(57)【要約】【課題】本発明は、径方向寸法を小型化しつつ、発電量の変動を長期にわたって抑制し、かつ、長期にわたって高い信頼性を維持する水栓用発電機を提供する。【解決手段】  給水流入口と、給水流出口とを有し、内部に給水流路が形成された筐体と、前記給水流路内に設けられ動翼羽根部を有する動翼と、前記動翼と一体に回転可能なマグネットと、前記動翼および前記マグネットが水流により受ける力を支持する軸受と、前記マグネットの回転により起電力を生ずるコイルと、前記コイルを囲んで設けられた基部と、前記基部から延出し互いに離間して設けられた複数のインダクタとを有するヨークと、を備え、前記コイルは、前記マグネットよりも前記給水流路の下流側で、且つ前記マグネットに対向して設けられ、前記マグネットは回転中心軸と垂直な平面と交わる外周面に着磁され、前記インダクタは前記マグネットの外周面と対向し、前記給水流路の上流側から下流側へ向かって、前記筐体の外側に設けられた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
2010011521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水流入口と、給水流出口とを有し、内部に給水流路が形成された筐体と、
前記給水流路内に設けられ動翼羽根部を有する動翼と、
前記動翼と一体に回転可能なマグネットと、
前記動翼および前記マグネットが水流により受ける力を支持する軸受と、
前記マグネットの回転により起電力を生ずるコイルと、
前記コイルを囲んで設けられた基部と、前記基部から延出し互いに離間して設けられた複数のインダクタとを有するヨークと、を備え、
前記コイルは、前記マグネットよりも前記給水流路の下流側で、且つ前記マグネットに対向して設けられ、
前記マグネットは回転中心軸と垂直な平面と交わる外周面に着磁され、
前記インダクタは前記マグネットの外周面と対向し、前記給水流路の上流側から下流側へ向かって、前記筐体の外側に設けられたことを特徴とする水栓用発電機。
【請求項２】
給水流入口と、給水流出口とを有し、内部に給水流路が形成された筐体と、
前記給水流路内に設けられ動翼羽根部を有する動翼と、
前記動翼と一体に回転可能なマグネットと、
前記動翼および前記マグネットが水流により受ける力を支持する軸受と、
前記マグネットの回転により起電力を生ずるコイルと、
前記コイルを囲んで設けられた基部と、前記基部から延出し互いに離間して設けられた複数のインダクタとを有するヨークと、を備え、
前記コイルは前記マグネットの前記給水流路の上流側に対向して設けられ、
前記コイルは、前記マグネットよりも前記給水流路の上流側で、且つ前記マグネットに対向して設けられ、
前記マグネットは回転中心軸と垂直な平面と交わる外周面に着磁され、
前記インダクタは前記マグネットの外周面と対向し、前記給水流路の上流側から下流側へ向かって、前記筐体の外側に設けられたことを特徴とする水栓用発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給水の流れを利用して発電する発電機、および当該発電機を備えた水栓装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、蛇口の下に差し出された手をセンサで感知し、蛇口から水を自動的に吐水する自動水栓装置が知られている。また、そのような自動水栓装置の流路に小型発電機を配設し、この発電機で得られた電力を蓄電しておき、前述のセンサなどの回路の電力を補う装置も知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
このような水栓装置には、小型化が容易な軸流式発電機が用いられている。そして、軸流式発電機には、マグネットの径方向の外側にインダクタを介してコイルを配設した「ラジアル配置」の発電機（例えば、特許文献１の図４を参照）と、マグネットの給水流路に対する端面と対向させるようにしてインダクタを介してコイルを配設した「アキシャル配置」の発電機（例えば、特許文献１の図５を参照）とがある。「ラジアル配置」の発電機は、マグネットとインダクタの間で、径方向に磁束のやりとりを行うため、径方向に電磁力が作用するという特徴がある。一方「アキシャル配置」の発電機は、マグネットとインダクタの間で、軸方向に磁束のやりとりを行うため、軸方向に電磁力が作用するという特徴がある。
【０００４】
径方向の寸法が小さい発電機を必要とするような用途においては、「ラジアル配置」の発電機よりも、特許文献１の図５に開示をされているような「アキシャル配置」の発電機を用いる方が好ましい。ただし、このような「アキシャル配置」の軸流式発電機においては、水流が作用する方向と、電磁力が作用する方向が一致しているため、次のような課題が発生する。
【０００５】
まず、水流の作用する方向と、電磁力が作用する方向が一致しているため、回転体（動翼部分）が一方向に強い付勢力を受け、回転の摺動面が、磨耗しやすい。これにより、これにより、マグネットとインダクタの距離が、使用開始からわずかな期間で変化し、両者の間に作用する電磁力や、両者でやり取りする磁束量が変わる。結果として、時間が経つにつれ、発電量が変動してしまう。
さらに、回転の摺動面が磨耗しやすいことにより、マグネットとインダクタ間に形成される筐体内の流路についても、使用開始からわずかな期間で狭くなる。これにより、水中を流れるごみが詰まりやすくなる。さらに、水流により、マグネットがわずかに振動するだけでも、筐体の内壁面に干渉しやすくなる。すなわち、水栓用発電機としての信頼性も低い。
【特許文献１】特開２００４−３３６９８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、径方向寸法を小型化しつつ、発電量の変動を長期にわたって抑制し、かつ、長期にわたって高い信頼性を維持する水栓用発電機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、給水流入口と、給水流出口とを有し、内部に給水流路が形成された筐体と、前記給水流路内に設けられ動翼羽根部を有する動翼と、前記動翼と一体に回転可能なマグネットと、前記動翼および前記マグネットが水流により受ける力を支持する軸受と、前記マグネットの回転により起電力を生ずるコイルと、前記コイルを囲んで設けられた基部と、前記基部から延出し互いに離間して設けられた複数のインダクタとを有するヨークと、を備え、前記コイルは、前記マグネットよりも前記給水流路の下流側で、且つ前記マグネットに対向して設けられ、前記マグネットは回転中心軸と垂直な平面と交わる外周面に着磁され、前記インダクタは前記マグネットの外周面と対向し、前記給水流路の上流側から下流側へ向かって、前記筐体の外側に設けられたことを特徴とする水栓用発電機が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、径方向寸法を小型化しつつ、発電量の変動を長期にわたって抑制し、かつ、長期にわたって高い信頼性を維持することのできる水栓用発電機が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明では、動翼およびマグネットが水流により受ける力（以後、水流による荷重）を軸受にて支えている。この水流による荷重がかかる方向は、「給水流路の上流側から下流側に向かう方向」であり、「給水流路の上流側から下流側に向かう方向」とは、「マグネットの回転中心軸と略平行な方向」である。これに対し、マグネットとインダクタの間で磁力をやりとりし、電磁力が作用する方向は、「マグネットの回転中心軸と垂直な平面と交わる方向」である。すなわち、電磁力が作用する方向は、水流による荷重がかかる方向とは一致しない。よって、本発明においては、従来のアキシャル配置のように、水流による荷重に加え、電磁力が完全に軸受に作用することがなく、回転の摺動面が磨耗しにくい構造となっている。
