向计、风向风量计以及移动方向测定计

申请号 CN201580029241.1 申请日 2015-05-11 公开(公告)号 CN106461700A 公开(公告)日 2017-02-22
申请人 株式会社电装; 发明人 原田敏一; 坂井田敦资; 谷口敏尚;
摘要 本 发明 提供 风 向计、风向风量计以及移动方向测定计。风向计(1)具有以下的多个 传感器 (2)与控制部(3)。传感器(2)具有一面(2a),并具有由互不相同的金属或者 半导体 构成的第1、2层间连接部件(21a、21b)。此外,具备热电转换元件的一端(21aa、21ba)与另一端(21ab、21bb)产生 温度 差时产生电输出。并且,传感器(2)当由加热器(22)使温度变化后的周围的空气因风而移动从而在第1、2层间连接部件(21a、21b)的一端(21aa、21ba)与另一端(21ab、21bb)产生温度差时产生电输出。控制部(3)基于该输出的差对风的风向进行计算。因此,在该风向计(1)中,能够进行微弱的风的风向的检测。(21),当在第1、2层间连接部件(21a、21b)的各自
权利要求

1.一种向计,具有一面(2a),对在所述一面的上方流动的风的风向进行测定,其中,所述风向计具有:
多个传感器(2),所述多个传感器(2)形成有所述一面,并且具备热电转换元件(21、
21A、21B、370),该热电转换元件(21、21A、21B、370)具有第1导电体(21a、250a)以及第2导电体(21b、250b),所述第1导电体(21a、250a)具有一端(21aa、250aa)以及与该一端相反侧的另一端(21ab、250ab)且由金属或者半导体构成,所述第2导电体(21b、250b)具有一端(21ba、250ba)以及与该一端相反侧的另一端(21bb、250bb)且由与所述第1导电体不同的金属或者半导体构成,所述第1导电体与所述第2导电体串联连接,并且当在所述第1导电体以及所述第2导电体的各个中相互连接的一侧的一端(21aa、21ba、250aa、250ba)与所述第1导电体的所述另一端(21ab、250ab)以及所述第2导电体的所述另一端(21bb、250bb)产生温度差时,该热电转换元件(21、21A、21B、370)产生电输出,并且,所述多个传感器(2)具备温度变化部(22、320),该温度变化部(22、320)通过进行放热以及吸热中的至少一方而使周围的温度变化,所述多个传感器(2)构成为当由所述温度变化部使温度变化后的周围的空气因所述风而移动从而在所述第1导电体以及所述第2导电体的各自的一端与另一端产生温度差时,产生与该温度差相应的所述输出,所述多个传感器(2)的在所述风朝规定方向流动的情况下产生的所述输出的值互不相同;以及
风向计算部(3),该风向计算部(3)基于在所述多个传感器的各个中产生的所述输出的值的差对所述风的风向进行计算。
2.根据权利要求1所述的风向计,其中,
所述传感器构成为,两个所述热电转换元件隔着所述温度变化部配置并且经由配线(29)串联连接,所述两个所述热电转换元件构成为所述第1导电体以及所述第2导电体的各自的一端和另一端的温度的高低与所述输出的正负的对应关系互为相反。
3.根据权利要求1所述的风向计,其中,
所述第1导电体以及所述第2导电体的各自的一端配置于所述一面侧,并且,所述第1导电体以及所述第2导电体的各自的另一端配置于与所述一面相反侧的另一面(2b)侧,所述温度变化部包括配置于所述一面侧且进行放热或者吸热的第1温度变化部(21aa、
21ba)、以及配置于所述另一面侧且进行放热以及吸热中的与所述第1温度变化部所进行的一方不同的另一方的第2温度变化部(21ab、21bb)。
4.根据权利要求1所述的风向计,其中,
在所述风流动的方向上,所述第1导电体以及所述第2导电体的各自的一端配置于所述风的上游侧,并且,所述第1导电体以及所述第2导电体的各自的另一端配置于所述风的下游侧。
5.一种风向风量计,其中,
所述风向风量计具备权利要求1所述的风向计,
也构成所述风向计算部基于所述输出的值对风量进行计算的风量计。
6.一种移动方向测定计,具有一面,并且设置于移动体(50),对当所述移动体移动时在所述一面的上方相对于所述移动体相对地产生的风进行测定,由此对所述移动体的移动方向进行测定,其中,
所述移动方向测定计具有:
多个传感器(2),所述多个传感器(2)形成有所述一面,并且具备热电转换元件(21、
21A、21B、370),该热电转换元件(21、21A、21B、370)具有第1导电体(21a、250a)以及第2导电体(21b、250b),所述第1导电体(21a、250a)具有一端(21aa、250aa)以及与该一端相反侧的另一端(21ab、250ab)且由金属或者半导体构成,所述第2导电体(21b、250b)具有一端(21ba、250ba)以及与该一端相反侧的另一端(21bb、250bb)且由与所述第1导电体不同的金属或者半导体构成,所述第1导电体与所述第2导电体串联连接,并且当所述第1导电体以及所述第2导电体的各个中相互连接的一侧的一端(21aa、21ba、250aa、250ba)与所述第1导电体的所述另一端(21ab、250ab)以及所述第2导电体的所述另一端(21bb、250bb)产生温度差时,该热电转换元件(21、21A、21B、370)产生电输出,并且,所述多个传感器(2)具备温度变化部(22、320),该温度变化部(22、320)通过进行放热以及吸热中的至少一方而使周围的温度变化,所述多个传感器(2)构成为当由所述温度变化部使温度变化后的周围的空气因所述风而移动从而在所述第1导电体以及所述第2导电体的各自的一端与另一端产生温度差时,产生与该温度差相应的所述输出,所述多个传感器(2)的在所述风朝规定方向流动的情况下产生的所述输出的值互不相同;以及
移动方向计算部(3A),该移动方向计算部(3A)基于在所述多个传感器的各个中产生的所述输出的值的差对所述移动体的移动方向进行计算。
7.根据权利要求1所述的风向计,其中,
所述传感器具备隔着所述温度变化部配置的第1热电转换元件(21A)以及第2热电转换元件(21B),
在所述第1热电转换元件以及所述第2热电转换元件中,当所述第1导电体以及所述第2导电体的各个中相互连接的一侧的所述一端相比所述第1导电体以及所述第2导电体的各个中相互连接的一侧的所述另一端变得高温或者低温时,所述第1热电转换元件以及所述第2热电转换元件产生互不相同的极性的所述输出。

说明书全文

向计、风向风量计以及移动方向测定计

技术领域

[0001] 本发明涉及风向计、风向风量计以及移动方向测定计。

背景技术

[0002] 作为现有的风向计,具有使用与风标相同的原理的叶片式的风向计(例如,参照专利文献1)。该风向计具备支承于轴承的旋转轴、以及能够接受风而以旋转轴为中心旋转的叶片(箭形翼),利用叶片朝向的方向表示风向。
[0003] 【专利文献1】日本特开平8-160065号公报

发明内容

[0004] 但是,在上述的现有的风向计中,当风向的测定时,在由轴承与旋转轴构成的机械式的活动部产生摩擦,能够检测风速比较大的风的风向,但难以检测室内气流等的微弱的风的风向。
[0005] 因此,在风向计、风向风量计中,期望能够检测微弱的风的风向的检测。同样地,在利用风向计对正在移动的物体的移动方向进行测定的移动方向测定计中,也期望能够进行微弱的风的风向的检测。
[0006] 本发明鉴于上述情况下,其目的在于提供一种能够进行微弱的风的风向的检测的风向计、风向风量计以及移动方向测定计。
[0007] 为了实现上述目的,技术方案1所记载的发明的风向计具有一面(2a),对在一面的上方流动的风的风向进行测定,具有以下的特征。即,风向计具有:多个传感器(2),多个传感器(2)形成有一面,并且具备热电转换元件(21、21A、21B、370),该热电转换元件(21、21A、21B、370)具有第1导电体(21a、250a)以及第2导电体(21b、250b),第1导电体(21a、250a)具有一端(21aa、250aa)以及与该一端相反侧的另一端(21ab、250ab)且由金属或者半导体构成,第2导电体(21b、250b)具有一端(21ba、250ba)以及与该一端相反侧的另一端(21bb、
250bb)且由与第1导电体不同的金属或者半导体构成,第1导电体与第2导电体串联连接,并且当在第1导电体以及第2导电体的各个中相互连接的一侧的一端(21aa、21ba、250aa、
250ba)与第1导电体的另一端(21ab、250ab)以及第2导电体的另一端(21bb、250bb)产生温度差时产生电输出,并且,多个传感器(2)具备温度变化部(22、320),该温度变化部(22、
320)通过进行放热以及吸热中的至少一方而使周围的温度变化,多个传感器(2)构成为当由温度变化部使温度变化后的周围的空气因风而移动从而在第1导电体以及第2导电体的各自的一端与另一端产生温度差时,产生与该温度差相应的输出,多个传感器(2)的在风朝规定方向流动的情况下产生的输出的值互不相同;以及风向计算部(3),该风向计算部(3)基于在多个传感器的各个中产生的输出的值的差对风的风向进行计算。
[0008] 据此,使用不具有机械式的活动部的热电转换元件对风向进行检测,因此能够进行微弱的风的风向的检测。
