１の側面を貫通する開口穴２１ｂが形成されている。この開口穴２１ｂから回路基板８０に搭載されたコネクタ端子８０ａが外部に露出している。このコネクタ端子８０ａには、電源に接続するための接続線（図示せず）が接続される。この接続線を介して車両から電源が供給されるようになっている。

支持部材２２は、略円筒形状をなしており、固定ステージ２１の上面の中央部から鉛直方向に延びるように形成されている。支持部材２２の内部には、軸方向に延びる中空部２２ａと、磁気センサ３５を格納する磁気センサ格納部２２ｂが形成されている。

中空部２２ａには、磁気センサ３５と回路基板８０の間を接続する接続線２５ａが配置されている。また、磁気センサ格納部２２ｂには、磁気センサ３５が格納されている。支持部材２２の先端には、後述する可動部１０のＵ字状部材１３を支持するための突起２２０が形成されている。

また、固定ステージ２１の正面側の両端に位置する角部には、それぞれ風速センサ６０と温度センサ６１が設けられている。

風速センサ６０は、熱線式の全方位型風速計により構成されている。熱線式の風速計は、電熱線を環境中に露出させて通電し、その電熱線における発熱と風による冷却とが平衡したときの温度から風速を求めるものであり、風向に依存しない精密な測定が可能となっている。風速センサ６０は、風速を検出し、検出した風速を示す信号を制御部８１へ出力する。

温度センサ６１は、周囲の気温を検出し、検出した気温を示す信号を制御部８１へ出力する。温度センサ６１は、例えば、熱電対、サーミスタ等を用いて構成することができる。

可動部１０は、胴体部１１１および羽根部１１２を有する可動部材１１０と、Ｕ字状部材１３等を備えている。可動部１０は、固定部２０の支持部材２２により支持される。

Ｕ字状部材１３は、固定部２０の支持部材２２により鉛直方向に延びる第１の回転軸（鉛直軸）周りに回動可能に支持される。具体的には、Ｕ字状部材１３の底面には、固定部２０の支持部材２２に形成された突起２２０と嵌合する穴部１３０が形成されており、この穴部１３０に固定部２０の支持部材２２に形成された突起２２０が嵌め込まれて、Ｕ字状部材１３の鉛直軸周りの回動が可能となっている。

また、Ｕ字状部材１３は、可動部材１１０の胴体部１１１を両側から挟持するように可動部材１１０を第１の回転軸と直交する第２の回転軸（水平軸）周りに回動可能に支持する。Ｕ字状部材１３は、胴体部１１１を回動可能に支持するための雄ネジ部材１３ａを挿通する２つの貫通孔１３１を有している。雄ネジ部材１３ａは、Ｕ字状部材１３に形成された各貫通孔１３１に挿通された後、可動部材１１０の胴体部１１１の側面に形成されたネジ穴部（図示せず）に締め付けられる。このように、可動部材１１０は、Ｕ字状部材１３により水平軸周りに回動可能に支持されている。

胴体部１１１は、樹脂により構成されており、丸みを帯びた先端部１１１ａと球型磁石３０を格納する磁石格納部１１１ｂを有している。この磁石格納部１１１ｂには、半球ずつＳ極とＮ極の２極に着磁された球型磁石３０が格納されている。

胴体部１１１のバランスは風向の垂直成分の計測に影響するため、無風の時に胴体部１１１が水平になるようにする必要がある。このため、球型磁石３０は、可動部材１１０の重心となる位置、すなわち、可動部材１１０の前後左右のバランスの中心となる位置に配置されている。また、球型磁石３０は、胴体部１１１が水平状態となった状態で、Ｓ極とＮ極の境界が磁気センサ３５の上面（検出面）に対して直交するように磁石格納部１１１ｂに格納されている。

羽根部１１２は、水平方向に延びる薄板状の水平翼１１２ａと、水平翼１１２ａから垂直方向に延びる複数の薄板状の垂直翼１１２ｂを有しており、胴体部１１１の上面に固定されている。

次に、本実施形態の風向計の作動について説明する。本風向計は、固定ステージ２１の上面が設置面に対して水平となるように設置される。可動部材１１０の重心となる位置に球型磁石３０が配置されているため、胴体部１１１は無風の状態では水平となる。