なお、「マグネットの回転中心軸と垂直な平面と交わる方向」について、最も好ましくは、９０度で直角に交わることが望ましいが、好ましくは、４５度以上で交わることが望ましい。４５度で交われば、電磁力の作用を、「マグネットの回転中心軸と略平行な方向」と「マグネットの回転中心軸と略平行な方向」に等分でき、軸受に作用する電磁力を十分に削減でき、回転の摺動面が磨耗を抑制する効果が得られる。
本発明においては、回転の摺動面が長期にわたって磨耗しにくいため、マグネットとインダクタ間に形成される給水流路についても、一定の距離が維持され、ごみ詰まりやマグネットの振動による干渉も起こりにくく、長期にわたって高い信頼性を維持することができる。
さらに、電磁力が作用する方向を、水流による荷重がかかる方向と完全に一致させないようにすることで、回転の摺動面が磨耗しても、マグネットとインダクタ間の距離が変化するのを抑制し、長期にわたって、安定した発電量を得ることができる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明をする。なお、各図面中、同一の構成要素には同一の符号を付す。
【００１０】
図１は、本発明の実施の形態に係る発電機１の模式断面図である。  
発電機１には、主として、給水流入口４００、給水流入口５００、筒体１３、予旋回静翼１４、動翼１５、マグネットＭ、コイル５０、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。なお、予旋回静翼１４の上方に描かれた矢印は、流水の方向を示している。
【００１１】
ここで、発電機１の説明をする前に、発電機１を備えた自動水栓装置３の説明をする。
【００１２】
図２は、本発明の実施の形態に係る発電機付き自動水栓装置（以下、単に自動水栓装置とも称する）の取付例を表す模式図である。  
図３は、本発明の実施の形態に係る自動水栓装置３の模式断面図である。    
自動水栓装置３は、例えば、洗面台２などに取り付けられる。自動水栓装置３は、配管４を介して、水道水等の流入口５に接続されている。自動水栓装置３は、円筒状の本体３ａと、この本体３ａの上部に設けられ、本体３ａの径外方向に延出する吐水部３ｂとを有する。吐水部３ｂの先端には、吐水口６が形成され、さらにこの吐水口６の近傍にはセンサ７が内蔵されている。
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、吐水量を一定に制限するための定流量弁５５が内蔵されている。また、水道等の元圧が使用圧よりも高すぎる場合に減圧するための減圧弁または調圧弁（図示省略）が、電磁弁８より上流側に内蔵されている。なお、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。
【００１３】
定流量弁５５より下流の吐水部３ｂの内部には、発電機１が備えられている。本体３ａの内部には、発電機１で発電された電力を充電しておく充電器５６、センサ７の駆動や電磁弁８の開閉などを制御する制御部５７が設けられている。発電機１は、電磁弁８及び定流量弁５５よりも下流側に配設されているため、水道の元圧（一次圧）が、発電機１に直接作用することはない。そのため、発電機１は、それほど高い耐圧性を要求されず、このような配置は、信頼性やコストの点で有利である。
【００１４】
また、充電器５６と制御部５７とは、図示しない配線を介して接続されている。そして、充電器５６及び制御部５７は、本体３ａの上部であって、給水流路１０の最も上方の位置よりもさらに上方の位置に配置されている。そのため、  給水流路１０を形成する流路管の外面に結露した水滴が、落下または流路管を伝って流れ落ちても、制御部５７が浸水することを防ぐことができ、制御部５７の故障を防止することができる。同様に、充電器５６も給水流路１０の上方に設けているため、充電器５６が浸水することを防ぎ、充電器５６の故障をも防止することができる。
【００１５】
発電機１に設けられたコイル５０（図５参照）と制御部５７とは、図示しない配線を介して接続され、コイル５０の出力が制御部５７を介して充電器５６に送られるようになっている。
【００１６】
本発明にかかる水栓装置は、生活空間において好適に使用される。使用目的としては、例えば、キッチン用水栓装置、リビングダイニング用水栓装置、シャワー用水栓装置、トイレ用水栓装置、洗面所用水栓装置などが挙げられる。また、人体感知センサを用いた自動水栓装置３に限らず、例えば、手動スイッチのオン／オフによるワンタッチ水栓装置、流量をカウントして止水する定量吐水水栓装置、設定時間を経過すると止水するタイマー水栓装置などにも適用できる。また、発電された電力を、例えば、ライトアップ、アルカリイオン水や銀イオン含有水などの電解機能水の生成、流量表示（計量）、温度表示、音声ガイドなどに用いてもよい。  
また、本発明にかかる水栓装置において、吐出流量は、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されている。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されていることが望ましい。また、トイレ用水栓のような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ことが望ましい。これは、給水管からのすべての水流を発電機１に流すと、動翼１５の回転数が大きくなり、騒音や軸摩耗が増大する可能性が懸念され、また、回転数が増大しても適正回転数以下でなければ、渦電流やコイルに電流が流れることで発生するジュール熱によるエネルギー損失が生じるため、発電量は増大しないからである。また、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）程度の低水圧である場合もあり得る。
【００１７】
次に、図１に戻って、発電機１について説明する。  
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を下流側に、大径部１３ｂを上流側に向けて配設される。
【００１８】
筒体１３の内部には、上流側から順に、予旋回静翼１４、動翼１５、軸受１７が設けられている。軸受１７は小径部１３ａの内部に設けられ、予旋回静翼１４及び動翼１５は大径部１３ｂの内部に設けられている。
【００１９】
大径部１３ｂの上流端の開口は、Ｏリング５２を介して、封止部材５１により液密になるよう塞がれている。封止部材５１の内部には段付き孔が設けられている。そして、その段部５１ａは環状に形成され、この段部５１ａの上に予旋回静翼１４が支持されている。
【００２０】
予旋回静翼１４は、円柱体の一方の端面（上流側に位置する面）に、円錐体を一体的に設けた形状を呈している。予旋回静翼１４の周面には、径外方向に突出した複数の突起状の静翼羽根部１８が設けられている。静翼羽根部１８は、予旋回静翼１４の軸中心に対して右方向にねじれつつ、上流側から下流側に向けて傾斜している。周方向に見て隣り合う静翼羽根部１８間の空間は、静翼流路７１として機能する。予旋回静翼１４は、筒体１３に対して固定され、回転はしない。
【００２１】
予旋回静翼１４の下流側には、動翼１５が設けられている。動翼１５は、円柱状を呈し、その周面には径外方向に突出した複数の突起状の動翼羽根部１９が設けられている。動翼羽根部１９は、静翼羽根部１８とは逆に、軸中心に対して左方向にねじれつつ、上流側から下流側に向けて傾斜している。周方向に見て隣り合う動翼羽根部１９間の空間は、動翼流路７２として機能する。
【００２２】