[0009] 此外,技术方案5所记载的发明的风向风速计是具备技术方案1所记载的风向计的风向风量计,也构成风向计算部基于输出的值对风量进行计算的风量计。据此,由于具备技术方案1所记载的风向计,所以能够进行微弱的风的风向的检测。
[0010] 此外,技术方案6所记载的发明的移动方向测定计具有一面,并且设置于移动体(50),对当移动体移动时在一面的上方相对于移动体相对地产生的风进行测定,由此对移动体的移动方向进行测定,其中,移动方向测定计具有:多个传感器(2),多个传感器(2)形成有一面,并且具备热电转换元件(21、21A、21B、370),该热电转换元件(21、21A、21B、370)具有第1导电体(21a、250a)以及第2导电体(21b、250b),第1导电体(21a、250a)具有一端(21aa、250aa)以及与该一端相反侧的另一端(21ab、250ab)且由金属或者半导体构成,第2导电体(21b、250b)具有一端(21ba、250ba)以及与该一端相反侧的另一端(21bb、250bb)且由与第1导电体不同的金属或者半导体构成,第1导电体与第2导电体串联连接,并且当第1导电体以及第2导电体的各个中相互连接的一侧的一端(21aa、21ba、250aa、250ba)与第1导电体的另一端(21ab、250ab)以及第2导电体的另一端(21bb、250bb)产生温度差时产生电输出,并且,多个传感器(2)具备温度变化部(22、320),该温度变化部(22、320)通过进行放热以及吸热中的至少一方而使周围的温度变化,多个传感器(2)构成为当由温度变化部使温度变化后的周围的空气因风而移动从而在第1导电体以及第2导电体的各自的一端与另一端产生温度差时,产生与该温度差相应的输出,多个传感器(2)的在风朝规定方向流动的情况下产生的输出的值互不相同;以及
[0011] 移动方向计算部(3A),该移动方向计算部(3A)基于在多个传感器的各个中产生的输出的值的差对移动体的移动方向进行计算。
[0012] 据此,使用不具有机械式的活动部的热电转换元件对风向进行检测,因此,当对移动体移动时相对于移动体相对地产生的风进行测定时,即便该风微弱,也能够进行该风的风向的检测。附图说明
[0013] 图1是示出第1实施方式所涉及的风向计1的整体结构的立体图。
[0014] 图2是示出图1所示的风向计1的平面结构的图。
[0015] 图3是示出由加热器22产生的热气的移动的与图2对应的图。
[0016] 图4是图1中的传感器2的俯视图。
[0017] 图5是图4的V-V线剖视图。
[0018] 图6是用于对第1实施方式的传感器2的制造工序进行说明的剖视图。
[0019] 图7是示出在第1实施方式中无风的情况下的传感器2附近的温度分布的图。
[0020] 图8是示出在第1实施方式中有风流动情况下的传感器2附近的温度分布的图。
[0021] 图9是第2实施方式的传感器2的俯视图。
[0022] 图10是图9的X-X线剖视图。
[0023] 图11是示出在第2实施方式中无风的情况下的传感器2附近的温度分布的图,且是与图9的XI-XI线剖面对应的模式图。
[0024] 图12是示出在第2实施方式中有风流动的情况下的传感器2附近的温度分布的图,且是与图9的XII-XII线剖面对应的模式图。
[0025] 图13是示出在比较例1中有风流动的情况下的传感器2附近的温度分布的图。
[0026] 图14是示出第3实施方式所涉及的风向计1的平面结构的图。
[0027] 图15是图14中的传感器2的俯视图。
[0028] 图16是图14中的传感器2的仰视图。
[0029] 图17是图15的XVII-XVII线剖视图。
[0030] 图18是用于对第3实施方式的传感器2的制造工序进行说明的剖视图,且是与图17对应的剖视图。
[0031] 图19是图15的XIX-XIX线剖视图。
[0032] 图20是用于对第3实施方式的传感器2的制造工序进行说明的剖视图,且是与图17对应的剖视图。
[0033] 图21是示出在第3实施方式中无风的情况下的传感器2附近的温度分布的图。
[0034] 图22是示出在第3实施方式中有风流动的情况下的传感器2附近的温度分布的图。
[0035] 图23是第3实施方式的变形例1的传感器2的俯视图。
[0036] 图24是图23所示的传感器2的仰视图。
[0037] 图25是图23的XXV-XXV线剖视图。
[0038] 图26是用于对第3实施方式的变形例1的传感器2的制造工序进行说明的剖视图,且是与图25对应的剖视图。
[0039] 图27是图23的XXVII-XXVII线剖视图。
[0040] 图28是用于对第3实施方式的变形例1的传感器2的制造工序进行说明的剖视图,且是与图17对应的剖视图。
[0041] 图29是第3实施方式的变形例2的传感器2的俯视图。
[0042] 图30是图29所示的传感器2的仰视图。
[0043] 图31是图29的XXXI-XXXI线剖视图。
[0044] 图32是用于对第3实施方式的变形例2的传感器2的制造工序进行说明的剖视图,且是与图31对应的剖视图。
[0045] 图33是图29的XXXIII-XXXIII线剖视图。
[0046] 图34是用于对第3实施方式的变形例2的传感器2的制造工序进行说明的剖视图,且是与图33对应的剖视图。
[0047] 图35是示出在第3实施方式的变形例2中无风的情况下的传感器2附近的温度分布的图。
[0048] 图36是示出在第3实施方式的变形例2中有风流动的情况下的传感器2附近的温度分布的图。
[0049] 图37是示出第4实施方式的移动方向测定计1A(包括球棒50)的整体结构的图。
[0050] 图38是图37的XXXVIII-XXXVIII线剖视图。
[0051] 图39是其他实施方式的风向计1的俯视图。
[0052] 图40是其他实施方式的传感器2的俯视图。
[0053] 图41是其他实施方式的传感器2的俯视图。
[0054] 图42是其他实施方式的传感器2的俯视图。
[0055] 图43是其他实施方式的传感器2的俯视图。
[0056] 图44是其他实施方式的传感器2的俯视图。
[0057] 图45是其他实施方式的传感器2的俯视图。
[0058] 图46是其他实施方式的传感器2的俯视图。

具体实施方式

[0059] 以下,基于附图对本发明的实施方式进行说明。另外,在以下的各实施方式彼此中,对相互相同或者等同的部分标注相同的附图标记来进行说明。
[0060] (第1实施方式)
[0061] 参照图1~图8对本发明的第1实施方式所涉及的风向计1进行说明。该风向计1是具有一面2a,对在一面2a的上方流动的风的风向进行测定的装置,如图1所示,具有多个传感器2、控制部3以及显示部4。另外,此处作为一例,风向计1构成为具有8个传感器2。
[0062] 如图1~图5所示,多个传感器2分别由具有一面2a以及与一面2a相反侧的另一面2b的板状的多层基板构成。如图1、图2所示,多个传感器2分别将另一面2b粘接于固定部件5的平面5a,由此固定于固定部件5的平面5a。具体而言,在本实施方式中,传感器2的另一面
2b的整个面由固定部件5覆盖。此外,多个传感器2彼此在以相对于平面5a的垂线为轴的旋转方向上以错开的朝向配置。此处,多个传感器2配置于以相对于平面5a的垂线为轴的圆周(参照图2中的虚线S1)上的不同位置,具体而言,8个传感器2在圆周S1上等间隔地配置。由此,如图2所示,在本实施方式所涉及的风向计1中,能够对圆周S1的圆的径向的16个方向(参照图2的箭头Da1、Da2、Db1、……、Dh2)的风的风向进行测定,不过详细情况将后述。另外,在该16个方向上包括实质上相同的方向(例如,图2的箭头Da1与箭头De2重复),因此,在本实施方式所涉及的风向计1中能够测定的风的风向实质上是8个方向。
[0063] 如图4、图5所示,多个传感器2构成为分别具备两个热电转换元件21(第1热电转换元件21A、第2热电转换元件21B)以及加热器22。两个热电转换元件21隔着加热器22配置,并且经由配线(后述的背面图案29)串联连接。另外,此处作为一例,如图5所示,两个热电转换元件21以及加热器22在与传感器2的一面2a以及另一面2b平行的方向上按照第1热电转换元件21A、加热器22、第2热电转换元件21B的顺序排列配置。传感器2以在与作为检测对象的风的流动方向(参照图5的箭头Da1、Da2)平行的方向上第1热电转换元件21A与第2热电转换元件21B位于加热器22的两侧的方式固定于固定部件5的平面5a。
[0064] 具体而言,如图5所示,传感器2由将绝缘基体材料23、具有一面2a的表面保护部件24、背面保护部件25一体化的多层基板构成,在该多层基板的内部配置热电转换元件21以及加热器22。
[0065] 如图5所示,热电转换元件21具有第1层间连接部件21a与第2层间连接部件21b,是产生与第1、2层间连接部件21a、21b的各自的两端21aa、21ba、21ab、21bb的温度差相应的电动势、即电压的元件。第1层间连接部件21a与第2层间连接部件21b经由配线(后述的表面图案28)串联连接,并与控制部3电连接。第1层间连接部件21a由金属或者半导体构成,第2层间连接部件21b由与第1层间连接部件21a不同的金属或者半导体构成。另外,第1层间连接部件21a相当于权利要求中的第1导电体,第2层间连接部件21b相当于权利要求中的第2导电体。
