KR101790937B1 - 풍향계 및 이를 구비한 풍속계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구조가 간단하여 제작이 용이하고, 보다 신뢰성 있는 풍향을 감지할 수 있는 풍향계 및 이를 구비한 풍속계에 관한 것으로, 풍향계는, 바람에 의해 회전하여 바람의 방향을 가리키는 풍향판; 상기 풍향판의 중간에 설치된 마그네트; 및 상기 풍향판의 방향 전환에 따른 마그네트의 방향을 감지하는 자기센서를 포함하고, 풍속계는 상기와 같이 구성된 풍향계를 구비하고, 회전체의 회전을 감지하는 회전감지수단에 의해 감지된 회전체의 회전수에 의해 풍속을 감지하는 풍속계에 있어서, 상기 회전체를 구성하는 다수의 회전날개들의 중앙을 중심으로 방사상으로 형성되고, 평면에서 보았을 때 적어도 일면이 호 형상을 이루는 다수의 가이드날개를 구비하여 바람이 보다 효과적으로 회전날개에 전달되고, 외부의 이물질이 회전날개로 유입되는 것을 방지한 것을 특징으로 한다.

Description

풍향계 및 이를 구비한 풍속계{anemoscope and anemometer therewith}

본 발명은 풍향계에 관한 것으로, 상세하게는 구조가 간단하여 제작이 용이하고, 보다 신뢰성 있는 풍향을 감지할 수 있는 풍향계 및 이를 구비한 풍속계에 관한 것이다.

기상관측에는 다양한 장치들이 사용되고 있고, 이러한 다양한 기상 관측 수단 중 하나로 풍향계가 있다.

종래의 풍향계는 풍향날개와 연결되는 샤프트에 동편을 구성하여 회로기판과 접촉되게 구성되고, 동편과 회로기판의 동박층이 직접 접촉되도록하여 펄스신호를 받아 풍향을 측정할 수 있게 하였다.

이러한 종래의 풍향계는 비바람이 불고 눈이 오면 습기가 차고 쉽게 고장이 발생하여 정확한 풍향을 측정하지 못하였고 수명이 단축되는 등의 문제가 있었다.

또한, 종래의 풍향계는 풍향에 대해 매우 미세한 신호로 받아 데이터로 나타내도록 되어 있어 기기의 조그마한 결함에도 측정오차가 심하였다.

이러한 단점을 개선하기 위해 다양한 풍향계가 개발되고 있고, 그 예로 특허문헌 1 내지 3이 있다.

특허문헌 1은 프로펠러와 방향타가 형성되는 본체와; 본체 회동축을 회동중심으로 하며, 본체의 회동을 전달하는 원통형 회동지지체와; 프로펠러의 회전이 그대로 전달되는 기어형 결합체와; 회동지지체 내부에서 연장형성된 원통지지 파이프와; 원통지지체의 상단인 기어형 결합체의 직하방에 위치되는 감지센서와; 감지센서에 감지된 전기적 신호를 전달받는 제어회로부와; 회동지지체의 단부에 결합되는 기어결합체와; 기어결합체에 의하여 전달되는 본체의 운동을 전달받아 본체회동각을 감지하여 제어회로부로 전송하는 엔코더센서로 구성된 것이고,

특허문헌 2는 일정 주기 및 크기의 초음파를 발생하는 하나의 송신 센서와, 송신 센서의 지향각 범위내에서 일정 간격으로 송신 센서로부터 일정 거리를 갖도록 배치되어 송신 센서에서 발생한 초음파를 수신하는 다수의 수신 센서를 포함하는 초음파 센서 모듈; 일정 주기 및 크기의 구형파를 증폭하여 상기 송신 센서로 제공하는 송신 회로부; 다수의 수신 센서에서 수신된 수신 신호를 입력받아, 수신 신호간의 위상차를 측정하고, 방향별 속도의 벡터합을 통해 풍속 및 풍향을 산출하는 수신 회로부를 포함하되, 초음파 센서 모듈은, 지지대를 통해서 일정 거리 떨어지도록 상호 고정된 상판 및 하판을 구비하고, 상판의 중앙에 하판을 향해 초음파를 송신하도록 상기 송신 센서를 설치하고, 하판에, 송신 센서의 지향각 범위내에서 하판의 중심을 기준으로 일정 각도 및 일정 거리만큼 떨어지도록 다수의 수신센서를 설치하여 이루어지고, 상판 및 하판은 동일한 크기의 원판이며, 수신 회로부는 다수의 수신 센서에서 수신된 수신 신호들을 각각 입력받아 증폭하는 다수의 증폭기; 다수의 증폭기에서 증폭된 수신 신호를 각각 필터링하여 노이즈를 제거하는 다수의 필터; 다수의 필터로부터 출력된 다수의 수신신호를 각각 구형파로 변환하는 다수의 비교기; 및 다수의 비교기로부터 입력된 다수의 구형파중 동일 축 상에 배치된 두 수신센서의 구형파 간의 위상차를 각각 측정하고, 위상차를 통해 각 축에서의 속도들을 산출하고, 각 축에서의 속도의 벡터합을 통해 풍향 및 풍속을 산출하는 마이크로컨트롤러를 포함하는 것이고,