本風向計は、水平方向からの風を受けると胴体部１１１は水平状態を維持したまま、先端部１１１ａが風上を吹くよう胴体部１１１が鉛直軸周りに回動する。このとき、胴体部１１１とともに球型磁石３０も鉛直軸周りに回動する。

また、例えば、斜め上方向からの風向きに変わると、先端部１１１ａが風上を吹くよう胴体部１１１が水平軸周りに回動する。このとき、胴体部１１１とともに球型磁石３０も水平軸周りに回動する。

また、例えば、斜め下方向からの風向きに変わると、先端部１１１ａが風上を吹くよう胴体部１１１が水平軸周りに回動する。このとき、胴体部１１１とともに球型磁石３０も水平軸周りに回動する。

本実施形態に係る風向計は、胴体部１１１の磁石格納部１１１ｂに格納された球型磁石３０と、この球型磁石３０と対向するように支持部材２２に配置された磁気センサ３５を有している。磁気センサ３５は、非接触で球型磁石３０が発生する磁界を検出して球型磁石３０の回転角を検出する回転角センサである。

本実施形態の磁気センサ３５は、Ｎｉ（ニッケル）、Ｆｅ（鉄）等の強磁性金属を主成分とする合金の薄膜（薄膜強磁性体金属）をガラス基板上にパターン形成して構成されている。この薄膜強磁性体金属は、特定方向の外部磁界の強度により抵抗値が変化する特性を有している。

本実施形態の磁気センサ３５は、ガラス基板平面上に形成された４つの薄膜強磁性体金属をブリッジ状に形成したフルブリッジ回路と、このフルブリッジ回路より出力される電圧波形を波形成形する波形成形回路（いずれも図示せず）を１チップ化したＩＣ型ＡＭＲ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ−Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）センサとして構成されている。このようなＩＣ型ＡＭＲセンサは、公知のセンサであり、例えば、浜松光電株式会社製のＫＧ−１４０２−６１（型名）を用いることができる。

図５は、磁気センサ３５の上面図である。磁気センサ３５は、直方体形状をなしている。磁気センサ３５は、長手方向の中心線Ｌが、予め定められた方向（例えば、風向計の正面）を向くよう配置される。磁気センサ３５の底面には、２つの電源端子ＶＣＣと、２つの接地端子ＧＮＤと、一対のＡ相出力端子＋Ａ、−Ａと、一対のＢ相出力端子＋Ｂ、−Ｂと、が設けられている。

なお、磁気センサ３５は回路基板（図示せず）に搭載されている。この回路基板は、図３に示した接続線２５ａを介して回路基板８０と接続されている。各電源端子ＶＣＣには、回路基板８０から接続線２５ａを介して直流の一定電圧が印加される。また、各接地端子ＧＮＤは回路基板８０を介して接地されている。また、Ａ相出力端子＋Ａ、−Ａと、Ｂ相出力端子＋Ｂ、−Ｂは、それぞれ接続線２５ａを介して回路基板８０に搭載された制御部８１と接続されている。

図６に示すように、磁気センサ３５は、２極の球型磁石３０と対向するように対置される。球型磁石３０が回転して磁気センサ３５により検出される磁界が変化すると、磁気センサ３５のＡ相出力端子＋Ａ、−ＡとＢ相出力端子＋Ｂ、−Ｂからそれぞれ位相の異なる出力が出力されるようになっている。

図７は、図６に示したように鉛直方向に延びる回転軸Ｊを中心に球型磁石３０を回転させたときに、磁気センサ３５のＡ相出力端子＋Ａ、−Ａから出力されるＡ相出力（ピークトゥピーク出力電圧）とＢ相出力端子＋Ｂ、−Ｂから出力されるＢ相出力（ピークトゥピーク出力電圧）の特性を示したものである。なお、図７に示した特性図の横軸は、図５に示した磁気センサ３５の長手方向の中心線Ｌと印加される磁界（印加磁界）の方向とのなす角度θ１を表している。また、図７に示した特性図の縦軸は、Ａ相出力とＢ相出力のピークトゥピーク出力電圧を表している。

