JP4185656B2

JP4185656B2 - Small hydroelectric generator

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Publication number: JP4185656B2
Application number: JP2000269745A
Authority: JP
Inventors: 行宣弓田
Original assignee: Toto Ltd; Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Toto Ltd; Nidec Instruments Corp
Priority date: 2000-09-06
Filing date: 2000-09-06
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2020-09-06
Also published as: JP2002081361A

Description

【０００１】
本発明は、蛇口を通過する水の流れによって発生する水力を利用した小型水力発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、蛇口の下側に手を差し出すことによってこれをセンサーが感知し、このセンサー感知をもとに蛇口から水を流す自動水栓装置が広く知られている。また、近年においては、このような自動水栓装置の流体流路に小型発電装置を配設し、この小型発電装置で得られた電力を蓄電しておき、上述のセンサー等の回路の消費電力を補う装置等も提案されている（実開平２−６５７７５号参照）。
【０００３】
上述の小型発電装置の構成を簡単に述べると以下のようになる。流水の通路となる流体通路に水車が配設され、流水の水力を受けてこの水車が回転する。水車の回転軸には一体的に固定された回転体が設けられている。この回転体の外周面は、着磁されたロータマグネットとなっており、このロータマグネットが非磁性部材の壁を隔ててステータ極に対向配置されている。また、このステータ極を通過する磁束と鎖交するようにステータコイルが設けられている。そして、上述の水車が流水の水力を受けて回転することによりロータマグネットがステータ極に対して相対回転する。ロータが多極に着磁されているため、ステータ極に流れる磁束の流れに変化が生じる。この結果、ステータコイルにはこの磁束の流れの変化を妨げる方向に起電力が発生し、この起電力は整流された後、蓄電池に蓄えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような小型発電装置は、水車の周囲を壁で囲繞し、この壁に水車の羽根部分に水を射出するための射出孔を備えた構成を有している。この射出孔は、入路から浸入してきた水の流量を適量に絞ることにより、水車を効率よく回転させるためのものとなっている。水車の回転効率を向上することは、発電装置の発電効率を向上することに結びつくため重要である。より水の射出効率をよくするためには、射出孔と水車の羽根部分との位置精度及び水車に対する角度やその孔径、加えて射出孔を備える壁の形状や、壁の外周側における流路の形状等をより精密に計算し、高度な加工を行う必要がある。
【０００５】
なお、水車の回転効率を考慮すると、上述の射出孔は３つもしくは４つあるいはそれ以上とすることが好ましい。加えて、射出孔が、水車の羽根に対して直角に対向していることも水車の回転効率の向上に寄与する。しかし、射出孔の数を３つ以上としたり、射出孔を中心軸方向に対向させるのではなく羽根に対して直角に対峙させるようにすると、加工は非常に複雑で高価なものとなる。すなわち、射出孔の数やその向き（角度）に応じて壁の加工時における成形用の型を増やしたりあるいは型を抜く際に回し抜きする必要が生じるからである。
【０００６】
したがって、従来は、成形コストの安価な、２分割でしかも単純に２方向への抜き型で形成できるように、上述の射出孔の数を２つもしくは１つとし、かつ各射出孔の水車に対する角度も単純な２方向への抜き型で加工可能な範囲にする場合が多い。すなわち、従来の小型発電装置は、水車の周囲の壁に形成される射出孔の数を２つ程度とし、かつ水車に対する角度もそれ程工夫が見られないものが一般的である。このため、水車の回転効率は低く、発電効率も低い。
【０００７】
本発明は、上述した問題に鑑み、多数の割型および回し抜き等の複雑な加工方法を用いることなく、水車に効率よく水を射出する射出孔を形成できる構造を備えた小型水力発電装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、流体通路を備えた本体ケースと、流体通路に配設され所定流量の流体通過に伴って回転する水車を備えると共に、この水車に連結され水車と共に回転する回転体をステータ部に対向配置させたロータ部とし、このロータ部を流体の通過に伴ってステータ部に対して相対回転させることにより電力を発生させる小型水力発電装置において、本体ケースには水車の回転を支持する軸の一端を保持する支持部が設けられていると共に、流体通路には上記水車の羽根部分に流量を絞って流体を吹き付ける射出孔を有する注水部を備え、注水部は、本体ケースに一体的に形成され水車の外側全体を囲繞する複数の注水用壁とこの注水用壁の先端側に被せられるカバーとから構成されていると共に、注水部に形成された射出孔は回転体を回転自在に支持する軸の軸方向に開放された凹部として構成され、この開放部分にカバーを被せることにより形成されるものとなっていることを特徴としている。
【０００９】
上記発明によれば、水車の羽根部分に流体を吹き付けると共に水車を囲繞する注水部を本体ケースに一体的に形成していると共に、本体ケースに水車の回転を支持する軸の一端を保持する支持部が設けられている。このため、水車を囲繞する注水部及び注水部に形成された射出孔と水車の回転を支持する軸の位置精度が良好なものとなる。したがって、水車の注水部に対する回転精度が良好なものとなり、水車の外周端と注水部の内壁との距離（隙間）を狭めることが可能となる。この結果、射出孔から吹き付ける流体をより効率よく水車にぶつけることができ、水車を効率的に回転させることが可能となる。また、注水部は本体ケースに一体的に形成された複数の注水用壁とこの注水用壁の先端側に被せられるカバーとから構成されていると共に、射出孔はカバー側に開放され、このカバーを被せることによって形成されるものとなっている。したがって、注水部の射出孔を３つあるいは４つ以上としかつ射出孔を水車の羽根部分に直角に対峙するようにし水車の回転効率を高める構成の注水部を有する小型水力発電装置をより安価なコストで製造できる。また、このような構成を有する注水部を単純な２方向の割型で形成することができる。
【００１３】
また、他の発明は、上述の各小型水力発電装置において、射出孔は周方向に複数略均等に配置され、かつ注水部の外周側部分には、流体通路の入路側から各射出孔に向けて流量を適量に分配するための勾配が形成されている。そのため、各射出孔から水車の羽根部分に射出される水が均等にしかも適量なものとなり、水車の回転効率がさらに向上する。
【００１４】
また、他の発明は、上述の各小型水力発電装置において、本体ケースにカップ状ケースをはめ合わせることにより内部空間を形成しこの内部空間に回転体を配置すると共にこの内部空間とステータ部とを隔絶する構成とし、本体ケースのカップ状ケースとのはめ合わせ部には凹部が設けられ、カップ状ケースの本体ケースとのはめ合わせ部には凹部の内壁に対向する対向壁が設けられ、カップ状ケースを本体ケースに押圧しながらはめ込む際にそのはめ込み方向に対して直交する方向で対向壁と凹部の内壁との間に挟持されるリング状の弾性シール部材を有し、かつ本体ケース及びカップ状ケースには、それぞれ回転体を支承する軸の両端をそれぞれ支持する支持部が設けられている。
【００１５】
上述の発明によれば、本体ケースとカップ状ケースとを一体化させた後において、はめ込み方向では弾性シール部材が押圧されず、はめ込み方向と直交する方向に弾性シール部材が両ケースから押圧力を受けるようになっている。そのため、両ケースは、弾性シール部材の弾性反発力によって浮きが生じてはめ込み方向における位置関係が経時変化を起こす等の不具合が生じない。したがって、両ケースにそれぞれ設けられた軸支持部を位置関係はさらに良好なものとなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態となる小型水力発電装置について、図１から図６を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態となる小型水力発電装置の縦断面図を示している。また、図２は、図１を矢示ＩＩ方向から見た側面図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施の形態の小型水力発電装置は、流体通路の入路１２及び出路１３を備えた本体ケース１と、本体ケース１内に設けられ流体通路の一部となっている注水部２と、注水部２の内周側に配置され所定流量の流体通過に伴って回転する水車３と、水車３に連結され水車３と共に回転する回転体４と、回転体４の外周側に配置されたステンレス製のカップ状ケース５と、このカップ状ケース５のさらに外側に配置されたステータ部６とを備えている。そして、本体ケース１に対してカップ状ケース５を図１において矢示Ｘ１方向に押し込んではめ込むことにより、両ケース１，５は一連の内部空間を形成する構造となっており、この内部空間とステータ部６が隔絶される。
【００１８】
図１及び図２に示すように、本体ケース１は、本体部１１と、この本体部１１の外側に突出している筒状の入路１２及び出路１３を備えている。本体部１１は、水車３の外側を囲繞する注水部２と、上述のカップ状ケース５をはめ合わせるためのはめ合わせ部１１ａを備えている。また、本体部１１の内側には、回転体４を支承する軸７の一端をはめ込んで保持する軸受け孔１１ｂが設けられている。
【００１９】
注水部２は、入路１２から浸入してきた水の流路を絞り、水の勢いを強くして水車３の羽根部材３１に吹き付けてぶつけ、かつ羽根部材３１にぶつかった後の水を出路１３へ導くためのものである。この注水部２は、本体ケース１に一体的に形成された５つの注水用壁２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ（図３参照）と、この注水用壁２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅの先端側に配置された孔に被せられるカバー１５から構成される。
【００２０】
そして、本体ケース１の５つの注水用壁２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅの先端側にカバー１５を被せることにより、その周壁には水車３の羽根部分３１に流量を絞って流体を吹き付ける複数（本実施の形態では４つ）の射出孔２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄが形成される。注水部２は、このようにその一側となる５つの注水用壁２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅが本体ケース１に一体的に形成される。また、その他側となるカバー１５は、後述するように本体ケース１に対して位置決めされる。