[0066] 如图5所示,在本实施方式的传感器2中,第1、2层间连接部件21a、21b的各自的相互连接的一侧的一端21aa、21ba、和与第1层间连接部件21a的一端21aa相反侧的另一端21ab以及与第2层间连接部件21b的一端21ba相反侧的另一端21bb对置。更具体而言,该一端21aa、21ba与该另一端21ab、21bb配置于与风流动的方向Da1、Da2垂直的方向上的相同位置,且该一端21aa、21ba与该另一端21ab、21bb对置。此外,在本实施方式中,该一端21aa、
21ba配置于传感器2的一面2a侧,该另一端21ab、21bb配置于传感器2的另一面2b侧。
[0067] 此外,如图5所示,在本实施方式中,在多个传感器2的各个中,形成为多个(两个)热电转换元件21经由配线(后述的背面图案29)串联连接的结构。由此,在本实施方式中,能够增大传感器2的电动势,能够实现传感器2的高灵敏度化。
[0068] 加热器22是产生温热的热源体,此处由通过镍铬电热线等的通电而放热的电热丝构成。加热器22作为使周围的温度变化的温度变化部而设置,通过进行放热而使周围的温度变化。加热器22与控制部3电连接。另外,作为使周围的温度变化的温度变化部,也可以代替加热器22,转而使用通过进行吸热而使周围的温度变化的冷却器。
[0069] 在本实施方式中,绝缘基体材料23由以聚醚醚(PEEK)、聚醚酰亚胺(PEI)、液晶聚合物(LCP)等为代表的平面矩形状的热塑性树脂薄膜构成。
[0070] 另外,本实施方式的第1、2通孔26、27形成为从一面2a朝向另一面2b而直径为恒定的圆筒状,不过也可以形成为从一面2a朝向另一面2b而直径变小的锥形状。此外,可以形成为从另一面2b朝向一面2a而直径变小的锥形状,也可以形成为方筒状。
[0071] 并且,在第1通孔26配置第1层间连接部件21a,在第2通孔27配置第2层间连接部件21b。也就是说,在绝缘基体材料23中第1、2层间连接部件21a、21b互不相同地配置。
[0072] 这样,在第1、2通孔26、27内配置第1、2层间连接部件21a、21b,因此,通过适当变更第1、2通孔26、27的个数、直径、间隔等,能够实现第1、2层间连接部件21a、21b的高密度化。由此,在本实施方式中,能够增大传感器2的电动势,实现传感器2的高灵敏度化。
[0073] 第1、2层间连接部件21a、21b由互不相同的金属或者半导体构成以便发挥塞贝克效应。例如,第1层间连接部件21a由将构成P型的Bi-Sb-Te合金的粉末以维持烧结前的多个金属原子的结晶构造的方式固相烧结的金属化合物构成。此外,第2层间连接部件21b由将构成N型的Bi-Te合金的粉末以维持烧结前的多个金属原子的结晶构造的方式固相烧结的金属化合物构成。这样,形成第1、2层间连接部件21a、21b的金属是以多个金属原子维持该金属原子的结晶构造的状态烧结的烧结合金。由此,能够增大由交替串联连接的第1、2层间连接部件21a、21b产生的电动势,能够实现传感器2的高灵敏度化。
[0074] 这样,在本实施方式所涉及的风向计1中,使用高灵敏度的传感器2,因此能够使用传感器2对在一面2a的上方流动的微弱的风的风向进行检测。
[0075] 如图5所示,在绝缘基体材料23中的表面23a配置由以聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亚胺(PEI)、液晶聚合物(LCP)等为代表的平面矩形状的热塑性树脂薄膜构成的表面保护部件24。该表面保护部件24形成为与绝缘基体材料23的平面形状相同的大小,在与绝缘基体材料23对置的表面24a侧以相互分离的方式形成对箔等刻画图案的多个表面图案28。并且,各表面图案28分别与第1、2层间连接部件21a、21b适当电连接。
[0076] 具体而言,如图5所示,当将相邻的一个第1层间连接部件21a与第2层间连接部件21b设为一个组21c时,各组21c的第1、2层间连接部件21a、21b与相同的表面图案28连接。也就是说,各组21c的第1、2层间连接部件21a、21b经由表面图案28电连接。另外,在本实施方式中,将沿着绝缘基体材料23的长度方向(图4中的纸面左右方向)相邻的一个第1层间连接部件21a与一个第2层间连接部件21b设为组21c。
[0077] 在绝缘基体材料23中的与表面23a相反侧的背面23b配置由以聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亚胺(PEI)、液晶聚合物(LCP)等为代表的热塑性树脂薄膜构成的平面矩形状的背面保护部件25。该背面保护部件25以绝缘基体材料23的长度方向的长度比绝缘基体材料23长,且长度方向的两端部从绝缘基体材料23突出的方式配置于绝缘基体材料23的背面23b。
[0078] 在背面保护部件25的与绝缘基体材料23对置的一面25a侧以相互分离的方式形成对铜箔等刻画图案的多个背面图案29。并且,各背面图案29分别与第1、2层间连接部件21a、21b适当电连接。
[0079] 具体而言,如图5所示,在相邻的两个组21c中,一方的组21c的第1层间连接部件21a与另一方的组21c的第2层间连接部件21b与相同的背面图案29连接。也就是说,第1、2层间连接部件21a、21b跨越组21c经由相同的背面图案29电连接。
[0080] 这样,各组21c如图4中虚线所示的那样串联连接。另外,图4中的虚线表示串联连接的多个组21c以及配线。
[0081] 在传感器2中的加热器22中,在绝缘基体材料23的内部埋设有电热丝22a。此外,在传感器2中的加热器22的下方以跨越加热器22的方式形成背面图案29。利用该背面图案29,将第1热电转换元件21A的第1、2层间连接部件21a、21b与第2热电转换元件21B的第1、2层间连接部件21a、21b串联连接。
[0082] 此外,在本实施方式的传感器2中,如图5所示,背面图案29中的、成为如上述那样串联连接的端部的部分形成为从绝缘基体材料23露出。并且,背面图案29中的从绝缘基体材料23露出的部分为作为与控制部3连接的端子发挥功能的部分。
[0083] 此处,如图5所示,在本实施方式的传感器2中,两个热电转换元件21(第1、2层间连接部件21a、21b、表面图案28、背面图案29)的构造形成为以设置于两个热电转换元件21间的加热器22为轴呈线对称。即,第1热电转换元件21A与第2热电转换元件21B的形状以及大小相同等的基本构造相同,相距加热器22的距离也相同。此外,在第1热电转换元件21A与第2热电转换元件21B中,第1层间连接部件21a与第2层间连接部件21b的连接顺序相反。因此,在本实施方式中,在第1热电转换元件21A与第2热电转换元件21B中,第1、2层间连接部件
21a、21b的各自的一端21aa、21ba与另一端21ab、21bb的温度的高低和电动势的正负的对应关系相反。例如,两个热电转换元件21均当第1、2层间连接部件21a、21b的一端21aa、21ba相比另一端21ab、21bb变得高温时,两个热电转换元件21产生互不相同的极性(例如,如果一方为正则另一方为负)的电动势。此外,两个热电转换元件21均当第1、2层间连接部件21a、
21b的一端21aa、21ba相比另一端21ab、21bb变得低温时,两个热电转换元件21也产生互不相同的极性的电动势。此外,当在第1热电转换元件21A中一端21aa、21ba相比另一端21ab、
21bb变得高温,在第2热电转换元件21B中一端21aa、21ba相比另一端21ab、21bb变得低温时,两个热电转换元件21产生相同的极性的电动势。这样,在该传感器2中,在第1热电转换元件21A与第2热电转换元件21B中,在一端21aa、21ba与另一端21ab、21bb的温度的高低相反的情况下,产生相同的极性的电动势。
[0084] 以上为本实施方式的传感器2的结构。在该传感器2中,在第1、2热电转换元件21A、21B的各个区域中,相互连接的第1、2层间连接部件21a、21b的一端21aa、21ba位于一面2a侧,另一端21ab、21bb位于另一面2b侧。因此,当在传感器2中的一面2a侧与另一面2b侧产生温度差时,在第1、2层间连接部件21a、21b的各自的一端21aa、21ba与另一端21ab、21bb产生温度差。通过产生该温度差,在该传感器2中,产生与温度差相应的电动势。并且,在本实施方式所涉及的风向计1中,将该电动势作为传感器信号输送至控制部3。另外,该电动势通过上述温度差变化而变化。
[0085] 此处,参照图6对本实施方式的传感器2的制造方法进行说明。
[0086] 首先,准备图6(a)所示的绝缘基体材料23。该绝缘基体材料23如以下那样形成。准备埋入了加热器22的绝缘基体材料23,并通过钻头、激光等形成多个第1通孔26。接着,朝各第1通孔26填充第1导电膏21d。另外,作为朝第1通孔26填充第1导电膏21d的方法(装置),也可以采用本申请人提出的日本专利2010-50356号所记载的方法(装置)。
[0087] 简单地进行说明,经由吸附纸在保持台上以背面23b与吸附纸对置的方式配置绝缘基体材料23。并且,一边熔化第1导电膏21d,一边朝第1通孔26内填充第1导电膏21d,不过对此未予图示。由此,第1导电膏21d的有机溶剂的大部分被吸附纸吸附,在第1通孔26密接配置合金的粉末。
