(57)【要約】【課題】  簡単な構成で発電機能を備えた全天候形の気象計測装置を提供する。【解決手段】  風車羽根３に取り付けられた風車軸４は軸受５によって回転自在に支承されている。該風車軸４には、磁石支持体６を介して複数個の磁石７が装着されている。これらの磁石は風車軸４と平行に、かつ、隣接する磁石相互の極性（向き）を反対にして配列されている。前記磁石７に対向離間させて複合磁性体８が配置されるとともに、検知コイル９が配設されている。風車羽根３の回転に伴って前記複数の磁石が複合磁性体８に交番磁界を作用させる。これにより、複合磁性体８は大バルクハウゼン現象を生じて急激な磁性変化を呈し、検知コイル９に電気パルスが誘導される。この誘導電気の１部分は風速の算出に用いられ、他の部分は整流して図外の電気回路に電源を供給する。【選択図】  図３
2015021920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車の羽根に取り付けられて回転する磁石と、該磁石に対向離間して配設された複合磁性体および検知コイルと、を有する第１のエネルギーハーベスティングユニットが演算回路に接続されるとともに、
風車の羽根に取り付けられて回転する磁石と、該磁石に対向離間して配設された複合磁性体および検知コイルと、を有する第２のエネルギーハーベスティングユニットが、整流回路を介してバッテリに接続されており、
かつ、前記演算回路に接続された第１の太陽電池、および前記バッテリに接続された第２の太陽電池を有するとともに、
上記バッテリから電力を供給されて、前記演算回路の出力信号を送信する無線ユニットを具備していることを特徴とする、全天候形気象計測装置。
【請求項２】
電気信号を出力して前記演算回路に入力する温度計と、
電気信号を出力して前記演算回路に入力する湿度計と、
電気信号を出力して前記演算回路に入力する雨量計と、
電気信号を出力して前記演算回路に入力する気圧計と、
電気信号を出力して前記演算回路に入力する振動計と、
電気信号を出力して前記演算回路に入力する風向計との内、少なくとも何れか一つを有する請求項１に記載の全天候形気象計測装置。  
【請求項３】
前記第１のエネルギーハーベスティングユニットと、第２のエネルギーハーベスティングユニットとが、１組のエネルギーハーベスティングユニットによって兼用されている請求項１または請求項２に記載の全天候形気象計測装置。
【請求項４】
前記第１の太陽電池と、第２の太陽電池とが、１個の太陽電池によって兼用されている請求項１ないし請求項３の何れかに記載の全天候形気象計測装置。
【請求項５】
風車の羽根に取り付けられて回転する磁石と、該磁石に対向離間して配設された複合磁性体および検知コイルと、を有する第１のエネルギーハーベスティングユニットが演算回路に接続されるとともに、
風車の羽根に取り付けられて回転する磁石と、該磁石に対向離間して配設された複合磁性体および検知コイルと、を有する第２のエネルギーハーベスティングユニットが、整流回路を介してバッテリに接続されており、
上記バッテリから電力を供給されて、前記演算回路の出力信号を送信する無線ユニットを具備していることを特徴とする、全天候形気象計測装置。
【請求項６】
前記第１のエネルギーハーベスティングユニットと、第２のエネルギーハーベスティングユニットとが、１組のエネルギーハーベスティングユニットによって兼用されている請求項５に記載の全天候形気象計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風速および日照度を含む複数の気象観測を自動的に行なって、観測データを自動的に無線送信する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動的気象観測装置に関してはアメダス（地域気象観測システム）が周知である。
この装置は高度の観測機器の集成であって、周囲に柵を設けた３０ｍ２の芝生の中に１５ｍの鉄塔が建てられており、例えば風速風向の計測用としては鉄塔上に４枚羽根のプロペラおよび尾翼を備えた機器が設置されている。
大バルクハウゼンと呼ばれる磁気現象が公知である。特許文献１として挙げた特開２００６−１０５５６号公報は大バルクハウゼン現象を利用したセンサの１例である。
