(57)【要約】【課題】マグネット体積の増大をきたすことなく、また少流量であっても発電量の増大を図れる水栓用発電機及び発電機付自動水栓装置を提供すること。【解決手段】内部が給水流路に連通され、給水が流れる方向に対して、軸方向を略平行にして設けられる筒体と、前記筒体の中心軸のまわりに回転可能に前記筒体の内部に設けられた動翼と、前記動翼と一体となって前記筒体の中心軸のまわりに回転可能に前記筒体の内部に設けられたマグネットと、前記筒体の軸方向に前記マグネットを挟んで前記筒体の外部に設けられた１対のコイルと、前記筒体の外部における前記コイルと前記マグネットとの間で、前記マグネットの両端面に対向して前記筒体の周方向に並んで設けられた磁性体からなる複数の極歯と、を備えたことを特徴とする水栓用発電機。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が給水流路に連通され、給水が流れる方向に対して、軸方向を略平行にして設けられる筒体と、
前記筒体の中心軸のまわりに回転可能に前記筒体の内部に設けられた動翼と、
前記動翼と一体となって前記筒体の中心軸のまわりに回転可能に前記筒体の内部に設けられたマグネットと、
前記筒体の軸方向に前記マグネットを挟んで前記筒体の外部に設けられた１対のコイルと、
前記筒体の外部における前記コイルと前記マグネットとの間で、前記マグネットの両端面に対向して前記筒体の周方向に並んで設けられた磁性体からなる複数の極歯と、
を備えたことを特徴とする水栓用発電機。
【請求項２】
前記マグネットの一方の端面に対向する極歯と、他方の端面に対向する極歯とは、前記マグネットの周方向にみた位置がず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。
【請求項３】
前記極歯の前記マグネットの周方向にみた位置のずれ量は、前記マグネットの周方向にみた前記極歯の取付ピッチの半分であ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４】
給水の流入口と、
給水の吐水口と、
前記流入口から流入した給水を前記吐水口に導く給水流路と、
内部が前記給水流路に連通され、給水が流れる方向に対して、軸方向を略平行にして設けられた筒体と、
前記筒体の中心軸のまわりに回転可能に前記筒体の内部に設けられた動翼と、
前記動翼と一体となって前記筒体の中心軸のまわりに回転可能に前記筒体の内部に設けられたマグネットと、
前記筒体の軸方向に前記マグネットを挟んで前記筒体の外部に設けられた１対のコイルと、
前記筒体の外部における前記コイルと前記マグネットとの間で、前記マグネットの両端面に対向して前記筒体の周方向に並んで設けられた磁性体からなる複数の極歯と、
を備えたことを特徴とする発電機付自動水栓装置。
【請求項５】
前記マグネットの一方の端面に対向する極歯と、他方の端面に対向する極歯とは、前記マグネットの周方向にみた位置がずれていることを特徴とする請求項４記載の発電機付自動水栓装置。
【請求項６】
前記極歯の前記マグネットの周方向にみた位置のずれ量は、前記マグネットの周方向にみた前記極歯の取付ピッチの半分であることを特徴とする請求項５記載の発電機付自動水栓装置。
【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水栓用発電機及びこれを備えた自動水栓装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、蛇口の下に手を差し出すことによって、これをセンサが感知し、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、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、マグネットとコイルとを軸方向に離隔した状態で配設した自動水栓用の発電機が開示されている。しかし、この場合、マグネットに対して対向配置させるコイルは１つだけあり、コイルを横切る磁束が１方向にしか確保できず、自動水栓のような限られた設置スペースおよび比較的流量が少ない条件下でも、効果的に発電量を増大させる技術が要求されている。
【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】
【０００４】