[0088] 另外,吸附纸只要是能够吸收第1导电膏21d的有机溶剂的材质即可,使用普通的无纤维纸。此外,第1导电膏21d是通过将金属原子维持规定的结晶构造的Bi-Sb-Te合金的粉末添加到熔点为43℃的石蜡等的有机溶剂并使之膏化而成的材料。因此,当填充第1导电膏21d时,在绝缘基体材料23的表面23a被加热至约43℃的状态下进行。
[0089] 接着,通过钻头、激光等在绝缘基体材料23形成多个第2通孔27。
[0090] 接着,朝各第2通孔27填充第2导电膏21e。能够与填充第1导电膏21d的工序相同地进行该工序。即,在经由吸附纸在保持台上以背面23b与吸附纸对置的方式配置绝缘基体材料23之后,朝第2通孔27内填充第2导电膏21e,不过对此未予图示。由此,第2导电膏21e的有机溶剂的大部分被吸附于吸附纸,在第2通孔27密接配置合金的粉末。
[0091] 第2导电膏21e使用将与构成第1导电膏21d的金属原子不同的金属原子维持规定的结晶构造的Bi-Te合金的粉末添加到熔点为常温的松油烯等的有机溶剂并使之膏化而成的材料。也就是说,构成第2导电膏21e的有机溶剂使用熔点比构成第1导电膏21d的有机溶剂的熔点低的材料。并且,当填充第2导电膏21e时,在绝缘基体材料23的表面23a保持为常温的状态下进行。换言之,在第1导电膏21d所含有的有机溶剂被固化的状态下,进行第2导电膏21e的填充。由此,能够抑制第2导电膏21e混入第1通孔26。
[0092] 另外,第1导电膏21d所含有的有机溶剂被固化的状态是指在填充第1导电膏21d的工序中,未被吸附纸吸附而残存于第1通孔26的有机溶剂。
[0093] 此外,准备图6(b)、(c)所示的表面保护部件24以及背面保护部件25。表面保护部件24以及背面保护部件25按照如下方式形成。首先,在表面保护部件24以及背面保护部件25中的与绝缘基体材料23对置的一面24a、25a形成铜箔等。并且,通过对该铜箔适当刻画图案,相对于表面保护部件24以及背面保护部件25形成相互分离的多个表面图案28以及相互分离的多个背面图案29。
[0094] 之后,如图6(d)所示,通过依次层叠背面保护部件25、绝缘基体材料23、表面保护部件24而形成层叠体215。将该层叠体215配置于未图示的一对压板之间,在真空状态下从层叠方向的上下两面一边加热一边加压,由此使层叠体一体化。具体而言,第1、第2导电膏21d、21e被固相烧结而形成第1、第2层间连接部件21a、21b,并且,以第1、第2层间连接部件
21a、21b与表面图案28以及背面图案29连接的方式一边加热一边加压而使层叠体215一体化。
[0095] 另外,虽然并无特别限定,不过当使层叠体215一体化时,也可以在层叠体215与压板之间配置岩纸等的缓冲材料。如以上那样制造传感器2。
[0096] 此外,如图1所示,控制部3是基于传感器2的检测结果对作为测定对象的风的风向进行计算的风向计算部。控制部3例如是由微型计算机、作为存储部的存储器及其周边电路构成的电子控制装置,按照预先设定的程序进行规定的运算处理,对显示部4的工作进行控制。此外,控制部3作为对加热器22的工作与停止进行控制的部件发挥功能。
[0097] 显示部4是显示由控制部3计算得到的风向的监视器等的显示部。
[0098] 固定部件5是具有平面5a,用于在平面5a固定多个传感器2的部件。本实施方式的固定部件5由相比一面2a的上方的空气(或者,在一面2a的上方流动的风)、构成传感器2的材料难以热移动的材料构成,例如由树脂构成。
[0099] 此处,使用图7、图8对本实施方式所涉及的风向计1所进行的风向的测定方法进行说明。
[0100] 当本实施方式所涉及的风向计1的风向的测定时,使多个(8个)传感器2的加热器22进行工作来进行放热。
[0101] 最初,对一个传感器2的工作进行说明。
[0102] 首先,对在传感器2中不流动作为测定对象的风(在一面2a的上方流动的风)的情况(以下,称作无风的情况)进行说明。如图7所示,在无风的情况下,通过传递加热器22的热,在传感器2的一面2a侧的空气(或者风)形成图7中的等温线所示的温度分布,并且,在传感器2的另一面2b侧的固定部件5形成图7中的等温线所示的温度分布。在传感器2的一面2a侧成为与一面2a的上方的空气(风)的温度分布相应的温度,在传感器2的另一面2b侧成为与固定部件5的温度分布相应的温度。具体而言,在传感器2的一面2a侧以及另一面2b侧,形成越是接近加热器22则温度越高的温度分布。此处,在本实施方式的传感器2中,如上所述,两个热电转换元件21的构造形成为以加热器22为轴呈线对称。因此,如图7的等温线所示,在本实施方式的传感器2中,在无风的情况下,从加热器22产生的热朝隔着加热器22的两侧(两个热电转换元件21的各个)均等地传递。具体而言,当对传感器2的一面2a与另一面2b的相距加热器22的距离相等的位置彼此的温度进行比较时,与具备固定部件5的另一面2b侧相比,在风通过的一面2a侧,温度变高。结果,在配置于隔着加热器22对称的位置的对应的两个第1层间连接部件21a中,与两端(图5中的一端21aa与另一端21ab)的温度差均相同。同样地,在配置于隔着加热器22对称的位置的对应的两个第2层间连接部件21b中,两端(图5中的一端21aa与另一端21ab)的温度差也均相同。进而,在本实施方式的传感器2中,如上所述,形成为温度的高低与电动势的正负的对应关系相反的结构。因此,在本实施方式的传感器2中,在无风的情况下,两个热电转换元件21产生的电动势分别大小相同且正负互为相反,因此,各个多个传感器2的整体的电动势为零。同样地,多个传感器2分别在无风的情况下电动势为零。另外,在本实施方式中,设置由难以热移动的材料构成的固定部件5,因此,如图7所示,传感器2的另一面2b侧的温度分布与一面2a侧的温度分布相比,各等温线的间隔变窄。
[0103] 并且,对于在传感器2中流动作为测定对象的风(在一面2a的上方流动的风。)的情况下,以在图2中的传感器2A中流动箭头Da1的方向的风的情况为例进行说明。如图8所示,在流动作为测定对象的风的情况下,在传感器2的一面2a侧的空气(或者风)形成图8中的等温线所示的温度分布,并且在传感器2的另一面2b侧的固定部件5形成图8中的等温线所示的温度分布。在本实施方式中,在一面2a的上方流动风的情况下,通过加热器22而使温度变化的周围的空气(以下,称作热气)中的一面2a侧的空气因风而沿与一面2a平行的方向(图8的右方向)移动。此时,在本实施方式中,如上所述,传感器2的另一面2b的整个面由固定部件5覆盖,因此,风不朝传感器2的另一面2b侧流动。因此,热气中的另一面2b侧的空气不因风而移动(或者,与一面2a侧的空气相比缓慢移动)。因此,在本实施方式所涉及的风向计1中有风流动的情况下,如图8所示,传感器2的一面2a侧的空气(或者风)的温度分布变化。
[0104] 结果,在传感器2中,在刚刚流动风之后,如图8所示,在图8的右侧的热电转换元件21中,一面2a侧变为高温,进而,第1、2层间连接部件21a、21b的各自的一端21aa、21ba变为高温。此外,在图8的左侧的热电转换元件21中,一面2a侧变为低温,进而,第1、2层间连接部件21a、21b的各自的一端21aa、21ba变为低温。此时,如上所述,另一面2b侧的空气不因风而移动,因此,图8的两个热电转换元件21的第1、2层间连接部件21a、21b的各自的另一端
21ab、21bb的温度不变化。因此,两个热电转换元件21分别在第1、2层间连接部件21a、21b的两端21aa、21ba、21ab、21bb产生温度差,而且,在第1热电转换元件21A与第2热电转换元件
21B中温度的高低相反。这样,在本实施方式中,在刚刚流动风之后,两个热电转换元件21分别在第1、2层间连接部件21a、21b的各自的一端21aa、21ba、第1层间连接部件21a的另一端
21ab以及第2层间连接部件21b的另一端21bb产生温度差。由此,传感器2产生与两端21aa、
21ba、21ab、21bb的温度差相应的正的电动势。而且,串联连接的两个热电转换元件21产生相同的极性(正)的电动势,因此,与热电转换元件21为一个的情况相比,传感器2的电动势变大,能够实现传感器2的高灵敏度化。另外,在传感器2中,在朝与Da1相反的方向(图2中的箭头Da2)流动风的情况下,产生与朝Da1的方向流动风的情况下产生的电动势相同的绝对值的负的电动势。
[0105] 在本实施方式中,如以上说明的那样,一个传感器2工作。接着,对如此工作的多个(8个)传感器2所进行的风向的测定方法进行说明。
[0106] 如上所述,多个传感器2相互在以相对于平面5a的垂线为轴的旋转方向上以错开的朝向配置。因此,在本实施方式中,多个传感器2在风朝规定方向流动的情况下产生的电动势的值互不相同。具体而言,在多个传感器2中的、因风而移动的热气朝一面2a(第1、2层间连接部件21a、21b的一端21aa、21ba)的宽广范围传递的传感器2中,所产生的电动势的绝对值变大。例如,如图3所示,在风的风向为图2中的箭头Da1的方向的情况下,在传感器2A中,热气朝一面2a的宽广范围传递,因此,所产生的电动势的绝对值变大。此外,在该情况下,在传感器2B中,与传感器2A相比,热气传递的范围变窄,因此,所产生的电动势变小,在传感器2C中,热气传递的范围进一步变窄,因此,所产生的电动势进一步变小。此外,因风而移动的热气朝一面2a的何种程度的范围传递依存于多个传感器2中的第1热电转换元件21A、加热器22、第2热电转换元件21B的排列与风的风向一致到什么程度。考虑到以上情况,例如通过特定多个传感器2中的产生极性为正且绝对值最大的电动势的传感器2,能够对风的风向(在传感器2A的电动势为正且最大的情况下,为Da1的方向)进行测定。
