(57)【要約】【課題】動翼に回転力を与えない無駄な流れを抑制し、発電効率を向上させることのできる水栓用発電機を提供する。【解決手段】複数の動翼羽根部を有し、動翼羽根部を介した動翼流路を流れる流水によって中心軸のまわりに回転される動翼を備え、動翼羽根部を介さずに動翼羽根部よりも径外方を迂回するバイパス流路における動翼羽根部を介した動翼流路との合流部近傍に、中心軸に向かう径内方ほど動翼流路に近づくよう傾斜した部分を設けた。【選択図】図１
2008261249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の動翼羽根部を有し、前記動翼羽根部を介した動翼流路を流れる流水によって中心軸のまわりに回転される動翼を備え、
前記動翼羽根部を介さずに前記動翼羽根部よりも径外方を迂回するバイパス流路における前記動翼羽根部を介した動翼流路との合流部近傍に、前記中心軸に向かう径内方ほど前記動翼流路に近づくよう傾斜した部分を設けたことを特徴とする水栓用発電機。
【請求項２】
前記動翼よりも上流側の流路に固定して設けられ、前記動翼に対して旋回流を与える複数の静翼羽根部を有する静翼をさらに備え、
前記静翼羽根部を介する静翼流路の最外周端より前記動翼流路の最外周端の方が、径外方に突出していることを特徴とする請求項２記載の水栓用発電機。
【請求項３】
前記動翼流路の内周側壁面に、下流側に向かうにしたがって径外方に末広がりとなる傾斜面が設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の水栓用発電機。
【請求項４】
前記バイパス流路は、前記動翼の外周側面に沿って設けられ、
前記動翼の外周側面に、螺旋状の溝が設けられたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の水栓用発電機。
【請求項５】
給水流路に設けられた請求項１〜４のいずれか１つに記載の水栓用発電機と、
前記給水流路への水の供給を制御する開閉弁と、
前記給水流路を流れた水を吐水する吐水部と、
を備え、
前記水栓用発電機により発電された電力により前記開閉弁を開閉可能としたことを特徴とする水栓装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水栓に供される流水の流れを利用して発電する水栓用発電機及び水栓装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、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させ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備え、この発電機で得られた電力を蓄電しておき、上述のセンサ等の回路の電力を補う装置も知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、流体が流通する流路に、羽根部を有する軸流式の水車を設けた発電装置が開示されている。水車の羽根部の外周側には、略円筒状のマグネットが固定され、このマグネットの下流側にマグネットの回転により起電力を発生するコイルが配設されている。
【０００４】
しかし、特許文献１に開示されている技術では、流路配管とマグネットとの間に形成された隙間（マグネットの外周面側部分）を流れる水流の割合が多くなり、水車を流れる流量が低減するため、水力エネルギーから回転エネルギーへの変換効率が悪化し、発電効率が低下する問題がある。
【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】
【０００５】
本発明は、動翼に回転力を与えない無駄な流れを抑制し、発電効率を向上させることのできる水栓用発電機及び水栓装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、複数の動翼羽根部を有し、前記動翼羽根部を介した動翼流路を流れる流水によって中心軸のまわりに回転される動翼を備え、前記動翼羽根部を介さずに前記動翼羽根部よりも径外方を迂回するバイパス流路における前記動翼羽根部を介した動翼流路との合流部近傍に、前記中心軸に向かう径内方ほど前記動翼流路に近づくよう傾斜した部分を設けたことを特徴とする水栓用発電機が提供される。
【０００７】
また、本発明の他の一態様によれば、給水流路に設けられた前記水栓用発電機と、前記給水流路への水の供給を制御する開閉弁と、前記給水流路を流れた水を吐水する吐水部と、を備え、前記水栓用発電機により発電された電力により前記開閉弁を開閉可能としたことを特徴とする水栓装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、動翼に回転力を与えない無駄な流れを抑制し、発電効率を向上させることのできる水栓用発電機及び水栓装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。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、本発明の実施形態に係る水栓用発電機１の模式断面図である。  
