JPH08160065A

JPH08160065A - 風向計および風向風速計

Info

Publication number: JPH08160065A
Application number: JP6298687A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Maruyama; 一夫丸山; Norikazu Hashimoto; 能和橋本; Fumio Masuda; 文男増田; Minoru Sakaimoto; 実堺本
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1994-12-01
Filing date: 1994-12-01
Publication date: 1996-06-21

Abstract

(57)【要約】【目的】小型の尾翼で微風速時における風向の測定精
度を向上させる。【構成】鉛直方向に保持される回転軸に直交し回動自
在に取付けられた胴体の一端に尾翼を備え、この尾翼の
端部に回転軸に直交する平面による断面がＶ字形のフラ
ップを設ける。【効果】小型化されるので保守性を向上させることが
でき、製造コストを低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気象測定装置として利
用する。本発明は、簡便であり微風の場合にも風向を測
定することができる風向計または風向風速計の改良に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の風向計および風向風速計は、図１
６（ａ）または（ｂ）に示すように、鉛直方向に保持さ
れる回転軸１２と、この回転軸１２に直交する胴体１３
と、この胴体１３の一端に設けられた平板状の大型の尾
翼１４とを備え、順風方向（真の風向）に対し胴体１３
の示す方向に偏角がある場合に、尾翼１４に風があたる
ことによって発生する水平方向揚力により、胴体１３を
順風方向に向けようとするトルクが回転軸１２まわりに
発生する。この回転軸回りのトルクによって胴体１３は
順風方向に向けられ安定した状態に保ち、そのときの回
転軸１２の回転角度が風向風速検出器１０により検出さ
れる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように風向は胴体
１３の回転によって示されるので、尾翼１４に発生する
揚力によるトルクが軸受１１および風向風速検出器１０
の回転抵抗を含む回転軸１２の静的負荷トルクよりも大
きくなければ胴体１３は順風方向を示すことができな
い。そのために風向の測定精度を向上させようとするに
は、図１６（ａ）または（ｂ）に示すように胴体１３と
比較して尾翼１４を大きくすることにより受風面積を大
きくするか、あるいは回転軸１２の中心から尾翼１４ま
での距離を大きくして小さな風力でも大きな回転トルク
を得られるようにする必要がある。特に、微風速時にお
ける風向の測定を高い精度で行おうとする場合には、さ
らに尾翼１４を大きくするか、胴体１３を長くしなけれ
ばならず、大型化して保守性が悪くなり、製造コストを
高くし、適用範囲が限定され例えばスポーツ競技場等で
使用することができないなどの問題がある。

【０００４】本発明はこのような背景に行われたもの
で、微風速時における風向を高い精度で測定することが
できる小型の風向計および風向風速計を提供することを
目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は微風速時でも高
い精度で風向を測定できるようにするもので、その第一
の観点は、鉛直方向に保持される回転軸（２）と、この
回転軸に回動自在に取付けられた胴体（３）と、この胴
体（３）の一端に設けられた平板状の尾翼（４）とを備
えた風向計において、前記尾翼（４）に前記回転軸に直
交する平面による断面がＶ字形のフラップ（５）が設け
られたことを特徴とする。前記尾翼（４）および前記フ
ラップ（５）はプラスチック一体成形品であることが望
ましい。

【０００６】また、その第二の観点は、鉛直方向に保持
される回転軸（２）と、この回転軸に回動自在に取付け
られた胴体（３）と、この胴体（３）の一端に設けられ
た平板状の尾翼（４）と、この胴体に設けられ風力に応
じて回転するプロペラとを備えた風向風速計において、
前記尾翼（４）に前記回転軸に直交する平面による断面
がＶ字形のフラップ（５）が設けられたことを特徴とす
る。

【０００７】本発明で「Ｖ字形」とは、その断面形状が
直線で形成されたもののほかに、曲面で形成されたも
の、流線形で形成されたものを含む。

【０００８】

【作用】胴体の鉛直方向に回転軸が回動自在に取付けら
れ、この胴体の一端に設けられた平板状の尾翼に回転軸
に直交する平面による断面がＶ字形のフラップが設けら
れているので、このＶ字形のフラップが尾翼の受風面積
を大きくし、風速が１ｍ／ｓｅｃ以下の微風速のときで
あっても大きな揚力が得られ、回転軸まわりのトルクを
増大させることができる。

【０００９】図４（ａ）は従来の風向計、同図（ｂ）は
本発明による風向計の平面形状を模式的に示したもので
あるが、尾翼の幅（図示せず）および尾翼長Ａを同寸法
で形成して尾翼面積Ｓを同等になるようにし、同じ偏角
θで風に向けた場合に、順風方向からの受風有効幅Ｂお
よびＢ′はＢ＜Ｂ′となり、本発明による尾翼の受風面
積が増加することがわかる。これにより、回転軸まわり
のトルクが増加し、微風速時であっても大きな揚力が得
られ、指示精度を高めることができ、これに伴って小型
化をかはることができる。