風速計の発明の１例として特許文献２の特開２０１１−２１９０７号公報が有る。
特許文献３に挙げた特開２００２−１１６２２０号公報は、無線送信機を備えた風力発電の１例である。
日照計の発明の１例として特許文献４の特開２００５−７７２１５号公報が有る。
特許文献５として挙げた特開２００４−２５７８７５号公報は、風向を検出して電気的信号を出力する発明の１例である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１０５５６号公報
【特許文献２】特開２０１１−２１９０７号公報
【特許文献３】特開２００２−１１６２２０号公報
【特許文献４】特開２００５−７７２１５号公報
【特許文献５】特開２００４−２５７８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アメダスは公知の技術であり、多大の成果を挙げている。
しかし、この装置は高価で複雑な精密機械の集成であって、国家（国土交通省・気象庁）の事業に相応しい。
本発明は、一般ユーザーが導入し得る規模の安価で簡便な、しかも微風域の風速計測に関して超高精度であり、メンテナンスフリーな全天候形気象計測装置の提供を目的とする。
（注）  全天候形とは、「雨天・曇天が続いても、無風状態が続いても、外部電源の支援を受けることなく、燃料不要の自家発電によって自動的に稼動し得る意である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記の目的を達成するため、本発明は大バルクハウゼン現象による電気パルス発生を利用する。
大バルクハウゼン現象とは、特定の処理を施された複合磁性体に交番磁界を作用させたとき、瞬間的に磁壁変化を生じることを言い、交番磁界の変化速度に依存しない。すなわち、極めて緩徐な磁界変化にも反応する。
従って、この現象を風速計に利用すれば風車軸が極めてゆっくり回っても鋭敏に検出することができる。
この大バルクハウゼン現象は公知であり、例えば［特許文献１］として挙げた特開２００６−１０５５６号公報にも述べられている。本発明において複合磁性体とは、大バルクハウゼン現象を生じ得るように処理された磁性体をいう。
【０００６】
本発明の基本的な原理について、その１実施形態に対応する図面を参照して説明すると次の通りである。この［課題を解決するための手段］の欄は、図面との対照が容易なように括弧書きで図面符号を付記してあるが、この括弧付き符号は本発明の構成を図面のとおりに限定するものではない。
【０００７】
請求項１に係る発明の構成は、
（図３参照）、風車の羽根（３）に取り付けられて回転する磁石（７）と、該磁石に対向離間して配設された複合磁性体（８）および検知コイル（９）と、を有する（図１参照）第１のエネルギーハーベスティングユニット（１５Ａ）が演算回路（１６）に接続されるとともに、
風車の羽根に取り付けられて回転する磁石と、該磁石に対向離間して配設された複合磁性体（８）および検知コイルと、を有する第２のエネルギーハーベスティングユニット（１５Ｂ）が、整流回路（１８）を介してバッテリ（１９）に接続されており、
かつ、前記演算回路（１６）に接続された第１の太陽電池（１３Ａ）と、前記バッテリ（１９）に接続された第２の太陽電池（１３Ｂ）を有するとともに、
上記バッテリ（１９）から電力を供給されて、前記演算回路（１６）の出力信号を送信する無線ユニット（１７）を具備していることを特徴とする。
（注）前記エネルギーハーベスティングユニットについては、段落００１７で定義する。
【０００８】
請求項２に係る発明の構成は、前記請求項１の発明の構成要件に加えて、  
（図２参照）電気信号を出力して前記演算回路（１６）に入力する温度計（２１）と、
電気信号を出力して前記演算回路に入力する湿度計（２２）と、
電気信号を出力して前記演算回路に入力する雨量計（２３）と、
電気信号を出力して前記演算回路に入力する気圧計（２４）と、
電気信号を出力して前記演算回路に入力する振動計（２５）と、
電気信号を出力して前記演算回路に入力する風向計（２６）との内、少なくとも何れか一つを有している。
【０００９】
請求項３に係る発明の構成は、前記請求項１または請求項２の発明の構成要件に加えて、