[0107] 另外,在流动方向相反的风向(此处,与Da1相反的Da2的方向)的风的情况下,传感器2的电动势变为负,因此,也可以利用这个通过一个传感器2对互为相反的2个方向(此处,Da1以及Da2)进行测定。在该情况下,例如,在本实施方式的风向计1中,省略传感器2E、2F、2G、2H,仅通过具备传感器2A、2B、2C、2D,便能够对在具备8个传感器2(2A~2H)的情况下能够测定的全部的方向(Da1~Dh2)进行测定。
[0108] 这样,在本实施方式所涉及的风向计1中,基于在多个传感器2的各个中产生的电动势的差,对作为测定对象的风的风向进行测定。
[0109] 如以上的说明的那样,在本实施方式所涉及的风向计1中,使用不具有机械式的活动部的传感器2对风向进行检测,因此,能够进行微弱的风的风向的检测。进而,在本实施方式所涉及的风向计1中,使用高灵敏度的传感器2,因此能够进行特别微弱的风的风向的检测。
[0110] 此外,上述的现有的风向计具有机械式的活动部,当风向变化时叶片会因惯性而旋转,因此,存在进行等待直至因惯性而引起的叶片的旋转停止,考虑到因该惯性而引起的旋转而必须求出的问题。与此相对,在本实施方式所涉及的风向计1中,由于使用不具有机械式的活动部的传感器2,所以不会产生这样的问题。
[0111] 另外,存在因周围的环境温度的变化等而在一面2a与另一面2b的温度差产生误差的情况。但是,在本实施方式的传感器2中,如上所述,形成为第1、2层间连接部件21a、21b的各自的一端21aa、21ba和另一端21ab、21bb的温度的高低与电动势的正负的对应关系相反的结构。因此,即便在产生了上述的误差的情况下,两个热电转换元件21所产生的电动势分别大小相等且正负互为相反,多个传感器2的各自的整体的电动势为零。因而,在本实施方式的传感器2中,即便在因周围的环境温度的变化等而产生了上述的误差的情况下,也不会对传感器2所产生的电动势的值造成影响(或者所造成的影响小)。
[0112] 如上述说明的那样,本实施方式所涉及的风向计1是具有一面2a,对在一面2a的上方流动的风的风向进行测定的风向计,其特征在于具有以下的多个传感器2与控制部3。即,传感器2形成有一面2a,并且具有由金属或者半导体构成的第1层间连接部件21a、以及与由第1层间连接部件21a不同的金属或者半导体构成的第2层间连接部件21b。此外,传感器2具备当在第1、2层间连接部件21a、21b的各自的一端21aa、21ba与另一端21ab、21bb产生温度差时产生电动势的热电转换元件21。并且,在传感器2中,由加热器22使温度变化后的周围的空气因风而移动,当在第1、2层间连接部件21a、21b的一端21aa、21ba与另一端21ab、21bb产生温度差时产生电动势。控制部3基于在多个传感器2的各个中产生的电动势的差对作为测定对象的风的风向进行计算。
[0113] 因此,在本实施方式所涉及的风向计1中,使用不具有机械式的活动部的热电转换元件21对风向进行检测,因此,能够进行微弱的风的风向的检测。进而,在本实施方式所涉及的风向计1中,使用高灵敏度的传感器2,因此也能够进行特别微弱的风的风向的检测。
[0114] 此外,在本实施方式所涉及的风向计1中,传感器2形成为两个热电转换元件21隔着加热器22配置并且经由配线(背面图案29)串联连接的结构。进而,传感器2形成为第1、2层间连接部件21a、21b的一端21aa、21ba和另一端21ab、21bb的温度的高低与电动势的正负的对应关系相反的结构。
[0115] 因此,在本实施方式所涉及的风向计1中,与仅在加热器22的一侧配置热电转换元件21的情况相比,能够增大传感器2所产生的电动势,能够实现传感器2的高灵敏度化。
[0116] (变形例1)
[0117] 在上述说明的本实施方式所涉及的风向计1中,将传感器2形成为具备两个热电转换元件21(第1热电转换元件21A、第2热电转换元件21B)以及加热器22的结构。但是,在本实施方式所涉及的风向计1中,也可以将传感器2形成为仅具备两个热电转换元件21中的一方的结构。即便是该结构,在流动作为测定对象的风的情况下,热气中的一面2a侧的空气因风而朝与一面2a平行的方向移动,热气中的另一面2b侧的空气不因风而移动。因此,在第1、2层间连接部件21a、21b的各自的一端21aa、21ba与另一端21ab、21bb产生温度差,产生与温度差相应的电动势,因此能够进行风向测定。
[0118] (变形例2)
[0119] 此外,在上述说明的本实施方式所涉及的风向计1中,将传感器2形成为两个热电转换元件21隔着加热器22配置并且经由配线(背面图案29)串联连接的结构。但是,在本实施方式所涉及的风向计1中,也可以将传感器2形成为两个热电转换元件21独立地与控制部3电连接的结构。但是,在该情况下,对于两个热电转换元件21的各个而言,必须设置用于与控制部3连接的配线,因此优选形成为上述说明的结构(将两个热电转换元件21串联连接的结构)的传感器2。
[0120] (第2实施方式)
[0121] 参照图9~图13对本发明的第2实施方式进行说明。本实施方式相对于第1实施方式将加热器22变更为帖元件320,其他都与第1实施方式相同,因此此处省略说明。
[0122] 在第1实施方式所涉及的风向计1中,形成为作为温度变化部具备加热器22的结构,不过在本实施方式所涉及的风向计1中,如图9、图10所示,形成为作为温度变化部具备珀耳帖元件320的结构。
[0123] 此外,在第1实施方式所涉及的风向计1中,形成为利用固定部件5覆盖传感器2的另一面2b的整个面,在传感器2的另一面2b侧不流动风的结构,不过在本实施方式中,形成为在传感器2的(不仅是一面2a)另一面2b侧也流动风的结构。具体而言,此处作为一例,也可以形成为在多个传感器2的各个与固定部件5之间设置垫片,对于多个传感器2的各个而言,仅另一面2b中的一部分由垫片覆盖的结构,不过对此省略图示。
[0124] 珀耳帖元件320是产生温热与冷热的双方的热源体。如图9所示,珀耳帖元件320在多个传感器2的各个中与第1、2热电转换元件21A、21B一起形成于一个多层基板。在本实施方式中,珀耳帖元件320形成为与第1热电转换元件21A相同的构造。即,珀耳帖元件320形成为具有第1层间连接部件21a与第2层间连接部件21b,第1层间连接部件21a与第2层间连接部件21b经由配线(表面图案28)串联连接的结构,并与控制部3电连接。
[0125] 在本实施方式中,构成珀耳帖元件320的第1层间连接部件21a以及第2层间连接部件21b的各自的一端21aa、21ba配置于传感器2的一面2a侧。此外,构成珀耳帖元件320的第1层间连接部件21a以及第2层间连接部件21b的各自的另一端21ab、21bb配置于传感器2的另一面2b侧。在本实施方式的珀耳帖元件320中,当朝第1、2层间连接部件21a、21b供给电时,在第1、2层间连接部件21a、21b的一端21aa、21ba放热,在第1、2层间连接部件21a、21b的另一端21ab、21bb吸热。因而,如图11所示,在本实施方式的珀耳帖元件320中,当朝第1、2层间连接部件21a、21b供给电力时,传感器2的一面2a侧放热,传感器2的另一面2b侧吸热。这样,珀耳帖元件320具有配置于一面2a侧且进行放热或者吸热的作为第1温度变化部的第1、2层间连接部件21a、21b的一端21aa、21ba。此外,珀耳帖元件320具有配置于另一面2b侧且进行放热以及吸热中的与第1温度变化部所进行一方不同的另一方的作为第2温度变化部的第1、2层间连接部件21a、21b的另一端21ab、21bb。另外,在本实施方式中,也可以形成为作为第1温度变化部以及第2温度变化部中的一方具备加热器,作为另一方具备与该加热器不同的部件的冷却器的结构。
[0126] 此外,构成第1、2热电转换元件21A、21B的第1层间连接部件21a以及第2层间连接部件21b的各自的一端21aa、21ba配置于传感器2的一面2a侧。此外,构成第1、2热电转换元件21A、21B的第1层间连接部件21a以及第2层间连接部件21b的各自的另一端21ab、21bb配置于传感器2的另一面2b侧。
[0127] 另外,在第1实施方式中说明的传感器2的制造方法中,通过变更为在传感器2中的构成珀耳帖元件320的区域形成与第1热电转换元件21A相同的构造且相对于第1热电转换元件21A电气独立的部件,由此制造本实施方式的传感器2。
[0128] 并且,如图11所示,当在本实施方式所涉及的风向计1中对风向进行测定时,使珀耳帖元件320工作,在传感器2的一面2a侧放热,在传感器2的另一面2b侧吸热。