특허문헌 3은 바람의 속도 및 방향에 근거하여 전기 신호를 생성하는 바람 노출 센서(wind-exposed sensor); 및 신호에 기초하여 바람의 속도 및 방향을 계산하는 전자 계산 유닛(electronic calculation unit)을 포함하는 풍속 및 풍향 측정 장치로서, 바람 노출 센서는 베이스에 의하여 지지되고, 베이스에 의해 전체적으로 지지되는 커버에 의하여 덮이며, 복수의 지지 요소들은 커버를 바람 노출 센서의 둘레에서 베이스 상에 지지시키고, 지지 요소들은 베이스로부터 커버로 연장되며, 지지 요소들은 베이스와 커버 사이에서 베이스와 커버 간의 직각과는 상이한 방향으로 배치된 것이다.

이러한 종래의 풍향계들 중 특허문헌 1은 기어결합체의 회동각을 앤코더로 감지하는 것으로 이 또한 미세한 풍향의 측정이 어렵고, 특허문헌 2는 두 초음파센서간의 위상차 등을 이용한 것으로 구성이 복잡하고 미세한 센서를 사용함에 따라 외부 환경에 민감하여 잦은 고장이 발생하는 문제가 있고, 특허문헌 3은 커버와 베이스를 구조적으로 변형시켜 풍향 및 풍속 감지 성능을 향상시킬 수 있으나, 구조가 복잡하여 제작에 어려움이 있다.

1. 대한민국 공개특허 제10-2004-0012634호 2. 대한민국 등록특허 제1044881호 3. 대한민국 등록특허 제1313225호

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 개발된 것으로, 구조가 단순하여 제작이 용이하고, 잔 고장을 방지할 수 있는 풍향계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 보다 정밀한 풍향 정보를 제공할 수 있는 풍향계와, 이를 구비한 풍속계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적일 이루기 위한 본 발명의 풍향계는 바람에 의해 회전하여 바람의 방향을 가리키는 풍향판; 상기 풍향판의 중간에 설치된 마그네트; 및 상기 풍향판의 방향 전환에 따른 마그네트의 방향을 감지하는 자기센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 자기센서는 마그네틱로터리인코더를 사용할 수 있다.

상기 풍향판은 바닥판의 중앙에 베어링에 의해 회전 가능하게 설치되고, 상단 중앙에 상기 마그네트가 설치되며, 상기 자기센서는 상부판의 중앙에 설치되어, 상부판이 풍향판의 지붕 역할을 하게하는 것이 바람직하다.

또한 상기 바닥판과 상부판의 가장 자리에는 다수의 지지대가 설치되어 두 판 사이의 간격을 유지하고, 안쪽으로 이물질이 유입되는 것을 차단할 수 있다.

상기 바닥판은 중앙으로부터 자장자리를 향하며 점차 낮아지도록 경사면을 형성하여 눈이나 비가 바깥쪽으로 흐르게 하고, 상부판의 단부는 풍향판의 단부 바깥쪽으로 연장되어 풍향판을 비나 눈으로부터 보호할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

또한 상기 풍향판은 베어링에 의해 화전가능하게 바닥판에 결합된 회전축을 중심으로 일단에는 바람에 의해 밀려 바람의 방향으로 회전하는 반향날개부와, 상기 반향날개부의 반대쪽에 형성되되, 반향날개부보다 짧게 형성된 균형유지부와, 상기 회전축을 중심으로 균형유지부 측으로 연장 형성되어 길이가 짧은 균형유지부와 반향날개부의 무게중심을 맞추는 후덕균형부로 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 일 양상에 따른 풍속계는 상기와 같이 구성된 풍향계를 구비하고, 회전체의 회전을 감지하는 회전감지수단에 의해 감지된 회전체의 회전수에 의해 풍속을 감지하는 풍속계에 있어서, 상기 회전체를 구성하는 다수의 회전날개들의 중앙을 중심으로 방사상으로 형성되고, 평면에서 보았을 때 적어도 일면이 호 형상을 이루는 다수의 가이드날개를 구비하여 바람이 보다 효과적으로 회전날개에 전달되고, 외부의 이물질이 회전날개로 유입되는 것을 방지한 것을 특징으로 한다.