この水栓用発電機１は、主として、筒体１５、静翼２１、動翼２５、マグネットＭ、ステータ５０などを備え、これらは、ケース１２（図３を参照）の中に収容されている。
【００１１】
ここで、水栓用発電機１の説明をする前に、この水栓用発電機１を備えた水栓装置３の説明をする。  
図２は、その水栓装置３の取付例を表す模式図である。  
図３は、同水栓装置３の模式断面図である。
【００１２】
水栓装置３は、例えば、洗面台２などに取り付けられる。水栓装置３は、配管４を介して、水道水等の流入路５に接続されている。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。
【００１３】
水栓装置３の内部には、流入路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。
【００１４】
定流量弁５５より下流の吐水部３ｂの内部には、水栓用発電機１が備えられている。本体３ａの内部には、水栓用発電機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。水栓用発電機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、水栓用発電機１に直接作用することはない。そのため、水栓用発電機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。
【００１５】
水栓用発電機１に具備されたコイル３６（図１参照）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３６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】
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。
【００１７】
水栓用発電機１は、止水栓（元栓）１０５と水栓装置３の吐水口６との間の流路に設けられ、止水栓１０５から水栓装置３の吐水口６へと向けて流れる流水の水力によって発電される。水栓装置としては、例えば、キッチン用水栓、リビングダイニング用水栓、シャワー用水栓、トイレ用水栓、洗面所用水栓などが挙げられる。また、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２５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、水栓金具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。
【００１８】
また、水栓装置は、人体検知センサを用いた自動水栓に限らず、手動スイッチのオン／オフによるワンタッチ水栓、流量をカウントして止水する定量吐水水栓、設定時間を経過すると止水するタイマー水栓などであってもよい。
【００１９】
また、水栓用発電機１で発電された電力を、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。
【００２０】
次に、図１に戻って、水栓用発電機１について説明する。
【００２１】
筒体１５は、大径部１６と小径部１８とを有す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、３に示される吐水部３ｂ内に配設される。筒体１５は、その中心軸方向が、吐水部３ｂ内の給水流路１０を流水が流れる方向に対して略平行となるように配設される。筒体１５は、大径部１６を上流側に、小径部１８を下流側に向けて配設される。筒体１５の内部における主流路には、上流側から順に、静翼２１と動翼２５が設けられている。
【００２２】
大径部１６の上流端の開口は、Ｏリング３３を介して、封止部材３２により液密に塞がれている。封止部材３２の内周部に静翼２１が設けられている。
【００２３】
静翼２１は、円柱体の一方の軸方向端面（上流側に位置する面）に、円錐体を一体的に設けた形状をしている。静翼２１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２２が設けられている。静翼羽根部２２は、例えば、静翼２１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。静翼２１は、封止部材３２の内周部に対して固定され、回転はしない。
【００２４】
静翼２１の下流側には、静翼２１に対してわずかの隙間をあけて動翼２５が設けられている。動翼２５の上流側部分は円柱状に形成され、その周面には、動翼２５の軸中心（軸部材３５）に対して径外方向に突出した複数の動翼羽根部２６が設けられている。動翼羽根部２６は、静翼羽根部２２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。
【００２５】
動翼２５の外周側には、動翼羽根部２６の周囲を囲むように動翼リング２８が設けられている。動翼リング２８の外周面にマグネットＭが固定されて設けられている。動翼２５、動翼リング２８およびマグネットＭは一体となって回転する。
【００２６】
マグネットＭは、筒状を呈し、その軸方向の端面には周方向に沿って交互にＮ極とＳ極とが着磁されている。
【００２７】