[0129] 如图11所示,在无风的情况下,珀耳帖元件320的热进行传递,由此在传感器2的一面2a侧的空气(或者风)形成图11中的等温线所示的温度分布,并且在传感器2的另一面2b侧的固定部件5形成图11中的等温线所示的温度分布。在本实施方式中,作为温度变化部使用珀耳帖元件320,因此,在无风的情况下,如图11中的等温线所示那样,因珀耳帖元件320的吸放热,传感器2的一面2a侧变为高温,传感器2的另一面2b侧变为低温。具体而言,在传感器2的一面2a侧形成越是接近珀耳帖元件320则温度越高的温度分布,在传感器2的另一面2b侧形成越是解决珀耳帖元件320则温度越低的温度分布。因此,越是接近珀耳帖元件320,一面2a侧与另一面2b侧的温度差变得越大。
[0130] 这样,在本实施方式的传感器2中,即便在无风的情况下,在一面2a侧与另一面2b侧也产生温度差。但是,在本实施方式的传感器2中,两个热电转换元件21的构造以珀耳帖元件320为轴呈线对称。因此,在本实施方式的传感器2中,也如图11的等温线所示那样,在无风的情况下,从珀耳帖元件320产生的热朝隔着珀耳帖元件320的两侧(两个热电转换元件21的各个)均等地传递。因此,配置于隔着珀耳帖元件320对称的位置的对应的两个第1、2层间连接部件21a、21b的两端(一端21aa、21ba与另一端21ab、21bb)的温度差变为相等。此外,与第1实施方式的情况相同,形成为温度的高低与电动势的正负的对应关系相反的结构,因此,在本实施方式中,在无风的情况下,多个传感器2的各自的整体的电动势也为零。
[0131] 如图12所示,在流动作为测定对象的风的情况下,在传感器2的一面2a侧的空气(或者风)形成图12中的等温线所示的温度分布,并且在传感器2的另一面2b侧的空气(或者风)形成图12中的等温线所示的温度分布。在本实施方式中,在流动作为测定对象的风的情况下,也与第1实施方式的情况相同,由珀耳帖元件320使温度变化后的周围的空气中的一面2a侧的高温的空气(以下,称作热气)因风而朝与一面2a平行的方向(图12的右方向)移动。此时,在本实施方式中,如上所述,在传感器2的另一面2b侧也流动风,因此,由珀耳帖元件320使温度变化后的周围的空气中的另一面2b侧的低温的空气(以下,称作冷气)也与热气相同地朝与一面2a平行的方向移动。
[0132] 此处,如图13所示,在作为温度变化部具备加热器22的情况下,不产生(难以产生)第1、2层间连接部件21a、21b的两端的温度差。即,在无风的情况下,在一面2a以及另一面2b的两面形成越是接近加热器22则温度越高的温度分布,在两面2a、2b的温度分布因风而移动的情况下,不产生(难以产生)第1、2层间连接部件21a、21b的两端的温度差。因而,在该情况下,不产生传感器2的电动势,无法对风向进行检测。
[0133] 与此相对,在本实施方式中,如上所述,在无风的情况下,在传感器2的一面2a侧形成越是接近珀耳帖元件320则温度越高的温度分布,在另一面2b侧形成越是接近珀耳帖元件320则温度越低的温度分布。并且,越是接近珀耳帖元件320,一面2a侧与另一面2b侧的温度差变得越大。并且,如图12所示,在两面2a、2b的温度分布因风而移动的情况下,温度分布中的温度差特别大的部分位于相比珀耳帖元件320靠风的下游侧的第2热电转换元件21B。因此,在第2热电转换元件21B中,第1、2层间连接部件21a、21b的两端的温度差与无风的情况相比变大。另一方面,如图12所示,在相比珀耳帖元件320靠风的上游侧的第1热电转换元件21A中,第1、2层间连接部件21a、21b的两端的温度差与无风的情况相比变小。结果,在传感器2中产生在第1热电转换元件21A中产生的电动势与在第2热电转换元件21B中产生的电动势合在一起的正的电动势。
[0134] 这样,在本实施方式所涉及的风向计1中,即便在因温度变化部而变化的空气中的另一面2b侧的空气因作为测定对象的风等而移动的情况下,也无需设置固定部件5便能够对风的风向进行测定。
[0135] (第3实施方式)
[0136] 参照图14~图36对本发明的第3实施方式进行说明。本实施方式相对于第1实施方式变更了传感器2的结构,其他都与第1实施方式相同,因此此处省略说明。另外,在本实施方式中,也形成为在多个传感器2的各个与固定部件5之间设置垫片,也在传感器2的(不仅是一面2a)另一面2b侧流动风的结构。
[0137] 首先,参照图14~图17、图19对本实施方式所涉及的传感器2的具体构造进行说明。另外,图15是放大示出图14中的点划线所包围的部分A的图,图16~图20是与之对应的图(如图14所示,传感器2实际上形成为整体弯曲的形状,不过在图15~图20中为了便于说明而形成为直线形状)。
[0138] 如图14所示,在本实施方式中,多个传感器2全部在一个多层基板的内部沿着以相对于面5a(参照图1)的垂线为轴的圆周(参照图14中的虚线S2)的方向排列。因而,多个传感器2与第1实施方式等相同地相互在以相对于平面5a的垂线为轴的旋转方向上以错开的朝向配置。此外,多个传感器2相互配置于以相对于平面5a的垂线为轴的圆周(参照图14中的虚线S2)上的不同位置,具体而言,8个传感器2在圆周S2上等间隔地配置。由此,在本实施方式所涉及的风向计1中,也与第1实施方式相同地能够对多个方向的风的风向进行测定,不过详细情况将后述。
[0139] 如图17、图19所示,传感器2由将第1绝缘层210、配置于第1绝缘层210的表面210a的第2绝缘层220、配置于第2绝缘层220的表面220a的表面保护薄膜层270、以及配置于第1绝缘层210的背面210b的背面保护薄膜层280层叠并一体化的多层基板构成。第1绝缘层210、第2绝缘层220、表面保护薄膜层270、背面保护薄膜层280与第1实施方式的绝缘基体材料23、表面保护部件24以及背面保护部件25相同,由热塑性树脂薄膜构成。此处,第1绝缘层
210、第2绝缘层220与第1实施方式的绝缘基体材料23对应。表面保护薄膜层270与第1实施方式的表面保护部件24对应。背面保护薄膜层280与第1实施方式的背面保护部件25对应。
[0140] 在第2绝缘层220的表面220a配置有第1连接用图案231、加热器22以及第2连接用图案232。第1连接用图案231与第2连接用图案232通过对铜箔等的薄膜状的导体刻画图案而形成。加热器22是放出温热的热源体,由电热丝、薄膜电阻体等构成。此处,第1连接用图案231与第1实施方式的表面图案28对应。第2连接用图案232与第1实施方式的背面图案29对应。
[0141] 如图15所示,加热器22形成为在一个方向较长地延伸的形状。第1连接用图案231配置于隔着加热器22的两侧的一方,即图15中的上侧,并且沿着加热器22的长度方向相互分离地配置多个。同样地,第2连接用图案232配置于隔着加热器22的两侧的另一方,即图15中的下侧,并且沿着加热器22的长度方向相互分离地配置多个。另外,在本实施方式中,从与加热器22的长度方向垂直的方向的加热器22到第1连接用图案231的距离与从加热器22到第2连接用图案232的距离相同。
[0142] 此外,如图17、图19所示,在第1绝缘层210的背面210b形成有薄膜状的P型元件250a与薄膜状的N型元件250b。此处,P型元件250a与第1实施方式的第1层间连接部件21a对应,N型元件250b与第1实施方式的第2层间连接部件21b对应。即,P型元件250a相当于权利要求中的第1导电体,N型元件250b相当于权利要求中的第2导电体。
[0143] 因而,在本实施方式中,由P型元件250a以及N型元件250b构成的部分作为产生与两端的温度差相应的电动势的热电转换元件370发挥功能。在图17、图19所示的剖面中,在本实施方式的传感器2中,也形成为以加热器22为轴呈线对称的构造。
[0144] 如图15、图16所示,一个P型元件250a与一个N型元件250b都形成为其一端侧与另一端侧位于隔着加热器22的两侧的方式从一端侧延伸至另一端侧的形状。另外,图16是图15中的多层基板的背侧的俯视图,与图15相比上下颠倒。并且,P型元件250a与N型元件250b沿着加热器22的长度方向交替地配置多个。
[0145] 此外,如图15、图16所示,相邻的一个P型元件250a与一个N型元件250b的一端侧都与共通的第1连接用图案231连接。由此,一个P型元件250a与一个N型元件250b连接。此外,在相邻的一个P型元件250a与一个N型元件250b中,不与共通的第1连接用图案231连接的一个P型元件250a与一个N型元件250b的另一端侧与共通的第2连接用图案232连接。由此,将相互连接的P型元件250a与N型元件250b设为一组,将多组P型元件250a与N型元件250b串联连接。在本实施方式中,一组相互连接的P型元件250a与N型元件250b构成一个热电转换元件370。
[0146] 另外,如图17所示,一个P型元件250a与第1连接用图案231的连接经由第1、第2绝缘层210、220中的形成于第1连接用图案231的正下方的导通孔211、221进行。同样地,一个P型元件250a与第2连接用图案232的连接经由第1、第2绝缘层210、220中的形成于第2连接用图案232的正下方的导通孔212、222进行。
[0147] 此外,如图19所示,一个N型元件250b与第1连接用图案231的连接经由第1、第2绝缘层210、220中的形成于第1连接用图案231的正下方的导通孔211、221进行。同样地,一个N型元件250b与第2连接用图案232的连接经由第1、第2绝缘层210、220中的形成于第2连接用图案232的正下方的导通孔212、222进行。
