(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水栓によって制御された水の流れによって回転するように構成された水車と、
この水車に連設された回転磁性体と、
水車および回転磁性体を水道管に連通した状態で収容する収容室と、
この収容室内の水の水密状態を保つと共に回転磁性体の磁力を水から隔離された外部に透過させる隔壁と、
回転磁性体の回動によって生じる回転磁界を隔壁の外側で受けることで水車からの回転力を受ける従動回転磁性体と、
この従動回転磁性体によって伝達される回転力を電力に変換する発電部とを有するとともに、
水中に配置されて前記水車および回転磁性体を連設する第１軸と、
大気中に配置されて従動回転磁性体および発電部を連設し第１軸とは同一の軸芯上に配置された第２軸とを有し、
回転磁性体と従動回転磁性体の吸引力または反発力によって第１軸の回転に追従させて第２軸を回転させるよう構成された水栓用の水力発電機であって、
前記収容室は、前記水道管に対して連結された水車収容ブロックによって形成された水車収容部を有し、
さらに、その直下流に前記水車収容部に収容されている前記水車が位置しており、前記軸芯の方向に対して直交する方向に沿う状態で水道管の内径よりも細く形成された内径を有するよう前記水車収容ブロックに穿設され、それによって水道管内における水の流れを前記軸芯の方向に対して直交する方向に沿う絞られた水の流れに変換し、その絞られた水の流れによって前記水車を回転させうる連通孔を有し、前記収容室は、前記水車収容部と、前記回転磁性体を収容する回転磁性体収容部とで構成され、
前記第１軸は前記軸芯の方向に沿って設けられた先端軸受け部および中間軸受け部によって保持されており、
前記水車収容ブロックは前記両収容部間を水が通過できる程度に前記中間軸受け部が形成された水車収容ブロック本体と、前記先端軸受け部が形成された水車押えブロックとからなることを特徴とする水栓用の水力発電機。
【請求項２】
前記水車収容ブロックは、前記水道管に対して取り外し可能に連結されている請求項１に記載の水栓用水力発電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水栓用の水力発電機に関するものであり、例えば、使用流水で水力発電器を回して発電した電力を蓄電し、その電力で作動する自動水栓の水力発電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開２００２−４４９２２号公報
近年、利用者が水栓に触れることなく手を差し延べるだけで吐水するいわゆる自動水栓が広く用いられている。この自動水栓は人体などの被検知物が吐水口の近傍に位置したことを検知するために電力が必要であると共に、電磁弁を動作させて水を吐水させるためにも電力を必要としている。また、この電力を得るために吐水する水の勢いで水車を回して発電機を回転させる小型の水力発電機を備えた自動水栓がある。
【０００３】
前記特許文献１に示される水力発電機の構成は、水力発電機の水車と発電機の有極磁石で作られた回転子を水中に置いている。固定子は、鉄心の磁気回路とコイルで構成されており大気中に置かれている。したがって、水と空気の隔壁は回転子と固定子との磁界内に位置することになり、この隔壁は非磁性体金属で設けられている。
【０００４】
このような構造になっている理由は、前記隔壁を貫通するように回転軸を設けてその軸受け部分に水密性を持たせるとすると機械ロスが大きく、少量の流水では発電に必要な回転が得られないためである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に示すような構成では、回転子と固定子との間の磁場に透磁率が低い水が介在するだけでなく、水圧に耐える程度の厚みを有する非磁性金属が介在するので、回転子が回転しても十分の磁力を固定子に伝達することができず、発電機の発電効率を低下させることを避けられなかった。そこで、回転子の磁力を強くするなどして起電力を向上させることが考えられるが、回転子の磁力を強くすればするほど発電機の始動時に大きなトルクを必要とすることは避けられず、少流量で水を流したときには水車が回らないという問題が生じていた。
【０００６】
本発明は、上述の事柄を考慮に入れてなされたものであって、その目的は水による磁力の吸収に影響されることなく、回転力を効率的に電力に変換できる発電部を有する水栓用の水力発電機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の水栓用の水力発電機は、水栓によって制御された水の流れによって回転するように構成された水車と、