鉛直方向に延びる回転軸Ｊを中心に水平方向に球型磁石３０を１回転（３６０°回転）させると、図７に示すように、磁気センサ３５は、それぞれ１周期のＡ相出力（ｓｉｎ波形）とＢ相出力（ｃｏｓ波形）を出力する。

したがって、磁気センサ３５のＡ相出力端子＋Ａ、−Ａから出力されるＡ相出力とＢ相出力端子＋Ｂ、−Ｂから出力されるＢ相出力から、磁気センサ３５の長手方向の中心線Ｌと印加される磁界（印加磁界）の方向とのなす角度（すなわち、球型磁石３０の水平方向の回転角度）θ１を特定することが可能である。

本風向計は、胴体部１１１が鉛直方向に延びる鉛直軸周りに回動するだけでなく、第１の回転軸と直交する水平軸（第２の回転軸）周りに回動するようになっており、三次元的に風向を計測するよう構成されている。

このように、胴体部１１１が水平軸周りに回動した場合、例えば、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、球型磁石３０が傾斜して回転軸Ｊが磁気センサ３５の上面に対して直交しなくなる。

ここで、例えば、図８（ａ）に示すように、球型磁石３０の回転軸Ｊが左側に傾斜すると、磁気センサ３５から見た見掛け上の球型磁石３０のＳ極とＮ極の境界が右側にシフトする。すなわち、球型磁石３０のＳ極とＮ極の境界が右側にシフトしたものと等価となる。

また、図８（ｂ）に示すように、球型磁石３０の回転軸Ｊが右側に傾斜すると、磁気センサ３５から見た見掛け上の球型磁石３０のＳ極とＮ極の境界が左側にシフトする。すなわち、球型磁石３０のＳ極とＮ極の境界が左側にシフトしたものと等価となる。

このように、球型磁石３０が傾斜して球型磁石３０のＳ極とＮ極の境界が左右にシフトしたものと等価となると、磁気センサ３５のＡ相出力端子＋Ａ、−Ａから出力されるＡ相出力とＢ相出力端子＋Ｂ、−Ｂから出力されるＢ相出力は、それぞれ球型磁石３０の回転軸Ｊの傾斜の度合いに応じて減衰する。

具体的には、磁気センサ３５のＡ相出力端子＋Ａ、−Ａから出力されるＡ相出力とＢ相出力端子＋Ｂ、−Ｂから出力されるＢ相出力は、球型磁石３０の回転軸Ｊが磁気センサ３５の上面（検出面）に対して直交している状態、すなわち、球型磁石３０の回転軸Ｊと、磁気センサ３５の上面の鉛直方向とのなす角度（すなわち、球型磁石３０の垂直方向の回転角度）θ２が０°となっている状態が最も大きく、角度θ２の大きさが大きくなるにつれて減衰して小さくなり、角度θ２の大きさが９０°になると最小となる。

本風向計においては、磁気センサ３５のＡ相出力、Ｂ相出力、球型磁石３０の水平方向の回転角度θ１および球型磁石３０の垂直方向の回転角度θ２の関係を表した特性マップが用意されている。具体的には、図７に示したような磁気センサ３５のＡ相出力、Ｂ相出力、球型磁石３０の水平方向の回転角度θ１の関係を表したマップを、球型磁石３０の垂直方向の回転角度θ２を、所定角度（例えば、５°）ずつ変化させて収集したものが特性マップとして用意されている。この特性マップは、制御部８１のＲＯＭに記憶されている。制御部８１は、ＲＯＭに記憶された特性マップを用いて磁気センサ３５より出力されるＡ相出力およびＢ相出力から球型磁石３０の水平方向の回転角度θ１と球型磁石３０の垂直方向の回転角度θ２を特定する処理を行う。

本実施形態における制御部８１は、磁気センサ３５より出力されるＡ相出力およびＢ相出力の各信号を、球型磁石３０の水平方向の回転角度と垂直方向の回転角度を特定するための信号、すなわち、風向の水平成分と垂直成分を特定するための信号として用いる。制御部８１は、ＲＯＭに記憶された特性マップを用いて磁気センサ３５より出力されるＡ相出力およびＢ相出力から球型磁石３０の水平方向の回転角度と垂直方向の回転角度を特定し、風向の水平成分と垂直成分を特定する。