（図１参照）前記第１のエネルギーハーベスティングユニット（１５Ａ）と、第２のエネルギーハーベスティングユニット（１５Ｂ）とが、１組のエネルギーハーベスティングユニットによって兼用される。
【００１０】
請求項４に係る発明の構成は、前記請求項１ないし請求項３の何れかの発明の構成要件に加えて、
（図１参照）  前記第１の太陽電池（１３Ａ）と、第２の太陽電池（１３Ｂ）とが、１個の太陽電池によって兼用される。
請求項５に係る発明の構成は、前記第１の太陽電池（１３Ａ）と、第２の太陽電池（１３Ｂ）とを省略し、請求項６では第１のエネルギーハーベスティングユニット（１５Ａ）と、第２のエネルギーハーベスティングユニット（１５Ｂ）とを、１組のエネルギーハーベスティングユニットによって兼用した。請求項５および請求項６の発明は、日照の検出を要しない場合に好適である。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明を適用すると、簡単な構成で風速および日照を自動的に計測して無線送信することができ、特に微風域の風速を敏感に高精度で検知し得る。
その上、如何なる気象条件（長期間の降雨や無風）においても外部電源の支援を要せずに自家発電して計測・送信を遂行することができる。
【００１２】
請求項２の発明を適用すると、
風速や日照に加えて、温度・湿度・雨量・気圧・振動（地震）、風向など、各種気象要件の内、任意のものを自動的に計測して送信することができる。
【００１３】
請求項３の発明を適用すると、請求項１または請求項２に係る発明装置の機能を損なうことなく、その構成を簡略にすることができる。
【００１４】
請求項４の発明を適用すると、請求項１ないし請求項３の何れか一つに係る発明装置の機能を損なうことなく、その構成を更に簡略にすることができる。
請求項５および請求項６の発明は、日照度の検出を必要としない場合に適用され、装置の構成がいっそう簡素になって製造コストが低減される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る全天候形気象計測装置の１実施形態を示す模式的な系統図である。
【図２】前掲の図１と異なる実施形態を示す模式的な系統図である。
【図３】風車軸に取り付けられた磁石、並びに、これに対向離間して配設された複合磁性体および検知コイルを描いた模式的な斜視図である。
【図４】本発明に係る全天候形気象計測装置の１実施形態の外観を示し、（Ａ）は全体的斜視図、（Ｂ）は日照計ユニットを取り除いて描いた風速計ユニット部分の斜視図である。
【図５】本発明に係る全天候形気象計測装置の１実施形態を説明する為に示したもので、（Ａ）は複数の計測装置アッセンブリをＨＥＭＳ（Ｈｏｍｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｎｅｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）用に配置した状態の模式図、（Ｂ）は１個の計測装置アッセンブリを抽出して示した拡大図、（Ｃ）は受信機を描いた概要的な外観斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図３は本発明の１実施形態における要部を抽出して描いた分解斜視図である。
サボニウス型風車羽根３に固着される風車軸４が、軸受５によって回転自在に支承されている。
該風車軸に磁石支持体６が装着されていて、風車軸と一体的に回転する。
複数個の磁石７が、風車軸と平行に配置されて磁石支持体６に固着されている。
前記複数個の磁石７は、隣接する磁石の極性方向が反対になっている。
磁石７の回転軌跡（円柱面）に対向離間させて複合磁性体８が配設され、これと同心に検知コイル９が設けられている。
【００１７】
上述の構造により、風車羽根３が回転すると複数の磁石７が複合磁性体８の近傍を通過して交番磁界を作用させる。
磁界の方向が反転する毎に、複合磁性体８が大バルクハウゼン現象を生じて急激な磁性変化を呈し、検知コイル９に電気パルスが誘起される。
説明の便宜上、図３に示した「磁石７と、複合磁性体８と、検知コイル９との集合体」をエネルギーハーベスティングユニットと名付けるとともに、