軸受１７から上流側に向けて突出するように、中心軸２４が設けられている。中心軸２４は軸受１７と一体化されている。動翼１５は、中心軸２４に挿通するようにして設けられ、中心軸２４のまわりを回転可能とされている。このとき、軸受１７の上に、摺動性のよい素材で作られた摺動リング１５ｄなどを設けると、動翼１５が滑らかに回転し、流体エネルギーのロスを防ぐことができる。なお、動翼１５と中心軸２４とを一体化し、中心軸２４の両端部を予旋回静翼１４と軸受１７に支持させて、中心軸２４と一体化された動翼１５が回転するようにしてもよい。
【００２３】
軸受１７は、筒体１３の内周面に対して固定されたリング部材２１と、このリング部材２１の中心に設けられた軸支持部２２とを備え、リング部材２１と軸支持部２２とは、放射状に設けられた連結部材２３によって結合されている。各連結部材２３の間は、閉塞されておらず貫通しているため、筒体１３内部の給水の流れが妨げられることはない。
【００２４】
筒体１３の大径部１３ｂの内部には、動翼羽根部１９の径外方側の側端面に固定された動翼リング１５ａ、動翼リング１５ａの外周部に固定された円環状のマグネットＭが収容されている。筒体１３の小径部１３ａの外側には、マグネットＭの給水流路における下流側に対向させるようにして、コイル５０が設けられている。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。図１のように動翼リング１５ａを断面逆L字型に形成し、リング周面１５ｃに加え、給水流路に対して上流側端面にあるリング上流端面１５ｂにおいて、マグネットＭと接着してもよい。または、動翼リング１５ａを断面L字型に形成し、周面１５ｃに加え、給水流路に対して下流側端面において、マグネットＭと接着してもよい。または、リング周面１５ｃのみで、マグネットＭと接着してもよい。
【００２５】
本実施の形態では、コイル５０を、マグネットＭの下流側に対向配置させる構造のため、コイル５０をマグネットＭの径外方向に対向配置させる場合に比べて、径方向寸法を小さくすることができる。また、動翼１５の径外方にコイル５０を配置しない分、動翼１５の径方向寸法の拡大が図れ、発電量を増加させることができる。
【００２６】
また、筒体１３を樹脂などのような電気伝導度の低い材料で形成するものとすれば、金属で形成した場合と比べて渦電流損が低減できるので、発電量をさらに増加させることができる。この場合、磁束が通過する大径部１３ｂのみを樹脂などのような電気伝導度の低い材料で形成するようにしてもよい。
【００２７】
次に、マグネットＭとステータ９について説明をする。  
図４は、マグネットＭを説明するための模式斜視図である。  
図５は、ステータ９を説明するための模式斜視図である。  
図４に示すように、マグネットＭは、マグネットＭの回転中心軸と垂直な平面と交わる外周面（以後、マグネットＭの外周面）において、周方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に着磁されている。なお、マグネットMの給水流路に対する上流側端面Ｍu、および下流側端面Mdにも、わずかではあるが、Ｎ極とＳ極とからの磁束が漏れるが、この量は着磁方法により制御することができる。なお、マグネットMは、円筒形状に成形された一部品に、着磁を行っても、複数の瓦状に成形された部品それぞれに着磁を行った後、それぞれの部品を接着し、円筒形状に成形してもよい。前者の場合は、製造工程を少なくでき、後者の場合は、着磁を行うための磁気回路を簡単にできる。
【００２８】
ステータ９は、ヨーク３１、３２、３３と、これらのヨーク３１、３２、３３で囲まれた空間内に収容されているコイル５０とからなる。円筒状に巻回されたコイル５０は、その内周面部、外周面部および両端面部が、いずれも磁性体からなるヨーク３１、３２、３３によって囲まれている。ヨーク３１は、コイル５０の内周面部と、上端面部を取り囲む基部３１ｂと、基部３１ｂから延出し互いに離間して設けられた複数のインダクタ３１ａを有する。ヨーク３２は、コイル５０の外周面部を取り囲む基部３２ｂと、基部３２ｂから延出し互いに離間して設けられた複数のインダクタ３２ａを有する。つまり、基部３１ｂは、ヨーク３１の一部であって、インダクタ３１ａ以外の部分である。基部３２ｂは、ヨーク３２の一部であって、インダクタ３２ａ以外の部分である。
【００２９】
第１ヨーク３１は、略円筒状を呈し、コイル５０の内周面部を囲むようにして配置され、その軸方向の一端部には、複数のインダクタ３１ａが軸方向に向けて一体的に設けられている。インダクタ３１ａは、コイル５０の周方向に沿って等間隔で配置されている。
第２ヨーク３２は、略円筒状を呈し、コイル５０の外周面部を囲むようにして配置され、その軸方向の一端部には、複数のインダクタ３２ａが軸方向に向けて一体的に設けられている。インダクタ３２ａは、コイル５０の周方向に沿って等間隔で配置されるとともに、第１ヨーク３１の各インダクタ３１ａの間に配置されるようになっている。すなわち、第１ヨーク３１のインダクタ３１ａと、第２ヨーク３２のインダクタ３２ａとが、コイル５０の周方向に沿って、交互に、且つ互いに離間して並んでいる。また、各インダクタ３１ａ、インダクタ３２ａは、コイル５０の外周面部を囲むようにして配置された部分（第２ヨーク３２の基部３２ｂ）の直上に設けられ、コイル５０の中心から各インダクタ３１ａ、インダクタ３２ａまでの距離は略同一となっている。
【００３０】
本実施の形態においては、インダクタ３１ａ、３２ａは、筐体１３の外側に設けている。さらに、その内周面は、マグネットＭの着磁面である外周面に対向するように設けられている。そして、マグネットＭの外周面からの磁束をインダクタ３１ａ、３２ａを介してコイル５０に導き、マグネットＭの回転に応じて、磁束の向きが変化することで発電がなされる。このため、マグネットＭの外周面とインダクタ３１ａ、３２ａ間の距離（図１のＬ２）が、コイル５０に導かれる磁束量に大きく影響し、発電量にも大きな影響を与える。
【００３１】
ここで、本実施の形態においては、水流による荷重が作用する方向は、「給水流路の上流側から下流側に向かう方向」であり、図１において、中心軸２４と略平行である。一方、
電磁力が作用する方向は、図１において、中心軸２４と略垂直である。よって、図１において、軸受１７は、設置向きによらず、水流による荷重を受けるが、電磁力の作用は受けない。よって、図１のように、中心軸２４に挿通するようにして設けられた動翼１５が回転し、動翼１５の摺動面に摺動リング１５ｄを設けた場合は、摺動リング１５ｄの磨耗を抑制することができる。
中心軸２４と一体化された動翼１５が回転する場合は、中心軸２４における回転の摺動面が、磨耗するのを抑制することができる。その結果、マグネットＭの下流側端面Ｍｄと、これに対向した基部３１ｂ間の距離（図１のＬ１）は、時間が経っても狭くなりにくい。すなわち、マグネットＭの下流側端面Ｍｄと基部３１ｂとの間に形成される流路の幅も変化しにくい。これにより、長期にわたって、ごみ詰まりや、マグネットが水流により振動して筐体１３の内壁に干渉するのを防ぐことができ、信頼積が高い水栓用発電機となる。
さらに、マグネットＭの外周面とインダクタ３１ａ、３２ａ間の距離（図１のＬ２）は、水流の作用を受けないため、長期にわたって距離が変化せず、「アキシャル配置」により径方向の小型化を図りつつも、経時変化による発電量の変動を抑制することができる。
【００３２】
なお、本実施例においては、コイル５０がマグネットＭの下流側端面Ｍｄに対向して設けられている。このように、コイル５０をマグネットＭの下流側、すなわち、予旋回静翼１４とは反対側にコイル５０を設置することで、予旋回静翼１４は、形状やサイズに制約を受けにくい。予旋回静翼１４のサイズを大きくした場合は、圧力損失を抑えつつ、動翼１５の回転に効果的な旋回流を形成することが可能となる。
【００３３】
第３ヨーク３３は、リングプレート状を呈し、コイル５０の下端面部と対向して設けられる。また、第３ヨーク３３の外周側の一部が切り欠かれて、図示しないコイル配線の取り出し部が形成されている。