次に、図９を参照して、本風向計のブロック構成について説明する。本風向計は、磁気センサ３５、風速センサ６０、温度センサ６１、制御部８１および送信手段に相当する無線送信部８２備えている。本風向計は、検出された風向、風速、気温等の各種データをパーソナルコンピュータ（ＰＣ）９１に無線送信するようになっており、例えば、自動車のエンジンルーム（被測定空間）内に設置される。また、無線受信部９０およびパーソナルコンピュータ（ＰＣ）９１は、自動車の外部に配置される。

制御部８１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、Ａ／Ｄ変換部等を備えたコンピュータとして構成されており、ＣＰＵはＲＯＭに記憶されたプログラムにしたがって各種処理を実施する。また、制御部８１は、風速センサ６０を制御するセンサ制御回路、温度センサ６１より入力される信号を増幅する増幅回路等を有している。

無線送信部８２は、予め定められた通信相手にデータを無線送信するものである。無線送信部８２は、制御部８１よりフレームが入力されると、予め定められた通信方式に従ってフレームを無線送信する。

制御部８１は、風向特定処理、風速特定処理および気温特定処理を並行して行う。風向特定処理は、磁気センサ３５より入力される信号に基づいて風向の水平成分と垂直成分を特定する処理である。また、風速特定処理は、風速センサ６０より入力される信号に基づいて風速を特定する処理である。また、気温特定処理は、温度センサ６１より入力される信号に基づいて気温を特定する処理である。

また、制御部８１は、風向の水平成分と垂直成分を示す情報とともに、風速を検出する風速センサ６０により検出された風速および温度センサ６１により検出された気温を外部機器であるＰＣ９１へ送信する処理を実施する。

なお、パーソナルコンピュータ９１は、無線受信部９０を介して本風向計より送信されたフレームを受信すると、このフレームから必要なデータを抽出し、風向の水平成分および垂直成分、風速および気温を記憶部に記憶させる処理を実施する。

上記した構成によれば、本風向計は、風上の方向を向くよう鉛直軸（第１の回転軸）周りおよび該第１の回転軸と直交する水平軸（第２の回転軸）周りに回動可能に固定部５０に取り付けられた可動部４０と、可動部４０に配置され、磁界を発生する球型磁石３０と、球型磁石３０と対向するよう配置され、球型磁石３０が発生する磁界を検出して風向の水平成分と垂直成分を特定するための信号を出力する磁気センサ３５を備えたので、狭小空間に設置することが可能で、かつ、風向の水平成分と垂直成分の両方を計測することができる風向計を提供することができる。

また、本風向計は、１つの球型磁石３０と、１つの磁気センサ３５により風向の水平成分と垂直成分の両方を計測することができ、例えば、複数の磁石と、複数の磁気センサを用いて風向の水平成分と垂直成分を計測するようにした場合と比較して、少ない部品点数で、風向の水平成分と垂直成分の両方を計測することができ、小型化および低コスト化を実現することができる。

また、本風向計は、更に、風速を検出する風速センサ６０および気温を検出する温度センサ６１を備えているので、風向、風速および気温を複合的に計測することができる。

また、固定部２０は、土台となる固定ステージ２１を有し、風速を検出する風速センサ６０および温度を検出する温度センサ６１は、可動部と接触しないよう固定ステージ２１に設けられているので、可動部１０の可動範囲を狭めることなく、風速および気温を検出することができる。

また、風向の水平成分と垂直成分を示す情報とともに、風速を検出する風速センサ６０および気温を検出する温度センサ６１で検出された情報を外部機器であるＰＣ９１へ送信する無線送信部８２を備えたので、本風向計から離れた場所に外部機器を設置して、風向、風速および気温を計測することが可能である。

また、固定ステージ２１は、鉛直方向から見た外形形状が四角形をなしており、風速センサ６０および温度センサ６１は、固定ステージ２１の周縁部に配置されているので、風速センサ６０および温度センサ６１による可動部１０が受ける風向への影響を低減することができる。

