JP6583116B2 - 風向計 - Google Patents

Description

本発明は、風向を検出することの可能な風向計に関する。

従来、特許文献１に記載の風向計がある。特許文献１に記載の風向計は、枠部材と、検出器と、風向センサとを備えている。枠部材は、支持部材に設けられた第１軸受けにより、第１方向に延びる第１回転軸を中心として回転自在に支持されている。検出器は、検出本体と、羽根とを有している。検出本体は、枠部材の内側に配置されている。検出本体は、枠部材に設けられた第２軸受けにより、第１方向に直交する第２方向に延びる第２回転軸を中心として枠部材に対して回転自在に支持されている。羽根は、検出本体のうち第２回転軸に対する直交方向一端側に配置されている。羽根は、空気流れを受けて枠部材及び検出本体をそれぞれ回転させるとともに、検出本体のうち第２回転軸に対する直交方向他端側を空気流れ上流側に向ける。風向センサは、検出本体に配置されている。風向センサは、検出本体のうち第２回転軸に対する直交方向他端側が向く方向として風向を検出する。

また、特許文献１に記載の風向計では、支持部材、第１軸受け、第１回転軸、枠部材、第２軸受け、第２回転軸、及び検出本体を通る配線が設けられている。風向センサの検出信号は、この配線を介して外部のＰＣに出力される。より詳しくは、第１回転軸における第１軸受けにより支持されている部分の外面には、電極が設けられている。第１軸受けには、第１回転軸の電極が摺動する部分に電極が設けられている。第１回転軸が回転する際、第１回転軸の電極が第１軸受けの電極を摺動することにより、それらの間の電気的な接続が確保されている。第２回転軸及び第２軸受けにも、同様の電極を利用した配線構造が設けられている。

特開２０１５−２２２２１９号公報

ところで、特許文献１に記載の風向計では、支持部材、第１軸受け、第１回転軸、枠部材、第２軸受け、第２回転軸、及び検出本体の全てに配線構造が必要である。これが、風向計の構造を複雑化させる要因となっている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、配線構造を簡素化することのできる風向計を提供することにある。

上記課題を解決するために、風向計（１０）は、受風部（４０）と、被検出部（５０，１００）と、位置検出部（６０，９０）と、演算部（７０）と、中空の球体（２０）と、を備える。受風部は、空気流を受けることにより動作する。被検出部は、受風部の動作に基づいて変位する。位置検出部は、被検出部の位置を非接触で検出する。演算部は、位置検出部により検出される被検出部の位置に基づいて受風部の受けている空気流の向きを演算する。球体の中心点を通り、且つ互いに直交する２つの軸線を第１軸線及び第２軸線とするとき、受風部は、第１軸線上に位置するように球体の外部に設けられ、空気流を受けることにより、第１軸線を中心とする回転方向、及び第１軸線に直交し、且つ第２軸線に平行な第３軸線を中心とする回転方向に回転動作するものである。被検出部は、球体の内部に配置され、受風部が第１軸線を中心とする回転方向に回転したとき、第１軸線を中心とする回転方向に回転動作するとともに、受風部が第３軸線を中心とする回転方向に回転したとき、第２軸線を中心とする回転方向に回転動作するものである。位置検出部は、球体の中心点を基点に放射状に分散されて球体の内面全体に複数設けられ、球体の中心点を中心とする被検出部の回転位置を非接触で検出する。

この構成によれば、受風部に配線構造を設ける必要がない。そのため、風向計の配線構造を簡素化することができる。

なお、上記手段、及び特許請求の範囲に記載の括弧内の符号は、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一例である。

本発明によれば、配線構造を簡素化することのできる風向計を提供することができる。

実施形態の風向計の部分端面構造を示す端面図である。 実施形態の風向計における球体及びリンク機構の連結部分の構造を拡大して示す拡大図である。 実施形態の風向計の電気的な構成を示すブロック図である。 実施形態の風向計の動作例を示す端面図である。 他の実施形態の風向計の部分端面構造を示す端面図である。 他の実施形態の風向計の電気的な構成を示すブロック図である。

以下、風向計の一実施形態について説明する。
図１に示されるように、本実施形態の風向計１０は、球体２０と、リンク機構３０と、風見鶏４０と、光源５０と、フォトセンサ６０とを備えている。

球体２０は、中空に形成されている。球体２０には、内面から外面に貫通する貫通孔２１が形成されている。貫通孔２１は、軸線ｍ１を中心に円形状に形成されている。貫通孔２１には、リンク機構３０が挿入されている。