【００２１】
したがって、後述するように、本体ケース１に形成された、水車３の回転を支持する軸７の一端を支持する支持部となる軸受け孔１１ｂと、両者によって形成される射出孔２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄとの位置精度、及び水車３を囲繞するその内壁の水車３に対する位置精度は、共に良好なものとなる。なお、この注水部２の詳細な構成については後述する。
【００２２】
本体ケース１のはめ合わせ部１１ａには、カップ状ケース５及びカップ状ケース５の外側に密着固定されたステータ部６の軸方向一端側をはめ込むための構造を有する凹部１４が設けられている。凹部１４の底面１４ａは、本体ケース１とカップ状ケース５との間に配置されるドーナツ形状のカバー１５の平面部１５ａを載置するための部位となっている。この底面１４ａの中心部位は、本体ケース１側の流体通路とカップ状ケース５の内部空間とを連通するために孔となっており、この孔によってカップ状ケース５の内部空間が流体通路の入路１２及び出路１３と連通されている。
【００２３】
なお、上述の凹部１４の内壁は、回転体４を支承する軸７と平行であって、上述したカップ状ケース５のはめ込み方向（矢示Ｘ１方向）と一致する。また、凹部１４の内壁には、周方向全周に段部１４ｂが形成されている。段部１４ｂは、ステータ部６の一端側部分の径方向外側に重合配置され、この段部１４ｂにはリング状の弾性シール部材としてＯリング８が載置される。このため、Ｏリング８は、カップ状ケース５のはめ込み方向に直交する方向（すなわち、径方向）において、ステータ部６の一部と重なるように配置されている。この構造により、本装置の軸方向におけるコンパクト化がなされると共に、このシール部からの水漏れをより確実に防止できる。
【００２４】
なお、Ｏリング８はカップ状ケース５の対向壁５ａの外周面にはめ込まれ、この状態で上述の段部１４ｂにカップ状ケース５を押し込んで凹部１４内に圧入する。これにより、カップ状ケース５の対向壁５ａが、段部１４ｂから見て径方向内側に形成される内径の小さい内壁に当接し（図１において当接部位をＹで示す）、カップ状ケース５が本体ケース１に対して径方向に位置決めされる。このように、本体ケース１の段部１４ｂから見て内側の内壁は、カップ状ケース５のはめ込み方向に直交する方向にカップ状ケース５を位置決めする位置決め部となっている。
【００２５】
Ｏリング８の径方向の幅は、対向壁５ａと段部１４ｂの内壁とで形成される段部１４ｂ上の隙間より若干大きいため、Ｏリング８はカップ状部材５の対向壁５ａによって径方向外側へ押圧される。そのため、Ｏリング８は、凹部１４の内壁とカップ状ケース５の対向壁５ａとの間にＯリング８が挟持される。なお、凹部１４の内壁と対向壁５ａとは、カップ状ケース５のはめ込み方向に直交する方向で対向している。そのため、Ｏリング８は、カップ状ケース５のはめ込み方向で押しつぶされず、押し込み方向に直交する方向、すなわち径方向にて挟持される。したがって、Ｏリング８の弾性反発力が、カップ状ケース５の押し込み方向への力に対抗する構成にはなっていない。このため、両ケース１，５には、はめ込み方向において、弾性力を有するＯリング８の押しつぶし後の反発力による歪みが生じない。したがって、歪みを原因とする軸精度悪化や部材の浮き上がり等の不具合が生じにくい。
【００２６】
なお、本実施の形態のように、Ｏリング８を径方向で押圧するようにしても、このシール部におけるシール効果は軸方向に押圧する場合と特に変わらない。すなわち、はめ込み方向と直交する方向でＯリング８を押圧しても、このＯリング８を境にして両ケース１，５によって形成される内部空間側と外部とは隔絶されるため、この部位でシールされることとなる。
【００２７】
なお、上述した凹部１４の入り口部分には、この凹部１４より半径の大きくかつ深さが非常に浅い段部１６が形成されている。この段部１６は、カップ状ケース５の最外周部となる鍔部５ｂが載置されると共に、この鍔部５ｂのさらに外側に樹脂ケース９の突起９ａがはまり込む部位となっている。そして、樹脂ケース９は、突起９ａの径方向外側部分を、段部１６から見て外側の内壁に当接させることにより、本体ケース１に対して径方向に位置決めされる。また、鍔部５ｂを段部１６に直接的に載置することにより、カップ状ケース５の本体ケース１に対するはめ込み方向（軸方向）の位置決めが行われる。
【００２８】
なお、上述したように、カップ状ケース５を本体ケース１にはめ込み、その外側にステータ部６を配置した後は、カップ状ケース５及びステータ部６を覆うように樹脂ケース９が被せられる。この樹脂ケース９には、図１及び図２に示すように、ステータ部６から半径方向外側に突出するように設けられた端子部６ａを覆うフード部９ｂが設けられている。そして、このフード部９ｂには、端子部６ａに一端が接続されたリード線６ｂの他端側を外部へ引き出すための引き出し部９ｃが設けられている。この引き出し部９ｃには、外部とステータ部６とを封止するシール剤（図示省略）が充填され、外部から引き出し部９ｃを通ってステータ部６へ水が浸入するのを防止する構造となる。
【００２９】
なお、この樹脂ケース９は、上述したように、径方向において本体ケース１に対して位置決めされる。そして、４つのネジ１０（図２では２つのみ図示）を樹脂ケース９及び本体ケース１に各々形成されたネジ孔に挿入し、本体ケース１側に突出したネジ１０の先端部分にナット１０ａを螺合することによって、樹脂ケース９は本体ケース１の本体部１１に対してネジ止め固定されている。この構成は、カップ状ケース５及びステータ部６の本体ケース１からの脱落や固定状態からの位置ズレ等を防止するためのものとなっている。
【００３０】
カップ状ケース５は、非磁性のステンレス製部材で形成されており、絞り加工によって最外周部となる鍔部５ｂと、鍔部５ｂに連続し外側に配置される円筒状部となる対向壁５ａと、この対向壁５ａの内側に配置され水が浸入する内部空間とステータ部６とを隔絶する隔壁部５ｃと、対向壁５ａと隔壁部５ｃとを連結する連結面部５ｄと、底部５ｅとが形成されたものとなっている。
【００３１】
そして、このように構成されたカップ状ケース５は、上述したはめ込み部の凹部１４内に、カバー１５の平面部１５ａを挟み込みながらはめ込まれる。凹部１４の内壁は、カバー１５を本体ケース１にはめ込む際の径方向及び軸方向における位置決め部となっている。
【００３２】
なお、上述したように、対向壁５ａの外側には、Ｏリング８が配置される。Ｏリング８は、この対向壁５ａによって径方向外側に押圧を受けながら、この対向壁５ａと凹部１４の内壁とによって挟持される。底部５ｅには、水車３及び回転体４を支承する軸７の他端をはめ込む軸受け孔５ｆが形成されている。このカップ状ケース５は、本体ケース１内を通過する水からステータ部６を隔離すると共に、本体ケース１外への水の流出を防止するためのものとなっている。
【００３３】
なお、本体ケース１に形成された入路１２、出路１３及びこれらを連結する本体部１１は、蛇口やバルブ等から構成される水栓装置（図示省略）の流体通路の一部に配設されるものとなっており、流体源から入路１２へ入り込んできた流体が本体部１１の内部に配置された注水部２を通過して出路１３から吐出されるようになっている。なお、流体は、この通過の際に水車３に回転力を与える。この部位における詳細な説明は後述する。
【００３４】
本体部１１内には、水車３及び回転体４の回転を支承する軸７の一端が配置している。この軸７は、一端が本体ケース１内に形成された軸受け孔１１ｂにはめ込まれ、他端側が上述のカバー１５の孔１５ｃ（図５参照）を通過しその先端がカップ状部材５内に設けられた軸受け孔５ｆにはめ込まれている。これにより、軸７は、両ケース１，５に協働して保持される。なお、本実施の形態の小型水力発電装置では、上述したように、弾性シール部材であるＯリング８の弾性反発力の影響を受けることなく、両ケース１，５が軸方向及び径方向において位置決めされる。したがって、各部品の寸法精度が良好であれば、組み立て精度も良好となり、両端をそれぞれ別部品である両ケース１，５によって支持される軸７の軸精度も良好なものとなる。このため、水車３及び回転体４の回転位置精度も良好なものとすることができる。
【００３５】
次に、注水部２について図３及び図４を用いて詳細に説明する。なお、図３は、ステータ部、カップ状ケース及びカバーを取り外した状態で、図１の矢示ＩＩＩ方向から見た平面図である。また、図４は、図３中の矢示ＩＶで示した２点鎖線部分の断面図である。
【００３６】
上述したように、本体ケース１の本体部１１の内側には、注水部２が設けられている。この注水部２は、図３に示すように、本体ケース１に一体的に立設された５つの注水用壁２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅと、本体ケース１とカップ状ケース５との境目の部分に配置されるカバー１５（図１及び図５参照）から構成されている。これら５つの注水用壁２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅは、水車３の羽根部分３１（図３中では省略。図１参照）の外周を囲繞するように分割配置されており、各注水用壁の間の隙間を水車３の羽根部分３１に水を吹き付けるための４つの射出孔２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄとしている。
【００３７】
そして、各注水用壁２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅの先端部分には凹部２０ｆが形成され、この凹部２０ｆ内にカバー１５に形成された凸部１５ｆがはめ込まれることにより、カバー１５と各注水用壁２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅとが一体となる。なお、このように形成された各注水用壁２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅの先端部分は、上述した段部１４ｂに連続した同じ平面上に形成されている。
【００３８】
また、本体ケース１の本体部１１の内側であって、これら５つの注水用壁２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅの径方向外側部分は、入路１２から浸入してきた水が移動可能な溝状の周回通路２１となっている。なお、この周回通路２１には、流体通路の入路１２側から各射出孔２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄに圧力損失が少なくなるように流量を適度に分配するための所定の勾配が形成されている（図１中の矢示Ｒ１及び図４中の矢示Ｇ参照）。図４は、周回通路２１における入り口側（入路１３側の注水用壁の外周面近傍（一部周回通路２１でない部分も含む）の勾配を示すものである。
【００３９】