動翼２５の下流側には、中心軸３５を流路中に支持するための支持部材３４が設けられている。中心軸３５は、支持部材３４の中心から上流側に向けて延在している。支持部材３４は、筒体１５の中心軸に対して略平行、すなわち主流路に対して略平行に設けられている。支持部材３４は、筒体１５の小径部１８の内周面に対して固定されたスリーブ４４と、軸中心からスリーブ４４の内周面に向けて放射状に設けられた複数の連結部材４３とを有し、連結部材４３の中心に中心軸３５が支持されている。複数の連結部材４３は周方向に互いに離間して設けられ、連結部材４３どうしの間は閉塞されず、流水の流れを許容する隙間が形成されている。
【００２８】
中心軸３５は動翼２５の軸中心を貫通しており、動翼２５の下流端は支持部材３４上に回転（摺動）自在に支持され、動翼２５は中心軸３５によって径方向の移動を規制されつつ、中心軸３５のまわりを回転可能となっている。なお、動翼２５と中心軸３５とを一体化し、中心軸３５の軸方向の両端部をそれぞれ静翼２１及び支持部材３４に対して回転自在に係合させて、中心軸３５と一体に動翼２５が回転するようにしてもよい。
【００２９】
筒体１５の大径部１６における下流側の端部は、小径部１８の外周面よりも径外方に張り出した環状のフランジ状に形成され、そのフランジ部１７よりも下流側における小径部１８の外側には、マグネットＭの下流側の軸方向端面（Ｎ極とＳ極とが着磁された着磁面）に対向させるようにしてステータ５０が設けられている。
【００３０】
ステータ５０は、円筒状に巻回されたコイル３６と、コイル３６を囲む磁性体からなるヨーク４０とを有する。ヨーク４０は、周方向に沿って、交互に、且つ互いに離間して並んで設けられた複数のインダクタ（極歯）を有し、それらインダクタは、コイル３６の一方の軸方向端面（図１においては上流側端面）に対向している。そのコイル３６の一方の軸方向端面は、インダクタおよびフランジ部１７を間に挟んで、マグネットＭの下流側端面（着磁面）に対向している。
【００３１】
次に、水栓用発電機１及び水栓装置３の作用について説明をする。
【００３２】
使用者が、水栓装置３の吐水口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、水栓用発電機１の筒体１５の内部に流水が供給され、筒体１５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。
【００３３】
筒体１５内に流れ込んだ流水は、静翼２１の円錐体表面を流れて径外方向に拡散され、図１に例示される構造では、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２２間の静翼流路２３を流れる。
【００３４】
静翼流路２３を流れた旋回流は、動翼羽根部２６間の動翼流路２７に流入し、動翼羽根部２６の上側の傾斜面に衝突する。本具体例では、動翼流路２７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２６に対して右方向の力が作用し、動翼２５は右回りに回転する。そして、動翼流路２７を流れた流水は、筒体１５の小径部１８を軸方向に流れて筒体１５内部を抜け、吐水口６（図３）へと至る。
【００３５】
前述した流水からの力を受けて動翼２５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が回転すると、Ｎ極とＳ極とが周方向に沿って交互に着磁されているマグネットＭの下流側の軸方向端面に対向しているヨーク４０のインダクタの極性が変化してゆく。これにより、インダクタ及びヨーク４０によって導かれる、コイル３６に対する鎖交磁束の向きが変化し、コイル３６に起電力が生じ、発電がされる。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。
【００３６】
回転軸方向に流れる流水によって回転体を回転させる軸流式の発電機において、水力エネルギーを効率良く利用して動翼２５を回転させるために、動翼２５に旋回流を与えることが効果的であり、本実施形態では、動翼２５の上流側に設けた静翼２１によって、動翼２５に与える旋回流を形成している。
【００３７】
また、本実施形態では、動翼羽根部２６の周囲を囲むように設けた動翼リング２８が、動翼流路２７と筒体１５内壁面とを隔てる隔壁として機能し、動翼流路２７から遠心方向（径外方）へと流れ出る流水がなくなるため、より多くの流水が動翼リング２８の内側の動翼流路２７を流れる。このように動翼羽根部２６に沿って流れる流量が多くなることで、動翼２５の回転力がより高まり、発電能力を高めることができる。
【００３８】
また、動翼リング２８を設けずに、マグネットＭを直接、動翼羽根部２６の周囲を囲むように設けることで、そのマグネットの内周面によって、動翼流路２７を流れる流水の径外方向への流出を阻止するようにしてもよい。
【００３９】
動翼２５及びこれに固定されたマグネットＭの回転を許容するためには、これらの周囲に設けられた静止体（封止部材３２、筒体１５）との間に隙間を設ける必要があるが、その隙間は、流水が動翼羽根部２６を介さないで流れるバイパス流路となってしまう。
【００４０】
図４は、本発明者等が本発明に至る過程で検討をした第１の比較例に係る水栓用発電機の要部を説明するための模式断面図である。  