また、風速センサ６０および温度センサ６１は、固定ステージ２１の一辺に配置されているので、風速と気温の測定条件を揃えることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る風向計について、図１０〜図１４を参照して説明する。上記第１実施形態の風速計は、１つの球型磁石３０を可動部１０に配置するとともに、この球型磁石３０と対向するよう１つの磁気センサ３５を配置して風向を検出するように構成したが、本実施形態の風速計は、磁石３１と、第１磁気センサに相当する磁気センサ３６で風向の水平成分を検出するとともに、磁石３２と第２磁気センサに相当する磁気センサ３７で風向の垂直成分を検出するように構成されている。

本実施形態に係る風向計は、固定部５０と可動部４０を有している。固定部５０は、固定ステージ５１およびガイド部材５２を有している。

固定ステージ５１は、土台となる底板部に相当するものであり、上面が略正方形をなしている。固定ステージ５１およびガイド部材５２は、それぞれ樹脂を用いて構成されている。ガイド部材５２は、固定ステージ５１の両側面から鉛直方向に延びる２つの側板部５２ａと、２つの側板部５２ａを連結する天板部５２ｂを有している。固定ステージ５１の上面の１辺は１５ミリメートル程度となっている。また、固定ステージ５１の底面からガイド部材５２の上面までの高さは１７ミリメートル程度となっている。また、固定ステージ５１には、風速センサ６０が設けられている。

また、ガイド部材５２の天板部５２ｂには、穴部５２１が形成されている。また、この穴部５２１の鉛直下方向に位置する固定ステージ５１の中央上面には、穴部５１１が形成されている。

また、図１２に示すように、固定ステージ５１の中央上面に形成された穴部５１１の直下には、磁気センサ３６が格納されている。この磁気センサ３６は、上記第１実施形態の磁気センサ３５と同様の構成をしている。

また、固定ステージ５１には回路基板（図示せず）が格納されている。また、この回路基板には、電源を供給するための接続線８０ｂが接続されている。この接続線８０ｂを介して車両から電源が供給されるようになっている。

可動部４０は、第１部材に相当する枠状の枠部材４１および第２部材に相当する可動部材４２を有している。枠部材４１の上面の左右中央と下面の左右中央には、それぞれ外周側に突出する突起部４１１が形成されている。

枠部材４１の上面に形成された突起部４１１は、ガイド部材５２の天板部５２ｂに形成された穴部５２１に挿入され、枠部材４１の下面に形成された突起部４１１は、固定ステージ５１の中央上面に形成された穴部５１１に挿入される。

枠部材４１は、ガイド部材５２の天板部５２ｂに形成された穴部５２１と固定ステージ５１の中央上面に形成された穴部５１１を通る回転軸、すなわち、鉛直方向に延びる鉛直軸（第１の回転軸）周りに回動可能に固定部５０のガイド部材５２に支持されている。

また、枠部材４１の下面の左右中央に形成された突起部４１１の鉛直下方向に位置する固定ステージ５１には、２極に着磁された第１磁石に相当する円筒型磁石３１が設けられている。すなわち、この円筒型磁石３１と対向するように固定ステージ５１に格納された磁気センサ３６が配置されている。

枠部材４１の左右側面には、それぞれ固定部４１２が設けられている。各固定部４１２の内周側の面には、それぞれ穴部４１３が形成されている。また、本風向計を正面側から見て、右側の固定部４１２には、磁気センサ３７が格納されている。この磁気センサ３７は、上記第１実施形態の磁気センサ３５と同様の構成をしている。

可動部材４２は、胴体部４２１、羽根部４２２、アーム部４２３および回転支持部材４２４を有している。胴体部４２１、羽根部４２２、アーム部４２３および回転支持部材４２４は、樹脂にて一体成形されている。また、胴体部４２１は、丸みを帯びた先端部４２１ａを有している。

羽根部４２２は、水平方向に延びる薄板状の水平翼４２２ａと、水平翼４２２ａから垂直方向に延びる薄板状の垂直翼４２２ｂを有している。左右の水平翼４２２ａの先端には、それぞれ胴体部４２１と平行となるように胴体部４２１の先端部４２１ａ側へ延びるアーム部４２３が設けられている。

また、各アーム部４２３の先端には、それぞれ回転支持部材４２４が設けられている。また、各回転支持部材４２４には、枠部材４１の左右側面の内周側に形成された穴部４１３に挿入する突起部４２４ａが形成されている。各回転支持部材４２４に設けられた各突起部４２４ａが、枠部材４１の左右側面の内周側に形成された各穴部４１３に挿入され、可動部材４２が枠部材４１に支持されている。