なお、第１の注水用壁２０ａは、入路１２側に設けられており、入路１２から本体部１１へ直線的に浸入してきた水は、まず第１の注水用壁２０ａの外周面にぶつかる。そして、ぶつかった水はこの第１の注水用壁２０ａで分流し、上述の周回通路２１を反時計回りに移動して第２，第３の注水用壁２０ｂ，２０ｃ側へ流れると共に、時計回りに移動して第４，第５の注水用壁２０ｄ，２０ｅ側へ流れる。
【００４０】
第１の注水用壁２０ａの反時計回り側には第２の注水用壁２０ｂが隣接している。そして、第１の注水用壁２０ａと第２の注水用壁２０ｂとの隣接する端部同士は、略平行に形成されている。この隙間部分は、周回通路２１からその内周に配置される水車３の羽根部分３１に水を射出するための第１の射出孔２２ａとなる。なお、この第１の射出孔２２ａは、上述のカバー１５をはめ込むことによりこのカバー１５の平面部１５ａが第１及び第２の注水用壁２０ａ，２０ｂとの間部分に被さって形成された矩形状の孔である。
【００４１】
、第２の注水用壁２０ｂの反時計回り側には、第３の注水用壁２０ｃが隣接配置されている。第２の注水用壁２０ｂ及び第３の注水用壁２０ｃの隣接する端部同士も、略平行に形成されており、この隙間部分が第２の射出孔２２ｂとなる。また、また、第１の注水用壁２０ａの時計回り側には第４の注水用壁２０ｄが隣接配置されており、第１の注水用壁２０ａ及び第４の注水用壁２０ｄの隣接する端部同士も略平行に形成されていて、この隙間部分が第３の射出孔２２ｃとなる。さらに、第４の注水用壁２０ｄの時計回り側には第５の注水用壁２０ｅが隣接配置されており、、第４の注水用壁２０ｄ及び第５の注水用壁２０ｅの隣接する端部同士も略平行に形成されていて、この隙間部分が第４の射出孔２２ｄとなる。このように形成された４つの射出孔２２の２つの内壁（各注水用壁の隣接し対面する端面）は、回転中心位置ｏ１に向かって直線的に形成されているのではなく、水車３の羽根部分３１に垂直に対向するように角度を持って形成されている。
【００４２】
なお、第２の注水用壁２０ｂの第１の注水用壁２０ａ側の外周側端部には、周回通路２１側に延出された延出部２１ａを有している。この延出部２１ａは、第１の注水用壁２０ａにぶつかって反時計方向に移動してきた水がぶつかる部分となっている。このように延出部２１ａにぶつかった水の一部は、上述の第１の射出孔２２ａを通って水車３側に射出される。
【００４３】
なお、第４の注水用壁２０ｄの第１の注水用壁２０ａ側の外周側端部にも、上述した延出部２１ａと同様の効果を奏する延出部２１ｂが形成されている。すなわち、この延出部２１ｂは、第１の注水用壁２０ａにぶつかって時計方向に移動してきた水がぶつかる部分となっており、延出部２１ａにぶつかった水の一部は上述の第３の射出孔２２ｃを通って水車３側に射出される。
【００４４】
なお、上述の実施の形態では、各射出孔２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄの軸方向における一側（カバー１５側）が開放された構成となっているため、本体ケース１を成型する際、本体ケース１は軸方向両側（図１において上下方向）に２分割される割型で形成することができる。しかも、本体ケース１の各注水用壁２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅが形成された側には、水車３に対して４つの射出孔２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄから均等にかつ効率よく水を射出できるように配を有する周回通路２１が形成されているが、これは簡単な割型で構成されることとなる。したがって、本実施の形態では、水車３を効率良く回転させる注水部２を簡単な割型で容易に成形することができる構成となっている。
【００４５】
なお、上述した各射出孔２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄの軸方向一側を開放し、この開放部分に他部材を被せる構成は、それのみで単純な２方向への割型で複雑な形状の注水部２を形成できるという効果を奏することとなる。
【００４６】
すなわち、この構成は、射出孔２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ及び注水用壁２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅの内壁と、水車３の回転を支持する軸７との位置関係を精度良くするために、軸７の一端を支持する軸受け孔１１ｂを有する本体ケース１に注水用壁２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅを一体成型するという構成とは別に、独立した効果を奏する。この場合は、注水部２は本体ケース１と別体となっていても良い。
【００４７】
なお、上述した第３の注水用壁２０ｃと、第５の注水用壁２０ｅとの間には、内周側において約６０°離れた隙間２８が形成される。この隙間２８は、第３の注水用壁２０ｃ及び第５の注水用壁２０ｅとの対向する平行な端面間となっており、上述した出路１３と回転中心位置ｏ１との間に配置される。
【００４８】
また、上述したように構成された各注水用壁２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅの先端側に配置され、本体ケース１の段部１６に載置されるカバー１５は、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、中心部に孔１５ｃを有するドーナツ形状の平面部１５ａと、この平面部１５ａの一側の面に立設された凸壁１５ｂ及び凸部１５ｆと、この平面部１５ａの他側の面に立設されたリブ１５ｄから構成されている。そして、凸壁１５ｂは、上述した第３の注水用壁２０ｃと第５の注水用壁２０ｅとの間の隙間２８の一部に入り込むように配置される。そして、この隙間２８と隙間２８内の凸壁１５ｂとによって形成される矩形状の孔は、各注水用壁２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅに囲まれた部位と出路１３とを連通するためのものとなっている。なお、凸部１５ｆは、上述したように、各注水用壁２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅの凹部２０ｆにはまり込むようになっている。また、リブ１５ｄは、カップ状ケース５の連結面部５ｄに当接するようになっている。
【００４９】
上述したように構成された注水部２の５つの注水用壁２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅの内側に配置された水車３は、所定流量の流体通過に伴って回転するものとなっている。
【００５０】
図６に示すように、水車３は、上述の軸７に挿通された回転中心部３３と、この回転中心部３３に内周端部が接続された羽根部材３１とから構成されている。なお、図６は、水車３及び回転体４を示す図で、（Ａ）が正面図、（Ｂ）が（Ａ）を矢示Ｂから見た平面図、（Ｃ）が（Ａ）を矢示Ｃから見た底面図である。
【００５１】
羽根部分３１は、各射出孔２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄから射出される水の圧力を受けやすいように途中部分が湾曲している。このため、水車３は、入路１２に入り込み各射出孔２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄで絞られて圧力を高められた流体が羽根部分３１に勢い良くぶつかり、その水力で軸７を回転中心として回転するようになっている。なお、羽根部分３１にぶつけられた水は、上述したように空間内で循環し、さらに上述した隙間２８と凸壁１５ｂによって形成された孔を通って出路１３側へ移動する。
【００５２】
回転中心部３３は、軸７に摺動回転する円筒状の小筒部３３ａと、この小筒部３３ａより径の大きい大筒部３３ｂと、両筒部３３ａ，３３ｂを軸方向における両端部分でそれぞれ連結した複数の骨部３３ｃから形成されている。なお、両筒部３３ａ，３３ｂの間は軸方向に貫通された中空となっており、水車３側の各骨部３３ｃ間の隙間を入り口とし、回転体４側の各骨部３３ｃ間の隙間を出口とした貫通空部３３ｄとなっている。この貫通空部３３ｄは、水車３に射出される水を上述の入り口から入れて出口から出すことにより、水車３及び水車３に連結されている回転体４が配置されている空間内に循環させ、水車３及び回転体４の回転を滑らかにする。回転体４は、水車３と一体的に形成されており、水車３と同軸上に配置されている。このため、回転体４は水車３が水力によって回転すると、水車３と一体的に軸７を回転中心として回転する。
【００５３】
このように水車３に連結され水車３と共に回転する回転体４は、ステータ部６に対向配置されたロータ部となっており、その面には円筒状のロータマグネットＭｇがはめ込まれている。このロータマグネットＭｇの外周面には、８極着磁がなされている。そして、この外周面が、カップ状ケース５の隔壁部５ｃを通してステータ部６に対向配置されている。このため、回転体４は、水車３と共に回転する場合、ステータ部６に対して相対回転するようになっている。
【００５４】
ステータ部６は、軸方向に重ねて配置された２つの層６ｃ，６ｄで構成されている。各層６ｃ，６ｄは、それぞれ外ヨーク（重ねた状態において外側に配置されている）６１と、この外ヨーク６１に一体的に形成された外極歯６１ａと、内ヨーク（重ねた状態において内側に配置されている）６２と、この内ヨーク６２に一体的に形成された内極歯６２ａと、コイルボビンに巻回されたコイル６３とを備えている。コイル６３の巻き始め部分及び巻き終わり部分は、それぞれ端子部６ａに接続されている。
【００５５】
このように構成されたステータ部６は、カップ状ケース５の隔壁部５ｃの外側部分にはめ込まれている。このため、このステータ部６の各極歯６１ａ，６２ａと、回転体４の着磁部との間には磁束が流れている。上述したように水車３と共に回転体４が回転すると、この磁束の流れに変化が生じ、この流れの変化を防止する方向にコイル６３に誘起電圧が発生する。この誘起電圧は、端子部６ａから取り出される。このような形で取り出された誘起電圧は、回路により直流に変換され、所定の回路（図示省略）を通して整流され電池に充電される。
【００５６】
なお、上述の実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の例であるが、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の実施の形態の小型水力発電装置では、本体ケース１のはめ込み部１１ａに凹部１４を設け、カップ状ケース５に凹部１４の内壁と径方向で対向する対向壁５ａを設け、凹部１４と対向壁５ａとでＯリング８を径方向に挟持する構成としたが、特にこのような構成とせず、Ｏリング８は軸方向（図１における上下方向）で両ケース１，５に挟持されるものとしても良い。このように構成しても、上述した注水部２の一部を本体ケース１に一体的に設けた構成及び射出孔２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄの一側を軸方向一側に開放させた構成にそれぞれ奏する効果が独立して発生するからである。
【００５７】