この第１の比較例の構造では、封止部材３２の下流側端面と、動翼リング２８及びマグネットＭとの間の隙間、マグネットＭの外周面と筒体１５の大径部１６内周面との間の隙間、マグネットＭ及び動翼リング２８の下流側端面と、筒体１５のフランジ部１７との間の隙間によってバイパス流路が形成される。
【００４１】
静翼２１を流れた流水は、動翼羽根部２６（動翼流路２７）を介さずに動翼羽根部２６（動翼流路２７）よりも径外方を迂回するバイパス流路を流れるバイパス流Ｆｂと、動翼羽根部２６（動翼流路２７）を流れる主流Ｆａとに分岐する。このうち、主流Ｆａは、前述したように動翼２５を回転させつつ動翼流路２７を通り、そのまま下流へと流出する。一方、バイパス流Ｆｂは、マグネットＭのまわりのバイパス流路を通り、動翼２５の回転すなわち発電に寄与することなく、そのまま下流へと流れ、動翼流路２７の下流側で主流と合流する。そのため、バイパス流路を流れるバイパス流Ｆｂの量が多くなると、発電に寄与する動翼流路２７を流れる主流Ｆａの量がその分少なくなり、発電効率の低下をまねく。
【００４２】
図４に示した第１の比較例の構造におけるバイパス流出量と羽根車効率とをシミュレーションにより求めると、バイパス流出量は約６１％、羽根車効率は約６％となった。これは、発電機に供給された流水のうち６割以上のものが発電に寄与せず、バイパス流路を経由して流出していることを意味する。尚、このときのシミュレーションの条件は、発電機に供給する流水量を毎分１．８リットル、動翼の回転を２５００ｒｐｍ、必要トルクを０．５ｍＮ・ｍ（ミリニュートン・メートル）とした。また、この条件で必要となる水圧は７１．６ｋＰａ（キロパスカル）となった。
【００４３】
ここで、「羽根車効率」は、水力エネルギーを回転エネルギーに変換する際の効率を示すものであり、η＝（Ｔ・Ｎ）／（ΔＰ・Ｑ）で求めることができる。  
ここで、Ｔは回転トルク、Ｎは回転数、ΔＰは水圧、Ｑは流量である。そのため、分子のＴ・Ｎは回転エネルギー、分母のΔＰ・Ｑは水力エネルギーとなる。
【００４４】
本実施形態では、図１に示すように、バイパス流路における主流路（動翼流路２７）との合流部近傍に、中心軸３５に向かう径内方ほど主流路に近づくよう傾斜した流路壁面を設けている。具体的には、筒体１５のフランジ部１７におけるマグネットＭ及び動翼リング２８の下流側の軸方向端面（下流側端面）に対向する内壁面１７ａは、バイパス流路を囲む流路壁面の一部を構成するが、その内壁面１７ａが、出口６０に向かうにつれて動翼流路２７に近づくよう傾斜している。すなわち、内壁面１７ａが、中心軸３５の軸方向に対して略垂直ではなく、その方向から上流側（動翼流路２７側）へと傾いている。この内壁面１７ａの傾斜によって、マグネットＭ及び動翼リング２８における下流側端面と、内壁面１７ａとの間のバイパス流路の流路断面積が、径内方に向かって漸次小さくなっている。
【００４５】
動翼流路２７の最外周端２７ａの径方向位置は、筒体１５の小径部１８の内周面の径方向位置と略一致し、フランジ部１７は、動翼流路２７の最外周端２７ａよりも径内方に突出していない。
【００４６】
なお、フランジ部１７の内壁面１７ａは、平坦面に限らず、曲面、あるいは平坦面と曲面とを組み合わせた構成としてもよい。いずれにしても、バイパス流路の出口６０から流出するバイパス流が、中心軸３５の軸方向に対して略垂直な方向から上流側へと傾いて流出するようにすればよい。
【００４７】
動翼流路２７には静翼流路２３から旋回流が流入し、さらに動翼２５が回転することによって、動翼流路２７から流出する主流は径外方に広がるような遠心方向の流れ成分を有する。本実施形態では、前述した傾斜面（フランジ部１７の内壁面１７ａ）をバイパス流路の出口６０へと続く流路壁面に設けることで、動翼流路２７から流出する主流の遠心方向の流れ成分に対して対向するようにバイパス流を導くことができる。
【００４８】
これにより、バイパス流路の出口６０近傍（主流とバイパス流との合流部近傍）にて、主流とバイパス流との対向衝突を生じさせることができ、その結果、バイパス流路の出口６０近傍の圧力が高まり、バイパス流路出口６０からのバイパス流の流出が阻害されることになる。このように、バイパス流路の出口６０近傍の圧力が高まり、実質出口６０が塞がれる結果となるので、バイパス流路への流水の流入が抑制され、その分、発電に寄与する主流の流量が増加し、発電効率を向上させることができる。
【００４９】
また、フランジ部１７の内壁面１７ａが、バイパス流路の出口６０からバイパス流路内に流入する主流の一部にとって下り勾配になっていることで、主流の一部のバイパス流路側への流入が促され、このこともバイパス流路の出口６０近傍の圧力を高めることに寄与する。さらに、バイパス流が出口６０に向けて流れる流路に、そのバイパス流の流れにとって上り勾配となる傾斜面（フランジ部１７の内壁面１７ａ）があるため、これがバイパス流の抵抗となり、このことによってもバイパス流の流出が阻害され、よってバイパス流路への流水の流入が抑制され、発電効率の向上が図れる。
【００５０】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る発電機の要部を説明するための模式断面図である。
【００５１】