【００３４】
第３ヨーク３３は、第１ヨーク３１及び第２ヨーク３２におけるそれぞれのインダクタ３１ａ、３２ａが設けられた端部と反対側の端部に結合されている。第１ヨーク３１〜第３ヨーク３３によって囲まれた空間内に、コイル５０が収容され、コイル５０からの配線は、第３ヨーク３３の外周側に形成された図示しないコイル配線の取り出し部から外部に引き出されるようになっている。このように、コイル５０の配線は、第３ヨーク３３の外周側に形成された図示しないコイル配線の取り出し部を介して、外周側から外部に取り出されるので、内周側から取り出す場合に比べて、制御部５７までの配線の取りまわしが容易となる。
【００３５】
また、第３ヨーク３３には、例えば、凹状の位置決め部３３ｃが設けられており、この位置決め部を、第１ヨーク３１に形成された凸状の位置決め部３１ｃ、及び第２ヨーク３２に形成された凸状の位置決め部３２ｃに係合させている。図５では、コイル５０の外周側において、第３ヨーク３３と第２ヨーク３２のそれぞれの位置決め部３３ｃ、３２ｃが係合していて、コイル５０の内周側において、第３ヨーク３３と第１ヨーク３１のそれぞれの位置決め部３３ｃ、３１ｃが係合している。これによって、第１ヨーク３１及び第２ヨーク３２は、それぞれ周方向の所定の位置に位置決めされ、インダクタ３１ａ、３２ａ間のピッチ精度を向上させることができる。なお、第３ヨーク３３に凸状の位置決め部を、第１ヨーク３１及び第２ヨーク３２のそれぞれに凹状の位置決め部を設けるようにすることもできる。
【００３６】
また、第２ヨーク３２には切り欠き部３９ａが、第３ヨーク３３には切り欠き部３９ｂが設けられている。このように、各ヨーク３１、３２において、コイルの周面部を囲むようにして設けられた部分に、インダクタ３１ａ、３２ａが設けられた一端側から隣接するインダクタの間を切り欠いた切り欠き部３９ａ、３９ｂを間欠的に設けることで、各ヨーク３１、３２を周方向に磁気的に絶縁するようにしている。そして、各ヨーク３１、３２の周面に沿って形成される磁路のうち、発電に必要のない部分を削り取ることで、磁路の短絡や鉄損が抑制でき発電量を増加させることができる。言い換えると、切り欠き部３９ａ、３９ｂの切り欠かれる方向や形状によって、磁束の向きを統一する効果が得られるため、発電に効果的な磁路を形成することができる。本実施例の場合、切り欠きの向きは、コイル５０と同軸方向であって、図５の矢印の向きに磁束の向きを統一する効果が高い。本実施例のように、コイル５０と同軸方向に磁束の向きを統一すると、発電量を増加する効果がさらに高まる。
【００３７】
ここで、切り欠き部３９ａ、３９ｂの効果を説明する。
図６は、切り欠き部３９ａ、３９ｂの深さと発電量との関係を示すグラフ図である。  
横軸は、切り欠き部３９ａ、３９ｂの深さ（ｍｍ）を、縦軸は、発電量（ｍＷ）を表す。
【００３８】
図７は、切り欠き部３９ａ、３９ｂの深さとコイル効率との関係を示すグラフ図である。横軸は、切り欠き部３９ａ、３９ｂの深さ（ｍｍ）を、縦軸は、コイル効率（％）を表す。
切り欠き部３９ａ、３９ｂの深さ（コイル５０の上端面からの軸方向長さ）を、０（ｍｍ）、２（ｍｍ）、５（ｍｍ）、１０（ｍｍ）と変えて、発電量及びコイル効率をシミュレーションした。ここで、コイル効率は、入力（マグネットＭを回転させるのに必要なトルク×回転数）に対する、出力（発電量）の割合（％）を表す。なお、ステータ９全体の軸方向寸法は、２７（ｍｍ）とした。切り欠き部３９ａ、３９ｂの深さが０（ｍｍ）とは、切り欠き部３９ａ、３９ｂを設けないことを意味する。
【００３９】
図６より、切り欠き部３９ａ、３９ｂの深さを大きくすれば、発電量を大きくすることができることが分かる。さらに、図７より分かるように、切り欠き部３９ａ、３９ｂの深さを大きくすることで、コイル効率をも向上させることができる。
【００４０】
発電機を備えた自動水栓の場合には、電磁弁や発電機を内蔵させる必要があるため、発電機を小型化する必要がある。そして、発電機を小型化しても所定の発電量が確保できるようにするためには、コイル効率を向上させる必要もあり、切り欠き部を設けることの効果は大きい。また、発熱による効率低下を防止するためにも、切り欠き部を設けることが好ましい。さらに、水栓用発電機では、水中の鉄粉が磁石に吸着するのを防ぐ必要があり、強力な磁石は使用できないため、効率よく磁路を形成する切り欠きは、非常に有効である。特に、水栓用発電機の中でも、節水効果が要求され、発電に使用できる水力エネルギーが比較的小さい洗面所用水栓のようなものには、さらに有効である。
【００４１】
なお、切り欠き部３９ａ、３９ｂを、軸方向のすべてにわたって形成してもよいが、この場合、各ヨーク３１、３２は、インダクタの数に対応して分割されてしまうので、部品点数や組み立て性を考慮すると、切り欠き部３９ａ、３９ｂの深さを軸方向の途中までにとどめて、各ヨーク３１、３２のそれぞれがばらけてしまわないようにする方が好ましい。
【００４２】
次に、自動水栓装置３及び発電機１の作用について説明をする。  
前述のように構成された自動水栓装置３及び発電機１において、使用者が、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が電磁弁８を開にし、給水流路１０が連通される。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、電磁弁８が閉となり、自動的に水が止まる。
【００４３】
筒体１３内に流れ込んだ流水は、予旋回静翼１４の円錐体表面を流れて径外方向に拡散され、本具体例においては、軸中心に対して右方向に旋回するような旋回流となって、静翼羽根部１８間の静翼流路７１を流れる。
静翼流路７１を流れた旋回流は、動翼流路７２に流入し、動翼羽根部１９の上側の傾斜面に衝突する。本具体例では、動翼流路７２に流入する旋回流は、軸中心に対して右方向に旋回した流れなので、動翼羽根部１９に対して右方向の力が作用し、動翼１５は右回りに回転する。そして、マグネットＭの内周面より内側の動翼流路７２を流れた流水は、軸受１７の内側を通過して、筒体１３内部を抜け、吐水口６へと至る。
【００４４】
動翼１５が回転すると、これに固定されたマグネットＭも回転する。マグネットＭの外周面（径方向の面）は、前述したようにＮ極とＳ極とが周方向に沿って交互に着磁されているため、マグネットＭが回転すると、マグネットＭの外周面（径方向の面）に対向しているインダクタ３１ａ、３２ａ及びこれらに一体となっている第１ヨーク３１、第２ヨーク３２の極性が変化してゆく。これにより、コイル５０に対する鎖交磁束の向きが変化し、コイル５０に起電力が生じ、発電がされることになる。発電により生じた電力は、充電器５６へと送られ、充電された後、例えば、電磁弁８、センサ７、制御部５７の駆動などに使用されることとなる。
【００４５】
次に、本発明の他の実施の形態について説明をする。図８は、図１とほぼ等しく、図１と同じ部位には同じ記号を付して、その説明を省略する。本実施例の発電機１は、コイル５０をマグネットMの上流側端面Ｍｕに対向するように配置したことを特徴とする。本発明においては、インダクタ３１ａ、３２ａの一部（インダクタ３１ａ、３２ａにおいて、図８のＬ１間に存在する部分）が、マグネットＭに対し、相対的に上流側に位置している。よって、マグネットＭに作用する電磁力は、マグネットＭを上流側に引っ張る成分を有する。これにより、軸受１７が受ける水流による荷重を軽減できるため、回転の摺動面が、磨耗するのをさらに抑制することができる。同じく、動翼１５やマグネットＭが受ける水流による荷重も軽減されるため、動翼１５を回転させるための流体エネルギーの損失も抑制することができ、効率のよい水力発電機となる。
【００４６】
次に、本発明の他の実施の形態について説明をする。図９（ａ）・（ｂ）は、マグネットＭとインダクタ３１ａ・３２ａの配置に関する変形例を示すための模式断面図である。図１と同じ部位には同じ記号を付して、その説明を省略する。