상기 회전체를 구성하는 회전날개는 바람이 유입되는 방향으로 굽혀진 호형상으로 이루어져 바람에 민간하게 반응할 수 있게 하였다.

또한 상기 가이드날개는 회전체의 중심을 지나는 중심선과 예각을 이루어 안내되는 바람이 회전체의 호형 회전날개 안쪽을 향하게 하고, 양면이 모두 호 형면을 이루는 것이 바람직하다.

상기 회전감지수단은 회전체의 회전축에 형성된 투광홀에 빛을 조사하는 발광수단과, 상기 방광수단에 의해 조사되어 투광홀을 통과하는 빛을 감지하는 수광수단으로 이루어진 광센서를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 가이드날개는 지지판의 일면에 일체로 형성되고, 반대쪽 단부는 상기 풍향계를 구성하는 상부판 또는 바닥판이 결합되어 일체화 될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 풍속계는 구조가 단순하여 제작이 용이할 뿐만 아니라 잔 고장을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한 풍향판에 설치된 마그네트의 방향을 감지하는 자기센서로 구성되어 자기센서에서 감지되는 미세한 자기변화를 연산하여 방향을 감지할 수 있으므로 보다 미세한 풍향을 감지할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 풍향계의 일예의 분해사시도
도 2는 본 발명에 따른 풍향계의 일예의 사시도
도 3은 본 발명에 따른 풍향계의 일부를 생략한 상태의 측면도
도 4는 본 발명에 따른 풍향계를 구성하는 풍향판과 자기센서의 분해사시도
도 5는 본 발명에 따른 풍향계를 구비한 풍속계의 사시도
도 6은 본 발명에 따른 풍향계를 구비한 풍속계의 분해 사시도

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여, 첨부도면이 참조되어 상세하게 설명된다.

본 발명은 구조가 단순하여 제작이 용이하고, 보다 정밀한 풍향을 감지할 수 있는 풍향계를 제공할 수 있다.

이러한 본 발명에 따른 풍향계는 도 1, 도 3, 도 4 및 도 6에 도시한 바람에 의해 회전하여 바람의 방향을 가리키는 풍향판(10);

상기 풍향판의 중간에 설치된 마그네트(20); 상기 풍향판의 방향 전환에 따른 마그네트의 방향을 감지하는 자기센서(30)를 포함한다.

물론, 상기와 같이 구성된 본 발명의 풍향계는 상기 자기센서(30)에서 감지된 가기의 변화를 연상하여 풍향을 산출할 수 있는 프로그램을 구비한 컴퓨터를 더 구비하고 있고, 위의 풍향판과 마그네트 및 자기센서는 물리적인 바람의 방향을 감지하는 수단이다.

즉, 풍향판(10)이 바람에 의해 회전하여 특정 방향을 지지하면, 풍향판에 설치된 마그네트(20)의 N극과 S긍이 가리키는 방향이 달라지고, 이 마그네트의 방향이 달라짐에 따라 상기 자기센서(30)에서 감지된 자기에 변화가 발생하며, 이 자기의 변화를 컴퓨터에 연산프로그램에 구비된 기 설정된 기준값과 대비함에 의해 바람의 방향을 감지할 수 있는 것이다.

상기 자기센서(30)는 전술한바와 같이 마그네트의 방향을 감지할 수 있는 다양한 것 중 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있으나, 바람직하게는 마그네틱로터리인코더가 사용될 수 있다.

상기 풍향판(10)은 바람이 부는 방향을 가리키는 수단으로, 다양한 형상으로 만들어질 수 있으나, 바람에 민감하게 반응 할 수 있도록 가능한 가볍고, 작게 제작하는 것이 바람직하다.

이를 위한 바람직한 일예의 풍향판(10)은 도 4에 확대하여 도시한 바와 같이, 베어링(11)에 의해 화전가능하게 바닥판(40)에 결합된 회전축(10s)을 중심으로 일단에는 바람에 의해 밀려 바람의 방향으로 회전하는 반향날개부(10a)와, 상기 반향날개부의 반대쪽에 형성되되, 반향날개부보다 짧게 형성된 균형유지부(10b)와, 상기 회전축(10s)을 중심으로 균형유지부 측으로 연장 형성되어 길이가 짧은 균형유지부와 반향날개부의 무게중심을 맞추는 후덕균형부(10g)로 이루어진 것이다.