[0148] 此处,如图15所示,P型元件250a、N型元件250b的各个中相互连接的一侧的一端250aa、250ba与另一端250ab、250bb隔着加热器22位于相反侧。此外,在本实施方式的传感器2中,在风流动的方向Da1上,将P型元件250a的一端250aa以及N型元件250b的一端250ba配置于风的上游侧。此外,在风流动的方向Da1上,将P型元件250a的另一端250ab以及N型元件250b的另一端250bb配置于风的下游侧。这样,在本实施方式的传感器2中,将该一端
250ba、250ba配置于风的上游侧,并且将该另一端250ab、250bb配置于风的下游侧。
[0149] 此外,在本实施方式的传感器2中,绝缘基体材料23、表面保护部件24、背面保护部件25使用热塑性树脂构成,具有挠性。因此,本实施方式的传感器2能够容易地形成为图14所示的弯曲形状。以上是本实施方式的传感器2的基本结构。
[0150] 接着,参照图18~图20对本实施方式的传感器2的制造方法进行说明。
[0151] 如图18、图20所示,准备形成有P型元件材料251、N型元件材料261的图案的第1绝缘层210、P型元件材料251、N型元件材料261填充于导通孔221、222的第2绝缘层220、表面保护薄膜层270以及背面保护薄膜层280。此处,P型元件材料251、N型元件材料261分别与第1实施方式的第1导电膏21d、第2导电膏21e对应。
[0152] 并且,与第1实施方式相同,按照背面保护薄膜层280、第1绝缘层210、第2绝缘层220、表面保护薄膜层270的顺序进行层叠而形成层叠体,通过对该层叠体一边加热一边加压而使层叠体一体化。此时,借助层叠体的一体化时的加热,将P型元件材料251、N型元件材料261固相烧结,由此形成P型元件250a、N型元件250b。如以上那样制造本实施方式的传感器2。
[0153] 接着,使用图21、图22对本实施方式所涉及的风向计1所进行的风向的测定方法进行说明。另外,图21、图22是与图17对应的图,不过省略了图17中的表面保护薄膜层270、背面保护薄膜层280。
[0154] 当本实施方式所涉及的风向计1的风向的测定时,使加热器22工作来进行放热。
[0155] 最初,对一个传感器2的工作进行说明。
[0156] 首先,对无风的情况进行说明。如图21所示,在无风的情况下,传递加热器22的热,由此在传感器2的一面2a侧的空气(或者风)形成图21中的等温线所示的温度分布,并且在传感器2的另一面2b侧的固定部件5形成图21中的等温线所示的温度分布。在传感器2的一面2a侧成为与一面2a的上方的空气(风)的温度分布相应的温度,在传感器2的另一面2b侧成为与另一面2b的下方的空气(风)的温度分布相应的温度。具体而言,在传感器2的一面2a侧以及另一面2b侧形成越是接近加热器22则温度越高的温度分布。此处,在本实施方式的传感器2中,也形成为以加热器22为轴呈线对称的构造。因此,如图21的等温线所示那样,在本实施方式的传感器2中,在无风的情况下,从加热器22产生的热朝隔着加热器22的两侧均等地传递。结果,隔着加热器22配置于对称的位置的对应的P型元件250a的两端(图21中的一端250aa与另一端250ab)的温度差为零。同样地,在隔着加热器22配置于对称的位置的对应的N型元件250b中,两端(一端250ba与另一端250bb)的温度差也为零。因此,多个传感器2的各自的电动势为零。同样地,多个传感器2分别在无风的情况下电动势为零。
[0157] 并且,对于在传感器2中流动作为测定对象的风(一面2a的上方流动的风。)的情况,以在图14中的传感器2A流动箭头Da1的方向的风的情况为例进行说明。如图22所示,在流动作为测定对象的风的情况下,在传感器2的一面2a侧的空气(或者风)形成图22中的等温线所示的温度分布,并且在传感器2的另一面2b的空气(或者风)形成图22中的等温线所示的温度分布。在本实施方式中,在一面2a的上方流动风的情况下,由加热器22使温度变化后的周围的空气中的一面2a侧的空气(以下,称作一面2a侧的热气)因风而朝与一面2a平行的方向(图22的右方向)移动。此外,由于在传感器2的另一面2b侧也流动风,因此由加热器22使温度变化后的周围的空气中的另一面2b侧的高温的空气也与一面2a侧的热气相同地朝与一面2a平行的方向移动。因此,在本实施方式所涉及的风向计1中有风流动的情况下,如图22所示,传感器2的一面2a侧以及另一面2b侧的空气(或者风)的温度分布变化。
[0158] 结果,在传感器2中,在刚刚流动风之后,如图22所示,在图22的右侧(另一端250ab侧),一面2a侧以及另一面2b侧变为高温,进而P型元件250a的另一端250ab变为高温。此外,在图22的左侧(一端250aa侧)的热电转换元件21中,一面2a侧以及另一面2b侧变为低温,进而P型元件250a的一端250aa变为低温。因此,在本实施方式中,在刚刚流动风之后,热电转换元件370在P型元件250a的一端250aa与另一端250ab产生温度差。此外,虽然此处省略说明,不过在N型元件250b中,也与P型元件250a的情况相同,另一端250bb侧变为高温,一端250ba侧变为低温,由此在一端250ba与另一端250bb产生温度差。由此,传感器2产生与两端
250aa、250ab、250ba、250bb的温度差相应的正的电动势。另外,在该传感器2中,也与第1实施方式等的情况相同,在朝与Da1相反的方向(图14中的箭头Da2)流动风的情况下,产生与朝Da1的方向流动风的情况下产生的电动势相同的绝对值的负的电动势。
[0159] 在本实施方式中,如以上说明的那样使一个传感器2工作。并且,与第1实施方式中说明的风向的测定方法相同,能够基于在多个传感器2的各个中产生的电动势的差,对作为测定对象的风的风向进行测定。
[0160] (变形例1)
[0161] 在上述说明的本实施方式所涉及的风向计1中,也可以变更各绝缘层的层叠方向的P型元件250a、N型元件250b的配置。使用图23~图25、图27对此进行说明。
[0162] 在该传感器2中,P型元件250a与N型元件250b配置于第1绝缘层210与第2绝缘层220之间。
[0163] 该传感器2如以下那样进行制造。如图26、图28所示,准备背面保护薄膜层280、第1绝缘层210、第2绝缘层220以及表面保护薄膜层270。此时,在第2绝缘层220的表面220a形成第1连接用图案231与第2连接用图案232。此外,在第2绝缘层220中,朝导通孔221、222填充P型元件材料251以及N型元件材料261,并且在背面220b形成P型元件材料252以及N型元件材料261的图案。然后,对将背面保护薄膜层280、第1绝缘层210、第2绝缘层220以及表面保护薄膜层270依次层叠而成的层叠体一边加热一边加压而使层叠体一体化。
[0164] 在使用了该传感器2的情况下,也与上述说明的本实施方式所涉及的风向计1相同,产生电动势,能够对风的风向进行测定。另外,在本实施方式中,将P型元件250a与N型元件250b的双方配置于第1绝缘层210与第2绝缘层220之间,不过也可以将P型元件250a与N型元件250b中的一方配置于第1绝缘层210与第2绝缘层220之间,将P型元件250a与N型元件250b中的另一方配置于第1绝缘层210的背面210b。
[0165] (变形例2)
[0166] 在上述说明的本实施方式所涉及的变形例1的风向计1中,如图29~图31、图33所示,也可以变更各绝缘层的层叠方向上的第1、第2连接用图案231、232的配置。
[0167] 在该传感器2中,除了P型元件250a与N型元件250b之外,还将第1、第2连接用图案231、232配置于第1绝缘层210与第2绝缘层220之间。
[0168] 该传感器2如以下那样进行制造。如图32、图33所示,准备背面保护薄膜层280、第1绝缘层210、第2绝缘层220以及表面保护薄膜层270。此时,在第1绝缘层210的表面210a形成P型元件材料251以及N型元件材料的图案。在第2绝缘层220的背面220b形成第1、第2连接用图案231、232。此外,在第2绝缘层220的表面220a配置加热器22。并且,将背面保护薄膜层280、第1绝缘层210、第2绝缘层220、表面保护薄膜层270依次层叠而形成层叠体,通过对该层叠体一边加热一边加压而使层叠体一体化。
[0169] 在使用了该传感器2的情况下,也与上述说明的本实施方式所涉及的风向计1相同,如图35所示,在无风的情况下,第1、第2连接用图案231、232没有产生温度差,如图36所示,在流动风的情况下,第1、第2连接用图案231、232产生温度差。因此,产生电动势,能够对风的风向进行测定。
[0170] (第4实施方式)
[0171] 在本实施方式中,参照图37、图38对测定移动体的移动方向的移动方向测定计1A进行说明。如图37所示,移动方向测定计1A是设置于移动体50的装置,具备多个传感器2、以及控制部3。在本实施方式中,作为移动体50,例如可举出棒球用的球棒、高尔夫棒、网球拍、乒乓球拍、制造设备、手臂机器人的活动部、游戏机用的控制器等。此处,作为一例,示出将移动体设为棒球用的球棒50的例子。如图37所示,在本实施方式中,在球棒50的表面400贴附多个传感器2。