本発明は、マグネット体積の増大をきたすことなく、また少流量であっても発電量の増大を図れる水栓用発電機及び発電機付自動水栓装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、内部が給水流路に連通され、給水が流れる方向に対して、軸方向を略平行にして設けられる筒体と、前記筒体の中心軸のまわりに回転可能に前記筒体の内部に設けられた動翼と、前記動翼と一体となって前記筒体の中心軸のまわりに回転可能に前記筒体の内部に設けられたマグネットと、前記筒体の軸方向に前記マグネットを挟んで前記筒体の外部に設けられた１対のコイルと、前記筒体の外部における前記コイルと前記マグネットとの間で、前記マグネットの両端面に対向して前記筒体の周方向に並んで設けられた磁性体からなる複数の極歯と、を備えたことを特徴とする水栓用発電機が提供される。
【０００６】
また、本発明の他の一態様によれば、給水の流入口と、給水の吐水口と、前記流入口から流入した給水を前記吐水口に導く給水流路と、内部が前記給水流路に連通され、給水が流れる方向に対して、軸方向を略平行にして設けられた筒体と、前記筒体の中心軸のまわりに回転可能に前記筒体の内部に設けられた動翼と、前記動翼と一体となって前記筒体の中心軸のまわりに回転可能に前記筒体の内部に設けられたマグネットと、前記筒体の軸方向に前記マグネットを挟んで前記筒体の外部に設けられた１対のコイルと、前記筒体の外部における前記コイルと前記マグネットとの間で、前記マグネットの両端面に対向して前記筒体の周方向に並んで設けられた磁性体からなる複数の極歯と、を備えたことを特徴とする発電機付自動水栓装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、マグネット体積の増大をきたすことなく、また少流量であっても発電量の増大を図れる水栓用発電機及び発電機付自動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】
【０００８】
以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
図６は、本発明の実施形態に係る発電機付自動水栓装置（以下、単に自動水栓装置とも称する）の設置態様を例示する模式図である。  
図７は、同自動水栓装置の要部の部分断面図である。
【００１０】
本実施形態に係る自動水栓装置は、例えば洗面台２などに取り付けられる吐水金具３を備える。吐水金具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。吐水金具３は、円筒状の本体３ａと、この本体３ａの径外方に延出して本体３ａの上部に設けられた吐水部３ｂとを有する。吐水部３ｂの先端側には、吐水口６が形成され、さらにこの吐水口６の近傍にセンサ７が内蔵されている。
【００１１】
配管４および吐水金具３の内部には、流入口５から流入した給水を、吐水口６へと導く給水流路が形成されている。吐水金具３の本体３ａの内部には、その給水流路を開閉する電磁弁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定流量弁５５が内蔵されている。また、水道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。また、定流量弁５５より下流の吐水部３ｂの内部には、発電機１１が内蔵されている。また、本体３ａには、発電機１１で発電された電力を充電しておく充電器５６と、センサ７の駆動と電磁弁８の開閉を制御する制御部５７が設けられている。発電機１１は、定流量弁５５よりも下流側に配設されているため、水道元圧（一次圧）が、発電機１１に直接作用しない。なお、定流量弁５５、減圧弁、調圧弁は、必要に応じて適宜設けられる。
【００１２】
図１は、その発電機１１の内部を表す模式図である。  
図２は、発電機１１の模式断面図である。
【００１３】
発電機１１は、カバー１２（図７参照）の中に、主として、筒体１３、静翼１４、動翼１５、マグネットＭ、コイル１６を備える。
【００１４】
筒体１３は、その内部が給水流路に連通した状態で、吐水金具３の吐水部３ｂに内蔵され、筒体１３の軸方向は、給水が流れる方向に対して略平行になるよう設置される。筒体１３の内部には、給水が流れる方向の上流側から順に、静翼１４、動翼１５、軸受け１７が設けられている。静翼１４、動翼１５および軸受け１７の中心は、筒体１３の軸中心に一致している。
【００１５】
静翼１４は、円柱体の上面（上流側に位置する面）に、円錐体を一体に設けた形状を呈する。静翼１４の周面には、径外方に突出した複数の突起状の固定翼部１８が設けられている。固定翼部１８は、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。静翼１４は、筒体１３に対して固定されている。
