計測装置、およびこれを用いる計測システム

本発明は、計測装置、および、これを用いる計測システムに関するものである。

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恐れが生じている。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。

従来、熱線を利用した熱線式風速計がある(例えば、特許文献1参照)。

特開平4−332867号公報

そこで、本発明者等は、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、自動車のエンジンルームのトランクリットを閉じた状態で、エンジンルーム内の風速と風向きを測定する測定装置を検討した。

例えば、上記特許文献1の熱線式風速計では、風速は測れても風向は測ることができない。このため、上記熱線式風速計を用いて、その向き変えながら、方位毎の風速を測定する方法で対応することも考えられるが、上記熱線式風速計の向き変える毎に、自動車のトランクリット(ボンネット)を開閉する必要がある。したがって、風速と風向きを測定するのに手間がかかり、風速、風向きを効率よく測定することができない。

本発明は上記点に鑑みて、風速と風向きを効率よく測定できる計測装置、およびこれを用いる計測システム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に記載の発明では、第1方向に延びる第1軸心(Ga)を中心として回転自在に支持される枠部材(20)と、枠部材の内側に配置されて、第1方向に直交する第2方向に延びる第2軸線(Gb)を中心として枠部材に対して回転自在に支持される検出本体(31)と、検出本体のうち第2軸線に対する直交方向一端側に配置されて、空気流れを受けて枠部材および検出本体をそれぞれ回転させて、検出本体のうち第2軸線に対する直交方向他端側(31a)を空気流れ上流側に向ける羽根(32a、32b、32c、32d)と、を備える検出器(30)と、検出本体に配置されて、検出本体のうち第2軸線に対する直交方向他端側が向く方向として風向きを検出するための風向きセンサ(40)と、検出本体に配置されて空気流れの風速を検出する風速センサ(50)と、を備えることを特徴とする。

請求項1に記載の発明によれば、計測装置の向きを変えることなく、風速と風向きを検出することができる。これにより、風速と風向きを効率よく測定できる計測装置を提供することができる。

請求項8に記載の発明では、請求項1ないし7のいずれかに記載の計測装置(1)と、計測装置の風向きセンサの出力信号と風速センサの出力信号とに基づいて、風向きセンサにより検出される風向きと風速センサにより検出される風速とを表示する表示制御装置(82)と、を備えることを特徴とする。

請求項8に記載の発明によれば、風速と風向きを効率よく測定できる計測システムを提供することができる。

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実施形態における計測装置の斜視図である。

上記第1実施形態の計測装置の正面図である。

上記第1実施形態の計測装置の右側面図である。

上記第1実施形態の計測装置の上面図である。

図1中の検出器の単体を示す図である。

上記第1実施形態における計測装置が適用される計測システムの全体構成を示す図である。

図1中の検出器の回転軸および軸受けの半断面図である。

上記第1実施形態における計測装置の斜視図である。

本発明の第2実施形態における計測システムの全体構成を示す図である。

第2実施形態における計測装置の検出器の単体を示す図である。

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、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

(第1実施形態) 図1〜図8に本発明の計測装置1の第1実施形態を示す。本実施形態の計測装置1は、自動車のエンジンルーム(被測定空間)内の風速、風向きを測定するためのセンサであって、図1〜図4に示すように、支持部材10、枠部材20、および検出器30を備える。

支持部材10は、図2に示すように、枠材11、突起部12a、12b、および軸受け13a、13bを備えるフレームである。枠材11は、円環状に形成されて、エンジンルーム内にて立てた状態で配置されている。突起部12aは、枠材11の外周面の上側から上側に突起するように形成されている。突起部12bは、枠材11の外周面の下側から下側に突起するように形成されている。突起部12aは、後述する風向きセンサ40の配線部60(図2中鎖線)の端部側を露出させている。突起部12bは、後述する風速センサ50の配線部61(図2中鎖線)の端部側を露出させている。

軸受け13aは、枠材11の内周面の左側から右側に突起するように形成されている。軸受け13bは、枠材11の内周面の右側から左側に突起するように形成されている。軸受け13a、13bは、枠部材20の回転軸22a、22bを回転自在に支持する。なお、軸受け13a、13bの具体的な構造について後述する。

枠部材20は、支持部材10の内側に配置されて、枠材21、回転軸22a、22b、および軸受け23a、23bを備える回転枠である。枠材21は、円環状に形成されている。

