JP4140062B1 - 水栓用発電機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】給水流路に対して略平行な回転中心を有し、前記給水流路に設けられた動翼と、前記動翼と一体に回転可能なマグネットと、端面に対向して設けられたコイルと、前記コイルとの間で配置された複数のインダクタと、前記コイルを囲んで設けられた磁性体からなるヨークと、を有するステータと、を備え、前記ヨークの前記インダクタが設けられた側の一端のうち、前記インダクタの先端近傍に位置する部分は、前記マグネットの磁気誘導可能エリアから相対的に遠ざかるようにされており、少なくとも前記動翼の一部である動翼上流側部分を囲むようにして設けられた前記マグネットの内周面、または、前記マグネットの内周面と前記動翼との間に設けられた動翼リングの内周面より内側を流れる水流の力により前記動翼が回転すること、を特徴とする水栓用発電機が提供される。
【選択図】図1
Description
ここで、「アキシャル配置」の発電機に用いられる永久磁石においては、その径方向に略直角な方向の端面をN極とS極とに交互に着磁させるようにしているが、隣接する磁極の直下にあるインダクタ近傍のヨーク部分との間で磁路短絡が起きると、コイルを周回するような鎖交磁路の形成が阻害されコイル効率、発電量などが低下するという問題が生じる。
尚、各図面中、同一の構成要素には同一の符号を付している。
図4は、発電機1における予旋回静翼14、動翼15、軸受17を説明するための模式斜視図である。尚、図4(a)は、動翼リング15aを備えない場合、図4(b)は、動翼リング15aを備えた場合を例示するものである。
図1に示すように、発電機1には、主として、筒体13、予旋回静翼14、動翼15、マグネットM、ステータ9、封止部材51が備えられ、これらは、ケース12(図3を参照)の中に収容されている。尚、予旋回静翼14の上方、封止部材51の下方に描かれた矢印は、流水の方向を示している。
図2は、本発明の実施の形態に係る発電機を備えた自動水栓装置(以下、単に自動水栓装置とも称する)の取付例を説明するための模式図である。
図3は、本発明の実施の形態に係る発電機を備えた自動水栓装置を説明するための模式断面図である。
尚、図中の矢印は、流水の方向を示している。
自動水栓装置3の内部には、流入口5から流入し、配管4内を流れてきた給水を、吐水口6へと導く給水流路10が形成されている。本体3aの内部には、その給水流路10を開閉するための電磁弁8が内蔵され、さらに電磁弁8の下流側には、吐水量が一定となるように制限をするための定流量弁55が内蔵されている。また、水道などの元圧が使用圧よりも高い場合に、これを減圧するための図示しない減圧弁または調圧弁が電磁弁8よりも上流側に内蔵されるようにすることもできる。尚、定流量弁55、減圧弁、調圧弁は、必要に応じて適宜設けるようにすればよい。
なお、水栓用発電機1は、水栓装置3の水栓金具(本体3a及び吐水部3b)の内部に
設けられることに限らない。例えば、水栓装置3の水栓金具と、これよりも上流側に設け
られた止水栓(元栓)105(図2参照)との間を接続する配管(流路)4に設けてもよ
い。
また、自動水栓装置3において、吐出流量を、例えば、毎分100リットル以下、望ましくは毎分30リットル以下に設定するようにすることもできる。特に、洗面所用水栓においては、毎分5リットル以下に設定するようにすることが望ましい。また、トイレ用水栓のように吐出流量が比較的多い場合には、給水管から、発電機1に流れる水流を分岐させて、発電機1を流れる流量を毎分30リットル以下に調整するようにすることが望ましい。このような場合、給水管からのすべての水流を発電機1へ流すようにすると、動翼15の回転数が大きくなりすぎ、騒音や軸摩耗が増大するおそれが懸念され、また、回転数が増大しても適正回転数以下でなければ、渦電流やコイル熱によるエネルギー損失が生じるため、結果として発電量は増大しないからである。尚、水栓装置が取り付けられる水道管の給水圧としては、例えば、日本においては0.05(MPa)程度の低水圧となる場合もあり得る。
筒体13は、小径部13aと大径部13bとからなる段付き形状を呈し、その内部が給水流路に連通した状態で、図2、図3に図示される吐水部3bに配設される。この際、筒体13の中心軸方向が、流水の方向に対して略平行となるようにして配設される。また、筒体13は、小径部13aを上流側に、大径部13bを下流側に向けて配設される。
軸受17の軸支持部22には、動翼15の軸中心に固定された中心軸24が回転可能に支持されている。中心軸24の先端部は、動翼15から突出して予旋回静翼14に嵌め込まれている。中心軸24の先端部と予旋回静翼14とは、互いに固定されておらず、予旋回静翼14に対して中心軸24は回転可能になっている。尚、中心軸24の両端部をそれぞれ軸支持部22と予旋回静翼14とに固定し、その中心軸24に対して回転可能に動翼15を嵌め込む構成としてもよい。
すなわち、給水流路に対して略平行な回転中心を有し、回転中心のまわりに回転可能に給水流路に設けられた動翼羽根部を有する動翼15とすればよい。
また、図4(b)において、1点鎖線で表された動翼リング15aの内周面は、動翼羽根部19の径外方側の側端面に固定され、動翼リング15aの外周面には2点鎖線で表されたマグネットMの内周面が固定されている。動翼リング15aは必ずしも必要ではないが、設けられていた方がより強固に動翼15とマグネットMとを一体化させることができる。
すなわち、少なくとも動翼15の一部である動翼上流側部分を囲むようにして設けられたマグネットMの内周面、または、マグネットMの内周面と動翼15との間に設けられた動翼リング15aの内周面より内側を流れる水流の力により動翼15が回転するようになっている。