リンク機構３０は、風見鶏４０の姿勢の変化に基づいて光源５０の位置を変化させるように構成されている。リンク機構３０は、筒状部材３１と、支柱３２と、アーム部材３３と、ワイヤ３４，３５とを有している。

筒状部材３１は、軸線ｍ１を中心に円筒状に形成されている。筒状部材３１は、球体２０の貫通孔２１に挿入されている。筒状部材３１の中央部の外面には、一対のフランジ部３１０，３１１が形成されている。図２に示されるように、これらのフランジ部３１０，３１１の間には、貫通孔２１の内壁が嵌合されている。この嵌合構造により、筒状部材３１が球体２０に対して支持されている。また、フランジ部３１０，３１１が貫通孔２１の内壁に対して摺動可能になっている。この摺動構造により、筒状部材３１は、球体２０に対して軸線ｍ１を中心とする回転方向に相対的に変位可能となっている。

支柱３２は、軸線ｍ１に沿って延びる棒状の部材である。支柱３２は、筒状部材３１の内部に挿入されている。図２に示されるように、支柱３２の外面には、軸線ｍ１に直交する方向に延びるピン３２０が形成されている。ピン３２０は、筒状部材３１に形成された嵌合孔３１２に嵌合されている。この嵌合構造により、支柱３２は筒状部材３１に対して固定されている。支柱３２の外径は、筒状部材３１の内径よりも小さい。したがって、支柱３２の外面と筒状部材３１の内面との間には隙間が形成されている。

図１に示されるように、支柱３２の先端部３２１は、筒状部材３１の先端部３１３よりも球体２０の径方向外側に向かって延びている。支柱３２の先端部３２１には、風見鶏４０が連結されている。支柱３２の基端部３２２は、筒状部材３１の基端部３１４よりも球体２０の径方向内側に向かって延びており、球体２０のほぼ中心点に位置している。支柱３２の基端部３２２には、アーム部材３３が連結されている。

アーム部材３３は、支柱３２の基端部３２２から球体２０の内面に向かって延びるように配置された棒状の部材である。アーム部材３３の基端部３３０は、シャフト３３２を介して支柱３２の基端部３２２に連結されている。シャフト３３２は、軸線ｍ１に直交し、且つ球体２０の中心点を通る軸線ｍ２に沿って延びている。このシャフト３３２により、アーム部材３３は、支柱３２の基端部３２２において軸線ｍ２を中心に回転可能に支持されている。アーム部材３３の先端部３３１には、光源５０が設けられている。

ワイヤ３４，３５は、支柱３２の外面と筒状部材３１の内面との間に形成された隙間に配置されている。ワイヤ３４，３５のそれぞれの一端部は、アーム部材３３の基端部３３０に連結されている。ワイヤ３４，３５のそれぞれの他端部は、風見鶏４０に連結されている。

風見鶏４０は、空気流を受けた際に、その先端部４１が空気流の向きの上流側に向くように姿勢を変化させる。風見鶏４０は、シャフト４２を介して支柱３２の先端部３２１に連結されている。シャフト４２は、軸線ｍ１に直交し、且つ軸線ｍ２に平行な軸線ｍ３に沿って延びている。このシャフト４２により、風見鶏４０は、支柱３２の先端部３２１において軸線ｍ３を中心に回転可能に支持されている。本実施形態では、風見鶏４０が、空気流を受けることにより動作する受風部に相当する。

光源５０は、アーム部材３３の先端部３３１に設けられている。光源５０は、球体２０の内面に向けて光を発する。本実施形態では、光源５０が、風見鶏４０の動作に基づいて変位する被検出部に相当する。

フォトセンサ６０は、球体２０の内面全体に分散されて複数設けられている。より詳しくは、フォトセンサ６０は、球体２０の中心点を基点に放射状に分散されて球体２０の内面に複数設けられている。フォトセンサ６０は、光源５０から発せられる光を光学的に検出して信号を出力する。したがって、図１に示されるように、複数のフォトセンサ６０のうちの１つのフォトセンサ６１に光源５０が対向している場合には、このフォトセンサ６１から所定値以上の信号が出力される。本実施形態では、フォトセンサ６０が、光源５０の位置を非接触で検出する位置検出部に相当する。

次に、風向計１０の電気的な構成について説明する。
図３に示されるように、演算部７０は、ＣＰＵ７１やメモリ７２等を有するマイクロコンピュータを中心に構成されている。演算部７０には、複数のフォトセンサ６０のそれぞれの出力信号が取り込まれている。演算部７０は、メモリ７２に予め記憶された処理プログラムを実行することにより、フォトセンサ６０のそれぞれの出力信号に基づいて風向を演算し、演算された風向を表示部８０に表示する。