また、上述の実施の形態では、発電部となるロータ部及びステータ部６を２層式のステッピングモータ式としたが、発電部は１層式のステッピングモータ式やブラシレスモータ方式等、種々の方式でも良い。
【００５８】
また、上述の実施の形態では、カップ状ケース５を本体ケース１にはめ込む際の径方向における位置決め部を、本体ケース１の凹部１４内の段部１４ｂより内側となる内壁としたが、径方向における位置決め部は他の部位としても良い。具体的には、カップ状ケース５の最外周部となる鍔部５ｂをさらに外側まで延出し、この鍔部５ｂの最外周端を凹部１４の外側に形成した段部１６の内壁に当接させ、この当接部位を径方向における位置決め部としても良い。
【００５９】
また、上述の実施の形態では、弾性シール部材となるＯリング８をステータ部６と径方向、すなわち両ケース１，５のはめ込み方向に直交する方向において重なるように配置したが、Ｏリング８はステータ部６と重なる位置としなくとも良い。したがって、上述の実施の形態では、カップ状ケース５の対向壁５ａが、連結面部５ｄから見て隔壁部５ｃと同方向に湾曲させることにより形成されているが、これを逆方向、すなわち図１において下方向に湾曲させ、この下方向に湾曲させた対向壁５ａの径方向外側に凹部１４の内壁の一部が対抗し、かつ対向壁５ａ及び凹部１４の内壁との間にＯリング８が挟持されるようにしても良い。
【００６０】
また、上述の実施の形態では、いわゆる水回りで使用される用途を考慮すると共にステータ部６等の脱落防止用として、樹脂ケース９をステータ部６に対して被せて本体ケース１に対してネジ止め固定した。しかし、用途によっては、ステータ部６を外部に対して防水する必要がない場合もあり、かつステータ部６等が本体ケース１から脱落しない強度が保証できる場合もあるため、そのような場合は樹脂ケース９は設けなくても良い。また、脱落防止用として樹脂ケース９を本体ケース１にネジ止め固定し、リード線引き出し部９ｃのシール剤充填を省くようにしても良い。
【００６１】
【発明の効果】
本発明の小型水力発電装置によれば、注水部の少なくとも一部を本体ケースに一体的に形成していると共に、本体ケースに水車の回転を支持する軸の一端を保持する支持部が設けられているため、注水部と水車の回転を支持する軸の位置精度を良好とし、これに伴って水車の回転精度を良好とすることができる。このため、水車の外周端と注水部の内壁との距離（隙間）を狭めることも可能となる。この結果、射出孔から吹き付ける流体をより効率よく水車にぶつけて水車を効率的に回転させ、発電効率を向上させることができる。このため、水量が小量であっても発電をさせることができる。
【００６２】
また、他の発明の小型水力発電装置によれば、注水部の射出孔の軸方向における一側を開放しこの開放部分を他側から押さえ込む構成となっているため、注水部の射出孔を３つあるいは４つ以上としかつ射出孔を水車の羽根部分に直角に対峙するようにし水車の回転効率を高めるような構成を、単純な２方向への割型で形成することができる。したがって、このような複雑な内部構成を備えた回転効率の良い小型水力発電装置を低コストで製造できることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の小型水力発電装置の縦断面図である。
【図２】図１を矢示ＩＩ方向から見た側面図である。
【図３】カップ状ケース、樹脂ケース及びステータ部を取り外した状態で図１を矢示ＩＩＩ方向から見た平面図である。
【図４】図３中の矢示ＩＶで示した２点鎖線部分の断面図である。
【図５】流体通路の一部を構成するカバーを示す図で、（Ａ）は図１の矢示Ｖ方向から平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図６】水車及び回転体の構成を示す図で、（Ａ）は図１と同方向から見た正面図、（Ｂ）は（Ａ）を矢示Ｂ方向から見た平面図、（Ｃ）は（Ａ）を矢示Ｃ方向から見た底面図である。
【符号の説明】
１本体ケース
２注水部
３水車
４回転体（ロータ部）
５カップ状ケース（第２のケース）
５ａ対向壁
５ｆ軸受け孔（支持部）
６ステータ部
７軸
８Ｏリング（弾性シール部材）
１１本体部
１１ａはめ合わせ部
１１ｂ軸受け孔（支持部）
１４凹部
１５カバー
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ注水用壁
２１周回通路
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ射出孔
３１羽根部分[0001]
The present invention relates to a small-sized hydroelectric power generation apparatus that uses hydraulic power generated by the flow of water passing through a faucet.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an automatic faucet device is widely known in which a sensor senses this by placing a hand under the faucet and allows water to flow from the faucet based on the sensor sensing. Further, in recent years, a small power generator is disposed in the fluid flow path of such an automatic water faucet device, the electric power obtained by this small power generator is stored, and the power consumption of the circuit such as the sensor described above is stored. Has been proposed (see Japanese Utility Model Laid-Open No. 2-65775).
[0003]
The configuration of the above-described small power generator will be briefly described as follows. A water turbine is disposed in a fluid passage serving as a passage for flowing water, and the turbine is rotated by receiving the hydraulic power of the flowing water. A rotating body fixed integrally is provided on the rotating shaft of the water turbine. The outer peripheral surface of the rotating body is a magnetized rotor magnet, and the rotor magnet is disposed to face the stator pole with a wall of the nonmagnetic member interposed therebetween. Further, a stator coil is provided so as to interlink with the magnetic flux passing through the stator pole. And the rotor magnet rotates relative to the stator poles by rotating the above-described water wheel in response to the hydropower of flowing water. Since the rotor is magnetized in multiple poles, a change occurs in the flow of magnetic flux flowing through the stator poles. As a result, an electromotive force is generated in the stator coil in a direction that prevents the change in the flow of magnetic flux, and the electromotive force is rectified and then stored in the storage battery.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The small power generator as described above has a configuration in which the periphery of the water turbine is surrounded by a wall, and an injection hole for injecting water to the blade portion of the water turbine is provided on the wall. The injection hole is for efficiently rotating the water turbine by restricting the flow rate of the water that has entered from the entrance to an appropriate amount. Improving the rotation efficiency of the water turbine is important because it leads to improving the power generation efficiency of the power generation device. In order to improve the water injection efficiency, the positional accuracy between the injection hole and the blade portion of the water wheel, the angle with respect to the water wheel, the hole diameter, the shape of the wall including the injection hole, and the flow path on the outer peripheral side of the wall It is necessary to calculate the shape more precisely and perform advanced machining.