可動部材４２は、枠部材４１の左右側面に形成された各穴部４１３を通る回転軸、すなわち、水平軸（第２の回転軸）周りに回動可能に枠部材４１に支持されている。

また、本風向計を正面側から見て、枠部材４１の右側の回転支持部材４２４には、２極に着磁された第２磁石に相当する円筒型磁石３２が格納されている。この円筒型磁石３２は、右側の固定部４１２に格納されている磁気センサ３７と対向するように配置されている。

なお、胴体部４２１のバランスは風向の垂直成分の計測に影響するため、無風の時に胴体部４２１が水平になるよう可動部材４２が構成されている。

次に、本実施形態の風向計の作動について説明する。本風向計は、固定ステージ５１の上面が設置面に対して水平となるように設置される。胴体部４２１は無風の状態では水平となる。なお、本風向計には、接続線８０ｂを介して車両から電源が供給されるようになっている。

本風向計は、水平方向からの風を受けると胴体部４２１は水平状態を維持したまま、胴体部４２１の先端部４２１ａが風上を吹くよう可動部材４２と枠部材４１が鉛直軸周りに回動する。このとき、枠部材４１とともに円筒型磁石３１も鉛直軸周りに回動する。

また、例えば、斜め上方向からの風向きに変わると、胴体部４２１の先端部４２１ａが風上を吹くよう可動部材４２が水平軸周りに回動する。このとき、可動部材４２とともに円筒型磁石３２が水平軸周りに回動する。

また、例えば、斜め下方向からの風向きに変わると、胴体部４２１の先端部４２１ａが風上を吹くよう可動部材４２が垂直下方向に回動する。このとき、可動部材４２とともに円筒型磁石３２が水平軸周りに回動する。

本実施形態の風速計は、一対の磁石３１と磁気センサ３６で風向の水平成分を検出するとともに、一対の磁石３２と磁気センサ３７で風向の垂直成分を検出するように構成されている。

図１４に示すように、本実施形態の風速計の磁気センサ３６、３７は、それぞれ磁気センサ３６、３７の回転軸Ｊが磁気センサ３６、３７の上面（検出面）に対して直交するように配置される。本実施形態の風速計は、回転軸Ｊを中心に円筒型磁石３１、３２を回転させると、図７に示したものと同様に、磁気センサ３６、３７のＡ相出力端子＋Ａ、−ＡからＡ相出力が出力され、Ｂ相出力端子＋Ｂ、−ＢからＢ相出力が出力される。

ここで、磁気センサ３６は、鉛直軸周りに回動可能に支持された枠部材４１に設けられた円筒型磁石３１の磁界を検出して、風向の水平成分を特定するための信号を出力する。

また、磁気センサ３７は、水平軸周りに回動可能に支持された可動部材４２に設けられた円筒型磁石３２の磁界を検出して、風向の垂直成分を特定するための信号を出力する。

制御部８１は、磁気センサ３６から出力されるＡ相出力およびＢ相出力から風向の水平成分および垂直成分を特定するとともに、磁気センサ３７から出力されるＡ相出力およびＢ相出力から風向の水平成分および垂直成分を特定する。

また、制御部８１は、風速センサ６０より入力される信号に基づいて風速を特定する風速特定処理を実施する。また、制御部８１は、風向の水平成分と垂直成分を示す情報とともに、風速センサ６０により検出された風速を外部機器であるＰＣ９１へ送信する処理を実施する。

本実施形態では、上記第１実施形態と共通の構成から奏される効果を第１実施形態と同様に得ることができる。

また、可動部４０は、鉛直軸周りに回動可能に固定部５０に支持された枠部材４１と、水平軸周りに回動可能に枠部材４１に支持された可動部材４２と、を備えている。更に、磁石は、枠部材４１に配置された円筒型磁石３１と、可動部材４２に配置された円筒型磁石３２により構成され、磁気センサは、円筒型磁石３１と対向するよう固定部５０に固定され、円筒型磁石３１が発生する磁界を検出して風向の水平成分を特定するための信号を出力する磁気センサ３６と、円筒型磁石３２と対向するよう枠部材４１に固定され、円筒型磁石３２が発生する磁界を検出して風向の垂直成分を特定するための信号を出力する磁気センサ３７により構成されている。