回転軸22aは、枠材21の外周面の左側から左側に突起するように形成されている。回転軸22bは、枠材21の外周面の右側から右側に突起するように形成されている。回転軸22a、22bは、それぞれ、第1方向(図2中左右方向)に延びるように形成されている。このことにより、枠部材20は、支持部材10の軸受け13a、13bによって、第1方向に延びる軸線Gaを中心として回転自在に支持されていることになる。軸線Gaは、回転軸22a、22bの軸線である。

軸受け23aは、枠材21の内周面の上側から下側に突起するように形成されている。軸受け23bは、枠材21の内周面の下側から上側に突起するように形成されている。軸受け23a、23bは、検出器30の回転軸33a、33bを回転自在に支持する。なお、軸受け23a、23bの具体的な構造について後述する。

検出器30は、枠部材20の内側に配置されて、検出本体31、羽根32a、32b、32c、32d、および回転軸33a、33bを備える。検出本体31は、軸線Ga(すなわち、第1方向)に対する直交方向(図2中紙面に対して直交方向)に延びるように形成されている。羽根32a、32b、32c、32dは、検出本体31のうち上記直交方向一端側(図5中右側)に配置されている。

換言すれば、羽根32a、32b、32c、32dは、検出器30のうち質量重心に対して上記直交方向一端側(すなわち、後方)に配置されている。本実施形態では、上記の質量重心は、検出器30、風向きセンサ40、および風速センサ50を1つの物体としたとき、この1つの物体の質量重心を示している。

このことにより、検出器30のうち空力を受ける空力中心(力点)を検出器30のうち質量重心に対して上記直交方向一端側(すなわち、後方)に設定することになる。このため、羽根32a〜32dは、空気流れ(すなわち、空気の抵抗)を受けて、検出器30および枠部材20をそれぞれ回転させて検出器30の姿勢を空気流れ方向に追従させる機能を果たす。

本実施形態では、検出本体31のうち上記直交方向他端側31aは、球状に形成されている。そして、検出本体31は、質量重心から上記直交方向他端側31a(先端側)に向けて徐々に断面積が小さくなるように形成されている。検出本体31は、質量重心から上記直交方向一端側(すなわち、後方)に向けて徐々に断面積が小さくなるように形成されている。このことにより、検出本体31は、空気流による渦や乱流を生じ難くすることができる。

回転軸33aは、検出本体31から第2方向の一方側(図2中上側)に延びるように形成されている。回転軸33bは、検出本体31から第2方向の他方側(図2中下側)に延びるように形成されている。このことにより、検出器30は、枠部材20の軸受け23a、23bによって、軸線Gbを中心として回転自在に支持されている。

本実施形態では、回転軸33a、33bは、それらの軸線が検出器30の質量重心に重なるように配置されている。第2方向は、回転軸33a、33bの軸線Gbが延びる方向である。軸線Gbは、回転軸22a,22bの軸線Ga(すなわち、第1方向)に対して直交している。本実施形態では、軸線22a、22bの軸線方向である第1方向を水平方向としている。

検出器30は、図5に示すように、風向きセンサ40、および風速センサ50を備える。

風向きセンサ40は、後述するように、検出器30の周囲に流れる空気流れの風向きを検出するセンサであって、図6に示すように、センサエレメント41、および算出回路42を備える。センサエレメント41は、軸線Gaを中心とする枠部材20の角速度と軸線Gbを中心とする検出本体31の角速度とをそれぞれ検出するジャイロセンサである。

算出回路42は、センサエレメント41により検出される軸線Gaを中心とする角速度を時間で積分して軸線Gaを中心とする枠部材20の回転角度を算出し、センサエレメント41により検出される軸線Gbを中心とする角速度を時間で積分して軸線Gbを中心とする検出本体31の回転角度を算出する。算出回路42は、前記算出される枠部材20の回転角度と検出本体31の回転角度によって空気流の風向きを求める。本実施形態の風向きセンサ40は、検出器30のうち質量重心側に埋設されている。

風速センサ50は、検出本体31のうち軸線Gaに対する直交方向他端側(先端側)に配置されて、検出器30の周囲に流れる空気流れの風速を検出する周知の熱線式風速センサである。本実施形態の風速センサ50は、検出本体31のうち軸線Gaに対する直交方向他端側に埋設されている。

本実施形態では、風向きセンサ40の出力信号を伝搬するための複数本の配線部60が設けられている。配線部60は、電線から構成されている。配線部60は、風向きセンサ40および突起部12aの間で、回転軸33a、軸受け23a、枠部材20、回転軸22a、軸受け13a、および支持部材10を貫通している。つまり、配線部60は、回転軸33a、軸受け23a、枠部材20、回転軸22a、軸受け13a、支持部材10、および突起部12aに埋設されている。