상기 반향날개부(10a)는 바람에 민감하게 반응 할 수 있도록 가능한 넓고, 얇은 것이 바람직하다. 이에 따라 도시한 바와 같이 상기 균형유지부(10b) 보다 넓고 길게 형성되어 있다.

그러나 반향날개부(10a)를 넓고 길게 형성할 경우, 균형유지부(10b)와의 무게 중심이 맞지 않아 회전축(10s)이 일측으로 기울어질 수 있고, 회전축이 기울어지면 바깥쪽에서 불어오는 바람에 의해 풍향판이 원활하게 동작되지 않을 수 있으므로, 회전축(10s)을 중심으로 양측이 균형을 유지하는 것이 바람직하다.

이에 따라 상대적으로 넓고 길게 형성된 반향날개부(10a)의 무게를 보상할 수 있도록, 상기 회전축(10s)을 중심으로 균형유지부(10b)을 향하며 두꺼운 후덕균형부(10g)를 형성한 것이다.

상기 후덕균형부(10g)는 다른 부분보다 두께를 후덕하게(두껍게)하여 무게를 늘린 부분으로 도 4에 도시한 바와 같이 균형유지부(10b)를 향하면서 연장 형성되어 반향날개부(10a)의 무게를 보상할 수 있게 하였다.

상기 풍향판(10)은 도 1 및 도 4에 도시한 바와 같이, 바닥판(40)의 중앙에 베어링(11)에 의해 회전 가능하게 설치되고, 상단 중앙에 상기 마그네트(20)가 설치되며, 상기 자기센서(30)는 상부판(50)의 중앙에 설치되어, 풍향판의 회전에 의해 방향이 바뀌는 마그네트의 방향에 따라 자기센서(30)에서 변하는 자기를 감지한다.

상기 상부판(50)은 도 2, 도 3 및 도 5에 도시한 바와 같이, 풍향판(10)의 단부 바깥쪽으로 연장되어 풍향판(10)을 비나 눈으로부터 보호할 수 있게 하였다. 즉, 도시한 바와 같이 상부판(50)의 넓이를 충분히 넓게 형성하여 눈이나 비가 옆으로부터 들이쳐도 풍향판이 눈, 비에 의한 영향을 덜 받게 하였다.

또한, 상기 바닥판(40)은 중앙으로부터 자장자리를 향하며 점차 낮아지도록 경사면을 형성하여 상부판과 바닥판 사이로 유입된 눈이나 비가 바깥쪽으로 흐르게 하여 풍향판을 회전가능하게 지지하는 베어링(11)이 수분에 의해 그 기능이 떨어지는 것을 방지하였다.

또한, 상기 바닥판(40)과 상부판(50)의 가장 자리에는 다수의 지지대(45)를 설치하여, 두 판 사이의 간격이 유지되게 함은 물론, 지지대(45)가 낙엽 등과 같은 이물질이 안쪽으로 유입되는 것을 차단하였다.

상기와 같이 구성된 풍향계는 상부판(50)의 위에 커버판(51)을 더 설치하여 상부판에 설치된 자기센서(30)를 보호할 수 있고, 커버판(51)에는 풍향계의 위치나 작동상태를 알릴 수 있도록 표시등(52)을 더 구비할 수 있다. 물론 일측에는 자기센서에서 감지된 신호를 외부의 컴퓨터에 전달하기 위한 통신모듈이나 제어기가 설치되는 공간을 더 구비할 수 있다.

상기와 같이 구성된 풍향계는 단독으로 사용될 수 있으나, 풍속계와 결합되어 같이 사용되는 것이 바람직하다.

이에 본 발명의 풍향계는 풍속계와 결합하여 구성될 수 있고, 이러한 풍속계(60)는 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같다. 풍향계는 이미 앞에서 설명한 바와 같이 구성되어 있으므로 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 다른 일 양상에 따른 풍향계를 구비한 풍속계는 상기한 바와 같이 구성된 풍향계를 구비하고, 회전체(61)의 회전을 감지하는 회전감지수단에 의해 감지된 회전체의 회전수에 의해 풍속을 감지하는 풍속계에 있어서, 상기 회전체(61)를 구성하는 다수의 회전날개들의 중앙을 중심으로 방사상으로 형성되고, 평면에서 보았을 때 적어도 일면이 호 형상을 이루는 다수의 가이드날개(62)를 구비하여 바람이 보다 효과적으로 회전날개에 전달되고, 외부의 이물질이 회전날개로 유입되는 것을 방지하였다.