本実施例において、図９（ａ）に示すように、マグネットＭは、円筒形状ではなく、円錐台をしている。さらに、回転中心軸Ｃと垂直な平面と交わる外周面Ｍｊに着磁がされている。本発明において、マグネットＭは必ずしも円筒形状である必要はなく、本実施例のように、円錐台にすれば、マグネットＭの高さを抑えつつ、外周面Ｍｊの表面積を確保し、発電量を増やすことができる。
【００４７】
図９（ａ）の説明に戻り、回転中心軸Ｃと垂直な平面と外周面Ｍｊのなす各をθ1とする。そして、コイル５０は、マグネットＭの下流側端面Ｍdと対向して配置されている。また、筐体１３は、回転中心軸Ｃと垂直な平面に対し、θ２の角度で形成された壁面を持ち、この壁面の外側に、インダクタ３１ａ・３２ａが配設されている。本実施例においては、θ1とθ2が等しく、マグネットＭの外周面Ｍｊと、インダクタ３１ａ・３２ａとの間の距離Ｌ２が、それぞれが対向した部分において、等しくなっている。
次に図９（ｂ）を用いて、電磁力の作用について説明する。ここでは、マグネットＭとインダクタ３１ａ・３２ａとの間に作用する電磁力をＦｊとし、Ｆｊ1をＦｊの水平方向成分、Ｆｊ２をＦｊの垂直方向成分としている。このとき、Ｆｊ２が、図示しない軸受１７に作用する電磁力となる。本実施例では、電磁力Ｆｊの作用する方向を水平方向にも分散することで、軸受１７に作用する電磁力の作用を低減し、軸受１７の負荷を軽減している。なお、本発明においては、θ1とθ2を４５度以上とすれば、電磁力Ｆｊを、水平方向成分Ｆｊ１と垂直方向成分Ｆｊ２に等分でき、軸受１７が受ける負荷を十分に軽減することができる。
【００４８】
次に、本発明の他の実施の形態について説明をする。
図１０は、インダクタの位置関係を説明するための模式断面図である。
図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、コイル５０の端面５０ｄとマグネットＭの下流側端面Ｍｄとは対向しており、マグネットＭの外周面とインダクタ３１ａ・３２ａ、３１０ａ・３２０ａ、３１１ａ・３２１ａとは対向している。また、コイル５０の端面端面５０ｄとマグネットＭの下流側端面Mdとの間には、基部３１ｂ、３１０ｂ、３１１ｂが設けられている。なお、基部から「延設」したインダクタとは、いずれも本実施例のような形態も含み、インダクタ３１ａ・３２ａ、３１０ａ・３２０ａ、３１１ａ・３２１ａは、いずれもそれぞれの基部３１ｂ・３２ｂ、３１０ｂ・３２０ｂ、３１１ｂ・３２１ｂから「延設」している。そして、これらの図から分かるように、マグネットＭの外周面と対向する位置に設けられるインダクタの径方向の位置は、コイル５０の外周面から内周面までの間で適宜選択することができる。
なお、そのような場合であっても、コイル５０の端面端面５０ｄの直上にマグネットＭの下流側端面Mdが存在することが好ましい。特に、図８（ａ）に示したような位置（図１で例示したものの位置）とすれば、インダクタの形成を含めて、ヨークの製作が容易となる利点がある。さらに、発電機全体の径に対して、マグネットの径を最大にできるので、マグネットの表面積が増加し、表面磁束量を大きくすることができる。また、周速が増すため、磁束の変化率も増加し、発電量を大きくすることができる。
また、マグネットＭの外周面と対向する位置に設けられるインダクタの端面（先端）位置は、少なくともマグネットＭのコイル５０側の下流側端面Ｍｄより上側にあればよい。ただし、発電量を考えると、マグネットＭのコイル５０とは反対側の上流側端面Ｍu近傍まであることが好ましく、典型的には、マグネットＭのコイル５０とは反対側の上流側端面Ｍuとインダクタの端面（先端）との位置は略同一とされる。
なお、本実施例では、コイル50をマグネットMの下流側端面Mdに配置した場合を示したが、コイル50をマグネットMの上流側端面Muに対向するように、配置した場合も、同様の設計がなされる。
【００４９】
次に、本発明の他の実施の形態について説明をする。図１１は、図１とほぼ等しく、図１と同じ部位には同じ記号を付して、その説明を省略する。本実施例の発電機１は、ヨーク３１において、インダクタ３１ａと基部３１ｂを結ぶ部分に曲げ部Aが存在していることを特徴とする。ここで、第１ヨーク３１のように曲げ形状のあるヨークを製造する場合、完全に直角に曲げるのではなく、曲率を有する曲げ部を設けると、ヨークの耐久性が向上する。
ヨークは、発電中に電磁力の作用を受けるため、形状によっては応力集中が発生する。本実施例のように、曲げ形状において、曲げ部を設けると、応力集中が緩和され、ヨークの耐久性が向上する。特に、本実施例のように、インダクタ３１ａが、ステータ９の全長に対して比較的長い場合には、曲げ部によって応力集中を抑制する効果がさらに高まる。
【００５０】
図１２は、曲げ部Aを詳細に説明するための模式斜視図で、図５とほぼ等しく、図５と同じ部位には同じ記号を付して、その説明を省略する。図１１において、インダクタ３１ａと基部３１ｂを結ぶ部分に曲げ形状が存在し、この部位に曲げ部Aが設けられている。
【００５１】
図１３の（a）・（ｂ）・（ｃ）は、曲げ部のその他の形態について説明するための模式図である。インダクタ３１ａと、基部３１ｂと、それらを結ぶ曲げ部Aと、基部３２ｂ、ヨーク３３、コイル５０が示されている。図１３（a）に示すように、曲げ部Aは曲面を有せず、板状であってもよい。図１３（ｂ）に示すように、曲げ部Aは、複数の曲げ部から形成されてもよい。図１３（ｃ）に示すように、曲げ部Aは、コイル５０と完全に重ならない位置から形成されていてもよい。
【００５２】
なお、ヨークの材料となる磁性体は、材料の特性によっては、プレス加工で曲げ形状を作る際に、曲げ部を中心にして、歪みが付加された状態になることがある。この場合、曲げ部で磁気特性が劣化し、磁束が通りにくくなる。そこで、この課題に対して効果のある他の実施の形態について説明をする。図１４(a)は、図１１とほぼ等しく、図１１と同じ部位には同じ記号を付して、その説明を省略する。本実施例の発電機１は、ヨーク３１において、インダクタ３１ａと基部３１ｂを結ぶ部分に曲げ部Aが存在していて、特に、マグネットＭが曲げ部Aとが対向しないことを特徴とする。これを具体的に説明するため、曲げ部Aの詳細を示した図１４（b）に示した。図１４（b）に示したとおり、曲げ部Aはインダクタ３１ａと基部３１ｂを結ぶ部分に設けられるが、ここで、曲げサイズAaを、基部３１bの上端面から、インダクタ３１ａの下端面までの距離とする。そして、マグネットＭが曲げ部Aとが対向しないとは、マグネットＭの下流側端面とこれに対向した基部３１ｂ間の距離L1（図１４（a））は、曲げ部Aの曲げサイズAa（図１４（ｂ））に対し、Ｌ１≧Aaの関係を満たすことを意味する。具体的には、曲げ部Aの曲げサイズAaは０．２ｍｍ〜０．８mm程度を設けることが望ましく、これに対し、L1は１mm程度以上とすることが望ましい。
【００５３】
このように、マグネットＭの外周面は、磁気歪みの少ないストレート形状のインダクタ３１ａ、３２ａと対向し、磁気歪みの影響が強いR部とは対向しないようにすることで、ヨークをどのような材料で製造しても、常に安定した磁束量をコイル５０に導くことができ、安定した発電量を得ることができる。
【００５４】
図１５は、マグネットＭとストレート形状のインダクタが対向する長さ（図１３のＬ３）と発電量・トルクとの関係を説明するためのグラフ図である。対向する長さが長くなるほど、マグネットＭおよびインダクタは、軸方向に長い形状となることを意味する。そして、この対向する長さが長くなるにつれて、発電量・トルクとも比例的に増加して行くのが分かる。
【００５５】
このように、マグネットＭを、磁気歪みの影響が強い曲げ部Aとは対向させずに、磁気歪みの少ないストレート形状のインダクタと対向させると、安定的のみでなく、重なり合う長さや対向面積によって、比例的に発電量・トルクを制御することが可能となり、設計しやすい構造となる。