本実施形態では、動翼リング２８における下流側の軸方向端部に、径外方に突出した環状のフランジ部２８ａを一体に設けている。マグネットＭは、その内周面が動翼リング２８の外周面に接すると共に、その下流側端面がフランジ部２８ａの上に支持された状態で動翼リング２８に対して例えば接着固定されている。動翼リング２８のフランジ部２８ａは動翼２５と一体に回転されるため、その回転を許容するため、動翼リング２８のフランジ部２８ａと、筒体１５のフランジ部１７の内壁面１７ａとの間には隙間が形成され、その隙間がバイパス流路の一部となる。
【００５２】
そして、本実施形態においても、バイパス流路における動翼流路２７との合流部近傍に、中心軸３５に向かう径内方ほど動翼流路２７に近づくよう傾斜した流路壁面を設けている。具体的には、動翼リング２８のフランジ部２８ａ、およびこのフランジ部２８ａよりも径内方側に一体に続いて設けられた動翼リング２８の下流側端面が、中心軸３５の軸方向に対して略垂直ではなく、その方向から上流側（動翼流路２７側）へと傾いている。さらに、筒体１５のフランジ部１７の内壁面１７ａも、中心軸３５の軸方向に対して略垂直ではなく、その方向から上流側（動翼流路２７側）へと傾いており、フランジ部２８ａおよび動翼リング２８の下流側端面に対して略平行に対向している。
【００５３】
このように本実施形態においても、バイパス流路の出口６０へと続く流路壁面を出口６０に向かうにしたがって動翼流路２７に近づくよう傾斜させることで、動翼流路２７から流出する主流の遠心方向の流れ成分に対して対向するようにバイパス流を導くことができる。
【００５４】
これにより、バイパス流路の出口６０近傍（主流とバイパス流との合流部近傍）にて、主流とバイパス流との対向衝突を生じさせることができ、その結果、バイパス流路の出口６０近傍の圧力が高まり、バイパス流路出口６０からのバイパス流の流出が阻害されることになる。このように、バイパス流路の出口６０近傍の圧力が高まり、実質出口６０が塞がれる結果となるので、バイパス流路への流水の流入が抑制され、その分、発電に寄与する主流の流量が増加し、発電効率を向上させることができる。
【００５５】
また、バイパス流路における出口６０へと続く流路が、出口６０からバイパス流路内に流入する主流の一部にとって下り勾配になっていることで、主流の一部のバイパス流路側への流入が促され、このこともバイパス流路の出口６０近傍の圧力を高めることに寄与する。さらに、その出口６０近傍の流路は、出口６０へと向かうバイパス流にとって上り勾配となるため、これがバイパス流の抵抗となり、このことによってもバイパス流の流出が阻害され、よってバイパス流路への流水の流入が抑制され、発電効率の向上が図れる。
【００５６】
なお、本実施形態において、第１の実施形態のように、マグネットＭの下流側端面を支持する動翼リング２８のフランジ部２８ａを設けずに、マグネットＭを動翼リング２８の外周面にのみに接して固定させ、そのマグネットＭにおいて筒体１５のフランジ部１７の内壁面１７ａに対向する下流側端面を、フランジ部１７の内壁面１７ａと略平行に（すなわち、径内方ほど上流側に位置するように）傾斜させてもよい。
【００５７】
図６は、本発明の第３の実施形態に係る発電機の要部を説明するための模式断面図である。  
図７は、図６におけるバイパス流路出口近傍の拡大図である。
【００５８】
本実施形態においても、バイパス流路における動翼流路２７との合流部近傍に、中心軸３５に向かう径内方ほど動翼流路２７に近づくよう傾斜した部分を設けているが、その傾斜した部分は前述した実施形態よりも経路長が短く、バイパス流路の出口６０のすぐ手前だけに設けている。本実施形態では、マグネットＭ及び動翼リング２８の下流側端面と、これらに対向する筒体１５のフランジ部１７の内壁面１７ａとは、互いに略平行であり、ともに中心軸３５に対して略垂直に形成されている。マグネットＭ及び動翼リング２８の下流側端面と、これらに対向するフランジ部１７の内壁面１７ａとの間にバイパス流路の一部が形成され、本実施形態では、そのバイパス流路の先（下流側）の部分であって出口６０のすぐ手前の流路壁面を、中心軸３５に向かう径内方ほど動翼流路２７に近づくよう傾斜させている。
【００５９】
本実施形態では、中心軸３５を支持する支持部材３４の一構成要素であるスリーブ４４を上流側（動翼流路２７側）に延伸させ、そのスリーブ４４における上流側の軸方向端部（上流側端部）は、筒体１５のフランジ部１７の内壁面１７ａよりも上流側に突出し、そのスリーブ４４の上流側端部の先端と、動翼リング２８の下流側端部との間にバイパス流路の出口６０が形成されている。
【００６０】
動翼流路２７の最外周端２７ａの径方向位置は、スリーブ４４の内周面の径方向位置と略一致し、スリーブ４４の上流側端部は、動翼流路２７の最外周端２７ａよりも径内方に突出していない。
【００６１】
スリーブ４４における上流側の軸方向端面は傾斜面４４ａとなっている。その傾斜面４４ａは、筒体１５のフランジ部１７の内壁面１７ａよりも径内方側にその内壁面１７ａに続いて設けられ、中心軸３５の軸方向に対して略垂直な方向から上流側（動翼流路２７側）へと傾いている。フランジ部１７の内壁面１７ａと、傾斜面４４ａとのなす角は、９０°より大きく１８０°より小さく、図示では、例えば１３５°程度となっている。