이러한 풍속계와 관련된 기술은 본 출원인에 의해 출원 및 등록된 특허 제 1142553 호에 개시된 바 있으나, 본 발명의 이해를 돕기 위해 간략하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 회전체(61)는 도 6에 도시한 바와 같이 다수의 회전날개(61w)를 구비하고 있고, 각각의 회전날개(61w)는 바람이 유입되는 방향으로 굽혀진 호형상으로 이루어진 것이 바람직하다.

이렇게 회전날개(61w)를 형성함에 따라 미세한 바람에도 회전체(61)가 회전하며 바람을 감지할 수 있는 것이다.

더욱이, 상기 가이드날개(62)는 회전체(61)의 중심을 지나는 중심선과 예각을 이루어 안내되는 바람이 회전체의 호형 회전날개 안쪽을 향하게 하고, 양면이 모두 호 형면을 이루게 형성함에 따라 바람에 대한 회전체의 감도를 높일 수 있는 것이다.

상기 회전감지수단(미도시)은 다양하게 변형하여 실시 할 수 있으나, 바람직한 예로는 회전체(61)의 회전축에 형성된 투광홀에 빛을 조사하는 발광수단과, 상기 방광수단에 의해 조사되어 투광홀을 통과하는 빛을 감지하는 수광수단으로 이루어진 광센서로 구성하는 것이다.

즉, 회전체의 회전에 의해 회전축이 회전하면 발광수단에서 조사된 빛이 투광홀과 만났을 때 투광홀을 통과하여 수광수단에 입사되고, 수광수단은 입사된 빛을 감지함에 의해 회전체의 회전수 및 속도를 감지할 수 있고, 컴퓨터의 연산프로그램은 이렇게 감지된 빛 감지 수와 간격으로부터 풍속을 산출할 수 있는 것이다.

상기와 같이 구성된 풍속계(60)는 전술한 바와 같이 풍향계와 일체화되는 것이 바람직하고, 일체화를 위해 상기 가이드날개(62)는 지지판(63)의 일면에 일체로 형성되고, 반대쪽 단부는 상기 풍향계를 구성하는 상부판 또는 바닥판에 결함될 수 있다.

도면상에서는 풍속계를 하부에 설치한 것을 도시하였으므로, 상기 지지판(63)에 일체로 형성된 가이드날개(62)의 단부에 풍향계를 구성하는 바닥판(40)의 밑면에 가이드날개(62) 윗 단면과 동일하게 형성된 음각홈으로 끼워넣어 가이드날개(62)에 조립하여 일체화 된 것이다.

10: 풍향판
10a: 반향날개부
10b: 균형유지부
10s: 회전축
10g: 후덕균형부
11: 베어링
20: 마그네트
30: 자기센서
40: 바닥판
45: 지지대
50: 상부판
51: 커버판 52: 표시등
60: 풍속계
61: 회전체
62: 가이드날개

Claims (11)

1. 삭제
2. 삭제
3. 바람에 의해 회전하여 바람의 방향을 가리키는 풍향판(10)과 풍향판의 중간에 설치된 마그네트(20) 및 풍향판의 방향 전환에 따른 마그네트의 방향을 감지하는 자기센서(30)와 상기 자기센서는 마그네틱로터리인코더를 포함하되,
   상기 풍향판(10)은 바닥판(40)의 중앙에 베어링(11)에 의해 회전 가능하게 설치되고, 상단 중앙에 상기 마그네트(20)가 설치되며, 상기 자기센서(30)는 상부판(50)의 중앙에 설치되어, 상부판이 풍향판의 지붕 역할을 하게 한 것을 특징으로 하는 풍향계 및 이를 구비한 풍속계.
4. 제3항에 있어서,
   상기 바닥판(40)과 상부판(50)의 가장 자리에는 다수의 지지대(45)가 설치되어 두 판 사이의 간격을 유지하고, 안쪽으로 이물질이 유입되는 것을 차단한 것을 특징으로 하는 풍향계 및 이를 구비한 풍속계.
5. 제4항에 있어서,
   상기 바닥판(40)은 중앙으로부터 자장자리를 향하며 점차 낮아지도록 경사면을 형성하여 눈이나 비가 바깥쪽으로 흐르게 하고, 상부판(50)의 단부는 풍향판(10)의 단부 바깥쪽으로 연장되어 풍향판을 비나 눈으로부터 보호할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 풍향계 및 이를 구비한 풍속계.
   
   
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