具体的には、マグネットＭとインダクタのストレート部分の重なり合う長さを調整することで、発電機の使用態様に適した発電機を容易に設計できることができる。例えば、水量が多いためトルクも大きく、また、多量の発電量を必要とする場合には、マグネットＭとインダクタのストレート部分の重なり合う長さが長いものを、水量が少なくトルクが小さいが、発電量は少なくてよい場合には、マグネットＭとインダクタのストレート部分の重なり合う長さが短いものを採用すればよいことになる。例えば、前者の例としては浴槽用水栓に備えられる発電機を、後者の例としては洗面所用水栓に備えられる発電機を挙げることができる。
【００５６】
図１６は、インダクタの寸法とマグネットの磁区との関係を説明するための模式図である。インダクタ３１a、３２aとマグネットの磁区Ｇとの関係については、図１６に示すように、マグネットＭの磁区Ｇの中心とインダクタ３１ａ、３２ａの中心とが対峙したときに、どちらか一方が他方の隣接する部分を含むことなく、他方をその領域内に含んでいるようにすることが好ましい。すなわち、図１６に表した具体例の場合には、インダクタ３１ａと対峙した磁区Ｇは、インダクタ３１ａに隣接するインダクタ３２ａを含むことなく、インダクタ３１ａをその磁区Ｇの領域内に含んでいる。インダクタ３２ａと対峙した磁区Ｇについても同様である。なお、ここでいうインダクタの中心とは、インダクタの重心を意味するものとする。このようにすれば、１つのインダクタは一方の極性（例えば、Ｓ極）にだけ磁化され、隣接する他のインダクタは、他方の磁性（例えば、Ｎ極）にだけ磁化されるので、コイル５０の発電に寄与する所望の鎖交磁路を十分に得ることができる。その結果、磁極が変化したときの磁束の変化率が大きくなり、発電量が増加する。
【００５７】
なお、図１６では、磁区Ｇが隣接する他のインダクタの部分を含むことなく、インダクタをその領域内に含む場合（インダクタの寸法Ｗ１よりマグネットＭの磁区Ｇの寸法Ｗ２の方が大きい場合）を例示したが、インダクタが隣接する他の磁区Ｇの部分を含むことなく、磁区Ｇをその領域内に含む（マグネットＭの磁区Ｇの寸法Ｗ２よりインダクタの寸法Ｗ１の方を大きくする）ようにしてもよい。ただし、磁区Ｇがインダクタをその領域内に含むようにすれば（磁区Ｇの寸法Ｗ２の方がインダクタの寸法Ｗ１より大きくなるようにすれば）、マグネットＭの表面磁束密度を大きくすることができるので、発電量を増加させることができる。また、発電量を考慮すれば、Ｗ１：Ｗ２＝１：２程度とすることが好ましい。なお、図１６では、マグネットの周方向に着磁を行った場合を模式的に示したが、前述のマグネットの上流側端面もしくは下流側端面に着磁を行った場合も同様である。
【００５８】
図１７は、インダクタの形状とマグネットの磁区の形状との関係を説明するための模式図である。図１７（ａ）と（ｂ）は、マグネットＭの回転方向に略直角方向のインダクタの端面を傾斜させた場合であり、図１７（ｃ）は、マグネットＭの回転方向に略直角方向の磁区の境界を傾斜させた場合である。なお、図中の矢印は、マグネットＭの回転方向を示している。
このように、マグネットＭの回転に伴い、マグネットＭの磁区とインダクタとが対峙する領域の面積が、漸次増減するようにさせることが好ましい。そのようにすれば、マグネットとヨーク間に作用する吸引反発力の急激な変化を抑えることができるので、コギングを抑制してマグネットを円滑に回転させることができる。その結果、軸摩擦やトルクロスを抑えることができ、発電量を増加させることができる。なお、図１７（ａ）〜（ｃ）では、それぞれの形状が直線的に変化する場合を例示したが、これに限定されるわけではなく、任意の曲線としたり、曲線や直線を組み合わせたものとすることもできる。
【００５９】
図１８〜図２４は、前述の第１ヨーク３１、第２ヨーク３２、第３ヨーク３３の結合部分の説明をするための模式図である。なお、図中のａは、第１ヨーク、第２ヨークおよびこれらに結合された第３ヨークに形成される磁束の流れを表している。  
コイル５０を鎖交する磁束の流れを形成する各ヨークの間に隙間が生じてしまうと、磁束の損失が生じ、発電量が減少する。そのため、各ヨークの部材同士を複数の面で当接させるようにして、組み付け時などに一部の面に隙間が生じた場合でも、他の面で磁路が確保できるようにして、発電量の減少を抑制できるようにすることが好ましい。
図１８に例示をするものでは、第３ヨーク３３の内周側段部３３ａに、第１ヨーク３１の端部が係合することで、第１ヨーク３１と第３ヨーク３３とが、それぞれ、コイル５０の周方向に沿って略環状に形成された複数の面（本具体例では、例えば略垂直な２面）で当接するようになっている。第１ヨーク３１の端面（図１８においては下端面）は、第３ヨーク３３の内周側段部３３ａにおけるコイル中心方向に張り出したフランジ状の面と当接し、第１ヨーク３１の端部における外周側（コイル中心方向と逆方向）の側面（上記端面に対して略垂直な面）は、第３ヨーク３３の内周側段部３３ａにおける上記フランジ状の面に対して略垂直な側面と当接する。
【００６０】
同様に、第３ヨーク３３の外周側段部３３ｂに、第２ヨーク３２の端部が係合することで、第２ヨーク３２と第３ヨーク３３とは複数の面（本具体例では、例えば略垂直な２面）で当接する。第２ヨーク３２の端面（図１８においては下端面）は、第３ヨーク３３の外周側段部３３ｂにおけるコイル中心方向とは逆方向に張り出したフランジ状の面と当接し、第２ヨーク３２の端部におけるコイル中心方向の側面（上記端面に対して略垂直な面）は、第３ヨーク３３の外周側段部３３ｂにおける上記フランジ状の面に対して略垂直な側面と当接する。
【００６１】
図１９に例示をするものでは、第３ヨーク４３の内周側縁部及び外周側縁部を、他の部分よりも突出させて、その突出部４３ａと、第３ヨーク４３の表面部４３ｂとがなす略垂直な２面に、第１ヨーク３１及び第２ヨーク３２のそれぞれの端部を当接させるようにしている。この場合においても、第３ヨーク４３に対して、第１ヨーク３１及び第２ヨーク３２を、それぞれ、複数の面で当接させることができるため、第１ヨーク３１及び第２ヨーク３２のそれぞれと、第３ヨーク３３との間の磁束の損失を抑制することができ、発電量の減少を抑制することができる。
【００６２】
図２０に例示をするものでは、第３ヨーク５３の内周側及び外周側のそれぞれに、リブ状の凸部５３ａを設けることで、第３ヨーク５３に、略垂直となる関係にある２面を設け、その２面に、それぞれ、第１ヨーク３１と第２ヨーク３２とを当接させるようにしている。この場合においても、第３ヨーク５３に対して、第１ヨーク３１及び第２ヨーク３２を、それぞれ、複数の面で当接させることができるため、第１ヨーク３１及び第２ヨーク３２のそれぞれと、第３ヨーク５３との間の磁束の損失を抑制することができ、発電量の減少を抑制することができる。
【００６３】
図２１に例示をするものでは、第３ヨーク６３における径方向（図２１においては横方向）の中央に凸部６３ａを設けることで、第３ヨーク６３に、略垂直となる関係にある２面を設けるようにしている。また、第１ヨーク６４及び第２ヨーク６５のそれぞれの端部６４ａ、６５ａを断面Ｌ字状に形成し、その端部６４ａ、６５ａを、第３ヨーク６３の凸部６３ａの側方に係合させることで、第３ヨーク６３に対して、第１ヨーク６４及び第２ヨーク６５を、それぞれ、複数の面で当接させるようにしている。このような構成により、本具体例においても、第１ヨーク６４及び第２ヨーク６５のそれぞれと、第３ヨーク６３との間の磁束の損失を抑制することができ、発電量の減少を抑制することができる。
【００６４】