このように、風向の水平成分を特定するための信号を出力する磁気センサ３６と、風向の垂直成分を特定するための信号を出力する磁気センサ３７により、風向の水平成分および垂直成分を別々に検出するので、精度よく風向の水平成分と垂直成分を検出することができる。また、制御部８１の処理や回路構成を簡素化することも可能である。

なお、「発明が解決しようとする課題」の欄に記載した特許文献（特開２００１−２１５２４１号公報）に記載された風向風速計は、風向の垂直成分検出器と風向の垂直成分検出器を、鉄芯と巻き線を有するコイルと磁石を使用する構成となっているため、小型化が困難であり、例えば、ボンネットを閉じた状態におけるエンジンルーム内の狭小空間に設置するのは困難である。

また、この風向風速計は、電磁誘導によりコイルに発生する起電力を検出する方式となっているため、例えば、無風の状態では、磁石が静止してコイルに起電力が発生しないため胴体部が向いている方向を検出することができない。

これに対し、本実施形態に係る風向計は、磁気センサ３５に一定電圧を印加している間、磁気センサ３５からＡ相出力とＢ相出力が出力されるため、無風の状態でも、胴体部１１１が向いている方向を検出することが可能である。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、自動車のエンジンルーム（被測定空間）内の風向を検出する例を示したが、このような空間以外の風向を検出することもできる。

また、上記各実施形態では、１つの風向計で風向を検出する例を示したが、例えば、エンジンルーム内のような狭小空間に複数の風向計を設置して、複雑な空気の流れを解析するといったことも可能である。

また、上記各実施形態では、車両から接続線８０ａ、８０ｂを介して電源が供給されるように構成したが、電源を供給するための電池を格納するようにしてワイヤレス化してもよい。

また、上記各実施形態では、磁気センサ３５、風速センサ６０、温度センサ６１から出力された信号を用いて、制御部８１で、風向特定処理、風速特定処理および気温特定処理を行っているが、制御部８１では風向、風速、温度の特定処理を行わず、無線送信部８２を介してＰＣ９１へデータを無線送信した後、ＰＣ９１内のソフト上で風向特定処理、風速特定処理および気温特定処理を行うようにしてもよい。

また、上記各実施形態では、本風向計から無線送信部８２を介してＰＣ９１へデータを無線送信するようにしたが、風速計とＰＣ９１を有線で接続し、本風向計から有線通信でＰＣ９１へデータを送信するようにしてもよい。

また、上記第１実施形態では、風速センサ６０および温度センサ６１を備えた構成を示したが、必ずしも風速センサ６０および温度センサ６１を備える必要はない。また、図１５に示すように、更に、地磁気を検出して地磁気を示す信号を出力する３軸の地磁気センサ６２、傾斜角を検出して傾斜角を示す信号を出力する３軸の傾斜角センサ６３および湿度を検出して湿度を示す信号を出力する湿度センサ６４を固定ステージ２１に備えるようにしてもよい。なお、地磁気センサ６２は、加速度センサを用いて構成してもよい。また、これらの各センサ６０〜６４の少なくとも１つを備えた構成としてもよい。

また、第２実施形態では、風速センサ６０を備えた構成を示したが、必ずしも風速センサ６０を備える必要はない。また、図１５に示した各センサ６０〜６４の少なくとも１つを固定ステージ５１に備えた構成としてもよい。

特に、上記各実施形態において、地磁気センサ６２を備えることにより、本風向計がどの方位（方角）を向くように設置されているかを検出することができる。また、地磁気センサ６２の検出結果に基づいて風向の方位（方角）を特定することも可能である。

また、上記各実施形態において、傾斜角センサ６３を備えることによって、本風向計が傾斜して設置されているか否かを検出することができる。例えば、狭小空間に風向計を設置するような場合には、各風向計を水平に設置することができないことも考えられるが、傾斜角センサ６３を備えることにより、傾斜角センサ６３の検出結果に基づいて、風向を補正することも可能である。