【００１０】尾翼およびフラップはプラスチックにより
一体成形することができるので、フラップを設けたこと
によって部品点数を増加させることはなく、尾翼が小型
化することにより金型が小さくなるとともに、プラスチ
ック材料の使用量が少なくなり、製造コストを低減する
ことができる。小型化することにより適用範囲が拡大す
る。

【００１１】風向風速計においても全く同様の構成にす
ることができ、同様の効果を得ることができる。

【００１２】

【実施例】次に、本発明実施例を図面に基づいて説明す
る。

【００１３】（第一実施例）図１（ａ）は本発明第一実
施例における風向計の要部の構成を示す側面図、（ｂ）
はその尾翼のＶ字形状を示す部分平面図、図２（ａ）は
本発明第一実施例における風向風速計の要部の構成を示
す側面図、（ｂ）はその尾翼のＶ字形状を示す部分平面
図である。

【００１４】本発明第一実施例における風向計は、図１
に示すように、鉛直方向に保持される回転軸２と、この
回転軸に回動自在に取付けられた胴体３と、この胴体３
の一端に設けられた平板状の尾翼４とを備え、本発明の
特徴として、尾翼４に回転軸２に直交する平面による断
面がＶ字形のフラップ５が設けられる。尾翼４およびフ
ラップ５はプラスチックにより一体成形される。

【００１５】胴体３の他端にはバランスウエイト６が備
えられ、回転軸２は筐体８内に軸受１により支持され、
その下端部は風向検出器７に連結される。風向検出器７
は回転軸２の回転角度により風向を検出し風向信号を出
力する。

【００１６】また、本発明第一実施例における風向風速
計は、図２に示すように、鉛直方向に保持される回転軸
２と、この回転軸２に回動自在に取付けられた胴体３
と、この胴体３の一端に設けられた平板状の尾翼４と、
この胴体３に設けられ風力に応じて回転するプロペラ９
とを備え、さらに、風向計と同様に、尾翼４に回転軸２
に直交する平面による断面がＶ字形のフラップ５が設け
られる。回転軸２は筐体８内に軸受１により支持され、
その下端部は風向風速検出器１０に連結される。風向風
速検出器１０は回転軸２の回転角度により風向を検出す
るとともに、プロペラ９の回転速度により風速を検出
し、風向風速出力信号を出力する。

【００１７】ここで、図３を参照して風向測定における
一般的原理について説明する。

【００１８】風向計が順風方向に対しある偏角をもって
対向したときに、Ｔ_M：回転軸まわりのトルクｒ：回転軸中心から尾翼の中心までの距離Ｌ：揚力とすると、Ｔ_M≒ｒ×Ｌの関係があり、揚力Ｌは、Ｓ：受風面積Ｃ_L：揚力係数１／２ρｖ²：動圧 ρ ：空気密度ｖ：風速とすると、Ｌ＝Ｃ_L・１／２ρｖ²・Ｓで求められる。

【００１９】すなわち、回転軸中心から尾翼中心までの
距離ｒまたは揚力Ｌ、あるいはそのいずれかを大きくす
ることにより回転軸まわりのトルクＴ_Mは大きくなる。
また、揚力Ｌは同じ風速の場合に受風面積Ｓを大きくす
れば大きくなる。

【００２０】このような風力により生じる回転軸まわり
のトルクＴ_Mに対向して、風向計および風向風速計には
軸受や検出器による静的負荷トルクＴ_Sがあるので、Ｔ_M≦Ｔ_S になるような微風速のときは風向を測定することができ
ず、Ｔ_M≧Ｔ_S になる風速があっても、Ｔ_Mの値がＴ_Sの値に近くなる
ほど測定精度は低下する。

【００２１】本発明はこのような原理に基づくもので、
尾翼４に回転軸２に直交する平面による断面がＶ字形の
フラップ５を設けたことにより、同一投影形状で、同一
偏角θの状態にあった場合に、図４（ａ）および（ｂ）
に示すように、受風面積がきめられる辺の長さが従来Ｂ
であったのに対し本発明ではそれよりも大きいＢ′とな
る。したがって回転軸２まわりのトルクＴ_Mは大きくな
り、そのために、微風時における測定範囲が拡大される
とともに、測定精度が高められ、その構造を小型化する
ことが可能となる。