この水車に連設された回転磁性体と、
水車および回転磁性体を水道管に連通した状態で収容する収容室と、
この収容室内の水の水密状態を保つと共に回転磁性体の磁力を水から隔離された外部に透過させる隔壁と、
回転磁性体の回動によって生じる回転磁界を隔壁の外側で受けることで水車からの回転力を受ける従動回転磁性体と、
この従動回転磁性体によって伝達される回転力を電力に変換する発電部とを有するとともに、
水中に配置されて前記水車および回転磁性体を連設する第１軸と、
大気中に配置されて従動回転磁性体および発電部を連設し第１軸とは同一の軸芯上に配置された第２軸とを有し、
回転磁性体と従動回転磁性体の吸引力または反発力によって第１軸の回転に追従させて第２軸を回転させるよう構成された水栓用の水力発電機であって、
前記収容室は、前記水道管に対して連結された水車収容ブロックによって形成された水車収容部を有し、
さらに、その直下流に前記水車収容部に収容されている前記水車が位置しており、前記軸芯の方向に対して直交する方向に沿う状態で水道管の内径よりも細く形成された内径を有するよう前記水車収容ブロックに穿設され、それによって水道管内における水の流れを前記軸芯の方向に対して直交する方向に沿う絞られた水の流れに変換し、その絞られた水の流れによって前記水車を回転させうる連通孔を有し、前記収容室は、前記水車収容部と、前記回転磁性体を収容する回転磁性体収容部とで構成され、
前記第１軸は前記軸芯の方向に沿って設けられた先端軸受け部および中間軸受け部によって保持されており、
前記水車収容ブロックは前記両収容部間を水が通過できる程度に前記中間軸受け部が形成された水車収容ブロック本体と、前記先端軸受け部が形成された水車押えブロックとからなることを特徴としている。（請求項１）。
【０００８】
【０００９】
すなわち、本発明の水栓用の水力発電機は、水車を水中に配置し、発電部は大気中に配置するので、水車は水の流れによって効率よく回転し、発電部は磁束漏れが少ないので回転力を効率よく電力に変換することができる。
【００１０】
また、水車と発電部の軸を磁力による吸引力や反発力を用いて水と大気の障壁を介して連結するので、水車と発電部との間に適度なダンパーを形成することができる。さらに、発電部は水から隔離された状態で回転力を電力に変換するものであるから、その形状に何ら制限がなく、電力への変換効率を優先させた構成とすることができる。加えて、効率のよい発電部は比較的強い回転力を必要とするが、水車と発電部との間に適度なダンパーが形成されているので水車の始動時における必要トルクを小さくすることができ、小流量の水を用いて比較的大きな電力を発生させることができる。
【００１１】
【００１２】
また、水中に配置されて前記水車および回転磁性体を連設する第１軸と、大気中に配置されて従動回転磁性体および発電部を連設し第１軸とは同一の軸芯上に配置された第２軸とを有し、回転磁性体と従動回転磁性体の吸引力によって第１軸の回転に追従させて第２軸を回転させるので、第２軸上に形成される発電部の形状を任意に設計できる。
【００１３】
回転磁性体と従動回転磁性体の形状は第１軸と第２軸の軸端に連設された円盤状の磁石とすることで、十分の回転力を伝達できると共に、その構成をできるだけ簡素にできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の水栓用の水力発電機１の一実施例の構成を示す図である。
図１において、２は図外の水栓に連通するほゞＬ状に屈曲してなる水道管、３はこの水道管２の屈曲部に位置して水道管２内を流れる水の流れによって回転するように構成された水車、４はこの水車３を回動自在に支持する第１軸、５は第１軸４の軸端に連設されることで水車３と連設する回転磁性体、６はこれらの部材３〜５を水道管２に連通した状態で収容する収容室、７はこの収容室６内の水の水密状態を保つと共に回転磁性体５の磁力を水から隔離された外部に透過させる非磁性体金属からなる隔壁、８は回転磁性体５の回動によって生じる回転磁界を隔壁７の外側で受けることで水車３からの回転力を受ける従動回転磁性体、９は従動回転磁性体８を一端部に連設する第２軸であり、第１軸４とは同一の軸芯上に配置されている。１０は第２軸９の他端部に連設する発電部である。
【００１５】
本例の水道管２はその端部に接続部２ａ，２ｂを有しており、図外の水栓によって開閉される弁体に連通する水道管の流路中に介在させるように取付け可能としている。なお、本発明の水栓用の水力発電機１は水道管２の流路中に介在させる構成に限定されるものではなく、水栓に組み込むように構成されたものであってもよい。