ここで、配線部60のうち一端側は、風向きセンサ40に接続されている。配線部60のうち他端側は、突起部12aから露出してアンプ80(図6参照)に接続されている。

風速センサ50の出力信号を伝搬するための複数本の配線部61が設けられている。配線部61は、電線から構成されている。配線部61は、風速センサ50および突起部12bの間で、回転軸33b、軸受け23b、枠部材20、回転軸22b、軸受け13b、および支持部材10を貫通している。つまり、配線部61は、回転軸33b、軸受け23b、枠部材20、回転軸22b、軸受け13b、支持部材10、および突起部12bに埋設されている。

ここで、配線部61のうち一端側は、風速センサ50に接続されている。配線部60のうち他端側は、突起部12bから露出してアンプ80(図6参照)に接続されている。

なお、本実施形態の支持部材10、枠部材20、および検出器30を構成する材料としては、樹脂材料や金属材料を用いることができる。

次に、本実施形態の回転軸33aおよび軸受け23aの構造について図7を参照して説明する。図7は、回転軸33a、および軸受け23aの部分拡大図である。

回転軸33aは、軸線Gaの方向の一端側から他端側に向かうほど、軸線Gaの方向に直交する断面の面積が小さくなるニードル部70を備えている。軸受け23aは、ニードル部70を収納してニードル部70を回転自在に支持する穴部90を備えている。回転軸33aのニードル部70のうち軸線Ga方向の他端側が穴部90の底部92側に位置している。穴部90のうち軸線Ga方向の他端側には、テーパー部90aが形成されている。テーパー部90aは、その開口部91側から底部92側に向かうほど開口面積が小さくなる逆円錐形状に形成されている。テーパー部90aは、ニードル部70を回転自在に支持する。

ここで、回転軸33aの外周側は、図7に示すように、複数の電極71が配置されている。複数の電極71は、回転軸33aのうちニードル部70に対して軸線Gaの方向の一端側に配置されている。複数の電極71は、配線部60毎に、配線部60のうち回転軸33aに内蔵される部位60aに接続されている。複数の電極71は、それぞれ、回転軸33aの軸線を中心とするリング状に形成されている。図7には、8個の電極71および8本の配線部60示されている。

軸受け23aの穴部90内には、複数のブラシ72が配置されている。複数のブラシ72は、配線部60毎に、配線部60のうち軸受け13bに内蔵される部位60bに接続されている。複数のブラシ72は、それぞれ、軸受け23aに支持されている。複数のブラシ72は、回転軸33aの回転に伴って、複数の電極71のうち対応する電極71に対して摺動する電極である。

これにより、回転軸33aが回転した状態で、配線部60のうち回転軸33aに配置される部位60aと配線部60のうち軸受け13bに配置される部位60bとが、電極71およびブラシ72を通して、接触されることになる。

ここで、回転軸33bは、回転軸33aと同様に構成されている。軸受け23bは、軸受け23aと同様に構成されている。これにより、回転軸33bが回転した状態で、配線部61のうち回転軸33bに配置される部位と配線部61うち軸受け23bに配置される部位とが、電極71およびブラシ72を通して接触されることになる。

回転軸22aは、回転軸33aと同様に構成されている。軸受け13aは、軸受け23aと同様に構成されている。これにより、回転軸22aが回転した状態で、配線部60のうち回転軸22aに配置される部位と配線部60のうち軸受け13aに配置される部位とが、電極71およびブラシ72を通して接触されることになる。

回転軸22bは、回転軸33aと同様に構成されている。軸受け13bは、軸受け23aと同様に構成されている。これにより、回転軸22bが回転した状態で、配線部61のうち回転軸22bに配置される部位と配線部61うち軸受け13bに配置される部位とが、電極71およびブラシ72を通して接触されることになる。

次に、本実施形態の計測装置1の作動について説明する。

まず、検出器30では、羽根32a〜32dは、検出本体31の周囲に流れる空気流れ(すなわち、空気抵抗)を受けて検出本体31に駆動力を与える。この駆動力により、検出本体31は、枠部材20に対して軸線Gbを中心として回転する。さらに、空気流れにより羽根32a〜32dから検出本体31に与えられる駆動力は、枠部材20に与えられる。このため、枠部材20は、支持部材10に対して軸線Gaを中心として回転する。これにより、羽根32a、32b、32c、32dは、空気抵抗を受けて、検出器30および枠部材20をそれぞれ回転させて検出器30の姿勢を空気流れに追従させる。つまり、検出器30は、いわゆる“風見鶏”として機能する。したがって、検出本体31のうち上記直交方向一端側31a(すなわち、先端側)を空気流れ上流側に向けることになる(図1、図8参照)。図1、図8は、検出器30において、風向きによって、検出本体31の一端側31aを異なる方位に向ける状態を示している。