図２２に例示をするものでは、第３ヨーク７３における径方向（図２２においては横方向）の中央に断面台形状の凸部７３ａを設けることで、第３ヨーク７３に、鈍角をなして形成された２面を設けるようにしている。そして、第１ヨーク７４及び第２ヨーク７５のそれぞれの端部を、第３ヨーク７３の凸部７３ａの側方に係合させることで、第３ヨーク７３に対して、第１ヨーク７４及び第２ヨーク７５を、それぞれ、複数の面で当接させるようにしている。このような構成により、本具体例においても、第１ヨーク７４及び第２ヨーク７５のそれぞれと、第３ヨーク７３との間の磁束の損失を抑制することができ、発電量の減少を抑制することができる。
【００６５】
図２３に例示をするものでは、第３ヨーク８３に、内壁面が曲面状に形成され且つコイル５０の周方向に沿った略環状の凹部８３ａを形成し、さらに、第１ヨーク８４及び第２ヨーク８５それぞれの端部に、凹部８３ａの内壁面に沿った略環状の曲面部を設けている。そして、第１ヨーク８４及び第２ヨーク８５のそれぞれと、第３ヨーク８３とは、曲面どうしを当接させることができるようになっている。
【００６６】
この場合、第１ヨーク８４及び第２ヨーク８５のそれぞれと、第３ヨーク８３とを、曲面で当接させるようにしているが、第１ヨーク８４及び第２ヨーク８５のそれぞれと、第３ヨーク８３との相対的な位置ずれが生じて隙間が生じることがあっても、第１ヨーク８４及び第２ヨーク８５のそれぞれと、第３ヨーク８３とがまったく接触しない状態にはなり難く、よって、それらヨーク間に形成される磁束の損失を抑制することができ、発電量の減少を抑制することができる。
【００６７】
図２４に例示をするものでは、第１ヨーク１３１及び第２ヨーク１３２を、それぞれ、第３ヨーク１３３に対して１つの面で当接させて結合し、第１ヨーク１３１及び第２ヨーク１３２の端面をカシメて、カシメ部１３２ａ、１３３ａを含めて複数の面で当接させるようにしている。このような構成により、本具体例においても、第１ヨーク１３１及び第２ヨーク１３２のそれぞれと、第３ヨーク１３３との間の磁束の損失を抑制することができ、発電量の減少を抑制することができる。
【００６８】
ここで、インダクタを含む各ヨークの材料には磁化特性に優れたものを選ぶことが好ましい。具体的には、磁性体材料を例示することができ、例えば、純鉄、パーマロイ、センダスト合金、ケイ素鋼、電磁ステンレスなどを例示することができる。ただし、これらに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。この場合、小型の発電機に用いることを考慮すれば、電磁ステンレス、パーマロイ、ケイ素鋼とすることが好ましい。
【００６９】
また、ヨークが複数のものを結合してなる場合においては、それぞれを異なる材料からなるものとすることもできる。例えば、磁束が最も集中するインダクタを含む部分を、最も磁化特性に優れる材料とすることができる。一般的には、磁化特性に優れた材料ほど高価になる傾向がある。そのため、必要度の高い部分にのみ高価な材料を使うこととして全体のコストを抑えるようにすることができる。また、磁化特性の異なる材料を組み合わせて、ヨーク全体の磁化特性を調整し、発電量の制限を設けるようにすることもできる。なお、材料の組み合わせは、ヨークの部分毎に行うこともできる。例えば、溶接などで接合するなどして、磁束が最も集中するインダクタ部分のみを最も磁化特性に優れる材料とすることもできる。
【００７０】
ここで、発電機１を小型化するためにはコイル５０の小型化も重要な要素となる。発電機１を小型化すると、コイル５０の巻線スペースも少なくなるため、コイル５０の巻数が少なくなり、発電量が減少してしまう。また、巻数を多くするために、コイル５０の線径を細くするとコイル５０の内部抵抗が増加するため、熱損失が多くなり、やはり発電量が減少してしまう。
本発明者は検討の結果、ボビン等の絶縁部材を不要とすることができれば、巻線スペースの確保をすることができるので、発電機１を小型化しても発電量の減少を抑制することができるとの知見を得た。
【００７１】
一般的にコイルは、ボビンと呼ばれる円筒状の絶縁部材に電線を巻付けるようにして形成される。この場合、ボビンの肉厚は０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度ではあるが、水栓装置に備えられるような小型発電機においては、このようなスペースも問題となる。
【００７２】
そこで、本実施の形態においては、ヨークのコイル５０に接触する部分に絶縁層を設けるようにして、ボビン等の絶縁部材を不要とする構成とした。そのため、コイル５０の巻線スペースを確保することができ、太い線径でかつ巻数をも多くすることができた。その結果、発電量を増加することができた。
具体的には、内径１４ｍｍ、外径２２ｍｍのコイル５０において、コイル５０に接触するヨークの内面に絶縁加工を施しボビン等の絶縁部材を不要とすることにより、発電機１の巻線のスペースを７０％程度増やすことができた。この場合の絶縁加工としては、厚さが数１０μＭ程度のフッ素樹脂コーティングを例示することができる。ただし、絶縁加工に用いられる材料、膜厚、コーティング方法などはこれに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。
【００７３】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明をした。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。
【００７４】
前述の具体例に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
【００７５】
例えば、発電機や水栓装置の各要素の形状、寸法、材質、配置などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【００７６】
また、前述した各具体例が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の形態に係る発電機を説明するための模式断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る発電機付き自動水栓装置の取付例を表す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る自動水栓装置を説明するための模式断面図である。
【図４】マグネットを説明するための模式斜視図である。
【図５】ステータを説明するための模式斜視図である。
【図６】切り欠き部の深さと発電量との関係を示すグラフ図である。
【図７】切り欠き部の深さとコイル効率との関係を示すグラフ図である。
【図８】他の実施の形態に係る発電機を説明するための模式断面図である。
【図９】他の実施の形態に係る発電機を説明するための模式断面図である。
【図１０】インダクタの位置関係を説明するための模式断面図である。
【図１１】他の実施の形態に係る発電機を説明するための模式断面図である。
【図１２】他の実施の形態にかかるステータを説明するための模式斜視図である。
【図１３】前述の曲げ部の他の実施形態を説明するための模式断面図である。
【図１４】（a）他の実施の形態に係る発電機を説明するための模式断面図である。（b）他の実施の形態に係る曲げ部Aを詳細に説明するための模式断面図である。
【図１５】マグネットとインダクタのストレート部分が重なり合う長さと発電量・トルクとの関係を説明するためのグラフ図である。
【図１６】インダクタの寸法とマグネットの磁区との関係を説明するための模式図である。
【図１７】インダクタの形状とマグネットの磁区の形状との関係を説明するための模式図である。
【図１８】前述の第１ヨーク、第２ヨーク、第３ヨークの結合部分の説明をするための模式図である。
【図１９】前述の第１ヨーク、第２ヨーク、第３ヨークの結合部分の説明をするための模式図である。
【図２０】前述の第１ヨーク、第２ヨーク、第３ヨークの結合部分の説明をするための模式図である。