【００１６】
また、前記回転磁性体５と従動回転磁性体８は水車３と発電部１０との間において、磁力による吸引力や反発力を用いて（回転磁性体５によって形成される回転磁界を従動回転磁性体８が受けることによって）、水中の水車３から水に対して隔離された発電部１０に回転力を伝達するための回転力伝達機構１１として機能する。
【００１７】
本例の収容室６は例えば水車３を収容する水車収容部６ａと、回転磁性体５を収容する回転磁性体収容部６ｂに分けて構成されている。そして、第１軸４の軸受け部４ａにおける回転に伴う摩擦抵抗をできるだけ小さくするために、幾らかの隙間を設けて両収容部６ａ，６ｂ間を幾らかの水が通過できる程度に構成している。
【００１８】
そして、前記水車収容部６ａは水道管２に対して取り外し可能に連結された水車収容ブロック１２によって形成され、この水車収容ブロック１２は前記軸受け部４ａを形成する水車収容ブロック本体１２ａと、第１軸４の軸受け部４ｂを有する水車押えブロック１２ｂとからなる。一方、回転磁性体収容部６ｂは水車収容ブロック本体１２ａに隔壁７が圧着されることによって形成される。また、ｈは連通孔である。そして、弧の連通孔ｈの直下流に前記水車収容部６ａに収容されている前記水車３が位置している。前記連通孔ｈは、前記軸芯の方向に対して直交する方向に沿う状態で水道管２の内径よりも細く形成された内径を有するよう前記水車収容ブロック１２の前記水車収容ブロック本体１２ａに穿設され、それによって水道管２内における水の流れを前記軸芯の方向に対して直交する方向に沿う絞られた水の流れに変換し、その絞られた水の流れによって前記水車３を回転させうる。
【００１９】
１３は回転力伝達機構１１を収容すると共にベアリングなどからなる第２軸９の軸受け部９ａを有し、隔壁７を水車収容ブロック本体１２ａに押しつける回転力伝達ブロックである。
【００２０】
前記発電部１０は例えば回転力伝達ブロック１３に連設されたカバー体１４と、第２軸９の軸受け部９ｂと、第２軸９の回転に連動して回転する回転子１５と、回転子１５の回転によって起電力を得る電磁コイルなどの固定子１６とを有している。
【００２１】
前記水栓用の水力発電機１は水道管２に水が流れることにより、水車３に回転力が発生する。この回転力は第１軸４を介して回転磁性体５に伝達されて、回転磁性体５が回動する。そして、回転磁性体５の回動に伴って隔壁７の外側に回転磁界が発生し、この磁力による吸引力や反発力を用いて回転力が回転磁性体５から従動回転磁性体８に伝達される。
【００２２】
従動回転磁性体８に伝わった回転力は第２軸９を介して発電部１０の回転子１５に伝達されて固定子１６に起電力を発生することで電力に変換される。なお、本例の場合、第２軸９に出力される回転力を電力に変換する発電部１０は完全に水から隔離された部分に形成されるので、その構造は自由に設計できる。つまり、発電部１０は必要とする電力を生成できる任意のものとすることができる。従って、本例に示す発電部１０の構成は典型的な発電機の一例を示すものであり、本発明を限定するものではないことはいうまでもない。
【００２３】
本例に示すように、回転子１５と固定子１６との間の隙間には、隔壁７などが存在しないので、隙間を狭くすることで漏れ磁束を格段に小さくすることができる。すなわち、発電部１０における発電効率を高めることができる。また、発電部１０に既に確立された様々な技術を用いて形成された既存の発電機を用いることで、発電効率を可及的に高めることができる。
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【００３０】
【００３１】
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、水栓によって制御された水の流れを効率よく電力に変換することができ、これを有効に利用することができる。また、構成が簡素であるから、製造コストを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の水栓用の水力発電機の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…水力発電機、２…水道管、３…水車、４…第１軸、５…回転磁性体、６…収容室、７…隔壁、８…従動回転磁性体、９…第２軸、１０…発電部、１２…水車収容ブロック、６ａ…水車収容部、１１，２５…回転力伝達機構、ｈ…連通孔。
【図１】
0004404534.tif 000002