具体的には、演算部７０は、複数のフォトセンサ６０のそれぞれの出力信号を所定の周期で取得している。なお、演算部７０と複数のフォトセンサ６０との間の通信は、有線通信に限らず、無線通信であってもよい。演算部７０は、複数のフォトセンサ６０のうち、閾値以上の信号を出力しているフォトセンサの位置に光源５０が位置していると判定し、判定された光源５０の位置に基づいて風向を検出する。なお、閾値は、フォトセンサ６０に光源５０が対向しているか否かを検出することができるように予め実験等により設定されている。また、演算部７０のメモリ７２には、光源５０の位置と風向との関係を示すマップが予め記憶されている。演算部７０は、このメモリ７２に記憶されているマップに基づいて、フォトセンサの位置から風向をマップ演算する。

次に、本実施形態の風向計１０の動作例について説明する。
風見鶏４０が空気流を受けることにより、軸線ｍ３を中心とする回転方向の力が風見鶏４０に付与された場合、風見鶏４０は、シャフト４２を中心に、換言すれば軸線ｍ３を中心に回転する。この風見鶏４０の回転動作に伴ってアーム部材３３がワイヤ３４，３５により引っ張られることにより、アーム部材３３が軸線ｍ２を中心に回転する。これにより、光源５０も軸線ｍ２を中心に回転する。

また、風見鶏４０が空気流を受けることにより、軸線ｍ１を中心に回転する方向の力が風見鶏４０に付与された場合、筒状部材３１のフランジ部３１０，３１１が球体２０の貫通孔２１の内壁に対して摺動する。これにより、風見鶏４０は、支柱３２及び筒状部材３１と一体となって軸線ｍ１を中心に回転する。また、支柱３２が軸線ｍ１を中心に回転することにより、アーム部材３３も軸線ｍ１を中心に回転する。

このように、風見鶏４０は、軸線ｍ３を中心とする回転方向、及び軸線ｍ１を中心とする回転方向に回転動作することが可能となっている。風見鶏４０は、この回転動作により、自身が空気流を受けている方向に向けて姿勢を変化させる。また、この風見鶏４０の回転動作に基づいて、光源５０が、軸線ｍ２を中心とする回転方向、及び軸線ｍ１を中心とする回転方向に回転動作する。この光源５０の回転動作は、球体２０の中心点を中心とする回転動作となっている。演算部７０は、この光源５０の位置をフォトセンサ６０により検出することで、風見鶏４０の受けている空気流の向きを演算する。

例えば、図４に示されるように、矢印Ｗで示される方向の空気流を風見鶏４０が受けている場合、風見鶏４０は、軸線ｍ３を中心に回転する。この風見鶏４０の回転動作に伴い、光源５０の位置が軸線ｍ２を中心とする回転方向に変化し、複数のフォトセンサ６０のうちの所定のフォトセンサ６２に対向する。これにより、フォトセンサ６２の出力信号が閾値以上になる。この際、演算部７０は、閾値以上の信号を出力しているフォトセンサ６２の位置に光源５０が位置していると判定し、判定された光源５０の位置に基づいて、風向が矢印Ｗで示される方向であることを検出する。また、演算部７０は、検出された風向を表示部８０に表示する。

また、図示は省略するが、風見鶏４０が空気流を受けることにより軸線ｍ１を中心に回転した場合、光源５０が軸線ｍ１を中心に回転する。この光源５０の回転位置の変化により、閾値以上の信号を出力するフォトセンサの位置が変化する。よって、演算部７０は、同様に、閾値以上の信号を出力しているフォトセンサ６０の位置に基づいて、風向を検出することができる。

なお、軸線ｍ１を中心とする回転方向と、軸線ｍ３を中心とする回転方向とが合成された回転方向に風見鶏４０が回転した場合にも、同様に演算部７０が風向を検出できることは言うまでもない。

以上説明した本実施形態の風向計１０によれば、以下の（１）〜（３）に示される作用及び効果を得ることができる。

（１）本実施形態の風向計１０では、受風部に相当する風見鶏４０に配線構造を設ける必要がない。そのため、風向計１０の配線構造を簡素化することができる。

（２）光源５０は、被検出部として、中空の球体２０の内部に配置され、風見鶏４０の動作に基づいて球体２０の中心点を中心に回転動作する。フォトセンサ６０は、光源５０から発せられる光を検出する。具体的には、フォトセンサ６０は、位置検出部として、球体２０の内面に配置され、球体２０の中心点を中心とする光源５０の回転位置を非接触で検出する。このような構成によれば、被検出部と位置検出部との非接触構造を容易に実現することができる。