【００１６】
静翼１４の下流側に、静翼１４に対して離間して動翼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、径外方に突出した複数の突起状の翼部１９が設けられている。動翼１５の翼部１９は、静翼１４の固定翼部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。動翼１５は、筒体１３に対して固定された軸受け１７上に回転可能に支持されている。すなわち、動翼１５は、筒体１３の中心軸のまわりに回転可能となっている。
【００１７】
軸受け１７は、筒体１３の内壁部に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とが、径方向に延在する連結部材２３によって結合されてなる。連結部材２３間は、閉塞しておらず貫通しているため、筒体１３内部の給水の流れを妨げない。
【００１８】
軸受け１７のリング部材２１は、図２に表されるように、筒体１３の内周面に形成された段部２９の上に固定されている。軸受け１７の軸支持部２２には、動翼１５の軸中心に固定された軸部材２４が回転可能に支持されている。軸部材２４の先端部は、動翼１５から突出して静翼１４に支持されている。軸部材２４の先端部と静翼１４とは、互いに固定されておらず、筒体１３に対して固定された静翼１４に対して軸部材２４は回転可能になっている。
【００１９】
あるいは、図３に表されるように、軸部材２４の両端部をそれぞれ軸支持部２２と静翼１４に固定させ、その軸部材２４に対して回転可能に動翼１５をはめ込む構成としてもよい。
【００２０】
筒体１３は、径外方に張り出したフランジ部３２を有し、このフランジ部３２の内部に、動翼１５の翼部１９に固定された環状のマグネットＭが収容されている。フランジ部３２の外部には、筒体１３の軸方向にマグネットＭを挟むように、１対の環状のコイル１６が設けられている。コイル１６は、筒体１３のフランジ部３２によって位置決めされる。
【００２１】
それぞれのコイル１６は、図４に表される円筒状のヨーク３１と、このヨーク３１の内部に配置されるコイル配線部（図示省略）とを有する。ヨーク３１は、共に磁性体からなる２つのヨーク３３、３４からなる。ヨーク３３は、コイル配線部の一方の端面部（マグネットＭに対向する面の反対面）に対向される環状プレート部３３ａと、コイル配線部の周面部に対向される周面部３３ｂと、筒体１３のフランジ部３２を間に挟んでマグネットＭに対向される複数の極歯３３ｃとを有する。複数の極歯３３ｃは、径内方に突出して周面部３３ｂに一体に設けられ、周方向に沿って等間隔で設けられている。ヨーク３４は、径外方に突出し、ヨーク３３の極歯３３ｃの間に配置される複数の極歯３４ａを有するリング状を呈する。
【００２２】
マグネットＭの一方の端面側には、周方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に着磁されており、他方の端面側にも周方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に着磁されているが、両端面側それぞれの極性は軸方向にみて逆になるように着磁されている。
【００２３】
次に、本実施形態に係る水栓用発電機及びこれを備えた自動水栓装置の作用について説明する。
【００２４】
図８は、本実施形態に係る発電機付自動水栓装置において、給水の流れ（実線の矢印）と、電気の流れ（点線の矢印）とを表す模式図である。  
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を開にする。これにより、発電機１１の筒体１３の内部に給水が供給され、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、自動で水が止まる。
【００２５】
筒体１３内部に流れ込んだ流水は、静翼１４の円錐体表面を流れて径外方に拡散され、静翼１４の周面における固定翼部１８間を流れて、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、動翼１５に向けて流れる。静翼１４を流れた旋回流は、動翼１５の周面に設けられた翼部１９の上側の内壁面に当たって、動翼１５とマグネットＭを回転させるとともに、翼部１９間の周面を流れる。さらに、軸受け１７を通過して、筒体１３内部を抜け、吐水口６へと至る。
【００２６】