[0172] 本实施方式的传感器2形成为与第1实施方式的传感器2相同的构造。如图37、图38所示,传感器2以在与球棒50的移动方向(例如,Dj1的方向)平行的方向上第1热电转换元件21A、第2热电转换元件21B位于加热器22的两侧的方式固定于球棒50。另外,对于将传感器2与控制部3电连接的配线,卷绕于球棒50或者在球棒50上开孔并穿过该孔配置在球棒50的内部,总之只要不会造成妨碍即可。
[0173] 接着,使用图38对本实施方式的移动方向测定计1A所进行的球棒50的移动方向的测定方法进行说明。此处,在球棒50移动的情况下,以球棒50的视点来看,成为与相对于球棒50流动移动方向的相反的方向的风的情况相同的状况。即,在球棒50移动的情况下,成为与在静止的球棒50中流动移动方向的相反的方向的风的情况相同的状况。例如,如图37所示,在球棒50朝Dj1的方向移动的情况下,成为与流动Dj1的相反的方向亦即Di1的方向的风的情况相同的状态。因而,通过对该风的风向进行测定,能够对球棒50的移动方向进行测定。因此,能够按照与第1~3实施方式中说明的风向计1的风的风向的测定方法相同的想法,进行球棒50的移动方向的测定。这样,本实施方式的移动方向测定计1A对当球棒50移动时在一面2a的上方相对于球棒50相对地产生的风进行测定,由此对球棒50的移动方向进行测定。
[0174] 例如,如图38所示,只要形成为具备多个传感器2(此处,附图的传感器2A~2H)以便能够对与球棒50可能会移动的不同的多个方向(此处,8个方向Dj1~Dq1)对应的方向进行测定的移动方向测定计1A即可。例如,在球棒50朝图38中的箭头Dj1的方向移动的情况下,相对地产生的风的风向相对于传感器2G成为与一面2a平行的方向,相对于其他的传感器2A~2F、2H不平行。因此,在球棒50朝箭头Dj1的方向移动的情况下,传感器2G在多个传感器2中产生绝对值最大的电动势。此外,此时,传感器2G产生正的电动势。也就是说,这样,在本实施方式的移动方向测定计1A中,通过特定多个传感器2中的产生极性为正且绝对值最大的电动势的传感器2,能够特定风的风向(在传感器2G的电动势为正且最大的情况下,为Dj1的方向),进而,能够对球棒50的移动方向(在传感器2G的电动势为正且最大的情况下,为Di1的方向)进行测定。
[0175] 控制部3A是基于传感器2的检测结果对作为测定对象的移动体的移动方向进行计算的移动方向计算部。控制部3A例如是由微型计算机、作为存储部的存储器及其周边电路构成的电子控制装置。此外,控制部3A作为对加热器22的工作与停止进行控制的部件发挥功能。控制部3A基于在多个传感器2的各个中产生的电动势的值的差对球棒50的移动方向进行计算。
[0176] (其他实施方式)
[0177] 本发明并不限定于上述的实施方式,也可以如下述那样在权利要求所记载的范围内适当进行变更。
[0178] 例如,在第1实施方式的传感器2中,也可以变更加热器22的位置。在第1实施方式中,使加热器22位于与传感器2的一面2a以及另一面2b垂直的方向上的中央部,不过也可以使加热器22位于传感器2的一面2a。即,例如,也可以构成为利用通过通电而放热的电阻体构成加热器22,该电阻体设置于表面保护部件24并从表面保护部件24露出。
[0179] 此外,在第1~3实施方式的风向计1、第4实施方式的移动方向测定计1A中,也可以在多个传感器2的各传感器2间设置风挡。在该情况下,能够抑制传感器2的下风的卡涡旋的产生,因此能够高精度地测定风的风向或者移动体的移动方向。
[0180] 此外,在第1~3实施方式的风向计1中,基于在多个传感器2的各个中产生的电动势的差对作为测定对象的风的风向进行测定,同样地,在第4实施方式的移动方向测定计1A中,基于在多个传感器2的各个中产生的电动势的值的差对移动体(球棒)50的移动方向进行测定。但是,在第1~4实施方式中,也可以不是基于电压的差而是基于电流的差对风的风向、移动体50的移动方向进行测定。即,本发明所涉及的风向计1以及移动方向测定计1A能够基于在多个传感器2的各个中产生的电压与电流中的一方的电输出的差,对风的风向、移动体50的移动方向进行测定。
[0181] 此处,在第1~3实施方式的风向计1的第1、2导电体(第1、2层间连接部件21a、21b、P、N型元件250a、250b)的各自的一端21aa、21ba、250aa、250ba与另一端21ab、21bb、250ab、250bb产生的温度差与风的风量之间具有一定的关系。即,与该温度差相应地在传感器2所产生的电动势的值与风的风量之间具有一定的关系。因而,利用这一情况,能够形成风向风量计,利用第1~3实施方式所涉及的风向计1也构成基于从传感器2输出的电动势的值测定风量的风量计。即,在第1~3实施方式的控制部3中,也可以基于从传感器2输出的电动势的值以及该电动势的值与风量之间的关系对风量进行计算。在该情况下,具体而言,例如,只要特定多个传感器2中的产生极性为正且绝对值最大的电动势的传感器2,基于该特定的传感器2所产生的电动势的值对风量进行计算。此外,在该情况下,也可以特定多个传感器2中的产生极性为负且绝对值最大的电动势的传感器2,并考虑该特定的传感器2所产生的电动势的值。另外,只要预先通过实验等求出从传感器2输出的电动势与风量之间的关系,并预先存储于控制部3的存储器即可。
[0182] 此外,在第1~3实施方式的风向计1中,形成为风向计1具有8个传感器2的结构,不过传感器2的个数也可以是其他个数。例如,如图39所示,也可以形成为风向计1具有3个传感器2的结构。这样,传感器2的个数并不限定于偶数,也可以是奇数。此外,在第1~3实施方式的风向计1中,多个传感器2在圆周S1上等间隔地配置,不过也可以不等间隔地配置。
[0183] 此外,第1~3实施方式的风向计1使用8个传感器2对8个方向的风向(8个方位)进行测定,风向计1所具有的传感器2的个数以及风向计1所测定的风向的个数能够任意地变更。另外,在第1~3实施方式的风向计1中,控制部3基于多个传感器2的各自的输出、以及这些输出与8个方位的各个之间的关系对风向进行计算。由此,能够特定风向是8个方位的哪一个方位。
[0184] 此处,设置于平面5a的多个传感器2的各自的输出根据风向而不同。因此,控制部3也可以基于多个传感器2的各自的输出、以及想要特定的风向的全部与多个传感器2的各自的输出之间的关系对风向进行计算。由此,能够特定风向是想要特定的多个方向的哪一个方向。例如,基于多个传感器2的各自的输出、以及360个方位的各自的风向与多个传感器2的各自的输出之间的关系对风向进行计算。由此,能够特定风向是360个方位的哪一个方位。即,能够特定全部方向的风向。
[0185] 此外,在第1实施方式的风向计1中,如图1、2所示,将一个传感器2的结构形成为隔着加热器22配置一个热电转换元件21A与一个热电转换元件21B的结构,不过也可以形成为其他结构。例如,如图40所示,也可以将一个传感器2的结构形成为在隔着加热器22的一侧(图中的上侧)与另一侧(图中的下侧),在一侧配置一个热电转换元件21A,并在另一侧配置两个热电转换元件21B1、21B2的结构。此外,如图41所示,也可以在隔着加热器22的一侧配置两个热电转换元件21A1、21A2,并在另一侧配置一个热电转换元件21B。此外,如图42所示,也可以在隔着加热器22的一侧配置两个热电转换元件21A1、21A2,并在另一侧配置两个热电转换元件21B1、21B2。这样,分别配置于隔着加热器22的一侧与另一侧的热电转换元件21的个数能够任意地变更。同样地,在第2实施方式的风向计1中,配置于隔着珀耳帖元件
320的一侧与另一侧的热电转换元件21的个数也能够任意地变更。另外,此处所说的一个热电转换元件21通过第1层间连接部件21a与第2层间连接部件21b串联连接而构成。
[0186] 此外,在第1实施方式的风向计1中,如图2所示,隔着加热器22配置的两个热电转换元件21A、21B的形状分别为长方形,不过也可以为其他形状。例如,也可以将两个热电转换元件21A、21B的形状分别形成为图43所示的梯形、图44所示的圆形、图45所示的三形。此外,也可以不将两个热电转换元件21、21B的形状形成为相同的形状,而如图46所示那样形成为不同的形状。另外,热电转换元件21的形状是热电转换元件21的形成区域的形状。
即,在形成有第1、第2层间连接部件21a、21b的区域中,当沿着位于最外周的第1、第2层间连接部件21a、21b以包围全部的第1、第2层间连接部件21a、21b的方式拉线时,热电转换元件
21的形状是由该线形成的形状。在第2实施方式的风向计1中也是同样的。
[0187] 其中,附图标记说明如下:
[0188] 2:传感器;21aa:第1层间连接部件的一端;21ab:第1层间连接部件的另一端;21ba:第2层间连接部件的一端;21bb:第2层间连接部件的另一端;22:加热器;250aa:P型元件的一端;250ab:P型元件的另一端;250ba:N型元件的一端;250bb:N型元件的另一端;3:控制部;320:珀耳帖元件。
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