【００２２】ここで、本発明第一実施例における風向風
速計を用いて行った試験およびその結果について説明す
る。

【００２３】尾翼４として、図５（ａ）および（ｂ）に
示す高さ３００ｍｍ、幅２００ｍｍ、厚さ２ｍｍのアク
リル板の後部に３０度の角度で５０ｍｍにわたりＶ字形
のフラップが設けられた試料（１）と、図６（ａ）およ
び（ｂ）に示す高さ３００ｍｍ、幅２００ｍｍ、厚さ２
ｍｍのアクリル板の平板状の試料（２）とを用い、この
試料（１）および（２）をそれぞれ図７に示す試験用風
向風速計に取付け試験を行った。この試験用風向風速計
は全長４８０ｍｍ、試料（１）および（２）の後端から
回転軸中心まで３２０ｍｍのものを用いた。

【００２４】試験用風向風速計には、偏角検出のため
に、測定分解能１．４度で８ビットのアブソリュート・
エンコーダ２０が設けられている。この風向風速計を風
洞内に図８（ａ）に示すように胴体が気流の方向と直交
する状態で設置し、試験風速（ｖ）を０．６、０．８、
１．０、１．２５、１．５、２．０（ｍ／ｓｅｃ）の６
段階として、それぞれ６回の試験を行い図８（ｂ）に示
す偏角（θ）を測定した。その試験結果を〔表１〕に示
す。〔表１〕中の数字は６回の試験中の最大値である。

【００２５】

【表１】この結果からわかるように、本発明による試料（１）の
場合は０．６ｍ／ｓｅｃ、０．８ｍ／ｓｅｃの微風の範
囲で図８（ｂ）に示す偏角θは１．４度を示し、風速
１．０ｍ／ｓｅｃ以上では０度を示した。これに対し従
来例による平板状の試験（２）の場合は、風速１．２５
ｍ／ｓｅｃ以下では偏角θ１．４度以上を示し、特に、
風速０．６ｍ／ｓｅｃの微風では偏角が４．２度を示
し、本発明による尾翼がきわめて有効であることが証明
された。

【００２６】（第二実施例）本発明第二実施例は、尾翼
４にＶ字形のフラップ５が設けられたことによって強風
速時に生じる渦などの伴流をすみやかに後方に流し、風
向指示の安定性を高めるものでそのいくつかの例をあげ
て説明する。

【００２７】図９は本発明第二実施例における丸穴付尾
翼の形状を示す斜視図である。この例は、尾翼４に設け
られたＶ字形のフラップに、尾翼４の垂直方向の中心線
にその中心が一致する複数（本例では３個）の丸穴２１
が形成されたもので、強風速時にフラップ５の前面に発
生した伴流がこの丸穴２１から後方に流されることによ
り、胴体３が順風方向に向かって安定した状態を維持す
ることができる。

【００２８】図１０は本発明第二実施例における角穴付
尾翼の形状を示す斜視図である。この例は、Ｖ字形フラ
ップ５に、尾翼４の垂直方向の中心線に対象になるよう
に角穴２２が設けられたもので、強風速時に生じた伴流
がこの角穴２２から後方に流されて胴体３を安定状態に
する。

【００２９】図１１は本発明第二実施例における円筒穴
付尾翼の形状を示す斜視図である。この例の場合は尾翼
４の胴体３を中心とした上下に円筒穴２３が設けられ
る。フラップ５の前面に発生した伴流はこの円筒穴２３
から後方に流され胴体３を安定した状態に維持する。

【００３０】図１２は本発明第二実施例における補助翼
付尾翼の形状を示す斜視図である。この例は尾翼４の後
部にＶ字形になるように二枚の補助翼２４が所定の空間
をもって設けられる。この例の場合も強風速時に補助翼
２４の全面に発生した伴流はその空間から後方に流され
て、胴体３を順風方向に向けて安定させることができ
る。

【００３１】（第三実施例）本第三実施例は、尾翼に受
風面が曲面で形成された肉厚のフラップを形成し、強風
速時に生じる伴流を曲面に沿って後方に流し風向指示の
安定性を高めるもので、その例を次に説明する。

【００３２】図１３は本発明第三実施例における曲面フ
ラップ付尾翼の形状を示す斜視図である。この例は、第
一実施例におけるフラップ５の受風面を曲面で形成した
肉厚の曲面フラップ５ａを尾翼４に備えたもので、微風
速時の受風面積を大きくするとともに、強風速時に発生
する伴流を曲面に沿って後方に流し、胴体を順風方向に
向けて安定される。

【００３３】図１４は本発明第三実施例における流線形
状の曲面付尾翼の形状を示す斜視図である。この例の場
合は、尾翼４に流線形状の曲面体５ｂが備えられ、この
曲面体５ｂの前部曲面が微風速時における受面積を大き
くし、かつ強風速時には渦などによる伴流を後部曲面に
沿ってすみやかに流し胴体の安定をはかることができ
る。