図１に図示される具体例では、静翼１４によって形成された旋回流が、動翼１５の翼部１９の上側に流入し、右方向に旋回した流れなので、翼部１９に右方向の力が作用し、動翼１５は右回りに回転する。動翼１５が回転すると、これに一体に設けられたマグネットＭも回転し、筒体１３のフランジ部３２を挟んでマグネットＭに対向しているヨーク３３、３４の極歯３３ｃ、３４ａの極性が変化していく。すなわち、ヨーク３３がＮ極のときヨーク３４がＳ極、ヨーク３３がＳ極のときヨーク３４がＮ極という状態が繰り返されることで、コイル１６に対する鎖交磁束が変化し、コイル配線部に起電力が生じ、すなわち発電する。
【００２７】
発電機１１が発電した電力は、充電器５６へと充電された後、電磁弁８、センサ７、制御部５７の駆動に使用される。
【００２８】
本実施形態では、マグネットＭを、２つのコイル１６で軸方向に挟むことで、マグネットＭの両端面側のそれぞれに（２方向に）、コイル１６に対して鎖交する磁束の変化を生じさせることができ、より多くの発電量を得ることができる。
【００２９】
また、１対のコイル１６は流路の軸方向に配置されるため、従来に対してコイルの個数が１つ増えても、発電機１１の径方向の寸法増大を抑えることができ、スパウト３に対してインライン式で内蔵できる。すなわち、発電機１１が、スパウト３に対して径方向に出っ張らないため、スパウト３の小型化を図れ、また見た目にもすっきりして美観を損ねない。
【００３０】
また、１対のコイル１６を、マグネットＭを間に挟んで軸方向に配置するため、動翼１５と一体に回転されるマグネットＭに作用する軸方向の磁力が略等しくなるため、マグネットＭおよび動翼１５の回転が安定し、発電性能が安定すると共に、軸受け１７への負荷も軽減され、軸受け１７での摺動損失を低減でき、耐久性も向上できる。
【００３１】
また、図５に表されるように、マグネットＭの一方の端面に対向する極歯３３ｃ、３４ａと、他方の端面に対向する極歯３３ｃ、３４ａとの、マグネットＭの周方向にみた位置をずらすことで、ディテントトルク（マグネットＭが回転し始めるときの初期トルク）が低減され、より少ない流量でも発電できるようになり、さらに、コギングトルク（マグネットＭと極歯３３ｃ、３４ａとの間に働く磁気吸引力によるトルクムラ）も低減され、回転ムラ（振動）がなくなるため、発電性能が向上する。
【００３２】
特に、マグネットＭを挟んで対向する極歯３３ｃ、３４ａ間の、マグネットＭの周方向にみた位置のすれ量を、各極歯３３ｃ、３４ａの周方向の取付ピッチの半分とした場合に、ディテントトルクを最も低減することができる。
【００３３】
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。
【００３４】
本発明の水栓用発電機が用いられる水栓装置としては、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、人体検知センサを用いた自動水栓装置に限らず、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、吐水のライトアップ、電解機能水の吐水、流量表示（計量）、温度表示、音声ガイドなどに用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態に係る水栓用発電機の内部を表す模式図である。
【図２】同実施形態における第１の具体例に係る水栓用発電機の模式断面図である。
【図３】同実施形態における第２の具体例に係る水栓用発電機の模式断面図である。
【図４】同実施形態において、マグネットと、ヨークとの配置関係を表す模式図である。
【図５】同実施形態において、マグネットの両端面に対向している極歯の配置関係を例示する模式斜視図である。
【図６】本発明の実施形態に係る発電機付自動水栓装置の設置態様を例示する模式図である。
【図７】同自動水栓装置の要部の部分断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る発電機付自動水栓装置において、給水の流れ（実線の矢印）と、電気の流れ（点線の矢印）とを表す模式図である。
【符号の説明】
【００３６】
３…吐水金具、５…流入口、６…吐水口、７…センサ、８…電磁弁、１１…発電機、１２…カバー、１３…筒体、１４…静翼、１５…動翼、１６…コイル、１８…固定翼部、１９…翼部、３１，３３，３４…ヨーク、３３ｃ，３４ａ…極歯、Ｍ…マグネット
【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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