[0005]
In consideration of the rotational efficiency of the water turbine, the number of the above-described injection holes is preferably three, four, or more. In addition, the fact that the injection hole is opposed to the blades of the water turbine at a right angle also contributes to the improvement of the rotation efficiency of the water wheel. However, if the number of injection holes is three or more, or if the injection holes are opposed to each other at right angles to the blades rather than facing the central axis direction, the processing becomes very complicated and expensive. That is, it is necessary to increase the number of molding molds during the processing of the wall according to the number of injection holes and the direction (angle) thereof, or to rotate the molds when removing the molds.
[0006]
Therefore, conventionally, the number of the injection holes is two or one, and the injection holes with respect to the water turbine are formed so as to be formed in two parts at a low molding cost and simply by punching in two directions. In many cases, the angle is set to a range that can be processed by a simple die cutting in two directions. That is, the conventional small power generator generally has about two injection holes formed in the wall around the water turbine, and the angle with respect to the water turbine is not so devised. For this reason, the rotation efficiency of the water turbine is low and the power generation efficiency is also low.
[0007]
In view of the above-described problems, the present invention provides a compact hydroelectric generator having a structure capable of forming an injection hole for efficiently injecting water into a water turbine without using a complicated processing method such as a number of split molds and unscrewing. The purpose is to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a main body case provided with a fluid passage and a water turbine disposed in the fluid passage and rotating with passage of a predetermined amount of fluid, and a rotating body connected to the water turbine and rotating together with the water turbine is opposed to the stator portion. In a small hydroelectric generator that generates electric power by rotating the rotor portion relative to the stator portion with the passage of fluid, the main body case has one end of a shaft that supports the rotation of the water turbine. The fluid passage includes a water injection portion having an injection hole for reducing the flow rate and blowing the fluid to the blade portion of the water wheel, and the water injection portion is formed integrally with the main body case. The water injection wall is composed of a plurality of water injection walls that surround the entire outside of the water turbine and a cover that covers the tip of the water injection wall, and an injection hole formed in the water injection part rotates the rotating body. It is opened in the axial direction of the shaft to be supportedAs a concaveIt is comprised and it is formed by covering this open part with a cover, It is characterized by the above-mentioned.
[0009]
According to the invention, the water injection part for spraying the fluid to the blade portion of the water wheel and surrounding the water wheel is integrally formed in the main body case, and the main body case supports the one end of the shaft that supports the rotation of the water wheel. Is provided. For this reason, the positional accuracy of the water injection part which surrounds a water turbine, the injection hole formed in the water injection part, and the axis | shaft which supports rotation of a water turbine becomes favorable. Therefore, the rotation accuracy with respect to the water injection portion of the water wheel becomes favorable, and the distance (gap) between the outer peripheral end of the water wheel and the inner wall of the water injection portion can be reduced. As a result, the fluid sprayed from the injection hole can be more efficiently hit the water wheel, and the water wheel can be efficiently rotated.The water injection part is composed of a plurality of water injection walls formed integrally with the body case and a cover that covers the tip side of the water injection wall, and the injection hole is opened to the cover side. It is formed by covering. Therefore, a small hydroelectric generator having a water injection portion having a configuration in which the number of injection holes in the water injection portion is three or four or more and the injection holes are opposed to the blade portion of the water turbine to increase the rotation efficiency of the water turbine is more inexpensive. Can be manufactured at low cost. Moreover, the water injection part which has such a structure can be formed with a simple two-way split mold.
[0013]
According to another invention, in each of the small hydroelectric generators described above, a plurality of injection holes are arranged substantially evenly in the circumferential direction, and the outer peripheral side portion of the water injection part is directed from the entrance side of the fluid passage toward each injection hole. Thus, a gradient for distributing the flow rate to an appropriate amount is formed. Therefore, the water injected from each injection hole to the blade portion of the water turbine becomes even and appropriate, and the rotational efficiency of the water turbine is further improved.
[0014]
According to another invention, in each of the small hydroelectric generators described above, an internal space is formed by fitting a cup-shaped case to the main body case, a rotating body is disposed in the internal space, and the internal space and the stator portion are arranged. It is configured to be isolated, and a concave portion is provided at the fitting portion of the main body case with the cup-shaped case, and an opposing wall is provided at the fitting portion of the cup-shaped case with the main body case to face the inner wall of the concave portion. When the case is inserted into the main body case while being pressed, the case has a ring-shaped elastic seal member that is sandwiched between the opposing wall and the inner wall of the recess in a direction orthogonal to the fitting direction, and the main body case and the cup shape The case is provided with a support portion that supports both ends of a shaft that supports the rotating body.
[0015]
According to the above-described invention, after the main body case and the cup-shaped case are integrated, the elastic seal member is not pressed in the fitting direction, and the elastic seal member applies a pressing force from both cases in the direction perpendicular to the fitting direction. To receive. For this reason, both cases do not suffer from problems such as floating due to the elastic repulsive force of the elastic seal member, and causing a positional change in the fitting direction to change with time. Therefore, the positional relationship between the shaft support portions provided in both cases is further improved.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A small hydroelectric generator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a longitudinal sectional view of a small hydroelectric generator according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a side view of FIG. 1 viewed from the direction of arrow II.
[0017]
As shown in FIG. 1, the small hydroelectric generator of the present embodiment includes a main body case 1 having a fluid passage inlet 12 and an outlet passage 13 and a part of the fluid passage provided in the main body case 1. A water injection part 2, a water wheel 3 which is arranged on the inner peripheral side of the water injection part 2 and rotates with passage of a fluid at a predetermined flow rate, a rotating body 4 which is connected to the water wheel 3 and rotates together with the water wheel 3, and an outer periphery of the rotating body 4 A cup-shaped case 5 made of stainless steel disposed on the side, and a stator portion 6 disposed further outside the cup-shaped case 5 are provided. Then, by pushing the cup-shaped case 5 into the main body case 1 in the direction indicated by the arrow X1 in FIG. 1, both cases 1 and 5 have a structure forming a series of internal spaces. The stator part 6 is isolated.
[0018]
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the main body case 1 includes a main body portion 11 and cylindrical inlet passages 12 and outlet passages 13 that protrude outward from the main body portion 11. The main body 11 includes a water injection part 2 that surrounds the outside of the water wheel 3 and a fitting part 11 a for fitting the cup-shaped case 5 described above. In addition, a bearing hole 11 b that fits and holds one end of the shaft 7 that supports the rotating body 4 is provided inside the main body 11.
[0019]
The water injection section 2 squeezes the flow path of the water that has entered from the inlet 12, increases the momentum of the water, blows it against the blade member 31 of the water wheel 3, and hits the blade member 31. It is to lead to. The water injection section 2 includes five water injection walls 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e (see FIG. 3) formed integrally with the main body case 1, and the water injection walls 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e. It is comprised from the cover 15 which covers the hole arrange | positioned at the front end side.
[0020]
Then, by covering the distal end side of the five water injection walls 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e of the main body case 1, a plurality of fluids are sprayed onto the peripheral wall of the blade portion 31 of the water turbine 3 with a reduced flow rate. (In this embodiment, four) injection holes 22a, 22b, 22c, and 22d are formed. In the water injection part 2, the five water injection walls 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e on one side are integrally formed in the main body case 1 in this way. Further, the cover 15 on the other side is positioned with respect to the main body case 1 as will be described later.
[0021]
Therefore, as will be described later, a bearing hole 11b which is formed in the main body case 1 and serves as a support portion for supporting one end of the shaft 7 which supports the rotation of the water turbine 3, and injection holes 22a, 22b and 22c formed by the both. , 22d and the position accuracy of the inner wall surrounding the water turbine 3 with respect to the water turbine 3 are both good. In addition, the detailed structure of this water injection part 2 is mentioned later.
[0022]
The fitting portion 11 a of the main body case 1 is provided with a concave portion 14 having a structure for fitting one end side in the axial direction of the stator portion 6 which is closely fixed to the outside of the cup-shaped case 5 and the cup-shaped case 5. The bottom surface 14 a of the recess 14 serves as a part for placing the flat surface portion 15 a of the donut-shaped cover 15 disposed between the main body case 1 and the cup-shaped case 5. The central portion of the bottom surface 14a is a hole for communicating the fluid passage on the main body case 1 side with the internal space of the cup-shaped case 5, and this hole allows the internal space of the cup-shaped case 5 to enter the fluid passage. The road 12 and the outgoing path 13 are in communication.