また、上記各実施形態において、風速を検出する風速センサ６０、気温を検出する温度センサ６１および湿度を検出する湿度センサ６４のうち少なくとも１つのセンサを可動部１０、４０と接触しないよう底板部２１、５１に設けるようにしてもよい。可動部１０、４０の可動範囲を狭めないようにすることができる。

また、上記各実施形態において、風速センサ６０、温度センサ６１および湿度センサ６４のうち少なくとも１つのセンサを、底板部２１、４１の周縁部に配置するようにしてもよい。これにより、各センサによる風向への影響を低減することが可能である。

また、底板部２１、４１は、上面の外形形状が四角形をなしており、風速センサ６０、温度センサ６１および湿度センサ６４のうち少なくとも１つのセンサを底板部２１、４１の四角形の一辺に配置するようにしてもよい。これにより、各センサの測定条件を揃えることが可能である。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。

１０、４０ 可動部
２０、５０ 固定部
３０ 球型磁石
３１、３２ 円筒型磁石
３５〜３７ 磁気センサ
４０ 枠部材
１１０、４２ 可動部材
６１ 風速センサ
６２ 温度センサ
６３ 加速度センサ
６４ 湿度センサ
８１ 制御部
８２ 無線送信部

Claims (8)

1. 固定部（２０、５０）と、
   風上の方向を向くよう第１の回転軸周りおよび該第１の回転軸と直交する第２の回転軸周りに回動可能に前記固定部に取り付けられた可動部（１０、４０）と、
   前記可動部に配置され、磁界を発生する磁石（３０、３１、３２）と、
   前記磁石と対向するよう配置され、前記磁石が発生する磁界を検出して風向の水平成分と垂直成分を特定するための信号を出力する磁気センサ（３５〜３７）を備え、
   前記磁石は、１つの球型磁石（３０）により構成され、
   前記磁気センサは、前記球型磁石と対向するよう前記固定部に配置され、前記球型磁石が発生する磁界を検出して前記風向の水平成分と垂直成分を特定するための信号を出力する１つの磁気センサ（３５）により構成されていることを特徴とする風向計。
2. 前記可動部は、前記第１の回転軸周りに回動可能に前記固定部に支持された第１部材（４１）と、
   前記第２の回転軸周りに回動可能に前記第１部材に支持された第２部材（４２）と、を備え、
   前記磁石は、前記第１部材に配置された第１磁石（３１）と、前記第２部材に配置された第２磁石（３２）により構成され、
   前記磁気センサは、前記第１磁石と対向するよう前記固定部に固定され前記第１磁石が発生する磁界を検出して前記風向の水平成分を特定するための信号を出力する第１磁気センサ（３６）と、前記第２磁石と対向するよう前記第１部材に固定され、前記第２磁石が発生する磁界を検出して前記風向の垂直成分を特定するための信号を出力する第２磁気センサ（３７）により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の風向計。
3. 地磁気を検出して地磁気を示す信号を出力する地磁気センサ（６２）を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の風向計。
4. 前記固定部の傾斜角を検出して傾斜角を示す信号を出力する傾斜角センサ（６３）を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の風向計。
5. 前記固定部は、土台となる底板部（２１、５１）を有し、
   風速を検出する風速センサ（６０）、気温を検出する温度センサ（６１）および湿度を検出する湿度センサ（６４）のうち少なくとも１つのセンサが前記可動部と接触しないよう前記底板部に設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の風向計。
6. 前記風向の水平成分と垂直成分を示す情報とともに、前記風速を検出する風速センサ（６０）、気温を検出する温度センサ（６１）および湿度を検出する湿度センサ（６４）のうち少なくとも１つのセンサで検出された情報を外部機器（９１）へ送信する送信手段（８２）を備えたことを特徴とする請求項５に記載の風向計。
7. 前記風速センサ、前記温度センサおよび前記湿度センサのうち少なくとも１つのセンサは、前記底板部の周縁部に配置されていることを特徴とする請求項５または６に記載の風向計。
8. 前記底板部は、上面の外形形状が四角形をなしており、
   風速を検出する風速センサ、温度を検出する温度センサおよび湿度を検出する湿度センサのうち少なくとも２つのセンサを備え、
   前記風速センサ、前記温度センサおよび前記湿度センサのうち少なくとも２つのセンサは、前記底板部の前記四角形の一辺に配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の風向計。

Images