これらの部材に風車羽根３および風車軸４を装着した組立品を風速計ユニットと名付ける。
【００１８】
図４（Ａ）は本発明に係る全天候形気象計測装置の外観斜視図であって、
符号１１を付して示したのは、先に図３を参照して説明した風速計ユニットである。
符号１２を付して示したのは、次の段落で説明する「太陽電池１３Ａ,１３Ｂや回路基板１４ａ〜１４ｄ」を含む日照計ユニットである。
風速計ユニット１１と日照計ユニット１２との組合せによって本発明に係る気象計測装置アッセンブリ１０が構成される。
この図４（Ａ）から日照計ユニット１２を取り除いて風速計ユニット１１のみを示すと図４（Ｂ）のごとくである。
【００１９】
図１は本発明に係る全天候形気象計測装置の１実施形態を示す模式的な系統図である。
符号１５Ａ,１５Ｂを付して示したのは先に図３を参照して説明した、「磁石７と、複合磁性体８と、検知コイル９との組から成るエネルギーハーベスティングユニット」である。
この図１には記載を省略したが，上記のエネルギーハーベスティングユニット１５Ａ，１５Ｂは、先に図３で説明した風車羽根（３）および風車軸（４）を備えて風速計ユニットを形成している。
２組のエネルギーハーベスティングユニットが設けられているのでその片方を第１のエネルギーハーベスティングユニット１５Ａ、他方を第２のエネルギーハーベスティングユニット１５Ｂと呼ぶ。
【００２０】
符号１６を付して示したのはマイクロコンピュータとして構成された演算回路基板１６であって、その演算出力を送信する無線ユニット１７を備えている。
符号１９を付して示したのは、演算回路基板１６および無線ユニット１７に電力を供給するバッテリである。本発明におけるバッテリとは広義であって、いわゆる蓄電池や電気２重層コンデンサを含み、電力貯蔵手段を総称する意である。
【００２１】
風速計ユニットを形成している第１のエネルギーハーベスティングユニット１５Ａの出力は、ダイオードＤ１,Ｄ２を介して演算回路基板１６に入力される。
ダイオードＤ１,Ｄ２は整流と回路保護のために設けたものであって、ＭＯＳＦＥＴ(Ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ)やトランジスタ等の他の素子またはＩＣで代替することもできる。
前記演算回路基板１６は風速算出機能を備えていて、第１のエネルギーハーベスティングユニット１５Ａの電気的アナログ出力に基づいて風速を算出し、無線ユニット１７によって送信する。
【００２２】
もう一つの第２のエネルギーハーベスティングユニット１５Ｂはその出力を、整流回路１８を介してバッテリ１９に蓄え、演算回路基板１６および無線ユニット１７に供給する。
本例においては２組のエネルギーハーベスティングユニット１５Ａ,１５Ｂを設けて、その片方で風速を検出するとともに、他方で電力供給を分担したが、１組のエネルギーハーベスティングユニットによって風速検出と電力供給とを兼ねさせることもできる。
【００２３】
本実施形態（図１）では２個の太陽電池１３Ａ,１３Ｂを設けてある。
第１の太陽電池１３Ａの出力は演算回路基板１６に入力される。該演算回路基板は照度算出機能を備えていて、第１の太陽電池１３Ａの電気的アナログ出力に基づいて太陽の照度を算出し、無線ユニット１７によって送信する。
【００２４】
もう一つの第２の太陽電池１３Ｂは、その出力を前記バッテリ１９に蓄える。
このようにして、第２のエネルギーハーベスティングユニット１５Ｂと第２の太陽電池１３Ｂとが協働して電力を産出してバッテリ１９を充電する。Ｒ１,Ｒ２,Ｒ３,Ｒ４は分圧抵抗器である、
このような構成であるから、例えば雨天,曇天が永く続いて太陽光発電ができなくても風力によって発電することができ、また無風状態が永く続いても太陽光によって発電することができるので、本発明の特徴である全天候性が発揮される。
【００２５】
本例においては２個の第１の太陽電池１３Ａ,１３Ｂを設けて、その片方で、太陽照度（日照）を検出するとともに、他方で電力供給を分担したが、１個の太陽電池によって照度検出と電力供給とを兼ねさせることもできる。
これと異なる実施形態として、２個の第１の太陽電池１３Ａ,１３Ｂを省略した構成も実用的価値が有る。この実施形態は日照の検出を必要としない場合に好適であって、この場合、電源はエネルギーハーベスティングユニットから供給される。