[0023]
In addition, the inner wall of the above-mentioned recessed part 14 is parallel to the axis | shaft 7 which supports the rotary body 4, and corresponds with the insertion direction (arrow X1 direction) of the cup-shaped case 5 mentioned above. Further, a stepped portion 14b is formed on the inner wall of the concave portion 14 along the entire circumferential direction. The stepped portion 14b is superposed on the radially outer side of the one end side portion of the stator portion 6, and the O-ring 8 is placed on the stepped portion 14b as a ring-shaped elastic seal member. For this reason, the O-ring 8 is disposed so as to overlap with a part of the stator portion 6 in a direction orthogonal to the fitting direction of the cup-shaped case 5 (that is, the radial direction). With this structure, the apparatus can be made compact in the axial direction, and water leakage from the seal portion can be more reliably prevented.
[0024]
The O-ring 8 is fitted into the outer peripheral surface of the opposing wall 5a of the cup-shaped case 5, and in this state, the cup-shaped case 5 is pushed into the stepped portion 14b and is press-fitted into the concave portion 14. Thereby, the opposing wall 5a of the cup-shaped case 5 comes into contact with the inner wall having a small inner diameter formed on the inner side in the radial direction when viewed from the step portion 14b (the contact portion is indicated by Y in FIG. 1). Is positioned in the radial direction with respect to the main body case 1. Thus, the inner wall on the inner side when viewed from the stepped portion 14 b of the main body case 1 is a positioning portion that positions the cup-shaped case 5 in a direction orthogonal to the fitting direction of the cup-shaped case 5.
[0025]
Since the radial width of the O-ring 8 is slightly larger than the gap on the stepped portion 14b formed by the opposing wall 5a and the inner wall of the stepped portion 14b, the O-ring 8 is radially adjusted by the facing wall 5a of the cup-shaped member 5. Pressed outward. Therefore, the O-ring 8 is sandwiched between the inner wall of the recess 14 and the opposing wall 5 a of the cup-shaped case 5. Note that the inner wall of the recess 14 and the facing wall 5a face each other in a direction orthogonal to the fitting direction of the cup-shaped case 5. Therefore, the O-ring 8 is not crushed in the fitting direction of the cup-shaped case 5 but is sandwiched in the direction orthogonal to the pushing direction, that is, in the radial direction. Therefore, the elastic repulsive force of the O-ring 8 is not configured to oppose the force in the pushing direction of the cup-shaped case 5. For this reason, the cases 1 and 5 are not distorted by the repulsive force after the O-ring 8 having elasticity is crushed in the fitting direction. Therefore, it is difficult to cause problems such as deterioration of shaft accuracy and lifting of members due to distortion.
[0026]
Even if the O-ring 8 is pressed in the radial direction as in the present embodiment, the sealing effect in this seal portion is not particularly different from that in the case of pressing in the axial direction. That is, even if the O-ring 8 is pressed in a direction orthogonal to the fitting direction, the internal space formed by the cases 1 and 5 and the outside are separated from each other with the O-ring 8 as a boundary. It will be sealed.
[0027]
A step portion 16 having a radius larger than that of the concave portion 14 and having a very shallow depth is formed at the entrance portion of the concave portion 14 described above. The step portion 16 is a portion where the flange portion 5b which is the outermost peripheral portion of the cup-shaped case 5 is placed, and the protrusion 9a of the resin case 9 is fitted further outside the flange portion 5b. The resin case 9 is positioned in the radial direction with respect to the main body case 1 by bringing the radially outer portion of the protrusion 9 a into contact with the outer inner wall as viewed from the step portion 16. Further, by placing the flange portion 5b directly on the step portion 16, the cup-like case 5 is positioned in the fitting direction (axial direction) with respect to the main body case 1.
[0028]
As described above, after the cup-shaped case 5 is fitted into the main body case 1 and the stator portion 6 is arranged outside the main case 1, the resin case 9 is covered so as to cover the cup-shaped case 5 and the stator portion 6. As shown in FIGS. 1 and 2, the resin case 9 is provided with a hood portion 9 b that covers a terminal portion 6 a provided so as to protrude radially outward from the stator portion 6. The hood portion 9b is provided with a lead portion 9c for pulling out the other end side of the lead wire 6b whose one end is connected to the terminal portion 6a. The lead portion 9c is filled with a sealant (not shown) that seals the outside and the stator portion 6 to prevent water from entering the stator portion 6 from the outside through the lead portion 9c. .
[0029]
The resin case 9 is positioned with respect to the main body case 1 in the radial direction as described above. Then, four screws 10 (only two are shown in FIG. 2) are inserted into the screw holes respectively formed in the resin case 9 and the main body case 1, and a nut 10a is attached to the tip of the screw 10 protruding toward the main body case 1 side. By screwing, the resin case 9 is fixed to the main body portion 11 of the main body case 1 with screws. This configuration is for preventing the cup-shaped case 5 and the stator portion 6 from being detached from the main body case 1 or being displaced from a fixed state.
[0030]
The cup-shaped case 5 is formed of a non-magnetic stainless steel member, and has a flange portion 5b that is the outermost peripheral portion by drawing and an opposing wall 5a that is a cylindrical portion that is continuous with the flange portion 5b and disposed outside. A partition wall portion 5c separating the stator portion 6 from an internal space into which water enters and the inside of the facing wall 5a, a connecting surface portion 5d connecting the facing wall 5a and the partition wall portion 5c, and a bottom portion 5e. It has been formed.
[0031]
And the cup-shaped case 5 comprised in this way is inserted, inserting the plane part 15a of the cover 15 in the recessed part 14 of the insertion part mentioned above. The inner wall of the recess 14 serves as a positioning portion in the radial direction and the axial direction when the cover 15 is fitted into the main body case 1.
[0032]
As described above, the O-ring 8 is disposed outside the facing wall 5a. The O-ring 8 is sandwiched between the facing wall 5a and the inner wall of the recess 14 while being pressed radially outward by the facing wall 5a. A bearing hole 5f into which the other end of the shaft 7 that supports the water wheel 3 and the rotating body 4 is fitted is formed in the bottom portion 5e. The cup-shaped case 5 serves to isolate the stator portion 6 from water passing through the main body case 1 and prevent water from flowing out of the main body case 1.
[0033]
The inlet path 12, the outlet path 13 formed in the main body case 1, and the main body portion 11 for connecting them are disposed in a part of a fluid passage of a faucet device (not shown) including a faucet, a valve, and the like. The fluid that has entered the inlet path 12 from the fluid source passes through the water injection section 2 disposed inside the main body 11 and is discharged from the outlet path 13. In addition, the fluid gives a rotational force to the water turbine 3 during this passage. A detailed description of this part will be described later.
[0034]
One end of a shaft 7 that supports the rotation of the water turbine 3 and the rotating body 4 is disposed in the main body 11. One end of the shaft 7 is fitted into a bearing hole 11 b formed in the main body case 1, and the other end passes through the hole 15 c (see FIG. 5) of the cover 15 and the tip thereof is provided in the cup-shaped member 5. It is fitted in the bearing hole 5f. As a result, the shaft 7 is held in cooperation with both cases 1 and 5. In the small hydroelectric generator of this embodiment, as described above, both cases 1 and 5 are positioned in the axial direction and the radial direction without being affected by the elastic repulsion force of the O-ring 8 that is an elastic seal member. Is done. Therefore, if the dimensional accuracy of each component is good, the assembly accuracy is also good, and the shaft accuracy of the shaft 7 supported by both cases 1 and 5 that are separate parts at both ends is also good. For this reason, the rotational position accuracy of the water turbine 3 and the rotating body 4 can also be made favorable.
[0035]
Next, the water injection part 2 is demonstrated in detail using FIG.3 and FIG.4. FIG. 3 is a plan view seen from the direction of arrow III in FIG. 1 with the stator portion, the cup-shaped case and the cover removed. FIG. 4 is a cross-sectional view of the two-dot chain line portion indicated by arrow IV in FIG.
[0036]
As described above, the water injection part 2 is provided inside the main body part 11 of the main body case 1. As shown in FIG. 3, the water injection section 2 includes five water injection walls 20 a, 20 b, 20 c, 20 d, and 20 e that are integrally provided on the main body case 1, and the main body case 1 and the cup-shaped case 5. It is comprised from the cover 15 (refer FIG.1 and FIG.5) arrange | positioned at the part of a boundary. These five water injection walls 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e are divided and arranged so as to surround the outer periphery of the blade portion 31 (not shown in FIG. 3; see FIG. 1) of the water turbine 3. The gaps between the walls are four injection holes 22a, 22b, 22c, and 22d for spraying water onto the blade portion 31 of the water wheel 3.