（３）フォトセンサ６０は、球体２０の中心点を基点に放射状に分散されて球体２０の内面に複数設けられている。これにより、軸線ｍ１を中心とする光源５０の回転位置、及び軸線ｍ２を中心とする光源５０の回転位置をそれぞれ検出することができるため、結果的に全方位の風向を検出することが可能となる。

なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、被検出部として光源５０を用いるとともに、位置検出部としてフォトセンサ６０を用いたが、被検出部及び位置検出部のそれぞれの構成は適宜変更可能である。例えば図５及び図６に示されるように、球体２０の内面には、フォトセンサ６０に代えて、近接センサ９０を配置してもよい。この場合、アーム部材３３の先端部３３１には、光源５０に代えて金属部材１００を設ける。近接センサ９０としては、例えば検出コイルと発振回路とにより構成されるものを用いることができる。この近接センサ９０では、検出コイルから発せられる高周波の磁界中に金属部材１００が接近すると、金属部材１００に電磁誘導現象により誘導電流が流れ、金属部材１００内に熱損失が発生する。この熱損失により、発振回路が発振状態を維持できなくなるため、発振が減衰又は停止する。近接センサ９０は、発振回路の発振が減衰又は停止した際に所定の信号を出力するように構成されている。

・演算部７０は、風向計１０の姿勢に基づいて、検出された風向を補正してもよい。例えば、球体２０に姿勢センサ及び地磁気センサを設ける。姿勢センサは、例えば重力加速度の方向を検出することにより、鉛直方向に対する風向計１０の相対的な傾斜角を検出するとともに、検出された傾斜角に応じた検出信号を出力する。地磁気センサは、地磁気の方向を検出するとともに、検出された地磁気の方向に応じた検出信号を出力する。演算部７０は、姿勢センサの検出信号及び地磁気センサの検出信号を所定の周期で取り込む。演算部７０は、姿勢センサ及び地磁気センサのそれぞれの検出信号に基づいて、鉛直方向及び地磁気方向に対する風向計１０の姿勢を検出するとともに、検出された風向計１０に基づいて風向補正値を演算する。演算部７０は、フォトセンサ６０の出力信号に基づいて風向を演算した後、演算された風向を風向補正値に基づいて補正する。このような構成によれば、風向計１０が起伏の大きい場所に設置されている場合でも、正確な風向を検出することが可能になるとともに、風向計１０の設置場所の変更も容易となる。

・演算部７０が提供する手段及び／又は機能は、実体的なメモリ７２に記憶されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組み合わせにより提供することができる。例えば演算部７０がハードウェアである電子回路により提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路により提供することができる。

・本発明は上記の具体例に限定されるものではない。すなわち、上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素及びその配置、形状、サイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１０：風向計
２０：球体
４０：風見鶏（受風部）
５０：光源（被検出部）
６０：フォトセンサ（位置検出部）
７０：演算部
９０：近接センサ（位置検出部）
１００：金属部材（被検出部）

Claims (3)

1. 空気流を受けることにより動作する受風部（４０）と、
   前記受風部の動作に基づいて変位する被検出部（５０，１００）と、
   前記被検出部の位置を非接触で検出する位置検出部（６０，９０）と、
   前記位置検出部により検出される前記被検出部の位置に基づいて前記受風部の受けている空気流の向きを演算する演算部（７０）と、
   中空の球体（２０）と、を備え、
   前記球体の中心点を通り、且つ互いに直交する２つの軸線を第１軸線及び第２軸線とするとき、
   前記受風部は、
   前記第１軸線上に位置するように前記球体の外部に設けられ、
   空気流を受けることにより、前記第１軸線を中心とする回転方向、及び前記第１軸線に直交し、且つ前記第２軸線に平行な第３軸線を中心とする回転方向に回転動作するものであり、
   前記被検出部は、
   前記球体の内部に配置され、
   前記受風部が前記第１軸線を中心とする回転方向に回転したとき、前記第１軸線を中心とする回転方向に回転動作するとともに、
   前記受風部が前記第３軸線を中心とする回転方向に回転したとき、前記第２軸線を中心とする回転方向に回転動作するものであり、
   前記位置検出部は、
   前記球体の中心点を基点に放射状に分散されて前記球体の内面全体に複数設けられ、前記球体の中心点を中心とする前記被検出部の回転位置を非接触で検出する
   風向計。
2. 前記被検出部は、光源であり、
   前記位置検出部は、前記光源から発せられる光を検出するフォトセンサ（６０）である
   請求項１に記載の風向計。
3. 前記位置検出部は、前記被検出部の接近を検出する近接センサ（９０）である
   請求項１又は２に記載の風向計。

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