【図２１】前述の第１ヨーク、第２ヨーク、第３ヨークの結合部分の説明をするための模式図である。
【図２２】前述の第１ヨーク、第２ヨーク、第３ヨークの結合部分の説明をするための模式図である。
【図２３】前述の第１ヨーク、第２ヨーク、第３ヨークの結合部分の説明をするための模式図である。
【図２４】前述の第１ヨーク、第２ヨーク、第３ヨークの結合部分の説明をするための模式図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  発電機、    ２  洗面台、    ３  自動水栓装置、    ３ａ  本体、    ３ｂ  吐水部、    ４  配管、    ５  流入口、    ６  吐水口、    ７  センサ、    ８  電磁弁、    ９  ステータ、    １０  給水流路、    １２  ケース、    １３  筒体、    １３ａ  小径部、    １３ｂ  大径部、    １４  予旋回静翼、    １５  動翼、    １５ａ  動翼リング、    １５ｂ  リング周面、    １５ｃリング上流端面、    １５ｄ  摺動リング、    １７  軸受、    １８  静翼羽根部、    １９  動翼羽根部、    ２１  リング部材、    ２２  軸支持部、    ２３  連結部材、    ２４  中心軸、    ３１  ヨーク、    ３１ａ  インダクタ  、  ３１ｂ  基部、    ３１ｃ  位置決め部、    ３２  ヨーク、    ３２ａ  インダクタ、    ３２ｂ  基部、    ３２ｃ  位置決め部、    ３３  ヨーク、    ３３ａ  内周側段部、    ３３ｂ  外周側段部、    ３３ｃ  位置決め部、    ３９ａ  切り欠き部、    ３９ｂ  切り欠き部、    ４３  ヨーク、    ４３ａ  突出部、    ４３ｂ  表面部、    ５０  コイル、    ５０ｄ端面、    ５１  封止部材、    ５１ａ  段部、    ５２  Ｏリング、    ５３  ヨーク、    ５３ａ  凸部、    ５５  定流量弁、    ５６  充電器、    ５７  制御部、    ６３  ヨーク、    ６３ａ  凸部、    ６４  ヨーク、    ６４ａ  端部、    ６５  ヨーク、    ７０  スペース、    ７１  静翼流路、    ７２  動翼流路、    ７３  ヨーク、    ７３ａ  凸部、    ７４  ヨーク、    ７５  ヨーク、    ８３  ヨーク、    ８３ａ  凹部、    ８４  ヨーク、    ８５  ヨーク、    ９０  ステータ、    １３０  筒体、    １３１  ヨーク、    １３２  ヨーク、    １３２ａ  カシメ部、    １３３  ヨーク、    Ｍ  マグネット、    Ｍu  マグネットMの上流側端面、    Ｍｄ  マグネットMの下流側端面、
A  曲げ部、    Aa  曲げサイズ、    Ｇ  磁区、    Ｗ１  インダクタの寸法、    Ｗ２  磁区Ｇの寸法
３１０ａ  インダクタ、    ３１０ｂ  基部、    ３１１ａ  インダクタ、    ３１１ｂ  基部、    ３２０ａ  インダクタ、    ３２０ｂ  基部、    ３２１ａ  インダクタ、    ３２１ｂ  基部、    ４００給水流入口、    ５００給水流出口、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年12月4日(2008.12.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水流入口と、給水流出口とを有し、内部に給水流路が形成された筐体と、
前記給水流路内に設けられ動翼羽根部を有する動翼と、
前記動翼と一体に回転可能なマグネットと、
前記動翼および前記マグネットが水流により受ける力を支持する軸受と、
前記マグネットの回転により起電力を生ずるコイルと、
前記コイルを囲んで設けられた基部と、前記基部の径外側から延出し互いに離間して設けられた複数のインダクタと、を有するヨークと、
を備え、
前記コイルは、前記マグネットよりも前記給水流路の下流側で、且つ前記マグネットに対向して設けられ、
前記マグネットは回転中心軸と垂直な平面と交わる外周面に着磁され、前記コイルと対向する端面は着磁されず、
前記インダクタは前記マグネットの外周面と対向し、前記給水流路の上流側から下流側へ向かって、前記筐体の外側に設けられたことを特徴とする水栓用発電機。
【請求項２】
給水流入口と、給水流出口とを有し、内部に給水流路が形成された筐体と、
前記給水流路内に設けられ動翼羽根部を有する動翼と、
前記動翼と一体に回転可能なマグネットと、
前記動翼および前記マグネットが水流により受ける力を支持する軸受と、
前記マグネットの回転により起電力を生ずるコイルと、
前記コイルを囲んで設けられた基部と、前記基部の径外側から延出し互いに離間して設けられた複数のインダクタと、を有するヨークと、
を備え、
前記コイルは、前記マグネットの前記給水流路の上流側に対向して設けられ、
前記コイルは、前記マグネットよりも前記給水流路の上流側で、且つ前記マグネットに対向して設けられ、
前記マグネットは回転中心軸と垂直な平面と交わる外周面に着磁され、前記コイルと対向する端面は着磁されず、
前記インダクタは前記マグネットの外周面と対向し、前記給水流路の上流側から下流側へ向かって、前記筐体の外側に設けられたことを特徴とする水栓用発電機。
【請求項３】
前記ヨークは、前記基部と前記インダクタを結ぶ部分に設けられた曲げ部を備え、
前記マグネットは、前記曲げ部と対向しないように配置されたこと、
を特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の水栓用発電機。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の一態様によれば、給水流入口と、給水流出口とを有し、内部に給水流路が形成された筐体と、前記給水流路内に設けられ動翼羽根部を有する動翼と、前記動翼と一体に回転可能なマグネットと、前記動翼および前記マグネットが水流により受ける力を支持する軸受と、前記マグネットの回転により起電力を生ずるコイルと、前記コイルを囲んで設けられた基部と、前記基部の径外側から延出し互いに離間して設けられた複数のインダクタと、を有するヨークと、を備え、前記コイルは、前記マグネットよりも前記給水流路の下流側で、且つ前記マグネットに対向して設けられ、前記マグネットは回転中心軸と垂直な平面と交わる外周面に着磁され、前記コイルと対向する端面は着磁されず、前記インダクタは前記マグネットの外周面と対向し、前記給水流路の上流側から下流側へ向かって、前記筐体の外側に設けられたことを特徴とする水栓用発電機が提供される。  
また、本発明の一態様によれば、給水流入口と、給水流出口とを有し、内部に給水流路が形成された筐体と、前記給水流路内に設けられ動翼羽根部を有する動翼と、前記動翼と一体に回転可能なマグネットと、前記動翼および前記マグネットが水流により受ける力を支持する軸受と、前記マグネットの回転により起電力を生ずるコイルと、前記コイルを囲んで設けられた基部と、前記基部の径外側から延出し互いに離間して設けられた複数のインダクタと、を有するヨークと、を備え、前記コイルは、前記マグネットの前記給水流路の上流側に対向して設けられ、前記コイルは、前記マグネットよりも前記給水流路の上流側で、且つ前記マグネットに対向して設けられ、前記マグネットは回転中心軸と垂直な平面と交わる外周面に着磁され、前記コイルと対向する端面は着磁されず、前記インダクタは前記マグネットの外周面と対向し、前記給水流路の上流側から下流側へ向かって、前記筐体の外側に設けられたことを特徴とする水栓用発電機が提供される。