【００３４】（第四実施例）図１５（ａ）は本発明第四
実施例における可変型フラップ付尾翼の形状を示す平面
図である。本発明第四実施例は、尾翼４の後端部にピン
２７により支持された二枚の可変型フラップ２５を備
え、この可変型フラップ２５の間に付勢力を与えるスプ
リング２６が備えられる。本例の場合は、微風速時にお
いてはスプリング２６の付勢力により図１５（ａ）に示
すように可変型フラップ２５の開先角度を大きくして受
風面積を拡大する。強風速になるに伴って可変型フラッ
プ２５が受ける風力が強くなるので、スプリング２６は
同図（ｂ）に示すように圧縮されて開先角度が小さくな
り、伴流の発生を回避する。

【００３５】強風速時には受風面積が小さくても風圧が
強いために胴体３は安定状態を維持することができる。
本実施例は風速の強弱に応じて受風面積が変えられるの
で、風向測定精度を広い範囲にわたって向上させること
ができる。なお、本例ではコイル状のスプリング２６を
用いたが、板ばねを使用しても同様の効果を得ることが
できる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、微
風速時における風向の測定精度を尾翼を大型にすること
なく向上させることができ、小型化にともなって保守性
の向上および製造コストの低減をはかることができる。
小型化されたことにより、設置スペースの小さいスポー
ツ競技場等にも適用範囲を拡大することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明第一実施例における風向計の要
部の構成を示す側面図、（ｂ）はその尾翼のＶ字形状を
示す部分平面図。

【図２】（ａ）は本発明第一実施例における風向風速計
の要部の構成を示す側面図、（ｂ）はその尾翼のＶ字形
状を示す部分平面図。

【図３】本発明第一実施例における風向測定原理を説明
する図。

【図４】（ａ）は従来例における尾翼の受風状態を説明
する図、（ｂ）は本発明第一実施例における尾翼の受風
状態を説明する図。

【図５】（ａ）は本発明第一実施例における尾翼の試験
試料の形状を示す側面図、（ｂ）はその平面図。

【図６】（ａ）は従来例における尾翼の試験試料の形状
を示す側面図、（ｂ）はその平面図。

【図７】本発明実施例における試験用風向風速計の構成
を示す側面図。

【図８】（ａ）は本発明実施例における試験用風向風速
計の試験前の状態を示す平面図、（ｂ）はその試験後の状態を示す平面図。

【図９】本発明第二実施例における丸穴付尾翼の形状を
示す斜視図。

【図１０】本発明第二実施例における角穴付尾翼の形状
を示す斜視図。

【図１１】本発明第二実施例における円筒穴付尾翼の形
状を示す斜視図。

【図１２】本発明第二実施例における補助翼付尾翼の形
状を示す斜視図。

【図１３】本発明第三実施例における曲面フラップ付尾
翼の形状を示す斜視図。

【図１４】本発明第三実施例における流線形状の曲面体
付尾翼の形状を示す斜視図。

【図１５】（ａ）は本発明第四実施例における可変型フ
ラップ付尾翼の形状を示す平面図、（ｂ）は強風速時における可変型フラップの状態を示
す平面図。

【図１６】（ａ）および（ｂ）は従来例における風向風
速計の構成を示す側面図。

【符号の説明】

１、１１軸受２、１２回転軸３、１３胴体４、１４尾翼５フラップ５ａ曲面フラップ５ｂ曲面体６バランスウエイト７風向検出器８筐体９プロペラ１０風向風速検出器２０アブソリュート・エンコーダ２１丸穴２２角穴２３円筒穴２４補助翼２５可変型フラップ２６スプリング２７ピン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者堺本実東京都中央区新川１丁目５番13号横河ウェザック株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉛直方向に保持される回転軸（２）と、
この回転軸に回動自在に取付けられた胴体（３）と、こ
の胴体（３）の一端に設けられた平板状の尾翼（４）と
を備えた風向計において、前記尾翼（４）に前記回転軸に直交する平面による断面
がＶ字形のフラップ（５）が設けられたことを特徴とす
る風向計。
【請求項２】前記尾翼（４）および前記フラップ
（５）はプラスチック一体成形品である請求項１記載の
風向計。
【請求項３】鉛直方向に保持される回転軸（２）と、
この回転軸に回動自在に取付けられた胴体（３）と、こ
の胴体（３）の一端に設けられた平板状の尾翼（４）
と、この胴体に設けられ風力に応じて回転するプロペラ
とを備えた風向風速計において、前記尾翼（４）に前記回転軸に直交する平面による断面
がＶ字形のフラップ（５）が設けられたことを特徴とす
る風向風速計。