ここで、風向きセンサ40では、センサエレメント41は、軸線Gaを中心とする枠部材20の角速度と、軸線Gbを中心とする検出本体31の角速度とをそれぞれ検出する。そして、算出回路42は、センサエレメント41により検出される軸線Gaを中心とする角速度を時間で積分して軸線Gaを中心とする枠部材20の回転角度を算出するとともに、センサエレメント41により検出される軸線Gbを中心とする角速度を時間で積分して軸線Gbを中心とする検出器30の回転角度を算出する。

次いで、算出回路42は、前記算出される枠部材20の回転角度と検出器30の回転角度とによって、検出器30の姿勢を示す空気流の風向きを求める。この求められた風向きを示す検出信号は、複数本の配線部60を伝搬して計測装置1の外側に出力される。また、風速センサ50は、検出器30の周囲に流れる空気流れの風速を検出する。この検出される風速を検出信号は、複数本の配線部61を伝搬して計測装置1の外側に出力される。

次に、本実施形態の計測装置1を適用した計測システム100について説明する。

本実施形態の計測システム100は、計測装置1、アンプ80、ロガー81、および計測用PC82を備える。

アンプ80は、風向きセンサ40から複数本の配線部60を通して出力される検出信号を増幅して増幅信号を出力する。アンプ80は、風速センサ50から複数本の配線部61を通して出力される検出信号を増幅して増幅信号を出力する。

ロガー81は、アンプ80の出力信号に基づいて風向きセンサ40の測定データと風速センサ50の測定データとを蓄える。

風向きセンサ40の測定データは、風向きセンサ40で検出される風向きを示すデータである。風速センサ50の測定データは、風速センサ50で検出される風速を示すデータである。

計測用PC82は、本発明の表示制御装置を構成するもので、表示装置やこの表示装置を制御する制御装置から構成される周知のコンピュータである。計測用PC82は、ロガー81に蓄えられる風向きセンサ40の測定データや風速センサ50の測定データを表示装置に立体的に表示させる。

例えば、表示装置において、被測定対象であるエンジンルーム内を示す画像を立体的に表示するとともに、この画像に測定データとしての矢印を重畳させて表示する。矢印の表示は、風向きセンサ40の測定データおよび風速センサ50の測定データを示している。

ここで、矢印が向く方位が風向き(すなわち、空気流れ上流側)を示している。矢印の大きさや矢印の太さが風速センサ50の測定データとしての風速を示す。このため、風速は速くなるほど、矢印が大きくなったり、矢印の太くなったりする。

以上説明した本実施形態によれば、計測装置1は、第1方向に延びる軸心Gaを中心として回転自在に支持される枠部材20と、枠部材20の内側に配置されて、第1方向に直交する第2方向に延びる軸線Gbを中心として枠部材20に対して回転自在に支持される検出本体31とを備える。計測装置1は、検出本体31のうち軸線Gbに対する直交方向一端側に配置されて、空気流れを受けて枠部材20および検出本体31をそれぞれ回転させて、検出本体31のうち軸線Gbに対する直交方向他端側を空気流れ上流側に向ける羽根32a、32b、32c、32dを備える。計測装置1は、検出本体31に配置されて、検出本体31のうち第2軸線に対する直交方向他端側が向く方向として風向きを検出するための風向きセンサ40と、検出本体31に配置されて空気流の風速を検出する風速センサ50とを備えることを特徴とする。したがって、風速と風向きを自動的に検出する計測装置1およびこれを用いる計測システム100を提供することができる。

本実施形態では、回転軸22a、22b、33a、33bは、それぞれ、ニードル部70を備える。軸受け13a、13b、23a、23bには、逆円錐形状に形成されているテーパー部90aが設けられている。軸受け13a、13b、23a、23bは、テーパー部90aによって、回転軸22a、22b、33a、33bのうち対応する回転軸を回転自在に支持する。このため、回転軸22a、22b、33a、33bおよび軸受け13a、13b、23a、23bの間の摺動抵抗を減らすことができる。