【００６２】
本実施形態においても、バイパス流路の出口６０へと続く流路壁面における出口６０近傍部分を前述したように動翼流路２７側に傾斜させることで、動翼流路２７から流出する主流の遠心方向の流れ成分に対して対向するようにバイパス流を導くことができる。
【００６３】
これにより、バイパス流路の出口６０近傍（主流とバイパス流との合流部近傍）にて、主流とバイパス流との対向衝突を生じさせることができ、その結果、バイパス流路の出口６０近傍の圧力が高まり、バイパス流路出口６０からのバイパス流の流出が阻害されることになる。このように、バイパス流路の出口６０近傍の圧力が高まり、実質出口６０が塞がれる結果となるので、バイパス流路への流水の流入が抑制され、その分、発電に寄与する主流の流量が増加し、発電効率を向上させることができる。
【００６４】
また、傾斜面４４ａが、バイパス流路の出口６０からバイパス流路内に流入する主流の一部にとって下り勾配になっていることで、主流の一部のバイパス流路側への流入が促され、このこともバイパス流路の出口６０近傍の圧力を高めることに寄与する。さらに、バイパス流が出口６０に向けて流れる流路に、そのバイパス流の流れにとって上り勾配となる傾斜面４４ａがあるため、これがバイパス流の抵抗となり、このことによってもバイパス流の流出が阻害され、よってバイパス流路への流水の流入が抑制され、発電効率の向上が図れる。
【００６５】
図８は、本発明の第４の実施形態に係る発電機の要部を説明するための模式断面図である。  
図９は、図８におけるバイパス流路出口近傍の拡大図である。
【００６６】
本実施形態では、動翼リング２８における下流側の軸方向端部に、径外方に突出した環状のフランジ部２８ｂを一体に設けている。マグネットＭは、その内周面が動翼リング２８の外周面に接すると共に、その下流側端面がフランジ部２８ｂの上に支持された状態で動翼リング２８に対して例えば接着固定されている。動翼リング２８のフランジ部２８ｂは動翼２５と一体に回転されるため、その回転を許容するため、動翼リング２８のフランジ部２８ｂと、筒体１５のフランジ部１７の内壁面１７ａとの間には、隙間が形成され、その隙間がバイパス流路の一部となる。
【００６７】
本実施形態では、動翼リング２８のフランジ部２８ｂと、これに対向する筒体１５のフランジ部１７の内壁面１７ａとは、互いに略平行であり、ともに中心軸３５に対して略垂直に形成されている。これらフランジ部２８ｂと内壁面１７ａとの間にバイパス流路の一部が形成され、本実施形態では、そのバイパス流路の先（下流側）の部分であって出口６０のすぐ手前の流路壁面を、中心軸３５に向かう径内方ほど動翼流路２７に近づくよう傾斜させている。
【００６８】
具体的には、第３の実施形態と同様、中心軸３５を支持する支持部材３４の一構成要素であるスリーブ４４を上流側（動翼流路２７側）に延伸させ、そのスリーブ４４における上流側の軸方向端面が、中心軸３５の軸方向に対して略垂直な方向から上流側（動翼流路２７側）へと傾いた傾斜面４４ａとなっている。さらに、動翼リング２８における内周部の下流側端部も、中心軸３５の軸方向に対して略垂直な方向から上流側（動翼流路２７側）へと傾いた傾斜面２８ｃとなっており、傾斜面２８ｃと傾斜面４４ａとは互いに略平行となっている。
【００６９】
本実施形態においても、バイパス流路の出口６０近傍（主流とバイパス流との合流部近傍）における出口６０へと続く流路を前述したように動翼流路２７側に傾斜させることで、動翼流路２７から流出する主流の遠心方向の流れ成分に対して対向するようにバイパス流を導くことができる。
【００７０】
これにより、バイパス流路の出口６０近傍（主流とバイパス流との合流部近傍）にて、主流とバイパス流との対向衝突を生じさせることができ、その結果、バイパス流路の出口６０近傍の圧力が高まり、バイパス流路出口６０からのバイパス流の流出が阻害されることになる。このように、バイパス流路の出口６０近傍の圧力が高まり、実質出口６０が塞がれる結果となるので、バイパス流路への流水の流入が抑制され、その分、発電に寄与する主流の流量が増加し、発電効率を向上させることができる。
【００７１】
また、その出口６０近傍の流路が、出口６０からバイパス流路内に流入する主流の一部にとって下り勾配になっていることで、主流の一部のバイパス流路側への流入が促され、このこともバイパス流路の出口６０近傍の圧力を高めることに寄与する。さらに、バイパス流が出口６０に向けて流れる流路が、そのバイパス流にとって上り勾配となっているため、これがバイパス流の抵抗となり、このことによってもバイパス流の流出が阻害され、よってバイパス流路への流水の流入が抑制され、発電効率の向上が図れる。
【００７２】
また、本実施形態において、動翼リング２８を設けずに、マグネットＭを直接、動翼羽根部２６の周囲を囲むように設けた場合には、そのマグネットＭにおける内周部の下流側端部を、スリーブ４４の傾斜面４４ａと略平行に（すなわち、径内方ほど上流側に位置するように）傾斜させてもよい。
【００７３】
前述した各実施形態に組み合わせて、以下に説明する実施形態の構成を採用することで、バイパス流のよりいっそうの抑制効果を得ることができる。
【００７４】
図１０は、本発明の第５の実施形態に係る発電機の要部を説明するための模式断面図である。