次に、マグネットMとステータ9について説明をする。
図5は、マグネットMの模式斜視図である。
図6は、比較例に係るステータの模式斜視断面図である。
図7は、本発明の実施の形態に係る発電機におけるステータ9の模式平面図である。
図8は、本発明の実施の形態に係る発電機におけるステータ9の模式斜視断面図である。
筒体13の小径部13aの外側には、マグネットMの上流側端面に対向させてステータ9が配置されている。尚、ステータ9は、マグネットMの下流側端面に対向させて配置してもよく、あるいは、マグネットMの上流側及び下流側の両端面にそれぞれ対向させて1対のステータ9を配置してもよい。
そのようにするためには、例えば、ヨークにおいて、コイルの周面部に対向する部分に、インダクタが設けられた一端側であって、前記インダクタの先端近傍に位置する部分を切り欠いた切り欠き部(空間)を設けるようにすればよい。
図9は、インダクタ先端近傍のヨーク部分の磁化について説明をするための模式斜視分解図である。
図10は、ステータ部分の模式斜視断面図である。
尚、図7、図8と同様の部分には同じ符号を付し、その説明は省略する。
尚、磁気誘導可能エリア41は、マグネットMにより軟磁性体を磁化することができる領域、あるいは、マグネットMにより軟磁性体に磁極を発生させることができる領域ということもできる。
また、説明の便宜上、ステータの外周面側で説明をしたがステータの内周面側についても同様である。
図11は、切り欠き部39の深さHと発電量との関係を表すグラフ図である。横軸は、切り欠き部39の深さH(mm)を、縦軸は、発電量(mW)を表す。
図12は、切り欠き部39の深さHとコイル効率との関係を表すグラフ図である。横軸は、切り欠き部39の深さH(mm)を、縦軸は、コイル効率(%)を表す。
尚、説明の便宜上、切り欠き部39に関して説明をしたが、切り欠き部40に関しても同様である。
また、図15は、図14を上方から見たときの模式平面図であり、図16は図15におけるA−A矢視断面図、図17は図15におけるB−B矢視断面図である。
この場合、図15〜図17に示したように、インダクタの先端部がマグネットMの内周または外周から出ないようにすれば、短絡磁路の形成を大幅に抑制することができる。この理由としては、マグネットMが発生する磁束をインダクタで十分に受け取りつつ、インダクタによる磁気誘導可能エリアの拡大を押さえることができるためである。
使用者が、図2、3に表した吐水口6の下に手をかざすと、これをセンサ7が感知して、制御部57により電磁弁8が開かれる。これにより、発電機1の筒体13の内部に流水が供給され、筒体13の内部を流れた水は吐水口6から吐水される。使用者が、吐水口6の下から手を遠ざけると、これをセンサ7が感知して、制御部57により電磁弁8が閉じられ、自動的に水が止まる。
Claims (4)
- 給水流路に対して略平行な回転中心を有し、前記回転中心のまわりに回転可能に前記給水流路に設けられた動翼と、
周方向に沿って交互にN極とS極とが着磁された円環状を呈し、前記動翼と一体に回転可能なマグネットと、
前記マグネットの径方向に略直角な方向の端面に対向して設けられたコイルと、前記マグネットの前記端面と前記コイルとの間で周方向に沿って互いに離間して配置された複数のインダクタと、前記インダクタに連接し、前記コイルを囲んで設けられた磁性体からなるヨークと、を有するステータと、
を備え、
少なくとも前記動翼の一部である動翼上流側部分を囲むようにして設けられた前記マグネットの内周面、または、前記動翼と前記マグネットとを一体化させる動翼リングの内周面より内側を流れる水流の力により前記動翼が回転し、
前記ヨークにおいて、前記コイルの周面部に対向する部分に、前記インダクタが設けられた一端側であって、前記インダクタの先端近傍に位置する部分を径方向に略直角な方向に切り欠いた切り欠き部を設けることで、前記ヨークの前記インダクタが設けられた側の一端のうち、前記インダクタの先端近傍に位置する部分が前記マグネットの磁気誘導可能エリアから相対的に遠ざかるようにされていること、を特徴とする水栓用発電機。 - 前記マグネットの内径を前記ステータの内径よりも大きくし、かつ、前記マグネットの外径を前記ステータの外径よりも小さくすることで、前記ヨークの前記インダクタが設けられた側の一端のうち、前記インダクタの先端近傍に位置する部分が前記マグネットの磁気誘導可能エリアから相対的に遠ざかるようにされていること、を特徴とする請求項1記載の水栓用発電機。
- 前記マグネットの外径を前記ステータの外径よりも小さくするとともに、前記ヨークのうちの、前記マグネットの内周面側に位置する部分において、前記インダクタが設けられた一端側であって、前記インダクタの先端近傍に位置する部分を切り欠いた切り欠き部を設けることで、前記ヨークの前記インダクタが設けられた側の一端のうち、前記インダクタの先端近傍に位置する部分が前記マグネットの磁気誘導可能エリアから相対的に遠ざかるようにされていること、を特徴とする請求項1記載の水栓用発電機。
- 前記マグネットの内径を前記ステータの内径よりも大きくするとともに、前記ヨークのうちの、前記マグネットの外周面側に位置する部分において、前記インダクタが設けられた一端側であって、前記インダクタの先端近傍に位置する部分を切り欠いた切り欠き部を設けることで、前記ヨークの前記インダクタが設けられた側の一端のうち、前記インダクタの先端近傍に位置する部分が前記マグネットの磁気誘導可能エリアから相対的に遠ざかるようにされていること、を特徴とする請求項1記載の水栓用発電機。
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