[0037]
And the recessed part 20f is formed in the front-end | tip part of each water injection wall 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, and the convex part 15f formed in the cover 15 is inserted in this recessed part 20f, and the cover 15 and each The water injection walls 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e are integrated. In addition, the front-end | tip part of each water injection wall 20a, 20b, 20c, 20d, 20e formed in this way is formed on the same plane continuous with the step part 14b mentioned above.
[0038]
Further, inside the main body portion 11 of the main body case 1, the radially outer portions of the five water injection walls 20 a, 20 b, 20 c, 20 d, and 20 e are grooves in which water that has entered from the inlet path 12 can move. A circular circulation passage 21 is formed. The circulation passage 21 is provided with a predetermined gradient for appropriately distributing the flow rate so that the pressure loss is reduced from the inlet 12 side of the fluid passage to the injection holes 22a, 22b, 22c, and 22d. (See arrow R1 in FIG. 1 and arrow G in FIG. 4). FIG. 4 shows the gradient on the entrance side in the circulation passage 21 (in the vicinity of the outer peripheral surface of the water injection wall on the inlet passage 13 side (including a portion that is not part of the circulation passage 21).
[0039]
In addition, the 1st water injection wall 20a is provided in the entrance 12 side, and the water which entered into the main-body part 11 linearly from the entrance 12 is first to the outer peripheral surface of the 1st water injection wall 20a. Clash. Then, the collided water is diverted by the first water injection wall 20a, moves counterclockwise in the circulation passage 21 and flows toward the second and third water injection walls 20b, 20c, and clockwise. To flow toward the fourth and fifth water injection walls 20d, 20e.
[0040]
A second water injection wall 20b is adjacent to the first water injection wall 20a on the counterclockwise side. The adjacent end portions of the first water injection wall 20a and the second water injection wall 20b are formed substantially in parallel. This gap portion serves as a first injection hole 22a for injecting water from the circulation passage 21 to the blade portion 31 of the water wheel 3 disposed on the inner periphery thereof. The first injection hole 22a has a rectangular shape formed by fitting the above-described cover 15 so that the flat portion 15a of the cover 15 covers the portion between the first and second water injection walls 20a and 20b. Shaped hole.
[0041]
On the counterclockwise side of the second water injection wall 20b, a third water injection wall 20c is disposed adjacently. The adjacent end portions of the second water injection wall 20b and the third water injection wall 20c are also formed substantially parallel to each other, and this gap portion becomes the second injection hole 22b. Further, a fourth water injection wall 20d is disposed adjacent to the first water injection wall 20a in the clockwise direction, and adjacent ends of the first water injection wall 20a and the fourth water injection wall 20d are adjacent to each other. The parts are also formed substantially in parallel, and this gap portion becomes the third injection hole 22c. Further, a fifth water injection wall 20e is arranged adjacent to the clockwise side of the fourth water injection wall 20d, and adjacent ends of the fourth water injection wall 20d and the fifth water injection wall 20e are adjacent to each other. They are also formed substantially parallel to each other, and this gap portion becomes the fourth injection hole 22d. The two inner walls of the four injection holes 22 formed in this way (the end surfaces facing each other of the water injection walls adjacent to each other) are not formed linearly toward the rotation center position o1, but instead of the water turbine 3 The blade portion 31 is formed with an angle so as to face the blade portion 31 vertically.
[0042]
In addition, it has the extension part 21a extended to the circumference channel | path 21 side in the outer peripheral side edge part by the side of the 1st water injection wall 20a of the 2nd water injection wall 20b. The extending portion 21a is a portion where the water that has moved counterclockwise by hitting the first water injection wall 20a hits. A part of the water that collides with the extending portion 21a is ejected to the side of the water turbine 3 through the first ejection hole 22a.
[0043]
In addition, the extension part 21b which has an effect similar to the extension part 21a mentioned above is formed also in the outer peripheral side edge part by the side of the 1st water injection wall 20a of the 4th water injection wall 20d. That is, the extension portion 21b is a portion where the water that has moved in the clockwise direction by hitting the first water injection wall 20a is hit, and a part of the water hitting the extension portion 21a is the third portion described above. Through the injection hole 22c and injected into the water turbine 3 side.
[0044]
In the above-described embodiment, since one side (the cover 15 side) in the axial direction of each injection hole 22a, 22b, 22c, 22d is open, when the main body case 1 is molded, the main body The case 1 can be formed in a split mold that is divided into two on both sides in the axial direction (vertical direction in FIG. 1). Moreover, the water injection wall 22a, 22b, 22c, 22d is formed on the side of the main body case 1 where the water injection walls 20a, 20b, 20c, 20d, 20e are formed. The circular passage 21 having a layout is formed so as to be able to inject, but this is constituted by a simple split mold. Therefore, in this Embodiment, it has the structure which can shape | mold easily the water injection part 2 which rotates the water turbine 3 efficiently with a simple split mold.
[0045]
In addition, the configuration in which one side in the axial direction of each of the injection holes 22a, 22b, 22c, and 22d described above is opened and another member is covered with this open portion is a simple split mold in two directions and a complicated shape. The effect that the water injection part 2 can be formed will be produced.
[0046]
That is, this configuration is used to improve the positional relationship between the injection holes 22a, 22b, 22c, and 22d and the inner walls of the water injection walls 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e and the shaft 7 that supports the rotation of the water turbine 3. In addition, the water injection walls 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e are integrally formed in the main body case 1 having the bearing hole 11b that supports one end of the shaft 7, and an independent effect is produced. In this case, the water injection part 2 may be separate from the main body case 1.
[0047]
Note that a gap 28 that is about 60 ° apart is formed on the inner peripheral side between the third water injection wall 20c and the fifth water injection wall 20e. This gap 28 is located between the parallel end faces facing the third water injection wall 20c and the fifth water injection wall 20e, and is disposed between the aforementioned outlet 13 and the rotation center position o1.
[0048]
Moreover, the cover 15 which is arrange | positioned at the front end side of each water injection wall 20a, 20b, 20c, 20d, 20e comprised as mentioned above, and is mounted in the step part 16 of the main body case 1 is FIG. And as shown to (B), the doughnut-shaped plane part 15a which has the hole 15c in the center part, the convex wall 15b and the convex part 15f erected on the surface of this plane part 15a, and this plane part It is comprised from the rib 15d erected on the surface of the other side of 15a. And the convex wall 15b is arrange | positioned so that it may enter into a part of clearance gap 28 between the 3rd water injection wall 20c mentioned above and the 5th water injection wall 20e. The rectangular hole formed by the gap 28 and the convex wall 15b in the gap 28 communicates the portion surrounded by the water injection walls 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e with the outlet path 13. Has become. In addition, the convex part 15f fits into the recessed part 20f of each water injection wall 20a, 20b, 20c, 20d, 20e as mentioned above. Further, the rib 15 d comes into contact with the connecting surface portion 5 d of the cup-shaped case 5.
[0049]
The water turbine 3 disposed inside the five water injection walls 20a, 20b, 20c, 20d, and 20e of the water injection section 2 configured as described above rotates with passage of a predetermined flow rate of fluid. .
[0050]
As shown in FIG. 6, the water turbine 3 includes a rotation center portion 33 inserted through the shaft 7 and a blade member 31 having an inner peripheral end portion connected to the rotation center portion 33. 6A and 6B are views showing the water wheel 3 and the rotating body 4, in which FIG. 6A is a front view, FIG. 6B is a plan view of FIG. 6A viewed from arrow B, and FIG. It is the bottom view seen from the indication C.
[0051]
The vane portion 31 is curved at an intermediate portion so as to easily receive the pressure of water injected from the injection holes 22a, 22b, 22c, and 22d. For this reason, the water turbine 3 enters the inlet 12 and the fluid whose pressure is increased by being squeezed by the injection holes 22a, 22b, 22c, and 22d collides with the blade portion 31 vigorously, and the hydraulic force makes the shaft 7 the center of rotation. It is designed to rotate. The water hitting the blade portion 31 circulates in the space as described above, and further moves toward the exit path 13 through the hole formed by the gap 28 and the convex wall 15b described above.
[0052]
The rotation center portion 33 includes a cylindrical small tube portion 33a that slides and rotates on the shaft 7, a large tube portion 33b having a larger diameter than the small tube portion 33a, and both tube portions 33a and 33b at both end portions in the axial direction. It is formed from a plurality of connected bone parts 33c. In addition, it is hollow penetrated to the axial direction between both cylinder part 33a, 33b, and the clearance gap between each bone part 33c by the side of a water turbine 3 is made into an entrance, and the clearance gap between each bone part 33c by the side of the rotary body 4 It becomes the penetration empty part 33d which used as the exit. The through-opening portion 33d circulates in the space in which the water turbine 3 and the rotating body 4 connected to the water wheel 3 are arranged by putting water injected into the water wheel 3 from the above-described entrance and exiting from the exit. The rotation of the water wheel 3 and the rotating body 4 is made smooth. The rotating body 4 is formed integrally with the water wheel 3 and is arranged coaxially with the water wheel 3. For this reason, when the water wheel 3 is rotated by hydraulic power, the rotating body 4 rotates around the shaft 7 integrally with the water wheel 3.