(第2実施形態) 上記第1実施形態では、風向きセンサ40の出力信号と風速センサ50の出力信号とをアンプ80に伝搬するために配線部60、61を用いた例について説明したが、これに代えて、本第2実施形態では、無線通信を用いて風向きセンサ40の出力信号と風速センサ50の出力信号とをアンプ80に伝搬する例について説明する。

図9に本発明の本実施形態の測定システム100の全体構成を示す。図10に、本実施形態の測定装置1の検出器30の単体を示す。本実施形態の測定装置1の検出器30には、無線部83aが設けられている。無線部83bが測定装置1に対して独立して設けられている。無線部83bは、無線部83aとの間で無線通信するためのものである。

本実施形態では、上記第1実施形態と同様に、回転軸33a、33bは、それらの軸線が検出器30の質量重心に重なるように配置されている。但し、上記質量重心は、検出器30、風向きセンサ40、風速センサ50、および無線部83aを1つ物体としたき、この1つの物体の質量重心を示している。そして、羽根32a、32b、32c、32dは、検出器30のうち質量重心に対して上記直交方向一端側(すなわち、後方)に配置されている。

このように構成される本実施形態の測定システム100では、無線部83aは、風向きセンサ40の出力信号と風速センサ50の出力信号とを含む送信信号を電波を媒体として送信する。無線部83bは、無線部83aから送信される信号を受信する。この受信された信号はアンプ80で増幅されてロガー81に出力される。このため、ロガー81は、アンプ80の出力信号に基づいて風向きセンサ40の測定データと風速センサ50の測定データとを蓄える。そして、計測用PC82は、上記第1実施形態と同様に、ロガー81に蓄えられる風向きセンサ40の測定データと風速センサ50の測定データとを表示装置に立体的に表示させる。

(他の実施形態) 上記第1、第2の実施形態では、風向きセンサ40の算出回路42を測定装置1に設けた例について説明したが、これに代えて、測定装置1に対して独立して算出回路42を設けてもよい。この場合、風向きセンサ40のセンサエレメント41の出力信号を配線部60を通してアンプ80側に伝搬することになる。算出回路42は、アンプ80で増幅されたセンサエレメント41の出力信号に基づいて風向きを求めることになる。

上記第1、第2の実施形態では、検出本体31に回転軸33a、33bを設けて、枠部材20に軸受け23a、23bを設けた例について説明したが、これに変えて、枠部材20に回転軸33a、33bを設けて、検出本体31に軸受け23a、23bを設けてもよい。

上記第1、第2の実施形態では、支持部材10に軸受け13a、13bを設け、枠部材20に回転軸22a、22bを設けた例について説明したが、これに代えて、枠部材20に軸受け13a、13bを設け、支持部材10に回転軸22a、22bを設けてもよい。

上記第1、第2の実施形態では、本発明の測定装置1を自動車のエンジンルーム内の風速、風向きを測定するために用いた例について説明したが、これに代えて、本発明の測定装置1を自動車以外の測定対象の風速、風向きを測定するために用いてもよい。

上記第1、第2の実施形態では、支持部材10の枠材11形状を円環状にした例について説明したが、これに限らず、支持部材10の枠材11を環状であるならば、円環状以外の形状にしてもよい。

同様に、枠部材20の形状としては、環状であるならば、円環状以外の形状にしてもよい。

本発明の実施にあたり、上記第1、第2の実施形態の回転軸22a、22b、33a、33bのニードル部70の先端側に球状部を形成して、ニードル部70の球状部を回転自在に支持する球状の穴部を軸受け13a、13b、23a、23bに形成してもよい。

上記第1、第2の実施形態では、風速センサ50として、熱線式風速センサを用いた例について説明したが、これに代えて、熱線式風速センサ以外の各種のタイプの風速センサを風速センサ50として用いてもよい。

上記第1、第2の実施形態では、風速センサ50を検出器30のうち先端側に設けた例について説明したが、これに代えて、風速センサ50を検出器30のうち先端側以外の箇所に設けてよい。

上記第1、第2の実施形態では、軸線22a、22bの軸線方向である第1方向を水平方向とした例について説明したが、これに限らず、第1方向を水平方向以外の方向としてもよい。

なお、本発明は上記した第1、第2の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、上記第1、第2の実施形態において、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、上記第1、第2の実施形態において、上記実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、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特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。

1 測定装置 10 支持部材 20 枠部材 30 検出器 31 検出本体 32a、32b、32c、32d 羽根 40 風向きセンサ 41 センサエレメント 42 算出回路 50 風速センサ 80 アンプ 82 計測PC(表示制御装置) 100 測定システム