【００７５】
図１１は、本実施形態に係る動翼部分の模式斜視図である。
【００７６】
本実施形態では、動翼流路２７の内周側壁面に、下流側に向かうにしたがって径外方に末広がりとなる傾斜面２７ｂを設けている。バイパス流路の出口近傍に向かって少なくとも動翼流路２７における一部の流路断面積が漸減している。
【００７７】
傾斜面２７ｂは、動翼流路２７を流れる主流Ｆａがバイパス流路の出口近傍に向かうような傾斜角度を有する。図１０の場合においては、バイパス流路の出口近傍は、動翼流路２７の最外周端２７ａの下流側端面近傍となる。
【００７８】
尚、傾斜面２７ｂの傾斜角度、形状、寸法などは図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。例えば、傾斜面２７ｂは直線状である必要はなく、曲線または直線と曲線とを組み合わせたようなものであってもよい。また、図１２に示すように複数の傾斜面２７ｂ、２７ｃを組み合わせたものでもよく、必ずしも動翼流路２７の入口部断面積が出口部断面積よりも大きくなるとは限らない。つまり、動翼２５の内径が下流側に向けて漸増する部分が設けられていればよい。ただし、バイパス流路の出口近傍に主流Ｆａが向かい、バイパス流路の出口近傍の圧力を高めるのに適した傾斜角度、形状、寸法とすることが好ましい。
【００７９】
本実施形態において、動翼流路２７に流入した主流Ｆａは、傾斜面２７ｂに案内されてバイパス流路の出口近傍に向けて動翼流路２７から流出する。そして、その主流Ｆａの一部がバイパス流路の出口近傍にある部材と衝突し、その流れ方向を変換しつつ下流側に向かって流れることになる。
【００８０】
本実施形態においても、主流Ｆａがバイパス流路出口近傍に衝突することで出口近傍の圧力を高めることができる。また、その一部がバイパス流路の出口側に向けて流れようとするため、これがバイパス流Ｆｂと衝突することになる。その結果、バイパス流路の出口近傍の圧力がより高まり、バイパス流路からのバイパス流Ｆｂの流出がより阻害されることになる。
【００８１】
図１３は、本実施形態に係る動翼部分の効果を説明するためのグラフ図である。  
図１３の左側の棒グラフは本実施形態に係る傾斜面２７ｂを有する場合、右側の棒グラフは傾斜面を有さない場合である。また、各棒グラフの右側はバイパス流路への流入割合（バイパス流Ｆｂの割合）、左側は羽根車効率を表している。
【００８２】
図１３から分かるように、本実施形態によれば、バイパス流路への流入割合（バイパス流Ｆｂの割合）を減らし、かつ、羽根車効率を改善することができる。これは、発電効率を向上させることができることを意味する。
【００８３】
図１４は、本発明の第６の実施形態に係る発電機の要部を説明するための模式断面図である。  
図１５は、本発明者が本実施形態に係る発明をするに至った過程で検討をした第２の比較例を説明するための模式断面図である。
【００８４】
まず、図１５に示す比較例について説明をする。  
図１５に示す比較例においては、静翼２１の静翼流路２３の最外周端２３ａと、動翼２５の動翼流路２７の最外周端２７ａとが、中心軸３５の軸方向に対して略平行に略同一線上に並ぶように設けられている。
【００８５】
前述したように、静翼流路２３から流出した流水は、旋回流となっているので、外周方向（径外方向）にふくらむように流れようとする。そのため、図１５に矢印で示したような向きの主流Ｆａを生じ、これがバイパス流路の入口近傍に衝突することになる。このように、バイパス流路の入口近傍で主流Ｆａの衝突が起こると入口近傍の圧力が高まり、バイパス流路への流入が助長されることになる。バイパス流路の入口近傍で主流Ｆａの衝突が起こると、動翼流路２７内における圧力損失も大きくなり、例えば、前述したようにバイパス流路における出口近傍の流路壁面を傾斜させたとしてもその効果が減少することになる。
【００８６】
これに対し、図１４に示す本実施形態では、静翼流路２３の最外周端２３ａよりも、動翼流路２７の最外周端２７ａの方が、径外方に突出するようにしている。
【００８７】
そのため、静翼流路２３から流出した流水が旋回流となり外周方向（径外方向）にふくらむように流れようとしても、バイパス流路の入口近傍よりも下流側の動翼流路２７の最外周端２７ａで衝突が起こるようになる。そのため、バイパス流路の入口近傍の圧力上昇が抑制され、バイパス流路への流入が抑制されることになる。また、動翼流路２７内における圧力損失をも抑制することができ、例えば、前述のバイパス流路における出口近傍の流路壁面を傾斜させたことによる効果を充分に発揮させることもできる。その結果、主流Ｆａの流量の減少を抑制することができ、発電効率を向上させることができる。
【００８８】
尚、説明の便宜上、図１４では、図１５に比べて静翼流路２３の最外周端２３ｂを内側（径内方向）に設けるようにしているが、静翼流路２３の最外周端位置を変えずに動翼流路２７の最外周端位置を外側（径外方向）に設けるようにしてもよい。
【００８９】
図１６は、本実施形態に係る発明の効果を説明するためのグラフ図である。  
図１６の左側の棒グラフは図１４で説明をした本実施形態に係るものの場合、右側の棒グラフは図１５で説明をしたものの場合である。また、各棒グラフの右側はバイパス流路への流入割合（バイパス流Ｆｂの割合）、左側は羽根車効率を表している。