[0053]
Thus, the rotating body 4 connected to the water turbine 3 and rotating together with the water turbine 3 is a rotor portion arranged to face the stator portion 6, and a cylindrical rotor magnet Mg is fitted on the surface thereof. The outer surface of the rotor magnet Mg is 8-pole magnetized. The outer peripheral surface is disposed to face the stator portion 6 through the partition wall portion 5 c of the cup-shaped case 5. For this reason, the rotating body 4 rotates relative to the stator portion 6 when rotating together with the water wheel 3.
[0054]
The stator portion 6 is composed of two layers 6c and 6d that are arranged so as to overlap in the axial direction. Each of the layers 6c and 6d includes an outer yoke 61 (disposed on the outside in a stacked state), outer pole teeth 61a formed integrally with the outer yoke 61, and an inner yoke (inside in a stacked state). 62), inner pole teeth 62a formed integrally with the inner yoke 62, and a coil 63 wound around a coil bobbin. The winding start portion and the winding end portion of the coil 63 are connected to the terminal portion 6a, respectively.
[0055]
The stator portion 6 configured as described above is fitted in the outer portion of the partition wall portion 5c of the cup-shaped case 5. For this reason, magnetic flux flows between the pole teeth 61 a and 62 a of the stator portion 6 and the magnetized portion of the rotating body 4. As described above, when the rotating body 4 rotates together with the water wheel 3, a change occurs in the flow of the magnetic flux, and an induced voltage is generated in the coil 63 in a direction that prevents the change in the flow. This induced voltage is taken out from the terminal portion 6a. The induced voltage extracted in this way is converted into direct current by a circuit, rectified through a predetermined circuit (not shown), and charged to the battery.
[0056]
The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the small hydroelectric generator of the above-described embodiment, the recessed portion 14 is provided in the fitting portion 11a of the main body case 1, the opposing wall 5a is provided in the cup-shaped case 5 so as to face the inner wall of the recessed portion 14 in the radial direction, and the recessed portion 14 is provided. The O-ring 8 is sandwiched in the radial direction by the opposing wall 5a. However, the O-ring 8 is sandwiched between the cases 1 and 5 in the axial direction (vertical direction in FIG. 1). It may be a thing. Even if comprised in this way, the structure which provided a part of water injection part 2 mentioned above integrally in the main body case 1, and the structure which open | released one side of the injection holes 22a, 22b, 22c, and 22d to the axial direction one side This is because the effects produced in each are generated independently.
[0057]
In the above-described embodiment, the rotor unit and the stator unit 6 serving as the power generation unit are the two-layer type stepping motor type, but the power generation unit has various types such as a one-layer type stepping motor type and a brushless motor type. But it ’s okay.
[0058]
Further, in the above-described embodiment, the radial positioning portion when the cup-shaped case 5 is fitted into the main body case 1 is the inner wall that is on the inner side of the stepped portion 14b in the concave portion 14 of the main body case 1. The positioning part may be another part. Specifically, the flange portion 5b which is the outermost peripheral portion of the cup-shaped case 5 extends further to the outside, and the outermost peripheral end of the flange portion 5b is brought into contact with the inner wall of the step portion 16 formed outside the concave portion 14. The contact portion may be a positioning portion in the radial direction.
[0059]
In the above-described embodiment, the O-ring 8 serving as an elastic seal member is disposed so as to overlap the stator portion 6 in the radial direction, that is, in the direction perpendicular to the fitting direction of the cases 1 and 5. The position need not overlap with the stator portion 6. Therefore, in the above-described embodiment, the opposing wall 5a of the cup-shaped case 5 is formed by curving in the same direction as the partition wall portion 5c when viewed from the connecting surface portion 5d. And a part of the inner wall of the recess 14 opposes the radially outer side of the opposing wall 5a curved downward, and an O-ring 8 is provided between the opposing wall 5a and the inner wall of the recess 14. It may be sandwiched.
[0060]
Further, in the above-described embodiment, in consideration of the application used in the so-called water environment, the resin case 9 is covered with the stator portion 6 and the main body case 1 is screwed to prevent the stator portion 6 and the like from falling off. Stopped and fixed. However, depending on the application, there is a case where it is not necessary to waterproof the stator portion 6 with respect to the outside, and there is a case where the strength that the stator portion 6 or the like does not fall off from the main body case 1 may be guaranteed. The case 9 may not be provided. In addition, the resin case 9 may be fixed to the main body case 1 with a screw to prevent the dropout, and the sealing agent filling of the lead wire lead portion 9c may be omitted.
[0061]
【The invention's effect】
According to the small hydroelectric generator of the present invention, at least a part of the water injection unit is formed integrally with the main body case, and the main body case is provided with a support portion that holds one end of the shaft that supports the rotation of the water turbine. Therefore, the positional accuracy of the shaft that supports the rotation of the water injection portion and the water turbine can be made good, and accordingly, the rotational accuracy of the water wheel can be made good. For this reason, it is also possible to narrow the distance (gap) between the outer peripheral end of the water wheel and the inner wall of the water injection portion. As a result, the fluid sprayed from the injection hole can be more efficiently hit the water turbine to efficiently rotate the water wheel, thereby improving the power generation efficiency. For this reason, even if the amount of water is small, power can be generated.
[0062]
Moreover, according to the small hydroelectric generator of another invention, since the one side in the axial direction of the injection hole of the water injection part is opened and this open part is pressed down from the other side, the injection hole of the water injection part is 3 It is possible to form a structure in which the number of injection holes is four or more and the injection holes are opposed to the blade portion of the water turbine at right angles to increase the rotation efficiency of the water turbine in a simple split mold in two directions. Therefore, a small hydroelectric power generation device having such a complicated internal configuration and good rotational efficiency can be manufactured at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a small hydroelectric generator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view of FIG. 1 viewed from the direction of arrow II.
FIG. 3 is a plan view of FIG. 1 viewed from the direction of arrow III with the cup-shaped case, the resin case, and the stator portion removed.
4 is a cross-sectional view of a two-dot chain line portion indicated by an arrow IV in FIG. 3. FIG.
5A and 5B are views showing a cover constituting a part of the fluid passage, in which FIG. 5A is a plan view from the direction of arrow V in FIG. 1, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line A-A ′ in FIG.
6A and 6B are diagrams showing the configuration of a water wheel and a rotating body, in which FIG. 6A is a front view seen from the same direction as FIG. 1, FIG. ) Is a bottom view of (A) viewed from the direction of arrow C. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Body case
2 Water injection part
3 waterwheel
4 Rotating body (rotor part)
5 Cup-shaped case (second case)
5a Opposite wall
5f Bearing hole (support part)
6 Stator part
7 axes
8 O-ring (elastic seal member)
11 Body
11a fitting part
11b Bearing hole (support part)
14 Recess
15 Cover
20a, 20b, 20c, 20d, 20e Water injection wall
21 Circulation passage
22a, 22b, 22c, 22d Injection hole
31 blade part

Claims

A main body case provided with a fluid passage, and a water wheel disposed in the fluid passage and rotating with passage of a fluid at a predetermined flow rate, and a rotating body connected to the water wheel and rotating together with the water wheel are arranged to face the stator portion. In a small hydroelectric generator that generates electric power by rotating the rotor part relative to the stator part as the fluid passes through the rotor part,
The main body case is provided with a support portion that holds one end of a shaft that supports the rotation of the water turbine, and the fluid passage has an injection hole that squeezes the fluid to the blade portion of the water turbine to spray the fluid. Part
The water injection part is composed of a plurality of water injection walls that are integrally formed with the main body case and surround the entire outside of the water wheel, and a cover that covers the tip side of the water injection wall, and the water injection part The injection hole is formed as a recess opened in the axial direction of a shaft that rotatably supports the rotating body, and is formed by covering the open portion with the cover. A small-sized hydroelectric generator.

A plurality of the injection holes are arranged substantially evenly in the circumferential direction, and a gradient for distributing an appropriate amount of flow from the inlet side of the fluid passage toward each injection hole is formed in the outer peripheral side portion of the water injection part. The small-sized hydroelectric generator according to claim 1.

An internal space is formed by fitting a cup-shaped case to the main body case, the rotating body is disposed in the internal space, and the internal space is separated from the stator portion. The cup-shaped case of the main body case The fitting portion is provided with a concave portion, and the fitting portion of the cup-shaped case with the main body case is provided with a facing wall facing the inner wall of the concave portion, and presses the cup-shaped case against the main body case. And having a ring-shaped elastic seal member sandwiched between the opposing wall and the inner wall of the recess in a direction orthogonal to the fitting direction when fitted, and the main body case and the cup-like case The small hydraulic power generator according to claim 1 or 2, further comprising a support portion for supporting both ends of a shaft for supporting the rotating body. Apparatus.