【００２６】
図２は、図１に示した実施形態の改良型であって、図１と異なる点を次に説明する。
符号２１を付して示したのは温度計であって、電気的信号を出力して演算回路基板１６に入力する。該演算回路基板は入力された信号に基づいて温度を算出する機能を備えたものとする。
符号２２を付して示したのは湿度計であって、電気的信号を出力して演算回路基板１６に入力する。該演算回路基板は入力された信号に基づいて湿度を算出する機能を備えたものとする。
符号２３を付して示したのは雨量計であって、電気的信号を出力して演算回路基板１６に入力する。該演算回路基板は入力された信号に基づいて雨量を算出する機能を備えたものとする。
【００２７】
符号２４を付して示したのは気圧計であって、電気的信号を出力して演算回路基板１６に入力する。該演算回路基板は入力された信号に基づいて気圧を算出する機能を備えたものとする。
符号２５を付して示したのは振動計（地盤の振動を計測する）であって、電気的信号を出力して演算回路基板１６に入力する。該演算回路基板は入力された信号に基づいて地震の震度を算出する機能を備えたものとする。
本実施形態においては、気象庁の基準に基づく体感震度階を表示するが、ＣＧＳ単位のガルで表すことも可能である。
符号２６を付して示したのは風向計であって、電気的信号を出力して演算回路基板１６に入力する。該演算回路基板は入力された信号に基づいて風向を算出する機能を備えたものとする。
【００２８】
図２の実施形態で追加した６種類の計測機器（温度・湿度・雨量・気圧・震度・風向）の全てを採用すると実用的にほぼ完璧な気象計測が可能になるが、これら６種類の内、任意の計測機器のみを設けることも可能である。要は必要度と費用とを勘案して選択すれば良い。
【００２９】
図５（Ａ）は本発明に係る全天候形気象計測装置をＨＥＭＳ（Ｈｏｍｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｎｅｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）用に配置した状態の斜視図である。
本例では、７組の装置アッセンブリ１０ａ〜１０ｇを建屋周囲および周辺に配置した。その内の１組（１４ａ）の拡大図を図５（Ｂ）に示す。この装置アッセンブリ１０は図４（Ａ）に示した装置アッセンブリ１０である。
図５（Ｃ）は受信装置の１例である。１個のみ図示したが、本実施形態においては７組の装置アッセンブリ１０ａ〜１０ｇを配置したので７個の受信ユニット３２が設けられる。
【００３０】
本例（図５）においては、それぞれの装置アッセンブリを形成している風速計や太陽電池は常時作動しているので、時々刻々の計測値を受信ユニット３２に表示させることも可能である。
しかし一般のＨＥＭＳ（Ｈｏｍｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｎｅｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）では、２４時間体勢で監視する必要も無いので、
通常時は、数分間に１度の割合で自動送信（図１の無線ユニット１７による）させ、
節電モードでは数時間に１度の割合で自動送信させるなど、適宜のインターバルで送信させれば良い。
【符号の説明】
【００３１】
３…風車羽根
４…風車軸
５…軸受
６…磁石支持体
７…磁石
８…複合磁性体
９…検知コイル
１０…装置アッセンブリ
１１…風速計ユニット
１２…日照計ユニット
１３Ａ…第１の太陽電池
１３Ｂ…第２の太陽電池
１４ａ〜１４ｄ…回路基板
１５Ａ…第１のエネルギーハーベスティングユニット
１５Ｂ…第２のエネルギーハーベスティングユニット
１６…演算回路基板
１７…無線ユニット
１８…整流回路
１９…バッテリ
２１…温度計
２２…湿度計
２３…雨量計
２４…気圧計
２５…振動計
２６…風向計
３１…建屋
３２…受信ユニット
【図１】
2015021920.tif 000003
【図２】
2015021920.tif 000004
【図３】
2015021920.tif 000005
【図４】
2015021920.tif 000006
【図５】
2015021920.tif 000007