【００９０】
図１６から分かるように、本実施形態によれば、バイパス流路への流入割合（バイパス流Ｆｂの割合）を１／３程度と大幅に減らし、かつ、羽根車効率をも２倍近くまで改善することができる。これは、発電効率を大幅に向上させることができることを意味する。
【００９１】
次に、図１７は、本発明の第７の実施形態に係る発電機の要部を説明するための模式図である。  
図１７（ａ）は発電機要部の模式断面図、図１７（ｂ）は動翼１５１を上方から見た場合の模式図、図１７（ｃ）は動翼１５１を側方から見た場合の模式図である。尚、図１７（ａ）、（ｂ）中の矢印は、動翼１５１の回転方向を示している。
【００９２】
本実施形態では、動翼１５１の外周側面、および上流側端面における外周側部分に螺旋状に延在する突起１５１ａ、１５１ｂをそれぞれ設けている。図１７（ａ）に示すように、突起１５１ａ、１５１ｂはバイパス流路内に臨んで位置する。このとき、図中矢印の方向に動翼１５１が回転するものとすれば、動翼１５１の外周側面に対向するバイパス流路内にある流水は、突起１５１ａと突起１５１ａとの間に形成された螺旋状の溝に案内されて上流側に向かって流れる。
【００９３】
また、動翼１５１の上流側端面における外周側部分に対向するバイパス流路内にある流水は、突起１５１ｂと突起１５１ｂとの間に形成された螺旋状の溝に案内されて径内方（中心軸３５）に向かって流れる。そのため、動翼１５１の外周側面から上流側端面にかけてのバイパス流路内にある流水がバイパス流路入口に向かって流れることになり、バイパス流路への流水の流入が抑制されることになる。
【００９４】
その結果、主流Ｆａの流量の減少を抑制することができ、発電効率を向上させることができる。また、本実施形態においては、バイパス流路を経由してマグネットＭに向かうゴミなどをも排出することができるので、回転不良などの故障をも抑制することもできる。
【００９５】
尚、螺旋状に延在する突起は、動翼１５１の外周側面及び上流側端面の少なくとも一方にあればよい。また、突起１５１ａ、１５１ｂの形状、寸法、配置、ピッチなども図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。
【００９６】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００９７】
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。  
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。  
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】
【００９８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る水栓用発電機を説明するための模式断面図。
【図２】本発明の実施形態に係る水栓用発電機を備えた水栓装置の取付例を表す模式図。
【図３】本発明の実施形態に係る水栓装置を説明するための模式断面図。
【図４】本発明者が本発明をするに至った過程で検討をした第１の比較例を説明するための模式断面図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る水栓用発電機の要部を説明するための模式断面図。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る水栓用発電機の要部を説明するための模式断面図。
【図７】図６におけるバイパス流路出口近傍の拡大図。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る水栓用発電機の要部を説明するための模式断面図。
【図９】図８におけるバイパス流路出口近傍の拡大図。
【図１０】本発明の第５の実施形態に係る水栓用発電機の要部を説明するための模式断面図。
【図１１】同第５の実施形態に係る水栓用発電機における動翼部分の模式斜視図。
【図１２】同第５の実施形態に関して、複数の傾斜面を組み合わせた動翼部分の模式斜視図。
【図１３】同第５の実施形態に係る動翼部分の効果を説明するためのグラフ図。
【図１４】本発明の第６の実施形態に係る水栓用発電機の要部を説明するための模式断面図。
【図１５】本発明者が本実施形態に係る発明をするに至った過程で検討をした第２の比較例を説明するための模式断面図。
【図１６】本実施形態に係る発明の効果を説明するためのグラフ図。
【図１７】本発明の第７の実施形態に係る発電機の要部を説明するための模式図。
【符号の説明】
【００９９】
１…水栓用発電機、３…水栓装置、７…センサ、８…電磁弁、２１…静翼、２２…静翼羽根部、２３…静翼流路、２３ａ…静翼流路の最外周端、２５…動翼、２６…動翼羽根部、２７…動翼流路、２７ａ…動翼流路の最外周端、２８…動翼リング、３５…中心軸、３６…コイル、４０…ヨーク、５０…ステータ、６０…バイパス流路の出口
【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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